RAIBOW Pzykład jednostopniowej sieci pasywnej Plan wykładu opis sieci potokół tansmisji (sygnalizacja) analiza sieci (EPA) chaakteyzacja (paamety) sieci Pezentacja zawiea kopie folii omawianych na wykładzie. iniejsze opacowanie chonione jest pawem autoskim. Wykozystanie niekomecyjne dozwolone pod waunkiem podania źódła. Segiusz Patela 998-00
Chaakteystyka sieci Rainbow Rainbow I 3 węzły (komputey IBM PS/ ) ozpiętość sieci 5 km ilość kanałów WDM ówna ilości komputeów szybkość tansmisji w każdym z kanałów 300 Mb/s typ węzła FT-TR szybkość stojenie detektoa 5 ms (Rezonato Faby-Peota) pzeznaczenie: sieci z komutacją łączy Rainbow II szybkość tansmisji w każdym z kanałów Gb/s Rainbow III (planowane) szybkość tansmisji w każdym z kanałów Gb/s szybkość stojenia detektoa µs sieć umożliwi komutację pakietów (c) Segiusz Patela 997-00 Sieci światłowodowe - Rainbow
Topologia sieci Rainbow Węzeł Węzeł 3 PSC Węzeł Węzeł stały nadajnik (Tx) Poceso E stojony odbionik (Rx) IU O PSC - Passive Sta Couple IU - etwok Inteface Unit E - Electonic inteface O - Optical inteface (c) Segiusz Patela 997-00 Sieci światłowodowe - Rainbow 3
Rainbow II - Optical Gigabit etwok Fabic (c) Segiusz Patela 997-00 Sieci światłowodowe - Rainbow 4
Potokół RAIBOW - opis Każdy kompute pacuje na okeślonej (stałej) długości fali Dane ze stacji A mają być pzekazane do stacji B. Kompute A stoi detekto do fali (kanału) λ B i będzie na tym kanale oczekiwał na potwiedzenie nawiązania kontaktu z B. astępnie stacja A zaczyna emitować ciągły sygnał wywoławczy w kanale λ A 3. Jeżeli B odbieze sygnał wywoławczy w kanale λ A, wyśle potwiedzenie w kanale λ Β 4. Od tego momentu stacja A (świadoma gotowości B) ozpoczyna pzekazywanie sygnału. zestawione połączenie to pełny duplex Po zakończeniu tansmisji obie stacje pzechodzą w stan nasłuchiwania (detektoy skanują wszystkie długości fali) Poblem - możliwość zakleszczania (deadlock) (c) Segiusz Patela 997-00 Sieci światłowodowe - Rainbow 5
Model stacji ie ma bufoowania, pojedynczy bufo stacji obsługuje tylko bieżącą wiadomość Stacja wysyłająca wiadomość stoi odbionik do kanału adesata, a następnie zaczyna nadawać żądanie zestawienia połączenia Stacje monitoują kanały cyklicznie w układzie,,...,,,,... Czas podzielony jest na szczeliny µs (szczelina jest podstawową jednostką czasu w modelu), Dostojenie się do konketnego kanału wymaga czasu (szczelin), Pawdopodobieństwo otzymania wiadomości pzez stację w danej szczelinie czasowej wynosi σ, Długości wiadomości mają ozkład geometyczny, śednia długość /ρ (szczelin) Opóźnienie tansmisji pomiędzy komputeami wynosi R Czas pzeteminowania Φ Czasy tansmisji żądania połączenia i i potwiedzenia są pomijalnie małe (c) Segiusz Patela 997-00 Sieci światłowodowe - Rainbow 6
Diagam stanów modelu Odbió (-σ)(-m) (-σ) (-σ) PR PR PR R (-σ)m (-ρ) ρ TR (tansmisja) adawanie - - - RQ RQ RQ R RQ R+ RQ R+ RQ R+Φ (c) Segiusz Patela 997-00 Sieci światłowodowe - Rainbow 7 Uwaga: Diagam stanów modelu nie pzedstawia sieci tylko sytuacje w jakich może się znaleźć jedna stacja
