CN1274222A - 在异步传输模式交换系统中的控制拥挤的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制在包括多个信元缓冲器的ATM交换系统中的拥挤的方法,以便于使得交换能力更大或者增加其信元缓冲器数量,其可以保证在通过同一ATM交换系统的ABR连接中的公平共享。在该方法中,对于每个输入端信元缓冲器部分监控在信元缓冲器中的逻辑队列长度,把逻辑队列长度信息写入到RM信元或IRM(内部资源管理)信元的空闲区域中,并且该信元传送到输出端信元缓冲器部分。把具有表示最拥挤状态的信息的RM信元改写,并且输出改写的信元。

Description

在异步传输模式交换系统中的控制拥挤的方法
本发明涉及一种用于控制在包含ABR(可用位率)服务级别的ATM(异步传输模式)交换系统中的拥挤的方法，其中速率控制是通过利用RM(资源管理)信元在终端进行的。
当用于实现ABR服务级别的ATM连接是在终端之间建立时，数据发送终端把数据发送到数据接收终端，其中RM信元被定期插入到该数据中。由数据发送终端所发送的数据构成用户数据与RM信元的总和。
数据接收终端把所接收RM信元发送回数据发送终端。在一些情况中，RM信元除了由数据发送终端所产生之外被ATM交换系统新近产生。当RM信元被发送回数据发送终端时，通过RM信元的ATM交换系统和接收返回的RM信元的数据发送终端基于写入在RM信元中的信息自适应地调节作为信元发送速率的ACR(许可信元速率)速率，并且根据通信量设置可用的通过量。
图8A和8B为示出由ATM论坛(关于ATM通信的工作小组)所定义的RM信元的格式。
提供于该格式中的第一5字节是标准ATM信元报头。示出于ATM报头中的“PTI(有效载荷型标识符)＝110”表示由该格式所示出的信元是RM信元。
下一个1字节是用于利用RM信元区别一种服务的RM协议区别符。如图8B所示，对于ABR分配“1”另外下一个1字节是包含DIR(方向)元素、BN(向后明确拥挤通知)元素、CI(拥挤指示符)元素、NI(不增加)元素和PA(请求/确认)元素消息型区域，每个元素包括一个位。
BIR元素示出RM信元流动的方向。如果RM信元从数据发送终端流到数据接收终端，则“0”被分配给该方向，其被称为“前向方向”，并且在该前向方向上流动的RM信元被称为“前向RM信元”。如果RM信元从数据接收终端流到数据发送终端，则“1”被分配到该方向，其中被称为“后向方向”，并且在该后向方向上流动的RM信元被称为“后向RM信元”。当接收前向RM信元时，该数据接收终端把DIR改变为“1”，然后把其发送到数据发送终端。
BN元素示出谁已经产生RM信元。“0”表示RM信元已经由数据发送终端所产生。“1”表示RM信元已经由数据接收终端或交换部分(ATM交换系统)所产生。
CI元素被用于把网络中的拥挤通知给终端。当一个交换机检测到拥挤时，或者当数据接收终端已经接收到具有被设为“1”的EFCI(明示前向拥挤指示)位的数据信元时，CI被置位。如果接收后向RM信元的CI为“1”，则发送速率必须被数据发送终端所降低，以便于低于当RM信元被接收时采用的速率。
NI元素被用于避免数据发送终端增加其发送速率。如果接收后向RM信元为“1”，则该接收速率必须被数据发送终端所保持，以便于不高于当RM信元被接收时采用的速率。
RA元素是不被ATM论坛所定义的区域。其他是保留区域。
另外接着的2字节是ER(明示速率)区域，其中首先以由数据发送终端所写入的最大发送速率PCR(峰值信元速率)在前向方向上流动，但是，当由在连接中的一个交换机在后向方向上回送时，其发送速率逐步降低，以被ATM交换系统所允许。
