Slotlanmış Optik Çoğuşma ve Paket Anahtarlama Teknikleri

1. SlotlanmışOptikÇoğuşmavePaketAnahtarlamaTeknikleri Can Eyüpoğlu1, M.Ali Aydın2, A.Halim Zaim1 1İstanbul Ticaret Üniversitesi, Bilgisayar Mühendisliği Bölümü 2İstanbul Üniversitesi, Bilgisayar Mühendisliği Bölümü

2. İÇERİK • Optik Çoğuşma ve Paket Anahtarlama • Slotlanmış Optik Çoğuşma ve Paket Anahtarlama • Slotlanmış Optik Çoğuşma Anahtarlama Teknikleri • Slotlanmış Optik Çoğuşma Anahtarlama Ağları • Zaman Dilimli Optik Çoğuşma Anahtarlama • Kayıpsız Optik Çoğuşma Anahtarlama için Slot Rezervasyonu • Çakışmasız Zaman-Slotlu OBS Ağı için Dinamik Bant Genişliği Rezervasyon Şeması • SlotlanmışOptik Paket Anahtarlama Teknikleri • SlotluOptikPaketAnahtarlamalıAğlardaPaketKayıpOranıAyrıştırma • OptikPaketAnahtarlamalıAğlarda Slot ZamanlamaDeğerlendirmesi • Slotlu OPS AğlarındaDüz Slot-İletimi • SlotluOptikPaketAnahtarlamalıAğlariçinHiyerarşikDayanıklılık • Slotlu ve Slotlu Olmayan Tam OptikPaketAnahtarlamalıAğlariçinÖncelik-TabanlıYönlendirme • Sonuç AB2014 - 267

3. OPTİK PAKET ANAHTARLAMA (OPS) • Bir optik paket anahtarlama düğümü gelen paketi alır, başlığını okur ve onu uygun çıkış portuna atar. • Düğüm bu aşamada pakete yeni bir başlık da verebilir. • Bir optik paket, başlık ve veriden oluşur. • Başlık elektronik ortamda, veri optik ortamda işlenir. AB2014 - 267

4. OPTİK PAKET ANAHTARLAMA (OPS) AB2014 - 267

5. OPTİK ÇOĞUŞMA ANAHTARLAMA (OBS) • Çoğuşma: ilk düğümden son düğüme kadar beraber hareket eden ve ara düğümlerde beraber anahtarlanan paketlerin bir dizisidir. • Bir OBS ağında ilk olarak paketler bir çoğuşma oluşturacak şekilde giriş düğümde birleştirilir. • Ayrı bir kontrol kanalından bir kontrol paketi (setup) gönderilir. • Kontrol paketi her zaman ardından gelen veri çoğuşmasının önünde olur. • Kontrol paketi yol boyunca bant genişliğini çoğuşma için rezerve eder. • Offsetadı verilen belirli bir süre gecikmeden sonra rezerve edilen yol üzerinden çoğuşma yollanır. AB2014 - 267

6. OPTİK ÇOĞUŞMA ANAHTARLAMA (OBS) AB2014 - 267

7. SLOTLANMIŞ OPTİK ÇOĞUŞMA VE PAKET ANAHTARLAMA • OPS, yüksekyük, tıkanmaya da ağındüşmesidurumlarınakarşıkolaycaadapteolabilmeözelliğindendolayıarzuedilenbirmimaridir. • OBS, sınırlıbirzamaniçinkanalırezerveederekağınkullanımınıarttırır. • Slotlanmış, sabituzunlukluzamanslotlarınavesenkronpaketişlemeyedayanmaktadır. • Slotlanmışağlardabirzamanbirimindekipaketuzunluğusabittir. Paketlersabituzunluklubirzamanslotundailetilirler. • Slotlanmamıştipteise paketuzunluklarıdeğişkenuzunlukluolmaktadır. AB2014 - 267

