專(zhuān)利名稱(chēng)：計(jì)量觸發(fā)閉環(huán)atm連接接納控制方法與電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字信息傳輸以交換功能為特征的網(wǎng)絡(luò)的分組交換系統(tǒng)，尤其涉及一種在ATM(異步轉(zhuǎn)移模式，Asynchronous Transfer Mode)通信網(wǎng)絡(luò)中的流量控制(也稱(chēng)作業(yè)務(wù)量管理)方法及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)方案。
流量控制機(jī)制是ATM通信網(wǎng)絡(luò)(或基于ATM的多業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò))實(shí)現(xiàn)其對(duì)資源統(tǒng)計(jì)復(fù)用目標(biāo)的根本手段。CAC(連接接納控制，Call Admission Control)是ATM通信網(wǎng)絡(luò)中流量控制體系的核心部分，是進(jìn)行資源分配和保證用戶QoS(服務(wù)質(zhì)量，Quality of Service)要求、充分利用網(wǎng)絡(luò)資源和避免網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞的主要措施。
按照ITU(國(guó)際電信聯(lián)盟，International Telecommunication Union)和ATM論壇的定義，連接接納控制(CAC)是網(wǎng)絡(luò)在新連接申請(qǐng)建立的時(shí)刻，根據(jù)新連接的業(yè)務(wù)特征(用流量參數(shù)表征)、服務(wù)質(zhì)量要求和網(wǎng)絡(luò)資源(帶寬、緩沖區(qū))的當(dāng)前狀況而進(jìn)行的一系列動(dòng)作，對(duì)是否接納此連接申請(qǐng)作出判斷。只有當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中有足夠資源保證新連接的服務(wù)質(zhì)量(QoS)要求，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)中其它已經(jīng)建立的連接的服務(wù)質(zhì)量(QoS)不會(huì)因?yàn)樗慕尤攵艿綋p害時(shí)，新連接申請(qǐng)才被接納，否則被拒絕。
連接接納控制(CAC)要同時(shí)滿足兩個(gè)目標(biāo)保障所有已接納連接的服務(wù)質(zhì)量(QoS)和有效地提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率。
國(guó)際電信聯(lián)盟和ATM論壇的目標(biāo)在于將上述的操作作為要被標(biāo)準(zhǔn)化的ATM通信網(wǎng)絡(luò)中ATM交換系統(tǒng)的操作。但是，具體的控制方法或?qū)崿F(xiàn)方法不是標(biāo)準(zhǔn)化的目標(biāo)。在實(shí)現(xiàn)中，不但要達(dá)到上述的兩個(gè)目標(biāo)外，連接接納控制(CAC)還應(yīng)當(dāng)簡(jiǎn)單，有效，實(shí)時(shí)地作出新連接接納與否的判斷，即要求算法的計(jì)算成本不能過(guò)高；同時(shí)由于處理對(duì)象的復(fù)雜，ATM網(wǎng)中的連接業(yè)務(wù)類(lèi)型多而且服務(wù)質(zhì)量(QoS)要求各不相同，連接接納控制(CAC)還應(yīng)具有靈活性和強(qiáng)健性。
現(xiàn)有的連接接納控制(CAC)研究工作取得了許多理論成果，但更多集中于理論分析，真正能夠與工程實(shí)際緊密相結(jié)合的方法不多。主要問(wèn)題有四點(diǎn)其一，連接接納控制(CAC)事實(shí)上是一種開(kāi)環(huán)控制，只是在用戶申請(qǐng)建立連接的時(shí)刻做接納與否的判斷，一旦連接被接納入網(wǎng)，連接接納控制(CAC)就完成了自己的功能，而后對(duì)連接不再做任何控制；所以，只有當(dāng)連接接納控制(CAC)做判決的基礎(chǔ)(即連接的流量參數(shù))確實(shí)準(zhǔn)確而且在連接整個(gè)生存期中保持不變，同時(shí)又能夠被網(wǎng)絡(luò)UPC(用法參數(shù)控制，Usage ParameterControl)功能所監(jiān)管，才能保證連接接納控制(CAC)的有效性，否則判斷便失去了準(zhǔn)確的基礎(chǔ)，流量控制會(huì)變得誤差極大或毫無(wú)意義。
常見(jiàn)的做法是針對(duì)某種類(lèi)型的業(yè)務(wù)流選取一種數(shù)學(xué)模型作為信源，進(jìn)行排隊(duì)分析。這種方法具有許多局限性首先是所采用的信源參數(shù)過(guò)多過(guò)復(fù)雜，許多是無(wú)法被網(wǎng)絡(luò)用法參數(shù)控制(UPC)來(lái)監(jiān)管的；另外，計(jì)算實(shí)時(shí)性不佳。所以只具有理論指導(dǎo)意義而難以實(shí)用化；其二，即使連接的流量參數(shù)都可以被用法參數(shù)控制(UPC)監(jiān)管，在實(shí)際中讓用戶來(lái)向網(wǎng)絡(luò)提供精確的信源參數(shù)也是困難和不符合實(shí)際情況的。不準(zhǔn)確的信源參數(shù)將直接影響到連接接納控制(CAC)進(jìn)行資源分配，對(duì)用戶或網(wǎng)絡(luò)利益造成損害；有些用戶傾向于向網(wǎng)絡(luò)申請(qǐng)較多的資源，從而造成網(wǎng)絡(luò)利用率的降低；又有些用戶則申請(qǐng)較少的資源，從而影響其他連接的服務(wù)質(zhì)量(QoS)；其三，ATM通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的多樣性使得尋求一種精確刻劃業(yè)務(wù)特征的方法越來(lái)越困難。