Điều khiển lưu lượng và tắc nghẽn trong mạng ATM, chương 16 ppt

Chương 16: Giải thuật ERICA mở rộng Nhược điểm thứ nhất của giải thuật ERICA cơ bản là khi ba điều kiện sau xảy ra đồng thời nó sẽ không hội tụ về công bằng max-min: + Hệ số tải z=1. + Có vài nguồn bò tắc nghẽn cổ chai ở phía trước. +Tốc độ hiện hành CCR cho tất cả các nguồn không bò nghẽn cổ chia còn lại lớn hơn FairShare. Nếu điều này xảy ra thì hệ thống vẫn duy trì trạng thái hiện hành của nó bởi vì giá trò CRR/z (VCShare) lớn hơn FairShare cho các nguồn không tắc nghẽn cổ chai. Để giải quyết vấn đề này, giải thuật ERICA mở rộng đã thêm vào một biến gọi là MaxAllocPreviuos để giữ độ phân cấp lớn nhất trong khoảng thời gian trước và một biến MaxAllocCurrent để tích luỹ độ phân cấp lớn nhất trong khoảng thời gian trung bình chuyển mạch hiện hành. Hai biến này đảm bảo tất cả các nguồn thích hợp có thể nhận được độ phân cấp cao. Cuối khoảng thời gian trung bình Đếm số nguồn kích hoạt trong khoảng thởi gian AI Dung lượng ABR = Độ tận dụng đích x Băng thông liên kết. Tốc độ nhập ABR = Số cell ABR đếm được / AI Hệ số tải z = Tốc độ nhập ABR / Dung lượng ABR Step 1 Step 2 Step 3 Hình mô tả lưu đồ giải thuật ERICA cơ bản Khi nhận cell BRM VC’s Share hiện tại = CCR của VC / Hệ số tải ER tính toán = Max( FairShare , VC’s FairShare ER tính toán = Min( ER tính toán, Dung lượng ABR) ER trong cell RM = Min( ER tính toán, ER trong cell RM) Chèn ER vào cell BRM Step 8 Step 9 Step 10 Step 11 Trong giải thuật ERICA mở rộng bước 9 ở giải thuật ERICA cơ bản được thay đổi như hình trang bên. Ta sử dụng thêm hằng số  là một số nhỏ hơn 1. Nếu z > 1+ , thì chúng ta sử dụng giải thuật ERICA cơ bản. Nếu z  1+ , ER được tính như sau: ER tính toán = Max(FairShare, VCShare,MaxAllocPrevious) Điểm quan trọng là thông số VCShare chỉ được sử dụng để đạt hiệu quả, còn độ công bằng chỉ đạt được bằng cách cho các nguồn đang tranh giành băng thông có một tốc độ bằng nhau. Khởi động MaxAllocPrevious :=0 MaxAllocCurrent := FairShare Cuối khoảng thời gian trung Làm từ bước 1 đến 5 MaxAllocPrevious:= MaxAllocCurrent MaxAllocCurrent := FairShare Sau bước 8 Z > 1+  ER tính toán := Max(FairShare,VC’s Share hiện tại) ER tính toán := Max( FairShare, VC’s Share hiện tại, MaxAllocCurrent) Đ S Làm bước 10 Step 9 MaxAllocCurrent := Max(MaxAllocCurrent, ER tính toán Hình mô tả giải thuật ERICA mở rộng Giải pháp của chúng ta là phân cấp đồng đều cho các nguồn trong thời gian dưới tải và chia CCR của các nguồn cho cùng một giá trò z trong thời gian quá tải xảy ra sau đó để đưa chúng đến công bằng max-min. Hệ thống được xem là ở trạng thái quá tải khi hệ số tải z  1+ . Mục đích của việc giới thiệu thông số  là bắt buộc phân cấp tốc độ giống nhau khi hệ số tải dao động quanh giá trò 1, vì vậy tránh được dao động tốc độ không mong muốn. Nhược điểm thứ hai nảy sinh khi các cell BRM đến chuyển mạch một cách bất đồng bộ từ các nguồn khác nhau dẫn đến sự tăng đột ngột trong đồ thò ACR và khi nguồn có cell BRM đến chuyển mạch chậm hơn và nhận được độ chia sẻ công bằng của nó thì hàng đợi tăng đột ngột. Vấn đề này có thể được giải quyết bằng cách chia sẻ công bằng lúc đầu để tránh quá tải quá độ. Khi ER tính toán lớn hơn giá trò fair share và tốc độ nguồn đang tăng từ giá tri CCR dưới mức fair share thì chúng ta giới hạn tốc độ tăng này đến giá trò fair share. Chuyển mạch có thể quyết