行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
都會光纖網路系統的 QoS 與頻寬配置之研究(I)
研究成果報告(精簡版)
計 畫 類 別 ： 個別型 計 畫 編 號 ： NSC 95-2221-E-151-029- 執 行 期 間 ： 95 年 08 月 01 日至 96 年 07 月 31 日 執 行 單 位 ： 國立高雄應用科技大學電機工程系 計 畫 主 持 人 ： 黃文祥 計畫參與人員： 博士班研究生-兼任助理：陳文平、何日新 碩士班研究生-兼任助理：簡仲勤、蔡明勇、呂家銘、黃瑞然 報 告 附 件 ： 出席國際會議研究心得報告及發表論文 處 理 方 式 ： 本計畫涉及專利或其他智慧財產權，1 年後可公開查詢中 華 民 國 96 年 10 月 23 日
行政院國家科學委員會補助專題研究計畫
■ 成 果 報 告
□期中進度報告
都會光纖網路系統的
QoS 與頻寬配置之研究(I)
計畫類別：■ 個別型計畫 □ 整合型計畫
計畫編號：NSC 95 － 2221 － E － 151 － 029
執行期間：95 年 08 月 01 日至 96 年 07 月 31 日
計畫主持人： 黃 文 祥
共同主持人：
計畫參與人員：陳文平、簡仲勤、蔡明勇、呂家銘、黃瑞然
成果報告類型(依經費核定清單規定繳交)：■精簡報告 □完整報告
本成果報告包括以下應繳交之附件：
□赴國外出差或研習心得報告一份
□赴大陸地區出差或研習心得報告一份
■出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份
□國際合作研究計畫國外研究報告書一份
處理方式：除產學合作研究計畫、提升產業技術及人才培育研究計畫、
列管計畫及下列情形者外，得立即公開查詢
□涉及專利或其他智慧財產權，■一年□二年後可公開查詢
執行單位：
國立高雄應用科技大學電機工程系
中 華 民 國 96 年 10 月 10 日
中、英文摘要及關鍵詞
(Keywords)
(一) 中文摘要 關鍵詞：都會環狀網路、全光式、預先頻寬保留、同步多工、統計多工。 EPON 是現階段建置在 WDM 光纖接取網路最主要候選者，是國家資訊基礎建設(NII) 最後一哩的重要角色，由於它具有輸容量大、價格便宜、構造簡單以及維護容易等諸多優 點，及能整合都會核心網路與居家網路之間的頻寬壅塞問題，故成為解決下世代網路最後 ㄧ哩問題之寬頻接取網路候選者。本計畫原提出三年期計畫，分別探究其與都會光纖核心 網路的異質網路存取技術、比例式服務品質，PON 的 ONU 與 OLT 多對一存取協定、頻 寬配置、網路服務品質機制、及光纖線路容錯，及利用基因演算法、神經網路及統計理論來配置PON 後端的用戶端頻寬，進行最佳化的配接分析等課題；由於本計畫被核定為一
年期(第二年於隔年已再獲核定)，本報告內容將著重於第一年期的部份；即提出一個建構
在Time Slot 機制都會環狀網路下，具有高效能低平均 Burst 封包長度的新網路存取協定；
採用OBS 方式使 Ethernet IP 封包能夠在全光式的 WDM 環狀網路上傳送，傳送存取協定
是利用ㄧ條Control Channel 預先記錄下一個 Cycle Time 內各 Data Channel 內的 Slot 存取
狀態，以避免上傳資料與Data Channel 內的資料發生碰撞，並避免空間上的天生不公平現
象，該協定使用Starvation、Synchronous、及 Statistic 三種傳送機制並與 Multi-token Ring
作比較。主持人在本年度中共發表了本計畫相關的兩篇期刊論文及七篇國內外的會議論文
[13-21]。
(二) 英文摘要
Keywords：Metro-Ring, All-Optical, Beforehand Bandwidth Reservation (BBR), Synchronous-
TDM, and Statistic-TDM.
