1、实时内容分发高清质量流媒体网络设计摘要近来存储和网络技术的进步正快速地改变着用户电视收视模式。个人视频录像机（PVR）使得人们能够通过录制电视节目到本地磁盘去收看他们想收看时的节目。除此之外，个人录像器材一旦具备宽带连接就能够容易地在对等网络中分享电视内容。然而，当前带宽量在互联网上很难支持高清电视内容串流传输。本论文中，我们将为实时广播内容分发系统提出一种新的高清品质的串流架构。我们开发了两种有效的调度方案：匹配通信对和切换或复制系统负载均衡，从而进一步利用网络和磁盘带宽。我们还评估在没有错过任何广播广播数据情况下去维持存储时移程序的缓存需求，通过大量的仿真实验，我们证明我们所提出的方案和时
2、移策略的效果 1。关键词电视内容分发网络 高清质量数据流 P2P 网络 个人视频录像机.引言随着近年来计算机计算能力、存储以及网络技术方面的提升，用户的电视收看平台正发生迅速变化。事实上，直到最近用户才开始对按照播出时间表的电视收看方式抱有相当消极的态度，然而带有被称为个人录像机（PVR）的本地磁盘的机顶盒使得人们能够在这些磁盘上录制与过后观看直播的电视节目。因此，用户不再需要靠播出时间表去看他们想看的节目。此外，有线电视与卫星电视频道数量持续增长，收费电视服务也扩展对选择人们想观看什么节目的机会。尽管如此，电视内容发布方式仍然受限于单向广播。另一方面，随着联网家庭的数量迅速增长，能够分享各种
3、各样包括广播电视节目等内容的点对点（P2P）网络应用程序越来越受欢迎。显然个人录像机一旦具备宽带连接就可以轻松地在对等网络中分享电视内容，这是很重要的是因为点对点网络能够对单向广播提供一种替代的内容分发渠道。目前情况下，考虑到家庭网络用户带宽有限，高清品质电视内容只能转码成低比特率格式进行实时流媒体传输或者能被支持作为实用的替换方式进行非实时文件传输。这意味着基于当前宽带连接的 P2P 网络不能支持多个同时发生的高清（HD）质量达到 19.4Mbps 的实时内容分发程序。因此，一种新的内容分发网络正需要解决这样的问题。我们使用光纤通道仲裁环路(FC-AL)构成一种为实时内容分发的高清品质串流网
4、络。这种光纤通道仲裁环对于存储区域网络(SAN)来说是其中一种领先的附加网络的存储系统1，并且日益普及成为昂贵交换机的替代品。由于包括全双工传输、高带宽以及公平的仲裁算法这几个优势，这种系统能够在快速的网络连接下进行提供低成本、高质量的流媒体服务2,3。在这种体系架构中，光纤通道仲裁环路直接连接多台个人录像机，并且连接网络磁盘池和内容管理服务器。其中网络磁盘池用于复制受欢迎的节目到系统中以保障回放请求时的负载均衡以及存储所有的时移程序，这样每台个人录像机都可以共享它们。本文中，我们提出以下两个高效调度方案以进一步利用系统资源：匹配通信对和交换机、系统负载均衡的复制技术。而光纤通道仲裁环路(FC
5、-AL)的其中一个优势在于数据能够转换成全双工模式，为了在两个方向上最大化地利用光纤通道仲裁环的带宽，我们开发出了一种能够匹配通信对的方案。通常情况下，大多数回放请求都集中在几个受欢迎的节目中，从系统的整体性能角度看，尽管仍然有许多磁盘有足够可用的带宽，由于一部分超载的个人录像机成为性能瓶颈，这种扭曲的访问模式有可能导致严重的负载不均衡的问题。为了解决这一问题，我们通过切换回放请求和复制受欢迎的节目将这样的复制减少到必要的程度，由于复制需要额外的磁盘空间和 FC-AL 带宽，我们通过将已存在的请求进行传输责任切换到负载量较小的系统组件中从而让磁盘带宽可用于发给超载系统组件的新请求。此外，我们还
6、通过在不丢失任何广播数据甚至在 PVR 间进行节目时移切换的情况下对持续存储时移节目的缓冲区大小进行估算去描述如何有效地支持大量的时间平移功能。更重要的是，每台 PVR 的调谐器看上去似乎比实际它所拥有的更多，因此只要在网络与带宽满足的情况下，它能够同时录制不同频道上播出的众多节目。这是有可能实现的，因为每台 PVR 能够在实际播出时间中很小延迟下从网络磁盘池中同时接收大量的直播节目。通过模拟实验，我们展示出之前提出的调度计划的效果以及广泛的时移方针。我们能够使用在光纤通道仲裁环上节目传输请求数量方面的选配方案提高 39%的性能。显然每台 PVR 在切换与复制两者使用的情况下比只使用复制时多处
