Параметры качества обслуживания

Одним из основных показателей ATM является обеспечение гарантированного качества обслуживания (QoS) при передаче потока информации по сети. В ATM сети QoS обеспечивается сетью, в соответствии с заранее согласованными параметрами. Эти параметры определяют величины, относящиеся к последовательной передаче ячеек. Всего таких параметров 6.Три параметра, определенные ATM-стандартами, не связаны со временем передачи ячеек и показывают важные параметры сети. Эти параметры не могут быть предметом соглашения с пользователем.

Коэффициент ошибок по ячейкам (Cell Error Ratio — CER). Коэффициент ошибок по ячейкам — это отношение числа принятых в течение передачи ячеек, с одной и более ошибками, к общему числу переданных ячеек. Коэффициент ошибок по ячейкам зависит от лежащей в основе физической среды. Коэффициент ошибок по ячейкам подсчитывается с исключением блоков серьезных ошибок (см. определение этого понятия выше).

Коэффициент ложной вставки (Cell Misinsertion Rate — CMR). Коэффициент ложной вставки — это среднее число ячеек в секунду, которые ошибочно доставлены к данному пункту назначения (от несоединенного с ним источника). Коэффициент ложной вставки в первую очередь зависит от ошибок в заголовке неправильно доставленной ячейки. Как и в предыдущем случае, рассматриваемый коэффициент подсчитывается с исключением блоков серьезных ошибок (см. определение этого понятия выше).

Коэффициент блоков ячеек с серьезными ошибками (Severely Errored Block Ratio - SEBR). Коэффициент блоков ячеек с серьезными ошибками подсчитывается в случае наступления события, когда в данном блоке из N ячеек более чем M ячеек теряется, приходит с ошибками или относятся к ложной доставке. Величины M и N задаются поставщиком услуги. Коэффициент блоков ячеек с серьезными ошибками — это отношение числа последовательно нарушенных блоков ячеек к общему числу поступивших блоков ячеек. Он возникает в результате сбоев механизма передачи в основной среде. Например, переполнение буферной памяти, резкое переключение на резерв и другие непредусмотренные события. Следующие три параметра могут быть согласованы между пользователем и сетью перед установлением связи.

Коэффициент потерь ячеек. (Cell Loss Ratio — CLR). Коэффициент потерянных ячеек - это отношение числа потерянных ячеек к общему числу переданных ячеек. При расчете этого коэффициента исключаются ячейки, потерянные в результате серьезных ошибок. Общее количество потерянных ячеек определяется как разность между количеством переданных ячеек из исходящего пункта и принятых пунктом назначения. Если количество переданных ячеек меньше количества принятых, то имеет место прием ячеек, поступивших не по адресу, и потерянных ячеек нет. Это значение может служить предметом соглашения между пользователем и поставщиком услуг на время установления соединения. Оно задается для данного соединения. Это задание лежит в пределах . Этот коэффициент может быть не согласован. Он может быть заявлен любым значением от 0 до 1. Величина, которая может быть принята поставщиком, зависит от стратегии распределения буферной памяти, которая возможна в данной сети.

Задержка передачи ячейки (Cell Transfer Delay — CTD). Это время, которое проходит от момента, когда ячейка введена в сеть от источника в интерфейс "пользователь-сеть", до момента, когда он появляется на интерфейсе "пользователь-сеть" в пункте назначения. Задержка передачи ячейки включает в себя время распространения, время на обработку, время нахождения в очереди в мультиплексорах и коммутаторах. В общем случае значение задержки может быть задано плотностью вероятности, которая характеризует распределение вероятности появления заданной величины задержки передачи ячеек.

Среднее квадратическое отклонение задержки ячеек (Cell Delay Variation—CDV). Эта величина определяется исходя из дисперсии (математическое ожидание квадрата разности случайной математической величины и ее математического ожидания. Положительное значение квадратного корня из этого числа называется средним квадратическим отклонением случайной величины. При заключении договора на обслуживание эта величина задается как максимальное (положительное или отрицательное) отклонение времени задержки передачи. Таким способом фиксируется диапазон возможных отклонений.

