Điều khiển lưu lượng và tắc nghẽn trong mạng ATM, chương 14 ppt

11 315 0
Điều khiển lưu lượng và tắc nghẽn trong mạng ATM, chương 14 ppt

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Chương 14: Các vấn đề về giải thuật điều khiển tắc nghẽn Điều khiển nghẽn trong mạng ATM là một đề tài nóng bỏng,có nhiều vấn đề đã được thống nhất, nhưng cũng có nhiều vấn đề đang đươc tiếp tục thảo luận. Sau đây chúng ta sẽ xem xét bốn vấn đề chính được quan tâm nhiều nhất. 3.1.3.1 Vòng hở hay vòng kín: Sơ đồ điều khiển vòng hở không cần cơ chế hồi tiếp end-to- end. Một ví dụ của loại này là điều khiển ưu tiên và điều khiển luồng hop-by-hop. Trong sơ đồ điều khiển vòng kín, nguồn điều chỉnh tốc độ cell theo thông tin hồi tiếp nhận được từ mạng. Đã có cuộc tranh luận cho rằng sơ đồ điều khiển nghẽn vòng kín là quá chậm trong các mạng lớn tốc độ cao hiện nay, tại thời điểm nguồn nhận được tín hiệu hồi tiếp và thực thi công việc thì hàng ngàn cell có thể bò mất . Tuy nhiên, nếu xảy ra nghẽn và mạng bò quá tải trong thời gian dài thì chỉ có tác động tốc độ từ nguồn mới có thể xử lý được tình trạng này. Hơn nữa, dòch vụ ABR được thiết kế để sử dụng băng thông động vì vậy nguồn phải biết tình trạng của mạng để có thể truyền tốc độ thich hợp. ATM Forum đã quyết đònh rằng việc hồi tiếp là rất cần thiết cho điều khiển luồng ABR. 3.1.3.2 Dựa trên tốc độ hay dựa trên credit: Sơ đồ điều khiển dựa trên credit bao gồm điều khiển luồng cửa sổ của mỗi liên kết và mỗi liên kết ảo. Phía nhận sẽ dám sát chiều dài hàng đợi của mỗi VC và xác đònh số cell tối đa mà bên phát có thể truyền. Giải thuật đầu tiên được đưa ra là FCVC (Flow Controlled Virtual Circuit) cơ bản dựa trên nguyên lý này. Đối với sơ đồ điều khiển dự trên tốc độ, nguồn sẽ thay đổi tốc độ phát cell tùy theo trạng thái của mạng. Khi xảy ra nghẽn, nguồn được yêu cầu giảm tốc độ phát. Ngược lại, nếu mọi việc ”suôn sẻ” nó được phép tăng tốc độ. Trong phương pháp dựa trên credit, khi đặt các thông số phải biết về độ trễ vòng mạng(ít nhất phải biết về chiều dài liên kết và tốc độ liên kết), với phương pháp dựa trên tốc độ thì điều này không cần thiết. Ở điều kiện lý tưởng, phương pháp dựa trên credit có thể bảo đảm sự thất thoát cell bằng không. Tuy nhiên, trong thực tế luôn tồn tại sự mất cell do lỗi nào đó, do vậy mà người dùng vẫn phải quan tâm đến sự thất thoát cell ngay cả trong trường hợp thất thoát cell bằng không. Phương pháp dựa trên credit yêu cầu các chuyển mạch duy trì các hàng đợi riêng biệt cho mỗi kênh ảo VC(hay đường ảo VP), bất chấp VC có được kích hoạt hay không. Sắp xếp hàng đợi trên mỗi VC có độ phức tạp tỉ lệ với số VC. Đối với một số chuyển mạch lớn, số lượng VC có thể lên tới hàng triệu. Đây cũng chính là lý do chủ yếu khiến phương pháp dựa trên credit không được chấp nhận. Sau một thời gian dài tranh luận, tháng 9/1994 đa số các thành viên trong ATM Forum đã nhất trí sử dụng phương pháp dựa trên tốc độ với các lý do trên. 3.1.3.3 Hồi tiếp nhò phân hay hồi tiếp tường minh: Như vậy, chúng ta đã thống nhất được hai yếu tố “hồi tiếp” vá “tốc độ”. Tuy nhiên các phương pháp điều khiển hồi tiếp dựa trên tốc độ lại có hai cách là “hồi tiếp nhò phân” và “ hồi tiếp tường minh”. Giải thuật hồi tiếp nhò phân sữ dụng hồi tiếp đơn bit. Giải thuật này đầu tiên sử dụng “hồi