실시간 응용을 위한 광 패킷 스위치 설계

Abstract

종래의 네트워크(Network) 스위치(Switch) 관련 연구들은 대부분 인터넷 트래픽(Traffic)에 대한 평균적인 처리량과 지연시간 향상에 초점을 맞추고 있으며, 따라서 경성 실시간 어플리케이션(Soft Real-Time Application)이 요구하는 최대 지연시간 보장이 불가능하다. 본 논문에서는 실시간 응용에 적합한 광(Optical) 스위치 설계 구조를 제안한다. 클럭(Clock) 기반 스케줄링(Scheduling) 기법과 클리어런스 타임(Clearance time) 최적 스위칭 기법을 이용하여, 스위치를 통과하는 트래픽이 스케줄 가능할 경우 모든 스위치에서의 패킷 전달이 두 클럭 이내에 완료 되는 것을 보장한다. 이를 바탕으로 스위치 네트워크에서 발생하는 최대 네트워크 지연시간을 예측 할 수 있기 때문에 실시간 응용에 적용하는 것이 충분히 가능하다. 이와 더불어, 본 논문에서는 실시간 응용에서 패킷(Packet)의 크기나 버퍼링(Buffering)과 같은 광 패킷 스위치의 주요 구현 이슈들을 살펴보고 이를 통한 실시간 스위칭 알고리즘의 설계와 성능 평가를 실시하였다. 그 결과 제안된 스위칭 알고리즘이 기존의 상용 제품에 널리 활용되고 있는 크로스바 스위칭 알고리즘인 iSLIP에 비해 스위칭에 의한 지연시간과 스케줄링 가능성 측면에서 우수한 성능을 보임을 입증하였다.

Most of existing studies have been focused on improving throughput and delay performance in an average sense rather than providing guaranteed delay bound that is critical for real-time applications. In this paper, we propose a design framework for a real-time switch that is intended for use as an optical switch fabric. Our contributions are three folds: First, by introducing a clearance-time optimal switching together with clock-based scheduling, our switching design guarantees any feasible real-time traffic to be switched in two-clock periods. Second, we formulate the worst-case delay incurred at the multi-hop switched networks, which ensures the application of the proposed switching design to potential real-time applications; third, we investigate key implementation issues of an optical packet switch such as packet size and buffering for real-time applications, and take account of these issues in design and performance evaluation of a switching algorithm. Our numerical study shows that the proposed switching algorithm provides a larger schedulability region with significantly reduced delay compared to the well-known iSLIP scheme.