개선된 패킷 손실 확률 특성을 갖는 광 출력 버퍼 구조

Abstract

The rapid quantitative and qualitative growth of Internet traffic requires large-capacity, high-speed transmission and switching technologies. These requirements give rise to the concerns about optical packet switching systems. Packet contention problem is a major issue of optical packet switching systems because it is the primary factor of packet loss. Optical buffering has been investigated as a contention resolving scheme. In this dissertation, the architectures of optical output buffers with improved packet loss probability characteristics are introduced and their characteristics are compared with those of conventional optical buffers through simulation and analysis. Two cascade-type optical output buffers are indicated. They are composed of a conventional TDM optical output buffer and a conventional WDM optical output buffer for synchronous large-capacity time-wavelength hybrid optical packet switching systems. And then, under the given conditions, the procedures to find out the minimum number of buffering units to achieve packet loss probability less than are described. Recently, asynchronous optical packet switching systems are actively studied because IP packets are variable in length and their arrival points of time are irregular. In general, since the fixed-length of the loop unit of delay-line loop type optical buffer is unsuitable for storing and controlling the variable-length packets, traveling delay-line type optical buffer has been used for asynchronous optical packet switching systems. However, in this dissertation, a novel asynchronous variable-length optical packet switching system using loop type optical buffers and optical packet compressors is proposed. In the optical packet compressor, a variable-length packet is compressed and converted into a fixed-length one. Unlike the conventional asynchronous optical packet switching systems using traveling delay-line type optical buffers, packet loss probabilities of the proposed system are monotonically decreased as the unit length of buffering unit is decreased. Since the proposed system is composed of loop type optical buffers whose utilization efficiency of buffering unit is relatively high, the desired packet loss probability is achieved with the relatively small number of buffering units. It is useful to reduce the overall size of the optical packet switching system. An optical packet interval regulator is introduced to improve packet loss probability characteristics. It plays a key role to increase the utilization efficiency of optical packet expanders by reducing the idle time between successive expansion processes. Under the given conditions, the similar results to the ideal cases are obtained by using the optical packet interval regulator with only a few interval regulating units. Finally, a two-stage optical output buffer is introduced to reduce the size of optical packet switching system by increasing the utilization efficiency of buffering units. It has the similar architecture to the two-stage switching architecture of conventional optical shared buffers. So the packet loss probability characteristics of the two-stage optical output buffer are compared with those of an optical shared buffer through simulation. Both buffers have similar patterns of packet loss probability characteristics. However, when the number of optical gates is fixed to 1364, the two-stage optical output buffer has more improved packet loss probability characteristics. Under the given conditions, the result is owing to the fact that the maximum packet storing time of the two-stage optical output buffer is larger than that of the conventional optical shared buffer.; 인터넷 트래픽의 급격한 질적, 양적 증가는 대용량 초고속 전송 및 스위칭 기술을 요구한다. 이러한 요구는 광 패킷 스위칭 시스템에 대한 관심을 유발시키고 있다. 패킷 충돌 문제는 패킷 손실의 주요 원인이기 때문에, 광 패킷 스위칭 시스템의 주요 연구 이슈 중 하나이다. 이에 대한 해결책으로 광 버퍼링 방식이 연구되어 왔다. 본 논문에서는 향상된 패킷 손실 확률 특성을 갖는 광 출력 버퍼 구조를 소개하고, 그 특성을 시뮬레이션 및 해석을 통해 기존 광 버퍼의 특성과 비교하였다. 동기식 대용량 시간-파장 혼합형 광 패킷 스위칭 시스템에 적합한, 기존 TDM 광 출력 버퍼와 WDM 광 출력 버퍼로 구성된 두 가지 형태의 순차형 광 출력 버퍼들을 제시하였다. 그리고 주어진 조건 하에서 이하의 패킷 손실 확률을 얻기 위해 필요한 저장 유닛들의 최소값을 구하는 과정을 설명하였다. 최근에는 IP 패킷의 길이가 가변적이고 도착 시점이 불규칙적이라는 점으로 인해 비동기식 광 패킷 스위칭 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 일반적으로 루프형 광 버퍼의 고정된 길이의 루프 유닛으로는 길이가 가변적인 패킷들을 저장하고 제어하기 어렵기 때문에 비동기식 광 패킷 스위칭 시스템에는 진행형 광 버퍼가 주로 사용되어 왔다. 그러나 본 논문에서는 광 패킷 압축기와 루프형 광 버퍼를 활용한 새로운 형태의 비동기식 가변-길이 광 패킷 스위칭 시스템을 제안하였다. 광 패킷 압축기에서는 가변-길이 광 패킷이 압축을 통해 길이가 일정한 광 패킷으로 변환된다. 기존의 진행형 광 버퍼를 사용한 비동기 광 패킷 스위칭 시스템과 달리 제안한 시스템의 패킷 손실 확률은 저장 유닛의 단위 길이가 감소함에 따라 단조 감소하였다. 저장 유닛의 활용률이 상대적으로 높은 루프형 광 버퍼로 구성되기 때문에 상대적으로 적은 수의 저장 유닛으로도 원하는 수준의 패킷 손실 확률 특성을 얻을 수 있었다. 이는 전체 광 패킷 스위칭 시스템의 규모를 줄이는 데 유용하다. 패킷 손실 확률 특성을 보다 향상시키기 위해 광 패킷 간격 조절기를 도입하였다. 광 패킷 간격 조절기는 연이은 패킷 확장 과정 사이의 휴지기를 줄임으로써 광 패킷 확장기의 활용률을 증가시키는 역할을 한다. 주어진 조건에서 소수의 간격 조절 유닛만으로 이루어진 광 패킷 간격 조절기로 이상적인 경우와 유사한 결과를 얻었다. 마지막으로 저장 유닛의 활용도를 높임으로써 광 패킷 스위칭 시스템의 규모를 줄일 수 있는 2단 광 출력 버퍼 구조를 제시하였다. 2단 광 출력 버퍼는 기존 광 공유 버퍼의 2단 스위칭 구조와 유사한 구조를 갖는다. 따라서 시뮬레이션을 통해 2단 광 출력 버퍼의 패킷 손실 확률 특성을 광 공유 버퍼의 특성과 비교하였다. 두 버퍼는 유사한 패턴의 패킷 손실 확률 특성을 보였다. 그러나 사용된 광 게이트 수를 1364로 고정했을 때, 2단 광 출력 버퍼가 더 우수한 패킷 손실 확률 특성을 보였다. 이러한 결과는 주어진 조건에서 2단 광 출력 버퍼의 최대 패킷 저장 가능 시간이 광 공유 버퍼보다 더 크기 때문이다.