7、理 18%的磁盘访问请求。本文的其余部分组织如下: 第二章节介绍了过去与本文相关的著作，第三章节解释了我们系统的总体结构。第四章节和第五章节分别提出了两个调度计划与时移方案。第六章节举例说明大量实验结果，最后，第七章节提供结论。.相关工作“TV-Anytime Forum”正制作一个共同标准使得应用程序利用 PVR 中的电视内容4包括如何通过内容引用与元数据的方式去描述以及找到相应内容 5。“The Share-it!”项目则是另一个增强与宽带互联网、广播及存储内容的服务无缝结合的努力成果6。然而，这个项目并不专注于高质量实时数据流，而是在不同的内容与服务提供者和消费者使用的设备之间提供互操作
8、性。一直有关于使用门户网站或者代理在 IP 网络上进行分发、存储和提供高质量电视内容流的体系结构研究 7, 8，然而，这些研究都是基于集中在从服务端到客户端网络上单向分发的内容分发网络（CDN），而不是在一个高速网络上进行点对点内容共享。另外还有一些关于光纤通道仲裁环路(FC-AL)技术的研究，作为一种高速网络的性能已经以一种指导性形式被提出9 ，并且它的初步性能结果也得到报道10, 11。几种基于光纤通道仲裁环路存储系统的多媒体服务器体系结构也已被提出 3，但是，光纤通道仲裁环路只能在服务器系统中作为一种连接存储设备的快速网络。此外，在由多个并行磁盘和所有磁盘都具有的负载均衡问题组成的多媒体
9、服务器系统的研究中，这一直都是一个重大的性能问题。为了解决这一问题，一部分系统将磁盘间的每个对象进行分段使其能够平衡分发负荷，而另一部分复制受欢迎的对象去提供额外的磁盘带宽，并使得系统除了使用条带化方案外得到扩展13 。因此，这个系统被假定为能够有效地在多个磁盘上进行放置于复制数据。但是，这些方案并不能够直接被应用到我们的体系结构中，因为这取决于每一位个人录像机使用者存储或删除哪一些节目。另外，每一台个人录像机只能控制一个或者为数很少的附加磁盘，这个数量是不足以分配集中的负荷的。图1.电视内容分发总体结构.总体结构A.流媒体网络尽管传统点对网络是一种很好的共享内容的方式，但它并不适用于实时流，
10、由于资源有限，这种方式在互联网上很难实现广播高清品质带宽。因此，从实际角度出发，相比于实时流媒体，除非有更多资源，互联网上应支持非实时文件传输，比如存储系统就恰好在网络中尽可能接近机顶盒以补偿延迟 8。除此以外，在 P2P 网络中传输点倾向短暂因为它们通常收到它们想要的东西后就断开 P2P 网络，这一行为被称作 “搭便车”14。这样的用户特性让可靠的内容流变得困难，为了克服上述的 P2P 网络技术瓶颈，我们应用光纤通道仲裁环路(FC-AL)技术去连接所有的系统组件 2。这种光纤通道仲裁环路技术能够提供相比于传统接口的高性能如全双工传输、高带宽以及一种公平仲裁算法这些优势。具备全双工传输这一性能
11、，光纤通道能够通过匹配设备在吞吐量方面比传统通道更高效，以便它们能够同时互相传输数据。光纤通道还允许数据以极高的速度在两个网络节点间进行传输。如今，全双工 4Gb/s 光纤通道能够以高达 800MB/s 的速度传输数据，这种技术还允许两个设备间相距达 10 千米。光纤通道仲裁环路定义一种公平仲裁算法，只要它们参与仲裁，每个端口获得同等去赢得循环访问的机会。这一功能在一个要在一定期限内处理所有输入输出请求的任一存储设备的实时环境中尤其重要。B.系统组件我们的基础结构包括全局对等与内部光纤通道仲裁环路网络。如图 1(a)所示，每个内部光纤通道仲裁环路网络作为一个对等体被连接到这个全局对等网络，图中
