O documento explora esquemas de alocação dinâmica de banda (DBA) em redes LR-PON, destacando a necessidade de algoritmos eficientes devido ao aumento do atraso de propagação. Diversos métodos, incluindo IPact, MTP, SR+, NA+ e EIS, são analisados em termos de eficácia e desempenho em diferentes condições de carga. Conclui-se que os esquemas apresentados visam principalmente a redução do atraso e a melhoria na alocação de largura de banda em ambientes de rede mais complexos.

1. Esquemas de Alocação
Dinâmica de Banda em Long
Reach PON
Madson Rodrigues de Araujo
Professor: Gustavo Bittencourt Figueiredo
Universidade Federal da Bahia
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2. Roteiro
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Introdução
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LR-PON
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IPACT
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MTP
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SR+
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NA+
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EIS
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Online MTP
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S-AMGAV
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Conclusão
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Referências
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3. Introdução
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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).
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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.
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4. LR-PON
●
Alcance de 100km.
●
Integra a rede metro e rede de acesso em uma só rede..
●
10GB/s largura de banda.
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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.
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5. IPACT
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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.
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É um esquema de DBA das PONs tradicionais.
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Utiliza duas mensagens de controle: GATE e REPORT.
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A principal vantagem deste esquema é que o tempo do ciclo se adapta de
acordo com os dados disponíveis nos buffers das ONUs.
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6. IPACT
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Song et al, 2007

7. IPACT
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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.
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Novak, Pilinsky e Draganic, 2013

8. MTP
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Multi Thread Polling (MTP) [Song et al, 2007] foi proposto para lidar com os
períodos ociosos e atraso, criando vários processos paralelos (threads).
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Cada ONU tem permissão de enviar a Request antes de receber a Gate
anterior.
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Song et al, 2007

9. MTP
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Song et al, 2007

10. MTP
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Depois da inicialização o intervalo entre threads adjacentes pode mudar
devido a dinâmica do tráfego de upstream de cada ONU.
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A flutuação do intervalo das threads pode afetar negativamente o atraso dos
pacotes.
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Para evitar a degradação do MTP devido à flutuação do intervalo inter-thread,
o MTP faz tune das threads durante o tempo de execução.
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Song et al, 2007

11. MTP
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Song et al, 2007

12. SR+
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O MTP foi revisto em [Song et al, 2009], e incorporou duas novas funções,
recebendo o nome de Subsequent Reques plus (SR+).
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Fairness na alocação de largura banda entre as ONUs.
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Song et al, 2009

13. SR+
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Inter-Thread Scheduling.
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Ahmed et al, 2013

14. NA+
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Newly Arrived Plus (NA+) [Skubic et al, 2010] foi proposto para habilitar
comunicação entre as threads para superar o problema de reports
duplicados.
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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.
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Usmani et al, 2014

15. NA+
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Ahmedi et al, 2013

16. EIS
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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+.
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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.
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17. EIS
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Ahmed et al, 2013

18. EIS
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Ahmed et al, 2013

19. Online MTP
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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.
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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
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20. Online MTP
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Usmani et al, 2014

21. S-AMGAV
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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).
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Load adaptive MTP usa um número adaptativo de threads paralelas (Gates).
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Dixit et al, 2015

22. S-AMGAV
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Dixit et al, 2015

23. S-AMGAV
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Dixit et al, 2015

24. Conclusão
● Os esquemas de DBA para LR-PON apresendados focam principalmente na
redução do atraso.
Usmani et al, 2014

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.
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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.
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