III.1 Descripción del simulador SIMUX

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1 ANEXO III Etoro de simulació SIMUX (Simulador IMUX) para evaluar el comportamieto del dispositivo IMUX III. Descripció del simulador SIMUX E este aexo describiremos de maera resumida el fucioamieto del simulador de sistemas IMA que Marcos Postigo Boix, profesor del Departameto de Matemática Aplicada y Telemática de la Uiversidad Politécica de Cataluña, desarrolló durate la realizació de su Proyecto Fial de Carrera, dirigido por el Dr. Joa García Haro [POS98]. El etoro de simulació implemetado es secillo y preseta ua gra flexibilidad debido básicamete al leguaje de programació utilizado, C++. Se trata de u leguaje que permite establecer jerarquías de objetos que puede correspoder a la estructura lógica y las propiedades de los objetos reales. De este modo, cada objeto de simulació está diseñado de forma idepediete (código co el que el simulador cotrola el objeto y los datos asociados) e relació directa co u objeto del sistema real IMA. Cada uo de estos objetos preseta así puertos de etrada y salida que sirve de coexió co el resto de objetos. La herramieta de simulació desarrollada está orietada a evetos. Cada uo de los objetos permaece iactivo, y sólo reaccioa frete a ciertos evetos. Los evetos so gestioados por la cola de evetos ejecutado ua rutia que reactiva de forma apropiada al eveto e cuestió. Las simulacioes parte de los datos itroducidos por el usuario y e base a ellos se crea e iicializa cada uo de los objetos del sistema. Mietras o se alcace la duració total de la simulació, se extrae u eveto de la cola de evetos y se actúa e cosecuecia. Al fializar la simulació, se geera u fichero de resultados estadísticos y se destruye todos los elemetos del sistema. Parámetros de simulació Los parámetros de simulació que el usuario debe elegir so: - Número de fuetes. El sistema permite utilizar fuetes iguales o distitas a multiplexar, pero e las simulacioes realizadas se ha utilizado úicamete ua fuete, correspodiete al elace de alta velocidad de etrada al IMUX. - Tipo de tráfico geerado por las fuetes. Las fuetes permite geerar tres tipos de tráfico: tráfico de Poisso, tráfico O-Off y tráfico de redes resideciales. III-

2 Aexo III: Etoro de simulació SIMUX para evaluar el comportamieto del dispositivo IMUX - Tasa de las fuetes. E el caso de fuete de tráfico de Poisso, se pide la tasa media de llegada de celdas al sistema, λ. - Logitud de la trama IMA. El usuario elige este valor M, que por defecto es de M=28 celdas, como recomieda la especificació IMA del ATM Forum [ATM99]. - Número de caales IMA. La especificació IMA [ATM99] acoseja utilizar u úmero de caales 2 s Capacidad de los caales IMA. Por defecto Mbps. - Capacidad de la memoria del multiplexor IMA. Es la capacidad de la cola de etrada del sistema, medida e celdas. Por defecto hemos utilizado el rago de valores compredido etre 8 y 40 celdas. - Logitud de los elaces IMA, L elace. Por defecto 00 Km. - Velocidad de propagació de los elaces IMA, v propagació. Por ejemplo, para ua fibra óptica, este valor es la velocidad de la luz c dividida por el ídice de refracció de la misma. - Logitud de las colas del demultiplexor. Las colas del dispositivo IMUX e recepció, e el simulador se cosidera suficietemete grades, prácticamete ifiitas. - Duració del periodo trasitorio. Por defecto, este valor es el itervalo equivalete a procesar celdas. - Número de itervalos de simulació. Por defecto, este valor es de 5. - Duració de los itervalos de simulació. Por defecto, este valor equivale a procesar de celdas. - Nombre del fichero de resultados fiales. Cola de Evetos La cola de evetos viee a ser el orgaizador del sistema que determia el orde de ejecució del programa. Cada objeto sabe exactamete e qué istates ha de activarse y se lo comuica al orgaizador itroduciedo evetos e la cola, éstos so ordeados e orde temporal creciete. El orgaizador extrae el primer eveto de la cola, observa a qué objeto correspode y lo activa, esperado a que éste fialice las operacioes correspodietes. Hay dos tipos de evetos: iteros (da lugar a accioes que se produce sólo e el iterior del mismo objeto, como puede ser la geeració de ua celda o su servicio) y evetos de trasferecia de celdas (traspasa las celdas desde el puerto de salida de u objeto al de etrada del objeto siguiete). Objetos que forma el sistema IMA simulado El simulador SIMUX cotiee los siguietes objetos: Fuete, multiplexor IMA, red, demultiplexor IMA, demultiplexor de coexioes y sumidero. Puede verse u esquema e la Figura (III-). - Fuete. Este objeto permite la geeració de tres tipos de tráfico: tráfico de Poisso, tráfico O-Off y tráfico de redes resideciales. Las fucioes desidad de probabilidad y de distribució que caracteriza a cada tipo de tráfico, así como ua descripció y sigificado de III-2