đònh không đưa hồi tiếp mới không đưa hồi tiếp mới về nguồn này trong một khoảng thời gian đo lường. Việc tính toán sau sẽ được đưa thêm vào giải thuật chuyển mạch sau khi tính “ ER tính toán”: IF (( CCR < FairShare) AND ( ER tính toán  FairShare)) THEN ER tính toán := FairShare Chúng ta cũng có thể không cho phép hồi tiếp về nguồn này trong một khoảng thời gian đo lường. “ ER trong cell RM” vẫn được tính như trước. Chọn lựa các thông số cho giải thuật ERICA: Hầu hết các giải thuật điều khiển đều cung cấp cho nhà điều hành một số thông số để thích ứng hoạt động của giải thuật sử dụng. Một giải thuật tốt phải có ít thông số nhưng cung cấp đầy đủ các mức điều khiển. Các thông số này không được nhạy với những thay đổi nhỏ trong mạng. Giải thuật ERICA cung cấp một số thông số rất dễ dàng thiết lập , mà với một sự mất phối hợp nhẹ giữa các thông số này vẫn không làm giảm sút hoạt động của giải thuật. Các thông số này là độ tận dụng đích U(target Utilization) và khoảng thời gian đo lường chuyển mạch. + Độ tận dụng đích U: Độ tận dụng đích quyết đònh độ tận dụng đường truyền ở trạng thái thiết lập. Nếu tốc độ nhập lớn hơn độ tận dụng đích x dung lượng liên kết thì chuyển mạch yêu cầu nguồn giảm tốc độ để đưa tổng tốc độ nhập về giá trò mong muốn. Nếu hàng đợi tại chuyển mạch xuất hiện tải quá độ thì (1-U) x Dung lượng liên kết được sử dụng để rút hàng đợi. Người ta không mong muốn độ tận dụng đích có giá trò quá lớn bởi vì nó dẫn đến hàng đợi dài và mất; nhưng nếu độ tận dụng đích thấp sẽ không tận dụng hết đường truyền. nh hưởng của độ tận dụng đích phụ thuộc vào độ trễ hồi tiếp của mạng. Quá tải quá độ có khả năng dẫn đến hàng đợi dài càng dài đối với mạng có độ trễ hồi tiếp càng lớn. Do đó, đối với mạng có độ trì hoản lớn thường mong muốn độ tận dụng đích nhỏ. Thực tế cho thấy giá trò tối ưu của độ tận dụng đích là 0.95 cho mạng LAN và 0.9 cho mạng WAN. Khi lưu thông có tính chùm cao thì độ tận dụng đích nhỏ sẽ cải thiện hoạt động của giải thuật. + Khoảng thời gian trung bình chuyển mạch AI: Khoảng thời gian trung bình chuyển mạch hay khoảng thời gian đo lường quyết đònh độ chính xác của hồi tiếp. Khoảng thời gian này được dùng để đo mứa tải , dung lượng liên kết và số VC kích hoạt. Chiều dài khoảng thời gian đo lường tao ra mâu thuẫn giữa độ chính xác và hoạt động của trạng thái xác lập. Giải thuật ERICA đo lường các thông số cần thiết sau khoảng thời gian trung bình và sử dụng các giá trò đo lường này để tính toán hồi tiếp trong khoảng thời gian trung bình kế tiếp. Việc lấy trung bình giúp làm trơn độ biến động trong đo lường. Tuy nhiên, chiều dài khoảng thời gian trung bình giới hạn lượng biến động có thể được loại trừ. Nó cũng quyết đònh tốc độ hồi tiếp đưa về nguồn bởi vì giải thuật ERICA chỉ đưa tối đa một hồi tiếp trong một khoảng thời gian đo lường. Khoảng thời gian đo lường càng nhỏ thì độ biến động càng lớn và có thể đánh giá không đúng mức các thông số đo lường. Hệ số tải và dung lượng có sẵn là các biến ngẫu nhiên mà độ biến động của nó phụ thuộc vào chiều dài của khoảng thời gian trung bình. Trong thực tế, khoảng thời gian cần thiết để đo số nguồn kích hoạt cũng đủ để đo hệ số tải và dung lượng có sẵn. Các thông số được lấy trung bình này khá chính xác với lỗi chỉ khoảng 1 cell / khoảng thời gian trung bình. Thiết lập độ tận dụng đích dưới 100% để rút hàng đợi do lỗi trong đo lường