Диссертация (1144013), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Зависимость размера буфера и пропускной способности дляуправляющих кодов91Можно увидеть, что при практически линейном увеличении пропускнойспособности, при увеличении интенсивности экспоненциально вырастает количествозаявок в буфере. Значение пропускной способности для данного символа при70200605016040120308020401000Количество данных24012,5012,9013,3313,7914,2914,8115,3816,0016,6717,3918,1819,0520,0021,0522,2223,5325,0026,6728,5730,7733,3336,3640,0044,4450,0057,1466,67Пропускная способность, Мбит/cинтенсивности = 70 ∗ 10 составляет 225 Мбит/c.Теперь рассмотрим ситуацию, когда 2 символа передаются одновременно.
Будемсчитать, что данные и метки времени передаются одновременно. Рассмотримодновременную передачу двух заявок от управляющей системы и их влияние наключевые характеристики. На рисунке 35 показано взаимодействие двух заявок всистеме. Как видно из данного графика – сначала пропускная способность возрастаетпропорционально интенсивности обеих заявок. Однако в некоторый момент заявкаболее высокого приоритета начинает «забивать» канал, задержки для второй заявкивозрастают, количество заявок в системе упирается в свой потолок и пропускнаяспособность неуклонно начинает падать.
Как показывает этот график – заявки болеевысокого порядка в этом сетевом контроллере сильно ограничивают пропускнуюспособность заявок данных и это необходимо учитывать при проектировании системы.В самом стандарте SpaceWire не рекомендуется очень частая отправка символов типаметок времени, что и показывает данное моделирование.Интенсивность меток времени, 10e-3Проп спос данныхПроп спос метки времДанных в системеМеток в системеРисунок 35. Зависимость пропускной способности заявок и количество данных всистеме от интенсивности заявки высшего приоритета.Теперь cмоделируем полностью дуплексный режим, когда заявки второго типатакже появляются в системе. Будем считать, что обе стороны, используя данныйсетевой контроллер, передают данные в обе стороны.
Выясним максимальнуюпропускную способность для заявок данных в этом случае. Примем интенсивность метоквремени постоянно и равной 0,0001 от битового интервала, рассчитанная в9210090807060504030201001428312416520624728832937041145249353457561665769873978082186290394498510261067110811491190123112721313135413951436Интенсивность, 10е-3соответствии с рекомендуемым времени в стандарте по формуле 49. То есть каждые1000 битовых интервалов одна заявка метки времени отправляется в канал.Метка времениСимвол кредитованияДанныеСимвол поддержки связи800,00700,00600,00500,00400,00300,00200,00100,000,00Средняя задержка в системе, bt320,00300,00280,00260,00240,00220,00200,00180,00160,00140,00120,00100,0080,0060,0040,0025,0025,6526,3427,0727,8428,6529,5230,4331,4132,4533,5634,7536,0237,4038,8840,4942,2344,1346,2148,5051,0253,8256,9560,4664,4368,9774,1880,2687,41Пропускная способность, Мбит/cРисунок 36.
Интенсивность заявок разного классаКак видно из графика на рисунке 36 вначале, когда интенсивность заявок данных исимвола кредитования минимальны – максимальна интенсивность символа поддержкисвязи, не несущего никакой полезной информации. К концу моделирования, примаксимизации интенсивности обозначенных заявок – интенсивность символа поддержкисвязи падает до 0 – так как использование системы остальными заявками болеевысокого приоритета максимально. С точки зрения полезной пропускной способности иколичества заявок в системе (рисунок 37 и рисунок 38) получается, что максимальнаяпропускная способность для заявки с данными, составляет примерно 293 Мбит всекунду. Общее количество заявок в системе при предельной пропускной способности вэтом случае составляет примерно 36, из них в очередях – 30.
Задержка возрастает приросте интенсивности достаточно равномерна, резко увеличиваясь в конце. С точкизрения реального контроллера – это означает сильно возросшие задержки вовнутренних буферах.Интенсивность, 10e-3Пропускная способностьЗадержкаРисунок 37. Зависимость пропускной способности данных и среднее времянахождения заявки в системе относительно интенсивности поступления заявки данных9360Количество заявок504030201049,6050,2550,9251,6052,3053,0253,7654,5355,3156,1256,9557,8058,6959,5960,5361,5062,5063,5364,6065,7066,8468,0369,2570,5271,8473,2174,6376,1077,6479,2480,9182,6484,4686,3688,3490,420Интенсивность, 1e-3Среднее количество заявокСреднее количество заявок в ожидании300,00290,00280,00270,00260,00250,00240,00230,00220,00210,00200,00190,00180,00170,00160,00150,00191817161514131211101 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32Количество данных в пакетеПропускная способностьИнтенсивность кредитованияРисунок 39.
Зависимость пропускной способности от длины пакета.Интенсивность кредитования, 10Е-3Пропускная способность, МгцРисунок 38. Зависимость количества заявок в системе и ожидающих обслуживанияот интенсивности поступления заявок данныхНа предыдущих тестах не отправлялась заявка конца пакета.
Это значит – данныеотправлялись непрерывным потоком, т.е. так называемым бесконечным пакетом.Теперь, в рамках исследования сделаем размер пакета не бесконечным, как впредыдущих экспериментах, а зададим вполне конкретные значения для заявки концовпакета и исследуем пропускную способность заявок данных на фоне концов пакета. Дляэтого будем использовать интенсивность, посчитанную в предыдущем тесте для заявокданных, только поток данных будет заменен на суммарный поток заявок данных и концовпакета (напомним, что они одного приоритета).
