交換技術(shù)考試分組交換節(jié)點(diǎn)的分析模型

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5.4 分組交換性能分析
前面我們已經(jīng)明確，分組交換機(jī)（或路由器）是分組交換網(wǎng)的核心設(shè)備，它們的基本功能是實(shí)現(xiàn)信息以分組為單位的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)?，F(xiàn)在讓我們來研究分組交換的性能。衡量分組交換設(shè)備性能的主要指標(biāo)是交換時(shí)延（Delay)和吞吐董(Throughput,又稱通過量）。研究的主要數(shù)學(xué)工具是概率論和排隊(duì)論。
　　5.4.1 分組交換節(jié)點(diǎn)的分析模型
作為分組交換網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備的分組交換機(jī)（或路由器），是一種多輸人、多輸出設(shè)備。各輸人端口首先接收并暫存到來的分組，識(shí)別和分析分組的首部；然后根據(jù)其中的目的地址或其他路由信息查找路由表，從表中得知該分組應(yīng)該轉(zhuǎn)發(fā)給哪一個(gè)下一節(jié)點(diǎn)；最后將分組轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的輸出端口，再?gòu)哪抢锇l(fā)送到連接本節(jié)點(diǎn)與下一節(jié)點(diǎn)的鏈路上。我們注意到，由于分組到達(dá)的隨機(jī)性，在輸出端口發(fā)送一個(gè)分組的時(shí)間內(nèi)可能有兩個(gè)或兩個(gè)以上的輸人分組同時(shí)轉(zhuǎn)移到那里，從而引起對(duì)輸出鏈路占用的競(jìng)爭(zhēng)。這種現(xiàn)象稱為輸出沖突。為了解決這一問題，就需要采用分組緩沖器。在發(fā)生沖突的情況下，只能發(fā)送其中的一個(gè)分組，而暫時(shí)沒有得到發(fā)送機(jī)會(huì)的分組只好在緩沖器中排隊(duì)等待。圖5-27(a)示出分組在交換機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)移及輸出沖突的情形。根據(jù)這種工作情形，對(duì)于任一輸出端口，可以得到如圖5-27(b)所示的分組輸出排隊(duì)模型。
圖5-27(b)所示的排隊(duì)系統(tǒng)是一個(gè)隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)，其服務(wù)對(duì)象（顧客）是來自各輸人端口的要到指定輸出端口去的分組。這些分組進(jìn)人緩沖器排隊(duì)，然后由服務(wù)器（這里是輸出鏈路）對(duì)它們逐個(gè)地進(jìn)行服務(wù)，每一個(gè)分組服務(wù)（發(fā)送）完畢就離開系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是其輸人不是單一分組流，而是由多個(gè)分組流疊加的合成分組流。對(duì)這樣一個(gè)一般的排隊(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析是很閑難的。為了簡(jiǎn)化分析，我們不得不作一些假設(shè)。

首先假定各個(gè)分組是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的，不僅從不同輸人端U到來的分組是相互獨(dú)立的(空間獨(dú)立性），而且從同一端口在不同時(shí)間輸入的分組也是相互對(duì)立的（時(shí)間獨(dú)立性）。
假定各輸人端口到達(dá)的分組流是泊松過程，如果從某一時(shí)刻去看，它們均服從泊松分布。
假定每一輸人端口到達(dá)的分組均勻地轉(zhuǎn)移到各輸出端口。
在滿足這些假設(shè)的條件下，到達(dá)輸出端口的各個(gè)分組流（支流）均為泊松流，而且它們之間是相互獨(dú)立的。不難證明，由這些支流疊加形成的合成流也將是泊松的。合成流與各個(gè)支流盡管都是泊松流，但它們的（平均）到達(dá)率是不同的。合成流的到達(dá)率是各支流的到達(dá)率之和。

因此，我們可以將圖5-27(b)所示的分組排隊(duì)模型修改為如圖5-28所示的單輸人單輸出排隊(duì)模型。
圖5-28給出了一些與這個(gè)排隊(duì)模型相關(guān)的重要參數(shù)。服務(wù)對(duì)象（分組）以某個(gè)平均速率A到達(dá)。在任何一個(gè)給定的時(shí)刻，一定數(shù)量的分組（零或多個(gè)）將在隊(duì)列中等待，排隊(duì)等待的分組數(shù)是而一個(gè)分組需要等待的時(shí)間是R。服務(wù)器對(duì)分組的脤務(wù)時(shí)間是fs，分組的服務(wù)率（離去率）是，它就是輸出鏈路的速率。最后，有兩個(gè)參數(shù)適用于整個(gè)系統(tǒng)，系統(tǒng)中逗留的分組數(shù)況，包括正在被服務(wù)的（如果有的話）和正在排隊(duì)等待的（如果有的話）分組；還有一個(gè)參數(shù)是分組在系統(tǒng)中的逗留時(shí)間71，這包括排隊(duì)等待時(shí)向和脤務(wù)時(shí)間。在這些參數(shù)中，A和M分別是分組的平均到達(dá)速率和平均服務(wù)速率，它們應(yīng)該采用相同的度量單位，如分組/秒或bit/s;Ts,Q,Tq,N,T一般都是隨機(jī)變量。
在分組到達(dá)過程為泊松過程的條件下，上述排隊(duì)系統(tǒng)可以得到比較簡(jiǎn)單而明確的分析結(jié)果。

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