của tất cả các thông số. Bất cứ khi nào giải thuật gặp phải mâu thuẫn do lỗi trong đo lường thì chúng ta phải giảm thông số độ tận dụng đích. 3.1.4.9 Giải thuật ERICA+: 3.1.4.9.1 Chiều dài hàng đợi là một thông số đo lường thứ cấp: ERICA+ là một bổ sung cho giải thuật ERICA. Trong phần này và phần sau chúng ta sẽ miêu tả các mục tiêu, điểm vận hành đích, giải thuật và việc thiết lập thông số cho ERICA+. ERICA phụ thuộc vào việc đo lường các thông số như hệ số tải và số nguốn ABR kích hoạt. Nếu trong đo lường có nhiều lỗi và độ tận dụng đích được thiết lập quá cao giải thuật ERICA có thể không hội tụ có nghóa là chiều dài hàng đợi trở nên không có giới hạn và dung lượng để rút hàng đợi trở nên không đủ. Giải pháp trong trường hợp này là thiết lập độ tận dụng đích đến một giá trò nhỏ hơn, cho phép nhiều băng thông hơn để rút hàng đợi. Một sự nâng cấp đơn giản cho ERICA là phải có ngưỡng hàng đợi và giảm độ tận dụng đích nếu hàng đợi vượt quá ngưỡng này. Một khi độ tận dụng đích thấp hàng đợi sẽ được rút nhanh chóng. Do đó sự bổ sung này sẽ duy trì độ tận dụng cao khi hàng đợi nhỏ và rút hàng đợi nhanh chóng khi chúng đầy. Vì vậy, chúng ta cần thiết phải sử dụng chiều dài hàng đợi như là thông số thứ cấp (thông số sơ cấp là tốc độ nhập). Trong giải thuật ERICA, chúng ta không xem chiều dài hàng đợi hoẳc độ trễ hàng đợi là một thông số do đó không đưa chỉ đònh tốc độ chính xác của nguồn. Trong giải thuật ERICA+, sự phân chia tốc độ chính xác phụ thuộc vào tổng tốc độ nhập hơn là chiều dài hàng đợi. Tuy nhiên chúng ta nhận thấy có hai vấn đề về hàng đợi : thứ nhất hàng đợi khác 0 ngụ ý rằng độ tận dụng là 100%; thứ hai, hệ thống với hàng đợi quá dài sẽ đi xa điểm vận hành mong muốn. Vì vậy trong giải thuật ERICA+, nếu tốc độ nhập và hàng đợi dài ta cần dự trữ nhiều dung lượng hơn để rút hàng đợi và phân cấp tốc độ một cách dè dặt cho đến khi hàng đợi được điều khiển. Đối với chiều dài hàng đợi chúng ta vẫn dùng hàm liên tục theo quy luật thiết kế của ERICA. Bởi vì hồi tiếp về nguồn có tính đều đặn(khi hàng đợi được duy trì) do đó sự phân cấp bởi các hàm liên tục sẽ giám sát được hoạt động của hàng đợi và phản ánh nó trong phân cấp tốc độ. 3.1.4.9.2 ERICA+ với độ tận dụng 100% và rút hàng đợi nhanh: Giải thuật ERICA đạt được độ tận dụng cao ở trạng thái thiết lập nhưng độ tận dụng này được giới hạn bởi thông số độ tận dụng đích. Đối với các đường truyền đắt tiền, chúng ta mong muốn duy trì độ tận dụng này ở mức 100%. Phương pháp để đạt độ tận dụng 100% ở trạng thái xác lập và rút hàng đợi nhanh là thay đổi tốc độ ABR đích một cách linh động. Trong thời gian xác lập, tốc độ ABR đích đạt được là 100% và giá trò này sẽ nhỏ hơn trong lúc quá tải quá độ. Hệ số tải càng cao dẫn đến tốc độ đích càng thấp(do đó rút hàng đợi nhanh hơn). Nói cách khác, Tốc độ đích ABR = f ( chiều dài hàng đợi, tốc độ của liên kết, tốc độ VBR) Hàm trên phải là hàm giảm theo chiều dài hàng đợi. Chú ý rằng giải thuật ERICA có độ tận dụng đích cố đònh có nghóa là tốc độ rút hàng đợi độc lập với kích thước hàng đợi. 3.1.4.9.3 ERICA+: duy trì một “túi” (pocket) hàng đợi: Dung lượng ABR biến đổi một cách linh động do sự xuất hiện của các lớp dòch vụ có độ ưu tiên cao hơn (như CBR và VBR). Vì vậy, nếu các lớp dòch vụ này không tồn tại trong một khoảng thời gian ngắn (có thể nhỏ hơn độ trẽ hồi tiếp) thì dung lượng còn lại sẽ không