Điều khiển lưu lượng và tắc nghẽn trong mạng ATM, chương 16 ppt

Chương 16: Giải thuật ERICA mở
rộng
Nhược điểm thứ nhất của giải thuật ERICA cơ bản là khi ba
điều kiện sau xảy ra đồng thời nó sẽ không hội tụ về công bằng
max-min:
+ Hệ số tải z=1.
+ Có vài nguồn bò tắc nghẽn cổ chai ở phía trước.
+Tốc độ hiện hành CCR cho tất cả các nguồn không bò nghẽn
cổ chia còn lại lớn hơn FairShare.
Nếu điều này xảy ra thì hệ thống vẫn duy trì trạng thái hiện
hành của nó bởi vì giá trò CRR/z (VCShare) lớn hơn FairShare
cho các nguồn không tắc nghẽn cổ chai.
Để giải quyết vấn đề này, giải thuật ERICA mở rộng đã thêm
vào một biến gọi là MaxAllocPreviuos để giữ độ phân cấp lớn
nhất trong khoảng thời gian trước và một biến MaxAllocCurrent
để tích luỹ độ phân cấp lớn nhất trong khoảng thời gian trung
bình chuyển mạch hiện hành. Hai biến này đảm bảo tất cả các
nguồn thích hợp có thể nhận được độ phân cấp cao.
Cuối khoảng thời gian trung bình
Đếm số nguồn kích hoạt trong khoảng thởi gian AI
Dung lượng ABR = Độ tận dụng đích x Băng thông liên
kết. Tốc độ nhập ABR = Số cell ABR đếm được / AI
Hệ số tải z = Tốc độ nhập ABR / Dung lượng ABR
Step 1
Step 2
Step 3

Hình mô tả lưu đồ giải thuật ERICA cơ bản
Khi nhận cell BRM
VC’s Share hiện tại = CCR của VC / Hệ số tải
ER tính toán = Max( FairShare , VC’s FairShare

ER tính toán = Min( ER tính
toán, Dung lượng ABR)
ER trong cell RM = Min( ER tính toán, ER trong cell RM)
Chèn ER vào cell BRM
Step 8
Step 9
Step 10
Step 11
Trong giải thuật ERICA mở rộng bước 9 ở giải thuật ERICA
cơ bản được thay đổi như hình trang bên.
Ta sử dụng thêm hằng số
 là một số nhỏ hơn 1. Nếu z > 1+
, thì chúng ta sử dụng giải thuật ERICA cơ bản. Nếu z  1+ ,
ER được tính như sau:
ER tính toán = Max(FairShare,
VCShare,MaxAllocPrevious)
Điểm quan trọng là thông số VCShare chỉ được sử dụng để
đạt hiệu quả, còn độ công bằng chỉ đạt được bằng cách cho các
nguồn đang tranh giành băng thông có một tốc độ bằng nhau.
Khởi động
MaxAllocPrevious :=0
MaxAllocCurrent := FairShare
Cuối khoảng thời gian trung
Làm từ bước 1 đến 5
MaxAllocPrevious:= MaxAllocCurrent
MaxAllocCurrent := FairShare
Sau bước 8
Z > 1+

ER tính toán :=

Max(FairShare,VC’s
Share hiện tại)
ER tính toán := Max( FairShare,
VC’s Share hiện tại,
MaxAllocCurrent)
Đ
S
Làm bước 10
Step 9
MaxAllocCurrent :=
Max(MaxAllocCurrent, ER tính
toán
Hình mô tả giải thuật ERICA mở rộng
Giải pháp của chúng ta là phân cấp đồng đều cho các nguồn
trong thời gian dưới tải và chia CCR của các nguồn cho cùng
một giá trò z trong thời gian quá tải xảy ra sau đó để đưa chúng
đến công bằng max-min.
Hệ thống được xem là ở trạng thái quá tải khi hệ số tải z
 1+
. Mục đích của việc giới thiệu thông số  là bắt buộc phân cấp
tốc độ giống nhau khi hệ số tải dao động quanh giá trò 1, vì vậy
tránh được dao động tốc độ không mong muốn.
Nhược điểm thứ hai nảy sinh khi các cell BRM đến chuyển
mạch một cách bất đồng bộ từ các nguồn khác nhau dẫn đến sự
tăng đột ngột trong đồ thò ACR và khi nguồn có cell BRM đến
chuyển mạch chậm hơn và nhận được độ chia sẻ công bằng của
nó thì hàng đợi tăng đột ngột.
Vấn đề này có thể được giải quyết bằng cách chia sẻ công
bằng lúc đầu để tránh quá tải quá độ. Khi ER tính toán lớn hơn
giá trò fair share và tốc độ nguồn đang tăng từ giá tri CCR dưới

mức fair share thì chúng ta giới hạn tốc độ tăng này đến giá trò
fair share. Chuyển mạch có thể quyết đònh không đưa hồi tiếp
mới không đưa hồi tiếp mới về nguồn này trong một khoảng thời
gian đo lường. Việc tính toán sau sẽ được đưa thêm vào giải
thuật chuyển mạch sau khi tính “ ER tính toán”:
IF (( CCR < FairShare) AND ( ER tính toán