Суммарный поток будет равен суммепотоков, и его величина будет равна сумме интенсивностей обеих заявок. Так жепонятно, что минимальный пакет состоит из как минимум 1 заявки данных (так как пустыепакеты посылать нет смысла). В системе отправляются только данные и символыкредитования (Рисунок 39).94Из графика видно, что при достижении 16 символов в пакете дальнейшееувеличение пакета не приводит к увеличению пропускной способности. Для данноготеста предполагалась, что количество заявок данных и концов пакетов в системе будетравно 28. Задержка передачи для заявок данных изменялась в промежутке от 100 до 300битовых интервалов. Необходимо отметить постепенное снижение интенсивностикредитования, что объясняется тем, что на заявку данных требуется больше времениобработки, чем на заявку конца пакета.
Таким образом, подтверждается также, что сетьSpaceWire эффективно работает и с короткими пакетами, характерными дляуправляющих бортовых сетей космических аппаратов. Это положительно влияет напропускную способность.В последнем исследовании данного блока проверяем влияние уменьшенияинтенсивности обслуживания принимаемой стороной на пропускную способность,задержки и размер буферов. Этим моделированием мы создадим ситуацию, когдапротивоположная сторона не успевает обслуживать поступающие заявки (Рисунок 40).5000,004500,00300,004000,00250,003500,003000,00200,002500,00150,002000,001500,00100,00Срденяя задержка, btПропускная способность, Мбит/c350,001000,0050,00500,000,00250,00153,85111,1186,9671,4360,6152,6346,5141,6737,7434,4831,7529,4127,4025,6424,1022,7321,5120,4119,4218,5217,7016,9516,2615,6215,0414,4913,9913,5113,070,00Интенсивность обслуживания, 1e-3Рисунок 40.
Зависимость пропускной способности и задержки от интенсивностиобслуживания приемной стороныКак мы видим – в начале моделирования снижение интенсивности обработкипрактически никак не влияет на пропускную способность, так как блок выдачи неявляется самой медленной частью. После определенного момента – именно онначинает тормозить процесс обработки. Что необходимо отметить – количество заявокданных в системе колеблется в пределах 20-21 заявки. Изначально пропускнаяспособность не уменьшалась, однако возрастала задержка передачи заявки, количествозаявок в системе и, как следствие – размер буфера. После достижения предельногозначения в 56 заявок – началось снижение пропускной способности и дальнейшееувеличение времени прохождения заявки через систему.
Дальнейшее увеличениевремени обработки выходным блоком приводит к сильному снижению пропускной95350312 320300250200158 16015079 80100500400 Мгц200 Мгц100 МгцЧастота передачиПропускная способность, Мгбит/cПропускная способность, Мгбит/cспособности и дальнейшему увеличению задержки заявки. Из положительного можноотметить, что в этом случае можно сильно упростить физические характеристикисетевого контроллера, например – локальную частоту или технологию производства.Подводя итог, можно сказать что данное моделирование сетевого контроллераSpaceWire позволило оценить ключевые характеристики, заявленные в данномисследовании этого контроллера.Посчитанные с использованной математической модели характеристики былитакже экспериментально измерены в реальном сетевом контроллере сети SpaceWire cиспользованием физической модели контроллера на языке VHDL.
Соотношениеискомых величин, полученных на разработанной математической модели иэкспериментально, составили (Рисунок 41).350300293 304250200147 15215074 76100500400 Мгц200 Мгц100 МгцЧастота передачиНа основе моделированияНа основе моделированияНа основе физической реализацииНа основе физической реализацииРисунок 41.
Результаты расчета средней пропускной способности на основемоделирования и физической реализации для однонаправленного (слева) и дуплексногорежимов (справа)На рисунке 41 показаны предельные значения пропускной способности приоднонаправленном и дуплексном режиме. Разница не превышает 15% в любом случаереализации.Теперь рассмотрим пропускную способность относительно размеров пакетов(Рисунок 42).Пропускная способность, Мгц96310,00300,00290,00280,00270,00260,00250,00240,00230,00220,00210,00200,00190,00180,00170,00160,00150,001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32Количество заявок данных в пакетеНа основе моделированияНа основе физической реализции400,00380,00360,00340,00320,00300,00280,00260,00240,00220,00200,00180,00160,00140,00120,00100,0080,0060,0040,0020,000,0010,0010,2610,5310,8111,1111,4311,7612,1212,5012,9013,3313,7914,2914,8115,3816,0016,6717,3918,1819,0520,0021,0522,2223,5325,0026,6728,5730,7733,3336,3640,0044,4450,0057,1466,67Задержка, btРисунок 42.
Пропускная способность относительно размера пакетаДля передачи данных именно пропускная способность является обычно самойважной характеристикой.Метка времени, в свою очередь, в отличии от пропускной способности, являетсязаявкой с высоким приоритетом, и для нее основной характеристикой являетсязадержка. На рисунке 43 показано соотношение рассчитанной средней задержки взависимости от интенсивности.Интенсивность, 1e-3На основен моделированияНа основе физической реализацииРисунок 43.
Зависимость задержки заявки метки времени от интенсивностиотправки.В физической реализации метка времени обладает наивысшим приоритетом, незадерживается от остальных заявок и поэтому время задержки ее всегда стабильно. Кактолько ее интенсивность становится больше частоты отсылки – задержка стремится к97бесконечности, что подтверждает и модель. На графике не показано изменение кбесконечности, так как это происходит не плавно, а моментально, после достиженияопределенного предела, это является особенностью физической реализации. Вматематической модели предел достигается постепенно.Однако – метка времени не отсылается часто, что напрямую указана стандартеSpaceWire, поэтому ее средняя задержка вполне сопоставима с рассчитанной.Соответственно – время задержки метки времени в системе составит 105 битовыхинтервалов, или 262,5 наносекунды.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
