交換技術(shù)考試ATM交換網(wǎng)絡(luò)的信元緩存策略

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　　6.4.5 ATM交換網(wǎng)絡(luò)的信元緩存策略
從前面各種單級(jí)網(wǎng)和多級(jí)網(wǎng)的介紹中可以知道，ATM交換網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與信元緩存器的設(shè)置是不可分割的。設(shè)置緩存器的主要目的是解決輸出沖突問(wèn)題。共享總線結(jié)構(gòu)采用輸出緩存，基于Crossbar的結(jié)構(gòu)采用輸人緩存或交叉接點(diǎn)緩存，共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)采用共享緩存等。本節(jié)將圍繞ATM交換網(wǎng)絡(luò)的緩存器設(shè)置問(wèn)題進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的討論。
1.輸入緩存
輸人緩存，又稱(chēng)為輸人排隊(duì)，是在交換網(wǎng)絡(luò)的毎個(gè)輸人端設(shè)置信元緩存器，如圖6-21所示。

輸人緩存一般采用簡(jiǎn)單的先進(jìn)先出（FhtInFirstOut,FIFO)的排隊(duì)規(guī)則?？梢钥吹剑谌我鈺r(shí)隙各個(gè)非空輸人隊(duì)列的隊(duì)首信元將競(jìng)爭(zhēng)輸出端口。如果各個(gè)隊(duì)首信元的輸出端口號(hào)都不相同，那么它們都能通過(guò)交換網(wǎng)絡(luò)傳送到出線；但若兩個(gè)或兩個(gè)以上的隊(duì)首信元的輸出端口號(hào)相同，則就發(fā)生了競(jìng)爭(zhēng)。競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果，在一個(gè)時(shí)隙只能有一個(gè)隊(duì)首信元輸出到目的端口，其余在競(jìng)爭(zhēng)中失敗的隊(duì)首信元暫時(shí)停留在輸人緩存器的隊(duì)首位置，等待下一輪（下一時(shí)隙）的競(jìng)爭(zhēng)和輸出。
輸人緩存方式存在排頭（Headofline,H0L)阻塞現(xiàn)象。所謂H0L阻塞，是指在發(fā)生出線競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，由于競(jìng)爭(zhēng)失敗的信元排在隊(duì)列的頭部，而使排在后面的去往空閑出線的信元也不能被傳送這樣一種現(xiàn)象。圖6-21所示給出了一個(gè)說(shuō)明H0L阻塞的示例，緩存器內(nèi)的數(shù)字表示該信元的目的端口號(hào)。入線1與人線2緩存器中的隊(duì)首信元均要傳送到出線2,產(chǎn)生了競(jìng)爭(zhēng)；假定人線1在競(jìng)爭(zhēng)中獲勝，其認(rèn)首信元送到出線2,人線2在競(jìng)爭(zhēng)中失敗，隊(duì)首信元仍然留在緩存中等待下一輪的機(jī)會(huì)。人線3和人線4的排頭信元分別送往出線4和出線1。此時(shí)，出線3在該時(shí)隙內(nèi)空閑，無(wú)信元傳送，而在人線2輸人隊(duì)列中的第2個(gè)信元是要到出線3的，由于其排頭信元在競(jìng)爭(zhēng)中失敗以及FIFO規(guī)則，因此不能傳送，這就發(fā)生了HOL阻塞現(xiàn)象。

HOL阻塞效應(yīng)會(huì)使交換網(wǎng)絡(luò)的吞吐率降低。理論分析表明，在隨機(jī)的均勻業(yè)務(wù)流模型下，當(dāng)人線數(shù)/V很大時(shí)，采用FIFO規(guī)則的輸人緩存方式的交換網(wǎng)絡(luò)，其最大吞吐率為0.586。
為了提高輸入緩存方式的吞吐率，可以對(duì)輸人緩存的隊(duì)列設(shè)置和排隊(duì)規(guī)則加以改進(jìn)，當(dāng)然這會(huì)增加硬件和控制的復(fù)雜性。典型的改進(jìn)方法是在每條人線處設(shè)置N個(gè)FIFO隊(duì)列，每個(gè)隊(duì)列對(duì)應(yīng)于1個(gè)輸出端口，如圖6-22所示。這樣，對(duì)于AfxAf的交換網(wǎng)絡(luò)，要有妒個(gè)緩存器。

在每個(gè)時(shí)隙，每條出線仍只能輸出1個(gè)信元，但可以按照輪詢(xún)的方法來(lái)選擇況個(gè)隊(duì)列中的信元輸出。從各個(gè)緩存器控制信元輸出的搡作稱(chēng)為信元調(diào)度。輪詢(xún)只是一種調(diào)度規(guī)則，還可能有其他多種調(diào)度規(guī)則。顯然，圖6-22所示的緩存方式，也可以看成/V重輸出緩存，因?yàn)槊織l出線可與作個(gè)緩存器相連。所以這種方式?jīng)]有排頭阻塞問(wèn)題，吞吐率可接近于1。

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