Диссертация (1144013), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Данный стандарт может быть адаптирован к особымхарактеристикам и ограничениям космических проектов в соответствии с ECSS-S-ST-00.В отличии от рассмотренных предыдущих сетевых контроллеров стандартSpaceFibre оперирует не символами, а фреймами, которые разделяются на слова,кратные 4-ми байтами данных каждых. Следующие типы фреймов можно выделить всетевом контроллере SpaceFire для устойчивого режима работы:1.широковещательный фрейм (наивысший приоритет) – 1 слово;2.фрейм подтверждения данных – 1 слово;3.фрейм кредитования данных – 1 слово;4.a) начало фрейма данных – 1 слово;б) символ(-ы) данных – 1-64 слов;в) конец фрейма данных – 1 слово;5.символ поддержки связи (низший приоритет) – 1 слово.Необходимо отметить, что в данном контроллере используются 2 механизмауправления потоком, а именно – принцип скользящего окна для подтверждения словданных и механизм относительного кредитования.
Таким образом – можно сделатьдополнительное исследование на размер буферного пространства, котороепотребуется на хранение подтверждения. Для механизма скользящего окнаиспользуется фрейм подтверждения данных. Данный фрейм отправляется дляподтверждения передачи.
По стандарту он отправляется не чаще 16-ти других любыхслов, так как иначе это сильно влияет на пропускную способность при передаче данных.В данном блоке так же используется относительная система кредитования. Вкачестве символа кредитования используется фрейм кредитования. Данный символкредитует 64 слова данных, т.е. сообщает передающей стороне о том, что она может110отправить 64 символа данных.
В стандарте не описывается ограничение на общееколичество слов, которое может находится в сетевом контроллере, однако естьрекомендация сохранить его на уровне 1024 слова.Сделаем расчет с использованием заявленных характеристик в самом стандартеSpaceFibre. Как говорится в стандарте – устройство передает данные с частотой от1,0625 ГГц до 5 ГГц и выше, достигая максимальной пропускной способности на уровне5 Гбит в секунду. Длина кабеля составляет от 5-ти до 100 м.В качестве единицы измерения времени будем использовать wt или интервал напередачу одного слова. Wt равен времени на отправку 1 слова в канал на частотеотпр отправки бит в канал.Учитывая размеры заявок, описанных выше, то все фреймы, кроме фреймаданных, будут отправляться 1 wt, а фрейм данных – от 3 wt до 66 wt (2 wt тратится наотправку начала и конца фрейма данных, а сами данные составляют от 1 до 64 словданных).Построенная модель данного контроллера представлена на рисунке 59.Широковещательныйфрейм, l1Фреймподтвержденияданных, l2Фреймкредитования,l3Конвейер S1mS1Буфер S1Конвейер S2Конвейер S3Фрейм данных,l4Конвейер S4Символ Null,l5Конвейер S5mS2mS3mS4Выборзаявок напередачуЗадержкикоммуникационной средыБуфер S2СортировказаявокБуфер S3Буфер S4Буфер S5m'S1m'S2m'S3m'S4m'S5mS5Рисунок 59.
Количество заявок в системе от их интенсивностиСоответственно, для блока выбора передачи можно сформировать следующиезначения интенсивности обслуживания, зависящие от времени отправки каждого изсимволов, а именно:1µотпр =отпргде отпр – количество словных интервалов, необходимых на передачу одной i-йзаявки.Изначальные данные для расчета данного сетевого контроллера:1)5 типов символов с приоритетом;2)2 типа данных являются полезной нагрузкой – данные широковещательногофрейм (8 бит) и данные фрейма данных (от 8 до 512 бит);3)используется относительное кредитование. Символ кредитования имеетприоритет 3 и позволяет отправить 64 слов данных.111Данной информации достаточно для построения модели данного сетевогоконтроллера.Пусть первой заявкой первого будет широковещательный фрейм, 2-й фреймподтверждения, 3-й символ кредитования, 4-й фрейм данных.Пусть … – интенсивность потоков каждой заявки, приоритеты у заявок 3-го и4-го типа равные, а значит они формируют общий поток .
Поток с 5-го типа отвечаетза отправку символов поддержки связи, которые отсылаются, когда ни одна другаязаявка не посылается. В идеале интенсивность данного потока равна 0.Для начала произведем расчет в приоритетной части выбора заявки. Заявками унас являются фреймы, которые могут передаваться сквозь другие фреймы, и они могутбыть прерваны при передаче, поэтому – будем использовать формулы для абсолютныхприоритетов с прерыванием и дообслуживанием.Исследуемый блок представляет собой СМО M/M/1, следовательно можноутверждать, что = µ .Подставив значения для времени обработки получим общее время задержки длякаждого типа нужных нам заявок:1выбр =1−1выбр =(1 − − )(1 − )1выбр =(1 − − − )(1 − − )( + 2)(1 − − − − ( + 2) ) + + + + ( + 2) выбр =(1 − − − − ( + 2) )(1 − − − ) + 2 − ( + 1)( + + )=(1 − − − − ( + 2) )(1 − − − )где N – количество слов данных во фрейме данных.
Расчет для фрейма данныхбудет производится исходя из количества слов данных, но никак не меньше 1 и не более64.Необходимо учитывать обязательное условие для интенсивности поступления иобслуживания, то есть что сумма загрузки в блоке выбора должно быть менее единицы,так как иначе система будет неэффективна + + + ( + 2) + < 1Теперь рассмотрим конвейерную часть каждой заявки, кроме заявки, отвечающейза фрейм данных.
