業務量控制

業務量控制（traffic control）是對通信系統或通信網路中傳輸的所有信息(包括系統控制信息、路由選擇信息、操作維護人員的聯絡信息)的管理與控制。通信網中的業務量控制是維持網路正常操作所必需而又非常重要的一項工作。由於網路資源有限，如信道容量、節點緩衝器容量、資源的處理能力等，無限制的用戶業務量會導致網路擁塞，嚴重時會導致網路癱瘓。

中文名稱	業務量控制
英文名稱	traffic control
定　　義	對通信系統或通信網路中傳輸的所有信息(包括系統控制信息、路由選擇信息、操作維護人員的聯絡信息)的管理與控制。
套用學科	通信科技（一級學科），通信原理與基本技術（二級學科）

基本介紹

• 中文名：業務量控制
• 外文名：traffic control

業務量控制

ATM是未來高速網路所採用的信息轉移模式，以固定長度的信元傳遞信息，因而減少了延遲方差，適合於傳遞語言、數據和視頻等綜合業務。在ATM網中設備業務量的控制功能如同公路交通網中的車流量控制一樣，是維持網路正常運行所必須而又非常重要的功能。因為現有網路的資源是有限的(如信道的容量、節點緩衝器的容量等)，所能支持的連線和業務量也是有限的，當網路中的連線數目和業務流量超過它所能支撐的限度時，網路的服務質量就會下降，如使時延增加和丟失增加等等。設定業務量控制的目的就是為在有限的網路資源下，儘可能合理地對用戶所使用的網路資源加以控制，以在網路工作超負荷時採取特定的解救措施，最大限度地接入儘可能多的用戶，並能提供有保證的或者可被用戶接受的服務質量。

ATM網路的業務量控制方法不同於傳統的電路交換的網路。在傳統的電路交換網路的控制方法中，由於速率固定，所以呼叫接入比較簡單，只要在主叫與被叫之間選到一條路由，呼叫就能接通，並且該連線不會受網路中其它用戶的影響。但在ATM網路中，這種簡單的呼叫接納機制就完全不適用了。因為ATM網路中的信元是採用統計復用的方法共享資源的，各個連線沒有固定速率的專用信道，且各連線之間的信道頻寬也存在著相互制約的關係。更為重要的是，ATM網中的業務是高度突發的，速率變化很大，若只採用簡單的呼叫接續方法，既不能保證正在建立呼叫連線的服務質量，也不能保證已經建立連線的服務質量。

同樣，對於傳統的分組交換網中的業務量控制方法來說，也不能照搬到ATM網路之中。這是因為:第一，分組網簡單的視窗控制方法，不能很好地反映ATM網中多種寬頻業務的突發模型;第二，分組網單純的反應式的擁塞控制方法對於高速的ATM網路來說也不會奏效。因此需要探索新的ATM網路業務量的控制方法，本文即對ATM網路一些基本的業務量的控制方法進行探討。

連線受理控制(CAC)

CAC的概念

CAC，又稱允許接入控制或呼叫受理控制。它在ATM網中對緩解或消除網內擁塞起著關鍵作用。CCITT對CAC作了如下定義：CAC是網路在呼叫建立時所採取的一系列行動，以確定這次呼叫是受理或拒絕。要完成一次連線，首先要由用戶與網路協商，用戶呼叫時，除送出被叫的地址外，還應送出所要傳送的各種參數，如峰值速度、平均速率、最大突發時長、服務質量(如信元丟失率、延遲等)，網路根據用戶的地址和路由表找出一條從發端到收端的“最佳”路由，計算網路資源量(能提供的頻寬並檢查此頻寬是否能滿足用戶要求)能否確保通信質量，如果可能，就作出允許接入的判斷。如果不能滿足，網路應與用戶協商修改參數或服務質量指標，如果用戶不接受，則拒絕這次連線(呼叫)。CAC的工作概況如圖1所示。

