Chương 19: Ứng dụng các dạng Leaky Bucket Từ các phần trên ta thấy rằng: hai loại LB không có bộ đệm và có data buffer có chức năng điều khiển tốc độ cell phát vào mạng sao cho tốc độ cell tối đa không vượt quá tốc độ token. Loại LB có data buffer chỉ đơn thuần là khắc phục nhược điểm mất cell khi tốc độ cell lớn hơn r cho loại LB không có buffer bằng cách san bằng tốc độ cell đưa vào thông qua việc lưu cell vào data buffer khi chúng vượt quá tốc độ token r. Với giải thuật có hai buffer là data buffer và token pool thì quá trình điều khiển mang một ý nghóa khác đó là tốc độ trung bình vào mạng nhỏ hơn hay bằng tốc độ token r. Ta cần chú ý rằng tại một thời điểm nhất đònh thì tốc độ cell vào mạng có thể vượt quá tốc độ token r và có thể bằng tốc độ tối đa p của nguồn. Dựa vào tính chất trên của các bộ điều khiển ta có thể chia điều khiển thông số sử dụng thành hai dạng điều khiển chính là: điều khiển tốc độ đỉnh và điều khiển tốc độ trung bình. Điều khiển tốc độ đỉnh là quá trình làm cho tốc độ tối đa của luồng cell không vượt quá tốc độ giới hạn cho phép. Như vậy ta chỉ có thể thực hiện việc điều khiển tốc độ đỉnh thông qua bộ LB không có buffer hay chỉ có data buffer. Việc lựa chọn có hay không có data buffer là tùy thuộc vào yêu cầu delay và sự mất cell đối với dòch vụ mà mạng cung cấp. Nếu dòch vụ là thời gian thực (real time service) thì LB không có data buffer được sử dụng. Nếu dòch vụ cung cấp yêu cầu khắt khe về tỉ lệ mất cell thì ta có thể sử dụng loại LB có data buffer. Chú ý trong điều khiển tốc độ đỉnh ta không thể sử dụng LB có hai bộ đệm vì như phân tích thì bộ LB loại này có thể cho phép các cell phát ra vượt qúa tốc độ đỉnh quy đònh. Điều khiển tốc độ trung bình là quá trình tác động vào luồng cell làm cho tốc độ tung bình của luồng cell không vượt quá giới hạn cho phép. Cần lưu ý ở đây sự mong muốn là tốc độ trung bình chứ không phải là tốc độ đỉnh. Do đó trong điều khiển tốc độ trung bình tại một thời điểm tốc độ luồng cell có thể vượt quá tốc độ token r tuy nhiên giá trò tốc độ trung bình của luồng cell này không được vượt quá giá trò quy đònh. Để thực hiện việc điều khiển tốc độ trung bình ta phải sử dung bộ LB có hai bộ đệm. Như vậy để tóm tắt cho các ứng dụng điều khiển ta có thể quan sát bảng sau: Ta nhận thấy trong hai dạng điều khiển thông số kết nối tốc độ trung bình và tốc độ đỉnh trên thì điều khiển tốc độ đỉnh tương đối đơn giản. Trong các phần khảo sát về sau ta chỉ quan tâm đến việc điều khiển tốc độ trung bình thông qua bộ LB có hai buffer. 3.2.2.5 Ứng dụng mô hình chất lỏng vào tính toán các thông số trong giải thuật LB: Trong phần này ta sẽ dựa vào mô hình chất lỏng (fluid-flow) để tính toán các thông số cho mô hình LB có data buffer và token pool. Trong mô hình chất lỏng nguồn có tính chất liên tục có nghóa là các nguồn sẽ phát ra các cell một cách liên tục và tốc độ trung bình là m. Tuy nhiên trong thực tế các nguồn cell thường ở dạng on-off tức là chúng sẽ không thực hiện việc phát