Optik çoğuşma anahtarlamalı sistemlerin analizi
Analysis of optical burst switching systems
Yazar: MUHAMMED ALİ AYDIN
Danışman: DOÇ. DR. A. HALİM ZAİM ; PROF. DR. TÜLİN ATMACA
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control
Dizin: Bilgisayar ağları = Computer networks ; Optik ağlar = Optical networks

Özet:
İnternetin hızlı genişlemesi ve çoklu ortam bilgisi için artan talep şiddetle mevcut bilgisayar ve telekomünikasyon ağları limitlerini zorlamaktadır. Büyüyen bant genişliği gereklerini desteklemek için yüksek kapasiteli ağlar olan optik ağlar, mevcut bilgisayar ağlarında görülen birçok problemin çözümüne olanak tanır (Bant genişliği vs. gibi) ve 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. WR(Wavelength Routing-Dalgaboyu Yönlendirme), OPS(Optical Packet Switching-Optik Paket Anahtarlama) ve OBS(Optical Burst Switching-Optik Çoğuşma Anahtarlama)'dir.Bu çalışma kapsamında ilk olarak OBS üzerinde durulmuş ve mevcut OBS rezervasyon yöntemleri incelenmiştir. Bu rezervasyon yöntemleri, Just in Time(JIT), Just Enough Time(JET) ve Horizon'dur. Tez çalışmasında mevcut rezervasyon yöntemlerine alternatif olarak trafik servis sınıflarını göz önünde bulunduracak şekilde yeni bir öncelikli kanal zamanlama algoritması (Preemptive Channel Scheduling Algorithm-PCSA) önerilmiştir. OBS ağlarda servis kalitesinin(QoS) sağlanması temel problemlerden biridir. Bu çalışmada QoS konusu iki açıdan ele alınmıştır. Bunlar; kenar düğümlerdeki QoS mekanizması ve çekirdek düğümlerdeki QoS mekanizmasıdır. Çekirdek düğümlerdeki QoS için mevcut dalgaboyu gruplandırma yöntemlerine alternatif olarak farklı dalgaboyu gruplama yöntemleri ve bilgilendirme paket bırakma yöntemleri önerilmiştir. Rezervasyon yöntemlerinin karşılaştırılması farklı topolojiler ve servis kalitesine göre farklı trafik servis sınıfları göz önünde bulundurularak gerçekleştirilmiştir. Performans kriterleri olarak byte düşme oranları, uçtan uca gecikme süreleri ve hizmet erişim gecikme zamanları alınmıştır. Trafik üretici olarak 2 durumlu Markov Moduleted Poisson Process(MMPP) ve özbenzer(selfsimilar) trafik üreteci kullanılmış ve simülasyon çalışmaları NS2 Ağ simülatörü üzerinde gerçekleştirilmiştir.Yapılan çalışmalar sonucunda mevcut OBS rezervasyon yöntemlerinden JET'in en iyi performansı verdiği gözlemlenmiştir. JET ile yeni önerilen algoritma PCSA'nın karşılaştırılmasında ise PCSA genel başarım açısından daha iyi sonuçlar vermiştir. Simülasyon çalışmalarında JET kanal zamanlama algoritması üzerinde optik çoğuşma oluşturma yöntemlerinin başarımı incelenerek çoğuşma oluşturma yöntemlerinin başarım üzerinde etkisi gösterilmiştir. İdeal zaman eşik değeri ve maksimum çoğuşma eşik değeri değerleri aynı anda kullanılarak en iyi sonuçların elde edilebileceği simülasyon çalışmaları ile gösterilmiştir.Çalışma kapsamında OBS(JET) ile OPS'in karşılaştırılması tekli ve çoklu servis sınıfları kullanılarak aynı simülasyon parametreleri ve aynı topolojiler üzerinde gerçekleştirilmiştir. Simülasyon sonuçlarına göre, hem tek servis sınıflı hem de çok servis sınıflı ağlarda OPS, düşük trafik yoğunluklarında OBS(JET)'den daha iyi çıkmıştır. Yüksek trafik yoğunluklarında ise tek servis sınıflı ağlarda ve düşük öncelikli servis sınıflarında OBS(JET), OPS'den daha iyi çıkmıştır. Bu tez çalışmasında, ileride anahtarlama teknolojilerinden OBS veya OPS teknolojilerinin hangisinin kullanılması gerekliliğinin ağın trafik yoğunluklarına, topolojinin durumuna ve trafik önceliğine bağlı olarak değiştiği gösterilmiştir.Tez çalışmasının son bölümünde çalışmayla ilgili sonuç değerlendirmeleri ve yeni çalışmaların neler olabileceği konusunda bilgiler verilmiştir.

Abstract:
Rapid growth of Internet and demand on multimedia environments enforce the limits of computer and telecommunication networks. Optical networks lead to many solutions such as meeting bandwidth requirements on existing computer networks. Besides providing very high capacity, they also provide a common network infrastructure that supports different services. Also, in optical networks, bandwidth can be adjusted on demand. Accordingly, three solutions are mainly becoming appealing: WR (Wavelength Routing), OPS (Optical Packet Switching) and OBS (Optical Burst Switching).In this study?s scope, firstly OBS and existing OBS reservation techniques are examined. These reservation techniques are Just in Time(JIT), Just Enough Time(JET) and Horizon. In this thesis, a new channel scheduling algorithm (Preemptive Channel Scheduling Algorithm-PCSA), which is considering traffic service classes, is proposed as an alternative to existing reservation techniques. Providing quality of service (QoS) is one of the main problems in OBS networks. In this study QoS is examined in two ways. These are QoS mechanism in edge nodes and QoS mechanism in core nodes. For QoS in core nodes, new wavelength grouping and packet release techniques are proposed as alternative to existing wavelength grouping techniques. The comparison of reservation techniques is implemented considering different topologies and different traffic service classes for QoS. Byte drop rates, end to end delays and access delays are considered as performance criteria. 2-state Markov Modulated Poisson Process (MMPP) and self similar traffic generator are used as traffic generators and the study is implemented on NS2 Network Simulation platform.According to our simulation results, we observed that JET gives the best performance results among OBS reservation techniques. While comparing JET and our new algorithm PCSA, PCSA gives better results. In simulations, the success of optical burst creation mechanisms for JET channel scheduling algorithm has been studied and the effects of these burst creation mechanisms have been examined. The ideal time threshold and maximum burst threshold values have been used at the same time and the best results have been obtained by simulation tests.The comparison of OBS(JET) and OPS also implemented with same simulation parameters and on same topologies with considering mono-service and multi-service classes. According to the simulation results, we have seen that in both mono-service and multi-service networks, OPS is better than OBS under low traffic loads and OBS is better than OPS in mono-service networks and low priority service classes under high traffic loads. In this study, we have shown that choosing one of these two switching technologies (OPS or OBS) in the future depends on the traffic load and the topology of network, together with the considered service differentiation scheme.The last section of this thesis includes conclusion about the results and possible subjects to study in future.