Aloha y Aloha ranurado - servidor it3

Aloha y
Aloha ranurado
LIPS
Introducción
1
3
2
4
Shared Multiple
Access Medium
5
M
…
Tipos de compartición del medio
Medium Sharing Techniques
Static
Channelization
Dynamic Medium
Access Control
Scheduling
Random Access
3
Comunicaciones por satélite
Satellite Channel
= fin
= fout
4
Multidrop Telephone line
Multidrop telephone lines
Inbound line
Outbound line
5
Redes en anillo y bus
redes en anillo
redes Bus
6
Wireless LAN
7
Network Layer
Network Layer
802.2 Logical Link Control
LLC
Data Link
Layer
MAC
Physical
Layer
802.3
CSMA-CD
802.5
Token Ring
802.11
Wireless
LAN
Various Physical Layers
IEEE 802
Other
LANs
Physical
Layer
8
OSI
LLC PDU y trama MAC
IP Packet
LLC
PDU
LLC
Header
IP
Data
MAC
Header
FCS
9
Asignación estática del canal
• FDM funciona bien con pocos usuarios (N)
• Cada usuario recibe el ancho de banda /N
• Si N aumenta, FDM tiene problemas:
• Ineficiencias
• comportamiento real de usuarios
Ineficiencia FDM
• T retardo medio de transito, canal C bps
• Tasa de llegadas λ tramas /seg.
•
tramas de tamaño distrib. prob.
exponencial con media 1/μ bits/seg.
1
T =
µC − λ
Si divido el canal por N subcanales
1
independientes,Tde
= capacidad C/N bps
µC − λ
La velocidad de cada subcanal es λ/N
TF DM
1
=
C
µ( N
)−
λ
N
Aloha puro
las tramas se transmiten en tiempos
arbitrarios
12
Aloha puro
• Sistemas de Contienda: multiples usuarios
comparten canal común
• Los usuarios transmiten información
siempre que tienen algo en enviar.
• Colisiones: tiempo de retransmisión
aleatorio.
• Retroalimentación inmediata en LAN; redes
SAT 270ms
Aloha
• Tenemos ∞ usuarios. Cada uno puede estar
en 2 estados:
• pensando: que voy a enviar...
• bloqueado: una vez que doy retorno de
• el terminal queda escuchando el canal
• una vez que comprueba el éxito de la
transmisión, desbloquea, y, si no continua
retransmitiendo la trama, dejando
tiempos de espera aleatorios.
Producto ancho de banda - retardo
A transmite
A
en t = 0
A detecta
colisión en
t = 2 tprop
Distancia d metros
tprop = d / ν segundos
B
A
B
A
B
B transmite
antes de t =
tprop y detecta
colision justo
después
15
Retardo de trama vs carga
Retardo Transferencia
E[T]/E[X]
1
Carg
a
ρmax
ρ
1
16
Aloha
•
“tiempo de trama” como el tiempo nec. para tx una trama de
long fija = long trama/velocidad medio en bps)
•
•
Suponemos población ∞ usuarios
•
•
S>1 congestión. Rendimiento razonable si 0<S<1
Generación tramas - Distrib de Poisson con media S tramas
por tiempo de trama (S no disminuye a medida que se
producen bloqueos.
S son nuevas tramas y las ¿retransmisiones?
•
•
Si k intentos de retransmisión por tiempo de trama
tramas antiguas + nuevas tb sigue una distrib. Poisson con
media de valor G por tiempo deö trama -> G≥S
Aloha
• El caudal es el producto de la carga ofrecida
G, multiplicado por la prob de una
transmisión con éxito. - S = G Po
• Po es la prob de que una trama no sufra
colisiones
Periodo de vulnerabilidad de la trama sombrada
19
Acceso aleatorio de Aloha: retransmisión
First transmission
t0-X
t0
t0+X
Vulnerable
period
Retransmission
t0+X+2tprop
Time-out
Backoff
period
t
t0+X+2tprop+Β
Retransmission
if necessary
20
1
T =
µC − λ
Aloha
•
•
11
Tde=
La probabilida
k
tramas
durante
TF DM
=generar
C− λ λ
µC
µ(
un tiempo de trama dado,
esN
N)−
k e1
−G
G
TF DM =
Pr [k] = µ( C ) − λ
Nk!
