[논문 리뷰] Upstream traffic capacity of a WDM EPON under online GATE-driven scheduling

Nelson Antunes, Christine Fricker외 2명|arXiv (Cornell University)|2010. 02. 11.

Advanced Photonic Communication Systems참고 문헌 24인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 고전적인 REPORT 기반 스케줄링과 비교해 온라인으로 할당하는 GATE 기반 동적 대역폭 할당(DBA) 알고리즘을 제안하며, WDM EPON에서 상行 트래픽 용량을 향상시킨다. 시스템을 다중 서버 풀링 시스템으로 모델링하고 일반적인 트래픽에 대해 폐쇄형 용량 공식을 유도하며, 시뮬레이션을 통해 기존의 REPORT 기반 스케줄러보다 성능이 뛰어나며, 특히 고지연 전파 시간을 가진 장거리 네트워크에서 뛰어난 성능을 보임을 입증한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 장거리 WDM EPON에서 고지연 전파 시간을 가진 기존의 온라인 및 오프라인 DBA 알고리즘의 성능 한계를 해결한다.
• 다중 파장, 장거리 수동 광학 네트워크에서 상행 트래픽 용량을 향상시키고 지연을 감소시킨다.
• 완전한 라운드트립 피드백이 필요 없이도 융통성 있고 동적 스케줄링이 가능한 실용적이고 표준 준수 DBA 알고리즘을 개발한다.
• 제한된 파장 가용성 조건을 포함한 일반적인 트래픽 가정 하에 WDM EPON의 분석적 용량 공식을 유도한다.
• 시뮬레이션을 통해 알고리즘 성능을 평가하고 고전적인 REPORT 기반 온라인 스케줄러와 비교한다.

제안 방법

• OLT이 ONU 버퍼 상태에 대한 현재 지식을 바탕으로 REPORT 메시지 대기 없이 사전에 할당을 발행하는 GATE 기반 DBA를 제안한다.
• 전파로 인한 변동 지연을 고려한 다중 서버 풀링 시스템으로 자원 할당을 모델링하며, 게이팅 서비스 방식을 적용한다.
• 기존의 다중 서버 풀링 시스템 이론을 활용해 일반적인 트래픽 프로세스에 대해 폐쇄형 용량 공식을 도출한다.
• 완전한 파장 가용성 및 제한된 가용성 상황 모두에 대해 모델을 적용하며, 후자의 경우 근사치를 사용한다.
• 대칭 및 비대칭 트래픽 하중 조건에서 평균 패킷 지연과 사이클 시간을 평가하기 위해 시뮬레이션을 수행한다.
• 제한된 게이팅 서비스를 모의하기 위해 최대 할당 크기 제약 조건을 도입하여 고하중 조건에서 시스템 안정성을 확보한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 장거리 WDM EPON에서 REPORT 기반 온라인 DBA와 비교해 GATE 기반 스케줄링은 상행 용량과 지연 성능을 어떻게 향상시키는가?
• RQ2 ONU가 완전하거나 제한된 파장에 액세스할 수 있을 때 일반적인 트래픽 프로세스 하에서 WDM EPON에 대해 도출할 수 있는 분석적 용량 공식은 무엇인가?
• RQ3 제안된 알고리즘은 최대 100km까지의 장거리 네트워크에서 변동 지연을 어떻게 처리하는가?
• RQ4 제한된 파장 가용성 시스템에 대한 근사치는 비대칭 하중 조건에서 시뮬레이션 결과와 얼마나 잘 일치하는가?
• RQ5 표준 준수를 희생시키지 않고도 온라인 GATE 기반 스케줄링이 오프라인 또는 REPORT 기반 접근 방식보다 더 뛰어난 성능을 달성할 수 있는가?

주요 결과

• GATE 기반 DBA는 특히 고지연 전파 시간을 가진 장거리 EPON에서 고전적인 REPORT 기반 온라인 스케줄러보다 더 높은 상행 트래픽 용량을 달성한다.
• 알고리즘의 성능은 다중 서버 풀링 시스템으로 분석 모델링되어 일반적인 트래픽 가정 하에 폐쇄형 용량 공식을 도출할 수 있다.
• 안정성 한계에 매우 가까운 하중까지도 평균 패킷 지연이 1ms 이하로 유지되어, 이러한 시스템에서 용량이 핵심 성능 지표임을 확인한다.
• 완전한 파장 가용성 조건에서 도출된 용량 공식은 일반적인 트래픽 프로세스에 대해 정확하고 유효하다.
• 제한된 파장 조건에서는 완전 가용성 모델 기반 근사치가 고하중 조건에서 잘 작동하며, 특히 ONU가 다중 파장을 거의 사용하지 않을 경우에 특히 효과적이다.
• 일부 또는 한두 개의 ONU가 매우 높은 하중을 받는 극도로 비대칭 하중 조건에서는 라운드트립 지연과 최대 할당 크기의 영향을 받는 더 엄격한 조건으로 인해 용량이 제한되며, 한 테스트 케이스에서 용량은 1.58 Gb/s에 도달한다.