1 光學環狀網路之公平性探討 Speaker ：林桂平 Date ： 2010/03/10

2 Outline 光學網路  Introduction  WDM network 單一環狀網路之公平性  Single Ring Network Introduction  M-ATMR  M-FECCA 連結式環狀網路之公平性  Interconnection Ring Network Introduction  Greedy algorithm  GSAT algorithm  BLFA algorithm Future works

3 光學網路 - Introduction 光學通訊具有通訊頻寬大、低傳輸損耗、不受電 磁波干擾、高保密性等特性 光學網路的基本架構：光纖、發射器，接收器， 光交換機  Fixed Transmitter/Receiver ( FT/FR )  Tunable Transmitter/Receiver ( TT/TR )  TT-FR,CFT-FR,FT-TR,FT-CFR  光交換機 WDM (Wavelength Division Multiplexing ) network 分波多工網路

4 光學網路 - WDM Network 每個端點使用不同波長傳送資料 透過多工器可將不同波長的訊號結合傳送到光纖上 透過解多工器可將光源分解成不同波長的訊號 增加網路傳輸量

5 單一環狀網路公平性探討 Single Ring Network architecture  Slotted ring network M-ATMR ( Multi-Asynchronous Transfer Mode Ring ) M-FECCA ( Multi Fair and Efficient Cyclic Control Algorithm )

6 單一環狀網路架構

7 Slotted Ring Network( 時槽式環狀網路 ) 將網路位元長度 ( 即網路上可同時存在的位元數 ) 分割成若干個固定長度的時槽 資料切割成固定大小 每個時槽有以下欄位  狀態位元 (busy)  目的端位址  發送端位址  資料欄 Spatial Reuse  目的端移除  時槽可再利用

8 M-ATMR ( Multi-Asynchronous Transfer Mode Ring) 在 FT-TR 的時槽式 WDM 網路中每一傳輸通道包含了數個 時槽，並在每一時槽的 Header 中加入一個 busy address 欄 位。 每一個節點對每一個傳輸通道分配一固定的傳輸限額 K 。 當每個時槽經過節點時，若節點為活動節點 (Active node) 時將自身的 address 寫入 busy address 欄位，若為非活動 節點時停止寫入 address 動作。 發現傳輸通道上時槽內 busy address 與自己相同，代表該 通道上其他所有節點皆為非活動節點，並發出 Reset 訊號， 並於下個時槽時間可以開始傳送資料，並於 Reset 訊號繞 行一圈後移除 Reset 訊號。 所有通道上收到 Reset 訊號之節點，均開始一個新的傳輸 週期。

9 M-FECCA (Multi Fair and Efficient Cyclic Control Algorithm) 全雙向環狀網路中，傳輸資料通道稱 Ring A ，傳 輸控制訊號通道稱 Ring B 。 為 M-ATMR 演算法之延伸，與 M-ATMR 相反的是 使用反向的環狀網路來傳輸控制訊號 ( busy address ) 。 Ring A 之節點可藉由反向 Ring B 之控制訊號得知 下游節點狀態。 利用 busy header 得知下游節點狀態下，若在條件 成立，非活動節點可在不影響公平傳輸原則下， 傳輸額外的資料給下游節點。

10 M-FECCA

11 連結式環狀網路公平性探討 Interconnection ring network architecture Interconnection ring network’s fairness issue  Greedy algorithm  GSAT algorithm  BLFA algorithm

12 連結式環狀網路架構

13 連結式環狀網路架構 ( con’t ) 連結式環狀網路在網路效能的表現較單一 環狀網路高。 確保主幹網路上封包能到達目的地，主幹 網路上封包具有最高優先權。

14 連結式環狀網路公平性探討 Greedy algorithm GSAT algorithm BLFA algorithm

15 Greedy algorithm 若橋接器偵測到可使用時槽時，即取來使用，則會造成下 游區段網路餓死。

16 GSAT ( Global SATisfication ) GSAT 訊號在主幹網路上循環行進。 每個橋接器分配固定的傳輸限額 (GK) 。 橋接器負責送出 SLN 和 RLN 訊號到區域網路。  SLN ( Set Local Node bit ) 傳輸限額用罄，橋接器送出 SLN 訊號到區域網路。  RLN ( Remove Local Node bit ) 橋接器接收到 GSAT 訊號，送出 RLN 訊號到區域網路。

17 GSAT algorithm (con’t) 每個橋接器在接收到兩個 GSAT 訊號的時間內， 最多只能傳輸 GK 個封包。 GK 的值只計算區域網路傳送到主幹網路的封包。 在以下兩種情形任一成立情況下，橋接器將 GSAT 訊號往下送出：  橋接器已達到 GK 個封包傳輸量。  橋接器的緩衝器內沒有封包要傳送到主幹網路。

18 BLFA ( Backbone to Local Fairness Algorithm )

19 BLFA ( con’t ) 解決區域網路與主幹網路競爭的公平性。 區域網路利用 SSW 和 RSW 訊號控制橋接器。 SSW ( Set SWitch bit )  若區域網路節點因主幹網路封包造成餓死，則節點發 出 SSW = 1 的訊號給橋接器。  當橋接器收到 SSW = 1 的訊號時，即扣住 GSAT ，不再 將 GSAT 往下傳送。 RSW ( Remove SWitch bit )  當解決不公平後，節點發出 RSW = 1 的訊號給橋接器， 並恢復 GSAT 演算法。

20 BLFA ( con’t ) 每個節點有一個 counter ( BLFA_unfair) 紀錄發生 unfair 次數  目的端封包與主幹網路封包發生競爭 counter + 1 。  成功傳輸封包到目的端 counter – 1 。 設定一門檻值，例如：  BLFA_threshold_High = 50  BLFA_threshold_Low = 20 當 counter 超越高門檻值 (high), 節點送出 SSW = 1 訊號給 橋接器。 當 counter 降過低門檻值 (Low), 節點送出 RSW = 1 訊號給 橋接器。

21 Future works 探討聯結式環狀網路之架構  主幹網路數量  區段網路內節點數量的最佳配置 GSAT 的浮動 Quota 演算法的改良或創新 連結式 WDM 環狀網路之公平性探討

22 References [1] 王炫煇,“ 具可擴充性之分波多工光學網路的設計 ”, 國立台北科技大學電腦通訊 與控制研究所碩士學位論文, 1999 [2] 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 [3] 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 [4] M. Maier “Optical Switching Networks”, Cambridge University Press, chapter 1, 2008 [5] “ 區域網路與高速網路架 構 ” [6] 環狀網路 ”

23 Q&A Thanks for your attention