All-Optical Packet Switching

(circuit switching)

Οπτικός μεταγωγέας πακέτων διαμοιραζόμενης μνήμης(Shared Memory Optical Packet Switch - SMOPShared Memory Optical Packet Switch - SMOP)

Recirculating-loop μνήμη με χρονοδρομολόγηση (scheduling).

Δεν είναι modular + αλλα μειoνεκτηματα.

Ο Staggering μεταγωγέας

• Προσομοιώνει ένα μεταγωγέα με buffers εξόδου βάθους b.

• Το πλήθος των γραμμών καθυστέρησης μεγαλώνει γραμμικά με το βάθος των buffers.

• Πόσο μεγάλο πρέπει να γίνει το b για καταιγιστική κυκλοφορία;

• Επίσης δεν είναι modular

Μεταγωγέας με μεγάλους οπτικούς buffers(Switch with Large Optical Buffers - SLOBSwitch with Large Optical Buffers - SLOB)

είσοδοι

έξοδοι

αχρησ

ιμοπο

ί ητα

• Βάθος buffer των bk-1 πακέτων, όπου k το πλήθος των επιπέδων.

• Modular σχεδιασμός.

The Scheduling Switch

• Objectives :• επικοινωνία χωρίς απώλειες πακέτων• αποδοτική χρήση της χωρητικότητας • βέλτιστοι processing times ανά πακέτο (μέσω

batch processing of headers) • συμβατότητα με virtual circuit switching; • διατήρηση της σειράς των πακέτων • modularity• βέλτιστο κόστος (αριθμος elementary crosspoints) • nonblocking design• καταλληλότητα και για optical packet switching και

για circuit switching• transparency at the payload bit rate

Μεταγωγέας χρονοδρομολόγησης(Scheduling SwitchScheduling Switch)

• Τα πακέτα αναδιατάσσονται από τον scheduler έτσι ώστε τα πακέτα που εμφανίζονται κατά τη διάρκεια της ίδιας σχισμής στις εξόδους του scheduler να απαιτούν διαφορετικούς εξερχόμενους συνδέσμους του crossbar.

• Η σειρά των πακέτων διατηρείται για ένα δεδομένο ζεύγος εισόδου-εξόδου.

DriversDrivers

CONTROL UNIT

Routing table Outgoing links

New labels

Label writingLabel writing

Syn

chro

niz

erS

ynch

ron

izer

High level control

IN

1

2

3

4

labelslabels

Label Label extractingextracting

OUTOUT

λ1,2,3,4,5,6

DriversDrivers

11

22

33

44

LasersLasers

delaydelay

delaydelay

delaydelay

delaydelay

λ1λ2λ3λ4

filter

λ1λ2λ3λ4

λ1λ2λ3λ4

filter

λ1λ2λ3λ4

λ1λ2λ3λ4

filter

λ1λ2λ3λ4

λ1λ2λ3λ4

filter

λ1λ2λ3λ4

OUTGOINGOUTGOINGROUTERROUTER

CW LasersCW Lasers

Processing

SchedulerScheduler

SchedulerScheduler

SchedulerScheduler

SchedulerScheduler

λ1,2,3,4

DriversDrivers

CONTROL UNIT

Routing table Outgoing links

New labels

Label writingLabel writing

Syn

chro

niz

erS

ynch

ron

izer

High level control

IN

1

2

3

4

labelslabels

Label Label extractingextracting

OUTOUT

λ1,2,3,4,5,6

DriversDrivers

11

22

33

44

LasersLasers

delaydelay

delaydelay

delaydelay

delaydelay

λ1λ2λ3λ4

filter

λ1λ2λ3λ4

λ1λ2λ3λ4

filter

λ1λ2λ3λ4

λ1λ2λ3λ4

filter

λ1λ2λ3λ4

λ1λ2λ3λ4

filter

λ1λ2λ3λ4

OUTGOINGOUTGOINGROUTERROUTER

λ1λ2λ3λ4

filter

λ1λ2λ3λ4

λ1λ2λ3λ4

filter

λ1λ2λ3λ4

λ1λ2λ3λ4

filter

λ1λ2λ3λ4

λ1λ2λ3λ4

filter

λ1λ2λ3λ4

OUTGOINGOUTGOINGROUTERROUTER

CW LasersCW Lasers

Processing

SchedulerScheduler

SchedulerScheduler

SchedulerScheduler

SchedulerScheduler

λ1,2,3,4

Figure 3: Switch implementation

Χρονοδρομολογητής (Scheduler)

• Υλοποιείται με N παράλληλα ‘κλαδιά’ (branches), ένα για κάθε είσοδο.

• Κάθε ‘κλαδί’ αποτελείται από 2logT-1 μπλοκ καθυστέρησης.

m=logT

“The Scheduling Switch”

SchedulingSwitch

incoming link i

incoming link k

outgoing link j

A Bincoming link i

T packet slots

incoming link l EDincoming link l

incoming link kC

A B C Doutgoing link j

E

• Η σύνοδος είναι (n,T)-smooth, αν μπορεί να μεταδώσει το πολύ n πακέτα σε ένα πλαίσιο (frame) μεγέθους T (ο μέσος ρυθμός είναι nC/T).

•Αυτή η ιδιότητα διατηρείται και στους ακόλουθους συνδέσμους.

• Όσο μεγαλύτερο είναι το T,

α. τόσο πιο καταιγιστική επιτρέπεται να είναι η σύνοδος.

β. τόσο μεγαλύτερη είναι η ευελιξία στην ανάθεση ρυθμών.

γ. Τόσο περισσότερες γραμμές καθυστέρησης χρειαζόμαστε.