На данном этапе нет никаких особенных задержек и сложныхпреобразований, поэтому входной конвейер для каждого слова заявки состоит из mступеней M/M/1, где m=1,2,3 … и т.д. Как понятно из описания - время обработки будетзадаваться абсолютно одинаково (пост ) для каждой из стадии конвейеров и будетсоставлять:112µ=1постТаким образом – задержка в очереди будет одинаковой для каждой из заявок ирассчитывается по формулеλλпост=1µ(µ − λ)пост − λОбщая задержка системы для каждой заявкиλпостконв = пост +1пост − λДля фрейма данных ситуация несколько другая, так сам фрейм состоит изнескольких слов (N+2), где 2 – это дополнительные издержки при передаче словаданных, которые затрачены на начало и конец данного фрейма. Учитывая возможнуюзначительную длину заявки данных – задержку каждой заявки можно считать, исходя изпредположения, что время обработки слова каждого фрейма данных будет такое же, какоч =и у других заявок (пост ).
В этом случае время на обработку каждого слова данных будеттакое же и будет рассчитываться по тем же формулам, указанным выше для другихзаявок. Задержка для каждого слова заявки будет абсолютно равное, однакоинтенсивность передачи слов будет выше в N+2 раз.Задержки среды в данном конкретном случае произведем расчет исходя избитового интервала и длинны кабеля. Если частота передачи равна отпр , то общаязадержка каждой заявки в кабеле будет составлять:отпрсред =где сред - время задержки в среде передачи в битовых интервалах.Время сортировки в данном случае можно принять постоянным сорт = , где b –количество wi, затраченных на сортировку.Расчет для выходного буфера проводим по формулам для M/M/1, соответственнодля каждой заявки типа i1вых = −где – интенсивность обработки каждой поступившей заявки в выходной буфер.Для такого контроллера каждое слово фрейма обрабатывается за одно и то же время.Расчет интенсивности обработки каждого фрейма делается по простой формуле.
Такимобразом для всех заявок, кроме фрейма данных (так как она зависит от размерапередаваемых данных) она составляет (отпр – время обработки слова в выходномбуфере) =1отпр113Общее время прохождения каждой заявки можно высчитать по формуле и будемсчитать равными пост11общ = пост ++++111−пост − отпр − общ = пост +общ = пост + пост11+++11(1 − − )(1 − )пост − отпр − пост11+++11(1 − − − )(1 − − )пост − отпр − ( + 2) пост + 2 − ( + 1)( + + )++1(1 − − − − ( + 2) )(1 − − − )пост − 1+1отпр − ( + 2)общ = пост +В данном сетевом контроллере используется относительное кредитование, где вкачестве разрешающей отправку символов заявки является заявка 3-го приоритета.Рассчитаем дополнительное ограничение для этого параметра, необходимое дляформирования дополнительных условий.⎧общ = пост +⎪⎨⎪⎩( + 2) пост + 2 − ( + 1)( + + )1+++11(1 − − − − ( + 2) )(1 − − − )−− ( + 2)постотпр64≤В данном контроллере есть прямая зависимость от количества данных, которыеотправляются в физическую среду (параметр N).В соответствии с формулой 41 в дальнейшем можно рассчитать пропускнуюспособность, а в соответствии с формулой Литта – среднее количество заявок вочередях и во всей системе, на основании которых предполагаются размеры буферасетевого контроллера.В нашем исследовании данного контроллера основными типами данных, которыеявляются полезными для нас являются две, а именно – широковещательный фрейм ифрейм данных.
Воспользовавшись формулой для пропускной способности рассчитаемпропускную способность для фрейма данных в данном сетевом контроллере при частоте1,0625 ГГц и длиной кабеля 100 метров для заявки размером 32 слова данных.114Пропускная способность, мбит/c800,004800,00700,003,5600,003500,00794,162,5400,002300,001,5200,001100,000,505,005,135,265,415,565,715,886,066,256,456,676,907,147,417,698,008,338,709,099,5210,0010,5311,1111,7612,5013,3314,2915,3816,6718,1820,0022,2225,0028,570,00интенсивность, 1е-3Пропускная способность данных (физич)Пропускная способность данных (теоретич)Рисунок 60. Пропускная способность данных и количество заявок воднонаправленном режимеКак видно из рисунка 60 при повышении интенсивности – растет и пропускнаяспособность.
Количество заявок в системе так же растет пропорционально. Пиковаяпропускная способность практически совпадает с реально полученной.Рассмотрим пропускную способность в зависимости от размера фрейма данных(Рисунок 61).850,00Пропускная способность, Мбит/c800,00750,00700,00650,00600,00550,00500,00450,00400,00350,00300,00250,001 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63Пропускная способность (теоретич)Пропускная способнось (физич)Рисунок 61.
Пропускная способность в однонаправленном режиме от количестваслов данных в фрейме данных115Как видно из данного исследования – разница между реальным и теоретическимподсчетом составляет незначительную величину (меньше 10 Мбит/c в абсолютныхчислах).Рассмотрим дуплексную передачу данных. Как уже говорилось при описанииданного контроллера – при дуплексной передаче идет отправка кредитования иподтверждения. В качестве статических значений возьмем размер фрейма, равный 32словам, отправка подтверждения каждые 32 фрейма и отправка широковещательногофрейма каждые 128 слов (Рисунок 62).Пропускная способность, Мбит/c800,00790,37750,00700,00650,00781,61600,00550,00500,00450,00400,00350,00300,00250,005,005,105,205,305,415,525,645,775,906,036,176,326,486,646,816,997,187,397,607,828,068,328,598,889,199,529,8810,2710,6811,1411,6312,1712,7613,4014,12200,00интенсивность, 1е-3Пропускная способность (теоретич)Пропускная способность (физич)Рисунок 62.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