EPON has been a deployment candidate of the access of WDM networks at present, and the major role in the last-mile of National Information Infrastructure (NII), because EPON providing many advantages such as larger bandwidth, lower cost, simple structure, and easy to maintain, and also resolving the traffic congestion problem between the core of Metropolitan Area Network (MAN) and home networks. This project originally proposed a three-year planning to study the heterogeneous access technology between EPON and MAN, the proportional Quality of Service (QoS) in first year; the multiple-to-one access protocol between ONU and OLT, the bandwidth allocation, the network QoS mechanism, and protection technologies for PON in second year; the strategies for the bandwidth allocation of backend users in EPON by using the Genetic algorithm (GA), Neural network, and statistic theory to optimal the access analysis in last year. However, the project had been accepted one year only (the second year part had been accepted in 2007), so this project report should only present the first year contribution. We propose a novel access protocol to increase efficiency and reduce mean burst frame length under the time solt mechanism; the Ethernet packets are transmitted in all-optical OBS WDM ring MAN in which a control channel will record the status of all data channels in next cycle time to avoid collision and inherent spatial unfairness. In this year, I had published two journal papers and seven conference papers about this project. [13-21]
報告內容
一、 前言
在光通訊網路技術不斷地進步下，高速骨幹有線網路的研究均以分波多工(Wavelength Division Multiplexing; WDM)傳輸技術作為課題。目前密集分波多工DWDM(Dense WDM) 可提供單一條光纖頻寬高達數十個Tbps總容量，大幅了提升骨幹網路(Backbone)及都會網路 (Metropolitan Area Network)的傳輸容量；在居家網路方面由於CPU處理能力提升、無線網 路快速發展、網際網路應用如電子商務、網路多媒體(Multimedia)、GPRS、即時服務(Real-time Services)、VoIP等對網路頻寬需求的不斷增加，形成區域網路至骨幹網路間的最後ㄧ哩頻寬 瓶頸。EPON (Ethernet Passive Optical Network)由於光纖傳輸容量大、價格便宜、構造簡單 以及維護容易等諸多優點，可解決核心高速網路與區域網路之間的頻寬壅塞問題，是最有 希望成為下世代解決最後ㄧ哩問題之寬頻接取網路[1-5]。由於光纖網路是具有頻寬大且穩 定特性的傳輸介質，故近年來各電信業者已大量佈建光纖網路以提昇網路涵蓋率，圖一即 為電信業者於高雄市所建設的各類環狀(Ring)、星狀(Star)與網狀(Mesh)的都會網路與接取 網路(Access Network)之實例。本計畫原提出三年期計畫，分別探究其與都會光纖核心網路 的異質網路存取技術、比例式服務品質，PON的ONU與OLT多對一存取協定、頻寬配置、 網路服務品質機制、及光纖線路容錯，及利用基因演算法、神經網路及統計理論來配置PON 後端的用戶端頻寬，進行最佳化的配接分析等課題；由於本計畫被核定為一年期(第二年於 隔年已再獲核定)，本報告內容將著重於第一年期的部份；即提出一個建構在Time Slot機制 都會環狀網路下，具有高效能低平均Burst封包長度的新網路存取協定；採用OBS方式使 Ethernet IP封包能夠在全光式的WDM環狀網路上傳送，傳送存取協定是利用ㄧ條Control Channel預先記錄下一個Cycle Time內各Data Channel內的Slot存取狀態，以避免上傳資料與 Data Channel內的資料發生碰撞並避免空間上的天生不公平現象，該協定使用了Starvation、 Synchronous、及Statistic三種傳送機制並與Multi-token Ring作一比較。
