Kytkentäfunktioiden monimutkaisuuden alaraja, Copy-funktio, Itsereitittävyys

Samankaltaiset tiedostot
Kytkentäfunktioiden monimutkaisuuden alaraja, Copy-funktio, Itsereitittävyys

Kytkentäfunktioiden monimutkaisuuden alaraja, Copy-funktio, Itsereitittävyys

Kytkentäkentät - Rekursio, Cantor-verkko. Kytkentäkentän ominaisarvoja

Kytkentäkentät - Rekursio, Cantor-verkko

Kytkentäkentät, luento 2 - Kolmiportaiset kentät

Kytkentäkentät, luento 2 - Kolmiportaiset kentät

Piirikytkentäiset kytkentäkentät

Kytkentäkentän teknologia

Piirikytkentäiset kytkentäkentät. Kapeakaistakenttä kytkee PCM-aikavälejä

Kytkentäkentän teknologia

Kytkentäkentän teknologia

Algoritmit 1. Luento 8 Ke Timo Männikkö

Televerkon synkronointi

TCAP - Transaction Capabilities Sovellusosaa käyttävät

Induktiotodistus: Tapaus n = 0 selvä; ol. väite pätee kun n < m.

j n j a b a c a d b c c d m j b a c a d a c b d c c j

Algoritmit 1. Luento 9 Ti Timo Männikkö

Verkon värittämistä hajautetuilla algoritmeilla

Datatähti 2019 loppu

Matematiikan peruskurssi 2

Kurssikoe on maanantaina Muista ilmoittautua kokeeseen viimeistään 10 päivää ennen koetta! Ilmoittautumisohjeet löytyvät kurssin kotisivuilla.

Algoritmit 1. Demot Timo Männikkö

Tietorakenteet ja algoritmit - syksy

f(n) = Ω(g(n)) jos ja vain jos g(n) = O(f(n))

Tiedonvälitystekniikka 1-3 ov. Kurssin sisältö ja tavoite

Turingin koneen laajennuksia

j(j 1) = n(n2 1) 3 + (k + 1)k = (k + 1)(k2 k + 3k) 3 = (k + 1)(k2 + 2k + 1 1)

Tietorakenteet ja algoritmit Johdanto Lauri Malmi / Ari Korhonen

13 Lyhimmät painotetut polut

Algoritmit 1. Luento 7 Ti Timo Männikkö

6.4. Järjestyssuhteet

T Syksy 2004 Logiikka tietotekniikassa: perusteet Laskuharjoitus 7 (opetusmoniste, kappaleet )

isomeerejä yhteensä yhdeksän kappaletta.

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Malliratkaisut 5 / vko 48

58131 Tietorakenteet (kevät 2009) Harjoitus 11, ratkaisuja (Topi Musto)

Algoritmit 2. Luento 5 Ti Timo Männikkö

AVL-puut. eräs tapa tasapainottaa binäärihakupuu siten, että korkeus on O(log n) kun puussa on n avainta

Algoritmit 1. Luento 12 Ke Timo Männikkö

10. Painotetut graafit

Matematiikan tukikurssi

PARITUS KAKSIJAKOISESSA

Luku 8. Aluekyselyt. 8.1 Summataulukko

= 5! 2 2!3! = = 10. Edelleen tästä joukosta voidaan valita kolme särmää yhteensä = 10! 3 3!7! = = 120

V. V. Vazirani: Approximation Algorithms, luvut 3-4 Matti Kääriäinen

TKT20001 Tietorakenteet ja algoritmit Erilliskoe , malliratkaisut (Jyrki Kivinen)

Kenguru 2019 Student lukio

Algoritmit 2. Luento 7 Ti Timo Männikkö

Taulun avoimista haaroista saadaan kelvolliset lausejoukot

Algoritmit 1. Demot Timo Männikkö

Tiedonvälitystekniikka 1

Täydellisyysaksiooman kertaus

KÄYTTÖOHJE. M2M Point - to - Point

Tehtävä 2: Tietoliikenneprotokolla

Algoritmit 1. Luento 12 Ti Timo Männikkö

Olkoon seuraavaksi G 2 sellainen tasan n solmua sisältävä suunnattu verkko,

Algoritmi on periaatteellisella tasolla seuraava:

Esimerkkejä polynomisista ja ei-polynomisista ongelmista

v 1 v 2 v 3 v 4 d lapsisolmua d 1 avainta lapsen v i alipuun avaimet k i 1 ja k i k 0 =, k d = Sisäsolmuissa vähint. yksi avain vähint.