接下来的2个字节是CCR(当前信元速率)区域，其中描述当该信元被数据发送终端所发送时采用的发送速率。另外2个字节是NCR(最小信元速率)，其中描述设置给RM信元流过的连接的最小发送速率。接下来的2个字节是QL(质量水平)区域，它由ATM论坛所定义，但当前未被使用。并且，接下来的2个字节是SN(服务节点)区域，它由ATM论坛所定义，但是当前也未被使用。另外剩余的保留字段是空闲区域，其使用目的未被定义。
在ATM连接上的每个ATM交换系统适合于更新资源管理信息，它关于在后向RM信元通过的ATM交换系统中是否出现拥挤，关于可用于ATM交换系统等等的传送速率的ER(明示速率)。
如果判断在ATM交换系统中出现拥挤，则CI位被设为“1”。另外，如果ATM交换系统有计算传送速率ER的功能，则它选择由ATM交换系统所计算的的ER值，或者已经写入在后向RM信元中的ER值，选择这两个数值中的最小值，并且把一个所选数值存储到在后向RM信元中的ER区域中。
在使用上述ER的ABR速率控制中，为了计算ER值的目的，需要知道在信元缓冲器中的逻辑队列的状态。但是，在系统具有多个分离信元缓冲器的情况下，由于对每个信元缓冲器独立计算发送速率，会出现如下不便。也就是说，在通过具有其最低使用率的信元缓冲器的ABR连接中，不会出现发送速率偶然被写入在ATM交换系统中的情况，但是在通过具有其最高使用率的信元缓冲器的ABR连接中，出现发送速率偶然被写入在具有其最高使用率的ATM交换系统中的情况。
因此，即使在通过同一ATM交换系统的ABR连接中，如果上述连接通过的信元缓冲器互不相同，则信元的发送速率也不同，并且其结果不能保证“公平共享”。
另一方面，通过使用具有单个信元缓冲器的共享存储器型ATM交换系统，即使在通过同一ATM交换系统的ABR连接中，公平共享也可以得到保证。但是，共享存储器型ATM交换系统具有一个问题在于，由于象用于信元缓冲器中的存储器访问速度这样的因素，难以使交换能力较大或者增加其信元缓冲器的数量。
考虑到上文所述，本发明的一个目的是提供一种用于控制在包括多个信元缓冲器的ATM交换系统中的拥挤的方法，以便于使得交换能力更大或者增加其信元缓冲器数量，其可以保证在通过同一ATM交换系统的ABR连接中的公平共享。
根据本发明的一个方面，在此提供一种用于控制在ATM交换系统中的拥挤的方法，该ATM交换系统包括ABR服务级别，并具有多个分离的输入端信元缓冲器部分和多个分离的输出端信元缓冲器部分，用于支持对ABR服务级别的拥挤的速率控制，以及用于执行延迟优先级控制和放弃优先级控制，该方法包括如下步骤：
监控在每个输入端信元缓冲器部分中的逻辑队列长度，把关于该逻辑队列长度的信息写入到RM信元或IRM(内部资源管理)信元的空闲区域中，并且该信元传送到在后部的每个输出端信元缓冲器部分。
在上文中，一个优选模式包括如下步骤：通过利用安装在每个输出端信元缓冲器上的设备，根据关于从每个输入端信元缓冲器部分馈送的逻辑队列长度的信息计算每个输入端信元缓冲器部分的拥挤状态，并且判断哪个输入端信元缓冲器部分最拥挤。
并且，一个优选模式包括如下步骤：通过使用安装在每个输出端信元缓冲器部分上的设备根据关于输出端信元缓冲器部分的逻辑队列长度的信息计算每个输出端信元缓冲器部分的拥挤状态。
并且，一个优选模式包括如下步骤：通过利用安装在每个输出端信元缓冲器上的设备，根据关于从每个输入端信元缓冲器部分馈送的逻辑队列长度的信息计算每个输入端信元缓冲器部分的拥挤状态；
通过利用安装在每个输出端信元缓冲器上的设备，根据关于从每个输出端信元缓冲器部分馈送的逻辑队列长度的信息计算每个输出端信元缓冲器部分的拥挤状态；以及
通过利用安装在每个输出端缓冲部分的设备，把关于每个输入端信元缓冲器部的拥挤的信息与关于输出端信元缓冲器本身的拥挤的信息以及关于包含在RM信元中的拥挤的信息相比较，把具有表示关于拥挤状态的三种信息中的最拥挤状态的信息的RM信元改写，并且输出改写的信元。
