Optical Burst Switching (OBS) has been proposed as an alternative switching technology for the next optical backbone network based on the current technology. OBS separates the control channel for the Burst Control Packet (BCP) and the data channel for data burst. BCP is transmitted ahead of data burst as the defined offset time in order to configure the switches along the route of burst.
When the offered load increases to the OBS network, data bursts can be dropped due to limitation of optical buffers. Also, the burst loss can occur due to the congestion in the control channel. When the load increases in the control channel, the congestion occurs by heavily loaded traffic. The congestion makes the offset time variation and it incurs burst loss. There have been many researches about a contention resolution issue, however no clear solution have been appeared due to the intrinsic limitation of OBS network.
Thus, we propose a new architecture - Burst Switched Broadband Convergence Network (BS-BcN) which provides a basic framework to solve the basic limitation of OBS network. New data channel scheduling algorithm and new control channel algorithm for (BS-BcN) are proposed to reduce the burst loss in OBS network. Also, new reservation scheme is proposed to configure core-contention free OBS network. All of our proposed algorithms can operate on the BS-BcN environment.
First contribution is to propose a new Broadband Convergence Network (BcN) architecture based on ITU-T’s NGN architecture with Optical Burst Switching (OBS) technology. With the centralized resource manager of the NGN, we can improve QoS in terms of burst loss rate. Ideally, no burst blocking occurs and no capacity is wasted in the core optical network on bursts that are doomed to be eventually lost. It is important that OBS has a way to survival solution in the future network. Our proposed algorithm solves main problem and provides basic architecture to be deployed as NGN solution.
Second contribution is to evaluate the queueing delay of the burst control packet (BCP) and propose the control channel scheduling algorithm to handle queueing delay variance of BCPs. In the OBS research area, the BCP queuing delay problem has not been addressed because it is believed to be quite small. We have investigated this issue and clarified its impact on performance degradation from the point-of-view of data burst loss rate. We know that the BCP load to the control channel is not negligible. Thus, the burst loss rate due to the queuing delay of BCP on the control channel is very serious compared to the existing well-known burst contention. We propose a Dynamic Offset-Time Update scheme to avoid serious data burst loss due to BCP queuing delay, and a Priority BCP queue to guarantee the minimum offset-time for high class bursts. Our simulation results show that the Dynamic Offset-Time Update scheme can completely avoid data burst loss due to BCP congestion while guaranteeing a certain level of minimum offset-time.
Third contribution is to propose a new data channel scheduling algorithm for the edge/core node combined (ECNC) OBS network. Thus, the burst contention problem in OBS network is an intrinsically serious problem. Many researches have tried to solve this problem, however it have been known that avoiding the burst loss is very difficult issues in the current OBS network. Using FDL to reduce loss rate is still very limited in current technology. We consider the edge/core combined OBS network where the core node performs the edge node function as well. Through this architecture, available data burst that core node generates can be expected with respect to offset-time. Any researches for this area has not been performed, thus we propose a new data scheduling algorithm for the edge/core combined OBS network where data burst that core node generates do not interrupt other data burst from the ingress nodes. We analyzed the data burst loss rate and the throughput of the core node in relation with the offset-time. Results show that the loss rate of the network is drastically reduced and the throughput of the core node goes to increase when offset-time increases.
Fourth contribution is to propose a two-way reservation OBS scheme. We described and analyzed the RJET (Reliable Just Enough Time) network that combines the functions of OBS with GMPLS. Proposed architecture guarantees a non-blocking in the optical core networks. Calculation of the blocking probability, the burst transmission delay, the burst assembly time, and the resource utilization is carried out. Specifically, a significantly lower burst blocking probability was achieved compared with JET OBS.
광 버스트 스위칭은 현재의 광 네트워크 백본 기술을 대체하기 위한 차세대 광 네트워크 백본으로 제안되었다. 광버스트 스위칭은 제어 채널과 데이터 채널을 구분하여, 제어 채널은 버스트 제어 패킷을, 데이터 채널은 데이터 버스트를 각각 전송한다. 버스트 제어 패킷은 버스트를 스위칭하는 광 라우터를 미리 설정하기 위해 오프셋 시간만큼 데이터 버스트보다 미리 전송된다. 광버스트 네트워크에서 입력 부하가 증가할 때, 데이터 버스트는 광 버퍼의 제약으로 인해 손실이 발생한다. 또한, 제어 채널의 혼잡으로 인하여 버스트의 손실이 발생한다. 제어채널의 입력 부하가 증가하면, 과도한 입력 트래픽으로 인한 혼잡이 발생한다. 이러한 혼잡으로 인하여 오프셋 시간이 변화를 발생시키고, 결과적으로 버스트의 손실이 일어난다. 그동안 데이터 채널에서의 손실 회피에 관해 많이 연구되었으나, 명확한 해결방법은 아직 제시되지 않았다. 따라서, 본 학위논문에서는 신규 네트워크 구조인 버스트 기반 광대역 통합망 구조를 제안하였다. 해당 구조는 광버스트 네트워크의 기본적인 제약을 해결 가능케 하는 기본적인 프레임워크를 제공한다. 버스트 기반 광대역 통합망에서 버스트 손실 절감을 위한 새로운 데이터 채널 스케줄링 알고리즘과 새로운 제어 채널 알고리즘을 제안하였다. 또한, 광버스트 네트워크의 코어에서 무손실을 가능케하는 새로운 자원 예약 기법을 제안한다.