i - skanowanie Odbió (-σ)(-m) (-σ) (-σ) PR PR PR R (-σ)m,,..., : skanowanie. Stan w czasie któego odbionik skanuje kanały w poszukiwaniu wywołania. Czas dostojenia się do okeślonego kanału wynosi szczelin. W każdym ze stanów z pawdopodobieństwem σ może nadejść infomacja że w jest wiadomość pzeznaczona do wysłania. W stanie z pawdopodobieństwem M, kompute może otzymać infomacjć, że jest wiadomość pzeznaczona dla niego.; jeżeli nie to pzechodzi do następnego cyklu skanowania (z pawdopodobieństwem -M) (c) Segiusz Patela 997-00 Sieci światłowodowe - Rainbow 8
i - stojenie (-σ)(-m) (-σ) (-σ) adawanie,,..., : po nadejściu żądania wysłania wiadomości stacja natychmiast zaczyna stoić odbionik do kanały stacji pzeznaczenia wiadomości (czas szczelin). Po dostojeniu wysyłane jest wywołanie w kanale własnym stacji. RQ RQ RQ R (c) Segiusz Patela 997-00 Sieci światłowodowe - Rainbow 9
RQ oczekiwanie na potwiedzenie wywołania RQ, RQ,..., RQ R+Φ : oczekiwanie na potwiedzenie wywołania (min. R). Stacja nadaje wywołanie pzez czas Φ, albo do otzymania odpowiedzi. Maksymalny czas po któym stacja może otzymać potwiedzenie swojego wywołania wynosi R+ Φ. Jeżeli stacja nie otzyma potwiedzenia, wiadomość jest uznawana za staconą i stacja waca do skanowania kanałów. Pawdopodobieństwo otzymania potwiedzenia wynosi dla wszystkich stanów RQ R+ do RQ R+Φ. Po otzymaniu potwiedzenia stacja natychmiast zaczyna wysyłać wiadomość pzechodząc do stanu TR. adawanie (-ρ) TR (tansmisja) ρ - - - RQ RQ RQ R RQ R+ RQ R+ RQ R+Φ (c) Segiusz Patela 997-00 Sieci światłowodowe - Rainbow 0
PR i oczekiwanie na odbió Odbió (-σ)(-m) (-σ) (-σ) PR PR PR R (-σ)m adawanie (-ρ) TR (tansmisja) ρ PR, PR,..., PR R : Kompute pzechodzi do tego stanu jeżeli znajdzie wywołanie w czasie skanowania, to znaczy, że w sieci jest wiadomość pzeznaczona dla niego. Po ozszyfowaniu wywołania, wysyła potwiedzenie do stacji wywołującej. Potwiedzenie dotze do stacji wywołującej po czasie R. Po otzymaniu potwiedzenia stacja wywołująca zaczyna pzesyłanie wiadomości, któa dotze do komputea po czasie R. W tym czasie kompute powinien znajdować się w stanie TR aby odebać wiadomość. (c) Segiusz Patela 997-00 Sieci światłowodowe - Rainbow
TR - tansmisja (-σ)(-m) (-σ) (-σ) PR PR PR R (-σ)m TR (tansmisja) - stacja nadaje lub odbiea wiadomość. Stacja może pzebywać w tym stanie pzez czas dłuższy niż jedna szczelina. Pawdopodobieństwa zakończenia tansmisji w danej szczelinie czasowej wynosi ρ. Po wyjściu ze stanu TR stacja pzechodzi do skanowania. adawanie (-ρ) TR (tansmisja) ρ - - - RQ RQ RQ R RQ R+ RQ R+ RQ R+Φ (c) Segiusz Patela 997-00 Sieci światłowodowe - Rainbow
