The Design of bag-3 realtime light-weight transport and session protocols

Bağ-3 gerçek zamanlı yüksek hızlı ulaşım ve oturum protokolleri tasarımı

Tez No: 66439
Yazar: SERDAR SOYSAL
Danışmanlar: DOÇ. DR. MEHMET BÜLENT ÖRENCİK
Tez Türü: Yüksek Lisans
Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Computer Engineering and Computer Science and Control
Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
Yıl: 1997
Dil: İngilizce
Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
Ana Bilim Dalı: Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
Sayfa Sayısı: 216

Özet

ÖZET BAĞ3 Projesi Gerçek zamanlı sistemleri yöneten bilgisayarlar, sistem durum geçişlerine belli bazı zaman kısıtlarına uyarak tepki vermek zorundadır. Uçuş denetim sistemleri, raylı ulaşıma yönelik işaretleşme sistemleri, telefon santrallan, fabrika üretim hatları, çok ortamlı bazı uygulamalar bu tip^^^^^^aash^sî&s^^^in örnek gösterilebilir. Yukardaki uygulamalarda yanıt süresinin belirlenmiş bir zaman kısıtını sağlayamaması hoş görülemez. Böyle sistemlerde bir de sistemi yöneten bilgisayar gevşek bağlı işlemcilerden oluşuyorsa işlemciler arası iletişim ağı sistemin en can alıcı bileşeni olarak ortaya çıkar. Bu nedenle dağılmış gerçek zamanlı sistemlerde iletişim ağının yol açtığı gecikme için deterministik bir üst sınır belirlenebilmelidir. İşlemciler arası iletişim ağ terminolojisinin diğer bir önemli kavramı da hiyerarşidir. Hiyerarşik ağlar, birbirleriyle yakından ilişkili olan görevler arasındaki iletişimin bağıl olarak daha az gecikmeli bağlantılar üzerinden yapılmasını kotanr. Ağdaki görevler arasındaki ilişki ile iletişim gecikmesi arasındaki bağımlılığı, ölçeklenebilir ağ tasarımı için anahtar etken olarak kabul edebiliriz. BAG3 projesi, gerçek zamanlı iletişim ağlan konusunda yukarıda belirtilen durumlara çözüm üretmek amacını güden bir gerçek zamanlı iletişim protokolü prototipidir. BAĞS'ün amaçlan şöyle sıralanabilir:.Gerçek zamanlı sistemlerin isterlerini karşılamak (deterministik ağ).Hiyerarşik endüstriyel sistemlerin isterlerini karşılamak (ölçeklenebilir - scalable - ağ).Özellikle fabrika ortamındaki işlemler için elzem olan yüksek gürültü bağışıklığı sağlamak (optik ağ).Geliştirme ve dokümantasyon kolaylığı sağlamak (katmanlı - layered - yapı) BAĞ3 projesi, bu amaçlara yönelik şekilde 1.1.1993 tarihinde başlatılmış ve 1.9.1996 tarihinde sonlandmlmıştır. Bu sürede literatürdeki benzer protokoller üzerinde araştırmalar yapılmış ve katmanlann tasarımlan tamamlanmıştır. Projede elde edilen sonuçlardan yola çıkılarak yapılan çalışmalar İTÜ Elektrik Elektronik Fakültesi bünyesindeki Bilgisayar Ağlan laboratuvannda sürmektedir. BAG3 projesindeki iletişim birimleri deterministik (gerçek zaman desteği veren), hiyerarşik, optik ve katmanlardan oluşan yapılanyla göze çarpmaktadırlar. Hiyerarşik ağlar arasındaki ağ geçişleri için yönlendiriciler mevcuttur. Bunların xiidonanımı hazırlanmış ve yazılımları tamamlanmıştır. Ayrıca iletişim hizmeti verilen gerçek zamanlı görevler için bir erişim arayüzü de tasarlanmıştır. BAG3 Projesinde gerçeklenen hiyerarşik ağ yapısı Şekil l'de verilmiştir. Şekilde hiyerarşinin en üst halkasını bir FDDI omurgası oluşturmaktadır. Bu halkada ağlar arasında geçiş görevini üstlenmiş r tane yönlendirici bulunmaktadır. Her FDDI halkasında t adet iletişim birimi (CU-Communication Unit) bulunmaktadır. C"^^^ FDDI düzey n İş adet FDDI dfeey I halkalı küme R : yönlendirici CU: iletişim birimi Şekil 1. BAĞ3 Projesinin hiyerarşik ağ yapısı. İletişim birimlerinde (CU) kullanılan protokol katmanlı bir