[논문]제한된 수의 튜닝 가능한 파장변환기와 내부파장을 갖는 하이브리드 버퍼 구조의 광 패킷 스위치

임헌국

초록
AI-Helper

광 패킷 스위칭 기술은 대용량 인터넷 트래픽을 패킷레벨에서 보다 유동적인 대역폭으로 전송해 줄 수 있으며, WDM 계층과 I P 계층을 유연하게 통합 해 줄 수 있기 때문에 차세대 광 인터넷을 위한 가장 강력한 스위칭 기술 중 하나이다. 광 패킷 스위칭 기술의 연구는 동기식 망 안에서의 연구와 비동기식 망 안에서의 연구로 나뉘며 본 논문에서는 인터넷 트래픽과 같은 비동기 가변길이 패킷들을 위한 광 패킷 스위치 내부에 경합해결 이슈에 초점이 맞추어져 있다. 하이브리드 버퍼는 광 지연 선로 버퍼와 전자 버퍼로 구성 되어 비동기 가변길이 패킷들의 경합 해결을 위한 하나의 대체 버퍼로서 패킷 손실 확률을 감소시키기 위해 소개된바 있다. 그런데 스위치 내부의 자원 중 튜닝 가능한 파장 변환기의 개수와 내부 파장 개수를 고려한 광 패킷 스위치의 디자인은 스위치 비용과 자원 이용 효율을 결정짓는 매우 중대한 이슈이다. 따라서 본 논문에서는 한정된 수의 튜닝 가능한 파장 변환기와 내부 파장 개수를 고려한 하이브리드 버퍼 구조형 광 패킷 스위치를 설계하고 그것의 스케쥴링 알고리즘을 소개하고자 한다. 제안한 스케쥴링 알고리즘은 광 지연 선로 버퍼만을 갖는 기존의 LAUC-VF 알고리즘과 비교하여 더 나은 패킷 손실 확률을 제공해 줄 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Optical packet switching(OPS) is a strong candidate for the next-generation internet, since it has a fine switching granularity at the packet level for providing flexible bandwidth, and provides seamless integration between WDM layer and IP layer. Optical packet switching have been studied in two ca...

Optical packet switching(OPS) is a strong candidate for the next-generation internet, since it has a fine switching granularity at the packet level for providing flexible bandwidth, and provides seamless integration between WDM layer and IP layer. Optical packet switching have been studied in two categories: OPS in synchronous and OPS in asynchronous networks. In this article we are focused on contention resolution of OPS in asynchronous networks. The hybrid buffer have been addressed, to reduce packet loss further as one of the alternative buffer structures for contention resolution of asynchronous and variable length packets, which consists of the FDL buffer and the electronic buffer. The OPS design issue for the limited number of TWCs and internal wavelengths is important in the aspect of switch cost and resource efficiency. Therefore, an hybrid buffer structured optical packet switch and its scheduling algorithm is presented for considering the limited number of TWCs and internal wavelengths, for contention resolution of asynchronous and variable length packets. The proposed algorithm could lead to the packet loss improvement compared to the legacy LAUC-VF algorithm with only the FDL buffer.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 한정된 수의 튜닝 가능한 파장 변환기와 내부 파장을 고려해주는 하이브리드 버퍼 구조의 광 패킷 스위치가 자원 낭비를 막아주기 위한 일환으로 제안되었다. 또한 한정된 수의 자원을 고려해주는 하이브리드 버퍼 구조의 광 패킷 스위치를 위한 스케쥴링 알고리즘이 제안되었으며, 제안된 알고리즘의 패킷 손실 확률이 오로지 광 지연 선로 버퍼만을 갖는 기존의 LAUC-VF 알고리즘과 비교되었다.

제안 방법

먼저 와 같이 delay line length (D) 의 증가에 따른 패킷 손실 확률이 제안된 알고리즘과 LAUC-VF 알고리즘에 대해 평가되었다.
비동기 가변길이 패킷 들을 위한 기존의 스케쥴링 알고리즘 들이 광 패킷 스위치 내부에 TWC와 내부 파장 개수를 Fully 가정하고 나아가고자 하는 출력 파이버 안에 하나의 채널을 찾는 데에만 대부분 초점을 맞춘 반면, 제안된 알고리즘은 하이브리드 버퍼 하에서 아웃풋 채널뿐 아니라 하나의 이용 가능한 TWC와 광 지연 선로 버퍼안에 하나의 이용 가능한 내부의 파장 또한 찾기 위해 설계되었다.
LAUC-VF 알고리즘에서 각각의 광 지연 선로에 의해 지연된 시각 k = t + D_i과 각각의 채널 상에 존재하는 스케쥴 되어진 패킷 사이의 시간 간격을 Gap이라 정의하며, Channel_Search_by_FDLs (k) 함수는 가장 작은 Gap을 갖는 하나의 채널 q를 선택 한다 [6]. 이용 가능한 출력 채널 q가 지연 시각 k = t + D_i에서 발견 되어 진다면 선택된 i_th 광 지연 선로 안에 하나의 채널이 유용한지 검사한다. 하나의 채널이 이용 가능하다면, 하나의 TWC가 입력 패킷의 파장을 선택 되어진 i_th 광 지연 선로 안에 하나의 유용한 파장으로 변환하기 위해 이용 가능 한지 검사 되어 지고, i_th 광 지연 선로 안에 하나의 유용한 채널이 존재하지 않는다면 도착한 입력 패킷은 손실 된다.
하이브리드 버퍼를 갖는 광 패킷 스위치를 과 같이 네 개의 주요한 기능 블록 (입력 파트, 하이브리드 버퍼, 출력 파트, 스위치 제어 파트)로 구성하였고 각각은 공간 스위치로 연결하였다.

