Безруков И.А., Михайлов А.Г. к.т.н., Сальников А.И. к.т.н

Российская академия наукИнститут прикладной астрономии

Безруков И.А., Михайлов А.Г. к.т.н., Сальников А.И. к.т.н

Санкт-Петербург, 2008

Предварительное тестирование высокоскоростного протокола обмена

данными на РСДБ-комплексе «Квазар-КВО»


2

В данной статье представлены:

1. результаты предварительных экспериментальных исследований по организации высокоскоростной передачи данных в режиме е-РСДБ.

2. Проведено сравнение стандартных средств передачи данных и специализированного протокола Tsunami.

3. Приводятся рекомендации по увеличению скорости передачи данных, основанные на механизме уменьшения количества ошибок возникающих в канале связи при передаче данных.

4. Делается вывод о возможности использования тестируемого протокола Tsunami, как базового приложения передачи данных в режиме реального времени.

Абстракт


3

МШУ

Часы

Устройство синхронизации хаписиСистема записи

Водородный стандарт частоты

Гетеродин

Маршрутизатор

Ethernet

МШУ

Часы

Устройство синхронизации хаписиСистема записи

Водородный стандарт частоты

Гетеродин

Маршрутизатор

Ethernet

Магистральные ВОЛС

Система воспроизведения

Система воспроизведения

Корреляционная обработка

Ethernet Коррелятор

Обсерватория 1 Обсерватория 2

База наблюдений

Структурная схема РСДБ реального времени


4

Алгоритм обмена данными

В качестве общей схемы передачи данных предлагается

использовать алгоритм, при котором передача начинается после

завершения записи первого скана и осуществляется параллельно с

продолжением наблюдений (за время переключения антенны на

другой источник). Такой способ позволяет начать корреляционную

обработку до завершения сеанса наблюдений, сократив время от

момента приема данных наблюдений до получения результатов.


5

Задача исследования Основной задачей исследования являлась оценка

возможности использования протокола Tsunami по обеспечению

заданных временных параметров, при определении поправок

Всемирного времени UT1 (5 часов).

В качестве инструмента позволяющего исследовать

цифровой канал связи использовалась утилита iperf. Передача

данных осуществлялась высокоскоростным протоколом Tsunami.


6

Тестирование канала связиiperf позволяет определить следующие параметры:

1. полосу пропускания (пропускную способность) канала связи;

2. среднее значение задержки передачи пакетов;

3. джиттер –среднее отклонение каждой отдельной задержки передачи пакетов от среднего значения;

4. долю потерянных или искаженных пакетов;

5. размер MSS TCP общий для всего цифрового канала связи;


7

Протокол Tsunami

Управляющий поток

Очередь повторной передачи

Сетевой поток

Данные (UDP)

Контроль (TCP)

Буфер приложения

Поток записи данных

Массив данных

Массив данных

Клиент СерверАрхитектура клиент - серверного приложения Tsunami.


8

Протокол TsunamiПротокол Tsunami позволяет создавать соединение, задавая

следующие параметры:1. выбирать версию протокола IPv4 или IPv6;2. размер передаваемого пакета;3. скорость передачи данных;4. порог ошибок;5. интервал вычисления ошибок передачи;6. максимальный размер очереди повторной передачи;7. максимальное количество вхождений в буфер

приложения;8. размер UDP буфера;9. интервал между периодами обновления информации

об ошибках.


9

Структурная схема эксперимента Рабочая станция буферизации

OC: Linux(2.6.18-6)

CPU: 2*Xeon1.6GHz

RAM: 2 GB

RAID 0: 2SATA 120GB

Eth: 1Gbps

Коммутатор c3550 маршрутизатор c2801

internetinternet

MIT Haystack Observatory (Бостон)

VLBI Correlator Bonn (Германия)

ВОЛС, Академическая сеть 100Mbps

ИКИ РАН (Москва)


10

Зависимость скорости передачи данных от времени для протокола FTP между площадками ИПА РАН. Объем данных 100 MB

Cредняя скорость передачи данных 17Mbps

0

2040

6080

100

1 8 15 22 29 36 43 50 57

t,s

v,M

bps

Сравнение протоколов передачи данных


11

Зависимость скорости передачи данных от времени для протокола SFTP между площадками ИПА РАН. Объем данных 100 MB