yapıya sahiptir. Açık sistem arabağlaşım (Öpen System Interconnection - OSI) modeli ile karşılaştırıldığında BAG3 projesi Ağ Hizmet Katmanı (Network Service Layer), Ulaşım Katmanı (Transport Layer ve Oturum Katmanı'ndan (Session Layer) oluşur. Bu çalışmada B AĞ3 protokolünün Ulaşım ve Oturum Katmanları tasarlanmıştır. Ulaşım Katmanı Fiber Optik ve VLSI teknolojilerinin gelişmesi, daha yüksek iletişim kapasiteleri sağlayan ve daha düşük hata oranlarını yakalayan ağların geliştirilmesine fırsat vermiştir. Bant genişliğindeki artış da iletişim hızım oldukça yükseltmiştir. Ancak mevcut protokol yazılımlarının gelen veri paketlerini işleme hızı donanımın gelişme hızının gerisinde kalmıştır. Bu sebeple mevcut protokollerin iyileştirilmesi çabalarının yamsıra, yüksek bant genişliklerine ve iletişim hızına uyum sağlayabilecek yeni protokoller de geliştirilmeye başlanmıştır. BAG3 Ulaşım xiiiKatmanı da, yeni yüksek hızlı iletişim ortamlarından FDDI ortamını en iyi ve en verimli şekilde kullanabilecek bir protokol olarak tasarlanmıştır. Ulaşım Katmanı tasarlanırken, yüksek hızlı çalışma ortamları için tasarlanmış diğer Ulaşım Katmanı örnekleri üzerinde çalışılmıştır. İşlem hızını arttırmak için çeşitli protokoller farklı çözümler sunmuşlardır. BAG3 Ulaşım Katmanı için bu farklı çözümlerin göze çarpan özellikleri biraraya toplanmış, zayıf kalan yönleri için yeni çözümler üretilmiş ve standart bir Ulaşım Katmanı'nın yapısı gözönünde tutularak tasarım tamamlanmıştır. BAĞ3 Ulaşım Katmam bağlantıya dayalı çalışır. İletişim çift yönlü bağlantılar üzerinden sağlanır. Her ulaşım bağlantısının belli bir servis kalitesi vardır ve bu servis kalitesi Oturum Katmanı tarafından belirlenir. Belirlenen servis kalitesi ile bağlantı kurulmadan önce Ulaşım Katmanı önce ağda istenilen servis kalitesinin sağlanıp sağlanamayacağını ölçer. Eğer servis kalitesi sağlanabiliyorsa bağlantıyı kurar. Eğer servis kalitesi sağlanamıyorsa bağlantı kurma girişiminde bulunmaz. Böylece karşı taraftaki Ulaşım ve Oturum katmanlarının çalışmaları gereksiz yere bölünmemiş olur. Yüksek hızlı iletişim ortamını (FDDI) en iyi ve en verimli şekilde kullanabilmek için Ulaşım Katmanı'nın çalışması mümkün olduğunca basit tutulmuştur. Bunun için atılan en önemli adım Ulaşım Katmanı'nın kullandığı bütün veri yapılarının standartlaştırılması olmuştur. Örneğin veri aktarım birimi (Transport Protocol Data Unit-TPDU) için tek bir yapı belirlenmiş ve her durum için bu standart TPDU yapısı kullanılmıştır. Bazı durumlarda hızı arttırmak uğruna bant genişliğinden fedakarlık bile yapılmıştır. Bütün bu seçimler, günümüzde iletişim hızını sınırlayan asıl faktörün protokol gecikmeleri olduğu gözönünde tutularak yapılmıştır. İletişim protokollerinde protokol gecikmesi alıcı tarafta daha fazla hissedilmektedir. Ulaşım Katmanı'nın göze çarpan diğer bir özelliği de alıcı taraftaki protokol işlemlerinin en aza indirilmiş olmasıdır. Örneğin alındı bilgisi gönderilmesi işlemini tamamen gönderici taraf yüklenmiştir. Alındı bilgisi gerektiğinde gönderici taraf alıcı tarafa bir sinyal gönderir. Bu sinyale alan alıcı taraf gerekli bilgiyi iletir. Böylece alıcı tarafın denetim bilgisi akışı için bir zamanlayıcı tutmasına yada başka bir yapıya gerek kalmamıştır. BAG3 iletişim protokolünün en önemli özelliklerinden birisi de gerçek zamanlı iletişimi sağlamasıdır. BAĞ3 protokolünü oluşturan katmanlardan Ağ Hizmet Katmanı datagram tipi çalışmaktadır. Oturum Katmanı ise kullanıcı görevlerden gelecek iletişim isteklerini düzenleyip Ulaşım Katmanı aracılığıyla yerine getirmekle yükümlüdür. Bu