Sekretariat 61 6653920

Nowe architektury optycznych pól komutacyjnych, ich ocena i porównanie.



Czas trwania projektu

14.04.2009 – 2012.04.13

Instytucja finansująca

Narodowe Centrum Nauki

Streszczenie

W projekcie zaproponowano nowe struktury optycznych pól komutacyjnych dla komutacji łączy i komutacji pakietów, których koszt jest znacznie niższy niż architektur znanych obecnie z literatury przedmiotu przy zachowaniu pożądanej funkcjonalności. Dodatkowo, w projekcie opracowano nowe algorytmy sterujące pracą nowych pól komutacyjnych. Poniżej wymieniono kilka najważniejszych wyników osiągniętych w ramach realizacji projektu.

  • Zaproponowano nową architekturę optycznych pól komutacyjnych, która bazuje na polach typu baseline. Nowa architektura, zbudowana jest z elementów komutacyjnych 2  2, 3  3, 2  3 i 3  2. Ma ona o jedną sekcję mniej niż pole typu banyan o tej samej pojemności (dlatego nazywane jest polem komutacyjnym log2N-1) a przez to są w nim mniejsze przesłuchy i straty sygnału.
  • Określono warunki nieblokowalności w wąskim sensie oraz przestrajalności dla zaproponowanej struktury pola. Wykazano, że zaproponowana wielopłaszczyznowa architektura spełniająca warunki nieblokowalności w wąskim sensie wymaga mniej punktów komutacyjnych oraz mniej pasywnych rozgałęźników i łączników optycznych niż tradycyjne pole komutacyjne typu baseline.
  • Zaproponowano nowy algorytm planowania przepływu komórek DAUB (Distributed Arbitration and rapid Upload of Buffers). Z przeprowadzonych eksperymentów symulacyjnych wynika, że algorytm ten zapewnia uzyskanie takich samych wyników w zakresie przepustowości, opóźnienia przesyłania komórek i wielkości buforów, dla różnych rozkładów ruchu, jak algorytm scentralizowany SDRUB (Static Dispatching with Rapid Unload of Buffers). Algorytm DAUB zastosowany w zmodyfikowanym polu Closa typu MSM zapewnia uzyskanie lepszych wyników niż podstawowa struktura Closa typu MSM z wykorzystaniem dobrze znanych algorytmów: CMSD (Concurrent Master-Slave Round-Robin Dispatching) and SRRD (Static Round-Robin Dispatching).
  • Zaproponowano różne algorytmy przestrojeń dla pól z komutacją pojedynczą i jednoczesną. Algorytmy przestrojeń, znane z literatury przedmiotu, wymagają wielu przełączeń połączeń istniejących w polu komutacyjnym, przy czym liczba przełączeń nie była rozważana. W wyniku prac zespołu opracowano algorytm przestrojeń, który wymaga zawsze (niezależnie od stanu pola oraz żądania nowego połączenia) tylko jednego przestrojenia. Prowadzone prace pozwoliły również na opracowanie zmodyfikowanej wersji algorytmu, w której przełączenie zestawionego w polu komutacyjnym połączenia może być realizowane bez konieczności jego przerywania.
  • Zaproponowano nowy sposób prezentacji stanu pola komutacyjnego, który posłużył do opracowania nowego algorytmu przestrojeń. Jako wynik prac nad algorytmami wyboru drogi połączeniowej wyznaczono i udowodniona maksymalną liczbę przestrojeń, którą należy wykonać, aby zestawić zablokowane połączenie. Zaprezentowany algorytm w najbardziej niekorzystnym przypadku wymaga tylko trzech przestrojeń.
  • Dokonano implementacji algorytmów sterowania w sterownikach sprzętowych, które były budowane w oparciu o układ FPGA. Przedstawione wyniki obejmują sprzętowe sterowniki pól komutacyjnych typu baseline, komutatorów przestrzennych oraz sterowników zintegrowanych pól komutacyjnych zbudowanych z półprzewodnikowych wzmacniaczy optycznych SOA.