Tietokone. Tietokone ja ylläpito. Tietokone. Tietokone. Tietokone. Tietokone

Suunnatut, etumerkilliset ja arvotetut graafit Sosiaalisten verkostojen analysoinnin näkökulmalla

Verkkosivun käyttöohje

Hakupuut. tässä luvussa tarkastelemme puita tiedon tallennusrakenteina

Algoritmit 1. Luento 2 Ke Timo Männikkö

Harjoitus 3 ( )

3SAT-ongelman NP-täydellisyys [HMU ]

Matematiikan tukikurssi

3 = Lisäksi z(4, 9) = = 21, joten kysytty lineaarinen approksimaatio on. L(x,y) =

Puhetie, PCM järjestelmä, johtokoodi

A ja B pelaavat sarjan pelejä. Sarjan voittaja on se, joka ensin voittaa n peliä.

58131 Tietorakenteet ja algoritmit (syksy 2015)

Polkuintegraali yleistyy helposti paloitain C 1 -poluille. Määritelmä Olkoot γ : [a, b] R m paloittain C 1 -polku välin [a, b] jaon

Diskreetin matematiikan perusteet Esimerkkiratkaisut 3 / vko 10

Mat Lineaarinen ohjelmointi

Analyysi 1. Harjoituksia lukuihin 1 3 / Syksy Osoita täsmällisesti perustellen, että joukko A = x 4 ei ole ylhäältä rajoitettu.

58131 Tietorakenteet ja algoritmit (syksy 2015) Toinen välikoe, malliratkaisut

Diskreetin matematiikan perusteet Laskuharjoitus 2 / vko 9

Positiivitermisten sarjojen suppeneminen

Kantavektorien kuvavektorit määräävät lineaarikuvauksen

Tietojenkäsittelytieteen ja tilastotieteen matematiikkaa 1/137

Tiedonvälitystekniikka 1

2. Seuraavassa kuvassa on verkon solmujen topologinen järjestys: x t v q z u s y w r. Kuva 1: Tehtävän 2 solmut järjestettynä topologisesti.

Rinnakkaistietokoneet luento S

ja λ 2 = 2x 1r 0 x 2 + 2x 1r 0 x 2

Potenssi eli potenssiin korotus on laskutoimitus, jossa luku kerrotaan itsellään useita kertoja. Esimerkiksi 5 4 = Yleisesti.

58131 Tietorakenteet ja algoritmit (kevät 2014) Uusinta- ja erilliskoe, , vastauksia

f (28) L(28) = f (27) + f (27)(28 27) = = (28 27) 2 = 1 2 f (x) = x 2

Algoritmit 2. Luento 11 Ti Timo Männikkö

Reititys. Tämä ja OSI 7LHWROLLNHQQHWHNQLLNDQSHUXVWHHW $(/&7 0DUNXV3HXKNXUL. Yhteyden jakaminen Reititys Kytkentä Internet-protokolla TCP, UDP

Energiatehokkaista reititysmenetelmistä

Eksponenttifunktio ja Logaritmit, L3b

Pinot, jonot, yleisemmin sekvenssit: kokoelma peräkkäisiä alkioita (lineaarinen järjestys) Yleisempi tilanne: alkioiden hierarkia

Nimi: Henkilötunnus: {id} {+id}

Monilähetysreititys. Paketti lähetetään usealle vastaanottajalle Miksi? Monet sovellukset hyötyvät

TIE Tietorakenteet ja algoritmit 261

Laskennan vaativuus ja NP-täydelliset ongelmat

58131 Tietorakenteet Erilliskoe , ratkaisuja (Jyrki Kivinen)

Verkkosivun käyttöohje

Tietorakenteet ja algoritmit syksy Laskuharjoitus 1

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 5. viikolle /

1 Eksponenttifunktion määritelmä

Transkriptio:

Kytkentäfunktioiden monimutkaisuuden alaraja, Copy-funktio, tsereitittävyys Rka/ML -k2 Tiedonvälitystekniikka 8-1 Kurssin kuva välitysjärjestelmästä H.323 or SP P SP or SUP PABX CAS, R2 SD Kytkentäkenttä P HLR MAP YKM SUP puhetie A V5 hjaus AP SCP Rka/ML -k2 Tiedonvälitystekniikka 8-2 1

Kytkentöjen kokonaismäärä kentässä Yksi yhteen C ={(i,o) i, o } (i,o) C ja (i,o ) C ÿ o = o (i,o) C ja (i,o) C ÿ i = i Yksi moneen C ={(i,n i ) i, n i } - tulojen joukko, - lähtöjen joukko C - Kytkentöjen kuvaus Rka/ML -k2 Tiedonvälitystekniikka 8-3 Yksipistekytkentöjen määrä on! Visualisoidaan joukkoja C =2 2! = 2 =3 3! = 6 C:n muodostus: umeroidaan tulot, laitetaan numerot mielivaltaiseen järjestykseen. Rka/ML -k2 Tiedonvälitystekniikka 8-4 2

Monipistekytkentöjen vaikutus? Joukko C, kun = 3 jne Joukossa C jokainen lähtö voi valita tulonsa --> C:ssä on elementtiä Joukko C on merkittävästi laajempi kuin edellä! Rka/ML -k2 Tiedonvälitystekniikka 8-5 Kentän kombinatorinen monimutkaisuus ζ(g) - Graafin G toteuttamien legitiimien erilaisten kytkentäkonfiguraatioiden C lukumäärän kaksikantainen logaritmi. R - kentän kytkinten lukumäärä. 2 R - kentän, jossa on R kytkintä, tilojen määrä. Karkea yläraja: ζ R Tarkempia ylärajoja saadaan: - poistetaan ei legitiimit tilat esim. joissa kaksi kytkintä on liittynyt samaan lähtöön - joissa kaksi kentän tilaa tuottaa saman C. Rka/ML -k2 Tiedonvälitystekniikka 8-6 3

Benes -verkon kasvu Kytkinten lukumäärä BEES -verkko = /2 Baseline verkko Käänteinen baseline verkko Porrasten lukumäärä = 2 log 2-1 Kytkentäpisteiden lukumäärä on porrasten lukumäärä kytkinten lkm portaassa = 4 /2 (2log ( 2-1) 4 log 2 Rka/ML -k2 Tiedonvälitystekniikka 8-7 Kompleksisuuden alaraja lasketaan kentän funktion avulla letetaan että kytkentäkenttä on x ja sen rakenne on täysiulotteinen. Lukumäärä(C) =! ζ = log 2 (!) ~ log 2 () - 1,44 + ½log 2 () Benes -verkon 2x2 kytkinten määrä on (/2)(2log 2-1) = log 2 ()-½ ~ ζ eli likimain minimimäärä kytkimiä! tilan toteuttamiseksi. Rka/ML -k2 Tiedonvälitystekniikka 8-8 4

Kytkentäfunktiot luonnehtivat kentän tavoitetta Pt-to-pt kytkentäfunktio C - Kytkentöjen kuvaus Multicastfunktio Yksi yhteen C ={(i,o) i, o } (i,o) C ja (i,o ) C ÿ o = o (i,o) C ja (i,o) C ÿ i = i Yksi moneen Tavoite: Selvittää kytkentöjen kokonaismääräkentässä ja kentän vähimmäismonimutkaisuus. Rka/ML -k2 Tiedonvälitystekniikka 8-9 Keskitinfunktio Copy-funktio A A C ={(i,o) i A, o } (i,o) C ja (i,o ) C ÿ o = o (i,o) C ja (i,o) C ÿ i = i C ={(i,n i ) i, Σn i = } Lähtöjen n i järjestyksellä ja identiteetillä ei väliä (output unspecific). Huom: Copy-funktio =/= multicast!!! Rka/ML -k2 Tiedonvälitystekniikka 8-10 5