• Για κάθε σύνδεσμο πρέπει να εξασφαλίζεται, ότι

nij = αριθμός πακέτων που φτάνουν στην είσοδο i και προορίζονται για την έξοδο j στην διάρκεια ενός πλαισίου (frame)

Ορίζουμε N={nij} «frame matrix»

Critical sum h of a matrix= max. of row sums and column sums.

Για τον frame matrix ισχύει: h≤T.

Αυτό συνεπάγεται ότι:

Ν=Σi=1T Pi,

όπου οι Pi είναι permutation matrices

O Pi καθορίζει τα πακέτα που εμφανίζονται στην έξοδο του scheduler στο slot i, και εξασφαλίζουν ότι δεν υπάρχουν συγκρούσεις

Χρονοδρομολογητής (Scheduler)

• Υλοποιείται με N παράλληλα ‘κλαδιά’ (branches), ένα για κάθε είσοδο.

• Κάθε ‘κλαδί’ αποτελείται από 2logT-1 μπλοκ καθυστέρησης.

Benes-ισοδύναμο δίκτυο

Εισαγωγή στα OBSN

Ένα πακέτο έλεγχου προηγείται της μετάδοσης ενός burst.

Ένα OBS δίκτυο αποτελείται από: Ένα σύνολο οπτικών “εσωτερικών” κόμβων (backbone

nodes). Ένα σύνολο ακραίων κόμβων (ingress/egress nodes).

Πακέτα με τον ίδιο προορισμό και τις ίδιες QoS απαιτήσεις συναρμολογούνται σε ριπές (bursts) στους ingress κόμβους.

                                                                                     

         Burst Switching Concept

Είδη πρωτοκόλλων για εγκατάστασης σύνδεσης και δέσμευση χωρητικότητας

IRVC: immediate reservation virtual circuit protocol (κλασσικό πρωτόκολλοεγκατάστασης σύνδεσης και δέσμευσης χωρητικότητας).

ERVC: efficient reservation virtual circuit protocol (JET, Just in Time or Just Enough Time protocol ). Δεσμεύει χωρητικότητα με χρήση χρονικών κρατήσεων (timed reservations) και μελλοντικών κρατήσεων (advance reservations).

RGVC: ready-to-go virtual circuit protocol. Μηδενικό pre-transmission delay. Κανονικάπρουποθέτει την ύπαρξη σημαντικών buffers στους ενδιάμεσους κόμβους.

ERVC: efficient reservation virtual circuit protocol

Πρωτόκολλο εικονικού κυκλώματος εκτροπής(Deflection Virtual Circuit ProtocolDeflection Virtual Circuit Protocol)

Για περιπτώσεις όπου έχουμε ελάχιστο buffering (πχ ολικα οπτικά δίκτυα), και απαιτείται μηδενική απώλεια πακέτων, χωρίς εκ των προτέρων κρατήσεις και απλή αναδιάταξη (resequencing) των πακέτων στον προορισμό.

Αν το set-up πακέτο δεν μπορεί να ακολουθήσει το προτιμώμενο μονοπάτι, καταλαμβάνει έναν άλλο εξερχόμενο σύνδεσμο (με σειρά προτίμησης) και η σύνοδος εκτρέπεται.

Το κενό ανάμεσα στο set-up πακέτο και στο πρώτο πακέτο δεδομένων πρέπει να είναι επαρκές για H ελέγχους των πινάκων δρομολόγησης όπου H είναι ένα άνω όριο στο μήκος των μονοπατιών.

πηγή

η σύνοδος χωρίζεται

μονοπάτι του πρώτου block

μονοπάτι του δεύτερου block

set-up πακέτα

προτιμώμενο μονοπάτι

κόμβος

συνολική εισερχόμενη χωρητικότητα = συνολική εξερχόμενη χωρητικότητα = Ctotal

εισερχόμενη σύνοδος

διαθέσιμη εξερχόμενη χωρητικότητα

Εξερχόμενη χωρητικότητα τουλάχιστον ίση με r μπορεί πάντα να βρεθεί, πιθανόν με το κόστος της διακοπής συνόδων που έχουν πηγή τον A.

Οι σύνοδοι που διακόπτονται, συνεχίζουν τη μετάδοση όταν η πηγή λάβει ένα μήνυμα απόρριψης.

Μια σύνοδος μπορεί να χρειαστεί να χωριστεί σε k υποσυνόδους (η αναδιάταξη k μπλοκ πακέτων είναι ευκολότερη από την αναδιάταξη ανεξάρτητων πακέτων).

ORION Switching Paradigm

If node A has temporarily 12 Gb/s of traffic for B• Wavelength switched network: drop excess traffic or establish an

additional lightpath

• ORION: the remaining 2 Gb/s can be served

– Send them in overspill mode over λ1(when capacity is unused)

– Overspill packets are treated as in a packet switched network

• A–C is a direct lightpath on λ1, A–B and B–C on λ0

• Lightpaths: 10 Gb/s • Traffic from A destined to C will

pass B transparently

ORION Node Architecture

• Fast 1x2 optical switches are used at the output of the OXC to extract overspill packets

• A single (or multiple) tunable ORION Tx(s) with simple fiber combiners are used to insert overspill packets to flows

• A void detection module employing a fiber delay line identifies the possible idle periods and signals the IP router to insert an overspill packet

• A label encoded in the optical domain (together with the MPLS label) is used to distinguish overspill packets

RED queue per destination

FiFOs or VOQs

FiberLink

ORIONPolicy

ORION packets

C.S.Traffic

Electrical

Optical

Packet

ORION packets

Void Detection

Drop ports

FiberLink

Overloaded Traffic

CB

OB

FiberLink

FiberLink

1x2

Rx Tx

C.S. traffic

Overspill traffic

OXC

Served Traffic

Packet

ORION detection