các cell một cách liên tục mà chúng thực hiện phát cell trong các khoảng thời gian t on và ngưng phát cell trong các khoảng t off . Kind of LB control Non-buffer LB Data buffer LB Data&token buffer LB Peak cell rate Real-time Low CLR Average cell rate Two-buffer LB Mô hình chất lỏng sẽ được biến đổi để phù hợp với đặc tính on- off của các nguồn trong thực tế. Các thông số của nguồn thực tế mà ta quan tâm là: p: tốc độ đỉnh là tốc độ tối đa mà nguồn được phép khi phát cell. m: tốc độ trung bình của nguồn. t on : thời gian mà nguồn liên tục phát các cell. t off : thời gian mà nguồn không thực hiện phát một cell nào. Y: là hệ số biểu thò mức độ gia tăng tốc độ trung bình của nguồn. Bộ LB có các thông số sau: B D : dung lượng data buffer. M: dung lượng của bộ token buffer. B = B D + M là tổng dung lượng hai buffer. r: tốc độ tạo token. Với các thông số trên của nguồn và của bộ LB ta có biểu thức tính dung lượng (throughput) như sau: B o Δ m1 1rγ , trong biểu thức này m o là tỉ số tốc độ trung bình của nguồn với tốc độ tạo token còn B là một hàm được xác đònh theo tốc độ đỉnh, thời gian t on , thời gian t off và tổng dung lượng bộ nhớ B: .rtt p.t m offon on o Bz off on e r r p t t 1 B Trong biểu thức này z được xác đònh theo công thức sau: rp m1 t 1 t 1 o offon z Dựa vào các thông số trên ta có thể xác đònh được các thông số quan trọng cho bộ điều khiển LB như : + Xác suất mất cell(CLP): o mr 1CLP . γ + Chiều dài trung bình bộ đệm dữ liệu: B D B zM MBz o B Δ 1 1B zΔ eem AvrQl D D + Chiều dài trung bình bộ đệm token: BB zM o M Δ M z Δ e1m AvrQl + Thời gian tác động trở lại trung bình: E).m(Y n AvrQl T cM R Trong công thức trên n c là số bit trong một cell (424bit), E là tỉ số giữa tốc độ tạo token và tốc độ trung bình của nguồn, Y là hệ số gia tăng tốc độ trung bình của nguồn. 3.2.3 Xây dựng lưu đồ cho quá trình hoạt động của LB 3.2.3.1 Sự kiện cell đến(cell arrival event): Sự kiện cell đến xảy ra khi có một cell đến ngõ vào của hệ thống leaky bucket cho đến khi data buffer xử lý xong sự đến của cell này. Như vậy ta có thể mô tả toàn bộ quá trình xảy ra từ Tại thời điểm ti Cell đến ? Data buffer đầy ? Tăng bufferlength lên 1 Kết thúc sự kiện cell đến Mất cell No Yes Yes No Hình 3.4 lưu đồ giải thuật cho sự kiện cell đến lúc cell đến như sau: data buffer liên tục thực hiện quá trình kiểm tra xem có cell đến hay không, nếu có cell đến thì LB bắt đầu quá trình cell đến. Nếu bộ nhớ bò đầy thì cell đến này bò bỏ qua (tức là cell bò mất) và giá trò bufferlength giữ nguyên giá trò buffersize, nếu bộ nhớ còn nhiều hơn hay bằng một ô nhớ trống thì cell này sẽ được lưu vào một ô nhớ trống và giá trò bufferlength sẽ tăng lên một đơn vò. Cần chú ý rằng trong lúc phân tích ta luôn chuẩn hóa các giá trò dung lượng bộ nhớ tính theo cell. Khi kết thúc quá trình này cũng là kết thúc quá trình cell đến. Ta có thể mô tả toàn bộ quá trình này theo lưu đồ sự kiện cell đến như sau: 3.2.3.2 Lưu đồ giải thuật cho sự kiện phát token(token generating