同時(shí)，只依靠在連接申請(qǐng)時(shí)刻所提供的流量參數(shù)進(jìn)行判斷不能得出一個(gè)優(yōu)化的連接接納控制(CAC)，因?yàn)槟壳皣?guó)際電信聯(lián)盟和ATM論壇給出的流量參數(shù)只提供了業(yè)務(wù)參數(shù)的上界而不是實(shí)際的業(yè)務(wù)特征信息，換言之只是一種靜態(tài)參數(shù)。另外，ATM流量控制的主要研究對(duì)象實(shí)時(shí)VBR(可變比特速率，Variable Bit Rate)業(yè)務(wù)越來(lái)越體現(xiàn)出長(zhǎng)相關(guān)、自相似以及時(shí)變特性，也使得傳統(tǒng)信源模型在長(zhǎng)時(shí)段上不再適用；其四，假設(shè)倘若信源參數(shù)本身就是一種時(shí)變參量，在接納入網(wǎng)后的生存期內(nèi)發(fā)生較大變化時(shí)，如果使得實(shí)際占用的資源少于分配資源，即網(wǎng)絡(luò)中實(shí)際資源有富裕時(shí)，仍有可能因?yàn)檫B接接納控制(CAC)只根據(jù)在連接提交申請(qǐng)時(shí)刻的參數(shù)進(jìn)行資源分配，使得此時(shí)新申請(qǐng)建立連接遭到不合理的拒絕，這就降低了網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，與ATM通信網(wǎng)絡(luò)試圖實(shí)現(xiàn)資源的統(tǒng)計(jì)復(fù)用的初衷是不相符合的。
由于這些問(wèn)題的存在，在實(shí)際應(yīng)用中通常犧牲網(wǎng)絡(luò)資源利用率，采用簡(jiǎn)單的方法如峰值分配法、等效帶寬法等來(lái)完成連接接納控制(CAC)，這樣就不能夠真正達(dá)到ATM通信網(wǎng)絡(luò)中連接接納控制(CAC)的兩個(gè)目標(biāo)。
在這種情況下，研究人員提出了閉環(huán)連接接納控制(CAC)的想法，即在連接生存期間不斷地實(shí)際測(cè)量、估算信源的業(yè)務(wù)參數(shù)，通過(guò)在線測(cè)量業(yè)務(wù)參數(shù)，引入反饋信息，定時(shí)更新網(wǎng)絡(luò)資源分配表使之反映真實(shí)情況，并依此來(lái)作為新連接申請(qǐng)的連接接納控制(CAC)判決基礎(chǔ)，這樣利用了開(kāi)環(huán)連接接納控制(CAC)算法在一個(gè)短時(shí)段中的精確結(jié)果，同時(shí)又不斷調(diào)整工作點(diǎn)，進(jìn)行閉環(huán)控制，在整體上做到了對(duì)資源的動(dòng)態(tài)分配，從而提高了網(wǎng)絡(luò)資源利用率。這種方法也稱(chēng)作基于測(cè)量的連接接納控制(CAC)方法或閉環(huán)連接接納控制(CAC)方法，在本說(shuō)明書(shū)中兩種提法等價(jià)。
但在實(shí)現(xiàn)中，基于測(cè)量的連接接納控制(CAC)方法仍遇到許多難題其一，如何決定測(cè)量周期，即測(cè)量窗口的大小取值問(wèn)題。
測(cè)量周期是決定基于測(cè)量的連接接納控制(CAC)算法性能優(yōu)劣的最重要參數(shù)之一。對(duì)單個(gè)連接而言，較大的窗口會(huì)導(dǎo)致估值的保守，而較小的窗口會(huì)導(dǎo)致估值過(guò)大，當(dāng)然可以考慮結(jié)合多個(gè)窗口的測(cè)量結(jié)果來(lái)估算參數(shù)。但當(dāng)連接數(shù)目較大時(shí)，問(wèn)題將變得復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)難度增大。這個(gè)問(wèn)題是無(wú)法回避的。
其二，對(duì)不同類(lèi)型業(yè)務(wù)只有在不同的時(shí)間尺度上進(jìn)行測(cè)量，反饋方法才能取得預(yù)期有效的控制效果。
由于業(yè)務(wù)特性的差異，不同的連接應(yīng)當(dāng)選取不同的間隔才能使得測(cè)量過(guò)程充分，得到較準(zhǔn)確的參數(shù)估計(jì)值。也就是說(shuō)，測(cè)量周期必須因連接而異，體現(xiàn)出一定的自適應(yīng)性。對(duì)于低速率業(yè)務(wù)，可取較長(zhǎng)的測(cè)量周期；對(duì)于高速率業(yè)務(wù)可取較短。這樣做的實(shí)際背景和依據(jù)是對(duì)于低速率業(yè)務(wù)而言，并不能從中“擠”出太大的動(dòng)態(tài)資源，動(dòng)態(tài)資源的主要提供者是高速率業(yè)務(wù)，對(duì)這種業(yè)務(wù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)視才是獲取較高網(wǎng)絡(luò)資源利用率的主要目的所在。
其三，即使確定了各個(gè)連接的測(cè)量周期，其在工程實(shí)現(xiàn)上難度也太大。
現(xiàn)有的基于測(cè)量的連接接納控制(CAC)算法處理測(cè)量周期的思路都是設(shè)置一個(gè)定時(shí)器，一旦計(jì)時(shí)到達(dá)則觸發(fā)讀取測(cè)量值這一事件，這種模式可稱(chēng)為計(jì)時(shí)觸發(fā)模式。對(duì)于建立時(shí)間不同，測(cè)量周期不同的大量連接進(jìn)行連接接納控制，算法中必須對(duì)每個(gè)連接設(shè)置一個(gè)定時(shí)器，同時(shí)連接接納控制應(yīng)在連接生存期間不斷地查詢測(cè)量參數(shù)，在實(shí)際工程中，因?yàn)檫B接接納控制(CAC)是定時(shí)的發(fā)起者，除了做判斷外，再加上定時(shí)等待，參數(shù)讀取等操作，最重要的是在觸發(fā)時(shí)刻需要從硬件獲取所有此類(lèi)連接的測(cè)量值，這種數(shù)據(jù)采集的工作量對(duì)硬、軟件的要求太高；另外，可能有若干類(lèi)業(yè)務(wù)同時(shí)滿足觸發(fā)條件，由于采集量過(guò)大和競(jìng)爭(zhēng)、調(diào)度等問(wèn)題，再加上由此帶來(lái)的信令重協(xié)商操作，極易導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。
