Esquemas de Alocação Dinâmica de Banda em Long Reach PON

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Long-Reach PON (LR-PON) junta a rede de acesso e a rede metro em uma só rede. Sua principal característica é extender o alcance das PONs até 100km, mas esse aumento do alcance leva ao aumento do atraso de trasmissão no upstream, que degrada o desempenho dos algoritmos de DBA das PONs tradicionais. Assim, foram propostos diversos esquemas de DBA para LR-PON com objetivo de reduzir o atraso de transmissão no upstream.

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Esquemas de Alocação Dinâmica de Banda em Long Reach PON

  1. 1. Esquemas de Alocação Dinâmica de Banda em Long Reach PON Madson Rodrigues de Araujo Professor: Gustavo Bittencourt Figueiredo Universidade Federal da Bahia 1
  2. 2. Roteiro ● Introdução ● LR-PON ● IPACT ● MTP ● SR+ ● NA+ ● EIS ● Online MTP ● S-AMGAV ● Conclusão ● Referências 2
  3. 3. Introdução ● LR-PON estende o alcance da PON tradicional de 20 km até 100 km usando amplificadores ópticos. ● Junta os domínios de redes metro e redes de acesso através da redução do número de central offices (CO). ● Ao estender o alcance, as mensagens de transmissão são atrasadas devido ao aumento Round Trip Time (RTT) que degrada o desempenho dos algoritmos de alocação dinâmica de banda (DBA). ● Varios esquemas de DBA foram prospostos para lidar com os desafios da LR- PON. 3
  4. 4. LR-PON ● Alcance de 100km. ● Integra a rede metro e rede de acesso em uma só rede.. ● 10GB/s largura de banda. ● Downstream em broadcast e TDMA no upstream usando MPCP para atribuição dos timeslots. ● Ao estender o alcance da PON, o atraso de propagação entre OLT e ONU é aumentado de 0.2ms para 1ms. ● O projeto de algoritmos de DBA eficientes é necessário para superar este desafio. 4
  5. 5. IPACT ● Interleaved polling with adaptive cycle time (IPACT), proposto em [Kramer et al, 2002], é um esquema de DBA centralizado para utilização da largura de banda de forma eficiente. ● É um esquema de DBA das PONs tradicionais. ● Utiliza duas mensagens de controle: GATE e REPORT. ● A principal vantagem deste esquema é que o tempo do ciclo se adapta de acordo com os dados disponíveis nos buffers das ONUs. 5
  6. 6. IPACT 6 Song et al, 2007
  7. 7. IPACT ● O IPACT foi implementado em uma LR-PON e conclui-se que o IPACT não é adequado para LR-PON. Mesmo com baixa carga de dados o desempenho do IPACT é prejudicado devido ao aumento do RTT, que resulta em altas taxas de atraso. 7 Novak, Pilinsky e Draganic, 2013
  8. 8. MTP ● Multi Thread Polling (MTP) [Song et al, 2007] foi proposto para lidar com os períodos ociosos e atraso, criando vários processos paralelos (threads). ● Cada ONU tem permissão de enviar a Request antes de receber a Gate anterior. 8 Song et al, 2007
  9. 9. MTP 9 Song et al, 2007
  10. 10. MTP ● Depois da inicialização o intervalo entre threads adjacentes pode mudar devido a dinâmica do tráfego de upstream de cada ONU. ● A flutuação do intervalo das threads pode afetar negativamente o atraso dos pacotes. ● Para evitar a degradação do MTP devido à flutuação do intervalo inter-thread, o MTP faz tune das threads durante o tempo de execução. 10 Song et al, 2007
  11. 11. MTP 11 Song et al, 2007
  12. 12. SR+ ● O MTP foi revisto em [Song et al, 2009], e incorporou duas novas funções, recebendo o nome de Subsequent Reques plus (SR+). ● Fairness na alocação de largura banda entre as ONUs. 12 Song et al, 2009
  13. 13. SR+ ● Inter-Thread Scheduling. 13 Ahmed et al, 2013
  14. 14. NA+ ● Newly Arrived Plus (NA+) [Skubic et al, 2010] foi proposto para habilitar comunicação entre as threads para superar o problema de reports duplicados. ● A falta de comunicação entre os processos de DBA paralelos causam reports duplicados em que alguns pacotes podem ser reportados duas vezes. Isso leva a mais concessão ou subutilização largura de banda. ● NA + supera este problema ao fazer o report apenas dos pacotes que chegam após a criação do segundo processo de DBA. 14 Usmani et al, 2014
