Диссертация (1144013), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Для данной системы можнорассчитать вероятность этого значения, а также предположить размер буфера дляразличных вариантов загрузки системы.Для каждой системы M/M/1 в предполагаемой модели контроллера можновоспользоваться следующими формулами [106]: = (1 − ) – вероятность того, что система не обслуживает заявку, где – этокоэффициент использования системы = (1 − ) – вероятность того, что система обслуживает заявку, в очередизаявок нет = (1 − ) – вероятность того, что система обслуживает заявку, в очереди 1заявка…69 = (1 − ) – вероятность того, что система обслуживает заявку, в очереди kзаявокКак видно из вышележащих формул, вероятность P того, что в очереди будет неболее k заявок, где одна находится в обработке, а k-1 находятся в очередирассчитывается по формуле: = (1 − ) ∑(34)Так как выражение ∑ есть ни что иное как сумма k слагаемых геометрическойпрогрессии, то формулу для вероятности можно выразить как=()()=1− (35)Зная средний размер очереди или для каждой из заявок можно воспользоватьсяпростой формулой для вычисления коэффициент использования системы, исходя изсреднего количества заявок в системе:=(36)где – среднее количество заявок в системе.Из формул 35 и 36 можно сделать вывод, что расчет вероятностей зависит толькоот среднего количества заявок в системе.Из формулы 35 видно, что наша задача выяснить число k, или количество заявокв системе при заданной вероятности события.
Обозначим k как результирующую формулу = log (1 − )и выведем(37)Число – целое, так как количество ячеек в буфере не может быть дробным. Длявычисления процентиля для времени обслуживания заявок опять же можновоспользоваться формулой Литта.2.10 Итоговый вывод формулСуммируя вышеизложенное можно констатировать факт, что по вышеизложеннойметодике разработки сетевого контроллера канального уровня можно произвестианализ его характеристик на ранней стадии проектирования. Критерии оценки,описанные в данной главе, позволяют оценить несколько характеристик данногоконтроллера, которые очень важны при проектировании бортовых систем. Анализвнутренней структуры сетевого контроллера канального уровня, а также входныхданных, описанных или в стандарте, или в техническом задании, позволяют построитьмодель для анализа и последующей разработки сетевого контроллера на основаниивыведенных формул.Методика представления сетевого контроллера канального уровня в качествеконвейерной системы, предложенная выше, позволяет оценить все характеристикисетевого контроллера канального уровня, как задержка передачи, пропускнаяспособность и размер буферного пространства, для каждой из заявок.
Например,70простая сумма задержек каждого из компонентов позволит нам получить общуюзадержку каждой заявки. Можно сказать, что общая задержка общ любой заявки i всистеме будет составляться как сумма полученных задержек при прохождении черезсистему, а именно какобщ = конв + сред + выбр + сорт + вых(38)Максимальная интенсивность потока заявок типа i должна быть меньшеинтенсивности обслуживания каждого блока < (µконв , µвыбр , µвых ) (39)где µконв – интенсивность обработки заявки блока конвейера,µвыбр –интенсивность обработки заявки блока выбора заявки i, где µвых – интенсивностьобработки выходной очереди.А сумма коэффициентов использования системы в блоке выбора дают нам общийкоэффициент использования блока выбора, а именно, причем + + +⋯+ < 1(40)где , , … – коэффициенты использования системы каждой заявки блокавыбора.Данные формулы позволяют высчитать полную среднюю задержку любой заявки,которая рассчитывается для сетевого контроллера и является временем прохождениязаявки через сетевой контроллер, включая очереди.Размеры буферов (аппаратные затраты на очередь) для заявок i определяется спомощью формулы 33 (Литта).
Получив среднее число заявок в очередях (или всистеме) можно сделать предположение на размер буфера. Используя формулы 33, 36и 37 можно рассчитать процентиль для каждой системы M/M/1 как для предполагаемогоразмера буфера, так и для времени обслуживания заявок.Средняя пропускная способность зависит от типа самой заявки и количестваполезной информации, которая она передает через систему. Если предположить, чтоколичество полезной информации, которая передает заявка i, составляет некотороечисло бит и равно , то средняя пропускная способность , характеризующая полезнуюинформацию заявки i, которая передается через нашу модель, вычисляется по формуле =(41)где – период времени, за который идет расчет пропускной способности.2.11 Управление потокомОдной из важнейших функций канального уровня является функция управленияпотоком.
Структура сетевого контроллера, представленная начально на рисунке 22,подходит к сетевым контроллерам без ярко выраженного управления потоком наканальном уровне – например, для сетевых контроллеров по стандарту Ethernet илиAFDX. В этих контроллерах изначально интенсивность потока определяется болеевысоким уровнем и зависит только от интенсивности обработки каждого блока модели.71Однако, большинство сетевых контроллеров используют один из видов управленияпотоков, описанных в начале главы.Как описывалось выше – механизм управления потоком позволяет получателюконтролировать поток протокольных модулей данных, посылаемых отправителем, длятого, чтобы принимающий узел успевал обрабатывать приходящие данные и не терялих в процессе передачи из-за заполнения внутренних буферов. Как видно изопределения – управление потоком напрямую влияет как на размер буфера, так ипропускную способность, так как основная задача данного механизма – следить за тем,чтобы приемник успевал обработать все данные.Так как управление потоком осуществляется или отправкой специальныхсимволов, или включение в поток данных некоторых пауз, очевидно, что прииспользовании любого из этих механизмов приведет к снижению пропускнойспособности полезной информации, так как пропускная способность канала конечна ичасть пропускной способности канала будет отдана на откуп паузам или специальнымсимволам.