二、 研究目的
本計畫提出全新的BBR-OBS (Bandwidth Beforehand Reserve Optical Burst Switching)
MAC 協定來解決最後一哩頻寬管理的課題，利用 Time Slot 機制傳送非同步 Burst Packet，
節點架構採用TT-FR 及 Control Channel 來將 EPON 與都會核心環狀網路系統整合成具網
路服務品質能力的高效能多媒體傳輸系統，使得End-to-end 的多媒體應用可以有更寬廣的
發展平台；為深入探討本協定的效能，本計畫採用三種不同的封包傳輸機制— unfairness、 Synchronous-TDM、及 Statistic-TDM 來分析並與 Token-Ring 做比較，經由模擬及分析後
發現，三種機制無論是在效能或Transmission Delay 均優於 Multi-token Ring 系統，其中
Statistic-TDM 的頻寬利用率更高達 90%以上。 三、 文獻探討
今日的網路傳輸技術中，採用光纖網路解決高容量傳輸網路如廣域網路(WAN)、都會 網路(MAN)、及擷取網路之被動光網路(Passive Optical Network；PON)等的網路頻寬需求已 成為主要趨勢。就目前的光纖製程技術而言，高密度的分波多工技術(Dense Wavelength Division Multiplexing；DWDM)及光放大器所組成的光纖網路，已經對傳統的長途電信傳輸 網路帶來了革命性的改變，它不僅大大地提昇了骨幹傳輸網路的頻寬，對單一光纖已能提 供128 個通道(Channel)及每一通道 10 Gbps 甚至 40 Gb/s 的傳輸率，單一光纖容量高達 10.2 Tbp [6]，而且降低網路費用及使網路傳輸系統的控制維護趨於簡單。但在點對點(End-to-end) 的傳輸過程中，多層次的通訊協定將增加網路成本及過多Overhead 造成頻寬的浪費，因此 如何簡化通訊協定層數以減少成本及頻寬的浪費已形成研究的方向。光網路交換技術方面 可分成三大類Optical Circuits Switching (OCS)，Optical Burst Switching (OBS)，and Optical Packet Switching (OPS)，其中 OCS 為較粗造的封包交換機制，通道的利用率不佳，因此對
於高速的AON(All Optical Networks)而言並非適用之技術；OPS 雖具備傳送非固定長度封
包以及免除複雜的時間同步問題之特性，符合實際 IP 封包傳輸形式，但受限制於 Optical
Process、Optical Switch 及 Optical Buffer…等元件之發展技術不夠成熟所影響，目前仍難以
實現理想OPS 網路。OBS 交換技術則結合了 OCS 及 OPS 的優點，它能傳送大量的非固定
長度封包，有別於以往傳送封包的方式，OBS 技術是把多個封包組成一個 Burst，此作法會 提高整個網路的傳輸效能和頻寬利用率，但缺點則是聚集封包的過程會造成過長的 End-to-end 延遲及需搭配過長的 FDL(Fiber Delay Line)。
Alejandra Zapata [7]提出二種 OBS Ring 的結構，在 Dynamic OBS-JET Ring 機制中，於
接收端發生資料的碰撞是難以避免的，而Dynamic WR-OBS Ring 機制則需採用集中式控制
資料的碰撞，無論如何集中式控管的網路擴充性是較分散式差，且當該節點故障時將使整
個網路發生癱瘓。而Lisong Xu [8]使用 Token 機制來建構 OBS 網路，其網路的效能是不佳
的且輕載時更容易形成過高的End-to-end Delay，此外由於接收端使用 Tunable Filter 來截收
不同來源的來源端資料，當來源端的資料同時抵達之數量超過Tunable Filter 的數量時，資
料將發生遺失。Yu-Li Hsueh [9]等提出一種 OBT (Optical Burst Transport)的環狀網路，該網
路透過Token、Control header、Acknowledgment 及 Negative Acknowledgment 等機制來避免
資料的遺失，但這將造成傳輸過程中不必要的Round-trip time 的浪費。因此本文將提出一
全新的Bandwidth Beforehand Reserve Ring (BBR-Ring) MAC Protocol，利用ㄧ條 Control
Channel 預先記錄下一個 Cycle Time 內各 Data Channel 內的 Slot 存取狀態，以避免上傳資
圖二、WDM 都會環狀網路之 BBR-OBS 網路架構.
四、 研究方法
主持人及研究團隊在計畫中所提出之BBR-Ring 協定主要是以 Time Slot 機制為基礎，
目的在於方便整合 EPON 接取網路之系統，該協定透過三種不同的傳輸機制—Starvation-
TDM, Synchronous-TDM, 及 Statistic-TDM 來研究分析系統的效能，並與 Token-Ring 做比 較。以下將針對網路之系統架構、運作機制、效能模擬與分析等說明：
4-1、網路系統架構
本計畫採用單向傳輸的WDM 全光式環狀網路架構如圖二所示，經由一條光纖串接 N
個接取節點(Access Point)形成一環狀架構，而該光纖中具有 W+1 條不同波長，分別為 W 條
(λ1、λ2、λ3…λW)資料通道(data channels)及 1 條(λC)的控制通道(Control Channel)，每一條通