Описание трафика. Способность сети обеспечить заданный уровень качества обслуживания зависит от того, какой поток генерирует источник. Это может быть равномерно распределенная по времени нагрузка либо нагрузка, поступающая "пачками". От этого зависят требуемые ресурсы сети — полоса пропускания, количество буферной памяти. Поэтому в соглашении между пользователем и поставщиком услуги должен быть оговорен характер трафика. Для этой цели в описании (дескрипторе) трафика предназначены следующие oсновные параметры трафика, за которыми осуществляется контроль.

Пиковая скорость ячеек (Peak Cell Rate — PCR). Пиковая скорость ячеек измеряется в единицах "ячейка в секунду":

где — интервал между поступлением двух ячеек.

Поддерживаемая скорость (SCR — Sustainable Cell Rate). Это средняя скорость передачи ячеек в ячейке/секунде, поддерживаемая источником в течение долгого времени. Она всегда должна быть меньше или равна пиковой скорости.

Максимальный размер пачки (Maximum Burst Size — MBS) определяется количеством ячеек, генерируемых источником на пиковой скорости.

Минимальная скорость ячейки (Minimum Cell Rate — MSR) — это минимальная скорость, которая разрешается для передачи источником.

Допустимый разброс времени задержки (Cell Delay Variation Tolerance — CDVT) Даже если источник точно поддерживает пиковую скорость, последующее мультиплексирование и обработка могут внести разброс в значение этой скорости. Этот параметр может быть измерен в сети. Надо отметить, что не все перечисленные параметр Управление соединением (Connection Admission Control — CAC) — эта функция сети, которая определяет, должен ли запрос о новом соединении быть принят или быть отклонен.

Если запрос принят, пользователь и сеть, как говорят, вступают в соглашение по трафику. Соглашение для каждого соединения содержит категорию обслуживания ATM, описание трафика и параметры качества обслуживания. Процедура управления соединением обращается к описанию предложенного для данного запроса трафика и параметрам качества обслуживания и определяет,

• имеются ли достаточные ресурсы по всему маршруту от источника до пункта назначения, чтобы обеспечить требуемые показатели для нового соединения,
• не ухудшаются ли характеристики для уже установленных соединений.