durumda gerçek zamanlı iletişimin kotarılması için en büyük sorumluluk Ulaşım Katmanı'na düşmektedir. Bu sebeple BAĞ3 Ulaşım Katmanı geliştirilirken gerçek zamanlı iletişim konusu üzerinde özenle durulmuştur. Gerçek zamanlı iletişimi kotarmak için yeni bir yöntem geliştirilmiştir. Bu yöntemde Oturum Katmam'ndan gelen her veri aktarım isteği için bir en kötü durum analizi yapılmaktadır. Bu analizin sonucuna göre de veri Ağ Hizmet Katmanı'nın sunduğu çeşitli hızdaki kuyruklardan en uygunu ile gönderilir. Kuyruk seçimi yapılırken, en kötü durum hesaplaması yapıldığı belirtilmişti. Ancak Ulaşım Katmanı aynı anda xiviletişim maliyetinin de an aza indirme amacındadır. Bu durumda Oturum Katmam'ndan gelen her veri, gerçek zaman isterini tehlikeye sokmayacak şekilde, mümkün olabilen en yavaş kuyruktan gönderilir. Gelen her veri paketi için bu işlem yapıldığından Ulaşım Katmanı adaptif olarak maliyet optimizasyonu da yapabilmektedir. Oturum Katmanı Oturum Katmanı BAĞ3 iletişim protokolünün 5.katmanıdır. Temel amacı kullanıcı görevlerinden gelecek olan iletişim isteklerini, hatasız bir iletişim ortamı sunan Ulaşım Katmanı'm kullanarak kotarmaktır. Oturum Katmanı iletişim yapısı olarak mantıksal bir veri aktarım kanalı olan bağlan kullanır. Oturum Katmanı tasarlanırken tıpkı Ulaşım Katmanı gibi gerçek zamanlı ve yüksek hızlı iletişimi destekleyecek yapıda olmasına özen gösterilmiştir. Oturum Katmam'nın istek-yanıt tipinde çalışmasına karar verilmiştir. Bu durumda Oturum Katmanı sadece üst katmandan gelecek ilkel bazındaki isteklere yanıt verecektir. Bir istek gelmedikçe üst katmana hiçbir mesaj göndermeyecektir. Bu şekilde Oturum Katmam'nın kullanımı standartlaştınlmış ve basitleştirilmiştir. Oturum Katmanı bir bakıma BAĞ2 Gerçek Zamanlı Dağıtılmış işletim Sistemi ile BAĞ3 arasındaki arabirimi oluşturduğundan tasarımda BAĞ2 işletim sisteminin ihtiyaçları ön planda tutulmuştur. Ancak BAĞ2 ve BAĞ3 projelerinin farklı ortamlarda geliştirilmiş olmaları sebebiyle Oturum Katmanı BAG2 ile direk iletişimde bulunamaz. Bu iletişimi kotarmak için bir arabirime ihtiyaç vardır. Oturum Katmanı Temsilcisi (Session Layer Agents) adı verilen bu arabirimin tasarımı diğer bir çalışmanın konusudur. Oturum Katmanı'na bütün istekleri Oturum Katmam Temsilcileri ileteceklerdir. Bu istekleri iletmek için bellekte bir parametre alanı alacak ve bu parametre alanının adresini bir istek numarası ile birlikte Oturum Katmanı'na göndereceklerdir. Oturum Katmanı da çalışması boyunca bu parametre alanındaki alanları güncelleyecektir. Temsilciler, bu alan sayesinde Oturum Katmanı'nın çalışmasını izleyebileceklerdir. Oturum Katmanı tarafından sunulan bağlar hakkında sistem çapında bilgi tutulmaktadır. Bu bilginin tutarlı ve güncel olması gerekmektedir. Diğer bir gereksinim de bağlara karşılık düşen ulaşım bağlantılarının açılıp kapatılmasında oluşabilecek yarışma durumlarının önlenmesidir. Bu iki gereksinim için sistemde bir Oturum Sunucusu (Session Server) bulunmaktadır. Bu sunucu bağlar hakkında sistem çapında gerekli bilgileri tutar. Bağlar üzerinde yapılan her işlemde sunucuya haber verilir. Bu şekilde sistem çapında bağ bilgilerinin tutarlılığı sağlanmış olur. Ayrıca bir bağa ilişkin ulaşım bağlantıları açılacağı yada kapatılacağı zaman istek sunucuya bildirilir. Sunucu da bu işlemi yönetir. Bu şekilde yarışma durumları önlenmiş olur. Sistem açıldığında her Oturum Katmanı Oturum Sunucusu ile iletişim için özel bir ulaşım bağlantısı kurar ve sistem kapatılana kadar bu ulaşım bağlantısını açık tutar. XVOturum Katmanı'nın en önemli özelliklerinden