正是因?yàn)檫@些難點(diǎn)，閉環(huán)連接接納控制(CAC)只局限于理論研究階段，而無(wú)法在工程實(shí)現(xiàn)中得以應(yīng)用，也就無(wú)法達(dá)到對(duì)資源的動(dòng)態(tài)分配、提高資源利用率的初衷。
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明的主要目的是提出一個(gè)完整的實(shí)用化的基于測(cè)量的(閉環(huán)的)連接接納控制實(shí)現(xiàn)技術(shù)方案，包括硬件芯片電路和軟件算法。實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)連接接納控制，做到了對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的動(dòng)態(tài)分配，從而提高ATM通信網(wǎng)絡(luò)資源利用率。
針對(duì)閉環(huán)連接接納控制(CAC)方法實(shí)現(xiàn)中的首要難題，本發(fā)明提出了一種解決測(cè)量周期問(wèn)題的辦法，稱(chēng)為計(jì)量觸發(fā)模式，完全由硬件芯片電路實(shí)現(xiàn)；同時(shí)提出與之配合使用的前后臺(tái)連接接納控制(CAC)算法，前臺(tái)連接接納控制(CAC)算法與傳統(tǒng)的連接接納控制算法一樣，后臺(tái)算法則根據(jù)硬件芯片上報(bào)的測(cè)量值在整個(gè)連接生存期內(nèi)更新網(wǎng)絡(luò)資源表，前臺(tái)算法得到各連接的靜態(tài)工作點(diǎn)，而后臺(tái)算法對(duì)其進(jìn)行滾動(dòng)優(yōu)化。這兩者的結(jié)合使用，提出了一種實(shí)用化的閉環(huán)連接接納控制方案。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的流量控制芯片通過(guò)硬件計(jì)量觸發(fā)更新系統(tǒng)資源參數(shù)和含CAC軟件的CPU中CAC資源表相連接，CAC資源表通過(guò)資源查詢和更新和CAC判決模塊連接，CAC判決模塊通過(guò)用戶建鏈請(qǐng)求和應(yīng)答和交換核心相連，交換核心通過(guò)流量監(jiān)控和測(cè)量和流量控制芯片相連。其中流量控制芯片包括流量控制模塊和計(jì)量觸發(fā)模塊。其中流量控制模塊包括峰值速率用法參數(shù)控制模塊，可持續(xù)速率用法參數(shù)控制模塊，包丟棄模塊和統(tǒng)計(jì)模塊，前三個(gè)模塊和統(tǒng)計(jì)模塊相連。計(jì)量觸發(fā)模塊包括全局時(shí)鐘模塊，觸發(fā)時(shí)刻模塊，信元統(tǒng)計(jì)模塊和快速緩存模塊，前三個(gè)模塊和快速緩存模塊相連。
流量控制芯片的硬件處理流程是開(kāi)始→收連接號(hào)→從快速緩存里讀取信元數(shù)和上次觸發(fā)時(shí)刻→收合法信元接收信號(hào)→讀取觸發(fā)時(shí)刻信元計(jì)數(shù)器增加1→判斷信元數(shù)到設(shè)定值？是則信元數(shù)清0、置上次觸發(fā)時(shí)刻為本次、發(fā)送連接號(hào)、觸發(fā)時(shí)刻等參數(shù)到CPU→開(kāi)始；否則置上次觸發(fā)時(shí)刻為本次、更新快速緩存中信元計(jì)數(shù)器值→開(kāi)始。
含CAC軟件的CPU中的CAC判決模塊的流程為狀態(tài)0下面有自信令，自網(wǎng)管和自硬件更新，自信令分別為呼叫到達(dá)→CAC運(yùn)算→接受判斷，若是則更新工作組→更新帶寬資源表→去信令呼叫接納→狀態(tài)0；否則去信令呼叫拒絕→狀態(tài)0。呼叫釋放→更新工作數(shù)組→更新帶寬資源表→去信令呼叫釋放完成→狀態(tài)0。自網(wǎng)管分別為復(fù)位設(shè)置→復(fù)位設(shè)置處理→去網(wǎng)管報(bào)告消息→狀態(tài)0。系統(tǒng)查詢→查詢處理→去網(wǎng)管報(bào)告消息→狀態(tài)0。自硬件更新為參數(shù)更新→更新工作數(shù)組→更新帶寬資源表→狀態(tài)0。
含CAC軟件的CPU中的CAC資源表見(jiàn)圖6所示。
下面，對(duì)其硬件芯片及相關(guān)電路平臺(tái)和軟件算法模塊的實(shí)現(xiàn)等方面逐一闡述。
本發(fā)明采用計(jì)量觸發(fā)模式，即，用被監(jiān)測(cè)連接的到達(dá)信元作為基本輸入事件，用該連接某一預(yù)先設(shè)定數(shù)量的信元是否全部到達(dá)事件作為觸發(fā)條件，觸發(fā)CAC更新算法，通過(guò)用硬件芯片電路測(cè)量預(yù)先設(shè)定數(shù)量信元全部到達(dá)所用的時(shí)間，來(lái)估算CAC算法中所需要的真實(shí)業(yè)務(wù)參數(shù)，并完成對(duì)系統(tǒng)資源表的更新，保證該表反映網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)當(dāng)前真實(shí)的資源利用情況。