Voidaan tarkastella eri funktioiden toteuttamien kytkentäkonfiguraatioden C määrää ζ ζ pt-pt-kytkinfunktio ζ multicastfunktio ζ keskitinfunktio Määritelmän mukaan sanomme, että graafi G on uudelleen järjestettävästi estoton, jos se toteuttaa kaikki kytkentäkonfiguraatiot C. Siis ζ f ζ(g) ζ Siis tarkastelemalla eri funktioiden kytkentäkonfiguraatioiden lukumäärää saamme selville uudelleen järjestettävän kentän monimutkaisuuden alarajan. Rka/ML -k2 Tiedonvälitystekniikka 8-11 Pt-pt-kytkentäfunktion monimutkaisuuden alaraja Pt-pt-kytkentäfunktio Haluamme siis toteuttaa! erilaista C. Käytetään Sterlingin likiarvoa:! 2π +1/2 e - = 2π exp 2 ( log 2 - log 2 e + 1/2 log 2 ) ζ pt-pt = log 2! log 2-1.44 + 1/2 log 2 Yksi yhteen Kaikki i kytketty tasan yhteen o. HUM: Benes verkon kytkinten määrä oli log 2 - /2, joka on hyvin lähellä alarajaa ζ pt-pt. Rka/ML -k2 Tiedonvälitystekniikka 8-12 6

Multicastfunktion monimutkaisuuden alaraja Multicastfunktio Jokainen o voi siis valita minkä tahansa i. Siis me haluamme toteuttaa =exp 2 ( log 2 ) kytkentäkonfiguraatiota C. ζ mtcast - ζ pt-pt 1.44 C ={(o, i) i, o } Jokainen o on kytketty johonkin i. Kenttää, joka toteuttaisi multicastin ja olisi monimutkaisuudeltaan alarajan tuntumassa ei tunneta. Tiedetään, että Benes verkko toteuttaa multicastin, jos kytkinten määrä kaksinkertaistetaan p-to-pt kytkentäkenttään verrattuna. Rka/ML -k2 Tiedonvälitystekniikka 8-13 Keskitinfunktion monimutkaisuuden alaraja Keskitinfunktio A C ={i i A, i lukumäärä = (< M)} Joukkoja C on M kappaletta M ζ keskitin =log 2 M!! (M-)! ζ keskitin = MH(c) c = /M H(c) = c log 2 c (1 c) log 2 (1 c) Eli keskittemen teoreettinen monimutkaisuus on verrannollinen tulojen määrään. Käytännön ratkaisuja ei kuitenkaan tunneta ja tarvitaan tiukasti estottomia keskittimiä => käytetään M logm kenttiä. Rka/ML -k2 Tiedonvälitystekniikka 8-14 7

Kuvausten lukumäärä Copy-kentässä C ={(i,n i ) i, Σn i = } Erilaisten C lukumäärä on M 1+ M 1 Kuinka monella tavalla oliota voidaan laittaa M koriin. M tuloa lähtöä 1,2 1 0,8 ζ (M 1+ ) H M 1 M 1+ 0,6 0,4 Series1 H(c) = c log 2 c (1 c) log 2 (1 c) 0,2 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Rka/ML -k2 Tiedonvälitystekniikka 8-15 Kopioiden muodostus binääriverkolla Kopiointi toteutetaan verkkoa edeltävällä levityspuulla, jonka jälkeen on järjestelijä. Kopioinnissa tarvitaan tieto tulojohdosta ja kopioiden lukumäärästä. Kopioinnissa verrataan kopiovälin binääriarvoja ja suoritetaan kopiointi- / reitityspäätös arvojen perusteella. Rka/ML -k2 Tiedonvälitystekniikka 8-16 8

Banyan-pohjainen levityspuu 0000 0 0 0 0100 0101 0 1 1000 1 1010 1 1100 1101 1110 1111 0000 0 0 0 0100 0101 0 1 1000 1 1010 1 1100 1101 1110 1111 Rka/ML -k2 Tiedonvälitystekniikka 8-17 Multicast kentän voi rakentaa rekursiivisesti esim. Copykenttä + pt-to-pt kenttä ÿ Tämä johtaa kuitenkin portaiden lukumäärän kasvuun, mikä voi olla epätoivottavaa. ÿ Moniportaisille kentille on ominaista polun haun/ kontrollin monimutkaisuus. ÿ Tätä ongelmaa yritetään ratkaista mm. itsereitittävyydellä. Rka/ML -k2 Tiedonvälitystekniikka 8-18 9

