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WDM 네트워크에서는 파장이 어떻게 할당되는지에 따라 다양한 논리적 토폴로지가 형성되기 때문에 파장 할당이 매우 중요한 문제이다. 기존의 파장 할당 알고리즘은 무한한 수의 ADM을 가정하거나 시간 복잡도를 고려하지 않았다. 제안되었던 알고리즘 중 가장 성능이 좋은 RCL 알고리즘의 경우, 불필요한 블로킹을 발생시킨다는 문제점이 있다. 본 논문에서는 동적인 트래픽 요청에 대해 기존 기법보다 시간 복잡도를 줄이면서 I/O 블로킹과 파장 블로킹을 모두 최소화할 수 있는 파장 할당 알고리즘을 제안한다.

WDM 네트워크에서는 파장이 어떻게 할당되는지에 따라 다양한 논리적 토폴로지가 형성되기 때문에 파장 할당이 매우 중요한 문제이다. 기존의 파장 할당 알고리즘은 무한한 수의 ADM을 가정하거나 시간 복잡도를 고려하지 않았다. 제안되었던 알고리즘 중 가장 성능이 좋은 RCL 알고리즘의 경우, 불필요한 블로킹을 발생시킨다는 문제점이 있다. 본 논문에서는 동적인 트래픽 요청에 대해 기존 기법보다 시간 복잡도를 줄이면서 I/O 블로킹과 파장 블로킹을 모두 최소화할 수 있는 파장 할당 알고리즘을 제안한다.

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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 가장 큰 문제점은 불연속적인 파장을 생성함으로써 불필요한 파장 블로킹을 발생시켰다는 점이다. 본 논문에서는 기존 알고리즘에 비해 계산비용을 감소시키면서 I/O 블로킹과 파장 블로킹을 모두 고려할 수 있는 파장 할당 알고리즘을 제안하였다. 요청 트래픽에 파장을 할당한 이후, 해당 파장이 연속적으로 할당될 수 있는 링크의 수를 최대화하는 것이다.
• W는 파장의 수를, Ne 노드의 수를 의미한다. 본 논문에서는 동적인 네트워크 환경에서 효율적인 파장 할당 알고리즘을 제안한다. 이는 O(W-N₂) 의 시간 복잡도로 I/O 블로킹과 파장 블로킹 모두를 최소화할 수 있는 기법이다.

가설 설정

• 이는 잠재적으로 영향을 받을 수 있는 패스들을 고려하는 방법으로서, 시간 복잡도를 고려하지 않았다. 그리고 I/O 용량, 즉 송수신기의 개수에 의한 블로킹을 가정으로부터 배제시켰다. 가장 큰 문제점은 불연속적인 파장을 생성함으로써 불필요한 파장 블로킹을 발생시켰다는 점이다.
• 기존 연구에서와 마찬가지로, 사용 가능한 파장의 수는 4로 가정하고 40개의 노드로 구성된 링 네트워크를 모델링 하였다. 다른 점은 사용 가능한 ADM의 수를 3으로 제한 시킨 것이다.
• 본 논문에서 가정하는 모델은, 실제 네트워크와 마찬가지로 사용 가능한 파장과 ADM의 수에 제한이 있다. 또한 단 일 홉 네트워크를 가정하기 때문에 요청 트래픽의 출발지에서부터 목적지 노드까지의 중간 링크에서는 같은 파장이 사용 가능해야 한다.

제안 방법

• 기존의 RCL 알고리즘은 무한한 수의 ADM을 가정하였기 때문에 공유 ADM 개념을 사용할 필요가 없었다. 그래서 공유 ADM 개념을 채택한, 현실적으로 수정된 RCL알고리즘을 구현하여 함께 비교하였다.
• 다음 시뮬레이션은 네트워크의 크기를 의미하는 변수인 노드 수를 중가시키면서 그에 따른 수행 시간을 측정한 것이다. 그림4는 그 결과를 보여주고 있다.
• 포아송 분포로 발생된 트래픽에 대해 I/O 블로킹과 파장 블로킹 여부를 판단한다. 불연속적인 파장을 최소화 시키 고자 가장 큰 세그먼트를 갖는 파장을 우선적으로 선택한다.