道都能獨立傳送互不干擾。此網路的範圍涵蓋範圍可達整個都會區(光纖環的周長大約 100 Km，為該網路架構之骨幹)，每個 AP 銜接 LAN 與 MAN 而 PoP(Point of Presence)則是銜接 MAN 與 WAN(在此不討論)。每個節點具有一組可調式傳送器(Tunable Transmitter)及一個固 定接收器(Fixed Receiver)，也就是屬於 TT-FR 架構傳送及接收特定通道的 Burst Packet，此
外為避免封包傳送時發生碰撞並有效提高頻寬利用率，每個節點必須額外增設一組 FT-FR
以接收或傳送 Control Channel 之存取訊息，每個節點如同是一個具有 OADM (Optical
Add/Drop Multiplexer)功能的架構存取 Burst Packet，因每個 AP 都具有自己專屬的一條相對
了解其 Channel 上的資料存取狀況以便免發生資料的碰撞，當資料傳送至該節點時，透過 Circulator 及 Fiber Bragg Grating (FBG)等光電設備將該資料下載存放於 RX-queue，然後再
傳送至LAN。優點是不需透過目前技術尚未成熟的 Optical Switch 來下載資料，可節省不
必要的Header 欄位及冗長的 Guard time 等 Overhead。其詳細的 MAC Protocol 將於下一節
中討論。此外每個節點依來源端的不同將 LAN 進入該節點的 IP 封包分別存放在(N-1)個
Queue 中等待 Idle Slot 來傳送至各目的端。
圖三、以AP1為例之資料通道與控制通道的存取狀況
4.2、BBR-Ring MAC Protocol
由於光網路中Optical Buffer難以實現，為了避免光封包在網路傳輸過程中發生碰撞， 本計畫提出一個以Slot Time為基礎之OBS都會環狀網路，透過Control Channel來存取控制封 包的上傳與下載並避免碰撞發生如圖三所示，每一Cycle由 S 個Slot所組成，在每個Cycle 的Control Channel中記載著下一Cycle中每條Data Channel的 S 個Slot使用狀況，由於系統採 用每個節點有一專屬的Data Channel來接收其他節點所傳送之Burst Packet，由於空間位置的 差異將產生存取優先權的不公平現象，為了方便說明此一現象以圖四為例，假設網路的AP
只有4個，當Cycle (j-1)傳送至AP2時，λ2上的所有Data將全部被下載至AP2，故該Cycle繼續
傳送至下一節點AP3時，AP3將有最高的優先權使用λ2上所有Idle Slot，而AP1的優先權則是
最低，在重載條件下，離AP2越遠的AP越沒有機會傳送資料給AP2，造成不公平的現象產生。
為改善上述機制不公平現象，如圖五所示的Synchronous-TDM在每一個Big-Slot Cycle下， 每個AP配置一固定的可用Quota (Slot Numbers)傳送Burst Packet，在不忽略Guard-time的情 況下，假設每一個Cycle有 S 個Slot Numbers所組成一個巨量時槽(Big-Slot)，則環路上的總 Big-Slot數(M)為： S L B C R M × × = (1) 其中： R：環狀網路長度 C：光在光纖內傳遞速率 B：Bit Rate L：Slot Length S：S 個 Slot Numbers
圖四、以AP1為例之資料通道與控制通道使Starvation-TDM 機制的存取狀況
圖五、以AP1為例之資料通道與控制通道使Synchronous-TDM 機制的存取狀況
此外；AP 架構大致上有二個因素必須考慮，一為 Guard-time 效應，由於 Tunable Laser
的Wavelength Time (Tw) [10]以 GCSR Laser[11]大致需要 4~10ns 波長轉換時間，以傳輸速率
10 Gb/s 為例大約需要 5~12.5 bytes；因此，系統只需 1 個時槽(53bytes)做為 Guard-time 所需
時間即可。另一因素則是MAC Protocol 所需的處理時間，然而只要每一 Cycle 的時槽數夠
大如圖五所示，Control Message 所需的長度並不是很大，因此 MCA Protocol 將有足夠的時
間處理傳送Burst Packet 所需要的軟體計算時間，故在每個 Big-Slot 中每個 AP 所能使用的
時槽數Quota 為： 1 1 1 1 − − = − = W S W ) S-(W-Quota (2) 此種機制的優點是公平的，在時間精準同步下甚至不需Control Channel，缺點則是時槽不使 用時造成頻寬的浪費。Statistical-TDM(如圖六所示)則是為改善 Synchronous-TDM 的缺點所 延伸之傳輸機制，此機制能更有效率地利用頻寬資源。
圖六、以AP1為例之資料通道與控制通道使Statistical-TDM 機制的存取狀況
本計畫所提出BRR-OBS 協定機制中，上述三種傳輸機制之網路效能均與 S 大小有關，
當S 值太小時容易造成過多的 Guard Time 而浪費頻寬且有可能影響到 MAC Protocol 對於
Control Message 的處理時間不足，反之 S 值設定過大將產生多餘的 Idle Slot 而浪費頻寬，並
使得Transmission delay 過高。因此，本計畫透過模擬分析研究系統最佳的效能狀況並與 Token
Ring 做比較。
z 封包格式(Frame Format)
BBR協定定義了封包格式解決位置間解析的問題如圖七所示，其各欄位組成說明如下： SD：Start delimiter to label the channel conveying the data frame.