FairShare)) THEN
ER tính toán := FairShare
Chúng ta cũng có thể không cho phép hồi tiếp về nguồn này
trong một khoảng thời gian đo lường. “ ER trong cell RM” vẫn
được tính như trước.
Chọn lựa các thông số cho giải thuật ERICA:
Hầu hết các giải thuật điều khiển đều cung cấp cho nhà điều
hành một số thông số để thích ứng hoạt động của giải thuật sử
dụng. Một giải thuật tốt phải có ít thông số nhưng cung cấp đầy
đủ các mức điều khiển. Các thông số này không được nhạy với
những thay đổi nhỏ trong mạng.
Giải thuật ERICA cung cấp một số thông số rất dễ dàng thiết
lập , mà với một sự mất phối hợp nhẹ giữa các thông số này vẫn
không làm giảm sút hoạt động của giải thuật. Các thông số này
là độ tận dụng đích U(target Utilization) và khoảng thời gian đo
lường chuyển mạch.
+ Độ tận dụng đích U:
Độ tận dụng đích quyết đònh độ tận dụng đường truyền ở
trạng thái thiết lập. Nếu tốc độ nhập lớn hơn
độ tận dụng đích x
dung lượng liên kết thì chuyển mạch yêu cầu nguồn giảm tốc độ
để đưa tổng tốc độ nhập về giá trò mong muốn. Nếu hàng đợi tại
chuyển mạch xuất hiện tải quá độ thì (1-U) x

Dung lượng liên
kết
được sử dụng để rút hàng đợi.
Người ta không mong muốn độ tận dụng đích có giá trò quá
lớn bởi vì nó dẫn đến hàng đợi dài và mất; nhưng nếu độ tận
dụng đích thấp sẽ không tận dụng hết đường truyền. nh hưởng
của độ tận dụng đích phụ thuộc vào độ trễ hồi tiếp của mạng.
Quá tải quá độ có khả năng dẫn đến hàng đợi dài càng dài đối
với mạng có độ trễ hồi tiếp càng lớn. Do đó, đối với mạng có độ
trì hoản lớn thường mong muốn độ tận dụng đích nhỏ. Thực tế
cho thấy giá trò tối ưu của độ tận dụng đích là 0.95 cho mạng
LAN và 0.9 cho mạng WAN. Khi lưu thông có tính chùm cao thì
độ tận dụng đích nhỏ sẽ cải thiện hoạt động của giải thuật.
+ Khoảng thời gian trung bình chuyển mạch AI:
Khoảng thời gian trung bình chuyển mạch hay khoảng thời
gian đo lường quyết đònh độ chính xác của hồi tiếp. Khoảng thời
gian này được dùng để đo mứa tải , dung lượng liên kết và số
VC kích hoạt. Chiều dài khoảng thời gian đo lường tao ra mâu
thuẫn giữa độ chính xác và hoạt động của trạng thái xác lập.
Giải thuật ERICA đo lường các thông số cần thiết sau khoảng
thời gian trung bình và sử dụng các giá trò đo lường này để tính
toán hồi tiếp trong khoảng thời gian trung bình kế tiếp. Việc lấy
trung bình giúp làm trơn độ biến động trong đo lường. Tuy
nhiên, chiều dài khoảng thời gian trung bình giới hạn lượng biến
động có thể được loại trừ. Nó cũng quyết đònh tốc độ hồi tiếp
đưa về nguồn bởi vì giải thuật ERICA chỉ đưa tối đa một hồi tiếp
trong một khoảng thời gian đo lường. Khoảng thời gian đo lường
càng nhỏ thì độ biến động càng lớn và có thể đánh giá không
đúng mức các thông số đo lường.
Hệ số tải và dung lượng có sẵn là các biến ngẫu nhiên mà độ

