Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/4020
Title: Προσεγγιστικά αναλυτικά μοντέλα για τη μελέτη της απόδοσης πολυβάθμιων διασυνδεμένων δικτύων μεταγωγής
Authors: Στεργίου, Ελευθέριος
Issue Date: 2011-01-05T09:57:11Z
Keywords: Αναλυτική μελέτη
Απόδοση πολυβάθμιων συστημάτων μεταγωγής
Προσεγγιστικό μοντέλο απόδοσης
Keywords (translated): Analytical method
Multistage interconnection networks
Abstract: H παρούσα ερευνητική εργασία αφορά την εκτίμηση της απόδοσης πολυβάθμιων διασυνδεδεμένων δικτύων μεταγωγής. Για την εκτίμηση της απόδοσης αναπτύχθηκαν προσεγγιστικά αναλυτικά μοντέλα τα οποία και παρουσιάζονται στην εργασία αυτή. Πιο συγκεκριμένα: 1. Παρουσιάζεται μια πρωτότυπη ολοκληρωμένη μεθοδολογία εύρεσης της απόδοσης αυτό-δρομολογούμενων απλών πολυβάθμιων διασυνδεδεμένων δικτύων (πχ κλασσικά δίκτυα banyan) τα οποία συγκροτούνται από συμμετρικά στοιχειώδη συστήματα μεταγωγής (πχ 2x2 Switch Element). Το μοντέλο που δημιουργήθηκε βασίστηκε στην λειτουργία και την συμπεριφορά μιας τυχαίας μνήμης (ουράς) ενός στοιχειώδους συστήματος μεταγωγής. Βασιζόμενοι στην ανάλυση, η οποία συμπεριλαμβάνει έναν επαναληπτικό αλγόριθμο ο οποίος συγκλίνει σε πολύ λίγες επαναλήψεις, υπολογίζουμε την Χρησιμοποίηση των ουρών του συστήματος. Στην συνεχεία προσδιορίζουμε τους λοιπούς δείκτες απόδοσης. 2. Παρουσιάζεται διαδικασία εκτίμησης της απόδοσης πολυβάθμιων διασυνδεδεμένων δικτύων μεταγωγής, τα οποία έχουν την ικανότητα να εξυπηρετούν φορτίο με δύο οι περισσότερες προτεραιότητες. Προτάθηκε ένα στοιχειώδες σύστημα μεταγωγής (SE- Switch Element) το οποίο διαθέτει παράλληλες μνήμες σε κάθε είσοδο, μία για κάθε υποστηριζόμενη προτεραιότητα φορτίου, και το οποίο μοντελοποιήθηκε με την βοήθεια ουρών. Βασιζόμενοι στην ανάλυση του μοντέλου αυτού και με την βοήθεια σχετικού επαναληπτικού αλγορίθμου ο οποίος συγκλίνει με λίγες επαναλήψεις, υπολογίστηκαν με ακρίβεια όλοι οι δείκτες απόδοσης. 3. Επιπρόσθετα, αναπτύσσεται μια ακόμη πρωτότυπη αναλυτική προσέγγιση η οποία παρέχει την εκτίμηση της απόδοσης πολυβάθμιων διασυνδεδεμένων δικτύων μεταγωγής με ένα ή περισσότερα επίπεδα τα οποία εφαρμόζουν ως τεχνική εκπομπής πακέτων την τεχνική ‘full multicast’, όταν τα δίκτυα αυτά εξυπηρετούν φορτίο απλής και πολλαπλής εκπομπής (multicast). Δημιουργήθηκε σχετικό μοντέλο για την μελέτη των δικτύων αυτών. Απεδείχθη ότι τα διασυνδεδεμένα δίκτυα τα οποία διαθέτουν περιορισμένο αριθμό επιπέδων, υποστηρίζουν με εξαιρετική αποτελεσματικότητα φορτίο απλής και πολλαπλής εκπομπής (multicast). 4. Αναπτύσσεται και άλλη αναλυτική μελέτη η οποία παρέχει την εκτίμηση της απόδοσης πολυβάθμιων διασυνδεδεμένων δικτύων μεταγωγής με ένα ή περισσότερα επίπεδα τα οποία όμως εφαρμόζουν ως τεχνική εκπομπής πακέτων την τεχνική ‘partial multicast’. 5. Παρουσιάζεται αναλυτική προσέγγιση απόδοσης η οποία αφορά αυτο-δρομολoγούμενα πολυβάθμια συστήματα με περιορισμένα επίπεδα τα οποία όμως εφαρμόζουν ταυτόχρονα δύο διαφορετικές πολιτικές εκπομπής πακέτων, μία σε κάθε τμήμα τους. Και πάλι ακολουθώντας παρόμοια διαδικασία προσδιορίστηκαν όλοι οι δείκτες απόδοσης των πολυβάθμιων δικτύων αυτών 6. Για διευκόλυνση των μελετητών, ορίστηκε ένας γενικός συντελεστής απόδοσης (CPF) του συστήματος ο οποίος εκφράζει την γενική απόδοση μιας πολυβάθμιας συσκευής μεταγωγής πακέτων, λαμβάνοντας υπ όψιν όλους τους ανεξάρτητους δείκτες, με βάση συγκεκριμένα κριτήρια. Αξιοσημείωτο είναι ότι όλες οι αναλυτικές μέθοδοι παρέχουν αναλυτικά αποτελέσματα για όλα τα ενδιάμεσα στάδια. Όλα τα αποτελέσματα τα οποία προέκυψαν από εφαρμογή των αναλυτικών μεθόδων επιβεβαιώθηκαν με προσομοιώσεις που δημιουργήθηκαν γι αυτό τον σκοπό. Επίσης τα αποτελέσματα τα οποία ελήφθησαν από τις αναλυτικές μεθόδους, συγκρίθηκαν με αποτελέσματα από παλαιότερες εργασίες. Η σύγκριση αναδεικνύει την μεγαλύτερη ακρίβεια και ταχύτητα των αναλυτικών μεθόδων που παρουσιάζονται στην παρούσα εργασία έναντι όλων των παλαιοτέρων ερευνητικών τεχνικών. Εξετάζοντας τις σχετική ερευνητική βιβλιογραφία καθίσταται πρόδηλο ότι υπάρχει ανεπάρκεια αναλυτικών μελετών οι οποίες να καλύπτουν θέματα εκτίμησης απόδοσης συγχρόνων δικτύων μεταγωγής, όπως πχ είναι τα πολυεπίπεδα δίκτυα. Οι παραπάνω αναλυτικές προσεγγίσεις αναμένεται να είναι ένα χρήσιμο εργαλείο για τους σχεδιαστές και κατασκευαστές δικτυακών συστημάτων στην προσπάθειά τους να πετύχουν κατασκευή δικτύων με καλύτερη ποιότητα εξυπηρέτησης (QoS).