3 Aexo III: Etoro de simulació SIMUX para evaluar el comportamieto del dispositivo IMUX sus parámetros, y la elecció del valor de los mismos, se halla extesamete expuesto e [POS98]. - Multiplexor IMA. Este es el bloque pricipal del sistema IMA. Siguiedo las fucioes que realiza el dispositivo IMUX, este objeto se ecarga de distribuir de forma cíclica las celdas ATM que le llega hacia los distitos elaces de salida, a tasa costate IDCR (IMA Data Cell Rate). A fi de mateer u flujo costate de celdas e todos los elaces, itroduce celdas de relleo o FILLER e el caso de o dispoer de ua celda ATM a su etrada. E caso cotrario e que la tasa de etrada de celdas supere la tasa IDCR, las celdas ATM se almacea e la cola FIFO situada a la etrada. Este objeto tambié ha de teer e cueta la iserció de las celdas ICP para mateer el cotrol del protocolo IMA, y la iserció de las celdas SICP para mateer el sicroismo e el demultiplexor IMA del extremo remoto. E el capítulo 4 de esta tesis, se explica co mucho más detalle el fucioamieto del dispositivo IMUX. El modelo de multiplexor implemetado se muestra e la Figura (III-2). FUENTES SUMIDEROS RED C MULTIPLEXOR INVERSO IMA C DEMULTIPLEXOR INVERSO IMA Figura III-. Esquema geeral del sistema IMA utilizado e el simulador. AT M C FILLER ICP/SICP Figura III-2. Modelo del multiplexor IMA. - Red. El objeto Red simula el efecto de las logitudes de los elaces que coecta el multiplexor IMA co el demultiplexor IMA, simplemete itroduciedo u retardo que III-3

4 Aexo III: Etoro de simulació SIMUX para evaluar el comportamieto del dispositivo IMUX depede de la logitud del elace que el usuario seleccioó, L elace y de la velocidad de propagació de los elaces v propagació (supuestos iguales): L W elace = v elace propagació (III-) - Demultiplexor IMA. Este objeto recibe u flujo de celdas ATM, FILLER, ICP y SICP por los elaces de etrada y los almacea e colas (que hemos supuesto ifiitas). De maera cíclica y a tasa IDCR, va extrayedo las celdas de las colas y segú el tipo de celda que haya seleccioado, actúa de u modo u otro. Puede verse u esquema e la Figura (III-3). AT M C ICP/SICP FILLER Figura III-3. Modelo del demultiplexor IMA. - Demultiplexor de coexioes. Este objeto simplemete direccioa las celdas que llega por su puerto de etrada, hacia el puerto correspodiete de salida segú sea el idicador destio de la coexió de la fuete que la geeró. - Sumidero. Toma estadísticas del tráfico de celdas etrate y elimia las celdas que recibe. Calcula el retardo extremo a extremo que soporta las celdas. Al fializar la simulació, aota los resultados e el fichero de salida de datos. Módulos asociados a cada objeto del simulador del sistema IMA El simulador cotrola cada uo de estos cico objetos mediate cico módulos básicos: Módulo de iiciació, módulo de gestió de etrada de celdas, módulo de gestió de evetos iteros, módulo de estadísticas y módulo de fializació. A cotiuació se describe las accioes propias que cada módulo efectúa sobre los objetos. - Módulo de iiciació. Se ecarga de la creació del objeto: Todas las estructuras de datos ecesarias; objetos de jerarquía iferior que lo compoe e su caso; iicializa la cola de evetos. - Módulo de gestió de etrada de celdas. Los objetos de simulació está uidos etre sí mediate coexioes etre sus puertos. Estas coexioes idica a cada objeto a qué objeto y III-4

5 Aexo III: Etoro de simulació SIMUX para evaluar el comportamieto del dispositivo IMUX a qué puerto está coectados sus puertos de salida. Esta iformació la utiliza el objeto para trasferir ua celda a otro objeto. Para ello, geera u eveto de trasferecia de celdas, e el que se idica la celda que se trasfiere y el objeto y puerto de etrada del objeto destio. Cuado la cola de evetos gestioa u eveto de trasferecia de celdas, el módulo de gestió de etrada de celdas del objeto correspodiete, se ecarga de ejecutar las istruccioes correspodietes. - Módulo de gestió de evetos iteros. Los objetos activos geera evetos iteros que la cola de evetos ecamia al módulo de gestió de evetos iteros del objeto que lo ha geerado, el cual desecadea la serie de accioes adecuadas, como puede ser el servicio de celdas almaceadas e la cola, la geeració de uevas celdas, etc. - Módulo de estadísticas parciales. La duració de la simulació se divide e itervalos. Este módulo es el ecargado de calcular y guardar los resultados parciales de las estadísticas, co la fialidad de poder calcular medias, variazas e itervalos de cofiaza de los parámetros estadísticos de estudio del sistema IMA. Al fial de cada itervalo, el simulador llama al módulo de estadísticas de cada objeto de simulació que realiza medidas de este tipo. Este módulo realiza los cálculos pertietes y los almacea para su posterior utilizació, a partir de las variables (cotadores, acumuladores) que ha ido siedo modificadas a lo largo del itervalo de simulació. Ua vez hecho esto, reiicializa todas las variables estadísticas preparádolas para el siguiete itervalo. Los resultados obteidos e el periodo trasitorio so igorados por este módulo e el cálculo de resultados fiales, ya que o refleja el comportamieto ormal del sistema y su utilizació e las estimacioes fiales alteraría los resultados esperados. - Módulo de fializació. Realiza la escritura de datos e el fichero de resultados estadísticos. Elimia de memoria todas las estructuras de datos que coforma el objeto ua vez la simulació total ha fializado. Para ua descripció más detallada del cojuto de accioes que cada uo de estos cico módulos efectúa sobre cada uo de los cico objetos que coforma el simulador de sistemas IMA, referirse a [POS98]. III.2 Cálculo de Parámetros Estadísticos e las Simulacioes. Itervalos de Cofiaza Geeralmete, la precisió de los resultados que proporcioa la simulació se expresa mediate itervalos de cofiaza sobre los valores medios de dichos resultados. El proceso para el cálculo de los itervalos de cofiaza se describe a cotiuació [GAR95]. Al realizar la estimació de los parámetros estadísticos co u úmero de muestras fiito, se obtiee u valor aleatorio. Si realizamos medidas idepedietes x,x 2,...,x se puede estimar la media m como: III-5