biến động của nó phụ thuộc vào chiều dài của khoảng thời gian
trung bình. Trong thực tế, khoảng thời gian cần thiết để đo số
nguồn kích hoạt cũng đủ để đo hệ số tải và dung lượng có sẵn.
Các thông số được lấy trung bình này khá chính xác với lỗi chỉ
khoảng 1 cell / khoảng thời gian trung bình. Thiết lập độ tận
dụng đích dưới 100% để rút hàng đợi do lỗi trong đo lường của
tất cả các thông số. Bất cứ khi nào giải thuật gặp phải mâu
thuẫn do lỗi trong đo lường thì chúng ta phải giảm thông số độ
tận dụng đích.
3.1.4.9 Giải thuật ERICA+:
3.1.4.9.1 Chiều dài hàng đợi là một thông số đo lường thứ
cấp:
ERICA+ là một bổ sung cho giải thuật ERICA. Trong phần
này và phần sau chúng ta sẽ miêu tả các mục tiêu, điểm vận
hành đích, giải thuật và việc thiết lập thông số cho ERICA+.
ERICA phụ thuộc vào việc đo lường các thông số như hệ số
tải và số nguốn ABR kích hoạt. Nếu trong đo lường có nhiều lỗi
và độ tận dụng đích được thiết lập quá cao giải thuật ERICA có
thể không hội tụ có nghóa là chiều dài hàng đợi trở nên không
có giới hạn và dung lượng để rút hàng đợi trở nên không đủ.
Giải pháp trong trường hợp này là thiết lập độ tận dụng đích đến
một giá trò nhỏ hơn, cho phép nhiều băng thông hơn để rút hàng
đợi.
Một sự nâng cấp đơn giản cho ERICA là phải có ngưỡng
hàng đợi và giảm độ tận dụng đích nếu hàng đợi vượt quá
ngưỡng này. Một khi độ tận dụng đích thấp hàng đợi sẽ được rút
nhanh chóng. Do đó sự bổ sung này sẽ duy trì độ tận dụng cao
khi hàng đợi nhỏ và rút hàng đợi nhanh chóng khi chúng đầy. Vì
vậy, chúng ta cần thiết phải sử dụng chiều dài hàng đợi như là
thông số thứ cấp (thông số sơ cấp là tốc độ nhập).

Trong giải thuật ERICA, chúng ta không xem chiều dài hàng
đợi hoẳc độ trễ hàng đợi là một thông số do đó không đưa chỉ
đònh tốc độ chính xác của nguồn. Trong giải thuật ERICA+, sự
phân chia tốc độ chính xác phụ thuộc vào tổng tốc độ nhập hơn
là chiều dài hàng đợi. Tuy nhiên chúng ta nhận thấy có hai vấn
đề về hàng đợi : thứ nhất hàng đợi khác 0 ngụ ý rằng độ tận
dụng là 100%; thứ hai, hệ thống với hàng đợi quá dài sẽ đi xa
điểm vận hành mong muốn. Vì vậy trong giải thuật ERICA+,
nếu tốc độ nhập và hàng đợi dài ta cần dự trữ nhiều dung lượng
hơn để rút hàng đợi và phân cấp tốc độ một cách dè dặt cho đến
khi hàng đợi được điều khiển. Đối với chiều dài hàng đợi chúng
ta vẫn dùng hàm liên tục theo quy luật thiết kế của ERICA. Bởi
vì hồi tiếp về nguồn có tính đều đặn(khi hàng đợi được duy trì)
do đó sự phân cấp bởi các hàm liên tục sẽ giám sát được hoạt
động của hàng đợi và phản ánh nó trong phân cấp tốc độ.
3.1.4.9.2 ERICA+ với độ tận dụng 100% và rút hàng đợi
nhanh:
Giải thuật ERICA đạt được độ tận dụng cao ở trạng thái
thiết lập nhưng độ tận dụng này được giới hạn bởi thông số độ
tận dụng đích. Đối với các đường truyền đắt tiền, chúng ta mong
muốn duy trì độ tận dụng này ở mức 100%. Phương pháp để đạt
độ tận dụng 100% ở trạng thái xác lập và rút hàng đợi nhanh là
thay đổi tốc độ ABR đích một cách linh động. Trong thời gian
xác lập, tốc độ ABR đích đạt được là 100% và giá trò này sẽ nhỏ
hơn trong lúc quá tải quá độ. Hệ số tải càng cao dẫn đến tốc độ
đích càng thấp(do đó rút hàng đợi nhanh hơn). Nói cách khác,
Tốc độ đích ABR = f ( chiều dài hàng đợi, tốc độ của liên
kết, tốc độ VBR)
Hàm trên phải là hàm giảm theo chiều dài hàng đợi. Chú ý
rằng giải thuật ERICA có độ tận dụng đích cố đònh có nghóa là

