IV. ảnh hởng của bộ đệm đến qos
1. Chuyểnmạch không sử dụng bộ đệm
Tại thời điểm bắt đầu của 1 chu kỳ, tất cả các cổng vào có tế bào cùng một lúc đa yêu cầu tới tầng chuyển mạch thứ nhất. Tại mỗi tầng, các yêu cầu này ssẽ đợc gửi trớc tới tầng tiếp theo (theo đờng do bảng điều khiển định tuyến xác định). Nếu hai hay nhiều yêu cầu phải đi qua cùng một đờng thì sẽ xảy ra xung đột. Lúc đó một yêu cầu đợc chọn , các yêu cầu còn lại bị từ chối. Nếu yêu cầu đi tới cổng đích thành công thì sẽ có tín hiệu thành công báo trở lại cổng ban đầu. Nếu không thì cungx có tín hiệu không thành công phản hồi về. Khi đó đờng nối đợc thiết lập từ cổng vào đến cổng đích.Các tế bào sẽ đợc truyền thẳng trên đờng đó từ cổng vào tới cổng đích. Sauk hi đã truyền xong đ- ờng nối đợc huỷ bỏ để dành cho các đờng nối khác. Khi tốc độ dòng dữ liệu qua chuyển mạch tăng thì khả năng để các dòng số phải yêu cầu cùng đầu ra các phần tử chuyển mạch trong chuyển mạch tăng rất nhanh và nh vậy xác suất để yêu cầu bị từ chối tăng rất nhanh. Khi kích thớc chuyển mạch tăng thì xung đột tăng đặc biệt là với các chuyển mạch chặn do xung đột giữa các tế bào khi đi qua nhiều tầng hơn. Khi yêu cầu bị từ chối sẽ xảy ra hiện tợng:
- Hoặc tế bào phải thực hiện đi trong chuyển mạch lần nữa (đối với các chuyển mạch kiểu vòng), cho nên đẫn đến trễ truyền té bào tăng lên. - Hoặc mất tế bào, điều này lại dẫn tới tỷ lệ mất tế bào tăng nhanh
Với các chuyển mạch chặn: Nếu không sử dụng bộ đệm thì hiệu suất sử dụng rất nhỏ, cò nếu sử dụng bộ đệm thì hiệu suất yăng lên khá nhiều.
Với các chuyển mạch không chặn: nếu không sử dụng bộ đệm, do có tỷ lệ lỗi quá lớn cho nên ngời ta luôn sử dụng bộ đệm.
Ta lấy ví dụ chuyển mạch kiểu Banyan không sử dụng bộ đệm:
Giả sử chuyển mạch Banyan không sử dụng bộ đệm kích thớc bn xbn. Chuyển mạch này gồm n tầng các phần tử chuyển mạch b*b. Do xác suất một tế bào đ- ợc định địa chỉ tới một đầu ra phần tử chuyển mạch bận là :
p0=p, pi=1-(1-pi-1/b)b ( 4.1) Vậy hiệu suất sử dụng : p=pn (4.2) Tỷ lệ lỗi là : pi=1-pn/p0
Rõ ràng là hiệu suất sử dụng giảm khi N tăng lên (hay n tăng). Ví dụ : b=2, p=0,6.
Khi đó: p0=0,6; p1=0,51; p2=0,445; p3=0,395; p4=0,356; p5=0,325; p6=0,289 Khi N=64 thì hiệu suất sử dụng còn có p6=0,298.
Để tăng hiệu suất sử dụng và giảm tỷ lệ lỗi, ta sử dụng cấu trúc Banyan bổ xung.
Cấu trúc này sử dụng K chuyển mạch Banyan nối song song với nhau. Việc ghi đọc tế bào có thể thực hiện theo 3 cách: ngẫu nhiên, phát nhiều , lựa chọn. Khi đó ta có:
Với cách ghi đọc ngẫu nhiên, xác suất một đầu ra phần tử chuyển mạch bận là: p0=p/k, pi=1-(1-pi-1/b)b (4.3) Vậy hiệu suất sử dụng : p=1-(1-pn)k (4.4) Tỷ lệ lỗi là: pi=1-(1-(1-pn/p0)k)/p (5.5) Trong đó: p là hiệu suất tải (offer load)
Trong trờng hợp chuyển mạch ATM không có bộ đệm, để đảm bảo các yêu cầu về các tham số chất lợng chất lợng dịch vụ thì kích thớc của chuyển mạch phải tăng rất lớn.
