[論文レビュー] Effect of Crosstalk on Permutation in Optical Multistage Interconnection Networks

Er. Sandeep Kaur, Er. Anantdeep+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 26, 2010

Interconnection Networks and Systems参考文献 22被引用数 7

ひとこと要約

本稿は、光マルチステージインターコネクトネットワーク（OMINs）における順列処理性能に及ぼすクロストークの影響を調査し、制御されたクロストークがネットワーク性能を向上させ得ると提案している。クロストーク下での帯域幅と通過可能性を分析することで、時間分割多重および拡張技術を空間的・時間的領域で組み合わせることで、スループットと効率が向上することを示している。

ABSTRACT

Optical MINs hold great promise and have advantages over their electronic networks.they also hold their own challenges. More research has been done on Electronic Multistage Interconnection Networks, (EMINs) but these days optical communication is a good networking choice to meet the increasing demands of high-performance computing communication applications for high bandwidth applications. The electronic Multistage Interconnection Networks (EMINs) and the Optical Multistage Interconnection Networks (OMINs) have many similarities, but there are some fundamental differences between them such as the optical-loss during switching and the crosstalk problem in the optical switches. To reduce the negative effect of crosstalk, various approaches which apply the concept of dilation in either the space or time domain have been proposed. With the space domain approach, extra SEs are used to ensure that at most one input and one output of every SE will be used at any given time. For an Optical network without crosstalk, it is needed to divide the messages into several groups, and then deliver the messages using one time slot (pass) for each group, which is called the time division multiplexing. This Paper discusses the permutation passability behavior of optical MINs. The bandwidth of optical MINs with or without crosstalk has also been explained. The results thus obtained shows that the performance of the networks improves by allowing crosstalk to some extent.

研究の動機と目的

• 光マルチステージインターコネクトネットワーク（OMINs）におけるクロストークが順列通過可能性に与える影響を分析すること。
• 帯域幅とスループットの観点から、クロストークあり・なしのOMINsの性能を比較すること。
• 空間的または時間的領域における拡張技術のクロストーク影響低減効果を評価すること。
• クロストークが内在する干渉を考慮しても、制御されたクロストークがネットワーク性能を向上させ得るかどうかを特定すること。
• 高帯域幅・高性能コンピューティングアプリケーション向けにOMIN設計を最適化するための知見を提供すること。

提案手法

• 研究では、主に通信パターンとして順列ルーティングを用いたOMINsのモデル化を行う。
• クロストークを含む・含まない状況でのネットワーク性能を比較することで、クロストーク下での性能を評価する。
• 時間分割多重を適用し、メッセージを複数の時間スロットに分割して送信することで、クロストークの影響を低減する。
• 空間的および時間的領域にわたり、同時に発生する信号干渉を制限するため、拡張技術を適用する。
• さまざまなクロストークレベルにおける帯域幅効率を分析し、性能のトレードオフを評価する。
• 理論的分析とシミュレーション結果を用いて、異なるクロストーク条件におけるネットワークスループットと通過可能性を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クロストークは光マルチステージインターコネクトネットワークの順列通過可能性にどのように影響するか？
• RQ2 クロストークはOMINの全体的な帯域幅とスループットにどのような影響を及ぼすか？
• RQ3 クロストークの負の影響を考慮しても、制御されたクロストークがネットワーク性能を向上させ得るか？
• RQ4 空間的領域および時間的領域における拡張技術は、OMINにおけるクロストーク低減にどの程度効果的か？
• RQ5 時間分割多重は、OMINにおける順列ルーティングの過程でクロストークをどのように管理するか？

主な発見

• クロストークをある程度許容することで、OMINの性能が向上することが示され、クロストークが常に性能を低下させるという仮定とは対照的である。
• 時間分割多重および拡張技術によってクロストークが管理されるネットワークでは、帯域幅効率が向上する。
• 時間分割多重の適用により、メッセージが複数の時間スロットに分散されるため、クロストークの影響が低減される。
• 空間的領域における拡張では、1回の時間スロットごとに1つの入力および1つの出力のみをスイッチ素子が使用するように制限することで、クロストーク干渉が効果的に低減される。
• 結果から、クロストークを完全に排除しないことで、OMINがより高いスループットを達成できることを示しており、クロストーク抑制とリソース利用の間の性能トレードオフが明らかになった。
• 本研究では、制御されたクロストークを有するOMINが、完全にクロストークのない構成よりも、有効帯域幅および順列効率の観点で優れた性能を示すことを確認した。