根據(jù)現(xiàn)有的硬件水平，本發(fā)明設(shè)計(jì)了流量控制芯片TC simple專(zhuān)用集成電路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)每條連接的業(yè)務(wù)流量參數(shù)實(shí)時(shí)測(cè)量功能，為了功能的完整性，同時(shí)也完成對(duì)流量參數(shù)的用法參數(shù)控制(UPC)功能和統(tǒng)計(jì)功能。
具體方法是所有被該芯片監(jiān)測(cè)的連接保持一個(gè)計(jì)數(shù)器，并預(yù)先設(shè)定一個(gè)全局統(tǒng)一的計(jì)數(shù)值N作為觸發(fā)條件閾值。當(dāng)一個(gè)信元到達(dá)時(shí)，流量控制芯片檢查相應(yīng)連接的計(jì)數(shù)器值是否超過(guò)閾值，若沒(méi)有，則計(jì)數(shù)器值進(jìn)行累加；當(dāng)計(jì)數(shù)器的值達(dá)到N時(shí)，則認(rèn)為此連接的一個(gè)測(cè)量周期結(jié)束，該計(jì)數(shù)器被清零，然后觸發(fā)連接接納控制(CAC)更新算法，根據(jù)測(cè)量值估算此連接的業(yè)務(wù)參數(shù)，再更新連接接納控制(CAC)算法資源表中的相應(yīng)表項(xiàng)。
本發(fā)明同傳統(tǒng)的思路，即用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)測(cè)量周期的行為控制不同，本發(fā)明將傳統(tǒng)的定時(shí)驅(qū)動(dòng)方式轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴邦A(yù)定數(shù)量信元到達(dá)事件發(fā)生”為標(biāo)志的事件驅(qū)動(dòng)方式，本發(fā)明中，這種模式為計(jì)量觸發(fā)模式。
在如上所述的硬件平臺(tái)上，軟件的實(shí)現(xiàn)上采用前后臺(tái)結(jié)合的連接接納控制算法。具體方法是系統(tǒng)中保存一張資源表，描述整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)資源使用狀況，包括每一條連接的流量參數(shù)和對(duì)應(yīng)分配的資源；前臺(tái)連接接納控制(CAC)算法與傳統(tǒng)的開(kāi)環(huán)連接接納控制(CAC)一樣，負(fù)責(zé)連接在申請(qǐng)建立階段的處理，簡(jiǎn)單快速給出接納與否的判決，生成資源表相應(yīng)表目的初始值；后臺(tái)算法則根據(jù)硬件上報(bào)后的測(cè)量值在整個(gè)連接生存期內(nèi)來(lái)不斷更新網(wǎng)絡(luò)資源表，使得后續(xù)來(lái)的連接申請(qǐng)的連接接納控制(CAC)判斷在最新的資源狀況下進(jìn)行。后臺(tái)算法只有在前臺(tái)算法接納連接時(shí)才被啟動(dòng)。由前臺(tái)連接接納控制(CAC)算法得到各連接的靜態(tài)工作點(diǎn)，而后臺(tái)連接接納控制(CAC)算法對(duì)其進(jìn)行滾動(dòng)優(yōu)化。同時(shí)在后臺(tái)資源更新算法中，也使用相同的方法以保持一致性。
本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)其一，用硬件芯片實(shí)現(xiàn)計(jì)量觸發(fā)，使得連接接納控制(CAC)軟件工作大為簡(jiǎn)化。由于此時(shí)用硬件(流量控制芯片)來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量并作為讀取測(cè)量值這一事件的發(fā)起者，使連接接納控制(CAC)軟件不用設(shè)置復(fù)雜的定時(shí)器，從而可以方便地分解為前后臺(tái)實(shí)現(xiàn)方案；前臺(tái)算法負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)性要求高的操作如連接在申請(qǐng)建立階段的處理，簡(jiǎn)單快速給出接納與否的判決，這符合實(shí)際中用戶/網(wǎng)絡(luò)協(xié)商的實(shí)際情況；如果接納，則啟動(dòng)后臺(tái)算法在連接生存期間接收來(lái)自流控芯片的計(jì)量觸發(fā)，更新當(dāng)前時(shí)刻的資源分配表，從而達(dá)到既保證實(shí)時(shí)性，又動(dòng)態(tài)分配資源的目標(biāo)，且實(shí)現(xiàn)成本低；這都得益于測(cè)量過(guò)程從連接接納控制(CAC)算法中用硬件方式獨(dú)立出來(lái)，并用類(lèi)似中斷方式結(jié)合進(jìn)連接接納控制(CAC)軟件的結(jié)果；其二，由于是計(jì)量觸發(fā)，當(dāng)計(jì)數(shù)值預(yù)先設(shè)定，對(duì)不同速率的連接測(cè)量時(shí)間間隔自然不同，測(cè)量間隔對(duì)不同速率的連接體現(xiàn)出自適應(yīng)性。對(duì)不同連接設(shè)定相同單一的約定數(shù)量N這一思想在實(shí)現(xiàn)上很簡(jiǎn)便，通過(guò)寄存器操作就可以方便地進(jìn)行設(shè)置與修改；其三，由于是計(jì)量觸發(fā)，即使對(duì)于同一連接，在不同時(shí)段的測(cè)量間隔也不盡相同，這體現(xiàn)出測(cè)量間隔對(duì)單個(gè)連接的自適應(yīng)性，同時(shí)也說(shuō)明用這種模式能夠較準(zhǔn)確地跟蹤業(yè)務(wù)的變化；其四，由于信元是串行到達(dá)，因此連接接納控制(CAC)的更新算法是順序執(zhí)行，只要在一個(gè)交換周期內(nèi)更新完即可，避免了計(jì)時(shí)觸發(fā)模式中需要在一個(gè)交換周期中對(duì)一大批連接做連接接納控制(CAC)更新的可能，從而降低了對(duì)CPU處理能力的要求；其五，設(shè)計(jì)方案中流量參數(