  15. 15. NA+ 15 Ahmedi et al, 2013
  16. 16. EIS ● Enhanced inter-thread scheduling (EIS) [Ahmed et al, 2013] é um esquema híbrido que captura as ideias-chave do NA+ e SR+ para melhorar o desempenho da DBA em um ambiente multi-thread. ● Nos resultados [Ahmed et al, 2013] tanto sob alta e baixa carga, O EIS mostra maior vazão, menor jitter e menor atraso medio comparado ao SR+ e NA+. ● Desempenho deste esquema depende da seleção cuidadosa do número de threads. Se o número de threads empregadas passar de um certo limite, este esquema pode ter desempenho ruim. 16
  17. 17. EIS 17 Ahmed et al, 2013
  18. 18. EIS 18 Ahmed et al, 2013
  19. 19. Online MTP ● Online Multi-Tread Polling [Mercian et al, 2013] é uma abordagem complementar de MTP com online scheduling e distribuição de excesso de banda online. ● No online MTP, OLT processa o pedido de largura de banda imediatamente após a chegada da REQUEST ao contrário do offiline MTP em que OLT concede a largura de banda depois de receber todos os pedidos de uma dada thread. ● Um novo esquema de distribuição da largura de banda em excesso online é introduzido para superar o desafio da distribuição justa de largura de banda no online MTP 19
  20. 20. Online MTP 20 Usmani et al, 2014
  21. 21. S-AMGAV ● Synergized-Adaptive Multi-GATE Polling With Void Filling (S-AMGAV) [Dixit et al 2015] combina optimante load adaptive MTP com dimensionamento adaptativo da grant, ciente de carga (void filling). ● Load adaptive MTP usa um número adaptativo de threads paralelas (Gates). 21 Dixit et al, 2015
  22. 22. S-AMGAV 22 Dixit et al, 2015
  23. 23. S-AMGAV 23 Dixit et al, 2015
  24. 24. Conclusão ● Os esquemas de DBA para LR-PON apresendados focam principalmente na redução do atraso. Usmani et al, 2014
  25. 25. Referências ● G. Kramer, B. Mukherjee, and G. Pesavento, "IPACT: A dynamic protocol for an ethernet PON (EPON)," IEEE Commun. Mag., vol. 40, no. 2, pp. 74-80, 2002. ● H. Song, A. Banerjee, Byoung-Whi Kim, and B. Mukherjee, "Multi-Thread Polling: A Dynamic Bandwidth Distribution Scheme in Long Reach PON," in IEEE Global Telecommunications Conference, 2007, pp. 2450-2454. ● H. Song, B-W. Kim, and B. Mukherjee, "Multi-thread polling: A dynamic bandwidth distribution scheme in long-reach PON," IEEE JSAC, vol. 27, 2009, pp. 134-42 ● B.Skubic, J. B.Mukherjee,Chen, J. Ahmed, Biao Chen, L. Wosinska, "Dynamic bandwidth allocation for long-reach PON: Overcoming Performance Degradation," IEEE Commun. Mag., vol.48, no. 11, pp. 100-108, Nov.2010. ● J. Ahmed, J. Chen, L. Wosinska, B. Chen, B. Mukherjee, "Efficient inter-thread scheduling scheme for long-reach passive optical network," IEEE Commun. Mag., vo1.51, no. 2, pp. S35-S43, Feb. 2013. ● Mercian, M.P. McGarry and M. Reisslein, "Offline and online multi-thread polling in long-reach PONs: A critical evaluation," 1. Lightw. Technol, vol. 31, no. 12, pp. 2018 - 2028, june IS, 2013. ● T. Novak, S. Z. Pilinsky, M. Draganic, "Performance of dynamic bandwidth allocation algorithms in passive optical networks," ELMAR-2013, Zadar, Croatia, 25-27 Sep. 2013. 25
  26. 26. Referências ● M. Kiaei, K. Fouli, M. Scheutzow, M. Maier, M. Reisslein, and C. Assi, "Low-latency polling schemes for long-reach passive optical networks," IEEE Trans. On Commun., vol. 61, no. 7, pp. 2936 - 2945, jul. 2013. ● F. Usmani, S. M. H. Zaidi, A. Awais and M. Y. A. Raja, "Efficient dynamic bandwidth allocation schemes in Long- Reach Passive Optical Networks- A survey," 2014 11th Annual High Capacity Optical Networks and Emerging/Enabling Technologies (Photonics for Energy), Charlotte, NC, 2014, pp. 36-40. ● A. Dixit, B. Lannoo, D. Colle, M. Pickavet and P. Demeester, "Synergized-adaptive multi-GATE polling with void filling: Overcoming performance degradation in LR-PONs," in IEEE/OSA Journal of Optical Communications and Networking, vol. 7, no. 9, pp. 837-850, Sept. 2015. 26

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