[논문 리뷰] Effect of Crosstalk on Permutation in Optical Multistage Interconnection Networks

Er. Sandeep Kaur, Er. Anantdeep외 1명|arXiv (Cornell University)|2010. 04. 26.

Interconnection Networks and Systems참고 문헌 22인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 광다단계교차망(Optical Multistage Interconnection Networks, OMINs)에서 교차 캐리(backtalk)가 순열 성능에 미치는 영향을 조사하며, 통제된 교차 캐리가 네트워크 성능을 향상시킬 수 있음을 제안한다. 교차 캐리 하에서 대역폭과 통과 가능성(passability)을 분석함으로써, 제한된 교차 캐리를 허용할 경우 시간분할 multiplexing 및 확장 기법을 결합함으로써 처리량과 효율성이 향상됨을 입증한다. 특히 공간 또는 시간 영역에서의 기법을 적용할 경우 더욱 두드러진다.

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.

연구 동기 및 목표

• 광다단계교차망(Optical Multistage Interconnection Networks, OMINs)에서 교차 캐리가 순열 통과 가능성에 미치는 영향을 분석하기 위해.
• 대역폭과 처리량 측면에서 교차 캐리 유무에 따른 OMIN 성능을 비교하기 위해.
• 공간 또는 시간 영역에서의 확장 기법이 교차 캐리 영향을 완화하는 데 얼마나 효과적인지 평가하기 위해.
• 교차 캐리가 본질적으로 간섭을 유발하지만, 통제된 교차 캐리가 네트워크 성능을 향상시킬 수 있는지 확인하기 위해.
• 고대역폭, 고성능 컴퓨팅 응용 분야를 위한 OMIN 설계 최적화에 통찰을 제공하기 위해.

제안 방법

• 연구는 주로 통신 패턴으로 순열 라우팅을 사용하여 OMIN을 모델링한다.
• 교차 캐리가 있는지 없는지에 따라 네트워크 성능을 비교함으로써 교차 캐리 하에서의 성능을 평가한다.
• 시간분할 multiplexing 기법을 적용하여 메시지를 그룹으로 나누고 여러 시간 슬롯에 나누어 전송함으로써 교차 캐리 영향을 감소시킨다.
• 공간 및 시간 영역에서 모두 확장 기법을 적용하여 동시에 발생하는 신호 간섭을 제한한다.
• 다양한 교차 캐리 수준에서 대역폭 효율성을 분석하여 성능 트레이드오프를 평가한다.
• 이론적 분석과 시뮬레이션 결과를 비교하여, 다양한 교차 캐리 조건 하에서 네트워크 처리량과 통과 가능성의 성능을 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 교차 캐리는 광다단계교차망의 순열 통과 가능성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 교차 캐리는 OMIN의 총 대역폭과 처리량에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 교차 캐리의 부정적 영향가 있음에도 불구하고, 통제된 교차 캐리가 네트워크 성능을 향상시킬 수 있는가?
• RQ4 공간 영역 및 시간 영역에서의 확장 기법은 OMIN에서 교차 캐리 영향을 완화하는 데 얼마나 효과적인가?
• RQ5 시간분할 multiplexing는 OMIN에서 순열 라우팅 중 교차 캐리를 관리하는 데 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 교차 캐리가 어느 정도 허용될 경우 OMIN 성능이 향상되며, 이는 교차 캐리가 항상 성능을 떨어뜨린다고 보는 가정과는 반대된다.
• 시간분할 multiplexing 및 확장 기법을 통해 교차 캐리를 관리하는 네트워크에서 대역폭 효율성이 향상된다.
• 시간분할 multiplexing의 사용은 메시지를 여러 시간 슬롯에 스케줄링하여 교차 캐리 영향을 감소시킨다.
• 공간 영역에서의 확장은 한 시간 슬롯당 각 스위치 요소에서 하나의 입력과 하나의 출력만 허용함으로써 교차 캐리 간섭을 효과적으로 줄인다.
• 결과적으로 교차 캐리를 완전히 제거하지 않는 것이 더 높은 처리량을 달성할 수 있음을 시사하며, 이는 교차 캐리 억제와 자원 활용 간의 성능 트레이드오프를 의미한다.
• 연구는 통제된 교차 캐리가 있는 OMIN이 엄격히 교차 캐리가 없는 구성보다 효과적 대역폭과 순열 효율성 측면에서 뛰어나다는 것을 확인한다.