12、还可以看出单独的对等体还可以连接到全局网络中，图 1(b)说明一个内部光纤通道仲裁环路是被建造在一座高层集群中的。这一内部网络由一个内容管理服务器（CMS）、一个网络磁盘池和许多个人录像机组成，内容管理服务器负责在个人录像机中协调内容流和共享，它还负责维护内部个人录像机存储的电视节目列表并且持续收集个人录像机中的状态信息。除此以外，内容管理服务器在全局对等网路中作为一个对等体代表内部个人录像机使用传统对等网络协议进行搜索和传输。网络磁盘池存储电视节目有三个目的：一是为所有通道进行大量时移，另一个目的是在内部网络中共享受欢迎的电视节目，第三个目的是在全局对等网络和个人录像机之间建立临时存储区。个
13、人录像机能够请求内容管理系统进行搜索、传输和存储在内部网络中不可用的节目。因此，我们的体系结构不仅仅能够在快速网络连接中稳定提供高清质量电视内容流，还能因为内容管理服务器作为持续的对等体而有助于现有的对等网络的可靠性。此外，通过扩展网络磁盘池的存储容量，它为所有通道提供更长久的时移功能以及分发集中负载提供可能性。有人指出我们的系统组件能够提供不同内容分发通道，比如现场直播、本地存储设备、网络磁盘池、内部个人录像机以及全局对等网络。C.个人录像机状态个人录像机具有五种初始状态：初始化状态(I)、电视直播(L)、时移(T)、录制节目回放(P)、n 个逻辑通道录制(R)，每台个人录像机的状态转换取决
14、于使用者选择何种功能。个人录像机还可根据用户交互的以下八个事件触发而更改其状态：频道更改、启动录制节目回放、完成录制节目回放、启动录制、完成一次录制（非最后一次）、完成最后一次录制、仿 VCR 功能的快进和快退以及返回电视直播。一旦个人录像机联网，它们便能够进行电视节目实时分享，因此我们增加了一些状态。首先，状态 P 能够分为三种不同的状态：为支持来自另一台个人录像机的流媒体（状态 Pp）、支持网络磁盘池（状态 Pd）以及现有本地录制好的节目回放（状态 Pl）。第二，我们增加一种状态 X，它能够表明个人录像机正向网络磁盘池实时传输至少一个直播节目。如果用户只想在他们的个人录像机上稍后收看而去存
15、储电视节目，那么这些节目便能非实时地复制到内部网络中。因此，我们需要另外四种状态：输出到另一台个人录像机的节目对等复制( oCp)、另一台个人录像机输入的节目对等录制( iCp)、复制节目到网络磁盘池( oCd)、以及同样是复制功能的从网络磁盘池复制节目状态( iCd)。由此可知，具备多个调谐器和解码器的个人录像机能够结合各种状态如 L、T 、 R、 Pl、P p、P d、X、 oCp、 iCp、 oCp、 oCd、 iCd。表 1.调度方案所使用的符号总结.调度方案尽管高速网络和充足的网络磁盘被用于实时内容分发，我们仍需要制定有效的计划去进一步使用我们的系统资源。本章节中，我们提出以下两种调
16、度方案：通信对匹配以及系统负载均衡的切换和复制。匹配方案能够通过使用通信通道的两个方向而显著利用光纤通道仲裁环路带宽。另一方面，切换和复制方案通过尽可能平均地分配磁盘访问加载量去提供系统组件中回放请求的负载均衡。表 1 列出了本章节中调度方案使用的符号，一些符号中使用到的前缀 c 和 p 分别表明一系列的系统组件如个人录像机、网络磁盘和一套电视节目等。图 2.匹配通信对的例子匹配通信对FC-AL 最重要的优点之一是支持全双工传输。这意味着，如果完美的匹配通信对全都形成的话，在理想情况下 FC-AL 技术能够使网络带宽双重化（也就是说，所有个人视频录像机和网络磁盘能够彼此同时进行发送和接收数据）
17、。然而，由于在点对点网络环境中，节目传输到另一台个人视频录像机的请求模式或网络磁盘是非常动态的，因此有必要开发一种成熟的匹配通信对方案在两个方向上进一步利用网络带宽。在内容管理服务器接收到来自某个系统组件的节目传输请求后，它试图通过研究每个组件正在存储和传输哪个节目去找到该组件使其作为通信对的最佳匹配，图 2 描述了这个方案如何运作。假设 Ci 请求 pa，我们先检查 cRDi cSa 是否为空，结果集表明一组组件当前正在存储pa 并且正好从 Ci 接收 pSi 的至少一个节目。若不为空，则意味着至少有一个组件以全双工模式与 Ci 通信。我们在它们之间选择与 pa 具有最长重叠时间的组件，在图