6 Aexo III: Etoro de simulació SIMUX para evaluar el comportamieto del dispositivo IMUX x = x + x x = 2 i= x i (III-2) Para estimar la variaza, se utiliza la variaza ajustada, S 2 : S 2 = ( xi x) i= 2 (III-3) Para calcular el itervalo de cofiaza deberemos obteer u itervalo que cotega la media m co ua determiada probabilidad: Prob [ x k s m x + k s] = α (III-4) dode -α determia el ivel de cofiaza y k es: k t ( ) / 2 = α (III-5) siedo el úmero de muestras utilizadas e la estimació y t -α/2 (-) es la distribució t de Studet co - grados de libertad que se puede ecotrar tabulada [PAL95]. E las simulacioes realizadas se cosideró suficiete obteer cico muestras por simulació (ua por itervalo de simulació) para la estimació de los parámetros estadísticos. Para obteer u ivel de cofiaza del 95%, k tiee u valor de.242, por lo que el itervalo de cofiaza será: x ±.242 i i= i= ( xi x) 2 (III-6) E las Figuras (III-4) a (III-8) vemos represetados los valores de la probabilidad de pérdida de celdas que se obtiee e el simulador SIMUX e fució del tamaño del buffer, para valores de la carga por elace 0.5 ρ 0.9, así como sus itervalos de cofiaza al 95%. Puede observarse que sólo idicamos los valores para 0-6. Para estimar el para valores iferiores a 0-6 co ua cofiaza estadística razoable, sería ecesario simular más de 0 7 celdas estadísticamete idepedietes, hecho que empezaría a ser computacioalmete muy costoso. Para alcazar valores simulados del de orde muy pequeño ( 0-2 ), sería ecesario itroducir técicas de aceleració del tiempo de ejecució para la simulació de evetos raros, como es por ejemplo, el método de simulació RESTART (REpetitive Simulatio Trials After Reachig Thresholds) [VIL9]. Fialmete, es ecesario idicar que el programa ha sido verificado comprobado y cotrastado su operació co la ormativa IMA del ATM Forum itroduciedo coveietemete trazas e el simulador. Asimismo, se ha validado su fucioamieto a través III-6

7 Aexo III: Etoro de simulació SIMUX para evaluar el comportamieto del dispositivo IMUX de casos triviales y comparado co datos procedetes de iformació que proporcioa alguos fabricates. (), carga=0, , 0,0 0,00 0,000 0,0000 0, caales 3 caales 4 caales 6 caales 7 caales 8 caales Figura III-4. Itervalos de cofiaza del 95% para el e fució de la cola. Carga=0.5. (), carga=0, ,0 0,00 0,000 0,0000 0, caales 3 caales 4 caales 6 caales 7 caales 8 caales Figura III-5. Itervalos de cofiaza del 95% para el e fució de la cola. Carga=0.6. III-7

8 Aexo III: Etoro de simulació SIMUX para evaluar el comportamieto del dispositivo IMUX () carga=0, ,E-02,E-03,E-04,E-05,E-06 2 caales 3 caales 4 caales 5 caales 6 caales 7 caales 8 caales Figura III-6. Itervalos de cofiaza del 95% para el e fució de la cola. Carga=0.7. () carga=0, , 0,0 0,00 0,000 0,0000 0, caales 3 caales 4 caales 5 caales 6 caales 7 caales 8 caales Figura III-7. Itervalos de cofiaza del 95% para el e fució de la cola. Carga=0.8. III-8

9 Aexo III: Etoro de simulació SIMUX para evaluar el comportamieto del dispositivo IMUX e fució del (Carga 0,9) , 0,0 0,00 0,000 0, caales 3 caales 4 caales 5 caales 6 caales 7 caales 8 caales Figura III-8. Itervalos de cofiaza del 95% para el e fució de la cola. Carga=0.9. III-9