SA：Source address
FL：Frame length field indicating the length of the packet.
CRC：Cyclic redundancy check field is used to detect and correct errors.
圖七、BBR-Ring 封包格式
4.3、系統效能的模擬與分析
本計畫以單一環狀網路架構分析比較， IP 封包的長度範圍採用 Poisson MCI’s Backbone
OC-3 Links[12]的 IP Packet 分佈統計如圖八所示，模擬程式以 SIMSCRIPT II 軟體撰寫，模 擬參數如表一所示。
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Packet Size C um ul at iv e P ropor ti on Packets Bytes 圖八、OC-3 封包流量分佈統計圖 表一、模擬參數.
OBS Ring Networks
Protocol Multi-token BBR ring Node Architecture FTW-FRW TT-FR
Number of Nodes (N) 4 Number of Data Channels (W) 4 Number of Control Channels 1
Light Velocity (C) 2×108 m/s
Ring Length (L) 10~500 km 100~500 km Channel Speed (R) 10 Gb/s
FDL 100 bytes
TW Distance 10 bytes 53 bytes
Slot size (l) 53 bytes Slot Numbers (S) Unnecessary 100~3000 Average Packet Size 353.8 bytes
五、 結果與討論 圖九顯示Multi-token ring 協定的封包平均延傳輸遲使間對應於負載量的變化圖，由圖 中可以發現網路的平均 Throughput 跟網路的長度是息息相關的，網路的長度越大其 Throughput 就越差，其原因是當網路長度越大時每個節點等待 token 的時間就會越久，其等 待的期間無形中造成頻寬的浪費。由圖中可發現當網路的長度在50 公里已內，Transmission delay 在 30ms，網路的 Throughput 可達 7.2 Gb/s，而當網路長度到達 200 公里時其網路的 Throughput 只剩下 2.0 Gb/s 以下，由此可見 Token 機制是不適合應用於都會網路。但對於 區域token 機制是一種效能相當好的選項之一。圖十至圖十二所示為 BBR-Ring 使用三種不
同的傳輸機制Starvation-TDM、Synchronous–TDM 及 Statistical-TDM 等在網路長度等於 100
km，N=W=4 等條件下，模擬不同的 S 值所得之平均封包傳輸延遲，由圖中可明顯看出系
統的Throughput 受到 S 值的影響很大，但大致上 S 在 500 至 600 間三種傳輸機制均有較佳
的 Throughput。以 S=500，transmission delay = 10.0 ms 為例，Starvation-TDM 機制的
Throughput 可達 9.0 Gb/s，Synchronous–TDM 機制的 Throughput 可達 9.2 Gb/s，而
0 30 60 90 120 150 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Gb/s T ran sm is si on D el ay ( m s) L=10km L=50km L=100km L=150km L=200km L=300km L=400km L=500km 圖九、在改變環狀網路的長度下使用 multi-token 協定模擬所得之平均封包傳 輸延遲 0 5 10 15 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Gb/s T ran sm is si on -d el ay ( m s) S=100 S=150 S=200 S=300 S=500 S=600 S=1000 S=1500 S=3000 圖十、BBR-Ring 使用 Starvation-TDM 協定模擬不同的 S 值所得之平均封包傳 輸延遲(N=W=4, L=100km) 0 5 10 15 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Gb/s T rans m is si on-de la y ( m s) S=100 S=150 S=200 S=300 S=500 S=600 S=1000 S=1500 S=3000 圖十一、BBR-Ring 使用 Synchronous -TDM 協定模擬不同的 S 值所得之平均封 包傳輸延遲(N=W=4, L=100km)
0 5 10 15 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Gb/s T ran sm is si on D el ay ( u s) S=100 S=150 S=200 S=300 S=500 S=600 S=1000 S=1500 S=3000 圖十二、BBR-Ring 使用 Statistical -TDM 協定模擬不同的 S 值所得之平均封包傳 輸延遲(N=W=4, L=100km) 圖十三所示是在相同的條件下比較 BBR-Ring 使用三種傳輸機制與 Multi-token 協定之
差異，由圖中可明顯看出BBR-Ring 所採用的三種機制的 Throughput 均比 Multi-token 高出
許多。當然其中又以Synchronous–TDM 機制的 Performance 最好。雖然較長的 Burst 封包在
網路的傳輸可以降低網路的 Overhead，但當 Burst 封包在網路傳輸的過程發生碰撞或損毀
時，資料的從新傳送是既浪費時間又消耗頻寬的，而且Burst 封包的 Assembly/Disassembly
亦必須增加傳輸端與目的端用戶端的PC 的時間，由圖十四的模擬結果可以發現 Multi-token
的平均Burst 封包隨著 Ring 的大小增加，而 BBR-Ring 所使用的三種傳輸機制的平均 Burst
封包長度均在9 Kbytes 之下，要比 Multi-token 小很多，其原因是 Multi-token 的 AP 在等待
