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1、在F D D I 中保证通信时延的有界性 许*林 ( 江汉石油学院计界机朴学系 荆州 4 3 4 1 0 2 ) 摘要 关锐词 本文在应用层上分析了F D D I 中影响报文时延的 各种因 素， 导出了 保证报丈时 延有界性的带宽分配方案， 同时引入同步 报文服务容， 使每一个节点可以同时 接收多路信; o F D D I实时通信网络带宽同步推文 B o u n d i n g D e l a y s i n F D D I 一B a s e d C o m mu n i c a t i o n S y s t e m s K e y w o r d s V a r io u s f a c
2、t o r s a f f e c t i o n g m e s s a g e d e l a y i n a p p l i c a t i o n l e v e l a r e a n a l y z e d i n t h i s p a p e r . B a n d - w i d t h a l l o c a t io n b o u n d i n g m e s s a g e d e l a y i s g i v e n , a n d s y n c h r o n o u s s e r v e r i s d e s i g n e d t o re c e
3、i v - e r m u l t i p l e m e s s a g e s o n a n i n d i v i d u a l n o d e . F D D I R e a l 一 t i m e C o m m u n i c a t i o n B a n d w i d t h S y n c h ron o u s m e s s a g e 1 引言 F D D I 可以提供 l o o m的带宽， 是高速局域网的标准之一， 它采用定时令牌媒体访何控制( T im e d 一 T o k e n M e d i u m A c - c e s s C o n t m l
4、 ) 协议， 来保证每一个节点有固定的时延， 定时令牌访间协议提供两类服务: 同步报文传 输和异步报文传输. 每一 个节点 都拥有一 个同 步带宽， 当 令牌到达该 节点时， 可以 传输同 步报文。 若令牌提前达到， 且该节点有异步报文需要传送， 则它可以 传送异步报文。 从应用的角度出发， 应该研究从应用层到应用层的时延， 同时要考虑一个节点有多个报文流的情形。在本文中， 使用 同步服务器来负责多个报文的传送和接收 同时导出了， 为了正确地传送实时报文 必须满足的约束条件， 包括保证主机不 会过载, F D D I 协议的稳定性不被破坏等。 2 带宽的管理 为了保证多个应用程序实时信息的传输
5、， 必须引入同步服务器卜 对每一个节点的同步带宽进行进一步分配。 2 . 1 同步服务器 为 了 传 翰 实 时 信 息 ， 必 须 允 许 在 一 个 节 点 上 同 时 传 送 多 个 报 文 流 。 但 是 。 根 据F D D I 的 M A 只 层 的 标 准 ， 每 个 节 点 只 建 立了一个F I F O发送队列， 当令牌到达时。 M A C 协议就按F I F O的顺序发送报文， 不能区分报文到底属于哪一个报文流。 对这个间题的解决有多种方案。首先， 可以在节点上为每一个报文流配备一个F D D I 网卡， 实际应用中这种方法显然 是不行的; 第二， 可以对M A C 层协议
6、重新设计， 每一个报文流都有一个自 己的等待队列， 这种方法不仅代价高， 而且扩展性 差。 这里我们采取软件的 方法， 在运行时对每一个节点的带宽进行进一步的分配和管理， 主 要包括: ( 1 ) 将报文分成更小的包; ( 2 ) 在发送之前， 根据所分得的带宽， 对这些包进行适当的组织。 使得每一次令牌到达时， 该节点的每一个报文流都能 发送一部分包。 这样就能保证每一个报文流都能够使用分给它的那部分带宽。在这里， 带宽管理是由同步服务器来完成的， 每一个节 点都有一个同步服务器， 它在后台运行。它的主要功能有两个 报文准入控制和运行控制。当有一个新的报文到达时， 要 和另外的节点进行通信，
7、 它必须提供一组参数给同步服务器， 报文准入控制根据目前节点中已有的报文情况， 判定新来的 9 7 报文的时间约束能否满足， 决定是否让其进入 运行控制就是将报文分成包， 然后进行重新组织。 有了同步服务器， 从逻辑上看， 就相当于有多个报文队列， 也就是相当 于有多个F D D I 网 卡一样。 2 . 2 同步服务器的实现 这里只考虑周期报文. 周期报文由周期和期限来描述， 期限是某一时刻， 即必须在该时刻之前将报文发出， 否则， 该报 文视为丢失。 因 为 同 步 服务 器 要为 多 个 报 文 流 服 务 ， 所以 存 在 着m 度问 题 调 度 苯略 主 要 考 虑以 下的因 素:
8、( 1 ) F D D I 的同步带宽 ( 2 ) 公平性 ( 3 ) 报文的优先级 输 入 到 同 步 服 务 器的 是 一 些 三 元 组: ( 氏 ， 叽， 玩 ) ， 它 描 述了 第1 个 节 点 上 的 第i 个 报 文 流叭， 氏 是 报 文 周 期 ， 叽是 报文 的 大 小 ， 用 包 的 个 数 来 表 示 , D ij是 应 用 层 到 应 用 层 的 期 限 。 本 文 的 以 下 各 处 ， 在 不 致 混 淆 的 时 候， 将 上 述 参 数 的 第 一 个下 标 省略。 在F D D I 网络中。 如果只有同 步报文， 令牌旋转一周的时间是T T R T .因此
