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09/07/10 Presentation 1
Modelo de red interconexiónbasado en enlace
Máster en Ciencia e Ingeniería ComputacionalUniversitat Autònoma de Barcelona
CAOS - ETSEDirector: Dr. Daniel
Franco Alex Ramón Gómez Vera
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Modelo de red LbasedIntroducción
Marco teórico
Análisis y Diseño
Resultados
● Introducción● Motivación● ObjetivoConclusiones
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Introducción
● Hay muchas aplicaciones que requieren mucha capacidad de cómputo, como por ejemplo, las simulaciones de dinámica de fluidos, las simulaciones de ecosistemas y simulaciones de energía nuclear
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Introducción
● En Junio de 2010, se publico que el computador más rápido es el Jaguar, que llega a 1.75 Flops.
● Tiene más de 224000 cores.
● Utiliza una red de de interconexión de altas prestaciones.
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Introducción
● Tanto en el número 1, como en cualquier computador paralelo masivo, la red de interconexión juega un papel crítico.
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Introducción
● Se requiere hacer un modelo de simulación que permita hacer predicciones, tener un entorno controlado para hacer pruebas y mejorar el conocimiento del sistema.
● Un modelo es una abstracción del sistema.
Modelo
Obser-vador
SistemaReal
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Motivación
● Un modelo de simulación ayuda a predecir el rendimiento y a comparar entre diferentes alternativas de diseño.
● Proporciona un método más simple de solución cuando los procedimientos matemáticos son complejos o díficiles.
● Ayuda en el procesos de innovación, ya que permite al experimentador observar y jugar con el sistema.
● Generalmente es más barato mejorar el sistema via simulación que hacerlo en el sistema real.
● No es necesario interrumpir las operaciones de la compañia.
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Objetivo
Las redes de interconexión pueden ser representadas con un modelo que tenga en cuenta algunas de sus variables de estado, se puede optar por diseñar un modelo de simulación que sea muy simple y rápido, o uno muy preciso y lento.
● Diseñar e implementar un modelo que represente el comportamiento dinámico de la red interconexión.
● Implementar un modelo de simulación que tenga en cuenta la topologia y el enrutamiento de la red de interconexión, que sea preciso y rápido.
● Poder observar los choques producidos por los paquetes que intenten usar un mismo enlace dentro de un intervalo de tiempo dado.
Entre más simple sea un modelo, más rápida será su ejecución, pero también se aumentará el error.
● Obtener un buen compromiso entre velocidad y precisión.
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Modelo de red Lbased
● Sistemas, modelos y simulación● Redes de interconexión● Modelos de redes de interconexión● Modelo de red basado en destino
(DBModel)
Introducción
Marco Teórico
Análisis y Diseño
Resultados
Conclusiones
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Modelo de red Lbased
● Sistemas, modelos y simulación● Redes de interconexión● Modelos de redes de interconexión● Modelo de red basado en destino
(DBModel)
Introducción
Marco Teórico
Análisis y Diseño
Resultados
Conclusiones
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Sistemas, Modelos y Simulación
SISTEMA● Un sistema es
definido como una colección de entidades que interactuan entre si para el logro de un determinado fin.
Law & Kelton, “Simulation Modeling and Analysis”, 2003
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Sistemas, Modelos y Simulación
MODELOS● Los modelos son una
abstracción del sistema real para ayudar a entender como funciona.
Law & Kelton, “Simulation Modeling and Analysis”, 2003
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Sistemas, Modelos y Simulación
SIMULACIÓN
● Estático vs Dinámico
● Estocástico vs Determinístico
● Continuo vs Discreto
● Los modelos de simulación más ́ampliamente usados en redes son discretos, dinámicos y estocásticos, y normalmente son llamados como modelos de simulaci ón de evento discreto o por su siglas en íngles DES–Discrete-Event Simulation.
* Tomado de Clase CSE 2008-2009
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Sistemas, Modelos y Simulación
SIMULACIÓN DE EVENTO DISCRETO
● Determinar las metas y objetivos.
● Construir un modelo conceptual.
● Convertirlo en un especificación del modelo.
● Convertirlo en un modelo computacional.
● Verificación.
● Validación.
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15Presentation09/07/10
Modelo de red Lbased
● Sistemas, modelos y simulación● Redes de interconexión● Modelos de redes de interconexión● Modelo de red basado en destino
(DBModel)
Introducción
Marco Teórico
Análisis y Diseño
Resultados
Conclusiones
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Redes de interconexión
TOPOLOGÍAS DE RED● Redes de medio
compartido● Redes directas● Redes indirectas
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Redes de interconexión
TÉCNICAS DE CONMUTACIÓN
● Conmutación VCT● Conmutación Store
and Forward● Conmutación
Wormhole.
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Redes de interconexión
TÉCNICAS DE CONMUTACIÓN
● Conmutación VCT● Conmutación Store
and Forward● Conmutación
Wormhole.