shù)的測(cè)量和資源的更新都不需要通過(guò)信令的參與，這不但提高了算法的實(shí)時(shí)性，而且避免了采用計(jì)時(shí)觸發(fā)方式的重協(xié)商帶來(lái)的大量信令開(kāi)銷(xiāo)以及可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞的無(wú)效業(yè)務(wù)流量；其六，本發(fā)明具有開(kāi)放性和兼容性，可以利用當(dāng)前最先進(jìn)的連接接納控制(CAC)方法作為前臺(tái)連接接納控制(CAC)算法；其七，這個(gè)方案完全符合國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)和ATM論壇的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)采用計(jì)量觸發(fā)模式的專(zhuān)用流量控制硬件芯片電路以及與前后臺(tái)連接接納控制(CAC)算法軟件相結(jié)合，完成了閉環(huán)連接接納控制(CAC)(基于測(cè)量的連接接納控制(CAC))方法的實(shí)現(xiàn)，克服了開(kāi)環(huán)連接接納控制(CAC)不精確等缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了資源的動(dòng)態(tài)分配，在滿足保證服務(wù)質(zhì)量(QoS)要求的同時(shí)，提高了ATM網(wǎng)絡(luò)資源的利用率。
下面將結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)方案框圖。
圖2為本發(fā)明技術(shù)方案框圖。
圖3為本發(fā)明的硬件功能框圖。
圖4為硬件模塊處理流程圖。
圖5為軟件模塊SDL圖。
圖6為CAC資源表格式。
本發(fā)明實(shí)施例為計(jì)量觸發(fā)的閉環(huán)ATM連接接納控制方法與電路，在詳細(xì)討論本發(fā)明前，涉及ATM流量控制的一般考慮由以下背景技術(shù)提供，典型的ATM流量控制系統(tǒng)如圖1所示，由三個(gè)主要單元組成ATM交換核心(或總線交換控制器)3，流量控制芯片1和包含連接接納控制(CAC)軟件的CPU 5。
交換核心3與流量控制芯片1之間為流量監(jiān)控信號(hào)2，交換核心3與包含連接接納控制(CAC)軟件的CPU 5之間是用戶建鏈請(qǐng)求和應(yīng)答4。
對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的技術(shù)方案框圖如圖2所示。
本發(fā)明在流量控制芯片1中增加了流量測(cè)量功能和計(jì)量觸發(fā)功能，交換核心3與流量控制芯片1之間為流量監(jiān)控和測(cè)量信號(hào)2，在流量控制芯片1和含連接接納控制(CAC)軟件的CPU 5之間引入了硬件定量觸發(fā)與更新資源參數(shù)信號(hào)6，含連接接納控制(CAC)軟件的CPU 5上的連接接納控制(CAC)軟件由連接接納控制(CAC)資源表8和連接接納控制(CAC)判決算法7組成，這兩者之間由資源查詢和更新消息9來(lái)連接。
由圖中的連接關(guān)系體現(xiàn)了“閉環(huán)”連接接納控制的含義。
本發(fā)明硬件部分的實(shí)現(xiàn)功能框圖如圖3所示。
和傳統(tǒng)流量控制芯片不同，圖3中流量控制芯片1是專(zhuān)用集成電路，命名為T(mén)C simple，它可實(shí)現(xiàn)符合國(guó)際電信聯(lián)盟和ATM論壇所要求的針對(duì)峰值信元速率和可持續(xù)信元速率的用法參數(shù)控制(UPC)功能，包丟棄功能(PD，PacketDiscard)，在每條虛電路級(jí)別統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)基于測(cè)量的連接接納控制(CAC)，即閉環(huán)連接接納控制(CAC)功能，這是本發(fā)明硬件部分的關(guān)鍵。
流量控制芯片1可作為一般交換核心(或總線交換控制器)3的外掛式流量控制芯片，它與交換核心間的接口信號(hào)有如下內(nèi)容● 連接標(biāo)號(hào)21，● 信元丟失優(yōu)先級(jí)輸入22，● 凈荷類(lèi)型22，● 合法信元接收22，● 存儲(chǔ)更新指示22，● 包丟棄使能23，● 包丟棄狀態(tài)23，● 信元丟失優(yōu)先級(jí)輸出24，● 流控輸出控制24。
每個(gè)連接的流控參數(shù)的位置和連接標(biāo)號(hào)21間有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，建立連接時(shí)在相應(yīng)位置寫(xiě)上相應(yīng)的流量控制參數(shù)和操作屬性；峰值速率用法參數(shù)控制模塊111和可持續(xù)速率用法參數(shù)控制模塊112對(duì)用戶信元的處理過(guò)程為在交換機(jī)的輸入周期，根據(jù)交換核心3送出的連接標(biāo)號(hào)21，信元丟失優(yōu)先級(jí)輸入22，凈荷類(lèi)型22，合法信元接收22，調(diào)出相應(yīng)位置的用法參數(shù)控制(UPC)參數(shù)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的通用信元速率算法(通常是漏桶算法)進(jìn)行判決控制，并立即送出信元丟失優(yōu)先級(jí)輸出24，流控輸出控制24，然后監(jiān)控存儲(chǔ)更新指示22，察看交換核心3處理是否正確；