18、 2(a)中，有两个属于该结果集的两个组件，C j 和 Ck，由于 Pb 与 Pc 相比和 Pa 具有较长的重叠时间，我们选择正把 Pb 传输到 Ci 的 Cj，接着 Ci 和 Cj 便开始在两者间同时传输和接收 Pb 和 Pa。然而，如果上述集合为空，由于 Ci 当前不在传输任何节目到属于 cSa 的系统组件中，这是不可能直接匹配通信对的。因此，我们需要找到另一套正在传输属于 pSi 的节目的组件，使得 Ci 能够接管这些节目中的传输职能。换句话说，匹配是通过间接搜索通信对而成的。我们根据定义 cRIi=( )cRDi 得出 cRIi。ipjSR接下来，我们检查 cRIi cSa 是否为空，
19、如不为空，这意味着至少一个组件正从 Ci 以外的其他组件接收至少一个 pSi 的节目。我们选择一个基于节目间重叠时间长度的组件，选择这个组件后，由于 Ci 正在存储这个节目，C i 接管该节目到被选中组件中取代其他组件的传输职能。在图 2(b)中，也有两个属于这个集合的组件，C m 和 Cn，由于 Pd 相对于Pf 从 Co 传输到 Cm 与 Pa 具有较长的重叠时间，我们选择 Cm。一旦 Co 放弃传输 Pd，C i 和Cm 则开始同时与 Pd、P a 通信。如果上述两个交集都为空，我们则不能与 Ci 进行任何配对。因此我们从 cSa 中选择一个组件，使得这个组件拥有最多的可用磁盘带宽。尽管
20、在这种情况下我们不能进一步利用网络带宽，但我们可以得到组件间磁盘负载均衡的效果。在图 2(c)中，有三个属于 cSa 的组件：C p、C q 和 Cr，我们选择 Cp 因为它具有最多的可用磁盘带宽。图 3.两台个人视频录像机间传输职能交换B.负载均衡的交换与复制由于对受欢迎节目存在倾斜访问模式，尽管其他组件仍然有足够带宽，但存储这些节目的组件上的集中负载能够成为系统性能瓶颈。为了避免系统组件之间这样的负载不平衡的问题，我们在多媒体服务器系统做出条带化磁盘上分布分割块或复制受欢迎的节目做出很多努力。正如上面提到的，然而，这些负载分布技术不能直接应用于我们这个体系结构中，因为每台个人视频录像机包括
21、只有一个容量很小的硬盘，而且它是由每个用户的控制下决定存储哪些节目。因此，内容管理服务器未经允许下是不可能将数据放置到所有个人视频录像机中，这意味着我们需要一个适合这个体系结构的动态负载分配方案。为了获得系统组件间的负载均衡，我们首先尝试切换回放请求然后复制热门节目到网络磁盘池中。在对特定节目的请求数目达到某一个点需要负载均衡方案之前，内容管理服务器会基于每个组件的可用磁盘贷款或上述匹配通信对方案去选择一个合适的系统组件来处理这些请求。对于特定节目所需要均衡的负载，然而我们首先进行切换以尽量减少需要额外磁盘空间和网络带宽的重复次数。图 3 说明如何进行切换：假设 Cs 向 pa 请求，由于在复
22、制 pa 到网络磁盘池之前，属于 cSa 的系统组件没有可用磁盘带宽，我们试图通过找到另一个系统组件去接管由 cSa 之一传输的现有请求来为 pa 的新请求腾出空间，这样做，我们通过pUTa= 得到一组属于 cSa 正在传输的节目， pUTa。图 3 中， cSa=Ci,Cj,Ck正在传ipCT输将要与 pa 被切换的候选量 pUTa=pb,pc,pd,pe,pf,pg。然后，我们根据公式 cUSa=( )cSa 得到正在存储 pUTa 的 cUSa，图 3 中，属pUTii于 pUTa 的节目被存储到 cUSa=Cm,Cn,Co。我们在 cUSa 中选择一个磁盘带宽最多的组件，因此，属于 c