Trở lại ví vụ trên: Nếu mạng Banyan kích thớc bn*bn gồm n tầng, sử dụng phần tử chuyển mạch b*b. khi đó hiệu suất sử dụng chuyển mạch là
Khi xây dựng các chuyển mạch , ngời ta thờng sử dụng các tế bào kích thớc 2*2 hay 2i*2i với i là số tự nhiên. Mặc dù có một số phơng thức để xử lý khi số cổng ra và số cổng vào khác 2i nhng nói chung có hoạt động không tốt và ít đợc chú ý. Điều này do trong hầu hết các trờng hợp phải sử dụng mạng chuyển mạch với một số đầu ra, đầu vào trên một số phần tử chuyển mạch không đợc sử dụngĐiều này làm cho ,cost, của chuyển mạch tăng hơn so với các chuyển mạch dựa trên phần tử chuyển mạch 2i*2i. Do có một số đầu ra, đầu vào không sử dụng , việc điều khiển mạng này gặp nhiều khó khăn cho nên hiệu suất sử dụng giảm.
Tơng tự ,các chuyển mạch có số đầu vào, đầu ra không bằng nhau,hay số đầu vào ra không là 2i cũng phải bỏ một số đầu ra, đầu vào và mạng có thể phải sử dụng các loại phần tử chuyển mạch khác nhau. Vì sử dụng các loại phần tử chuyển mạch khác nhau cho nên điều khiển định tuyến khó khăn dẫn đến kết quả là sự truyền qua giảm.
Nếu định tuyến trong các chuyển mạch dựa vào các bit định tuyến thì rõ ràng hiệu suất sử dụngcác bit định tuyến sẽ không caodo có một số gia trị của chúng không đợc sử dụng.
Có thể nói rằng chuyển mạch ATM không dùng bộ đệm thông thờng chỉ đợc dùng cho các mạng có dung lợng nhỏ hoặc dùng cho các nút chuyển mạch có lu lợng nhỏ chảy qua . Khi các yêu cầu về chất lợng dịch vụ tăng lên nh tăng số cổng vào ra, tăng tốc độ truyền …. Hệ thống chuyển mạch ATM đẻ đáp ứng đợc phải tăng kích thớc chuyển mạch rất lớn, cồng kềnh, đòi hỏi công nghệ chế tạo cao,vấn đề định tuyến sẽ hết sức phức tạp…dẫn đén giá thành cao và rất khó đáp ứng.
Chính vì các lý do trên cho nên chúng ta sẽ đi sâu nghiên cứu các hệ thống chuyển mạch sử dụng bộ đệm.
Chuyển mạch sử dụng bộ đệm đợc sử dụng trong hầu hết các chuyển mạch ATM hiện nay, mục đích chibhs của việc sử dụng bộ đệm là giảm tỷ lệ tổn thất tế bào. Các tế bào cha đợc truyền đi sẽ đợc lu giữ vào bộ đệm. Do kích thớc bộ đệm có giới hạn đến lúc nào đó cáo thể bộ đệm sẽ bị đầy và nó từ chối nhận thêm tế bào , lúc đó có thể sẽ bị mất tế bào.
Trừ vài loại chuyển mạch sử dụng phơng thức quay vòng tế bào (nh chuyển mạch trộn , loại đã đợc thiết kế để không cần sử dụng bộ đệm) còn đối với hầu hết các loại chuyển mạch khác việc sử dụng bộ đệm sẽ làm tăng đáng kể tốc độ và độ tin cậy của chuyển mạch. Mức độ tăng độ tin cậy phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong đó kích thớc bộ đệm là quan trọng nhất. Ví dụ khi kích thớc chuyển mạch Banyan N=256 thì nếu không sử dụng bộ đệm sẽ có sự truyền qua khoảng 0,26 theo hình 4.3 nhng khi có bộ đệm thì hiệu suất sử dụng có thể lên tới 0,58(với chuyển mạch Banyan N=256, bộ đệm vào kích thớc Bi=32)
Có thể coi tất cả các chuyển mạch đều sử dụng bộ đệm(với các chuyển mạch không sử dụng bộ đệm thì coi kích thớc bộ đệm bằng 0).Do đó ta coi việc xét sử dụng bộ đệm hay không sử dụng bộ đệm chuyển thành xét ảnh h- ởng của kích thớc bộ đệm đến chuyển mạch