Abstract (translated): This research work concerns the performance evaluation of multistage, interconnected switching networks. To assess the performance, approximated analytical models are developed and presented. In particular: 1. A novel integrated methodology for assessing the performance of simple, self-routing, multistage, interconnected networks (e.g. banyan networks), which are formed by symmetrical switch elements, is presented. The model that is created is based on the function and behaviour of a random simple multistage switch system in a memory level (queue). Based on analysis, which includes a repetitive algorithm that converges within a small number of iterations, the queue's’ utilisation is estimated. Subsequently, other performance indicators are determined. 2. A performance evaluation process for multistage interconnection networks, which has the ability to service traffic with two or more classes of priorities, is presented. Particularly, a new switch element which has parallel memories in each entry is proposed to ensure effective servicing of multi-priority traffic. This switch element has one memory for each supported class of priority, and is modelled by means of queues. Based on the analysis provided by this model, and in conjunction with the application of a repetitive algorithm which converges with few iterations, all performance indicators were precisely calculated. 3. In addition, a novel analytical approach was developed that provides a performance evaluation of multistage interconnection networks that have one or more levels which apply the packet transmission ‘full multicast’ method when these networks serve unicast and multicast traffic. A relevant study model for those networks was created. It appears that the interconnected networks which have a limited number of levels lend excellent support with effective unicast and multicast traffic. 4. The study provides a performance evaluation of multistage interconnection networks with one or more levels, and uses a technical transmission packet technique for multicast traffic, the ‘partial multicast’ operation. 5. Also is presented an analytical approach that estimates a performance evaluation of self-routing, multistage interconnection networks (which have a limited number of levels) that apply two different transmission packet techniques in each segment. By application of a similar procedure, all the performance indicators of multistage networks are identified. 6. To assist designers, a compound performance factor (CPF) is defined which expresses the overall performance evaluation of multistage interconnection network devices (taking into account all the individual performance factors, according to a specific set of criteria). It is noteworthy that all of the analytical methods provide detailed results for all intermediate stages. All of the results obtained by application of analytical methods are confirmed by simulations. The results garnered by analytical methods are also compared with the results from previous work. The comparison highlights the greater accuracy and speed that these analytical methods have over older research techniques. Examination of the relevant research literature makes it evident that there is an insufficient number of analytical studies which cover the performance evaluation issue relating to modern switched networks; for example, multi-layered networks. This gap in the field of research is completed by this work. These analytical approaches will be useful tools for designers and manufacturers of network systems in their efforts to provide better quality of service (QoS).
Appears in Collections:Τμήμα Μαθηματικών (ΔΔ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
PhdThesis_Ster_El_1_v11.pdf2.64 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.