8. SLOTLANMIŞ OPTİK ÇOĞUŞMA VE PAKET ANAHTARLAMA • Slotlanmamışbirağda, paketlerinuzunluğudeğişkendir. Değişkenuzunluklubirpaketbiranahtaraherhangibirandagirişyapabilirveböyleceanahtarlamaişlemiherhangibirandagerçeklenebilir. • Slotlanmış OBS olarakadlandırılanzaman-solutluOBS’deyönlendiricilersenkronizedirlervesadecezamanslotlarınınbaşındasabituzunlukluçoğuşmalaryollarlar. • OPS ağlarısistemsenkronizasyonunuveuygunpaketakışzamanlamasınısürdürmekiçinfiberoptikyollarınuzunluğunugözönündebulundurmaktadır. AB2014 - 267

9. SLOTLANMIŞ OPTİK ÇOĞUŞMA ANAHTARLAMA AĞLARI • OBS; çekirdekyönlendiricilerde buffer olmamasısebebiyleyüksekkayıporanınasahiptir. • SOBS paket kayıp olasılığını önemli derecede azaltmaktadır. • SOBSOBS’dendahaiyiQoSdestekleyebilmektedir. • SOBS sistemmaliyetini büyükölçüdedüşürebilmektedir. • Veriçoğuşmaları FDL ileertelenebilirfakatkontrolçoğuşmalarıertelenemediğindendolayızamanplanlayıcısıdahafazlazamanasahiptirveağperformansınıarttıracakdahakarmaşıkalgoritmalarkullanabilir. • Kontrolçoğuşmalarıdahakısavebasittir. • OBS ağlarındakaybıazaltmakiçinyükdengelemealgoritmasıüzerindeçalışılmıştır. AB2014 - 267

10. SLOTLANMIŞ OPTİK ÇOĞUŞMA ANAHTARLAMA AĞLARI • Birkaynak-hedefçiftiiçindahafazlatıkanıklıkdahayüksekmaliyetdemektir. • Birdüğümçiftiarasındakimesafebirdüğümdendiğerineerişmekiçin en azsayıdakiatlamasayısıolduğundadahauzunmesafelikaynak-hedefçiftleridahakısamesafelikaynak-hedefçiftindendahaönceseçilir. Bu BFS ilebulunabilmektedir. • ÇoğuşmakayıpolasılığınıdüşürmekiçinÇoğuşmaYayımKontrolüolarakadlandırılanbirteknikdahakullanılmıştır. • ÇoğuşmaYayımKontrolüuçyönlendiricileryüksekçoğuşmakayıplarıtespitettiğizamançoğuşmayayımoranınıazaltırveyayımzamanlamasınıkontroleder. AB2014 - 267

11. ZAMAN DİLİMLİ OPTİK ÇOĞUŞMA ANAHTARLAMA • TSOBSanahtarlamanındalgaboyualanıyerinezamanalanındayapıldığıbiroptikçoğuşmaanahtarlamaçeşididir. • Dalga boyudönüştürücüihtiyacınıortadankaldırmaktadır. • Zamanalanındaanahtarlamayıgerçekleştirmekiçin OTSI tasarlanmıştır. • OTSI,TSOBS ağlarındayönlendiricilerinanahtaroluşturmabloklarıdır. • BirOTSI’nınmaliyetveperformansınıetkileyenüçanahtaretkenvardır. Bunlariççaprazlayıcıboyutu, zamanslotlarınıyenidendüzenlemedekullanılangecikmehatlarıiçingerekliolan fiber miktarıveanahtarlamaişlemlerininsayısıdır. AB2014 - 267

12. ZAMAN DİLİMLİ OPTİK ÇOĞUŞMA ANAHTARLAMA AB2014 - 267 Zaman-dilimlipaketanahtarlamalıağyapısı

13. KAYIPSIZ OPTİK ÇOĞUŞMA ANAHTARLAMA İÇİN SLOT REZERVASYONU • OBS’deki yüksek paket kayıplarından kaçınmak için öne sürülmüştür. • Çoğuşmabaşlığıyerinekontrolkanalıüzerindenbirgözcübaşlığıyollanmaktadır. • Gözcümesajbirdüşmeninkaçınılmazolduğubiraradüğümdebirkezbildirildiğizamangerigelirvegerçekpaketinyollanmasınıengeller. • Yerineyenibirgözcübildirilir. Eğerhepsisorunsuzsapaketkayıpsızolarakyollanır. • Dezavantajıdolaylırezervasyonlarıngecikmesivebuyaklaşımınuygulanabilirliğinisınırlayanarasırameydanagelentekrarlıdenemelerdir. AB2014 - 267

