具服務品質認知性之光學分封交換機的設計及應用 -The Design of the QoS-Aware Optical Packet Switch and its Application Speaker ： Guei-ping Lin Advisor ： Dr. Ho-ting Wu Date ： 2011/06/13

Outline 2  Introduction  M-B-Quadro Switch  Motivation  Current work  Simulation  Remain work  References

Introduction  全光學網路 (All optical network)  光封包無法儲存  減少電子裝置間光電轉換 (O-E-O) 所造成的延遲  使用被動式 ( 低耗能 ) 全光學元件可減少能量耗損  光纖延遲線 (FDL, fiber delay line)  可延遲光封包一段時間達到暫存效果  暫存發生競爭的封包 3

Intro. - M-B-Quadro 4  M-B-Quadro (Multi-buffer with Bypass lines Quadro)  以 M-Quadro 架構為基礎，加入一條分流線路 (Bypass line) ，透過 控制策略，允許未發生衝突的封包不會受交換機架構的限制 (internal blocking) 而延遲送出。 Fig. 1 M-Quadro Fig. 2 M-B-Quadro

Intro. - M-B-Quadro 5  M-B-Quadro 交換機的交換控制策略  SDF 、 LDF 、 LAVS  只在輸入端選擇丟棄封包  SDF 最短延遲線路優先 (Shortest Delay line First)  將競爭封包暫存在最短 DL ，使其以較短時間送出  可能導致兩個 outgoing slots 暫存封包的狀態相同而發生 congestion 的情況，提高封包遺失率。  LDF 最長延遲線路優先 (Longest Delay line First)  將競爭封包暫存在最長 DL ，以減少 outgoing slots congestion  在下一個時間 outgoing slots 皆無封包時， DL 內封包無法傳輸， 造成多餘的延遲時間

Intro. - M-B-Quadro 6 SDF LAVS Fig. 3 Example of SDF and LAVS control strategies LDF LAVS Fig. 4 Example of LDF and LAVS control strategies

Intro. - M-B-Quadro 7  LAVS 前看虛擬儲存槽 (Look Ahead Virtual Slot)  利用取得虛擬槽的狀態，預知下一個時間 Outgoing slot2 狀態，判 斷發生競爭的封包應該暫存在最短 DL 或是最長 DL 競爭封包與 VS 目的地位置相等：最長 DL 競爭封包與 VS 目的地位置相異：最短 DL  可預防 DL1 與 DL2 的 outgoing slot 發生競爭  減少平均延遲等待時間

Intro. - M-B-Quadro 8  Table 1 比較 LAVS Strategy 在 M-B-Quadro 與 VSC 在 M-Quadro 下一個時間 incoming slot 的狀態

Intro. - M-B-Quadro 9

Motivation 10  現今網路蓬勃發展，尤其客戶端大量使用影音多媒體串流服務，在前 述全光學網路環境下及使用的控制策略並無考慮封包類型與服務，無 法全面應對不同服務達到 QoS  針對多媒體影音資料串流提出 QoS 構想，在一定範圍內保障影音即時 資料 (Real-time data) 的成功傳輸率  依照 Real-time data 特性設計控制策略，在不影響整體傳輸率下，控 制不同類型封包的資源分配  連續性  延遲時間  時效性 ( 丟棄後不須重送 )  影音串流資料可容忍 3~5% 的封包遺失率且不影響使用者體驗品質

Current Work 11  以 M-B-Quadro 交換機架構為基礎，改良 LAVS 控制策略，保障 Real- time data 傳輸機會  影音串流多以一連續長串的資料發送，交換機需紀錄並判斷封包的來源、 目的地及類型  發生競爭時， Real-time data 優先輸出交換機 輸入端封包類型相異： Real-time 優先輸出 輸入端封包皆為 Real-time ：根據紀錄讓成功傳輸次數較少的封包優先輸出 輸入端封包類型相異且皆須暫存於 DL 時， Real-time data 優先與虛擬槽狀態判 斷，暫存於較快輸出的位置，以降低封包傳輸延遲時間  LAVS+QoS+Drop  加入影音資料可容忍 3~5% 遺失率且不影響使用者品質，以及影音封包丟 棄後不需重送的特性  發生競爭的 Real-time data 若已成功傳輸一定數量滿足設定值 (SAT) ，則優 先選擇將 Real-time data 丟棄，若無滿足則依舊保障傳輸 5%, SAT = 100/5 = 20 (slots)  在不影響影音品質及整體傳輸率下，提升其他類型封包的成功傳輸率

Simulation 12  模擬環境與工具  OS ： Windows 7 Pro  Tool: OMNet  參數設置  Packet Type: Real-time, Non Real-time  Traffic Loading: 0.1~0.8 each input  Average Burst Length: 50 slots  Real-time data ratio: 30%  Simulate time: sec  Slot time : 0.1 sec  Symmetric destination distribution  SAT Drop %: 5% (20 slots)

Simulation 13  比較 LAVS 、 LAVS+QoS 、 LAVS+QoS +Drop 三種控制策略的 Real- time data 在總 Drop 數比例

Simulation 14  比較 LAVS 與 LAVS+QoS+Drop 在不同 Real-time data 比例下， drop 比例之增幅  Input Loading = 0.6,real-time data ratio = 0.1~0.8

Simulation 15  LAVS+QoS 與 LAVS+QoS+Drop 控制策略在不同 Traffic loading 下的 比較，在整體負載提高之下，加上 Drop 控制策略的斜率較大，對整 體的傳輸比例控制效果更明顯

Simulation - Result 16  LAVS 下 Real-time data 丟棄比例吻合 Real-time data 於 Traffic 中產生 的比例，完全沒有提供不同類型封包之 QoS  加上 QoS 後， Real-time data 丟棄比例大幅下降三倍左右，提升 Real-time data 的成功傳輸比例  加上 Drop 機制後， Real-time data 平均提高 2~3% 的 drop 總量，在符 合 SAT 條件下相對提升 Non Real-time data 成功傳輸比例  在網路負載增加、 Real-time data 比例增加的環境下， Drop 機制對不 同類型傳輸比例的控制更佳

Remain Work 17  將 M-B-Quadro 應用在連結式光學環狀網路中 (Optical Interconnection Ring Network) 作為橋接器，並於 Traffic 當中導入 Real-time data 等等 多類別封包，加上具有 QoS 的控制策略並配合 Backbone priority 機 制，實現 QoS 服務 Fig. 5 連結式光學環狀網路架構

Future Work 18  探討新提出之控制策略使用在 NxN M-B-Quadro 交換機上，可應用於 WDM 分波多工技術  探討新的控制策略在多種不同 Traffic 下的適應性  提供兩種類別以上的 QoS 服務

References 19 [1] 張萬榮,“ 分封交換光學網路之研究 ”, 國立台北科技大學資訊工程所 碩士學位論文, 2003 [2] 段家瑋,“ 光學分封交換機之分析及其應用設計 ”, 國立台北科技大學 資訊工程所碩士學位論文, 2009 [3]H.-T. Wu and C.-W. Tuan, “Performance Analysis of a Scalable Optical Packet Switching Architecture,” Optical Engineering, Vol. 49, No. 10, Oct., 2010.

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