birisi bağların askıya alınmasına olanak sağlamasıdır. Dağıtılmış sistemlerde yük dengeleme ve görev göç ^ettirme çok önemlidir. BAĞ2 işletim sistemi de bu desteği vermektedir. BAĞ3 Oturum Katmanı da görev göç ettirmeye destek vermek için yaratılan bağın ucunun askıya alınmasına izin vermektedir. Bağ askıya alındığında üzerindeki tüm aktivite geçici olarak durur. Bir görev göç edeceği zaman Oturum Katmanı'na bir mesaj göndererek bağın ucunun askıya alınmasını ister. Oturum Katmanı bunun üzerine bağla ilgili ulaşım bağlantılarını kapatır ve bağın ucunu askıya alır. Görev göç ettikten sonra yeni konumunda bağın ucunu askıdan indirmek için Oturum Katmam'ndan istekte bulunur. Oturum Katmanı da gerekli ulaşım bağlantılarını kurar ve bağın ucunu askıdan indirir. Böylece görev, kullandığı iletişim kanalları (bağlar) ile birlikte göçetmiş olur. Bağlar üzerinde çift yönlü iletişim sağlanmaktadır. Ancak belirli bir yönde aynı anda sadece bir tane iletişim isteği aktif olabilir. Bunun sebebi Oturum Katmanı'nın tamponlama yapmaması ve sürekli karşılık verilmeyen iletişim isteklerinde bulunan görevlerin iletişim protokolünü gereksiz yere rahatsız etmelerinin önlenmesidir. Bir bağ üzerinde iletişimin gerçekleşebilmesi için bir ucun gönderme ilkeli diğer ucun da alma ilkeli işletmesi gerekmektedir. Gönderme ve alma ilkelleri eşleştirildiğinde fiziksel veri akışı başlatılır. Oturum Katmanı'nın diğer bir görevi de senkronizasyon noktalan kullanarak aktanlan verilerin takibini yapmaktır. Bu iş için iki tip _ senkronizasyon noktası kullanılır: Birincil ve ikincil senkronizasyon noktalan. BAĞ3 iletişim protokolünde Oturum Katmanı ve Ulaşım Katmanı yapılan sayesinde, senkronizasyon noktalan otomatik olarak sağlanmaktadır. Yukanda bir bağ üzerinde aynı anda sadece bir tane iletişim isteğine izin verildiği belirtilmişti. Dolayısıyla yeni bir iletişim isteği başladığında bir önceki isteğin başanyla tamamlandığı kesindir. Buna dayanarak, bir bağ üzerinde alınan her yeni iletişim isteği (veri gönderme isteği) bir birincil senkronizasyon noktası olarak alınmıştır. Veri aktaranının herhangi bir sebeple başansızlıkla kesilmesi halinde Ulaşım Katmanı gönderilmesi istenen verinin ne kadarının karşı tarafa başanyla ulaştığını bir parametre olarak Oturum Katmanı'na bildirir. Haliyle Oturum Katmanı iletişimi tekrar kurmayı denediğinde verinin neresinden iletişimi başlatacağını bilir. Ulaşım Katmanı'nın bildirdiği bu parametreler de ikincil senkronizasyon noktası olarak alınmıştır. Bir bağın her iki ucuna da birer görev takıldığında bu bağla ilgili olarak bir ulaşım bağlantısı kurulur. Bu ulaşım bağlantısı sadece verilerin gönderilmesi amacıyla kullanılacaktır. Bu açıdan bakıldığında bağlar ile ulaşım bağlantılan arasında bire bir eşleme olduğu göze çarpmaktadır. Veri amaçlı ulaşım bağlantılannın yanısıra iletişimde bulunan her iki Oturum Katmanı arasında denetim bilgisi alışverişi için de denetim amaçlı bir ulaşım bağlantısı kurulur. Eğer iki Oturum Katmanı arasında birden fazla bağ varsa, bu bağlardan sorumlu Oturum Katmanı nesneleri denetim amaçlı ulaşım bağlantısını paylaşırlar. Bu ulaşım bağlantısı iki Oturum Katmanı arasında kurulan ilk veri amaçlı ulaşım bağlantısından önce kurulur ve kapatılan son veri amaçlı ulaşım bağlantısının ardından kapatılır. xviYüksek hızlı protokoller ve gerçek zamanlı iletişim protokolleri günümüzde bilgisayar haberleşmesinin üzerinde en çok araştırma yapılan ve gelişmeye en çok açık alanlarıdırlar. BAĞ3 Ulaşım ve Oturum Katmanı protokolleri bu iki alam birleştiren, gelişmeye açık birer çalışmadır.

