Slotlanmış optik çoğuşma ve paket anahtarlama tekniklerinin karşılaştırmalı performans analizi
Comparative performance analysis of slotted optical burst and packet switching techniques
Yazar: CAN EYÜPOĞLU
Danışman: YRD. DOÇ. DR. MUHAMMED ALİ AYDIN
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Bilim ve Teknoloji = Science and Technology

Özet:
Optik ağlar, mevcut bilgisayar ağlarında görülen birçok problemin çözümüne olanak tanır. Çok yüksek bir kapasite sağlamasının yanı sıra, çeşitli hizmetlerin desteklendiği ortak bir ağ alt yapısı da sağlar. Ayrıca optik ağlarda, bant genişliği esnek bir yapıda ihtiyaca göre ayarlanabilir. Bant genişliği gereksinimleri söz konusu olduğunda temelde üç çözüm ortaya çıkmaktadır. Bunlar OCS (Optical Circuit Switching-Optik Devre Anahtarlama), OPS (Optical Packet Switching-Optik Paket Anahtarlama) ve OBS (Optical Burst Switching-Optik Çoğuşma Anahtarlama)'dir. Optik anahtarlar ve ağlar slotlanmış (slotted) ve slotlanmamış (unslotted) olmak üzere iki sınıfa ayrılabilir. Slotlanmış, sabit uzunluklu zaman slotlarına ve senkron paket işlemeye dayanmaktadır. Slotlanmamış olanda ise paket uzunlukları değişken olmaktadır. SOBS (Slotted Optical Burst Switching-Slotlanmış Optik Çoğuşma Anahtarlama)'de çoğuşma uzunluğu sabittir. Yönlendiriciler senkronizedirler ve sadece zaman slotlarının başında çoğuşmaları yollarlar. SOPS (Slotted Optical Packet Switching-Slotlanmış Optik Paket Anahtarlama) ağında zaman slotludur ve her bir düğümdeki anahtar yapısı sadece bir zaman slotunun başında tekrardan yapılandırılabilir. Bu ağdaki tüm paketler aynı boyuttadır ve slotun uzunluğu paket boyutu ve optik başlık uzunluğunun toplamına eşittir. 
Bu tez çalışmasında ilk olarak SOBS ve SOPS teknikleriyle ilgili bugüne kadar yapılmış olan çalışmalar incelenmiştir. Ardından çalışmada karşılaştırma için kullanılan SOBS ve SOPS yöntemleri anlatılmıştır. Bu yöntemlerin teorik analizi verilmiş ve algoritmik analizi yapılmıştır. Bu çalışmada SOBS ve SOPS tekniklerinin karşılaştırmalı performans analizi simülasyon çalışmaları ile yapılmıştır. Simülasyonlar NSFNET ve halka topolojileri üzerinde farklı hat ve dalgaboyu sayıları için yapılmıştır. Performans kriteri olarak kayıp olasılıkları, hizmet erişim gecikme süreleri ve uçtan uca gecikme süreleri göz önünde bulundurulmuştur. 