包丟棄模塊113對(duì)用戶數(shù)據(jù)的處理過(guò)程為在交換機(jī)的輸入周期，根據(jù)交換核心3送出連接標(biāo)號(hào)21，存儲(chǔ)更新指示22，調(diào)出相應(yīng)位置的包丟棄參數(shù)包丟棄使能23，包丟棄狀態(tài)23；如果包丟棄使能23有效，存儲(chǔ)更新指示22值為0指示相應(yīng)信元被丟棄，則置位包丟棄狀態(tài)23，通過(guò)流控輸出控制24指示交換核心3丟棄后續(xù)到來(lái)的相應(yīng)包的信元；連接接納控制(CAC)統(tǒng)計(jì)模塊114對(duì)峰值速率用法參數(shù)控制模塊111和可持續(xù)速率用法參數(shù)控制模塊112、包丟棄模塊113上報(bào)的每個(gè)連接的各種狀態(tài)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，這些信息可用于實(shí)現(xiàn)ATM網(wǎng)絡(luò)管理的計(jì)費(fèi)功能。
這四個(gè)模塊構(gòu)成了流量控制模塊11。
本模塊中最關(guān)鍵的部分是計(jì)量觸發(fā)模塊12，即計(jì)量觸發(fā)的實(shí)現(xiàn)部分，在圖3中為● 全局時(shí)鐘模塊123，用于給出當(dāng)前時(shí)刻● 觸發(fā)時(shí)刻模塊124記錄了每個(gè)連接上一次觸發(fā)的時(shí)刻● 信元統(tǒng)計(jì)模塊122統(tǒng)計(jì)了每個(gè)連接自上一次觸發(fā)以來(lái)到達(dá)的的信元數(shù)● 快速緩存模塊121作為計(jì)量觸發(fā)模塊12與含連接接納控制(CAC)軟件的CPU模塊5進(jìn)行通信的快速緩存區(qū)。
圖4為本發(fā)明中計(jì)量觸發(fā)功能具體實(shí)現(xiàn)的處理流程系統(tǒng)初始化后，上電工作，開(kāi)始步驟100；進(jìn)入步驟101為流量控制芯片1等待交換核心3發(fā)來(lái)的消息，根據(jù)交換核心3送來(lái)的當(dāng)前處理信元所屬的連接號(hào)；步驟102從快速緩存模塊121中取出相應(yīng)的本連接自上一次觸發(fā)以來(lái)到達(dá)的信元數(shù)，和本連接上一次觸發(fā)的時(shí)刻；進(jìn)入步驟103等待該連接合法信元的到達(dá)，當(dāng)一合法信元到達(dá)時(shí)，交換核心3將送來(lái)一合法信元接收22信號(hào)，步驟104讀取此時(shí)的觸發(fā)時(shí)刻，并對(duì)當(dāng)前計(jì)數(shù)值加一；進(jìn)入判斷步驟105，如果發(fā)現(xiàn)本連接自上一次觸發(fā)以來(lái)至今到達(dá)的信元總數(shù)達(dá)到了本方案“計(jì)量觸發(fā)”里預(yù)先設(shè)定的量值N時(shí)，就進(jìn)入步驟106，把快速緩存模塊121里的本連接上一次觸發(fā)的時(shí)刻改為剛記錄的本次觸發(fā)時(shí)刻，同時(shí)把快速緩存模塊121里的本連接自上一次觸發(fā)以來(lái)到達(dá)的的信元數(shù)清零，然后把本連接號(hào)21，本次觸發(fā)時(shí)刻，上次觸發(fā)時(shí)刻送到后臺(tái)連接接納控制(CAC)軟件運(yùn)算部分，然后返回步驟100；如果本連接自上一次觸發(fā)以來(lái)至今到達(dá)的信元總數(shù)未達(dá)到本方案“計(jì)量觸發(fā)”里預(yù)設(shè)的量N時(shí)，則進(jìn)入步驟107，把快速緩存模塊121里的本連接上一次觸發(fā)的時(shí)刻改為剛記錄的本次觸發(fā)時(shí)刻，同時(shí)把快速緩存模塊121里的本連接自上一次觸發(fā)以來(lái)到達(dá)的的信元數(shù)更新為計(jì)數(shù)器當(dāng)前值，然后返回步驟100。
本發(fā)明軟件部分即前后臺(tái)連接接納控制(CAC)算法的實(shí)現(xiàn)SDL圖如圖5所示。
整個(gè)系統(tǒng)的操作系統(tǒng)采用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，各模塊之間的通信機(jī)制采用消息隊(duì)列方式，程序使用標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言編寫(xiě)，運(yùn)行位置是在交換機(jī)側(cè)。
在這些流程圖中指示的每一個(gè)步驟或決定，在實(shí)際執(zhí)行的程序中，可包含一個(gè)或多個(gè)步驟，每一個(gè)步驟往往自身就是一個(gè)完整的子程序。這些步驟的編程屬于中等程序員所熟悉的，故為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，在此不做詳述。
下面以等效帶寬法為例，作一描述。
前臺(tái)算法所需要的連接信源流量參數(shù)在連接申請(qǐng)建立時(shí)由信令提交，根據(jù)ATM通信網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前資源狀況和服務(wù)質(zhì)量(QoS)要求，得出應(yīng)當(dāng)分配的帶寬值(等效帶寬)，如果當(dāng)前空余資源足夠，則接納該連接，然后更新資源表中相應(yīng)的表目。
當(dāng)采用等效帶寬法作為開(kāi)環(huán)連接接納控制(CAC)算法時(shí)，有令C為鏈路帶寬，Cf為空余帶寬，Ci(i＝1，2，....K)為K個(gè)連接的等效帶寬，則有Cf=C-Σi=1KCi]]>當(dāng)?shù)贙+1個(gè)連接申請(qǐng)建立時(shí)，利用前臺(tái)算法得出其等效帶寬值Ck+1，若Cf＞Ck+1，則接納，否則拒絕。