9、所设计的同步服务器 也应该是一个周明 为T T R T 的 环 型 结 构 ， 若 分 配给 报 文T i 的 同 步 带 宽 是j ; , 当M ; J ; 时 ， 则 不 能 一 次 发 送 所 有的 包， 不然 就 会 破 坏 带 宽 分l z 协 议 。 M ; 包 被 进 一 步 分 为 包 族 或 简 称 为 族( c h u s t e r ) ， 每一 族含 有J ; 个 包( 最 后 一 个 可 能 不 足i i 个 ) ， 能 够 在 一 个T T R T II f 间 内 传 输 完 ， 进 一 步 ， 周 期马 被 分 成长 度 为T T R T 的 时 同 栖 。 每
10、 一 个 报 文 有 一 个 开 始 发 送时 间 ， 即 报文 的 第 一 个 包 开 始 发 送时间， 它等于相应周期的开始时刻， 同样， 每一个族也有一个开始发送时间， 即这个族的第一个包的发送时间。因此， F F 在 粉 不 同 层 次 上 的 两 个 计 时 器。 在 一 个 周 期当 中 ， 每 一 个 报 文 流明， 可 以 发 送城个 包; 在 每 一 个T T R T 时 间 内 可以 发 送石 个 包 。 反 过 来 讲 ， 适当 地 分 配 带 宽J ， 在 每 一 个T T R T 时 间 内 可 以 发 送i i 个 包 ， 则 在p i 内 发 送喊个 包 就 能
11、保 证 。 在下列算法当中 ， 研表示在一 个周期中 还没有发送完的包数， 它在每一 个周期开始时都 会更新; -M . 表示下一个根 文可以开始发送的时刻， 或者下一个周期的开始时间; c r 是现在的时间， n 表示节点的报文流的数目 ， 同步服务器算法的伪 码如下所示， C 7 =时钟值; F o r ( i =1 ; i n m rt , ) 碑 = 研 + M, ; F o r ( i =l ; i 0 ) 发 送M in ( M 0 , J i ) 个 包; M ? = M a x ( 衅 一 J ; , 0 ) 上述算法可以 保证进入同步服务器的报文在期限之前父 送出去 但它并不
12、能保证总个系统的稳定性， 还必须要有一东 列的约束条件来保证系统安全正确地运行。 3 从应用层到应用层的时延 从应用层到应用层的时延是指报文在目的节点正确地疾收与在源节点生成时刻之间的这段时间， 这里对系统模型作 如下的说明: ( 1 ) 系统由N个节点组成， 每个节点含有一个处理器和一个F D D I 网卡。 ( 2 ) 节 点 有F ; 个 输出 报 文 流 和。个 输 入 报 文 流 ， 节 点1 的 第， 个 输 出 报 文 流飞以 三 元 组 表 示 FU钊P a , L O D d f ( 1 ) 其中P 。 是 周 期， 瑞 是以 宇节为 单 位的 报文 的 大小 ， D 是从
13、应用 层 到 应用 层 的 时 限 ， 一旦 包的 大 小。 固定则 每一 个周 期 能 够 发 送 包的 数目M u 就 确 定了 ， M n = 1 ;/ 二 ( 3 ) J和评分 别 表 示 在 节 点1 发 送 和 接 收一 个 包 所 需 要 的 时 间 。 假 设 第i 个 输 出 报 文 流 的 同 步 带 宽 为J o . 第I 个 输 八 报 文 流 的 同 步 带 宽 为K ;p ( 4 ) 氏是M A C 层以 时 间 表示 的同 步 带 宽. J 是包 的 数目 表示 的 同 步 带 宽它 们的 关系 如 下: 氏- J a . ( 包的大小十 a ) / F D D
14、I 带宽( 2 ) 其 中a 为 协 议 头 . 包 括I P 头 和F D D I 头 ) 的 大 小 ， 包 的 大 小 以 二 进 制 位 为 单 位 ， 而F D D I 带 宽 是l o o m位 ! t. 因 此线 9 9 的单位是秒。 在设计同步服务器的算法时， 应该坚持两个基本的原则 ( 1 ) 网络不能过载 在系统运行时， 节点传输的数据决不能长时间超过所分配的带宽。然而， 由于各种原因， 临时的过 载可能出现， 这时可以临时分配充 足的缓冲空间来解决。 ( 2 ) 主机的运算量也不能过大， 主机上既有通信程序又有其他的程序在运行。 在每一个周期里面， 主机的工作量必须能 够
15、彻底完成。 上述两项并不是由同步服务器来实现的， 它必须由 总个系统在更高层次上来把握， 而同步服务器只是运行在一个个单 独的节点上， 在3 . 2 将提出 保证系统正常运行的一些约束条件。 3 . 1 时 延分析 显 然 ， 报 文 流T 。 从 应 用 层 到 应 用 层 的 时 延d 。 应 该 满 足 下 列 的 不 等 式: d ;i D ;i ( 3 ) 根据上述同步报文的实现算法， 当某些参数给定之后 报文流从应用层到应用层的时延就可确定， 有如下结论。 最 坏 情 况 下 ， 报 文 流T d 从 应 用 层 到 应 用 层 的 时 延 为 d。 二 ( 覃一 ) T T R
16、T + SP , + P D ( 4 ) 其 中S P u 是 发 送 最 后 一 个 包 族 所 需 的 时 间 ， 它 不 会 超 过 下 列 值 ( 1 。 一 1 +. G +2 cE K ; r . 叮( 5 ) 前 面 提 到 过 ，对 报 文 “ 、一 个 二内 可 以 发 出 1;,i 包 1u J 、包 的 族 ， ，“ 了 最 “ 一 个 族 包 f t TOT t y Iq 外 ， 其 他 的 族 都 含有1 。 个 包。 ( 4 ) 式中 的 第 一 项 表 示 传 送除了 最后 一 个族外 的 其他 族所 需要的 时 间， P D “ 是 最坏 情况下可 能的额外的时延。 将( 4 ) 中 的乌 代 入( 3 ) 式中 ， 可 以 得出 保 证报 文 时延 有 界的 必 要 条 件 ( A )有 界 时 延 的 约 束任 何 报