Yapılan simülasyon çalışmaları sonucunda SOBS'nin her iki topolojide de kayıp olasılığı açısından SOPS'den daha iyi sonuçlar verdiği görülmüştür. SOBS ve SOPS'nin kayıp olasılıkları NSFNET topolojisinde daha iyi çıkmıştır. Simülasyon sonuçlarında görüldüğü üzere trafik yoğunluğunun artışı SOBS için NSFNET ve halka topolojilerinde erişim gecikme sürelerinin azalmasına neden olmaktadır. SOPS'de ise trafik yoğunluğu arttıkça erişim gecikme süreleri de artmaktadır. SOPS ve SOBS erişim gecikme süresi açısından NSFNET topolojisinde halka topolojisinden daha iyi sonuçlar verdiği görülmüştür. Düşük trafik yoğunluğunda SOPS her iki topoloji için de SOBS'den daha düşük erişim gecikme sürelerine sahiptir. Trafik yoğunluğu arttıkça SOPS'nin halka topolojisi üzerindeki erişim gecikme süresi SOBS'nin her iki topolojisi için olan erişim gecikme süresinden fazla olmaktadır. Buna ek olarak SOPS'nin NSFNET topolojisi üzerindeki erişim gecikme süresi tüm trafik yoğunluklarında en düşüktür. Yani SOPS'nin erişim gecikme süreleri halka topolojisinde daha fazladır. Simülasyon sonuçlarında SOBS ve SOPS'nin uçtan uca gecikme sürelerinin halka topolojisinde daha az olduğu görülmektedir. SOPS'nin uçtan uca gecikme süresi NSFNET topolojisinde daha azdır. Halka topolojisinde ise düşük trafik yoğunluğunda SOPS'nin uçtan uca gecikme süresi daha az iken yüksek yoğunluklarda SOBS'ninki daha azdır. 
Bu tez çalışmasında SOBS ve SOPS tekniklerinin hangisinin kullanılması gerekliliğinin ağın trafik yoğunluğuna ve topolojilere bağlı olarak değiştiği gösterilmiştir. Son olarak bu çalışmanın ileriki aşamalarında neler yapılabileceği konusunda bilgiler verilmiştir.

Abstract:
Optical networks allow the solution of many problems seen in current computer networks. In addition to providing a very high capacity, they also provide a common network infrastructure that supports various services. Also in optical networks, bandwidth can be adjusted in a flexible manner according to need. In the case of the bandwidth requirements, basically three solutions arise. These are OCS (Optical Circuit Switching), OPS (Optical Packet Switching) and OBS (Optical Burst Switching). Optical switches and networks can be divided into two categories that are slotted and unslotted. Slotted is based on fixed-length time slots and synchronous packet processing. In unslotted, the packet length is variable. In SOBS (Slotted Optical Burst Switching), burst length is fixed. Routers are synchronized and they only send bursts at the beginning of the time slot. In SOPS networks, time is slotted and switch structure in each node can be configured again at the beginning of a time slot. All packets in this network are the same size and length of a slot is equal to sum of optical packet size and length of optical header. 
In this thesis study, firstly the studies that have been made so far about SOBS and SOPS techniques are examined. After that SOBS and SOPS methods used for comparison study are explained. Theoretical analyses of these methods are given and algorithmic analyses are prepared. In this study, the comparative performance analysis of SOBS and SOPS techniques are performed with simulation studies. Simulations are made for different number of links and wavelengths on NSFNET and ring topologies. Drop probabilities, access delays and end to end delays are considered as performance criteria. 
According to the simulation results, it is observed that SOBS gives better results than SOPS in terms of loss probability in both topologies. The loss probabilities of SOBS and SOPS are better in NSFNET topology. As seen in the simulation results, the increase in traffic load leads to the reduction of access delays on NSFNET and ring topologies for SOBS. In SOPS, when the traffic load increases, access delays also increase. It is seen that SOPS and SOBS give better results in NSFNET topology than ring topology in terms of access delay. In low traffic load, SOPS has lower access delays than SOBS for both topologies. When the traffic load increases, access delay of SOPS on ring topology is greater than access delay of SOBS on both topologies. In addition to that access delay of SOPS on NSFNET topology is the lowest in all traffic loads. In other words, access delays of SOPS are more in ring topology. According to the simulation results, it is seen that end to end delays of SOBS and SOPS are less in ring topology. End to end delay of SOPS is less in NSFNET topology. In ring topology, while the traffic load is low, end to end delay of SOPS is less. In contrast, end to end delay of SOBS is less while the traffic load is high.
In this thesis, it is shown that choosing one of these two techniques depends on the traffic load of network and the topologies. Finally, some information is given about possible subjects to study in the later stages of this work.