Publikacje, raporty lub patenty będące rezultatem projektu

01. J. Kleban, “Packet Dispatching Schemes for Three-Stage Buffered Clos-Network Switches,” in Switched Systems, KSTiT 2014, IN-TECH 2009.
02. G. Danilewicz, W. Kabaciński and R. Rajewski, “Nowa architektura pól komutacyjnych zbudowanych z niesymetrycznych komutatorów optycznych,” Krajowe Sympozjum Telekomunikacji i Teleinformatyki, Warszawa Sep. 16-18, 2009 (Przegląd Telekomunikacyjny, vol. 8-9, 2009).
03. W. Kabaciński, J. Kleban, M. Michalski, M. Żal, A. Pattavina and G. Maier, “Rearranging Algorithms for Log2(N, 0, p) Switching Networks with Even Number of Stages,” International Workshop on High Performance Switching and Routing, Paris, France Jun. 22 - 24, 2009. (Część prac była prowadzona w ramach Sieci Doskonałości ,,BONE’’).
04. J. Kleban and Sz. Piotrowski, “Performance Evaluation of Selected Packet Dispatching Schemes for the CBC Switches,” Proc. IEEE GLOBECOM 2009, Hilton Hawaiian Village, Honolulu, Hawaii, USA, 30 Nov.- 4 Dec. 2009. (Część prac była prowadzona w ramach Sieci Doskonałości ,,BONE’’).
05. G. Danilewicz, W. Kabaciński and R. Rajewski, “The New Banyan-Based Switching Fabric Architecture Composed of Asymmetrical Optical Switching Elements,” IEEE GLOBECOM, Honolulu, HI, USA Dec. 2009.
06. J. Kleban, “Performance Comparison Between Packet Dispatching Schemes Employing Distributed and Centralized Arbitration in MSM Clos-Network Switches,” Proc. 16th Polish Teletraffic Symposium 2009, Łódź, Poland, Sep. 24-25, 2009, pp. 83-86. ISBN 978-83-7283-317-4.
07. W. Kabaciński and M. Michalski, “The FPGA Implementation of the log2(N, 0, p) Switching Fabric Control Algorithm,” IEEE International Conference of High Performance Switching and Routing, pp. 114-119, Jun. 2010.
08. G. Danilewicz, W. Kabaciński and R. Rajewski, “The log2N-1Optical Switching Fabrics,” IEEE Transactions on Communications, vol. 58, no. 11, Nov. 2010.
09. Baranowska, W. Kabaciński and Ł. Rubik, “FPGA Implementation of the MMRRS Scheduling Algorithm for VOQ Switches,” Networks.
10. W. Kabaciński, J. Kleban and M. Michalski, “Repackable Multi-plane Banyan-Type Optical Switching Fabrics,” Poznańskie Warsztaty Telekomunikacyjne, Poznań, Dec. 2010.
11. G. Danilewicz, W. Kabaciński and R. Rajewski, “The log2N − 1 Optical Switching Fabrics,” IEEE Transactions on Communications, vol. 59, no. 1, pp. 213-225, Jan. 2011.
12. W. Kabaciński and M. Michalski, “The Algorithm for Rearrangements in the Log2(N; 0; p) Fabrics with Odd Number of Stages,” IEEE International Conference on Communications ICC2011, Kyoto, Japan, 5-9 Jun. 2011.
13. W. Kabaciński and M. Michalski, “The FPGA Controller for the Rearrangeable Log2(N,0,p) Fabrics with an Even Number of Stages,” IEEE International Conference on High Performance Switching and Routing, HPSR 2011, Cartagena, Spain 4-6 Jul. 2011, pp. 58-63.
14. W. Kabacinski and M. Żal, “Banyan type switching network with wavelength routing,” International Conference on Transparent Optical Networks, ICTON 2011, Stockholm, Sweden, 26-30 Jun. 2011.
15. W. Kabaciński and M. Michalski, “Sprzętowy sterownik pola komutacyjnego log2(32,0,7) w układzie FPGA,” Krajowe Sympozjum Telekomunikacji i Teleinformatyki, KSTiT 2011, Łódź, 2011.
16. J. Kleban, “Zmodyfikowane pole Closa typu MSM z arbitrażem rozproszonym,” Krajowe Sympozjum Telekomunikacji i Teleinformatyki, KSTiT 2011, Łódź, 2011.
17. R. Rajewski, “Nieblokowalność w wąskim sensie pola typu multi-log2N-1,” Krajowe Sympozjum Telekomunikacji i Teleinformatyki, KSTiT 2011, Łódź, 2011.
18. R. Rajewski, “Przestrajalność pola typu multi-log2N − 1,” Krajowe Sympozjum Telekomunikacji i Teleinformatyki, KSTiT 2011, Łódź, 2011.
19. M. Michalski and M. Dziuba, “An Educational Model of the Time Space Switch Realized in the FGPA Circuit,” XV Poznań Telecommunications Workshop, PWT 2011, Poznań, Poland 9 Dec. 2011.
20. M. Dziuba, “Comparison of Packet Scheduling Algorithms for VOQ Switches,” XV Poznań Telecommunications Workshop, PWT 2011, Poznań,PWT 2011, Poznań, Poland 9 Dec. 2011.
21. J. Kleban, “Packet Dispatching Scheme Employing Distributed Arbiters for Modified MSM Clos Switching Fabric,” XV Poznań Telecommunications Workshop, PWT 2011, Poznań, PWT 2011.
22. R. Stabile, M. Żal and K.A. Williams, “Integrated Optical Switch Circuit Operating under FPGA Control,” 16th Annual Symposium of the IEEE Photonics Benelux Chapter, 1-2 Dec. 2011, Ghent, Belgium.
23. Praca zbiorowa pod red. dra inż. Mariusza Żala, “Algorytm sterowania wyborem drogi połączeniowej dla zredukowanych pól komutacyjnych realizujących połączenia rozgłoszeniowe,” Raport wewnętrzny Katedry Sieci Telekomunikacyjnych i Komputerowych Politechniki Poznańskiej, nr TR-KK-12/1/2012/P, Poznań, 2012.


Koordynator projektu

prof. dr hab. inż. Wojciech Kabaciński

Kierownik projektu PP

prof. dr hab. inż. Wojciech Kabaciński

Uczestnicy projektu PP

prof. dr hab. inż. Wojciech Kabaciński
dr hab. inż. Grzegorz Danilewicz, prof. nadzw.
dr hab. inż. Mariusz Żal
dr inż. Janusz Kleban
dr inż. Marek Michalski
dr inż. Remigiusz Rajewski
Marcin Dziuba
Michał Masztalski
Andrzej Wilde