데이터처리

고려해주기 위해 변형된 LAUC-VF (latest available unused channel with void filling) [7] 알고리즘의 패킷 손실 확률과 비교하였다 [8].
본 논문에서는 한정된 수의 튜닝 가능한 파장 변환기와 내부 파장을 고려해주는 하이브리드 버퍼 구조의 광 패킷 스위치가 자원 낭비를 막아주기 위한 일환으로 제안되었다. 또한 한정된 수의 자원을 고려해주는 하이브리드 버퍼 구조의 광 패킷 스위치를 위한 스케쥴링 알고리즘이 제안되었으며, 제안된 알고리즘의 패킷 손실 확률이 오로지 광 지연 선로 버퍼만을 갖는 기존의 LAUC-VF 알고리즘과 비교되었다. 제안된 알고리즘과 하이브리드 버퍼의 추가적인 연속 시간 지연 효과에 의해 패킷 손실 확률이 향상됨을 알 수 있었다.

성능/효과

광 패킷 스위칭 네트워크 하에서의 주요한 성능 지표는 패킷 손실 확률이며 본 논문상에선 표현되진 않았지만 스위치 내부에서 겪는 패킷 큐잉 딜레이에 대해서도 제안된 알고리즘은 보다 조밀한 Void filling 효과에 기인하여 성능 향상에 기여 할 수 있었다. 또한 위의 결과들로부터 제한된 수의 튜닝 가능한 파장 변환기와 내부 파장 개수 하에서 패킷 손실 확률이 제안된 알고리즘과 하이브리드 버퍼의 연속적인 시간 지연 효과의 도움에 의해 향상되어 질수 있음을 확인 할 수 있었다.
먼저 <그림 5>와 같이 delay line length (D) 의 증가에 따른 패킷 손실 확률이 제안된 알고리즘과 LAUC-VF 알고리즘에 대해 평가되었다. 두 개의 한정된 수의 파장 변환기와 내부의 파장 개수((q=220, L=56), (q=230, L=64))의 예에 대해 하이브리드 버퍼 (B=10, k=6 or 9)를 갖는 제안된 알고리즘이 오로지 광 지연선로 버퍼 (B=10) 만을 갖는 LAUC-VF 알고리즘보다 더 좋은 성능을 얻을 수 있었다.
<그림 7>은 두 개의 알고리즘에 대해 로드( ρ )의 함수로서의 패킷 손실 확률을 보여 준다. 두 개의 한정된 자원 ((q=180, L=48), (q=220, L=56))예에 대해 제안된 알고리즘은 LAUC-VF 알고리즘의 패킷 손실 확률과 비교하여 더 나은 성능을 가졌다.
<그림 6>은 LAUC-VF 알고리즘에 대해 B 의 함수로서의 패킷 손실 확률을 보여준다. 두 개의 한정된 자원 ((q=220, L=56), (q=230, L=64)) 예에 대해, k의 증가에 따른 제안된 알고리즘이 B의 증가에 따른 LAUC-VF 의 알고리즘 보다 더 나은 성능을 가졌다. 또한 한가지 여기서 주목해야 할 사실은 광 패킷 스위치 내부에 광 지연 선로 개수(B) 는 수십 개 정도로 한정되어 지며 무한히 증가 할 수 없는 디자인 특성을 갖는 다는 것이다[3].
광 패킷 스위칭 네트워크 하에서의 주요한 성능 지표는 패킷 손실 확률이며 본 논문상에선 표현되진 않았지만 스위치 내부에서 겪는 패킷 큐잉 딜레이에 대해서도 제안된 알고리즘은 보다 조밀한 Void filling 효과에 기인하여 성능 향상에 기여 할 수 있었다. 또한 위의 결과들로부터 제한된 수의 튜닝 가능한 파장 변환기와 내부 파장 개수 하에서 패킷 손실 확률이 제안된 알고리즘과 하이브리드 버퍼의 연속적인 시간 지연 효과의 도움에 의해 향상되어 질수 있음을 확인 할 수 있었다.
또한 한정된 수의 자원을 고려해주는 하이브리드 버퍼 구조의 광 패킷 스위치를 위한 스케쥴링 알고리즘이 제안되었으며, 제안된 알고리즘의 패킷 손실 확률이 오로지 광 지연 선로 버퍼만을 갖는 기존의 LAUC-VF 알고리즘과 비교되었다. 제안된 알고리즘과 하이브리드 버퍼의 추가적인 연속 시간 지연 효과에 의해 패킷 손실 확률이 향상됨을 알 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	광 패킷 스위칭 기술이 차세대 광 인터넷을 위한 가장 강력한 스위칭 기술 중 하나라고 말할 수 있는 이유는 무엇인가?	광 패킷 스위칭 기술은 대용량 인터넷 트래픽을 패킷레벨에서 보다 유동적인 대역폭으로 전송해 줄 수 있으며, WDM 계층과 IP 계층을 유연하게 통합 해 줄 수 있기 때문에 차세대 광 인터넷을 위한 가장 강력한 스위칭 기술 중 하나라고 말할 수 있다. 광 패킷 스위칭 기술의 연구는 동기식 망 안에서의 연구와 비동기식 망 안에서의 연구로 나뉘며, 최근 들어선 인터넷 트래픽과 같은 비동기 가변길이 패킷들을 위한 광 패킷 스위칭 기술 연구가 활발히 진행 되고 있다 [1-6].
	입력 트랙픽의 ON과 OFF의 구간은 무엇을 나타내는가?	입력 트랙픽은 ON과 OFF의 구간이 Ton = ⎣bytes /U1/α⎦ 와 Toff = ⎣bytes′ /U1/α⎦으로 정의되는 Pareto heavy tailed 분포를 갖는 Self similar aggregate 트래픽이 적용되었다 [1,3]. ON 구간은 Packet burst (가변 길이 패킷)를 나타내며, OFF 구간은 Inter-arrival time을 나타낸다. U 는 (0,1] 위에 유니폼 랜덤 변수를, ⎣ ⎦는 floor 함수를 나타낸다.
	광 패킷 스위칭 기술의 연구는 어떻게 나뉘는가?	광 패킷 스위칭 기술은 대용량 인터넷 트래픽을 패킷레벨에서 보다 유동적인 대역폭으로 전송해 줄 수 있으며, WDM 계층과 IP 계층을 유연하게 통합 해 줄 수 있기 때문에 차세대 광 인터넷을 위한 가장 강력한 스위칭 기술 중 하나라고 말할 수 있다. 광 패킷 스위칭 기술의 연구는 동기식 망 안에서의 연구와 비동기식 망 안에서의 연구로 나뉘며, 최근 들어선 인터넷 트래픽과 같은 비동기 가변길이 패킷들을 위한 광 패킷 스위칭 기술 연구가 활발히 진행 되고 있다 [1-6]. 그러한 연구들 가운데 기존의 광 지연선로 버퍼와 전자버퍼로 구성되는 하이브리드 버퍼 구조가 비동기 가변길이 광 패킷의 경합 해결을 위한 버퍼 구조 중 하나로 제안 된 바 있다 [3].

