Προσεγγιστικά αναλυτικά μοντέλα για τη μελέτη της απόδοσης πολυβάθμιων διασυνδεδεμένων δικτύων μεταγωγής

Abstract

This research work involves the performance evaluation of multistage interconnected switching networks. In particular, is presented:1. A novel integrate methodology for finding the performance of simple self-routing multistage interconnected networks (e.g. banyan networks) which are formed by symmetrical Switch Element, is presented. The model that created is referred to the function and the behaviour of simple multistage switch systems in memory level (queue). Based on a relevant analysis and via repetitive algorithm which converges within small number of iterations the queues’ utilization is estimated and then the other performance indicators are determined.2. A performance evaluation analytical 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 for effective service of multi-priority traffic. This Switch Element has, one memory for each supported class of priority, and this Switch Element is modelled using queues. Based on the analysis of this model and via repetitive algorithm which converges were calculated with high precision all the performance indicators.3. In addition, a novel analytical approach that provides a performance evaluation of multistage interconnection networks with one or more levels which apply as packet transmission technique the 'full multicast' method, when these networks serve unicast and multicast traffic, is developed. A relevant study model for those networks is created. It appeared that the interconnected networks that have a limited number of levels, support with excellent effective unicast and multicast traffic. 4. Moreover, another detailed study that provides a performance evaluation of multistage interconnection networks with one or more levels, and which apply as technical transmission packet technique the 'partial multicast' method.5. Beside the above, an analytical approach to estimate a performance evaluation of self-routing multistage interconnection networks with a limited number of levels and applying two different transmission packet techniques, in each segment, is presented. 6. Furthermore, to facilitate designers, a compound performance factor is defined which expresses the overall performance evaluation of multistage interconnection networks devices taken into account all the individual performance factors according to specific set of criteria.All the results that are obtained by applying analytical methods are confirmed by simulations which are created for this purpose. These analytical approaches will be useful tools for designers and manufacturers of network systems in their efforts to achieve constructions with better quality of service.

H παρούσα διατριβή αφορά την εκτίμηση της απόδοσης πολυβάθμιων διασυνδεδεμένων δικτύων μεταγωγής. Πιο συγκεκριμένα:1.Παρουσιάζεται μια πρωτότυπη ολοκληρωμένη μεθοδολογία εύρεσης της απόδοσης αυτό-δρομολογούμενων απλών πολυβάθμιων διασυνδεδεμένων δικτύων τα οποία συγκροτούνται από συμμετρικά στοιχειώδη συστήματα μεταγωγής. Το μοντέλο που δημιουργήθηκε βασίστηκε στην συμπεριφορά μιας τυχαίας μνήμης 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 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.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. 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. 4.Αναπτύσσεται και άλλη αναλυτική μελέτη η οποία παρέχει την εκτίμηση της απόδοσης πολυβάθμιων διασυνδεδεμένων δικτύων μεταγωγής με ένα ή περισσότερα επίπεδα τα οποία χρησιμοποιούν την τεχνική εκπομπής πακέτων ‘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 αυτών6.Ορίστηκε ένας Γενικός Συντελεστής Απόδοσης ο οποίος εκφράζει την γενική απόδοση μιας πολυβάθμιας συσκευής μεταγωγής πακέτων, λαμβάνοντας υπ όψιν όλους τους επιμέρους δείκτες απόδοσης.Όλα τα αποτελέσματα τα οποία προέκυψαν από εφαρμογή των αναλυτικών μεθόδων επιβεβαιώθηκαν με προσομοιώσεις που δημιουργήθηκαν γι αυτό τον σκοπό. Όλα τα παραπάνω αναμένεται να είναι ένα χρήσιμο εργαλείο για την κατασκευή δικτυακών συστημάτων μεταγωγής με καλύτερη ποιότητα εξυπηρέτησης.