从下文结合附图的描述中本发明的上述目的、优点和特点将变得更加清楚，其中：
图1为示出根据本发明一个实施例的ATM交换系统的整体结构的示意方框图；
图2为示出根据本发明的实施例的在构成ATM交换系统的输入端上的信元缓冲器部分的结构实例的示意方框图；
图3为示出根据本发明的实施例在ATM交换系统的输出端上的信元缓冲器部分的结构的一个实例的示意方框图；
图4为示出说明根据本发明的实施例在ABR连接中作出的反馈型拥挤控制的状态的示意图；
图5为示出由两个或更多的ATM交换系统和两个或更多终端所构成的ATM网络的一个实例的示意图，其中示出在多个ABR连接中的“公平共享”的一个实例；
图6为示出说明不能够在多个ABR连接中获得公平共享的一个实例的方框图；
图7为示出关于逻辑队列长度的设置信息的实例的示意图；
图8A和8B为示出由ATM论坛所定义的RM信元的格式的示意图。
下面将参照附图利用各种实施例更加具体地描述实现本发明的最佳模式。
实施例
图1为示出根据本发明一个实施例的ATM交换系统的整体结构的示意方框图。如图1所示，ATM交换系统主要包括在输入端上的信元缓冲器部分10(在下文中称为“输入端信元缓冲器部”10)、信元交换部分20(在下文中称为“交换部分”20)以及在输出端上的信元缓冲器部分30(在下文中称为“输出端信元缓冲器部分”30)。
图2为示出在输入端上的信元缓冲器部分的结构实例的示意方框图。如图2中所示，输入端信元缓冲器部包括：QoS DEMUX(去多路复用的服务质量)11，其适合于根据报头信息把从线路输入的ATM信元分配到对每个QoS级别、输出路径和VC(虚拟信道)逻辑分离的逻辑队列；适合于实现逻辑队列的信元暂存设备12；适合于控制信元从逻辑队列的写入和读出的逻辑队列控制设备13；适合于根据从逻辑队列控制设备13和QoSDEMUX11写入和读出的控制信息监控每个逻辑队列长度的逻辑队列长度监控设备14；以及信元改写设备15，其适合于把从逻辑队列监控设备14馈送的逻辑队列长度的信息写入到RM信元或者要被插入的IRM信元的空闲区域，而不是写入到空闲信元中，并且把写入信元输出到交换部分20(如图1所示)。
交换部分20被用于切换从输入端信元缓冲器部10输入的ATM信元用于输出到输出端信元缓冲器部分30。其结构与本发明无关，因此对其的描述在此省略。
图3为示出根据本发明的实施例构成ATM交换系统的输出端信元缓冲器部分30的结构的一个实例的示意方框图。如图3中所示，该输出端信元缓冲器部分30主要包括逻辑队列长度采集设备35，其适合于读取存储在输入端信元缓冲器部的拥挤信息，并且当从交换部分20输入的ATM信元是RM信元或IRM信元时，把该拥挤信息读到输入端信元缓冲拥挤信息管理设备36；QoS DEMUX 31，其适合于根据其报头信息把通过逻辑队列长度采集设备35输入的ATM信元分配给要对每个QoS级别、输出路径或VC进行逻辑分离的逻辑队列；信元暂存设备32；逻辑队列控制设备33，其适合于控制信元从逻辑队列的读出和写入；逻辑队列长度监控设备34，其适合于根据从逻辑队列控制设备33和QoS DEMUX 31馈送的信息的读取和写入监控每个逻辑队列长度；输入端信元缓冲器拥挤信息管理设备36，其适合于存储由逻辑队列长度采集设备35所读出的拥挤信息；ER计算设备37，其适合于根据从逻辑队列长度监控设备34和输入端信元缓冲器拥挤信息管理设备36馈送的逻辑队列信息计算ER值，以把这两个数值与后向RM信元的ER值相比较，然后把该ER值中的最小值发送到RM信元处理设备38；以及RM信元处理设备38，其适合于在后向RM信元被输入时读出后向RM信元的ER值，以把从ER计算设备37馈送的ER值写入在后向RM信元中，然后输出到一线路。