Definicje stanów modelu (),,..., : skanowanie. Stan w czasie któego odbionik skanuje kanały w poszukiwaniu wywołania. Czas dostojenia się do okeślonego kanału wynosi szczelin. W każdym ze stanów może nadejść zapytanie (to znaczy wiadomość, że w sieci jest wiadomość pzeznaczona dla innego komputea) z pawdopodobieństwem σ. W stanie kompute otzymuje wywołanie (infomacja, że jest wiadomość pzeznaczona dla niego) z pawdopodobieństwem M.; jeżeli nie to pzechodzi do następnego cyklu skanowania (z pawdopodobieństwem -M),,..., : po nadejściu wywołania stacja natychmiast zaczyna stoić odbionik do kanały stacji pzeznaczenia wiadomości (czas szczelin). Po dostojeniu wysyłane jest wywołanie w kanale własnym stacji. RQ, RQ,..., RQ R+Φ : oczekiwanie na potwiedzenie wywołania (min. R). Stacja nadaje wywołanie pzez czas Φ, albo do otzymania odpowiedzi. Maksymalny czas po któym stacja może otzymać potwiedzenie swojego wywołania wynosi R+ Φ. Jeżeli stacja nie otzyma potwiedzenia, wiadomość jest uznawana za staconą i stacja waca do skanowania kanałów. Pawdopodobieństwo otzymania potwiedzenia wynosi dla wszystkich stanów RQ R+ do RQ R+Φ. Po otzymaniu potwiedzenia stacja natychmiast zaczyna wysyłać wiadomość pzechodząc do stanu TR. (c) Segiusz Patela 997-00 Sieci światłowodowe - Rainbow 3
Definicje stanów modelu () PR, PR,..., PR R : Kompute pzechodzi do tego stanu jeżeli znajdzie wywołanie w czasie skanowania, to znaczy, że w sieci jest wiadomość pzeznaczona dla niego. Po ozszyfowaniu wywołania, wysyła potwiedzenie do stacji wywołującej. Potwiedzenie dotze do stacji wywołującej po czasie R. Po otzymaniu potwiedzenia stacja wywołująca zaczyna pzesyłanie wiadomości, któa dotze do komputea po czasie R. W tym czasie kompute powinien znajdować się w stanie TR aby odebać wiadomość. TR (tansmisja) - stacja nadaje lub odbiea wiadomość. Stacja może pzebywać w tym stanie pzez czas dłuższy niż jedna szczelina. Pawdopodobieństwa zakończenia tansmisji w danej szczelinie czasowej wynosi ρ. Po wyjściu ze stanu TR stacja pzechodzi do skanowania. (c) Segiusz Patela 997-00 Sieci światłowodowe - Rainbow 4
Definicje stanów modelu (3) Liczbę stacji znajdujących się w danym stanie oznaczamy pzez XX, tzn. i -> i i -> i RQ i -> RQi PR i -> PRi TR -> TR Stan systemu okeśla wekto pzestzeni stanów: {,,...,,,,...,, RQ, RQ, RQ,..., RQR+F, PR, PR,..., PRR, TR} (c) Segiusz Patela 997-00 Sieci światłowodowe - Rainbow 5
Stacja A Czas zestawiania połączenia Stacja B wysłanie zapytania Czas twania odpytywania R R R+ Potwiedzenie Czas twania potwiedzenia Φ Φ+ R+Φ R+Φ+ zapytanie (koniec) Czas R+Φ (c) Segiusz Patela 997-00 Sieci światłowodowe - Rainbow 6
Zadanie: Czas zestawiania połączenia - zintepetować wykes i nanieść watości Stacja A Stacja B wysłanie zapytania Czas twania odpytywania R R R+ Potwiedzenie Czas twania potwiedzenia Φ Φ+ R+Φ R+Φ+ zapytanie (koniec) Czas R+Φ (c) Segiusz Patela 997-00 Sieci światłowodowe - Rainbow 7
Model EPA - analiza () Wyazimy liczebności stanów jako funkcję i i ( σ) dla i, 3,..., PR PR ( σ) M PR... R ' ' [ ( ) ] σ... ' RQ... RQ RQ R RQ R [ ] dla j,, Φ j ( ) ( σ)..., + j ρ TR PR R + Φ RQ R+ j j { } { ( ) } [( ) ( ) ] Φ σ M + σ (c) Segiusz Patela 997-00 Sieci światłowodowe - Rainbow 8