N
k e−G
G
Periodo de vulnerabilidad:
2 x tiempo trama
Pr [k] =
k!
S = GP0 = Ge−2G
0
7.999999999999995
0
5.656854249492377
3.999999999999998
2.828427124746189
1.999999999999999
0
1.414213562373095
0.9999999999999998
0.7071067811865475
0
0.5
0.3535533905932738
0.2500000000000001
0.1767766952966369
0.1250000000000001
0.08838834764831849
0.06250000000000004
0.04419417382415925
0.03125000000000003
0.02209708691207963
S
0.01562500000000002
Throughput para ALOHA y ALOHA ranurado
0.368
0
Ge-G
0.184
0
0
Ge-2G
0
0
G
22
k!−G
k
G e
1
P [k] =
=
−2G
C
λ= rGP0 = Ge
S
k!
µ( N ) − N
S = GP = Ge−2G
(
Gk e−G S = GP0 = Ge−2G
−G
Pr [k] =
e
k!
−G
(
Aloha ranurado
TF DM
0
e
es
S =no
GPcolisionar
= Ge
• Probabilidad de
(1 − e )
es (1(1−−ee ))
• Probabilidad de colisionar
e
• con k retransmisiones PP == ee (1(1 −− ee ))
P = e (1 − e )
E
(1 − de
e retransmisiones
)
• El número esperado
−2G
0
−G
k
k k
−G
E=
∞
!
k=1
kPk =
∞
!
k=1
e−G
−G
−G
−G
−G
−G
−G
−G k−1
−G k−1
−G k−1
ke−G (1 − e−G )k−1 = eG
(
(
(
(
Objetivo
•
El objetivo de esta práctica es simular una red ALOHA-ranurada y
medir las prestaciones de la misma con las herramientas
disponibles
•
Dos partes diferenciadas:
•
1. Realización completa en SDL de los módulos indicados, para
N-Nodos en la red. Simulación y comprobación de la correcta
funcionalidad.
•
2. Medición de las siguientes características de la simulación
obtenida en la primera parte:
•
Curva de eficiencia de la red: caudal, S, versus carga ofrecida
G.
•
Curva del tiempo medio de servicio, T, en función del caudal
S.
•
Curva de pérdidas, L, en función de S.
Módulos
• Dos Módulos: CANAL y NODO
• El canal básicamente se encarga de señalizar
el comienzo de cada slot (ranura) a cada uno
de los nodos (por las conexiones clk), éstos
efectúan transmisiones (por las conexiones
tx) y finalmente el canal repite a los nodos la
transmisión indicando en la trama si hubo
colisión o no (por las conexiones rx)
Módulo Nodo: usuario y
emisor
• nodo: El único propósito de este proceso es
encapsular los procesos usuario y emisor, los
cuales desarrollan todas las funcionalidades
del nodo.
• usuario: El proceso usuario simula la
generación aleatoria de mensajes
emitiendo, en cada ranura, con
probabilidad p por la conexión de salida
msg.
Esquema inicial Aloha
ranurado
Módulo Nodo: usuario y
emisor
• Emisor: Este proceso intenta transmitir
tramas sobre el canal utilizando el protocolo
ALOHA ranurado con el algoritmo de backoff para retransmisión de colisiones. Los
estados principales son:
• emisor vacío
• transmisión pendiente
• espera ranuras
Entrega Trabajo
•
•
25 de ABRIL. 30 ABRIL (turno de los lunes)
Primera parte: simulación y comprobación
•
•
•
•
Proyecto entero en la zona del servidor (formato electrónico)
Listados relevantes del proyecto aloha.sdt.
Los comentarios y explicaciones que se crea necesario añadir.
Segunda parte: Mediciones
•
•
•
Proyecto entero en la zona del servidor (formato electrónico)
Listados relevantes del proyecto aloha2.sdt modificado.
Obtención de las curvas de eficiencia de la red, tiempo medio de servicio y pérdidas.
Bibbliografía
• A. Tanenbaum. Computer Networks.
Prentice-Hall International Editions (1989).
• W. Stallings. Local Networks. Macmillan
Publishing Company (1990).
• J. Hammond, P. O'Reilly. Performance Analysis
of Local Computer Networks. Addison
Wesley (1988).