下面将描述本发明的ATM交换系统的操作。首先，给出ABR服务级别的拥挤控制的简要介绍。图4为说明根据本发明的实施例在ABR连接中作出的反馈型拥挤控制的状态的示意图。当ABR连接在数据发送终端210和数据接收终端220之间建立时，除了用户数据之外RM信元也一同被传送。
图5为示出由两个或更多的ATM交换系统和两个或更多终端所构成的ATM网络的一个实例的示意图，其中示出在多个ABR连接中的“公平共享”的一个实例。在该网络的实例中，三个ATM交换系统200、201和202、四个数据发送终端210、211、212、213、四个数据接收终端220、221、222和223通过分别具有150Mbps传送带宽的传输路径300至309而连接。
通过连接于ATM交换系统200和201之间的传输路径303，三个连接被建立。
一个在数据发送终端210和数据接收终端220之间，另一个在数据发送终端211和数据接收终端221之间，第三个在数据发送终端212和数据接收终端222之间，因此通过把153Mbps的传送带宽除3而获得的50Mbps的传送带宽被分配给三个连接中的每一个。另外，通过连接于ATM交换系统201和202之间的传输路径337，建立两个连接，一个在数据发送终端212和数据接收终端222之间，并且另一个在数据发送终端213与数据接收终端223之间，但是，通过把153Mbps的传送带宽除2而获得的75Mbps的传送带宽不分配给两个连接中的每一个，因为数据发送终端212与数据接收终端222之间的连接的带宽在连接于ATM交换系统200和201之间的传输路径303上限于53Mbps，并且通过从150Mbps减去50Mbps而获得的100Mbps的传送带宽被分配给在数据发送终端213与数据接收终端223之间的连接。
接着，参照图6说明为什么在输入端上的信元缓冲器被分离的情况下不能保证公平共享。该说明是通过以该ATM网络是由三个交换系统200、201和202、四个数据发送终端213、211、212和213、以及四个数据接收终端220、221、222和223所构成的情况进行。
在图6所示的例子中，三个ATM交换系统200、201和202是输入/输出缓冲器型ATM交换系统，其中每个具有输入端信元缓冲器部分10-1和10-2、输出端信元缓冲器部分30-1和30-2和具有两个输入端口和两个输出端口的交换部分20。该交换部分20包括两个输入端口和两个输出端口。每个输入端口的前部安装有输入端信元缓冲器部分10-1和10-2。在每个输入端口的后部安装有输出端信元缓冲器部分30-1和30-2。
被保留传送带宽的CBR(恒定位率)连接建立在数据发送终端210和数据接收终端220之间。被保留传送带宽的VBR(可变位率)连接建立在数据发送终端211和数据接收终端221之间。ABR连接建立在数据发送终端212和数据接收终端223之间以及建立在数据发送终端213和数据接收终端223之间。
数据发送终端210和数据接收终端220之间和数据发送终端211和数据接收终端221之间的连接是通过ATM交换系统200的输入端缓冲器部分10-1、交换部分20和输出端缓冲器部分30-1以及通过ATM交换系统201建立的。数据发送终端212与数据接收终端222之间的连接是通过ATM交换系统200的输入端信元缓冲器部分10-1、交换部分20和输出端信元缓冲器部分30-2以及通过ATM交换系统202建立的。数据发送终端213与数据接收终端223之间的连接是通过ATM交换系统200的输入端信元缓冲器部分10-2、交换部分20和输出端信元缓冲器部分30-2以及通过ATM交换系统202建立的。
由于存在从被保留传送带宽的数据发送终端210和211输入的信元，因此通过ABR连接利用输入端信元缓冲器部分10-1从数据发送终端212输入的信元易于在输入端信元缓冲器部分10-1中累积。这造成在输入端信元缓冲器部分10-1之累积的信元数目增加，因此使逻辑队列更大。结果，判断出已经发生拥挤，并且启动控制拥挤的功能，使得数据发送终端212降低其信元发送速率。
