1.6. Моделювання та дослідження параметрів якості обслуговування

Спосіб моделювання вхідного потоку та визначення необхідного розміру буфера для його обслуговування запропоновано в. На основі даних досліджень і розробленої моделі обслуго­вування за порядком черги проведено моделювання залежності параметрів якості обслуговування (затримки, джитеру, розміру буфера) від структурно-функціональних параметрів вузла обслуго­вування та параметрів вхідного трафіку.

Вхідні умови моделювання: кількість пакетів - 50 тисяч; діапазон зміни пропускної здатності вхідного та вихідного інтерфейсу від 10 Мбіт/с до 100 Мбіт/с; діапазон зміни тривалості обробки пакета обслуговувальним пристроєм дорівнює 0,1 нс до 1 нс та швидкості внутрішньої шини мережевого вузла від 1 Гбіт/с до 2 Гбіт/с.Алгоритм обслуговування пакета наведено на рис. 1.5. Зупинити роботу алгоритму можна двома способами: або за досягненням заданої точності результату (значення коефіцієнта варіації другого порядку), або з вичерпанням всіх пакетів, які входять до вхідного потоку.

У моделі були враховані такі службової частини, і процесор обробляв лише її, та змінної корисної частини. У такому разі всі пакети, незалежно від їх довжини, опрацьовувались процесором за однаковий проміжок часу. На противагу цьому, час який затрачається на транспортування пакета по внутрішній шині пристрою прямо пропорційно залежить від розміру пакета. Водночас припус­калось, що тривалість записування і зчитування пакета в буфер є миттєвою. Визначають параметри системи обслуговування на основі результатів імітаційного моделювання. Результатом роботи імітаційної моделі є вихідний потік дискретних інтенсивностей обслу­говування ц з кроком 1 мс. . Нелінійне зростання розміру буфера прямує до безмежності із наближенням продуктивності до 1, що вказує на неможливість функціонування системи із параметрами обслуговування, які дорівнюють або менші за інтенсивність надходження. Із характеру залежності можна зробити такий висновок: для максимальної пропускної здатності в 100 Мбіт/с та продуктивності системи р=0,94, змодельований розмір буфера не перевищуватиме 57 пакетів.

Рис.1.5. Алгоритм обслуговування пакету

На кожному кроці моделювання змінювалась пропускна здатність вхідного/вихідного інтерфейсу, що зумовлювало зростання коефіцієнта використання системи, а також кількості пакетів, що надійшли у буфер. Як видно із графіка, збільшення продуктивності системи призвело до збільшення розміру буфера Враховуючи середню довжину пакета в 750 байт, розмір буфера становитиме 750*57= 42,75 Кб для інтервалу 1 мс. Використовуючи згенерований вхідний потік, було розраховано коефіцієнт використання системи для різних значень пропускної здатності вхідного інтерфейсу. На рис.1.6. показано графік залежності розміру буфера від коефіцієнта використання системи обслуговування, кожна точка графіка зображає окреме значення пропускної здатності. Значення розміру буфера були розраховані за методом, описаним у . Цей метод виражає розмір буфера через параметр Херста і коефіцієнт використання системи.

Рис. 1.6. Залежність розміру буфера від коефіцієнта завантаженості системи обслуговування

В імітаційній моделі реалізовані головні структурно-функціональні вузли обслуговувального пристрою. Одним із них є буфер. Враховуючи пропускну здатність вхідного інтерфейсу, а також швидкість процесора та частоту шини, виникали ситуації, в яких тривалість оброблення пакета перевищувала тривалість його зчитування в буфер. У такому разі пакет очікує на обслуговування. На рис.1.7. показано вміст буфера на кожному кроці моделювання. Зафіксований пік завантаженості буфера становить 75 пакетів, що є дещо більшим показником за розрахований вище по методу. Однак, змодельована залежність має зростаючо-спадний характер і основна частина пакетів перебувають нижче відмітки 57, а середнє значення вмісту буфера становить 42,24 пакети. Враховуючи цю залежність, для передбачення безвтратної роботи обслуговувального пристрою, потрібно збільшити розмір буфера до 75 пакетів * 750 байт = 56,25 Кбайт для інтервалу 1 мс. Враховуючи статистичний характер моделювання і похибку моделювання 15 %, оптимальний розмір буфера повинен бути додатково збільшеним на 15 %. Зазначимо, що розрахований розмір буфера в першому випадку базувався на властивостях вхідного потоку пактів, в другому - безпосередньо зображав пік вмісту буфера імітаційної моделі.

Оскільки вміст буфера відстежувався під час моделювання, було визначено усереднені значення затримки пакетів відносно параметрів системи обслуговування, залежність наведена на рис. 1.8. (а, б). Тривимірна залежність затримки показує, що зі збільшенням частоти процесорної шини і зменшенням тривалості оброблення процесором затримка пакета зменшується. Характер залежності не змінний зі зміною пропускної здатності. Оскільки тривалість процесорного оброблення є сталою величиною і змінюється в незначних межах, залежність затримки є лінійною і майже не зазнає її впливу.

Рис. 1.7. Профіль завантаженості буфера під час моделювання

Спадна залежність затримки від швидкодії внутрішньої шини на рис. 1.8, (а, б) передбачуваною, і показує, що за збільшення частоти шини вдвічі затримка зменшиться майже в шість разів. Аналізуючи отриману залежність, здійснюється підбір оптимальних значень швидкості шини.

Рис. 1.8. Спадна залежність затримки від швидкодії внутрішньої шини