được tận dụng hết. Trong các trường hợp như vậy, chúng ta cần có một “túi” đựng đầy các cell ABR để sữ dụng dung lượng còn lại trong khi các cell RM đang đưa thông tin mới về nguồn và yêu cầu chúng tăng tốc độ. Một phương pháp để đạt được mục đích này là phải điều khiển các hàng đợi về “chiều dài hàng đợi đích” (target queue length). Ở trạng thái xác lập đường truyền được tận dụng 100% và chiều dài hàng đợi bằng với chiều dài hàng đợi đích mà nó là “ tùi “ hàng đợi mà ta mong muốn. Nếu chiều dài hàng đợi rớt [...]... dụng 100% và độ trì hoản hàng đợi khác 0 cố đònh Điểm này khác với điểm “khuỷu” (trong tránh tắc nghẽn có độ thông suất 100% và độ trì hoản tối thiểu) ở chổ nó có mục tiêu độ trễ khác 0 cố đònh Đó là do độ trễ hàng đợi tại điểm vận hành luôn khác không Chú ý rằng độ tận dụng duy trì 100% khi hàng đợi khác o và vẫn duy trì ở mức 100% cho dù có trạng thái dưới tải ngắn trong tải nhập vào hoặc dung lượng. .. tối ưu Tương tự , khi độ trễ hàng đợi tăng vượt quá To, phân cấp cho VC bò giảm xuống và dung lượng thêm vào được sử dụng để rút hàng đợi trong chu kỳ kế tiếp Khi độ trễ hàng đợi bằng To, 100% dung lượng ABR được phân cấp cho các VC Vì vậy, ERICA+ giới thiệu một thông số mới là T0 thay thế cho thông số độ tận dụng đích trong giải thuật ERICA ... dụng giá trò dung lượng ABR đo được Hàm tốc độ đích trên sẽ trở thành như sau: Tốc độ đích = f (độ trễ hàng đợi, độ trễ hàng đợi đích, tốc độ liên kết, tốc độ VBR) Trong các phần sau chúng ta sẽ đònh nghóa và mô tả một hàm mẩu để tính toán tốc độ đích 3.1.4.9.5 ERICA+ với điểm vận hành mục tiêu: Giải thuật ERICA+ sử dụng một điểm vận hành mục tiêu mới nằm giữa điểm “khuỷu” (knee) và điểm “vách” (cliff)... trạng thái xác lập để chỉ ra rằng hệ thống đang ở trong trạng thái cân bằng không ổn đònh Khi có quá tải quá độ hàng đợi sẽ tăng đột ngột Ngược lại giải thuật ERICA có thể cho phép lượng tăng tải nhỏ (từ 5% đến 10%) mà không tăng chiều dài hàng đợi Yêu cầu của giải thuật ERICA+ là phải duy trì trạng thái cân bằng không ổn đònh với hàng đợi khác không và độ tận dụng 100% Đặc biệt khi độ trễ hàng đợi... sang các thời gian rút khác nhau đối với các tốc độ truyền khác nhau Ví dụ đối với truyền T1, chiều dài hàng đợi là 5 có thể xem là lớn, trong khi chiều dài hàng đợi là 50 đối với đường truyền OC-3 được xem là nhỏ Vấn đề này khá quan trọng do bản chất biến đổi của dung lượng ABR, đặc biệt khi có sự xuất hiện của các nguồn VBR Để có được khả năng đạt đến các tốc độ liên kết khác nhau (scalability to various...xuống giá trò này thì các nguồn được khuyến khích tăng tốc độ và ngược lại Nói cách khác: Tốc độ đích = f(chiều dài hàng đợi, chiều dài hàng đợi đích, tốc độ liên kết, tốc độ VBR) 3.1.4.9.4 ERICA+ với khả năng đạt đến các tốc độ liên kết khác nhau: Hàm trên không . Vì vậy trong giải thuật ERICA+, nếu tốc độ nhập và hàng đợi dài ta cần dự trữ nhiều dung lượng hơn để rút hàng đợi và phân cấp tốc độ một cách dè dặt cho đến khi hàng đợi được điều khiển. . nguồn không tắc nghẽn cổ chai. Để giải quyết vấn đề này, giải thuật ERICA mở rộng đã thêm vào một biến gọi là MaxAllocPreviuos để giữ độ phân cấp lớn nhất trong khoảng thời gian trước và một biến. này trong một khoảng thời gian đo lường. “ ER trong cell RM” vẫn được tính như trước. Chọn lựa các thông số cho giải thuật ERICA: Hầu hết các giải thuật điều khiển đều cung cấp cho nhà điều