EPON DBA Schemes

1. EPON DBA Schemes 2004. 1. 13 경북대학교 통신망 연구실 김 은 철 kimec@palgong.knu.ac.kr

2. Contents • Introduction • EPON DBA Schemes • IPACT: A Dynamic Protocol for an Ethernet PON(EPON) • On supporting differentiated classes of service in EPON-based access networks • Dynamic Bandwidth Allocation for Quality-of-Service Over Ethernet PONs • A New Media Access Control Protocol with Quality of Service and Fairness • Guarantee in Ethernet-based Passive Optical Networks • A Novel Upstream Dynamic Bandwidth Assignment Scheme for Ethernet PONs • GE-PON에서의 동적 스케줄링 알고리즘 • 이더넷 PON을 위한 MAC 프로토콜 성능 분석 • Bandwidth 이용률을 높이기 위한 EPON 대역 할당 기법 • EPON망에서 차등 CoS 제공을 위한 주기적 폴링 기반의 동적 대역 할당 방법 • Conclusion • 성능 요소별 scheme

3. Central Office ONU Fiber Other Network IP Network OLT Fiber ONU Video/Audio Network 1 x N Optical Passive Splitter ATM Network PSTN Network ONU Management system Introduction • Ethernet PON system

4. Introduction (cont) • Upstream & downstream in EPON

5. IPACT: A Dynamic Protocol for an Ethernet PON(EPON) • Characteristics • 이전 ONU로부터의 data가 OLT에 모두 도착하기 전에 다음 ONU로 GATE 전송 • IPACT bandwidth allocation • Fixed : Constant Credit : • Limited : Linear Credit : • Gate : Elastic : • Simulation 결과 • Average packet delay, queue size, cycle time • Limited scheme이 가장 좋은 성능 • 장단점 • Statistical multiplexing • 가변적인 cycle time으로 인해 jitter에 민감한 서비스에 부적합

6. On supporting differentiated classes of service in EPON-based access networks • IPACT Limited + strict priority scheduling • Light-load penalty • Two Stage buffer • 두 단계의 buffer : FIFO queue + multiple priority queue • CBR Credit • REPORT전송과 GATE수신 사이에 도착하는 high priority data양을 고려 • Simulation 결과 • Average delay, slot remainder, cycle time, bandwidth utilization • Limited service보다 나은 성능 보임 • 장단점 • 차별화된 서비스 제공 고려 • Two stage buffer : delay 증가 • CBR Credit : high priority data의 도착 process 정보 필요

7. Dynamic Bandwidth Allocation for Quality-of-Service Over Ethernet PONs • DBA1 • Minimum BW를 기준으로 할당 • Minimum BW는 ONU의 SLA를 고려하여 결정 • 처음 BW할당 후 남는 대역이 있을 경우 요청한 양에 비례하여 추가적으로 할당 • 요청시 ONU data양에 한해서만 priority scheduling 적용 • DBA2 • Minimum BW보다 적게 요청한 ONU에게 GATE를 즉시 전송하여 upstream channel의 idle time을 줄임 • Simulation 결과 • Priority scheduling적용 • SBA보다 DBA1이, DBA1보다 DBA2가 delay측면에서 나은 성능 보임 • DBA2가 DBA1보다 load가 높은 상황에서 throughput측면에서 나은 성능 보임

8. HP1 BE1 HP2 BE2 HP3 BE3 frame(i) : HP1 BE1 HP2 BE2 HP3 BE3 frame(i+1) : PDV of ONU2 PDV of ONU3 (a) slot-size based DBA HP1 BE1 HP2 HP3 frame(i) : HP1 BE3 HP2 HP3 BE2 frame(i+1) : HP1 BE1 HP2 HP3 frame(i+2) : (b) Hybrid slot-size/rate (HSSR) DBA A New Media Access Control Protocol with Quality of Service and Fairness Guarantee in Ethernet-based Passive Optical Networks • Hybrid slot-size/rate protocol (HSSR) • 고정적인 frame size • High priority data의 delay와 jitter 성능 개선 • Upstream frame의 앞부분에 ONU수만큼의 High priority data전송영역을 위치 시킴 • Packet reclassification을 통한 efficiency향상

9. A New Media Access Control Protocol with Quality of Service and Fairness Guarantee in Ethernet-based Passive Optical Networks (cont) • ONU에 속한 user간 Fairness보장 • ONU : per-subscription-rate-queuing • ONU(users)의 subscription rate을 기준으로 비례적으로 할당

