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。