All-Optical Packet Switching

1. All-Optical Packet Switching

2. (circuit switching)

3. Οπτικός μεταγωγέας πακέτων διαμοιραζόμενης μνήμης (Shared Memory Optical Packet Switch - SMOP) Recirculating-loop μνήμη με χρονοδρομολόγηση (scheduling). Δεν είναι modular + αλλα μειoνεκτηματα.

4. 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 bγια καταιγιστική κυκλοφορία; • Επίσης δεν είναι modular

5. Μεταγωγέας με μεγάλους οπτικούς buffers (Switch with Large Optical Buffers - SLOB) αχρησιμοποίητα είσοδοι έξοδοι • Βάθος buffer των bk-1 πακέτων, όπου kτο πλήθος των επιπέδων. • Modular σχεδιασμός.

6. Objectives : επικοινωνία χωρίς απώλειες πακέτων αποδοτική χρήση της χωρητικότητας βέλτιστοι processing times ανά πακέτο (μέσω batch processing of headers) συμβατότητα μεvirtual circuit switching; διατήρηση της σειράς των πακέτων modularity βέλτιστο κόστος (αριθμος elementary crosspoints) nonblocking design καταλληλότητα και γιαoptical packet switchingκαι γιαcircuit switching transparency at the payload bit rate The Scheduling Switch

7. Μεταγωγέας χρονοδρομολόγησης (Scheduling 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.

8. Χρονοδρομολογητής (Scheduler) m=logT • Υλοποιείται με Nπαράλληλα ‘κλαδιά’ (branches), ένα για κάθε είσοδο. • Κάθε ‘κλαδί’ αποτελείται από 2logT-1μπλοκ καθυστέρησης.

9. “The Scheduling Switch” incoming link i A B incoming link k C incoming link l D E outgoing link j A B C D E T packet slots incoming link i Scheduling Switch outgoing link j incoming link l incoming link k • Η σύνοδος είναι (n,T)-smooth, αν μπορεί να μεταδώσει το πολύ nπακέτα 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

10. 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 συνεπάγεταιότι: Ν=Σi=1T Pi, όπου οι Piείναι permutation matrices O Piκαθορίζει τα πακέτα που εμφανίζονται στην έξοδο του scheduler στο slot i, και εξασφαλίζουν ότι δεν υπάρχουν συγκρούσεις

11. Χρονοδρομολογητής (Scheduler) • Υλοποιείται με Nπαράλληλα ‘κλαδιά’ (branches), ένα για κάθε είσοδο. • Κάθε ‘κλαδί’ αποτελείται από 2logT-1μπλοκ καθυστέρησης.

12. Benes-ισοδύναμο δίκτυο

13. Εισαγωγή στα OBSN • 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. • Ένα πακέτο έλεγχου προηγείται της μετάδοσης ενός burst.

14. Burst Switching Concept

15. Είδη πρωτοκόλλων για εγκατάστασης σύνδεσης και δέσμευση χωρητικότητας IRVC: immediate reservation virtual circuit protocol (κλασσικό πρωτόκολλο εγκατάστασης 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) καιμελλοντικών κρατήσεων(advance reservations). RGVC: ready-to-go virtual circuit protocol. Μηδενικό pre-transmission delay. Κανονικά προυποθέτει την ύπαρξη σημαντικών buffers στους ενδιάμεσους κόμβους.

16. ERVC: efficient reservation virtual circuit protocol

17. Πρωτόκολλο εικονικού κυκλώματος εκτροπής (Deflection 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. μονοπάτι του δεύτερου block set-up πακέτα προτιμώμενο μονοπάτι πηγή η σύνοδος χωρίζεται μονοπάτι του πρώτου block 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 Hελέγχους των πινάκων δρομολόγησης όπου Hείναι ένα άνω όριο στο μήκος των μονοπατιών.

18. κόμβος συνολική εισερχόμενη χωρητικότητα = συνολική εξερχόμενη χωρητικότητα = Ctotal εισερχόμενη σύνοδος διαθέσιμη εξερχόμενη χωρητικότητα Εξερχόμενη χωρητικότητα τουλάχιστον ίση μεrμπορεί 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 kυποσυνόδους (η αναδιάταξη kμπλοκ πακέτων είναι ευκολότερη από την αναδιάταξη ανεξάρτητων πακέτων).

19. 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 Switching Paradigm

20. 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