tiếp âm” do cell RM được gửi đi chỉ để giảm tốc độ nguồn mà không tăng; ngược lại “hồi tiếp dương” yêu cầu gửi cell RM để tăng tốc. Khi cell RM được gửi đi để tăng hoặc giảm tốc độ gọi là hồi tiếp lưỡng cực. Mặc dù phương pháp này có ưu điểm là thực thi và tính toán đơn giản, đặc biệt hữu ích trong mạng LAN nhưng nó cũng bộc lộ nhiều hạn chế. Khi các cell RM bò mất vì tắc nghẽn nặng trên đường về thì nguồn vẫn tiếp tục tăng tốc độ phát của mình và cuối cùng dẫn đến quá tải. Ngoài ra, giải thuật này có thời gian hội tụ lâu và không thích hợp với các mạng lớn. Trong phương pháp chỉ đònh tốc độ tường minh(explicit rate), cell RM mang trò số tốc độ rõ ràng ER cùng vài thông số khác để nguồn tính tốc độ phát cho mình. Phương pháp này có thời gian hội tụ nhanh, hệ thống nhanh chóng đạt đến điểm vận hành tối ưu. Ngoài ra, giải thuật có khả năng chòu đựng được lỗi trong đo lường hoặc mất cell RM. Cell RM kế tiếp mang hồi tiếp chính xác sẽ đưa hệ thống trở về điểm vận hành đúng chỉ trong một bước. 3.1.3.4 Phát hiện nghẽn: chiều dài hàng đợi hay tốc độ tăng hàng đợi: Thực ra, vấn đề này không tốn thời gian tranh luận. Trong một số giải thuật điều khiển nghẽn ban đầu, khích thước chiều dài hàng đợi lớn thường được dùng làm dấu hiệu của nghẽn. Tuy nhiên, có một số vấn đề trong nguyên lý này. Thứ nhất , đó là việc xác đòng không chính xác; ví dụ một chuyển mạch có 10K cell đang đợi trong hàng đợi, một chuyển mạch khác chỉ có 10 cell trong hàng đợi. Ta không thể nói rằng chuyển mạch thứ nhất bò nghẽn hơn chuyển mạch thứ hai nếu như tốc độ rút hàng đợi thứ nhất là 10K cell trong một giây trong khi hàng đợi trong chuyển mạch hai đang đầy lên nhanh chóng. Thứ hai, sữ dụng chiều dài hàng đợi để phát hiện nghẽn không đạt được sự công bằng. Nguồn khởi động sau sẽ có thời gian hội tụ nhỏ hơn nguồn khởi động trước. Tốc độ gia tăng hàng đợi thích hợp hơn trong vai trò một thông số giám sát trạng thái nghẽn vì nó chỉ rõ trạng thái hoạt động của mạng. Việc sữ dụng tốc độ gia tăng hàng đợi trong các giải thuật dựa trên tốc độ là rất tự nhiên và chính xác với các thông số điều khiển và thông số vào có cùng đơn vò. 3.1.4 Giới thiệu một số giải thuật điều khiển tắc nghẽn: 3.1.4.1 Giải thuật DECbit: Phương pháp đầu tiên dựa trên tốc độ được đề nghò là giải thuật DECbit ä được đưa ra vào năm 1986; phương pháp này bao gồm điều khiển đầu cuối đến đầu cuối sữ dụng hồi tiếp đơn bit(hồi tiếp nhò phân). Trong phương pháp này, các chuyển mạch giám sát chiều dài hàng đợi của mình. Khi xảy ra tắc nghẽn, các chuyển mạch sẽ đặt bit EFCI trong phần header của các cell dữ liệu. Đích sẽ giám sát đònh kỳ theo thời gian các bit EFCI này(trong các cell dữ liệu mà chúng nhận được) và gửi về nguồn một cell RM . Nguồn sữ dụng thuật toán tăng theo cấp số cộng và giảm theo cấp số nhân để hiệu chỉnh tốc độ phát của nó. Thuật toán này sữ dụng hồi tiếp âm, nghóa là các cell chỉ được dùng để yêu cầu nguồn giảm tốc độ chứ không tăng lên.Trong khi đó hồi tiếp dương yêu cầu giảm tốc độ nguồn phát và hồi tiếp lưỡng cực sữ dụng các cell RM để yêu cầu tăng và giảm tốc độ phát.Hồi tiếp âm gặp phải vấn đề là khi cell RM bò mất do một lý do nào đó (như tắc nghẽn)trong khi đó nguồn cứ tiếp tục tăng tốc độ phát tải của mình. Trường hợp này làm cho tình trạng nghẽn mạch càng