[论文解读] 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 5

一句话总结

本文提出了一种新型的基于GATE的动态带宽分配（DBA）算法，用于波分复用无源光网络（WDM EPONs），通过在线、基于授权的调度方式提升上行链路容量。该文将系统建模为多服务器轮询系统，推导出适用于一般流量的闭式容量公式，并通过仿真表明，该算法在长距离网络（具有高传播延迟）中优于传统的REPORT驱动调度器。

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.

研究动机与目标

• 解决现有在线与离线DBA算法在长距离WDM EPONs（具有高传播延迟）中的性能局限性。
• 提升多波长、长距离无源光网络中的上行链路容量并降低延迟。
• 开发一种实用且符合标准的DBA算法，实现无需完整往返反馈的灵活、动态调度。
• 在一般流量假设下（包括波长资源有限的情况），推导出WDM EPONs的分析容量公式。
• 通过仿真评估算法性能，并与经典REPORT驱动的在线调度器进行比较。

提出的方法

• 提出一种基于GATE的DBA，其中光线路终端（OLT）根据对ONU缓冲区状态的当前认知主动发出授权，而非等待REPORT消息。
• 将上行资源分配建模为具有门控服务和因传播延迟而变化的延迟的多服务器轮询系统。
• 利用多服务器轮询系统的已知结果，推导出适用于一般流量过程的闭式流量容量公式。
• 将该模型应用于全波长可用与波长资源有限的WDM EPON场景，后者采用近似方法。
• 通过仿真评估对称与非对称流量负载下的平均分组延迟与周期时间。
• 引入最大授权大小约束，以模拟波长受限的门控服务，并在高负载下稳定系统。

实验结果

研究问题

• RQ1 在长距离WDM EPONs中，与REPORT驱动的在线DBA相比，基于GATE的调度如何提升上行容量与延迟性能？
• RQ2 当ONU具有全波长或有限波长访问权限时，能否为WDM EPONs在一般流量过程下推导出分析容量公式？
• RQ3 所提出的算法如何处理具有长达100 km传输距离的长距离网络中的可变传播延迟？
• RQ4 在非对称负载下，有限波长可用性系统的近似方法与仿真结果的匹配程度如何？
• RQ5 在线GATE驱动调度能否在不牺牲标准兼容性的前提下，实现优于离线或REPORT驱动方法的性能？

主要发现

• 基于GATE的DBA在长距离EPONs（具有高传播延迟）中，相比经典REPORT驱动的在线调度器，实现了更高的上行链路容量。
• 该算法的性能被建模为多服务器轮询系统，从而可在一般流量假设下推导出闭式容量公式。
• 平均分组延迟在接近稳定性极限的负载下仍保持在1 ms以内，证实容量是此类系统的关键性能指标。
• 在全波长可用的WDM EPONs中，推导出的容量公式是精确的，且适用于一般流量过程。
• 在波长资源有限的场景中，基于全可用性模型的容量近似在高负载下表现良好，尤其当ONU极少使用多波长时。
• 在高度非对称负载下（一个或少数ONU负载极重），容量受更严格的条件约束，涉及往返延迟与最大授权大小，其中一个测试案例中容量为1.58 Gb/s。