CAC的受理邏輯

CAC的受理邏輯大致可分為兩種：

1. 計測通過VP的信元數，作為VC的受理判斷的原始依據；
   
2. 不採用業務量計測，而是以用戶申報的業務量描述符為基礎作出受理判斷。
   

第一種適用於數據通信等業務，在連線建立時，申報業務量有困難的業務。第二種適用於節點系統。例如可採用從用戶申報的業務量特性，通過線上評價交換節占內信元丟失率等來判斷可否受理，或採用事先通過脫線評價各業務量特性同時可設定的連線數，交換節點將連線數(N)和實際設定的連線數(X)作比較，若N>X，就可以受理。

使用參數的控制(UPC)

通過CAC受理的業務量(信元)入網後，網路要對流入的業務量進行監視和控制，如有違反協定，即超過用戶申報的業務量流入，就在該時刻將違反的信元丟棄或打上標記，再視網路內節點負載狀況加以處理。

UPC方法主要有漏桶法(LB)，此外還有視窗法流量控制，如T-X、DB。漏桶法(LB)由排隊快取器和令牌存儲器構成，如圖2所示。其控制機理是輸入的業務量首先進入排隊快取器，獲得一個令牌後才能輸出並進入網路。令牌發生器通常按一固定的速率R周期性地產生令牌，生成的令牌進入令牌存儲器，當令牌存儲器被占滿時，令牌發生器就會停止產生令牌，直到令牌發生器再次出現空位為止。如果輸入排隊存儲器已滿，此時到達的信元就會被丟失或被打上標記進入網路，當沿其虛通道的各節點負載較輕時，這些帶有標記的信元就能順利地到達目的節點。如果這些節點發生了擁塞，網路將首先丟棄這些帶有標記的信元以緩解網路的擁塞狀態。這種方法的優點是能保證入網的平均速率不超過協定規定值，又允許一定的突破值，且結構簡單，利於實現。其缺點是對符合用戶呼叫建立協定的入網業務，有時會將部分信元誤判斷為“違法”而將其丟掉或打上標記。

漏桶性能與參數D(D為輸入業務到達時，相鄰信元時間間隔的平均值與令牌產生時間間隔比值的倒數)、C(C為輸出相鄰信元時間間隔的歸一化方差係數)、W(平均等待時間)、B(排隊快取器容量)、LR(誤判率)等密切相關。圖3、4、5表示話音、數據、圖象隨B改變的漏桶性能。

由此(3～5)圖可見，隨著B的減少，W減小但LR增大，說明LR與W對參數B存在一折衷的關係，其折衷程度對漏桶參數的選擇有一定的制約作用。比較圖3、4、5可看出，當取相同的D、M、B值時，話音業務的誤判率和平均時間比數據、圖象大得多。若增大R(即減少D)，可使LR和W都減小但會使實際違反呼叫建立協定的業務流量難以控制，所以必須合理地選擇D值。

另外，當B=10時，參數M對話音、數據、圖象業務漏桶性能的影響示於

表2、表3中。

T-X法是對某一個已確定的相位周期T區間的信元數計數。DB法是按時間順序記憶信元到達信息，對某時間T前的信元進行計數。T-X與DB的電路相同，只用計數器。因為T-X是對未確定的相位計數，當超過規定值的業務量流入時，存在未被發覺的機率。此機率是隨T的增加而減小。DB法雖可在整個相位時間T內都能保證最大的信元數x，但存儲器必須按時間順序存入信元到達的信息，當長周期存儲時，就會增大硬體量。

優先控制

網路受理了業務後，由於突發性的業務量重疊，可能瞬時不能滿足用戶所要求的通信服務質量(QOS)，為了抑制這種現象發生，在信元傳輸時要對不同質量要求的業務進行優先處理等控制，以提高網路資源的有效利用率，實現滿足信元遲延和信元丟失等條件各異的多媒體服務。

