[論文レビュー] Upstream traffic capacity of a WDM EPON under online GATE-driven scheduling

Nelson Antunes, Christine Fricker+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 11, 2010

Advanced Photonic Communication Systems参考文献 24被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、WDM EPON におけるオンラインで割り当てベースのスケジューリングを可能にする、新規の GATE に駆動される動的帯域幅割り当て（DBA）アルゴリズムを提案する。このアルゴリズムにより、上行方向のトラフィック容量が向上する。システムをマルチサーバーのポーリングシステムとしてモデル化し、一般のトラフィックに対して閉形式の容量式を導出する。シミュレーションにより、特に高い伝送遅延を伴う長距離ネットワークにおいて、従来の REPORT に駆動されるスケジューラーより優れた性能を示すことを確認した。

ABSTRACT

Passive optical networks are increasingly used for access to the Internet and it is important to understand the performance of future long-reach, multi-channel variants. In this paper we discuss requirements on the dynamic bandwidth allocation (DBA) algorithm used to manage the upstream resource in a WDM EPON and propose a simple novel DBA algorithm that is considerably more efficient than classical approaches. We demonstrate that the algorithm emulates a multi-server polling system and derive capacity formulas that are valid for general traffic processes. We evaluate delay performance by simulation demonstrating the superiority of the proposed scheduler. The proposed scheduler offers considerable flexibility and is particularly efficient in long-reach access networks where propagation times are high.

研究の動機と目的

• 長距離 WDM EPON において高い伝送遅延を伴う環境で、既存のオンラインおよびオフライン DBA アルゴリズムの性能制限を解消すること。
• マルチウェーブレングス、長距離のパassive 光ファイバー網における上行方向トラフィック容量の向上と遅延低減を図ること。
• 完全な往復フィードバックを必要とせず、柔軟で動的なスケジューリングを可能にする実用的で規格準拠の DBA アルゴリズムを開発すること。
• 波長の利用が制限される状況を含め、一般のトラフィック仮定のもとで WDM EPON の容量式を解析的に導出すること。
• シミュレーションを用いてアルゴリズムの性能を評価し、古典的な REPORT に駆動されるオンラインスケジューラーと比較すること。

提案手法

• OLT が ONU のバッファ状態を現在の知識に基づいて事前に割り当て（ゲント）を発行する GATE に駆動される DBA を提案する。これにより、REPORT メッセージの到着を待つのではなく、能動的にスケジューリングを実行する。
• 伝送遅延の変動を考慮した、ゲート制御サービスと変動遅延を伴うマルチサーバーのポーリングシステムとして、上行方向リソース割り当てをモデル化する。
• 既知のマルチサーバーのポーリングシステムの結果を応用し、一般のトラフィックプロセスに対して閉形式のトラフィック容量式を導出する。
• 全波長利用可能と限られた利用可能な WDM EPON の両方のシナリオにこのモデルを適用し、後者の場合には近似を用いる。
• 対称的および非対称のトラフィック負荷下での平均パケット遅延とサイクル時間を評価するためにシミュレーションを実施する。
• 限られたゲート制御サービスを模倣し、高負荷下でのシステム安定性を確保するために、最大ゲントサイズ制約を導入する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 長距離 WDM EPON において、REPORT に駆動されるオンライン DBA と比較して、GATE に駆動されるスケジューリングは、上行方向の容量と遅延性能をどのように改善するか？
• RQ2 ONU が全波長または限られた波長にアクセス可能な状況において、一般のトラフィックプロセスのもとで WDM EPON の解析的容量式をどのように導出できるか？
• RQ3 本提案アルゴリズムは、最大 100 km の長距離ネットワークにおいて、変動する伝送遅延をどのように処理するか？
• RQ4 波長利用が制限されるシステムにおいて、近似式がシミュレーション結果とどの程度一致するか、特に非対称負荷下でどうか？
• RQ5 完全な標準準拠を損なわず、オンラインの GATE に駆動されるスケジューリングが、オフラインまたは REPORT に駆動されるアプローチよりも優れた性能を達成できるか？

主な発見

• GATE に駆動される DBA は、特に高い伝送遅延を伴う長距離 EPON において、古典的な REPORT に駆動されるオンラインスケジューラーよりも高い上行方向トラフィック容量を達成する。
• アルゴリズムの性能はマルチサーバーのポーリングシステムとして解析的にモデル化され、一般のトラフィック仮定のもとで閉形式の容量式が導出可能である。
• 安定性限界に非常に近い負荷でも平均パケット遅延が 1 ms 未満に保たれ、この種のシステムでは容量が主な性能指標であることが確認された。
• 全波長利用可能な WDM EPON では、導出した容量式は正確であり、一般のトラフィックプロセスに有効である。
• 波長利用が制限される状況では、全利用可能状態のモデルに基づく容量近似が、特に ONU が複数波長を同時に使用しない場合に、高負荷下でも良好に機能する。
• 1 つまたは少数の ONU が極めて高い負荷を負荷する非対称負荷下では、ループ遅延と最大ゲントサイズを含むより厳しい条件により容量が制限され、テスト事例では 1.58 Gb/s の容量が得られた。