10. A New Media Access Control Protocol with Quality of Service and Fairness Guarantee in Ethernet-based Passive Optical Networks (cont) • Simulation 결과 • ONU의 요구량에 비례하여 BW를 할당하고 timeslot 내 모든 priority의 data가 있는 일반적인 BW할당 scheme과 비교 • High priority data의 delay, delay jitter에서 성능 향상 • User간 fairness보장

11. A Novel Upstream Dynamic Bandwidth Assignment Scheme for Ethernet PONs • BW할당시 ONU의 contracted rate을 고려 • 고정된 frame size • ONU의 contracted rate을 기준으로 BW 할당 • 남은 대역을 요청양에 따라 할당 • 남은 대역을 ONU의 contracted rate 크기순으로 할당 • Simulation 결과 • Fairness : telecom carriers’ requirement 만족 Vi : the allocated bandwidth divided by contracted bandwidth of ONUi • Effective network load 80%까지 packet loss 거의 무시할 정도 • IPACT보다 packet delay측면에서 나은 성능

12. GE-PON에서의 동적 스케줄링 알고리즘 • 최소 대역 보장을 통한 BW의 효율적 사용 및 지연 향상 • 고정된 frame size • Step 1. 각 ONU(i)에게 최소 전송 대역을 보장한다. • Step 2. 대역 할당 후 남은 대역을 요청한 대역에 비례하여 추가 할당한다.

13. GE-PON에서의 동적 스케줄링 알고리즘(cont) • Simulation 결과 • 요청한 양에 비례하여 할당하는 비례 스케줄링 알고리즘과 비교 • 채널 이용률, 할당 효율, 평균 큐잉 지연 측면에서 성능 향상 • 단점 • 최소 보장 대역의 크기 결정에 대한 설명 없음

14. 이더넷 PON을 위한 MAC 프로토콜 성능 분석 • IPACT와 비례적으로 할당하는 방법과의 전반적인 비교 • 고정된 frame size • 요청량이 가용 BW보다 큰 경우 요청량에 비례적으로 할당 • 요청량이 가용 BW보다 작은 경우 요청량만큼 할당 • Simulaiton 결과 • ONU의 불균등한 트래픽 환경 • SBA, IPACT, 제안한 DBA • 채널 이용률, 큐잉 지연에서 향상된 성능 보임

15. Bandwidth 이용률을 높이기 위한 EPON 대역 할당 기법 • 대역 이용률을 높이기 위해 프레임 경계 정보 이용 • IPACT Limited service • REGISTER message를 통해 Wmax(max window) 전송 • REPORT시 Wmax를 고려하여 프레임의 경계까지만 요청 • Simulation 결과 • SBA, IPACT, 제안한 DBA • 할당된 BW를 100%사용함으로써 대역 이용률, 큐잉 지연 성능 향상

16. EPON망에서 차등 CoS 제공을 위한 주기적 폴링 기반의 동적 대역 할당 방법 • 하향 BW보장을 위한 주기적 폴링 방식 • 상향 전송 load가 적을 경우 하향 채널의 용량이 제한되는 IPACT의 단점 보완 • Class 별 BW할당 • 우선적으로 High priority data의 대역 할당 • 남은 대역을 medium priority data를 위해 비례적으로 할당 • 남은 대역을 low priority data를 위해 비례적으로 할당 • Simulation 결과 • SBA, IPACT, 제안한 DBA • 하향 채널 용량 측면에서는 성능 향상 • Delay, queue length측면에서는 성능 저하

17. Conclusion • 성능 요소별 scheme • Jitter • 고정적인 frame 길이 사용 • Frame내 high priority data의 위치를 고정 • Delay • 요청한 양에 비례하여 할당 • 최소 전송 대역 보장 • 채널 이용률 • ONU에서 프레임의 경계 정보만큼만 요청하여 대역 낭비를 없앤다 • OLT는 대역 할당 계산시 고려할 필요가 없는 양만큼 요청한 ONU에게 즉시 전송 기회를 부여 • Priority별 차별화된 서비스 제공 • Priority가 높은 순으로 먼저 timelost할당 • 추가적인 high priority data양을 BW할당시 고려 • Fairness • ONU 또는 OLT에서 BW 할당시 user 또는 ONU별 SLA를 고려 • 하향 채널 용량 보장 • Polling 주기를 고정