23、Sa 的一个系统组件通过将现存请求移交到被选组件中便能够为 pa 接收新请求。换句话说，现存请求被切换到被选组件中以腾出空间用于 pa 的新请求。在图 3 中，C m 基于这种标准而被选中，由于 pb 被存储到 Cm 上且正由 Ci 传输，因此 pb 的一个现存请求正从 Ci 切换到 Cm。经过切换 pb 而增加的磁盘带宽最终使得 Ci 能够接收 pa 的新请求。需要注意的是最低负载组件的切换总是在 cUSa 间选择，这样使得每个组件的负载能够维持在一个类似的程度。再者，当复制与切换一起工作时，会提高系统的负载分配。因为网络磁盘通常比个人视频录像机具有更多的磁盘带宽，一旦节目被复制，这些已复制
24、的节目的今后所有请求将更多机会地被网络磁盘处理。出于同样的原因，网络磁盘也往往倾向于通过切换方案去接管已复制节目的现有请求，以便于个人录像机能够接收其他节目的请求。因此，通过切换和复制这些负载平衡功能可以大大减少重复次数以提高系统性能。如果我们不能通过切换来接收 pa 的请求，我们最终应采取复制 pa。我们采用动态复制策略，以反映这样的点对点特性13。我们评估下列触发切换和复制的条件：p a 复制所必要的磁盘带宽总和以及在复制期间超过 cSa 可用磁盘带宽总和的 pa 的预计请求数。为获得表示该条件的方程，我们首先计算出 cSa 的总可用带宽，让 Dieb 和 Diu 分别表示 Ci 的有效带
25、宽和使用过的磁盘带宽。给定一个磁盘块大小(B i)，搜索时间(T is)，旋转延迟(T ir)和 Ci 的数据转换率(D ixr)，D ieb 可以由 Dieb=Bi/(Tis+Tir+Bi/Dixr)计算出来，此处 Tis、T ir、D ixr 代表反映一般情况的平均值。再一个是我们很简单地通过添加用于R、P l、 Pp、P d、 oCp、 iCp、 oCd 和 iCd 的磁盘带宽得到 Diu。因此， cSa 的可用磁盘带宽总和可从 计算出来。为了尽快允许 pa 的后续请求进入，所有属于 cSa 的个人aiCuiebiSc)(视频录像机会以更快的速率并行传输 pa。 那么，复制 pa 所需时
26、间为：d a/( * n( cSa)、da、 、n( cSa)分别表示正常速率下 pa 的持续时间、相对于正常速率的实际复制速率、属于 cSa 的个人视频录像机数量。设 pa 的预期请求速率为 a，那么直到复制完成的 pa 预期请求量为：(d a/(*n( cSa)*a。对于预期请求所需的磁盘带宽可以通过预期数量乘以Ra 来获得。此外，由于 pa 复制 次与正常播放速率 (Ra)一样快，复制所需的磁盘带宽为：*R a。因此，下列不等式表示切换和复制触发条件： aacaciuiebi RSndD*)(*)(SC .大量时移在本节中，我们描述了在不丢失任何数据的情况下评估所需缓存以持续存储时移节目
27、。通过在网络磁盘池中存储时移节目并允许所有个人录像机共享它们，时移节目的数目相较于单独的个人录像机性能可以得到显著扩展。其结果是，即使最近广播的节目没有被明确由用户记录，他们很可能要存储到内部网络。为了避免在两台 PVR 间传输节目时由于被分配的 PVR 缺乏可用调谐器使某些数据可能丢失的情况，我们将基于节目的播放时间的每个 PVR 预期可用调谐器分配信道。时移信道分配在为以下两种情况被执行：每个新节目开始时以及每台 PVR 被分配了由于节目为画中画和启动录音作为额外直播信道使得调谐器用尽的信道。在第一种情况下，由于内容管理服务器能够预先知道节目要启动广播，它是可能在信道传输被切换到另一台PV
28、R 时安排节目传输而不丢失任何数据广播。然而在第二种情况下，由于我们不可能预测用户发布一些互动时耗尽传输时移节目的调谐器而可能会丢失一些节目数据。这种情况下有两种可能性，一种可能性是没有对节目可调谐的 PVR，因为一些包括 FC-AL 仲裁时间和数据传输时间的延迟会在两台 PVR 进行切换传输中发生，一些节目数据在切换过程中丢失是不可避免的。另一种可能性则是存在至少一台可对节目调谐的 PVR，如果其中一台 PVR 接管这个节目的传输职责，那么只要在切换工程中对数据广播进行缓存则能够保证节目存储的持续性。图4. 两台PVR间时移节目切换传输最大延迟接下来我们分析在这种情况下持续存储时移节目的缓存
