交换技术考试ATM交换网络的信元缓存策略

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　　6.4.5 ATM交换网络的信元缓存策略
从前面各种单级网和多级网的介绍中可以知道，ATM交换网络的结构与信元缓存器的设置是不可分割的。设置缓存器的主要目的是解决输出冲突问题。共享总线结构采用输出缓存，基于Crossbar的结构采用输人缓存或交叉接点缓存，共享存储器结构采用共享缓存等。本节将围绕ATM交换网络的缓存器设置问题进行专门的讨论。
1.输入缓存
输人缓存，又称为输人排队，是在交换网络的毎个输人端设置信元缓存器，如图6-21所示。

输人缓存一般采用简单的先进先出（FhtInFirstOut,FIFO)的排队规则。可以看到，在任意时隙各个非空输人队列的队首信元将竞争输出端口。如果各个队首信元的输出端口号都不相同，那么它们都能通过交换网络传送到出线；但若两个或两个以上的队首信元的输出端口号相同，则就发生了竞争。竞争的结果，在一个时隙只能有一个队首信元输出到目的端口，其余在竞争中失败的队首信元暂时停留在输人缓存器的队首位置，等待下一轮（下一时隙）的竞争和输出。
输人缓存方式存在排头（Headofline,H0L)阻塞现象。所谓H0L阻塞，是指在发生出线竞争时，由于竞争失败的信元排在队列的头部，而使排在后面的去往空闲出线的信元也不能被传送这样一种现象。图6-21所示给出了一个说明H0L阻塞的示例，缓存器内的数字表示该信元的目的端口号。入线1与人线2缓存器中的队首信元均要传送到出线2,产生了竞争；假定人线1在竞争中获胜，其认首信元送到出线2,人线2在竞争中失败，队首信元仍然留在缓存中等待下一轮的机会。人线3和人线4的排头信元分别送往出线4和出线1。此时，出线3在该时隙内空闲，无信元传送，而在人线2输人队列中的第2个信元是要到出线3的，由于其排头信元在竞争中失败以及FIFO规则，因此不能传送，这就发生了HOL阻塞现象。

HOL阻塞效应会使交换网络的吞吐率降低。理论分析表明，在随机的均匀业务流模型下，当人线数/V很大时，采用FIFO规则的输人缓存方式的交换网络，其最大吞吐率为0.586。
为了提高输入缓存方式的吞吐率，可以对输人缓存的队列设置和排队规则加以改进，当然这会增加硬件和控制的复杂性。典型的改进方法是在每条人线处设置N个FIFO队列，每个队列对应于1个输出端口，如图6-22所示。这样，对于AfxAf的交换网络，要有妒个缓存器。

在每个时隙，每条出线仍只能输出1个信元，但可以按照轮询的方法来选择况个队列中的信元输出。从各个缓存器控制信元输出的搡作称为信元调度。轮询只是一种调度规则，还可能有其他多种调度规则。显然，图6-22所示的缓存方式，也可以看成/V重输出缓存，因为每条出线可与作个缓存器相连。所以这种方式没有排头阻塞问题，吞吐率可接近于1。

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