Token 到來的時間隨著 Ring 的大小而增加，傳輸 Queue 所累積的封包長度亦隨之增加所致。
圖十五與圖十六顯示 BBR-Ring 採用 Statistical-TDM 機制下對於環狀網路長度變化所對應 之平均傳輸延遲時間與平均Burst 封包長度的影響。由圖中可發現平均 Burst 封包的長度不 受環狀網路長度變化影響，而平均傳輸延遲時間隨環狀網路長度變化的影響只有增加點對 點距離長度的光傳送時間，其結果均較Multi-token 優異很多。 0 5 10 15 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Gb/s T ran sm is si on -d el ay ( m s)
Token Starvation-100km Synchronous-100km Statistic-100km
圖十三、BBR-Ring 使用三種不同的傳輸機制在 S=500，L=100km 之下與
0 3 6 9 12 15 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Gb/s A ve ra ge B u rs t-l en gt h (K b yte s)
Starvation-100km Synchronous-100km Statistic-100km Token-10km Token-50km Token-100km Token-150km Token-200km Token-300km Token-400km Token-500km
圖十四、比較 BBR- Ring 使用三種不同的傳輸機制與 Multi-token 的平均 burst 長 度 0 5 10 15 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Gb/s T ra nsm issi on -d el ay ( m s)
Statistic-100km Statistic-200km Statistic-300km Statistic-400km Statistic-500km
圖十五、環狀網路長度的變化對於BBR-Ring 採用 Statistical-TDM 機制之平均傳
輸延遲時間的影響
OBS 的發展乃由於 OPS 目前技術上仍有諸多項目有待克服，如 Optical Process、Switch
等元件技術不夠成熟，難以實現非同步封包交換方式，因此本團隊提出一種 BBR-Ring 環
狀網路架構，以同步時槽方式來傳送burst 封包。由以上的模擬結果可發現 BBR-Ring 配合
Statistical-TDM 機制，無論是 Performance 或 Burst 長度，其受到網路大小的影響極其有限，
更重要的是它的Throughput 相當的優異，在 Time Slot 環境下，非常適合用來建構銜接 EPON
0 2 4 6 8 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Gb/s A vera ge B u rst -l en gt h ( K B yt es )
Statistic-100km Statistic-200km Statistic-300km Statistic-400km Statistic-500km
圖十六、環狀網路長度的變化對於BBR-Ring 採用 Statistical-TDM 機制之平均
Burst 長度的影響
參考文獻
[1] G. Kramer, B. Mukherjee and G. Pesavento, IPACT: A dynamic protocol for an Ethernet PON (EPON), IEEE Communications Maganize, vol. 4, no. 1, pp. 74–80, 2002.
[2] G. Kramer and G. Pesavento, Ethernet Passive Optical Network (EPON): Building a Next-Generation Optical Access Network, IEEE Communications Maganize, vol. 40, no. 2, pp. 66–73, 2002.
[3] J. D. Angelopoulos, H. C. Leligou, T. Argyriou, S. Zontos, E. Ringoot and T. Van Caenegem, Efficient Transport of Packets with QoS in an FSAN-Aligned GPON, IEEE Communications Maganize, vol. 42, no. 2, pp. 92–98, 2004.
[4] Zheng, J. and Mouftah, H.T., Media access control for Ethernet passive optical network, IEEE Communications Maganize, vol. 43, no. 2, pp. 145–150, 2005,
[5] G. Kramer, B. Mukherjee and G. Pesavento, Ethernet PON (ePON): design and analysis of an optical access network, Photonic Network Communications, vol. 3, no. 3, pp. 307–319, 2001.
[6] Y. Frignac, et al., “Transmission of 256 wavelength-division and ％polarization-division-multiplexed channels at 42.7 Gb/s (10.2 Tb/s capacity) over 3x100 km of Teralight fiber,” In Optical Fiber Communications Postdeadline Papers, pp. FC5:1–FC5:3, Mar. 2002.
[7] Zapata, A, et al., “Next-generation 100-gigabit metro ethernet (100 GbME) using multiwavelength optical rings,” Lightwave Technology, Journal of, vol. 22, no. 11 pp. 2420 – 2434, Nov. 2004.