event): Sau khi thực hiện sự kiện cell đến, hệ thống tiến hành sự kiện phát token. Trong quá trình khảo sát ta sẽ dùng từ tokentime để ám chỉ thời gian mà hệ thống mong đợi để tạo ra một token mới. Như vậy nếu thời gian mong đợi lớn hơn bước thời gian hiện tại Kết thúc sự kiện cell đến Tokentime < ti Token pool đầy ? Tăng poollength lên một Tokentime = tokentime + D Kết thúc sự kiện tạo token Token loss Yes No No Yes Hình 3.5 Lưu đồ giải thuật cho sự kiện tạo token thì sẽ không có token được tạo ra còn nếu tokemtime nhỏ hơn bước thời gian hiện tại thì sẽ có một token mới được tạo ra. Ta có thể tóm tắt cơ chế hoạt động của LB cho sự kiện phát token như sau: sau khi kết thúc sự kiện cell đến, hệ thống LB chuyển sang sự kiện phát token. Nếu tokentime có giá trò lớn hơn thời gian hiện tại thì sẽ không có một token nào được tạo ra và hệ thống sẽ kết thúc sự kiện tạo token. Ngược lại nếu thời gian tokentime nhỏ hơn bước thời gian hiện tại thì sẽ có một token được tạo ra, nếu token pool không còn trống thì topken vừa tạo ra sẽ bò mất và hệ thống kết thúc sự kiện tạo token; nếu tokenpool còn trống thì hệ thống sẽ lưu token vừa tạo vào tokenpool và tăng tokenlength lên một đơn vò. Sau khi có một token được tạo ra thì hệ thống sẽ cập nhật tokentime thông qua việc cộng tokentime với giá trò D nhận được. Như vậy toàn bộ sự kiện phát token có thể được minh họa như trong lưu đồ giải thuật cho sự kiện tạo token như hình 3.5. 3.2.3.3 Sự kiện cell đi (cell departure): Sau khi trải qua sự kiện cell đến và sự kiện tạo token thì hệ thống LB chuyển sang sự kiện cell đi. Trong sự kiện cell đi hệ Kết thúc sự kiện tạo token Bufferlength > 0 Tokenlength > 0 Poollength = Poollength - 1 Gửi một cell vào mạng Bufferlength = Bufferlength - 1 Kết thúc bước thời gian ti Hính 3.6 Lưu đồ giải thuật cho sự kiện cell đi thống sẽ kiểm tra data buffer và token pool. Nếu cả hai bộ đệm này có cell và token thì hệ thống sẽ phát một cell vào mạng. Nếu một trong hai bộ đệm không có dữ liệu(cell hay token) thì sẽ không có một cell nào được đưa vào mạng. Nếu có một cell được dua vào mạng thì hai bộ buffer sẽ giảm chiều dài đi một đơn vò. Lưu đồ giải thuật được trình bày như trong hình 3.6 trang bên. Như vậy dựa vào ba lưu đồ cho ba sự kiện cell đến, phát token và cell đi ta có thể xây dựng một hệ thống Leaky Bucket hoàn chỉnh thông qua việc lập vòng ba sự kiện trên một cách liên tục. . nguồn. Dựa vào tính chất trên của các bộ điều khiển ta có thể chia điều khiển thông số sử dụng thành hai dạng điều khiển chính là: điều khiển tốc độ đỉnh và điều khiển tốc độ trung bình. Điều khiển. được đưa vào mạng. Nếu có một cell được dua vào mạng thì hai bộ buffer sẽ giảm chiều dài đi một đơn vò. Lưu đồ giải thuật được trình bày như trong hình 3.6 trang bên. Như vậy dựa vào ba lưu đồ. việc điều khiển tốc độ trung bình ta phải sử dung bộ LB có hai bộ đệm. Như vậy để tóm tắt cho các ứng dụng điều khiển ta có thể quan sát bảng sau: Ta nhận thấy trong hai dạng điều khiển thông