通信工程师传输与接入考试培训拥塞控制

  9.5.3  拥塞控制
  拥塞是一种不正常的状态，在这种状态下，用户提供给网络的负载接近或超过了网络的设计极限，从而不能保证用户所需的服务质量(QoS)，这种现象主要是由于网络资源受限或突然出现故障所致。造成ATM拥塞的网络资源一般包括交换机输入/输出端口、缓冲器、传输链路、ATM适配层处理器和呼叫接纳控制(CAC)器等，发生拥塞的资源也称为瓶颈或拥塞点。
  系统的连接模式、重传策略、认证策略、响应机制和流量控制等应用特性对拥塞都有影响。与应用特性相反，一定的网络特性对控制拥塞可以起到积极作用，如排队策略、服务调度策略、信元废弃策略、路由选择、传播时延、处理时延和连接模式。
  拥塞发生时的一个重要现象是服务质量严重下降。 图9.21显示当提供的负载增加到轻度拥塞区间，网络实际承载的负载因受限于带宽和缓冲资源而到达最大值。当负载继续增加到严重拥塞区间，网络承载的负载因丢失或超长时延而引起重传，造成网络性能严重下降。网络承载的负载在严重拥塞区间的下降程度被称为拥塞崩溃现象。

  ATM网络必须既要处理由于大于系统处理能力的通信量而引起的长期拥塞，又要处理由于通信中的突发性传输而引起的短期拥塞。理想的拥塞控制(Congestion Control)机制是：在不发生拥塞的情况下，使网络负载增加到瓶颈资源的边缘并维持不变，从而最大限度地利用网络资源。
  根据拥塞程度不同，拥塞控制包括三个层次：拥塞管理、拥塞回避和拥塞恢复。
  在非拥塞区域，拥塞管理工作的目的是确保网络负载不要进入拥塞区域。这种控制策略包括资源分配、废弃型UPC、完全预约或绝对保证的CAC以及网络工程。
  拥塞回避是一组实时的控制机制，它可在网络过载期间避免拥塞和从拥塞中恢复。例如某些节点或链路出现故障时，就需要这种机制。拥塞回避程序通常工作在非拥塞区域和轻度拥塞区域之间，或整个轻度拥塞区域内。拥塞回避机制包括前向拥塞通知(ECN)、UPC、过预约CAC、阻塞式CAC、基于窗速率信誉的流量控制。
  拥塞恢复程序可以避免降低网络已向用户承诺的业务质量。当网络因拥塞开始经受严重的丢失或急剧增加时延时，启动该拥塞恢复程序。拥塞恢复包括选择性信元废弃、UPC参数的动态设置、严重丢失驱动的反馈或断连(Disconnect)等。
  总之，流量控制使网络工作在正常服务范围内，获得更高的网络效率；拥塞控制通过降低网络效率或QoS以确保拥塞不会发生。流量控制和拥塞控制功能概要如图9.22所示。

  未来网络的发展是用统一的网络实现宽带多媒体通信。ATM是实现这一目标的主要技术之一。经过十几年的研究和发展，ATM技术日趋完善，它的主要贡献表现在：
  (1)  ATM技术确保QoS。为了保证不同业务的QoS，采取的措施有：在ATM网络边缘，定义AAL层, 以满足不同业务对QoS的特殊要求，包括对传输时延、抖动、信元丢失的处理；在ATM网络内，ATM层也对业务进行了分类，按类分配带宽资源, 并通过流量管理和控制机制为每一个用户定义更细的QoS。它包括连接管理控制、呼叫接纳控制、用法参数控制、信元优先级处理和拥塞控制等。
  (2) 信元头中包含VCI和VPI，信元的两级交换和连接(VPC/VCC)思想, 有利于简化网络结构、增强网络的服务能力，以及减少处理和连接建立的时间。即接入侧使用VCI标识精细的接入，而骨干网使用粗粒度的VP交换快速转发信息。
  (3)  ATM论坛定义的PNNI接口处的路由协议，可以根据网络拓扑结构自动更新路由表，为公用骨干网络路由的选择提供了借鉴。
  虽然ATM是一门很好的技术，支持各种业务在理论上也是可行的，但实际上却存在一些问题，主要问题表现在：
  (1) 对大量低速率业务的支持尚不能令人满意，尤其是语音。AAL1和AAL2虽然可以通过部分填充和多个AAL用户的复用，实现低速语音等业务的传送，但不能高效地支持端到端的传送。
  (2) TCP/IP业务在PC桌面已占主流，在这种情况下，53字节长的信元用来承载平均长度在1500字节左右的IP分组，传输效率很低。ATM桌面应用缺少ATM终端系统的API，ATM网卡和业务费用较高，ATM与现有非ATM业务特性的一致性也存在问题。在因特网迅猛发展的形势下，组建纯ATM网络已不大可能。
  ATM现阶段的用途有两种趋势：一是用ATM网作为骨于网，利用ATM高速、大容量的优势来承载IP业务流。ATM将根据需要向MPLS演进，形成MPLS与传统 ATM混合的网络结构。二是将ATM节点逐渐移向网络边缘，利用ATM支持多业务的能力优势，扮演多业务接入的角色。ATM技术在光接入网、移动和卫星网中的应用仍可得到进一步发展。

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