[8] Xu, Lisong; Perros, Harry G.; Rouskas, George N. “A Simulation Study of Optical Burst Switching Access Protocols for WDM Ring Networks,” Computer Networks, Elsevier, vol. 41, no. 2 pp. 143-160, February 5, 2003 [9] Yu-Li Hsueh, et al., “Traffic grooming on WDM rings using optical burst transport,” Lightwave Technology,
Journal of, vol. 24, no. 1 pp. 44 - 53, Jan. 2006.
[10] Younglin Yu, et al., “Wavelength switching possibilities of tunable laser diodes,” STOLAS deliverable D212, pp.1-23, Nov. 2002.
[11] K.V. Shrikhande, et al., “HORNET: A Packet-Over –WDM Multiple Access Metropolitan Area Ring Network,” Selected Areas in Communications, IEEE Journal on, vol. 18, no. 10, pp. 2004–2016, Oct. 2000.
[12] WAN packet size distribution. Available from http://www.nlanr.net/NA/Learn/packetsizes.html.
IP-over-WDM Metropolitan Area Ring Network," Journal of High Speed Networks, vol. 16, no.2, pp.157-173, May 2007. (SCI, EI)
[14] W.S.Hwang, J.H. Ho, and C.K.Shieh, 2007, "Modeling IP Packets over WDM Ring Network with one Tunable Transmitter and Multiple Fixed Receivers (TT-FRs)s," Journal of Information Science and Engineering, vol. 23, no.1, pp.259-270, Jan. 2007 .(SCI, EI)
[15] J.H. Ho, W.S. Hwang, and W.P. Chen,“Modeling the High Performance Transmission Control Protocol for Supporting IP Packet over WDM Ring Networks,”IEEE ICICIC-2007, Sep. 5-7, 2007. (日本熊本)
[16] J.H. Ho, W.S. Hwang, and W.P. Chen,“A Novel Multimedia Network backbone Architecture base on Proportional Delay Differentiation,”IEEE IIH-MSP-2007, accepted 2007.
[17] F.H. Shih, W.P. Chen, and W.S. Hwang, “The Multiple-Path Protection of DWDM Backbone Optical Networks,”2007 Symposium on Digital Life Technologies, pp. 446-451, Jun. 7-8, 2007. (獲推薦到JISE)
[18] M.Y. Tsai, W.P. Chen, C.M. Lu, W.S. Hwang, and C.N. Tsai,“A Novel and Simple MAC Protocol for OBS Metro Ring Networks,”National Symposium on Telecommu. Session B7, Dec. 2006.
[19]C.M. Lu, W.P. Chen, M.Y. Tsai, W.S. Hwang, and C.N. Tsai,“A Quota-based Access Scheme Supporting OPS Metro Ring Networks,”National Symposium on Telecommu. Session B7, Dec. 2006.
[20]W.P. Chen, C.T. Sung, C.M. Lu, M.Y. Tsai, and W.S. Hwang, 2006, “A Novel Burst Algorithm of OBS Metro Ring Networks,” COIN-NGNCON 2006, Jul 9-13, 2006. (韓國濟洲)
[21] W.P. Chen, C.T. Sung, C.C. Chien, and W.S. Hwang, 2006, "A High Performance OBS Metro Ring Networks for Studying Superior FDL Length under Guard-Time Effectiveness," OECC 2006, Jul 4 2006.