Özet (Çeviri)

SUMMARY With the development of high-speed technologies like fiber optics, the bottleneck in the communication world has shifted from the network speed to protocol processing speed. The powerful bandwidth saving features of current protocols cause these protocol to use the transmission media inefficiently. Also processing intensive error recovery methods dedicated to bandwidth saving became obsolete because of the infinitely small error rates that the new transmission media introduced. The current implementations of existing protocols are not adequate for high-speed networks. There is a lot of research made in this fıeld to improve the performance of communication protocols. Another field that receives an increasing amount of interest and attention is the development of real time systems. A system is said to be real time if it guarantees to provide correct results within a specifıed amount of time. The technology level of the computers allow such systems to be built and many systems are being developed currently. However, the field of real time communication protocols need much more exploration. This field of research attracts several computer scientists. This study consists of the design of Transport and Session Layers of a new communication protocol that will both be suitable for high-speed networks and provide real time service. Considerable effort was given to simplify the structure of the protocol in order to reduce the processing requirements. Processing intensive control features used in older protocols were omitted. Also, at every stage of the design, timing constraints were taken into consideration. in this way, real time support is embedded into the protocol. BAG3 Protocol forms an example for both a protocol that catches up with the speed of today's netvvorks, and a protocol that can provide a reliable real time communication service to a real time system.

Benzer Tezler

Tez No
384937
Design of inorganic peptide bonded fusion biomolecules for tracking disease related proteins
Hastalıkla ilişkili proteinlerin izlenmesinde anorganik peptit bağlarla füzyon biyomoleküllerin tasarımı
BERTAN KORAY BALCIOĞLU
Doktora
İngilizce
2014
Biyomühendislik İstanbul Teknik Üniversitesi
Moleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CANDAN TAMERLER
DOÇ. DR. BERRİN ERDAĞ
Tez No
783899
Implementation of a super-resolution algorithm using model composer
Bir yüksek çözünürlük algoritmasının model composer ile gerçeklenmesi
BERKAY UÇKUN
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliği İstanbul Teknik Üniversitesi
Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SIDDIKA BERNA ÖRS YALÇIN
Tez No
75466
BAĞ3 protokolü için grup iletişim yöntemleri tasarımı
Başlık çevirisi yok
TANER DURSUN
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol İstanbul Teknik Üniversitesi
Kontrol ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET BÜLENT ÖRENCİK
Tez No
68877
FDDI tabanlı bir ağ sistemi için etkin bir gerçek zamanlı iletişim yapısının tasarımı
Design of an efficient real time communication structure for an fddi based network system
FEZA BUZLUCA
Doktora
Türkçe
1997
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol İstanbul Teknik Üniversitesi
Bilgisayar Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMRE HARMANCI
Tez No
498114
Akustik ve görsel özellikleri kullanarak müzik tür sınıflandırması uygulaması
Musical genre classification application using both acoustic and visual features
ALİ ÖZKAHRAMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Elektrik ve Elektronik Mühendisliği İstanbul Teknik Üniversitesi
Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MÜRVET KIRCI

Geri Dön