В свою очередь – снижение пропускной способности данных может привестик положительному эффекту в аппаратуре – так как в этом случае понадобится меньшебуферного пространства для полезной информации, передаваемой через сетевойконтроллер и канал передачи. Необходимо также отметить, что появление пауз илислужебной информации для управления потоком также повлияет и на время задержкиинформации внутри сетевого контроллера – полезные данные, (которые являютсяполезной информацией) практически всегда имеют самый низкий приоритет передачи,поэтому любая служебная информация или паузы в передаче задерживает их в системе.При исследовании управления потоком необходимо следовать следующимкритериям:1)необходимо минимизировать передаваемую служебную информациючерез канал, так как это негативно влияет на пропускную способность и задержку всетевом контроллере;2)размеры буфера должны соответствовать заданному механизмууправления потоком сетевого контроллера, т.е.
он не должен быть как избыточен, так имал для поступающей информации.Подводя промежуточный итог необходимо отметить, что цель исследованиямеханизма управления потоком – это оценка его влияния на 3 заявленных исследуемыхпараметра. В данном исследовании будут учитываться 2 способа управления потоком,а именно – система с кредитованием и система скользящего окна. Для каждой из этихсистем будет предложен свой метод оценки, который позволит анализироватьвышеизложенные характеристики сетевого контроллера канального уровня близко кфизической реализации.72Система с кредитованиемСамой сложной системой управление потоком (но одной из самых эффективных)является система так называемого кредитования, где, при обмене данными междусторонами, вторая сторона сообщает первой о том, сколько заявок она может принять.Такой способ управлением поток называется кредитованием.
Система кредитованияразделяется на 2 типа – абсолютную и относительную. При относительномкредитовании каждый сетевой контроллер хранит у себя количество данных, которое онможет отправить. Специальный символ или пакет, который приходит от второй стороныувеличивает это число на определенное значение.Система с абсолютным кредитованиемВ системе с абсолютным кредитованием сообщение о величине свободных мест вприемном буфере сообщается в абсолютных цифрах. Такие сообщения должнырегулярно отсылаться либо в составе других заявок, либо самостоятельной заявкой.Приоритет данных заявок может быть любой. В этом случае используется базоваямодель для сетевого контроллера на рисунке 22.
Дополнительное ограничение, котороенакладывается на заявки такого типа - это количество заявок в системе. Количествозаявок в системе, для которой используется абсолютное кредитование, не должно бытьбольше определенного количества, которое было откредитовано. Заявками в даннойсистеме являются данные, которые необходимо кредитовать. Соответственно длякаждой заявки i, для которой используется абсолютное кредитование, необходимоучитывать формулу Литта, где – количество заявок типа i в СМО, которое можетнаходиться в данный конкретный момент времени в системе. Таким образом на заявку iнакладывается следующее ограничение =⎧= конв + сред + выбр + сорт + вых⎨ общ < (µконв , µвыбр , µвых )⎩(42)Последовательно вычисляются интенсивность и задержка общ , на основанииэтого рассчитываются пропускная способность и общая средняя длина очереди .Система с относительным кредитованиемСистема с относительным кредитованием является еще более сложным случаемдля работы сетевого контроллера канального уровня.
Модифицируем нашу модель подэту систему кредитования (Рисунок 25).73S0, lS0Конвейер S0S1, lS1Конвейер S1mS0Буфер S0mS1Буфер S1...Sh, lShКонвейер ShRh, lRhКонвейер RhSh+1, lSh+1Конвейер Sh+1Rh, lRh+1Конвейер Rh+1...Sn, lSnКонвейер SnRn, lnКонвейер Rnm'S0m'S1...mShmRhВыборзаявок напередачуЗадержкикоммуникационной средыБуфер ShСортировказаявокБуфер RhБуфер Sh+1mSh+1Буфер Rh+1mRh+1m'Shm'Rhm'Sh+1m'Rh+1...Буфер SnmSnБуфер RnmRnm'Snm'RnРисунок 25. Модель сетевого контроллера с кредитованиемЧасть заявок (на рисунке 25 это заявки с h+1 до n) используют относительнуюсистему кредитования, где произвольная является самой заявкой, а –разрешающей заявкой на отправку.Построение модели следует следующим дополнительным принципам:1)произвольное разрешение на отправку n заявок обладает большимприоритетом, чем сама заявка (однако – может обладать меньшим приоритетом, чемразрешения и заявки другого типа);2)заявка может разрешать отправку сразу n заявок , где n больше 0;3)если заявка требует наличия разрешения , то такая заявкаформируется только при наличии разрешения в соответствующем буфере и поток формируется в зависимости от наличия разрешений в соответствующем буфере;4)количество разрешений, которые выдает заявка , которое можетнаходится в системе, ограничено (чаще всего - приемным буфером заявок );5)количество заявок ограничено количеством выданных разрешенийзаявками ;6)заявка разрешения Ri, считается обработанной после того, как заявка поступила в канал;7)заявка обрабатывается быстрее, чем количество кредитуемых ею заявок .Данный метод предполагает наличие обмена информацией о состояниибуферного пространства второй стороны посредством обмена кредитами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