tốc độ rút hàng đợi độc lập với kích thước hàng đợi.
3.1.4.9.3 ERICA+: duy trì một “túi” (pocket) hàng đợi:
Dung lượng ABR biến đổi một cách linh động do sự xuất
hiện của các lớp dòch vụ có độ ưu tiên cao hơn (như CBR và
VBR). Vì vậy, nếu các lớp dòch vụ này không tồn tại trong một
khoảng thời gian ngắn (có thể nhỏ hơn độ trẽ hồi tiếp) thì dung
lượng còn lại sẽ không được tận dụng hết. Trong các trường hợp
như vậy, chúng ta cần có một “túi” đựng đầy các cell ABR để
sữ dụng dung lượng còn lại trong khi các cell RM đang đưa
thông tin mới về nguồn và yêu cầu chúng tăng tốc độ.
Một phương pháp để đạt được mục đích này là phải điều
khiển các hàng đợi về “chiều dài hàng đợi đích” (target queue
length). Ở trạng thái xác lập đường truyền được tận dụng 100%
và chiều dài hàng đợi bằng với chiều dài hàng đợi đích mà nó là
“ tùi “ hàng đợi mà ta mong muốn. Nếu chiều dài hàng đợi rớt
xuống giá trò này thì các nguồn được khuyến khích tăng tốc độ
và ngược lại. Nói cách khác:
Tốc độ đích = f(chiều dài hàng đợi, chiều dài hàng đợi đích,
tốc độ liên kết, tốc độ VBR)
3.1.4.9.4 ERICA+ với khả năng đạt đến các tốc độ liên kết
khác nhau:
Hàm trên không thể đạt đến các tốc độ liên kết khác nhau do
chiều dài hàng đợi tính theo cell sẽ chuyển sang các thời gian
rút khác nhau đối với các tốc độ truyền khác nhau. Ví dụ đối với
truyền T1, chiều dài hàng đợi là 5 có thể xem là lớn, trong khi
chiều dài hàng đợi là 50 đối với đường truyền OC-3 được xem là
nhỏ. Vấn đề này khá quan trọng do bản chất biến đổi của dung
lượng ABR, đặc biệt khi có sự xuất hiện của các nguồn VBR.
Để có được khả năng đạt đến các tốc độ liên kết khác nhau
(scalability to various link speeds), chúng ta cần phải đo tất cả

chiều dài hàng đợi theo đơn vò thời gian hơn là đo theo cell. Tuy
nhiên, hàng đợi là thông số duy nhất có thể đo lường trực tiếp
tại chuyển mạch (đo theo cell). Độ trễ hàng đợi sau đó được ước
đoán bằng cách sử dụng giá trò dung lượng ABR đo được. Hàm
tốc độ đích trên sẽ trở thành như sau:
Tốc độ đích = f (độ trễ hàng đợi, độ trễ hàng đợi đích, tốc độ
liên kết, tốc độ VBR)
Trong các phần sau chúng ta sẽ đònh nghóa và mô tả một
hàm mẩu để tính toán tốc độ đích.
3.1.4.9.5 ERICA+ với điểm vận hành mục tiêu:
Giải thuật ERICA+ sử dụng một điểm vận hành mục tiêu
mới nằm giữa điểm “khuỷu” (knee) và điểm “vách” (cliff).
Điểm vận hành mục tiêu mới có độ tận dụng 100% và độ trì
hoản hàng đợi khác 0 cố đònh. Điểm này khác với điểm
“khuỷu” (trong tránh tắc nghẽn có độ thông suất 100% và độ trì
hoản tối thiểu) ở chổ nó có mục tiêu độ trễ khác 0 cố đònh. Đó
là do độ trễ hàng đợi tại điểm vận hành luôn khác không. Chú ý
rằng độ tận dụng duy trì 100% khi hàng đợi khác o và vẫn duy
trì ở mức 100% cho dù có trạng thái dưới tải ngắn trong tải nhập
vào hoặc dung lượng xuất tăng.
Giá trò hàng đợi khác 0 ở trạng thái xác lập để chỉ ra rằng hệ
thống đang ở trong trạng thái cân bằng không ổn đònh. Khi có
quá tải quá độ hàng đợi sẽ tăng đột ngột. Ngược lại giải thuật
ERICA có thể cho phép lượng tăng tải nhỏ (từ 5% đến 10%) mà
không tăng chiều dài hàng đợi.
Yêu cầu của giải thuật ERICA+ là phải duy trì trạng thái cân
bằng không ổn đònh với hàng đợi khác không và độ tận dụng
100%. Đặc biệt khi độ trễ hàng đợi giảm xuống giá trò mục tiêu
To; ERICA+ tăng độ phân cấp cho VC để đạt đến độ trễ tối ưu.
Tương tự , khi độ trễ hàng đợi tăng vượt quá To, phân cấp cho

VC bò giảm xuống và dung lượng thêm vào được sử dụng để rút
hàng đợi trong chu kỳ kế tiếp. Khi độ trễ hàng đợi bằng To,
100% dung lượng ABR được phân cấp cho các VC. Vì vậy,
ERICA+ giới thiệu một thông số mới là T0 thay thế cho thông
số độ tận dụng đích trong giải thuật ERICA.