14. KAYIPSIZ OPTİK ÇOĞUŞMA ANAHTARLAMA İÇİN SLOT REZERVASYONU • İkiyollu slot rezervasyonuygulamalarıherhangibir OBS ortamınabenzemektedir. • Zamanlamaalgoritmasındagözcüler her biribirhedefveQoSsınıfıylabağdaştırılankuyrukileyönetilir. • Verislotuyollanmadanönceyolboyuncaolantümdüğümlerdekigelecekrekabetsonucu ilk olarakbirgözcütarafındanbulunur. • Gözcüveriçoğuşmasıiçinoptikyolhazırlarkenbilgiyitaşıyankontrolkanalındayolculukeder. • SonuçolarakbuprotokoltekyolluOBS’ninkabuledilemezolankayıplarındanveyüksekkatmansürecininekgecikmelerindenkaçınabilir. AB2014 - 267

15. ÇAKIŞMASIZ ZAMAN-SLOTLU OBS AĞI İÇİN DİNAMİK BANT GENİŞLİĞİ REZERVASYON ŞEMASI • Paketanahtarlamavedevreanahtarlamanıniyitaraflarınıbirleştirmektedir. • OBS ağyapısındakaynakdüğümlerçoğuşmalarıbirarayagetirirlerveonlarıherhangibirzamandarastgeleolarak OBS çekirdekağlarınayollarlar. • Her birdüğümdeçakışmalarıazaltmakiçindalgaboyudönüştürücülerkullanılabilir. Ancakşuankiteknolojideoptikdalgaboyudönüştürücüleroldukçamasraflıdır. • Amaçdalgaboyudönüştürücükullanımındankaçınmakve tam dalgaboyudönüşümündendahaiyibirperformanssağlamaktır. AB2014 - 267

16. ÇAKIŞMASIZ ZAMAN-SLOTLU OBS AĞI İÇİN DİNAMİK BANT GENİŞLİĞİ REZERVASYON ŞEMASI • Zamanslotlu OBS şemasıdörtaşamadanoluşmaktadır. Bunlararaştırma, zamanslotuarama, tersyönlürezervasyonveçoğuşmayollamaaşamalarıdır. • Araştırmaaşamasısüresincearaştırmapaketiuçtanucayolboyunca her düğümdebirdalgaboyuiçinzamanslotuelverişliliğiüzerindebilgileritoplamaktadır. • Zamanslotuaramaaşamasındaaraştırmapaketihedefebirkezulaştığındahedefaraştırmapaketitarafındantoplananbilgileregöreyeterlizamanslotuiçinaramayapar. • Çoğuşmayollamaaşamasındaisekaynak,gelen IP paketleriniaynıboyutluçoğuşmalarabirzamanslotuolarakbirleştirir. AB2014 - 267

17. SLOTLU OPTİK PAKET ANAHTARLAMALI AĞLARDA PAKET KAYIP ORANI AYRIŞTIRMA • OPS ağları, optikalandazaman-bölmeliçoğullamayıetkinleştirerekistatistikselçoğullamadanyararlanabilir. • OPS eşzamanlıolmayanya da slotlumoddaçalışır. • EşzamanlıolmayanOPS’depaketleranahtaraherhangibirzamandagirişportlarıarasındaherhangibireşzamanlamaolmadanulaşırlar. • SlotluOPS’depaketlergirişportlarıarasındasenkronizeolansabitveeşitaralıklıayrıkzamanslotlarındaanahtaraulaşırlar. • Slotlu OPS eşzamanlıolmayan OPS ilekıyaslandığındaanahtardüğümünkarmaşıklığınıarttırıyorolsa da dahaverimlidir. Çünkürekabetoluşmaihtimalidahadüşüktür. AB2014 - 267

