RETI DI TELECOMUNICAZIONE

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1 RETI DI TELECOMUNICAZIONE Analisi prestazioni protocolli Allocazione statica Confronto ritardo temporale multiplazione FDM e TDM Ipotesi Numero stazioni: N Capacità canale: C bps Lunghezza coda: infinita Distribuzione esponenziale degli arrivi e della lunghezza dei frame Frequenza media arrivo frame: N λ frame/s (distribuzione di Poisson) Lunghezza media frame: 1/µ bit Analisi prestazioni protocolli 2 1

2 Aloha puro Le stazioni trasmettono non appena hanno un frame pronto da inviare Si accorgono della collisione ascoltando il canale L abbassamento del throughput è dovuto alle ritrasmissioni necessarie affinché non si abbia collisione Ipotesi: Numero infinito di stazioni Capacità canale: C bps Lunghezza trame costante: L f Canale immune da errore Frequenza media arrivo frame: G frame/s (distribuzione di Poisson) Dato un tempo di osservazione τ Analisi prestazioni protocolli 3 Aloha puro Imponendo τ pari al tempo di trasmissione di una trama sarà Il throughput sarà dato da ma Analisi prestazioni protocolli 4 2

3 Aloha puro Periodo di vulnerabilità 2τ Analisi prestazioni protocolli 5 Aloha puro Analisi prestazioni protocolli 6 3

4 Aloha a slot Il tempo è suddiviso in intervalli della durata di uno slot Le trasmissioni di tutte le stazioni sono sincronizzate con l inizio di un nuovo slot Il periodo di vulnerabilità si riduce a τ Analisi prestazioni protocolli 7 Carrier Sense Multiple Access (CSMA) 1 persistente La stazione, quando ha un frame da inviare, ascolta il canale e si astiene dalla trasmissione finchè rileva la presenza della portante (qualche altra stazione sta trasmettendo) Appena rileva il canale libero comincia la trasmissione del frame Le collisioni si possono avere a causa del tempo di propagazione del segnale Carrier Sense Multiple Access (CSMA) non persistente A differenza del caso 1 persistente, se il canale è occupato la stazione aspetterà un tempo casuale prima di rimonitorarne lo stato Carrier Sense Multiple Access (CSMA) p persistente Il canale si suppone slottato in periodi di durata fissa La trasmissione di una trama può cominciare solo in corrispondenza dell istante iniziale di uno slot La stazione, quando ha un frame da inviare, ascolta il canale e attende il primo slot libero: in questo caso inizierà la trasmissione con probabilità p e con probabilità 1-p attenderà il prossimo slot (continuando a monitorare il canale) Carrier Sense Multiple Access con Collision Detection (CSMA-CD) Le stazioni trasmittenti monitorano il canale ed in caso di collisione si astengono dal continuare la trasmissione Analisi prestazioni protocolli 8 4

5 Prestazioni CSMA 1-persistente Ipotesi: Tempo massimo per rilevare la collisione: 2τ Capacità canale: C bps Lunghezza trame costante: L f Canale immune da errore Probabilità che ogni stazione abbia qualcosa da trasmettere per ogni slot: p Probabilità che una sola stazione trasmetta in uno slot Possiamo massimizzare A agendo sulla probabilità p Analisi prestazioni protocolli 9 Prestazioni CSMA 1-persistente Analisi prestazioni protocolli 10 5

6 Prestazioni CSMA 1-persistente Valore atteso del numero di slot da attendere prima di poter avviare una trasmissione Analisi prestazioni protocolli 11 Prestazioni CSMA 1-persistente Tempo medio necessario prima di poter ottenere il canale libero Utilizzazione Analisi prestazioni protocolli 12 6

7 Token passing L assenza di contesa viene garantita dalla presenza di un gettone (token) che permette alla stazione che lo possiede di accedere al mezzo Ogni stazione quando entra in possesso del token può tenerlo per un certo periodo di tempo durante il quale trasmettere frame verso le altre stazioni Allo scadere di un time-out o quando non si hanno più frame da trasmettere il token viene consegnato alla stazione successiva secondo un anello fisico o logico Token ring Anello fisico Stazioni collegate attraverso una molteplicità di collegamenti punto-punto che formano un anello Token bus Anello logico Accede al bus solo la stazione che possiede l anello Analisi prestazioni protocolli 13 Utilizzazione Token Ring A seconda della relazione fra tempo di propagazione e trasmissione del frame (e token) possiamo distinguere due casi Ipotesi tempo trasmissione token nullo Analisi prestazioni protocolli 14 7

8 Utilizzazione Token Ring Analisi prestazioni protocolli 15 Confronto CSMA/CD - Token Passing p=0.1 per il CSMA/CD Analisi prestazioni protocolli 16 8

9 Confronto CSMA/CD - Token Passing p ottimo per il CSMA/CD Analisi prestazioni protocolli 17 Confronto CSMA/CD - Token Passing Analisi prestazioni protocolli 18 9

10 DLL Prestazioni protocollo Stop&Wait Siano t I tempo di trasmissione di un frame t out tempo di time-out, dato dalla somma t p tempo di propagazione frame t proc tempo di elaborazione t s tempo di trasmissione ack t p tempo di propagazione ack Per assicurare una trasmissione continua in assenza di errori si pone il time-out pari a Trascurando i tempi di elaborazione e assumendo che il ricevitore possa aver appena iniziato la trasmissione di una trama Il tempo totale che intercorre fra la trasmissione di due trame sarà allora Analisi prestazioni protocolli 19 DLL Prestazioni protocollo Stop&Wait Considerando il fattore in assenza di errori il massimo throghput espresso in termini di trame al secondo sarà Considerando la probabilità d errore sarà la probabilità di avere n ritrasmissioni dove p è la probabilità d errore su una trama Analisi prestazioni protocolli 20 10

11 DLL Prestazioni protocollo Stop&Wait In questo caso il tempo medio fra due trasmissioni successive sarà E il rate massimo in termini di trame/secondo diviene Il coefficiente di utilizzazione sarà Analisi prestazioni protocolli 21 DLL Prestazioni protocollo Stop&Wait In termini di bit al secondo, considerando la trama costituita da un certo numero di bit di header e di campo informativo sarà, la capacità del link Il throughput netto sulla linea e l utilizzazione dle canale pari a Analisi prestazioni protocolli 22 11

12 DLL Prestazioni protocollo go-back back-n con finestra infinita Essendo la finestra infinita per la trasmissione del successivo frame non si aspetta l ack In presenza d errore possiamo assumere che il tempo di trasmissione fra due frame consecutive corrette sarà ricordando che sarà Analisi prestazioni protocolli 23 Da cui il rate massimo DLL Prestazioni protocollo go-back back-n con finestra infinita Il massimo coefficiente di utilizzazione E in termini di bit/secondo netti il rate, il througput e l utilizzazione saranno Analisi prestazioni protocolli 24 12

13 DLL Prestazioni protocollo selective-repeat con finestra infinita Il numero medio di ritrasmissioni per ricevere una trama corretta sarà Il tempo medio di trasmissione di una trama sarà quindi Da cui si può ricavare il throughput e la relativa utilizzazione Analisi prestazioni protocolli 25 DLL Prestazioni protocollo selective-repeat con finestra infinita Ancora una volta in termini di bit/secondo sarà Analisi prestazioni protocolli 26 13

14 DLL Confronto prestazioni protocolli C=48 kbit/s, t p = 350ms, p b = 10-5, l h = 48 bit derivando le espressioni rispetto a l I si può trovare la lunghezza ottima Analisi prestazioni protocolli 27 14