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19Presentation09/07/10
Modelo de red Lbased
● Sistemas, modelos y simulación● Redes de interconexión● Modelos de redes de interconexión● Modelo de red basado en destino
(DBModel)
Introducción
Marco Teórico
Análisis y Diseño
Resultados
Conclusiones
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Modelos de redes de interconexión
● Espacio de diseño de los modelos de redes de interconexión
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Modelos de redes de interconexión
GLOBAL● Step ● Average
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Modelos de redes de interconexión
BASADO EN DESTINO
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Modelo de red Lbased
● Análisis del modelo de red basado en destino (DBModel)
● Diseño del modelo basado en enlace (LBModel)
Introducción
Marco Teórico
Análisis y Diseño
Resultados
Conclusiones
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24Presentation09/07/10
Modelo de red Lbased
● Análisis del modelo de red basado en destino (DBModel)
● Diseño del modelo basado en enlace (LBModel)
Introducción
Marco Teórico
Análisis y Diseño
Resultados
Conclusiones
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Análisis del DBModel
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Análisis del DBModel
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Análisis del DBModel
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Análisis del DBModel
PROCEDIMIENTO DBMODEL● Identificar el nodo destino● Calcular la distribución de arribo incluyendo el
paquete nuevo.● Calcular la contención Φ para la cola de destino
correspondiente.
[i−1]=[i−2] f [i−1]−QNpks
∀ i0, y0
[ i−1]=0 ∀0
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Análisis del DBModel
PROCEDIMIENTO DBMODEL● Calcular la latencia para el i-ésimo paquete.
Lat [ i ]= f Netcomp N [i ]QueueDynamics [i−1]
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30Presentation09/07/10
Modelo de red Lbased
● Análisis del modelo de red basado en destino (DBModel)
● Diseño del modelo basado en enlace (LBModel)
Introducción
Marco Teórico
Análisis y Diseño
Resultados
Conclusiones
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Diseño del LBModel
● Notación de los enlaces
El número de enlace esdado por numero de nodo,
agregando al final los dos bits correspondientes.Ej: 0001 11, el número de link seria 8.
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Diseño del LBModel
TABLA DE TOPOLOGIA● Se tiene el nodo
Origen y el enlace, y se busca el nodo Destino.
.
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Diseño del LBModel
ALGORITMO DE ENRUTAMIENTO XY
● El paquete irá primero por el eje X y luego por el eje Y.
.
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09/07/10 Presentation 34
Diseño del LBModel
TABLA DE ENRUTAMIENTO● Se tiene el nodo Origen y
el nodo Destino, y se busca el enlace.
.
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09/07/10 Presentation 35
Diseño del LBModel
PROCEDIMIENTO PARA LISTADO DE ENLACES
● Entradas: src, dst.
● Consultar routing table[src][dst]-->link
● Agregar link al link-list
● Consultar topology table[link][dst]-->srctmp
● Iterar hasta que src=srctmp
● Salida: Link-list
(list STL)
.
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09/07/10 Presentation 36
Diseño del LBModel
APROXIMACIÓN AL MODELO
● Pkt1:=links[5,22,26]● Pkt2:=links[18,22]● Pkt3:=links[22,26,29]
● Cada link maneja un cola independiente.
.
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09/07/10 Presentation 37
Diseño del LBModel
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09/07/10 Presentation 38
Diseño del LBModel
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09/07/10 Presentation 39
Diseño del LBModel
● Pkt1, tendrá distintas contenciones en cada uno de sus links.
● Igual para Pkt2 y Pkt3.
Cual contención se debe considerar?
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Diseño del LBModel
LatenciaPk=F Lat link i , .. , Lat link n
LatenciaPk= f N F link i, .. ,link n
LatenciaPk= f N max link i, .. ,link n
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Diseño del LBModel
PROCEDIMIENTO LBMODEL● Identificar los links por los que pasa el paquete.● Calcular la distribución de arribo para cada link,
incluyendo el paquete nuevo.● Calcular la contencion Φ para cada cola de link
correspondiente.
.
[i−1]=[i−2] f [i−1]−QNpks
∀ i0, y0
[ i−1]=0 ∀0
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09/07/10 Presentation 42
Diseño del LBModel
● Calcular la contención máxima entre los links por los que pasa el paquete
● Calcular la latencia para el i-ésimo paquete
Lat [i ]= f NetcompN [ i ]QueueDynamics [ i−1]
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Modelo de red Lbased
● Comparación con el modelo DbasedIntroducción
Marco Teórico
Metodología
Resultados
Conclusiones
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09/07/10 Presentation 44
Resultados
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
Dbased vs Lbased
Dbased LATLbased LAT
Dest Node
La
ten
cy [u
s]
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Resultados
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Resultados
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09/07/10 Presentation 47
Resultados
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09/07/10 Presentation 48
Resultados
● Con una traza de 700.000 paquetes, DBModel tarda 147 seg y LBModel 574 seg.
● LBModel es 3.9 veces más lento que el DBModel, pero es más rápido que Opnet.
● LBModel detecta los choques en los links, lo que lo hace más preciso que el DBModel
LBModel
DBModel
Average
Step
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Velocidad
Tiempo [Número de veces]
Mod
elos
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49Presentation09/07/10
Modelo de red Lbased
● En este trabajo, se han estudiado algunos modelos de redes de interconexión y se ha hecho el diseño e implementación del modelo basado en enlace LBModel.
● Por lo visto, durante el estudio de los modelos existentes, Step, Average y Dbased, la velocidad y precisión son antagónicas, es decir, que si se aumenta en velocidad, se disminuye en precisión y viceversa.
● Cuando se compara con el DBModel, se ve que cuando los paquetes comparten el mismo enlace pero no el mismo destino, elLBModel hace la detección y generar una contención en el enlace
● Se cumple el compromiso entre velocidad y precisión, ya que el LBModel es más preciso qu el DBModel y más rápido que Opnet.
Introducción
Marco Teórico
Metodología
Resultados
Conclusiones
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Gracias!