trầm trọng hơn. Vấn đề này được khắc phục trong giải thuật PRCA. 3.1.4.2 Giải thuật PRCA (Proportional Ray Control Algorithm): Trng giải thuật này, nguồn xem như mạng lúc nào cũng tắc nghẽn do đó nguồn đặt bit EFCI lên 1, ngoại trừ cell thứ n. Chuyển mạch có nhiệm vụ đặt đặt bit EFCI lên 1 khi có tắc nghẽn mà không được sửa các bit EFCI từ 1 thành 0. Đích sẽ gửi một cell RM “tăng” về cho nguồn khi nhận được cell dữ liệu có bit EFCI = 0. Nguồn duy trì việc tăng giảm tốc độ của mình đến khi nào nhận được hồi tiếp dương. PRCA hồi tiếp dương gặp phải vấn đề về sự công bằng. Khi các chuyển mạch có cùng mức độ tắc nghẽn thì kênh ảo VC nào phải đi qua nhiều nút hơn thì ít có cơ hội tăng tốc hơn. Hình mô tả sự phát triển của các giải thuật DEC Bit PRCA MIT EPRCA OSU EPRCA+ APRC EPRCA++ ERICA ERICA 3.1.4.3 Giải thuật MIT(Massachusetts Institute of Technology): Khi nhu cầu về mạng của người user ngày càng tăng cao thì các giải thuật dùng hồi tiếp nhò phân quá chậm để dùng cho việc điều khiển dựa vào tốc độ trong những mạng tốc độ cao như ATM. Hồi tiếp nhò phân đơn bit(DECbit) đã bộc lộ nhiều nhược điểm. Thứ nhất nó được thiết kế cho các mạng không liên kết trong đó các nút trung gian không có thông tin về luồng hay nhu cầu, trong khi đó ATM có tính đònh hướng có kết nối, các chuyển mạch biết chính xác ai đang sữ dụng các nguồn tài nguyên vàluồng đường dẫn là tónh. Điều này làm tăng thông tin không sữ dụng bởi phương pháp hồi tiếp nhò phân. Thứ hai, các phương pháp hồi tiếp nhò phân được thiết kế cho việc điều khiển cửa sổ và do đó sẽ quá chậm cho phương pháp dựa vào tốc độ. Trong phương pháp dựa vào cửa sổ thì một sự khác biệt nhỏ giữa cửa sổ hiện hành và cửa sổ tối ưu sẽ làm tăng nhẹ độ dài hàng đợi; còn đối với phương pháp dựa vào tốc độ thì với sự khác biệt nhỏ về tốc độ hiện hành và tốc độ tối ưu sẽ làm tăng độ dài hàng đợi liên tục và thời gian phản ứng là rất nhanh. Hơn nữa chúng ta không thể cung cấp nhiều chu kỳ vòng tròn trong phương pháp hồi tiếp nhò phân để đạt được hoạt động tối ưu . Khi đó phương pháp hồi tiếp tốc độ rõ ràng (Explicit Rate Feedback) được đề nghò. Phương pháp này có rất nhiều ưu điểm như : + Việc giám sát rất dễ dàng. Những chuyển mạch vào có thể điều khiển quay lại những cell RM và sữ dụng tốc độ trực tiếp trong việc giám sát giải thuật. + Đối với những thời gian kết hợp nhanh hệ thống đạt đến điểm hoạt động tối ưu nhanh hơn. + Phương pháp này rất có thế mạnh trong việc chống lại những lỗi hoặc mất cell RM. Những cell RM đúng kế tiếp sẽ mang đến mạng điểm hoạt động đúng. Một ví dụ về phương pháp hồi tiếp tốc độ rõ ràng là giải thuật MIT được đưa ra vào tháng 7/1994. Giải thuật này yêu cầu mỗi nguồn gửi một cell RM cho mỗi n cell dữ liệu. Cell RM chứa tốc độ cell hiện hành của những VC và tốc độ mong muốn. Bất cứ VC nào có tốc độ mong muốn nhỏ hơn hệ số tốc độ công bằng đều được cấp cho giá trò mong muốn đó. Nếu tốc độ mong muốn của VC lớn hơn hệ số tốc độ công bằng thì tốc độ này sẽ được giảm xuống bằng hệ số tốc độ công bằng và một bit “yêu cầu giảm tốc” được đặt lên trong cell RM. Đích gửi cell RM về nguồn, khi nhận được nguồn sẽ hiệu chỉnh tốc độ theo tốc độ được chỉ đònh trong cell RM. Nếu bit “yêu cầu giảm tốc” bò xóa, nguồn sẽ yêu cầu tốc độ cao hơn trong cell RM sắp tới gần nhất. Ngược