計畫結果自評
首先感謝國科會給予本人順利完成這個研究計畫的機會。回顧本計畫的研究成果已達
到計畫申請書的目標，即為建構ㄧ在Time Slot 環境下能夠有效銜接 EPON 網路之都會環
狀網路系統，本團隊提出ㄧ種BBR-Ring 協定配合 Statistic-TDM 機制有效提高 Slot 的利
用率，以整合未來 EPON 網路環境；並以公式推導分析與程式模擬了此機制之平均封包 延遲時間的網路效能與平均傳送Burst 長度大小，並與 Multi-token 作比較。在下年度己獲 通的計畫中，將在這個研究基礎上探討EPON 網路之高效能動態頻寬(DBA)演算法之效能 分析，使本團隊所提出之研究計畫在都會網路基礎上進ㄧ步延伸至接取網路，以期整合二 者，使整個系統的效能能達到最佳效果。關於本計畫的研究相關的著作共計發表了本計 畫相關的兩篇期刊論文及七篇國內外的會議論文[13-21]，此外本文研究報告亦已投稿 論文期刊。
出席國際學術會議心得報告
計畫編號 NSC 95-2221- E -151-029 計畫名稱 都會光纖網路系統的QoS 與頻寬配置之研究(I) 出國人員姓名 服務機關及職稱 黃文祥 國立高雄應用科技大學電機系教授兼資工系主任 會議時間地點 18-20 Dec. 2006, Pasadena, California, USA.會議名稱 2006 International Conference on Information Hiding and Multimedia Signal Processing (並擔任 Session A5: IP Multimedia Service 的 Session Chairman) 發表論文題目 Adaptive Compression Scheme for Video Delivery over the QoS-aware Residential Gateway
一、參加會議經過
IEEE IIH-MSP06 國際會議選在美國加州洛杉磯 Pasadena 舉行，這是美國一年一度花
車大遊行的地點，也是著名的加州理工學院校區的所在地。會議的日期是2006 年 12 月
18-20 日，這個時間點距離美國花車遊行及聖誕節很接近，所以大會會場附近充滿著過節
歡樂的氣氛。由於我主持及論文報告的Session (A5-IP Multimedia Services)是被安排在第
一天(12 月 18 日下午 16:20)，所以我在前一天便先飛抵洛杉磯 Dimond Ba 休息，隔天一 早便坐車前往會場，沿途欣賞廣闊的洛杉磯冬天景色，心情頓時覺得輕鬆怡人。大會會
場是在Pasadena Conference Center，General Chair 是 IEEE fellow 方偉騏(Wai-Chi Fang)
博士擔任，他是在加州理工學院CIT (California Institute of Technology)的 NASA JPL 服
務，大會辦得很用心，尤其在餐點方面不僅豐盛同時也包含了各國飲食的特色。在Session
A5 中，總共有八篇文章的發表：”Adaptive Compression Scheme for Video Delivery over the QoS- aware Residential Gateway”, “A NAT Traversal Approach by Using Protocol Behavior Analysis”, “Video Transmission Performance Evaluation of Ad Hoc Routing Protocols”, “A Fast-Startup TCP Mechanism for VOIP Services in Long_Distance Networks”, “Self-similar Property for TCP Traffic under the Bottleneck Bandwidth Restrainment”, “Video Streaming over 3G Networks and GOP-based Priority Scheduling”, “Rate control Scheme based on Cauchy R-D Optimization Model for H.264/AVC under Low Delay Constraint”, “An Efficient Attestation for Trust Worthiness of Computing Platform”等，作者來自台灣、美國、日本、 泰國、中國地區，是一個非常典型的國際會議討論。在這次的會議過程中，我也藉機到
了加州大學洛杉磯分校、加州理工學院、及加州州立大學San Bernardio 分校校區走訪，
其中與加州州立大學的資科系簽定了學生交換的草約(已在 96 年 7 月選派四位同學前往
參與Dr. Turner 的 Project)，會議結束後我與幾位友人並前往了著名的加斯維加斯等地旅
二、與會心得
參加國內外的學術會議往往讓我啟發些研究思考的能量，每回在會議結束後我都獲 得許多新的想法與見解，在這次會議討論中感受到由於網路頻寬的提高及成熟，有許多
網路安全與應用及多媒體傳輸的課題受到重視。我國近年在光纖到府的EPON 佈設已逐
漸普及，網路最後一哩的頻寬即將有大幅的提高；其次在無線網路技術不斷地進步下，
異質性網路WiMAX、WiFi、與 Sensor network 的整合與 Mesh 化，使得寬頻無線的行動
化更趨近了。這方面的研究，近來無論是國內或是國外均有難以計數的研究在系統理論 的研討或是實務的應用有很長足的進展和豐碩的成果；如何提供更快速、更穩定、高品 質的異質性光纖、無線網路通訊平台，不斷地提升端點到端點的網路速度與品質，使得 多媒體通訊應用愈來愈廣泛、愈普及，是當下值得更進一步探索的議題。藉由不斷地參 加國際學術性會議，可以交換各國研究人才的研究心得，以在日新月異的網路通訊技術 進展中知己知彼調整自己的研究方向、吸收別人的智慧，進而增進研究的成果。整體而 言；在這整個會議中聆聽各專家學者的成果與心得後，給了我不少研究的參考，對日後 研究上相信有很大的助益。 三、其它 承蒙國科會對本計畫的支持，方能使本人參與這次的國際會議報告得以順利成行， 而有豐碩難得的經驗與收獲，在此特別提出感謝。此一預算的編列確實對國內學術研究 有很好影響，進而可刺激做更多研究工作的動力。