tsereitittävyys perustuu osoitteeseen, joka kertoo polun kentän läpi tsereitittävyys on pakettikytkentäkentän mahdollinen ominaisuus. Paketilla on otsikko, jota käytetään polun löytämiseksi kentän läpi. Polkuja tulolta lähdölle on yksi (tai useampi). tsereititysosoite b K...b 1 tsereititysosoite b K...b 2 tsereititysosoite b K lähtö b1 lähtö b2 lähtö bk oodi S 1 n 1 lähtöä oodi S 2 n 2 lähtöä oodi S K n K lähtöä Rka/ML -k2 Tiedonvälitystekniikka 8-19 Yhden polun perusverkot ovat Baseline verkon muunnelmia Banyan verkko Baseline verkko Shuffle exchange (omega) verkko Flip verkko Rka/ML -k2 Tiedonvälitystekniikka 8-20 10

tse-reitittävä shuffleverkko numeroidaan säännöllisesti 000 010 100 101 110 111 00 00 00 01 01 01 10 10 10 11 11 11 000 010 100 101 110 111 =2 n tuloa ja 2 n lähtöä. Benesrakenne => Portaita on n kpl ja kytkimiä /2 = 2 n-1 kussakin portaassa. Portaan kytkimet numeroidaan ylhäältä alas 0... 2 n-1-1. Portaiden numerointiin tarvitaan n - 1 bittiä. Portaita yhdistävät kaaret numeroidaan ylhäältä alas n bitillä. Rka/ML -k2 Tiedonvälitystekniikka 8-21 tse-reitittävässä shuffleverkossa lähdön numero toimii reititysosoitteena 000 010 100 101 110 111 porras 00 00 00 ylä=0ala=1 01 01 01 10 10 10 11 11 11 k k+1 kaari 000 010 100 101 110 111 Portaan k solmun nro = kaaren nro - oikean puoleisin bitti Portaan k +1 solmun nro = kaaren nro - vasemman puoleisin bitti Rka/ML -k2 Tiedonvälitystekniikka 8-22 11

tse-reititys esimerkki 000 010 100 101 110 111 kaari 1 00 00 00 01 01 01 kaari 2 10 10 10 kaari 3 kaari 4 110 101 11 11 11 tulo lähtö 0 0 1 1 0 1 kaari 1 kaari 2 kaari 3 kaari 4 000 010 100 101 110 111 Jos = 64 000 soitteen pituus on n = 16 bittiä. = 256, soite = 8 bittiä. Rka/ML -k2 Tiedonvälitystekniikka 8-23 Ratkaisun rajoitukset ÿbanyan verkko on estollinen. ÿse toteuttaa exp 2 (1/2 log 2 )=( ) 1/2 kytkentäkonfiguraatiota. ÿtämä on vähemmän kuin vaadittu! exp 2 ( log 2 ). => ÿoodien välisten kaarien määrää voidaan nostaa, tai ÿshufflea voidaan monistaa Cantor verkon tapaan, tai ÿkaksi shufflea voidaan laittaa peräkkäin (vrt BEES verkko). ÿmyös puskurointia väliportaissa voidaan käyttää. ÿ Yksinkertaiset matriisiverkot aina kun mahdollista. Rka/ML -k2 Tiedonvälitystekniikka 8-24 12

Laajakaistaisissa (Terabit-) P reitittimissä on itsereitittävä kenttä Linjanopeudet voivat olla kymmeniä Gbit/s. Käsittely elektroniikalla edellyttää jakamista useaan tuloon. Tulojen kokonaismäärä/reititin voi olla satoja tuhansia. Kaikilta kaikille tuloille pääsy edellyttää kytkentäkenttää. ÿ Kenttä tarvitaan, kun kokonaisbittinopeus nousee niin suureksi, että minkään väylän nopeus ei enää riitä tai kun halutaan rakentaa skaalautuva reititin. tsereitittävä kenttä on ainoa hyvin toimiva ratkaisu, koska kytkennät muuttuvat P-pakettikohtaisesti. Rka/ML -k2 Tiedonvälitystekniikka 8-25 13