另一方面，没有从数据发送终端213输入到输入端信元缓冲器部分10-2的信元累积在输入端信元缓冲器部分10-2中，因为在此没有保留传送带宽的连接。结果，逻辑队列长度保持较小，并且由于判断出没有发生拥挤，因此数据发送终端213增加其信元发送速率。
因此，如果独立判断拥挤的存在，由于在可用传送带宽中，在通过同一ATM交换系统的ABR连接中产生差别，因此不可能保证ABR连接之间的公平共享。
下面将参照图1、2和3描述ATM交换系统的操作。
从线路输入的ATM信元被馈送到图2中所示的输入端信元缓冲器部分10。安装在输入端信元缓冲器部分10上的QoS DENUX11被配置，以便于加载一个呼叫控制程序，并且从被用于建立和取消呼叫的处理器设备对每个连接设置逻辑队列数管理表，并且通过利用ATM信元的报头信息参照逻辑队列数管理表，以把该逻辑队列数输出到逻辑队列控制设备13、逻辑队列长度监控设备14，以及把该信元输出到信元暂存设备12。该逻辑队列控制设备13适合于指示信元暂存设备12把该信元写入其中。另外，如果要被读出的信元存在于信元暂存设备12中，则逻辑队列控制设备13适合于指示信元暂存设备12把其读出，并且与此同时，把所读取信元的逻辑队列数目通知给逻辑队列长度监控设备14。根据从QoSDENUX11和逻辑队列控制设备13馈送的逻辑数目，该逻辑队列长度监控设备14控制每个逻辑队列的逻辑队列长度，并且把逻辑队列信息传送到信元写入设备15。
从信元暂存设备12读出的ATM信元被输入到信元改写设备15，并且如果该信元是RM信元，则拥挤信息被写入到信元，该信元被输出到交换部分20。另外，当空闲信元被输入时，该信元被改写为IRM信元，并且拥挤信息被写入在该信元中，该信元被输出到交换部分20。为什么插入IRM信元的理由是为了把输入端信元缓冲器部分10的拥挤信息馈送到输出端信元缓冲器部分30，RM信元不会从输入端信元缓冲器部分10到达该输出端信元缓冲器部分30。IRM信元的目标是输出端信元缓冲器部分30，RM信元不会从输入端信元缓冲器部分10到达该输出端信元缓冲器部分30。如图7中所示，要被写入到已经被传送到输出端信元缓冲器部分30的信元中的拥挤信息包括输入端信元缓冲器部分数目、其逻辑队列数目、其逻辑队列长度、输出端信元缓冲器部分数目等等。
从输入端信元缓冲器部分10输出的ATM信元被在交换部分20切换，然后输出到图3中所示的输出端信元缓冲器部分30。如果该输入的ATM信元不是RM信元或IRM信元，则安装在输出端信元缓冲器部分30上的逻辑队列长度采集设备35适合于把输入的信元原样馈送到QoS DEMUX 31中。另一方面，如果输入ATM信元是RM信元或IRM信元，则在输入端信元缓冲器部分10中的拥挤信息被从输入信元读出，并且该读出信息被输出到输入端信元缓冲器拥挤信息管理设备中，并且空闲信元被插入，取代使RM信元和IRM信元发送到QoS DEMUX 31中。在QoS DEMUX 11被安装在输入端信元缓冲器部分上的情况中，QoS DEMUX 31适合于通过利用所输入信元的报头信息参照逻辑队列数目控制表，并且把逻辑队列数目输出到逻辑队列控制设备33和逻辑队列长度监控设备34，并且把该信元输出到信元暂存设备32。该逻辑队列控制设备33指示信元暂存设备写入该信元。另外，如果要被读取的信元存在于信元暂存设备32中，则逻辑队列控制设备33适合于指示信元暂存设备32把其读出，与此同时，把所读取信元的逻辑队列数目通知给逻辑队列长度监控设备34。
根据从QoS DEMUX 31馈送的逻辑队列数目，该逻辑队列长度监控设备34控制每个逻辑队列的逻辑队列长度，并且把该逻辑队列长度信息发送到ER计算设备37。