lại, nguồn sử dụng tốc độ hiện hành như là tốc độ mong muốn trong cell RM kế. Chuyển mạch duy trì danh sách tất cả VC của nó và tốc độ mong muốn cuối cùng. Các VC có tốc độ mong muốn lớn hơn hệ số tốc độ công bằng của chuyển mạch được xem là VC quá tải. Tương tự, các VC có tốc độ mong muốn nhỏ hơn hệ số tốc độ công bằng được xem là VC dưới tải. Các VC dưới tải bò tắc nghẽn cổ chai tại một vài chuyển mạch không thể sử dụng thêm dung lượng cho dù có sẵn. Dung lượng chưa được các VC dưới tải sử dụng sẽ được phân chia một cách công bằng cho các VC này. Vì vậy hệ số tốc độ công bằng của VC được tính toán như sau :     VCsing underloadofnumberVCsofnumber VCs)ing underloadof(bandwidth-dthlinkbandwi fairshare    Có thể sau khi tính toán, một vài VC trước đó dưới tải đối với hệ số công bằng cũ trở nên quá tải đối với hệ số công bằng mới. Trong trường hợp như vậy, các VC này được đánh dấu quá tải và hệ số công bằng sẽ được tính toán lại. Charny đã chứng minh rằng giải thuật MIT đạt được Max- Min sau 4k vòng mạng, trong đó k là số cổ chai. Giải thuật này đã đạt được độ công bằng Max-Min và có thời gian hội tụ nhanh, Tuy nhiên, nó vẫn sử dụng cơ chế hồi tiếp đơn cực nên không có cơ chế để phát hiện trạng thái các nguồn các nguồn không sữ dụng tốc độ phân cấp của chúng hoặc tạm thời rỗi và không có cơ chế rút hàng đợi trong thời gian quá độ hoặc lỗi trong hồi tiếp. 3.1.4.4 Giải thuật EPRCA (Enhanced PCRA) và APRC: Sự kết hợp của giải thuật PRCA với giải thuật tốc độ tường minh đã dẫn đến giải thuật “PRCA nâng cao” vào cuối tháng 7/1994 tại hội thảo ATM Forum. Trong giải thuật EPRCA, nguồn gửi cell dữ liệu với bit EFCI=0. Cứ sau mỗi n cell lại có một cell RM. Cell RM chứa tốc độ đề nghò rõ ràng ER, tốc độ hiện hành(CCR) và bit chỉ đònh tắc nghẽn CI. Nguồn khởi động trường ER đến giá trò đỉnh PCR và đánh dấu bit CI trong cell RM. Ngoài việc thiết lập tốc độ rõ ràng, chuyển mạch cũng có thể đặt bit CI trong cell RM quay về nếu chiều dài hàng đợi vượt quá giá trò ngưỡng. Nhiều phiên bản của giải thuật EPRCA không đặt bit EFCI mà chỉ thiết lập các trường CI và ER. Giải thuật sữ dụng hai giá trò ngưỡng là QT(Queue Threshold) và DQT(Drain QT) cho chiều dài hàng đợi để phát hiện tắc nghẽn. Khi chiều dài hàng đợi thấp hơn QT, tất cả các kết nối được phép tăng tốc độ. Khi chiều dài hàng đợi vượt quá QT, chuyển mạch được xem là tắc nghẽn và ”đánh dấu thông minh”, nghóa là chuyển mạch yêu cầu có lựa chọn một số nguồn để tăng tốc độ và một số nguồn để giảm tốc độ. Để làm được điều này chuyển mạch phải duy trì giá trò ACR trung bình(MACR_Mean ACR) và giảm có lựa chọn tốc độ các kết nối có ACR lớn hơn MACR. Chuyển mạch có thể giảm tốc độ bằng cách đặt bit CI và/hoặc trường ER của cell RM khi CCR(Current Cell Rate) vượt qúa MACRùxDPF, với DPF_Down Pressure Factor là hệ số giảm áp có giá trò tiêu biểu là 7/8. Bit CI được đặt lên để bắt buộc nguồn giảm tốc độ. Nếu port duy trì tắc nghẽn và chiều dài hàng đợi vượt quá giá trò ngưỡng DQT, chuyển mạch được xem là tắc nghẽn nặng và tất cả kết nối phải giảm tốc độ. Để tránh việc tính toán tốc độ báo trước , hệ số tốc độ công bằng được xấp xỉ bởi hệ số MACR bằng cách sử dụng trung bình trọng số mũ chạy, được tính toán mỗi khi chuyển mạch nhận được cell RM như sau: MACR = MACR.