29、需求，图4展示了两台PVR间进行节目切换传输的最大延迟。为了保证在任何情况下节目存储的持续性，我们假设在一下最坏的情况下计算延迟：当附属于FC-AL的系统组件数量为 N时，作为切换的源PVR和目标PVR 都有最好的FC-AL 地址，分别为N-1 和N（在 FC-AL中具有较低地址的设备具有较高的优先级）。假设C N-1正传输p a到网络磁盘池中（如图4所示），但因为使用调谐器的一个额外请求而耗尽调谐器，它应在在时间t 0内完成另一台 PVR的传输任务。由于这种情况是不可预测的，C N-1应该附上所传输节目的最新位置信息立即通知内容管理服务器以便其尽快移交传输任务给另一台PVR。为了将这个信息数
30、据传输到内容管理服务器，C N-1参与仲裁以获得FC-AL的访问入口。由于C N-1具有非常低的优先级，它需要等待直到大部分系统组件获取环路接口和完成数据传输。在获得环路接口后，C N-1向内容管理服务器发送被传输节目的最新位置到网络磁盘池中，这些操作会发生在第一阶段。内容管理服务器接下来会基于每台PVR的调谐器可用性而决定哪台PVR接管传输任务。内容管理服务器选择C N，假设它被调谐到p a并且在p a广播时其可用调谐器数量达到最大平均值，然后内容管理服务器从最新存储位置向C N发送请求重新传输p a。由于内容管理服务器不使用公平仲裁算法去传输指令数据，它能很快地获得环路接口并传输请求数据包
31、。这种传输方式会发生在第二阶段。在收到请求以后，C N最终参与到仲裁中获得环路接口并再次开始传输p a到网络磁盘池中。然而，由于它具有最低的优先级，所以必须等待环路接入直到所有的个人录像机完成它们的数据数据，这事件发生在第三阶段。此外，C N需要以稍快的速率传输p a直到赶上到直播节目的位置（追赶期），后来它到达p a的直播位置（直播期）。为了避免在传输任务切换时丢失一些数据广播，C N应在缓存中保持存储p a的广播数据直到它开始传输数据到网络磁盘池中（即在第一、第二和第三阶段）。让我们评估p a传输切换过程中的最大延迟，每个环路接入时间由仲裁时间、连接开启时间、连接关闭时间和数据传输时间组成
32、3。当在FC-AL上 两个系统组件进行数据传输时，传输延迟取决于环路总开销如每个节点的延迟、传输延迟和数据传输时间。每个节点的延迟(T nd)被增加到发送和接收设备间的每个跃点中，而传输延迟(T pd)则取决于物理距离。此外，数据传输时间会受到FC-AL数据传输速率(L xr)、被转移数据量以及用于控制流的接受缓存量影响。仲裁、连接开启、连接关闭这三个信息需要完整的环路差错时间，由Tar=Topn=Tcls=N*Tnd+Tpd+信息大小/L xr计算得出，其中T ar、T opn、T cls分别表示仲裁时间、连接开启时间和连接关闭时间，N为附属于FC-AL的系统组件数量。要在FC-AL上传输块
33、，由于FC-AL以帧为单位传输数据，这个块需要被分解成帧。因此属于一个块的帧数(B/F)依赖于这个块(B)的大小，因为帧(F) 的大小是固定的。此外，表示一个依赖于接收缓冲区数量的控制流引起的总开销等级常量，N h表示两个系统组件间的跃点数，因此，传输一个块的FC-AL总开销所需时间可由 Tbo=*(B/F)*(N h*Tnd+Tpd)计算得出。另一方面，因为一条指令(C)的大小往往比帧大小要短得多，一条指令的总开销时间(T co)可由T co=*(N*T nd+Tpd)计算。数据传输时间的计算依赖于将要被传输的数据大小，因此B/L xr和C/L xr分别为一个块和一条指令。假设所有系统组件参与仲裁，每个阶段的长度则取决于仲裁时间的总和以及每个系统组件的数据传输时间。由于在第一阶段有N-1个块和一条被传输的指令，第二阶段有一条需传输的指令以及在第三阶段有N个块，我们得到下面传输过程中切换的最大延迟值：