18. SLOTLU OPTİK PAKET ANAHTARLAMALI AĞLARDA PAKET KAYIP ORANI AYRIŞTIRMA AB2014 - 267 Slotluoptikpaketanahtarı

19. OPTİK PAKET ANAHTARLAMALI AĞLARDA SLOT ZAMANLAMA DEĞERLENDİRMESİ • Verivorteksağtopolojisi,paketlerindağıtıkkendi-yönlendirmesiiçin2 x 2anahtarlamadüğümleriarasındakipasifsaatleeşzamanlamasızkısıtlamalaradayanmaktadır. • Paketslot zamanlarıbirçok OPS sistemindeolduğugibiyönlendirmeyolugecikmeleritasarımıylasürdürülür. • Bireyseldüğümlerbirsaatsinyaligerektirmemesinerağmendüğümlerarasındayollananelektronikyöndeğiştirmesinyalleridoğruzamanlanmakzorundadır. • Sistem %4’lük optimum slot zamanındayıkıcıolmayanyönlendirmesonuçlarıilepaketzamanlamaçeşitlerinemakultoleransgöstermektedir. AB2014 - 267

20. SLOTLU OPS AĞLARINDA DÜZ SLOT-İLETİMİ • Biroptikpaket,temeliletimbirimiolarakzamanslotlarınınyaygınkullanımındandolayıbazen slot olarakadlandırılır. • Slotlar istemci paketi içerebilirler. • VarolanikibantgenişliğierişimşemasıTTA ve DA’dır. • OPS ağlarında birçokfarklıbantgenişliğierişimşemasıarasındabirgirişanahtarınaoptikpaketlerisorunsuzbirşekildeiletmekonusudikkatealınmamaktadır. • Çalışmadabirçokparametrelislotlanmışoptikpaketanahtarlamalıağlardadüzslot iletimiüzerindeçalışılmıştır. • DA, TTA’dandahaiyiiletimindekslerinesahiptir. • DA,OPS’yedahadüzgünbirerişimsağlamaktadır. AB2014 - 267

21. SLOTLU OPTİK PAKET ANAHTARLAMALI AĞLAR İÇİN HİYERARŞİK DAYANIKLILIK • Slotlanmışbirsistemdegelenpaketlergirişlerdeişlenmedenöncesenkronizeedilirler. • Ağdayanıklılığıhatasüresivehatanınağaetkisiniiçerenbirbirleşikölçümolaraktanımlanmıştır. • OPS ağlarınındayanıklılığısabit durum elverişliliğidüştüğüzamandüşer. • Daha dayanıklı bir optik ağ için düğümler arasında çoklu fiber sağlanmalıdır. Fakatbufiberleraynıfizikselbağlantıüzerindedeğildirvepasifbağlayıcıgibidavrananbiraradüğümesahiptir. • Dalgaboyudönüşümükullanımıdalgaboyurekabetsorununuçözerekdayanıklılığıarttırır. AB2014 - 267

22. SLOTLU OPTİK PAKET ANAHTARLAMALI AĞLAR İÇİN HİYERARŞİK DAYANIKLILIK AB2014 - 267 Slotlanmışçoklu-fiber OPS anahtaryapısı

23. SLOTLU VE SLOTLU OLMAYAN TAM OPTİK PAKET ANAHTARLAMALI AĞLAR İÇİN ÖNCELİK-TABANLI YÖNLENDİRME • Anahtarlamafonksiyonunuelektronikalandanoptikalanataşımaoptik-elektronik-optikdönüşümdarboğazınıçözmekiçinyardımcıolabilir. • Optikpaketanahtarlamalıbirağdaikiveyadahafazlapaketaynıandaaynıportunaynıdalgaboyunuişgaletmeyeçalıştığızamananahtarlamadüğümünderekabetoluşur. • Üçönceliksınıfıvardır. Bunlarsınıf3’ün en yüksekolduğusınıf3, 2ve1’dir. Bu sınıflararasındakitrafikdağılımısınıf 3 için %10, sınıf 2 için %30vesınıf 1 için %60’dır. AB2014 - 267

24. SLOTLU VE SLOTLU OLMAYAN TAM OPTİK PAKET ANAHTARLAMALI AĞLAR İÇİN ÖNCELİK-TABANLI YÖNLENDİRME • Belirlibirtopolojide her birdüğümiçindört fiber gecikmehattıvericiyükünün0.3’den azolmasıdurumundaüçönceliksınıfıiçinpaketkayıporanını0.01’in altındasağlamaktadır. • Sonuçlar slotlanmışağdagerekliolankarmaşıkpaketparçalama, tekrartoplamaveeşzamanlamaaşamalarındankaçınmanınmümkünolduğunugöstermektedir. • Ağ performansındanödünvermedendeğişkenpaketboyutusağlanmaktadır. • Paketönceliklerinisınıflandırarakağdaayırtedilenservissınıfısunulabilmektedir. AB2014 - 267

25. SONUÇ • Optik Çoğuşma ve Paket Anahtarlama • Slotlanmış Optik Çoğuşma ve Paket Anahtarlama • Slotlanmış Optik Çoğuşma Anahtarlama Teknikleri • Slotlanmış Optik Çoğuşma Anahtarlama Ağları • Zaman Dilimli Optik Çoğuşma Anahtarlama • Kayıpsız Optik Çoğuşma Anahtarlama için Slot Rezervasyonu • Çakışmasız Zaman-Slotlu OBS Ağı için Dinamik Bant Genişliği Rezervasyon Şeması • SlotlanmışOptik Paket Anahtarlama Teknikleri • SlotluOptikPaketAnahtarlamalıAğlardaPaketKayıpOranıAyrıştırma • OptikPaketAnahtarlamalıAğlarda Slot ZamanlamaDeğerlendirmesi • Slotlu OPS AğlarındaDüz Slot-İletimi • SlotluOptikPaketAnahtarlamalıAğlariçinHiyerarşikDayanıklılık • Slotlu ve Slotlu Olmayan Tam OptikPaketAnahtarlamalıAğlariçinÖncelik-TabanlıYönlendirme AB2014 - 267

26. KAYNAKLAR • Aydın, M.A., Turna, Ö.C., Zaim, A.H., “OptikÇoğuşmavePaketAnahtarlamaTekniklerininKarşılaştırılması”, AkademikBilişim 2009, Şanlıurfa/Türkiye. • Zhang, Z., Liu, L., Yang, Y., “Slotted Optical Burst Switching (SOBS) networks”, Computer Communications, 30, (2007), Page(s):3471-3479. • Small, B.A., Bergman, K., “Slot Timing Considerations in Optical Packet Switching Networks”, IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 17, No. 11, November 2005, Page(s):2478-2480. • Ramamirtham, J., Turner, J., “Time Sliced Optical Burst Switching”, INFOCOM 2003. Twenty-Second Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications. IEEE Societies,Vol. 3, 30 March-3 April 2003, Page(s): 2030-2038. • Angelopoulos, J.D., Leligou, H.C., Kanonakis, K., Linardakis, H., Pountourakis, I., Stavdas, A., “Slot reservations for lossless Optical Burst Switching”, 47th International Symposium ELMAR-2005,08-10 June 2005, Zadar, Croatia, Page(s):311-314. AB2014 - 267

27. KAYNAKLAR • Liu, Y., Mohan, G., Chua, K.C., “A Dynamic Bandwidth Reservation Scheme for a Collision-Free Time-Slotted OBS Network”, Broadband Networks, 2005. BroadNets 2005. 2nd International Conference, Vol. 2, 7-7 Oct. 2005, Boston, MA, Page(s):1115-1117. • Overby, H., “Packet Loss Rate Differentiation in Slotted Optical Packet Switched Networks”, IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 17, No. 11, November 2005, Page(s):2469-2471. • Rahbar, A.G.P., Yang, O.W.W., “Even Slot-Transmission in Slotted OPS Networks”, Communications, 2008. ICC '08. IEEE International Conference, 19-23 May 2008, Beijing, Page(s):391-395. • Al-Zahrani, F.A., “Hierarchical Survivability Model for Slotted All Optical Packet Switching Networks”, Wireless and Optical Communications Networks, 2008. WOCN '08. 5th IFIP International Conference, 5-7 May 2008, Surabaya, Page(s):1-6. • Yao, S., Yoo, S.J.B., Mukherjee, B., “A comparison study between slotted and unslotted all-optical packet-switched network with priority-based routing”, Optical Fiber Communication Conference and Exhibit, 17-22 March 2001, OFC 2001, Vol. 2, Anaheim, CA, USA, Page(s):TuK2-1-3. AB2014 - 267

28. DİNLEDİĞİNİZ İÇİN TEŞEKKÜRLER. AB2014 - 267