이론/모형

• 다른 점은 사용 가능한 ADM의 수를 3으로 제한 시킨 것이다. 제안하는 알고리즘의 비교 대상으로는 기존의 RCL 알고리즘과 수정된 RCL 알고리즘을 사용하였다. 기존의 RCL 알고리즘은 무한한 수의 ADM을 가정하였기 때문에 공유 ADM 개념을 사용할 필요가 없었다.

성능/효과

• 다시 말해서, 네트워크에서 파장의 불연속성을 최소화하려는 것이다. 그 결과, 트래픽 분포 정도에 따라 기존 RCL 알고리즘보다는 약 35%, 수정된 RCL 알고리즘보다는 약 22% 블로킹이 감소하였다. 트래픽 길이 편차에 대해서는 기존 RCL 알고리즘과 수정된 RCL 알고리즘과 비교했을 때, 제안 알고리즘이 각각 20%, 10%의 성능 향상울 보였다.
• 트래픽 길이는 출발지에서부터 목적지 노드까지의 거리가 된다. 길이 편차가 클수록, 즉 동적인 환경일수록 제안 기법은 보다 좋은 성능을 보여주며 최대 60%까 지 블로킹 발생을 감소시킨다.
• 그림4는 그 결과를 보여주고 있다. 노드의 수가 증가함에 따라 수행 시간의 차이가 현저하게 크다는 것을 확인할 수 있었다.
• 기존 RCL 알고리즘의 경우는 송수신기를 송신기나 수신기 중 하나로만 사용하기 때문에 ADM을 50%밖에 활용하지 못 한다. 반면 공유 ADM 사용을 기본으로 하는 제안 기법은 ADM을 100% 활용하므로 기존 기법 보다 I/O 블로킹 발생을 감소 시킨다. 이 모든 과정이 한 번의 링크 룩 업(lookup)을 통하여 이루어질 수 있기 때문에 시간 복잡도 측면에서도 이득이다.
• 트래픽 길이 편차에 대해서는 기존 RCL 알고리즘과 수정된 RCL 알고리즘과 비교했을 때, 제안 알고리즘이 각각 20%, 10%의 성능 향상울 보였다. 수행시간의 측면에서는 약 3배 이상의 시간이 절감하였으며 ADM 이용률 역시 최대 100%까지 높아졌다. 이는 잠재적으로 I/O 용량으로 인한 블로킹을 감소시키는 효과를 가져 온다.
• 이 모든 과정이 한 번의 링크 룩 업(lookup)을 통하여 이루어질 수 있기 때문에 시간 복잡도 측면에서도 이득이다. 잠재패스를 고려한 결과 O(W・N₃)의 복잡도를 기록한 기존 기법에 비해, 제안 기법이 O(W・N₂)을 기록하여 기존 기법보다 동적인 환경에 더 적합함을 알 수 있다.
• 그 결과, 트래픽 분포 정도에 따라 기존 RCL 알고리즘보다는 약 35%, 수정된 RCL 알고리즘보다는 약 22% 블로킹이 감소하였다. 트래픽 길이 편차에 대해서는 기존 RCL 알고리즘과 수정된 RCL 알고리즘과 비교했을 때, 제안 알고리즘이 각각 20%, 10%의 성능 향상울 보였다. 수행시간의 측면에서는 약 3배 이상의 시간이 절감하였으며 ADM 이용률 역시 최대 100%까지 높아졌다.
• 그림2는 포아송 함수의 평균값 入가 변함에 따라, 제안 기법이 기존 RCL 알고리즘과 수정된 RCL 알고리즘에 비교하여 얼 만큼 블로킹 감소율을 기록하는지 보여준다. 평균적으로 기존 RCL보다는 34.5%, 수정된 RCL보다는 22% 정도의 블로킹이 감소됨을 알 수 있다.
• 반면, 제안 알고리즘과 수정된 RCL알고리즘의 경우는 100% 이용한다. 하지만 제안 알고리즘은 되도록 연속적으로 파장을 할당하고, 연속적으로 잔여 링크를 유지하기 때문에 수정 된 RCL 알고리즘보다 약 10% 정도 ADM을 더 잘 활용한다.
• 동적인 파장 할당 알고리즘의 관건은 블로킹 발생률을 최소화하는 것이다. 현재까지 제안된 파장 할당 알고리즘 중에는 RCL 알고리즘이 가장 좋은 성능을 보인다. 이는 잠재적으로 영향을 받을 수 있는 패스들을 고려하는 방법으로서, 시간 복잡도를 고려하지 않았다.

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