圖6表示用輸出線路快取器實現優先控制的硬體構成方法。它是按質量等級設定獨立的FIFO(先進先出)快取器，把進來的信元分配給相應等級的快取器，通過控制由這些快取器向出線讀出的順序，使各種質量等級中的信元丟失率和信元延遲時間得到保障。輸出線路的頻寬分配比率由各種質量等級的業務量決定，可按業務量觀測值進行控制。

擁塞控制

當信元丟失率超過一定值(即超過質量保證值，10^-5～10^-6)，就會降低網路的吞吐量，使服務質量下降，因此將信元丟失量超過10-5～10-6時，定義為擁塞狀態。為了滿足質量要求和抑制擁塞，網路就必須進行擁塞控制。擁塞控制可分兩類：一是預防性控制，是在擁塞產生之前採取的控制方法。二是反應式控制(擁塞恢復控制)，是當發生擁塞時如何迅速解除的控制方法。

擁塞控制方框圖示於圖7。它由擁塞檢測、擁塞通知、信元速率控制、控制解除等構。

信元速率控制方式

控制信元速率的方式如圖8所示。方式1是將最小信元間隔Ts控制為T′s，是一種控制峰值信元速率的方式。方式2是控制規定時間T內的最大信元數N的方式。

這兩種方式的控制效果如圖9所示。當VP速率為150Mbit/s，VC峰值速率為6Mbit/s、信元丟失規定質量為10-6、VC復用數為100時，採用方式1隻需75%的控制，而方式2(N=4)卻需要87%的控制，如圖中虛線所示。顯然方式1的控制效果較好。但實際上在考慮信元速率控制方法時，不僅要考慮擁塞恢復效果還要考慮對終端的影響及業務量特性等。因為方式2是控制規定時間T內的信元數N，而N的大小對控制效率的影響不明顯，因此可將N作為上位層協定中規定的最大帳長可送出的值，把規定時間T作為實現網內擁塞恢復所需的時間，終端只要控制幀的送出間隔就可實現網路要求的信元速率控制，因此如要實現由終端控制，則應採用方式2。從業務量特性考慮，如數據通信方式中既有大容量文卷傳輸那樣的長時間連續不斷傳輸信息的形式，又有對話型那樣的簡訊息組用長時間間隔傳送的方式，當這兩種方式混合在一起發生擁塞時，主要原因顯然是因大容量傳輸的呼叫增加。採用方式2就可通過選擇一次可送出簡訊息組N使其質量不惡化。

擁塞檢測

擁塞檢測在嚴重擁塞狀態尤為重要，為了迅速啟動擁塞恢復控制，要求檢測的時間要短(ms～s)。反之，如果檢測太敏感就會頻頻發生不必要的擁塞控制，影響網路的正常工作。擁塞檢測的參數如表4所示。擁塞檢測的方式，常用的有根據信元丟失率檢測的方式。它可分為隨時間推移進行檢測的移動方式和每次重新檢測的突發方式兩種。

擁塞通知

方式擁塞通知方式有明顯性正向擁塞指示EFCI和後向擁塞通知方式(BCN)。EFCI方式存在需要通知傳送端和傳送端交換機兩個信號，而且通知需要的時間長等問題一般不採用。常用的是BCN方式，它是由擁塞交換機向傳送交換機和接收終端的ATM基站發出擁塞通知。採用BCN執行通知的順序如圖10所示。

信元擁塞控制的解除

信元擁塞控制的解除，目前仍然是一個遺留的問題。如何選擇適當的解除信元擁塞的時間是至關重要的，如果擁塞已經結束而擁塞控制仍在繼續執行，就會降低網路的使用效率，但如果擁塞尚未結束而擁塞控制已經解除，會使擁塞再度發生。以往採用的信元擁塞控制的解除方式中，滯後型擁塞解除檢測是有效的。它是設定信元丟失質量規定值而不是設定信元丟失率，不是直接用信元速率控制中所觀測的值，而是觀測信元到達的過程，通過解除速率的控制並確定能滿足信元丟失規定值的方式來檢測是否要解除擁塞。這種方式的缺點是不能一次解除而需階段地逐步解除。