(1-AV) + CCR.AV Trong đó AV là hệ số trung bình với giá tri tiêu biểu là 1/16. Như vậy, giải thuật EPRCA cho phép cả hai loại chuyển mạch hồi tiếp nhò phân và hồi tiếp tường minh trên một đường truyền. Nó sử dụng ACR trung bình như mức ngưỡng và phân cấp tốc độ này cho tất cả VC. Kỹ thuật này hội tụ đến tốc độ công bằng khi giá trò ACR trung bình là một ước lượng tốt cho hệ số phân chia công bằng.Tuy nhiên, nếu giá trò ACR trung bình không phải là ước đoán tốt của hệ số phân chia công bằng thì giải thuật có thể mất công bằng đáng kể. Ngoài ra, giải thuật sử dụng các ngưỡng chiều dài hàng đợi để phát hiện tắc nghẽn. Như chúng ta đã biết chiều dài hàng đợi để phát hiện tắc nghẽn .Như tại chuyển mạch ,vì vật nó không phải là thông số đáng tin cậy cho giải thuật điều khiển tắc nghẽn dựa trên tốc độ. Các nhà nghiên cứu của trường đại học California đã đề nghò một giải pháp cho các vấn đề của EPRCA qua giải thuật gọi là “điều khiển tốc độ tỉ lệ thích ứng” (Adaptive Proportional Rate Control). Họ đề nghò rằng tốc độ tăng hàng đợi có thể sử dụng để chỉ đònh tải thay cho chiều hàng đợi. Chiều dài hàng đợi tăng chỉ trạng thái quá tải. Tuy nhiên phương pháp này vẩn có khuyết điểm là thông số không cung cấp thông tin khi chiều dài hàng đợi bằng không(dưới mức tận dụng). Về cơ bản, vấn đề là thông tin chiều dài hàng đợi cần được kết hợp với dung lượng và độ tận dụng ABR để thấy được đầy đủ trạng thái tắc nghẽn tại chuyển mạch. 3.1.4.5 CACP (Congestion Avoidance Using Proportional Control): Phương pháp này do Andy Barnhart đề nghi. Trong phương pháp này, chuyển mạch sẽ đo tốc độ ngõ vào và hệ số tải z và dùng nó để cập nhật thông số hệ số công bằng. + Trong thời kỳ dưới tải z <1, hệ số công bằng Fairshare được tính: Fairshare = Fairshare.Min(ERU, 1- (z- 1).Rup) Trong đó Rup là thông số độ dốc có giá trò trong khoảng 0.025 đến 0.1 và ERU là sự tăng tối đa cho phép và giá trò được thiết lập là 1.5. + Trong thời kỳ quátải z >1, hệ số công bằng được tính: Fairshare = Fairshare.Max(ERF, 1-(z- 1).Rdn) Trong đó Rdn là thông số độ dốc có giá trò trong khoảng 0.2 đến 0.8 và ERF là độ giảm cực tiểu yêu cầu và giá trò được thiết lập là 0.5. Hệ số công bằng là tốc độ tối đa mà chuyển mạch cung cấp cho mỗi VC. Phương pháp này sữ dụng ngưỡng hàng đợi. Bất cứ khi nào có độ dài hàng đợi vượt quá ngưỡng một bit chỉ thò [...].. .nghẽn CI(Congestion Indication) được đặt trong tất cả các cell RM Điều này ngăn ngừa tất cả các nguồn khỏi việc tăng tốc độ của nó và cho phép hàng đợi giải thoát Đặc điểm phân biệt của CACP là trạng thái ổn đònh dao động tự do Tần số của dao động là hàm số của 1-z, với z là hệ số tải Trong trạng thái ổn đònh z =1 và tần số bằng 0 . Chương 14: Các vấn đề về giải thuật điều khiển tắc nghẽn Điều khiển nghẽn trong mạng ATM là một đề tài nóng bỏng,có nhiều vấn đề đã được. kín: Sơ đồ điều khiển vòng hở không cần cơ chế hồi tiếp end-to- end. Một ví dụ của loại này là điều khiển ưu tiên và điều khiển luồng hop-by-hop. Trong sơ đồ điều khiển vòng kín, nguồn điều chỉnh. dựa trên tốc độ là rất tự nhiên và chính xác với các thông số điều khiển và thông số vào có cùng đơn vò. 3.1.4 Giới thiệu một số giải thuật điều khiển tắc nghẽn: 3.1.4.1 Giải thuật DECbit: Phương

Ngày đăng: 02/07/2014, 00:20

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan