Ethernet passive optical network (EPON) technology is being considered as a promising solution for next-generation broadband access network due to the convergence of low-cost Ethernet equipment and tow-cost fiber infrastructure. A major feature fur this new architecture is the use of a shared transmission media between all users. Medium access control arbitration mechanisms are essential for the successful implementation of EPON.
This architecture uses the time-division multiplexing (TDM) approach to deliver data encapsulated in Ethernet packets from a collection of Optical Network Units (ONUs) to a central Optical Line Terminal (OLT) over the PON access network. The OLT, in turn, is connected to the rest of the Internet. In order to assign time slot to each ONU, a network management protocol has been devised - Multi-Point Control Protocol (MPCP). ONU can report its required bandwidth to OLT and then OLT grants bandwidth to ONU using MPCP messages. EPON also offer great flexibility in dynamic bandwidth allocation with MPCP messages.
The main and most important feature of EPON is that it must support all existing services as well as of for new required service. In order to efficiently answer the various requirements for the multi-user and multi-services network, EPON must support quality of service (QoS) as part of their bandwidth allocation and scheduling schemes.
This thesis proposes a new scheduling algorithm for EPON, prediction-based SQ-DRR(Short-term QoS Deficit Round Robin) scheme for QoS guaranteeing. The core of this algorithm is the combination of SQ-DRR and traffic prediction. SQ-DRR provides a method to guarantee QoS requirements and traffic prediction makes ONU get more bandwidth than the bandwidth which ONU requested.
본 논문에서는 E-PON시스템에 품질보장서비스(QoS)를 적용하기 위해 트래픽 예측기법을 적용한 SQ-DRR 스케쥴링 방식을 제안하였다. E-PON은 차세대 광가입자망으로 떠오르고 있는데, 음성통신이나 테이터통신, 화상통신, 고화질 TV 와 같은 여러 종류의 트래픽을 수용할 수 있다는 장점이 있다. 이 장점을 위해 품질보장서비스의 지원이 중요시되고 있으며 연구도 활발히 진행되고 있다.
E-PON 에 품질보장서비스를 적용하기 위한 근본적인 해결방법은 스케쥴러가 품질 보장서비스 요구사항을 정의할 수 있고, 또 그 내용에 따라 트래픽을 스케쥴링할 수 있게 하는 것이다. 이런 내용에는 SQ-DRR이 가장 적합한 방식이다.
본 논문에서는 E-PON 의 ONU 에 품질보장서비스를 지원해 주는 SQ-DRR 방식를 적용했을 때에 대한 시뮬레이션을 수행했다. SQ-DRR 의 특성에 의해 각각 트래픽이 지연시간조건을 만족할 수 있을 것으로 기대되었으나, 트래픽 입력이 네트워크 용량의 포화상태까지 되는 시점에는 지연시간조건을 위반하는 결과를 보여주었다. 이 결과는 ONU에 대역폭을 할당하는 E-PON자체의 알고리즘이 가진 단점으로 인해 ONU가 필요로 하는 대역폭을 충분히 할당 받지 못하기 때문에 발생한다. SQ-DRR 이 트래픽의 지연시간조건을 만족하도록 스케쥴링하는데 필요한 대역폭보다 작은 대역폭만을 이용하게 되어 지연시간조건을 위반하게 되는 것이다.
이 단점의 영향을 줄이기 위해서는 ONU 가 대역폭을 요청할 때, 자신이 필요로 하게 될 대역폭을 예상하여 그 예상 값을 추가로 요청하는 방법을 이용할 수 있다. 이를 위해서는 ONU가 자신의 입력 트래픽을 예측할 수 있어야 한다. 과거에 들어온 트래픽 양에 대한 정보를 바탕으로 미래에 들어온 트래픽을 예측하는 것이다. 이렇게 예측하는 알고리즘으로는 계산 복잡도가 크지 않고, 트래픽의 최소한의 정보만이 필요한 선형예측기법을 사용한다. 그리고 이렇게 예측한 내용을 OLT 에게 알려줄 수 있도록 MPCP 메시지로 OLT에게 전송하는 과정도 필요하다.
SQ-DRR과 트래픽 예측을 모두 이용한 시뮬레이션을 수행했다. 이 결과는 트래픽이 네트워크 용량의 포화상태로 입력이 되는 시점에서도 지연시간조건을 만족하는 것을 보였고, E-PON이 품질보장서비스를 지원하게 되는 것이다. 이로써 E-PON에서의 품질보장서비스를 만족시키기 위해서 트래픽 예측기법을 적용한 SQ-DRR 알고리즘을 제안하였다.