另一方面，在逻辑队列长度采集设备35读出的每个输入端信元缓冲器部分的拥挤信息被输入到输入端信元缓冲器拥挤信息管理设备36，并且对于每个输入端信元缓冲器部分数目控制逻辑队列长度，并且逻辑队列长度信息被发送到ER计算设备37。
从信元暂存设备读出的ATM信元被馈送到RM信元处理设备。如果所输入ATM信元是除了后向RM信元之外的其他信元，则该RM信元处理设备38适合于把所输入的ATM信元原样输入到线路，并且如果所输入ATM信元是后向RM信元，则该RM信元处理设备适合于读出写入在信元的ER区域中的ER值，以便于把其发送到ER计算设备37，把从ER计算设备37馈送的ER值写入到后向RM信元的ER区域，然后输出到该线路。
ER计算设备37适合于从输入端信元缓冲器拥挤信息管理设备36馈送的输入端信元缓冲器部分逻辑队列长度信息，以及逻辑队列长度监控设备34馈送的输出端信元缓冲器部分逻辑队列长度信息，计算ER值，并且把这两个ER值与从RM信元处理设备38馈送的第三ER值相比较，并且把它们中的最小值作为ER值发送到RM信元处理设备38，以便于写入到后向RM信元中。
如上文所述，用于控制在包括多个信元缓冲器的ATM交换系统中的拥挤的方法，通过从在输入端信元缓冲器的拥挤信息、在输出端信元缓冲器的信息以及包含在RM信元中的信息这三种信息中，把表示最拥挤状态的信息设置给后向RM信元，则可以在通过同一ATM交换系统的ABR连接中保证公平共享。
因此，显然本发明不限于上述实施例，而且可以被改变和改进而不脱离本发明的范围和精神。最后，本发明要求在1999年五月12日申请的日本专利申请第Hei11-131304的优先权，该申请被包含于此以供参考。

Claims (4)

1.一种用于在ATM(异步传输模式)交换系统中的控制拥挤的方法，该ATM交换系统包括ABR(可用位率)服务级别，并具有多个分离的输入端信元缓冲器部分和多个分离的输出端信元缓冲器部分，用于支持对ABR服务级别的拥挤的速率控制，以及用于执行延迟优先级控制和放弃优先级控制，该方法包括如下步骤：
监控在每个所述输入端信元缓冲器部分中的逻辑队列长度，把关于所述逻辑队列长度的信息写入到RM(资源管理)信元或IRM(内部资源管理)信元的空闲区域中，并且把写入所述RM信元或所述IRM信元内的信息传送到在后部的每个所述输出端信元缓冲器部分。
2.根据权利要求1所述的用于控制在ATM交换系统中的拥挤的方法，其中还包括如下步骤：通过利用安装在每个所述输出端信元缓冲器上的设备，根据关于从每个所述输入端信元缓冲器部分馈送的逻辑队列长度的信息计算每个输入端信元缓冲器部分的拥挤状态，并且判断哪个输入端信元缓冲器部分最拥挤。
3.根据权利要求1所述的用于控制在ATM交换系统中的拥挤的方法，其中还包括如下步骤：通过使用安装在每个所述输出端信元缓冲器部分上的设备，根据关于所述输出端信元缓冲器部分的逻辑队列长度的信息计算所述输出端信元缓冲器部分的拥挤状态。
4.根据权利要求1所述的用于控制在ATM交换系统中的拥挤的方法，其中还包括如下步骤：
通过利用安装在每个所述输出端信元缓冲器上的设备，根据关于从每个所述输入端信元缓冲器部分馈送的逻辑队列长度的信息计算每个输入端信元缓冲器部分的拥挤状态；
通过利用安装在每个所述输出端信元缓冲器上的设备，根据关于从每个所述输出端信元缓冲器部分本身的逻辑队列长度的信息计算每个输出端信元缓冲器部分的拥挤状态；以及
通过利用安装在每个所述输出端缓冲部分的设备，把关于每个所述输入端信元缓冲器部的拥挤的信息与关于所述输出端信元缓冲器本身的拥挤的信息以及关于包含在所述RM信元或所述IRM信元中的拥挤信息相比较，把具有表示关于拥挤状态的所述三种信息中的最拥挤状态的信息的所述RM信元或所述IRM信元改写，并且输出所述改写的RM信元或IRM信元。
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