后臺(tái)算法在連接被接納入網(wǎng)之后，即啟動(dòng)流控芯片進(jìn)行流量測(cè)量和監(jiān)控。通過(guò)測(cè)量過(guò)程來(lái)得到所需參數(shù)的估計(jì)值，即通過(guò)有限、快捷的測(cè)量，來(lái)準(zhǔn)確估計(jì)業(yè)務(wù)的真實(shí)參數(shù)；根據(jù)這個(gè)估計(jì)的參數(shù)，進(jìn)一步更新系統(tǒng)資源表。在本方案中，參數(shù)的估計(jì)是通過(guò)硬件進(jìn)行計(jì)量測(cè)量，同時(shí)考慮到參數(shù)的變化趨勢(shì)來(lái)對(duì)測(cè)量值進(jìn)行修正得到的。后臺(tái)連接接納控制(CAC)算法根據(jù)新近測(cè)量值和估算的參數(shù)值，采用與前臺(tái)算法中相同的內(nèi)核來(lái)計(jì)算等效帶寬Ck+1new，然后更新資源表中相應(yīng)的表項(xiàng)，由此使得Cf能夠隨時(shí)反映網(wǎng)絡(luò)資源真實(shí)使用情況，為后續(xù)連接接入判斷提供了符合實(shí)際的基礎(chǔ)。
采用這種方式的另一個(gè)實(shí)際物理背景是，在測(cè)量間隔(不使用“周期”一詞，以示計(jì)量觸發(fā)模式同計(jì)時(shí)觸發(fā)模式的區(qū)別)內(nèi)可認(rèn)為業(yè)務(wù)流特性變化不大。這樣，利用前臺(tái)連接接納控制(CAC)方法相當(dāng)于得到一個(gè)靜態(tài)工作點(diǎn)，而后臺(tái)連接接納控制(CAC)算法對(duì)其進(jìn)行滾動(dòng)優(yōu)化，達(dá)到最優(yōu)效果。
連接接納控制(CAC)程序經(jīng)過(guò)初始化后首先進(jìn)入步驟200即零狀態(tài)。在零狀態(tài)時(shí)，程序不斷檢測(cè)自身的消息隊(duì)列，當(dāng)收到信令或網(wǎng)管發(fā)來(lái)的消息后，連接接納控制(CAC)首先把消息讀入緩沖區(qū)內(nèi)，然后根據(jù)消息類(lèi)型，進(jìn)行相應(yīng)的處理，最后把處理結(jié)果仍以消息的形式回送到信令或網(wǎng)管的消息隊(duì)列中，連接接納控制(CAC)程序又返回零狀態(tài)。
連接接納控制(CAC)接收到的消息主要有以下幾種● 自網(wǎng)管的復(fù)位消息，連接接納控制(CAC)除了完成自身的復(fù)位，還要進(jìn)行永久虛電路(PVC)的設(shè)置和交換機(jī)出局端口的設(shè)置?！? 自網(wǎng)管的查詢消息，連接接納控制(CAC)給網(wǎng)管回送所查詢的端口信息?！? 自信令的呼叫接納請(qǐng)求消息，連接接納控制(CAC)要判斷新連接是點(diǎn)到點(diǎn)的連接還是點(diǎn)到多點(diǎn)的連接，并做出相應(yīng)的運(yùn)算結(jié)果。如果是出局連接，還要由連接接納控制(CAC)指定一個(gè)出局端口。最后，發(fā)出接納與否的判斷結(jié)果，并修改自身資源表?！? 自信令的呼叫釋放請(qǐng)求，連接接納控制(CAC)刪除連接，并修改自身資源表。
以上部分是連接接納控制(CAC)的前臺(tái)軟件實(shí)現(xiàn)部分。前臺(tái)軟件使用連接建立時(shí)由信令提交的流量參數(shù)如峰值信元速率，可持續(xù)信元速率，突發(fā)容限等，作為進(jìn)行連接接納與否判斷的依據(jù)。系統(tǒng)中保存一張資源表，描述整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)前的資源使用狀況，包括每一條連接的流量參數(shù)和對(duì)應(yīng)分配的資源。
后臺(tái)連接接納控制(CAC)軟件部分對(duì)應(yīng)于SDL圖(圖5)中的第三個(gè)分支，即“自硬件更新”分支。描述如下步驟200為狀態(tài)0；進(jìn)入步驟201等待接收來(lái)自硬件電路的參數(shù)更新事件消息6，即如上所述的流量控制芯片1發(fā)來(lái)的計(jì)量觸發(fā)事件送來(lái)的信號(hào)，接收到該消息，進(jìn)入步驟202，更新工作數(shù)組，進(jìn)入步驟203，對(duì)系統(tǒng)的帶寬資源表進(jìn)行更新，返回步驟200。
下面介紹帶寬資源表的更新算法。
資源列表描述資源的利用情況，每個(gè)連接在資源表中的格式如圖6所示。僅以可持續(xù)信元速率(SCR，Sustainable Cell Rate)最為待估計(jì)參數(shù)。
表中， 和 分別為第i個(gè)連接在本次和上一次的參數(shù)估計(jì)值。
參數(shù)估值方法如下采用實(shí)際測(cè)量值，而且考慮到測(cè)量值的變化趨勢(shì)，來(lái)初步估算可持續(xù)信元速率(SCR)SC^Ri(j)=SC‾Ri(j)+βSC‾Ri(j)-SC^Ri(j-1)ΔT(β>0)]]>式中， 即SCR測(cè)量值，ΔT為測(cè)量時(shí)長(zhǎng)，β為加權(quán)因子，后一項(xiàng)代表SCR變化趨勢(shì)，這樣就能更準(zhǔn)確地反映真實(shí)流量特性。
最后，考慮到在實(shí)際應(yīng)用中，如果上述估計(jì)值大于連接建立時(shí)的申請(qǐng)值，即資源表中的值時(shí)，應(yīng)當(dāng)選取后者作為估計(jì)值。即SC^Ri(j)=min{SCR,SC^Ri(j)}]]>這是因?yàn)橛梅▍?shù)控制(UPC)是根據(jù)信令給出的原始參數(shù)SCR而設(shè)定的，當(dāng) 值大于SCR時(shí)，說(shuō)明用戶違約，這時(shí)由用法參數(shù)控制(UPC)對(duì)違約信元進(jìn)行了非一致性判決，使得實(shí)際有效用戶信元速率仍然保持可持續(xù)信元速率(SCR)，因此就避免了給該連接多分配資源，這就到達(dá)了本方案的預(yù)期效果充分利用用戶的多余帶寬，同時(shí)嚴(yán)格遵守用戶和網(wǎng)絡(luò)間的流量約定，避免了惡意用戶濫用流量。
異常處理部分的考慮。