Краткие итоги

• ATM объединяет возможности двух технологий — коммутации пакетов и коммутации каналов. ATM преобразует все виды нагрузки в поток ячеек (cell) длиной 53 байта.
• Эталонная модель протоколов BISDN содержит три плоскости: плоскость пользователя (U-plane), плоскость управления (C-plane) и плоскость менеджмента — административного управления (M-plane), и четыре уровня: верхний (прикладной) уровень, уровень адаптации, ATM-уровень.
• Уровень адаптации ATM преобразует блоки данных пользователя (SDU — Service Data Unite) в 48-байтовые блоки, которые переносятся ATM-ячейками. Задача устройства AAL: преобразовать информацию, разбить на блоки и предоставить для передачи через уровень ATM, который позволяет системе передать все характерные особенности данного приложения (например, тактовые последовательности).
• ATM-уровень занимается только последовательной передачей ATM-ячеек, полученных от уровня AAL, в установленном по сети соединении (установлением соединения занимается плоскость управления). ATM-уровень принимает 48-байтовые блоки информации от AAL и дополняет их 5-байтовым заголовком, формируя ячейку (ATM).
• ATM обеспечивает постоянное виртуальное соединение (Permanent Virtual Connection — PVC) и коммутируемые виртуальные соединения (Switch Virtual Connection — SVC). PVC работает как постоянная арендованная между сторонами пользователей линия.
• Исходящий пользователь должен взаимодействовать с сетью с помощью интерфейса "пользователь-сеть" (user-network interface — UNI). В пределах одной сети станции взаимодействуют согласно интерфейсу "сеть-сеть" (network-network interface — NNI). Станции, которые принадлежат разным сетям, взаимодействуют по интерфейсу широкополосной межсетевой связи (Broad Band Intercarrier Interface — B-ICI).
• Физический уровень для обеих рассматриваемых плоскостей разделяется на два подуровня.
• Подуровень, зависящий от физической среды (PMD — Physical Medium Dependent), нижний из двух подуровней, относится к описанию деталей передачи бит через конкретную среду.
• Подуровень согласования с системой передачи (TCS — Transmission Convergence Sublayer) устанавливает границы ATM-ячеек в потоке бит; генерирует и контролирует контрольную сумму; вставляет и удаляет "свободные" ATM-ячейки в формат, предназначенный для передачи по заданной физической среде.
• Различные заголовки ATM-ячеек предназначены для использования в интерфейсах "пользователь-пользователь" (UNI), "сеть-сеть" (NNI). Поля этого заголовка: общее поле управления потоком (Generic Flow Control — GFC), идентификатор виртуального пути (IVP — Identifier Virtual Path), идентификатор виртуального канала (IVC — Identifier Virtual Channel), полезная нагрузка.
• Виртуальное соединение — это логическое соединение, организуемое между отправителем и получателем. Принадлежность ячейки к виртуальному соединению (Virtual Channel Connection — VCC) распознается по номеру виртуального соединения, состоящему из номера виртуального канала (Virtual Channel — VC) и виртуального пути (Virtual Path — VP).
• Пакетный коммутатор выполняет две главных функции: маршрутизация и установление соединения. Функция маршрутизации использует алгоритмы для выбора пути к каждому пункту назначения и хранит необходимую для этого информацию в таблицах маршрутизации. Функция установления соединения обрабатывает каждый входящий пакет от входного порта и передает его к соответствующему порту вывода на основе информации, хранящейся в таблице маршрутизации.
• Коммутационная система, использующая буферные накопители, представляет собой координатный коммутатор, способный подключить любой из N выходов буферного накопителя к любому из N выходов. Если выход свободен, то пакет передается, а оставшиеся пакеты остаются в буфере. Таким образом, координатный (матричный) коммутатор с памятью на входе уменьшает требования к скорости работы коммутатора.
• Буферизация на входе порождает проблему, называемую блокировкой заголовком очереди (HOL — Head of Line blocking), при которой первый пакет сдерживает другие последующие пакеты сзади него.
• Баньянный коммутатор обычно составлен из коммутационных элементов 2x2, связанных таким способом, что существует единственный путь от каждого входа до каждого выхода. Маршрутизация проводится децентрализовано методом само поиска с использованием двоичных адресов.
• Гарантированное качество обслуживания обеспечивается сетью, в соответствии с заранее согласованными параметрами. Три параметра не могут быть предметом соглашения с пользователем: коэффициент ошибок по ячейкам (Cell Error Ratio — CER), коэффициент ложной вставки (Cell Misinsertion Rate — CMR), коэффициент блоков ячеек с серьезными ошибками (Severely Errored Block Ratio — SEBR).
• Три параметра могут быть согласованы между пользователем и сетью перед установлением связи: коэффициент потерь ячеек (Cell Loss Ratio — CLR), задержка передачи ячейки (Cell Transfer Delay — CTD), среднее квадратическое отклонение задержки ячеек (Cell Delay Variation — CDV).
• В соглашении между пользователем и поставщиком услуги должен быть оговорен характер трафика. Для этой цели в описании (дескрипторе) трафика предназначены следующие основные параметры трафика, за которыми осуществляется контроль:
• пиковая скорость ячеек (Peak Cell Rate — PCR),
• поддерживаемая скорость (SCR — Sustainable Cell Rate),
• максимальный размер пачки (Maximum Burst Size — MBS),
• минимальная скорость ячейки (Minimum Cell Rate — MSR),
• допустимый разброс времени задержки (Cell Delay Variation Tolerance — CDVT).
• ATM-форумы определили 5 классов категорий обслуживания:
• постоянная скорость передачи — Constant Bit Rate (CBR),
• переменная скорость передачи в реальном масштабе времени — Real Time Variable Bit Rate (VBRrt),
• переменная скорость передачи — Nonreal Time Variable Bit Rate (VBRnt),
• доступная скорость передачи — Available Bit Rate (ABR),
• неопределенная скорость передачи — Unspecified Bit Rate.
• Процедура управления соединением (CAC) обращается к описанию предложенного для данного запроса трафика и параметрам качества обслуживания и определяет:
• имеются ли достаточные ресурсы по всему маршруту от источника до пункта назначения, чтобы обеспечить требуемые показатели для нового соединения;
• не ухудшаются ли характеристики для уже установленных соединений.
• Управление использованием параметров (Usage Parameter Control — UPC) — процесс управления приоритетом трафика, предотвращает поступление избыточного трафика, если все ресурсы сети исчерпаны.
• Система с потерями (open-loop control) ячеек включает в себя удаление ячеек со значением бита приоритета потери ячейки во время периодов перегрузки. Система с возвратом данных (closedloop control) использует явную обратную связь от сети до источников.