참고문헌 (8)

L. Tancevski, S. Yegnanarayanan, G. Castanon, L. Tamil, F. Masetti and T. McDermott , "Optical Routing of Asynchronous, Variable Length Packets," IEEE J. Select. Areas Commun., Vol. 18, No. 10, pp. 2084-2093, Oct. 2000.

상세보기
L. Tancevski, L. Tamil and F. Callegati, "Nondegenerate Buffers: An Approach for Building Large Optical Memories," IEEE Photon. Technol. Lett., Vol. 11, No. 8, pp. 1072-1074, Aug. 1999.

상세보기
H. Lim and C.-S. Park, "Performance Evaluation of the Optical Packet Switch with Hybrid Buffer Structure for the Contention Resolution of Asynchronous Variable Length Packets," IEICE Trans. Commun., Vol. E87-B, No. 5, pp. 1421-1426, May 2004.
F. Callegati, G. Corazza, and C. Raffaelli, "Design of a WDM optical packet switch for IP traffic," in Proc. IEEE GLOBECOM. 2000, Vol. 2, pp. 1283-1287, Dec. 2000.
F. Callegati, G. Corazza, C. Raffaelli , "Exploitation of DWDM for Optical Packet Switching with Quality of Service Guarantees," IEEE J. Select. Areas Commun., Vol. 20, Issue 1, pp. 190-201, Jan. 2002

상세보기
T. Zhang, K. Lu, J. P. Jue, "Shared fiber delay line buffers in asynchronous optical packet switches," IEEE J. Select. Areas Commun., Vol. 24, No 4, pp. 118-127, April 2006

상세보기
Y. Xiong, M. Vandenhoute and Hakki C. Cankaya, "Control Architecture in Optical Burst-switched WDM Networks," IEEE J. Select. Areas Commun., Vol. 18, No. 10, pp. 1838-1851, Oct. 2000.

상세보기
H. Lim, K. Go, D. Kim and K, Cho., "Hybrid buffer structured optical packet switch for the limited numbers of tunable wavelength converters and internal wavelengths," in Proc. APIC-IST 2008, pp.151-156, Dec. 2008.

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