Средняя скорость передачи данных 16Mbps

0

10

20

30

40

50

1 9 17 25 33 41 49 57 65 73 81

t,s

v,M

bps


12

Зависимость скорости передачи данных от времени для протокола Tsunami между площадками ИПА РАН. Объем данных 100 MB

Средняя скорость передачи данных 47Mbps

0

10

20

30

40

50

60

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27

t,s

v,M

bps


13

Тестирование пропускной способности канала связи между Санкт-Петербургом (ИПА РАН) и

Москвой (ИКИ РАН) Предварительно с помощью приложения iperf была установлена

пропускная способность канала и размер пакета

Зависимость количества потерянных и искаженных пакетов в полосе пропускания 55 Mbps от размера передаваемого пакета.

Размер пакета (byte) 1430 1460 1470

Направление обмена пакетами передача прием передача прием передача прием

Количество потерянных пакетов от всех пакетов

(%) 0,012 0,62 0,011 0,72 0,026 0,74

Количество искаженных пакетов, шт. 1 1 1 1 1 1


14

Cредняя скорость передачи данных 49.78Mbps за 20.73 s

0

10

20

30

40

50

60

00:00 00:05 00:10 00:15 00:20

t,s

v,M

bps/

erro

r*10

-2

скорость

ср. скорость

ошибки

Зависимость скорости передачи данных Санкт-Петербург – Москва(ИКИ РАН) от времени для заданных параметров протокола Tsunami (blocksize=1430 byte, rate=55Mbps, data=100MB)


15

Тестирование пропускной способности канала связи между Санкт-Петербургом

(ИПА РАН) и Бостоном (Хайстэк)

Зависимость количества потерянных и искаженных пакетов в полосе пропускания 56 Mbps от размера передаваемого пакета.

Размер пакета (byte) 1430 1460 1470

Направление обмена пакетами передача прием передача прием

передача прием

Количество потерянных пакетов от всех

пакетов (%) 0,065 0,99 0,073 0,0042 0,058 0,0014

Количество искаженных пакетов, шт. 2 1 1 1 4 1


16

Зависимость скорости передачи данных от времени. Санкт-Петербург - MIT Haystack. Tsunami (blocksize=1430 byte, rate=56Mbps, data=100MB)

Cредняя скорость передачи данных 37,21Mbps за 23 s

0

10

20

30

40

50

60

00:00 00:03 00:05 00:08 00:10 00:18 00:21

t,s

v,M

bps/

erro

r*10

-2 скорость


ошибки


17

Cредняя скорость 55,19Mbps за 76 s

0

10

20

30

40

50

60

70

00:00 00:09 00:17 00:26 00:34 00:43 00:51 01:00 01:08

t,s

v,M

bps/

erro

r*10

-2

скорость


ошибки

Зависимость скорости передачи данных от времени. Санкт-Петербург - MIT Haystack. Tsunami (blocksize=1460, rate=56M, data=500MB)


18

Заключение1. Протокол Tsunami может быть использован как базовое приложение для

организации режима е-РСДБ на РСДБ-комплексе «Квазар-КВО» при определении поправок Всемирного времени UT1 для спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС.

2. При организации ограниченной временными рамками высокоскоростной передачи данных протоколом Tsunami, следует комплексно исследовать канал связи, например, утилитой iperf. С целью определить максимальный размер пакета, передаваемого без фрагментации и величину пропускной способности цифрового канала в которой пакеты передаются без потерь и искажений.

3. Определяемые параметры цифровых каналов: размер пакета и пропускная способность индивидуальны для каждого соединения и при внесение любых изменений в существующий цифровой канал, замена оборудования или изменение маршрута прохождения пакетов, требуют повторного определения.

4. Для протестированного канала связи между Санкт-Петербургом и Хайстэком были определены оптимальные значения размера пакета(1460 байт) и пропускная способность канала(56 Мбит/с). При этом была достигнута средняя скорость передачи данных в 55.19 Мбит/с, практически полностью задействовав имеющийся канал.


19

Спасибо за внимание

Documents

Безруков И.А., Михайлов А.Г. к.т.н., Сальников А.И. к.т.н