첫째, ITU-T의 NGN 구조에 OBS 기술을 적용한 신규 광대역 융합망 구조를 제안하였다. NGN의 집중형 자원 관리자를 적용하여 버스 손실 측면의 QoS를 향상시킨다. 이상적으로, 버스트 손실이 발생하지 않고 결국에 코어망에서 손실될 버스트를 전송하지 않으므로 네트워크 용량의 낭비를 막는다. 본 학위논문에서 제안한 알고리즘은 기존 광버스트스위칭 네트워크에서의 핵심 문제점의 해결책을 제시하고, NGN으로서의 기본 구조를 제공한다.
둘째, 버스트 제어 패킷의 큐잉 지연을 분석하고, 버스트 제어 패킷의 지연 시간의 편차를 제어하기 위한 제어 채널 스케줄링 알고리즘을 제안하였다. 광 버스트 스위칭 연구 영역에서 버스트 제어 패킷의 큐잉 지연은 매우 작다고 여 겨져 해당 이슈는 충분히 논의되지 못하였다. 본 학위논문은 해당 이슈에 대하 여 분석하고 버스트 제어 패킷이 버스트 손실율 측면에 미치는 성능 저하를 명 확하게 하였다. 분석을 통하여 제어 채널에서 버스트 제어 패킷이 양이 적지 않다는 것이 밝혀졌다. 따라서, 버스트 제어 패킷의 큐잉 지연으로 인한 버스트 손실은 기존에 잘 알려진 버스트 충돌로 인한 손실에 비해 상당히 심각하다. 버스트 제어 패킷의 큐잉 지연으로 인한 버스트 손실 회피를 위해 동적 오프셋 시간 업데이트 기법과 우선 순위 트래픽에 대한 최소 오프셋 시간 보장을 위한 우선순위- 버스트제어패킷 큐를 위한 우선순위 큐를 제안하다. 시뮬레이션 결 과를 통해 동적 오프셋 시간 업데이트 기법이 최소 오프셋 시간을 특정 레벨로 유지시키면서 버스트 제어 패킷 혼잡으로 인한 버스트 손실을 회피하는 것을 확인하였다.
셋째, 에지/코어 노드 결합 광버스트 스위칭 네트워크를 위한 새로운 데이터 채널 스케줄링 알고리즘을 제안하였다. 버스트 손실 문제가 광버스 스위칭 네트워크에서 근원적인 문제여서, 이를 해결하기 위한 많은 연구가 있었으나, 현재 광버스트 스위칭 망에서는 이를 완벽하게 해결하는것이 어렵다고 밝 혀졌다. FDL (Fiber Delay Line) 을 사용하는 것은 손실율을 낮출 수 있으나, 현재까지 많은 기술적 제약이 뒤따른다. 따라서, 코어 노드가 에지노드의 기능 을 겸하는 에지/코어 결합 광 버스트 스위칭 네트워크를 제안하다. 해당 구조를 통하여, 오프셋 시간을 고려하여 버스트 손실 회피가 가능한 버스트 크기를 결정할 수 있다. 이를 위하여 새로운 데이터 채널 스케줄링 알고리즘을 제안하여, 코어노드에서 발생하는 버스트가 다른 입력 버스트를 방해하지 않도록 하였다. 오프셋 시간과 관련하여 데이터 버스트 손실율과 전송율을 분석하였다. 결과를 통해 네트워크의 버스트 손실율이 현저하게 감소되고, 오프셋 시간이 증가시 코어 네트워크의 전송율이 향상되는 것을 발견하였다.
넷째, 광버스 스위칭 기법을 위한 양방향 예약 구조를 제안하였다. 광버스트 스위칭 기술과 GMPLS(Generalized Multi-Protocol Label Switching)을 결합한 RJET (Reliable Just Enough Time) 기법을 제안하고 분석하였다. 제안된 구조의 코 어 네트워크에서 버스트 손실이 발생하지 않는 것을 보장한다. 손실율, 버스트 전송시간, 버스트 어셈블리 시간 및 자원 이용율에 대한 분석을 수행하였다. 특히 기존 광 버스트 스위칭 기술인 JET 에 비해 현저하게 낮아지는 버스트 손실 율을 확인할 수 있었다.