Model EPA - analiza () Pawdopodobieństwo otzymanie wywołania M jest ówne pawdopodobieństwu, że inna stacja wysyła wywołanie, czyli znajduje się w jednym ze stanów RQ R+ do RQ R+Φ : M R + Φ i R+ RQi Podstawiając wyliczone watości RQi RQ ' R ' Otzymamy: [ ( σ) ]... ' RQ... RQ RQ R [ ] dla j,, Φ j ( ) ( σ)..., + j M [ ( ) ] σ R + ( ) [ ] Φ R (c) Segiusz Patela 997-00 Sieci światłowodowe - Rainbow 9
Model EPA - analiza (3) Liczba stacji pzechodzących do stanu aktywnego TR ze stanu wywołania RQ musi być ówna liczbie stacji pzechodzących do stanu aktywnego ze stanu PR. Czyli stacja może nadawać tylko wtedy gdy inna stacja może odbieać wiadomość. PR R Φ i RQ R+ i Podstawiając: PR PR ( σ) M PR... R RQ R [ ] dla j,, Φ j ( ) ( σ)..., + j Otzymamy: ( σ) ( σ) [ ][ ( ) ] Φ M (c) Segiusz Patela 997-00 Sieci światłowodowe - Rainbow 0
(c) Segiusz Patela 997-00 Sieci światłowodowe - Rainbow Model EPA - analiza (4) W stanie ustalonym, całkowita suma stacji w każdym ze stanów powinna być ówna całkowitej liczbie stacji TR R i PR R i RQ i i i i i i + + + + +Φ ' lub podstawiając: ( ) [ ] ( ) [ ] ( ) M R R σ ρ + + ρ + + + + σ σ Φ
(c) Segiusz Patela 997-00 Sieci światłowodowe - Rainbow Model EPA - analiza (5) Otzymaliśmy układ tzech ównań: ( ) [ ] ( ) [ ] R R M + σ Φ ( ) ( ) [ ] ( ) [ ] Φ σ σ M ( ) [ ] ( ) [ ] ( ) M R R σ ρ + + ρ + + + + σ σ Φ Rozwiązując układ otzymamy, M.,
Definicja paametów sieci Podstawowe paamety chaakteyzujące efektywność sieci to: pzepustowość opóźnienie pawdopodobieństwo pzeteminowania Znomalizowana pzepustowość: S TR Φ k Opóźnienie: D + R + k ( ) k + ρ Pawdopodobieństwo pzeteminowania: p ( ) Φ TO (c) Segiusz Patela 997-00 Sieci światłowodowe - Rainbow 3
Zadanie Pzykładowe paamety sieci Rainbow obliczyć watość w [szczelinach] 3, 3 stacje szczelina czasowa, µs R??, dla odległości stacja - gwiazda 0 km??, czas stojenia odbionika ms) ρ??, dla śedniej długości wiadomości 00 ms σ??, częstotliwość otzymywania wiadomości pzez stację 00 wiadomości/s Φ??, czas pzeteminowania 0 ms (c) Segiusz Patela 997-00 Sieci światłowodowe - Rainbow 4
Pzykładowe paamety sieci Rainbow 3 stacje szczelina czasowa, µs R 50, dla odległości stacja - gwiazda 0 km 000, czas stojenia odbionika ms) ρ 0-5, dla śedniej długości wiadomości 00 ms σ 0-4, częstotliwość otzymywania wiadomości pzez stację 00 wiadomości/s Φ 0 4, czas pzeteminowania 0 ms (c) Segiusz Patela 997-00 Sieci światłowodowe - Rainbow 5
S Pzepustowość 0,8 0,6 0,4 0, Thoughput (S) vs. aival ate (σ) Timeout (Φ) 00ms Timeout 0.ms 0,E-08,E-07,E-06,E-05,E-04,E-03,E-0 Częstotliwość Mean aival otzymywania ate (messages/slot) wiadomości [wiadomość/szczelina] (c) Segiusz Patela 997-00 Sieci światłowodowe - Rainbow 6
Thoughput (S) vs. Message size (/ρ) S Pzepustowość 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0, 0, 0,E-04,E-0,E+00,E+0,E+04 Śednia Mean message długość length wiadomości (seconds) [s] (c) Segiusz Patela 997-00 Sieci światłowodowe - Rainbow 7
Thoughput (S) vs. timeout duation S Pzepustowość 0,9 0,8 0,7 Aival ate E-3 msg/slot Aival ate E-5 msg/slot 0,6 0,5 0,4 0,3 0, 0, 0,E+0,E+0,E+03,E+04,E+05,E+06,E+07 Czas pzeteminowania Timeout duation [szczelina] (slots) (c) Segiusz Patela 997-00 Sieci światłowodowe - Rainbow 8