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流量控制器的原理和設計

2021-03-11標簽:流量控制器

    2ATM流量控制器的原理和設計
 
    實際應用中最常見的兩種業務模式是CBR和VBR,它們分別對應著當前通信傳輸的語音和數據業務。針對ATM的流量算法為GCRA(一般信元速率算法)。該算法可采用公式GCRA(I,L)來描述。其中I是時間增量,表示相對當前時刻的下一個信元到達時間間隔的理論值(期望值)。L是信元時延偏差容限,表示相對期望值的下一信元可以提前到達的最大容忍范圍。對應于雙漏桶算法,它可以表示為第一級漏桶處理PCR,相應模型為GCRA1(1/PCR,CDVT)。
 
    第二級漏桶處理SCR的相應模型為GCRA2(1/SCR,BT+CDVT),根據ATM論壇規定,PCR是必須的,而SCR是可選的。如果其中的L的值較大,則將增大數據的突發程度。第一級漏桶的監控是針對單個信元的,經過第一級漏桶的平均速率可以得到控制,但是突發性還是沒有得到控制。第二級漏桶是以監控若干個信元為目的,它對突發性有良好的監控和抑制作用。對于CBR型的流量,只需要第一級漏桶,因為它沒有數據突發的概念,而對于VBR業務類型,第二級漏桶也是需要的,因為它有數據突發可能,所以要對它進行監控。其兩級漏桶算法的示意圖如圖1所示。
 
    由此可見,ATM的流量控制技術是較為復雜的,而且也是其精髓之所在。在參考各種資料的基礎上,本文提出了一種流控的調度算法。這種調度算法是基于各個UTOPIA的PHY接口實現的。每個PHY的接口上可能存在多種流量類型(如CBR,VBR等)。該算法可根據每個PHY的流量類型來設置相應的多個調度表,每個表代表一種流量類型(如CBR,VBR等)。
 
    每個表由多個時隙槽組成,每個時隙槽中有多個要請求發送的ATM連接,每個時隙槽中的連接容量定義為cellperslot(CPS)。每個表由兩個指針組成,分別為實時指針RP和服務指針SP,其中RP在每經過CPS個CELL發送時間后將移動到下一個時隙槽,而SP則要等到某個時隙槽沒有等待發送的CELL時才能往下移動。如果一個連接在本時隙槽發送完后接著被調度到下個時隙槽發送,那么,此時將達到連接的最大比特速率為:
 
    鏈接的最大速率=PHY端口的線速/CPS
 
    同理,某連接的最小速率就表示在每次表的輪詢過程中只被調度一次,其可以表示為:
 
    最小比特速率=PHY端口的線速/((時隙數-1)×CPS)
 
    假設PHY0的調度表的初始狀態如圖2左上角的圖形所示,其中CPS=2,有8個時隙(timeslot),PHY0共有兩個流量類型,那么,將有兩個優先級的調度表,分別是CBR和UBR業務類型,顯然CBR業務類型的優先級高于UBR。調度表中的空白表示該時隙沒有連接,連接1、2被安排在時隙B發送,連接3在時隙C,連接4、5、6在時隙D。CBR和UBR都是PCR通信類型,它們可根據參數PCR來進行調度。
 
    對于連接1、2,PCR=1/2MaxPCR;對于連接3,PCR=1/3MaxPCR;對于連接4、5、6,PCR=1/4MaxPCR。開始時,服務指針和實時指針都指向時隙A。從圖2可以看到PHY0的整個調度過程。第一次調度時,兩個調度表的當前時隙(時隙A)均沒有CELL;第二次調度時,調度表中仍沒有連接,實時指針指向下一個時隙(時隙B);第三次調度時,CBR調度表的時隙B中有連接2和1,先調度2發送,然后為連接2重新安排調度,由于連接2的PCR=1/2MaxPCR,所以將2寫入時隙D;
 
    第四次調度時,連接1的處理類似;第五次調度時,調度連接3,其下次調度安排在時隙F;第六次調度時。CBR和UBR調度表的當前時隙(時隙C)中都沒有連接,實時指針指向時隙D;第七次調度時,CBR和UBR調度表的時隙D中均有連接,由于CBR優先級高.故從CBR調度表中讀取連接1;第八次調度時,連接2被調度,實時指針指向時隙E,注意到此時由于UBR的連接未被調度,所以SP的指針就指在了那里:第九次調度時,CBR調度表的時隙E中沒有連接,而UBR的時隙D有3個連接要求調度,這時從UBR調度表中調度連接4,調度完后根據流量參數將連接4寫入時隙H;第十次調度時,調度連接5,然后將連接5寫入時隙H同時實時指針下移,但是,因為還有連接6沒有被調度,所以服務指針還在D處。其余的調度可以以此類推。
 
    3功能仿真及驗證
 
    該ATM流量控制器可采用硬件描述語言VerilogHDL進行描述。圖3所示是在ModelSim軟件環境中進行功能仿真的相應仿真結果。
 
    在圖3所示的PHY0調度功能仿真結果中,CLK是工作時鐘,reset是復位信號,S[[_]]Req是調度請求信號(S[[_]]Req有效時進行調度),clr[[_]]S是調度請求清除信號,PHY是選中的物理設備的地址(即要進行調度的物理設備地址),chn是調度到的ATM的連接號。
 
    APCLC流量控制器是當前調度到的連接所連接的下一個連接號,PCR是峰值信元速率對應的時隙調度速率,CPS是每個時隙發送的信元數,CPS[[_]]CNT是信元計數,ATY是ATM通信類型指示(00表示PCR通信類型)。本設計中的CBR和UBR都是PCR通信類型,所以ATT均為00。從仿真結果可以看出,調度到的連接號依次為0、0、2、1、3、0、1、2、4、5、2、1、3、6、1、2…,可見,與上面調度算法的分析結果一致。
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