考慮這樣一種小概率事件即所有的用戶流量都在向其預(yù)先申請(qǐng)的量靠攏，這就可能導(dǎo)致用戶的服務(wù)質(zhì)量(QoS)要求下降。其實(shí)這也是統(tǒng)計(jì)復(fù)用固有的問(wèn)題，為了避免出現(xiàn)這種情況，可在做連接接納控制(CAC)帶寬分配時(shí)，留出10％～15％的保護(hù)帶寬。而在嚴(yán)重?fù)砣麜r(shí)，可以指示交換核心3依據(jù)一定的準(zhǔn)則進(jìn)行拆鏈，這是符合通常的工程實(shí)際考慮的。
總之，本說(shuō)明書(shū)所說(shuō)明的是計(jì)量觸發(fā)的閉環(huán)的ATM連接接納控制方法與電路。本發(fā)明的實(shí)施例已經(jīng)被闡明，由本領(lǐng)域技術(shù)人員做出的各種變化或改型都不會(huì)脫離本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種計(jì)量觸發(fā)的閉環(huán)ATM連接接納控制(CAC，Call Admission Control)方法，其特征在于在含CAC軟件的CPU中，CAC軟件是一種前后臺(tái)算法，該算法通過(guò)與流量控制芯片的配合使用，完成閉環(huán)CAC，前臺(tái)算法與傳統(tǒng)的開(kāi)環(huán)CAC一樣，后臺(tái)算法則根據(jù)硬件上報(bào)的測(cè)量值在整個(gè)連接生存期內(nèi)更新網(wǎng)絡(luò)資源表，前臺(tái)CAC算法得到各連接的靜態(tài)工作點(diǎn)，而后臺(tái)CAC算法對(duì)其進(jìn)行滾動(dòng)優(yōu)化；預(yù)先設(shè)定一個(gè)全局統(tǒng)一的計(jì)數(shù)值N作為后臺(tái)CAC算法更新網(wǎng)絡(luò)資源表觸發(fā)條件閾值；當(dāng)一個(gè)信元到達(dá)時(shí)，流量控制芯片檢查相應(yīng)連接的計(jì)數(shù)器值是否超過(guò)閾值，若沒(méi)有，則計(jì)數(shù)器值進(jìn)行累加；當(dāng)達(dá)到N時(shí)，認(rèn)為此連接的一個(gè)測(cè)量周期結(jié)束，計(jì)數(shù)器清零，然后觸發(fā)CAC更新算法。
2.一種計(jì)量觸發(fā)的閉環(huán)ATM連接接納控制方法的實(shí)現(xiàn)電路，包括ATM交換核心，流量控制芯片，含CAC軟件算法的CPU，其特征在于流量控制芯片通過(guò)硬件計(jì)量觸發(fā)更新系統(tǒng)資源參數(shù)和含CAC軟件的CPU中CAC資源表相連接，CAC資源表通過(guò)資源查詢和更新和CAC判決模塊連接，CAC判決模塊通過(guò)用戶建鏈請(qǐng)求和應(yīng)答和交換核心相連，交換核心通過(guò)流量監(jiān)控和測(cè)量和流量控制芯片相連；流量控制芯片電路包含有采用計(jì)量觸發(fā)模式的業(yè)務(wù)參數(shù)測(cè)量功能的專(zhuān)用集成電路，在流量控制芯片和含CAC軟件的CPU之間引入了硬件定量觸發(fā)與更新資源參數(shù)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)閉合的控制環(huán)路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制電路，其特征在于所述的流量控制芯片是能實(shí)現(xiàn)計(jì)量觸發(fā)的，它包括部件全局時(shí)鐘模塊，用于給出當(dāng)前時(shí)刻；觸發(fā)時(shí)刻模塊，記錄了每個(gè)連接上一次觸發(fā)的時(shí)刻；信元統(tǒng)計(jì)模塊，被所述的流量控制芯片監(jiān)測(cè)的連接，都在信元統(tǒng)計(jì)模塊保持一個(gè)計(jì)數(shù)器，統(tǒng)計(jì)了每個(gè)連接自上一次觸發(fā)以來(lái)到達(dá)的的信元數(shù)；快速緩存模塊，作為計(jì)量觸發(fā)模塊同含CAC的CPU模塊進(jìn)行通信的快速緩存區(qū)；峰值速率用法參數(shù)控制模塊；可持續(xù)速率用法參數(shù)控制模塊；包丟棄模塊；統(tǒng)計(jì)模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制電路，其特征在于所述的含CAC軟件的CPU中CAC判決模塊，資源表更新采用如下算法SC^Ri(j)=SC‾Ri(j)+βSC‾Ri(j)-SC^Ri(j-1)ΔT(β>0)]]>式中， 和 分別為第i個(gè)連接在本次和上一次的參數(shù)估計(jì)值， 即SCR測(cè)量值，ΔT為測(cè)量時(shí)長(zhǎng)，β為加權(quán)因子，后一項(xiàng)代表SCR變化趨勢(shì)，SC^Ri(j)=min{SCR,SC^Ri(j)}]]>
全文摘要
計(jì)量觸發(fā)閉環(huán)ATM連接接納控制方法及電路是由流量控制芯片經(jīng)硬件定量觸發(fā)更新系統(tǒng)資源參數(shù)連含CAC軟件的CPU中CAC資源表,其表經(jīng)資源查詢和更新連CAC判決模塊,其模塊經(jīng)用戶建鏈請(qǐng)求和應(yīng)答連交換核心,其核心經(jīng)流量監(jiān)控和測(cè)量連流量控制芯片構(gòu)成,采用實(shí)現(xiàn)計(jì)量觸發(fā)模式的流量控制專(zhuān)用集成電路,完成連接流量參數(shù)的在線測(cè)量估算,結(jié)合前后臺(tái)CAC算法,實(shí)時(shí)更新CAC資源表,實(shí)現(xiàn)對(duì)不同類(lèi)型連接的基于測(cè)量的連接接納控制,提高了網(wǎng)絡(luò)資源利用率。
文檔編號(hào)H04L12/40GK1373587SQ0110904
公開(kāi)日2002年10月9日 申請(qǐng)日期2001年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月28日
發(fā)明者葉棟, 高宏, 丁煒 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)