Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TC (대한전자공학회논문지TC)

The Institute of Electronics and Information Engineers (대한전자공학회)
권호 표지

Performance Evaluation of the MAC Protocols for WDM Metro Ring with Wavelength-Shared Nodes Connecting Broadband Access Networks

대역 액세스 망을 연결하는 파장 공유 노드 기반 WDM 메트로 링의 MAC 프로토콜 성능 평가

  • So Won-Ho (Dept of Computer Education, Sunchon National University)
  • Published : 2006.01.01
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

In this paper, a node architecture of WDM metro network for connecting broadband access networks to converge wire/wireless networks. In consideration of the proposed node architecture and network requirements we proposed and evaluated medium access control protocols. We review WDM related technologies of sub-carrier multiplexing and optical components in order to resolve the bottleneck between optical backbone networks md access networks, and a access node architecture sharing common wavelength is introduced. Source-stripping (SS) MAC protocol Is evaluated under the proposed functional node architecture. DS+IS (Destination-Stripping and Source-Stripping) and DS+IS (Destination-Stripping and Intermediate-Stripping) MAC protocols are described to increase the slot-reuse factor which is low on SS MAC protocol. The key function of new MAC protocols regards the optical switch module of proposed node architecture and helps intermediate or source access nodes for dropping slots to destinations of different wavelength group. Thus, slot-reuse factor increases as the MAC protocols reduce the unnecessary ring-rotation of transferred slots. We use a numerical analysis to expect bandwidth efficiency and maximum throughput by slot-reuse factor Throughput network simulation, the verification of throughput, queuing delay, and transmission fairness are compared among MAC protocols.

본 논문에서는 유무선 통합을 위한 광대역 액세스 망의 연결을 지원하는 파장 분할 다중화 (Wavelength Division Multiplexing; WDM) 메트로(metro) 망을 위한 노드 구조를 제안한다. 또한 노드 구조의 기능과 망 요구 사항을 고려한 매체 접근 제어 (Medium Access Control; MAC) 프로토콜을 제안하고 성능을 비교, 평가한다. 광통신 백본 망과 액세스 망사이의 병목현상을 해결하기 위하여 WDM 서브 캐리어 다중화 기술, 광소자 기술 등을 살펴보고 고비용 자원에 해당하는 파장 채널의 공유를 위한 액세스 노드 구조를 제안한다. 또한 제안된 기능 모델을 이용하여 기존 SS (Source-Stripping) MAC 프로토콜을 분석하고 슬롯 재사용성을 높이기 위한 DS+SS (Destination-Stripping and Source-Stripping)와 DS+IS(Destination-Stripping and Intermediate-Stripping) MAC 프로토콜을 제시한다. 제안된 프로토콜은 다른 파장 그룹의 목적지 노드로 슬롯이 전송되는 경우에 목적지에 따라서 슬롯의 제거를 중간 액세스 노드나 근원지 노드에서 수행한다. 따라서 전송된 슬롯의 불필요한 망 순환을 줄임으로써 슬롯 재사용성이 증가한다. 슬롯 재사용성에 의한 대역 효율성과 노드의 최대 처리율을 예측하기 위하여 수치적 분석을 수행하며 네트워크 시뮬레이션을 통하여 처리율 검증과 전송 지연, 전송 공정성 등의 다양한 성능 파라미터를 기존 프로토콜과 비교 평가한다.

Keywords

References

  1. S. Yao, S. J B. Yoo, and B. Mukherjee, 'A Framework of Scalable Optical Metropolitan Networks for Improving Survivability and Class of Service,' IEEE Network, vol. 16, no. 4, pp. 29-35, Jul/Aug. 2002 https://doi.org/10.1109/MNET.2002.1020233
  2. G. Kramer, B. Mukherjee, and G. Pesavento, 'IPACT: A Dynamic Protocol for an Ethernet PON(EPON),' IEEE Communication Magazine, vol.40, no.2, pp.74-80, Feb. 2002 https://doi.org/10.1109/35.983911
  3. 서영민，박현문，장영민，'통신방송 융합 기술의 진화 방향,' 한국통신학회지 제22권 4호，pp13-28，2004
  4. Martin Herzog, Martin Maier, Martin Reisslein, 'Metropolitan Area Packet-Switched WDM Networks: A Survey on Ring Systems,' IEEE Communiauions Surveys and Tutorial, 2nd Quarter, 2004
  5. A. Bononi, 'Scaling WDM Slotted Ring Networks,' in Proc. Conf. On Information Sciences and Systems, Princeton, vol. 1, pp. 659, March 1998
  6. C. S. Jelger, J. M. H. Elmirghani, 'A Simple MAC Protocol for WDM Metropolitan Access Ring Networks,' in Conference Proceedings, IEEE Globecom'01, San Antonio, Nov. 2001 https://doi.org/10.1109/GLOCOM.2001.965831
  7. K. Shrikhande, et al, 'CSMA/CA MAC Protocols for IP-HORNET: An IP over WDM Metropolitan Area Ring Network,' IEEE Globecom 2000, no.1, pp1303-1307, Nov. 2000 https://doi.org/10.1109/GLOCOM.2000.891346
  8. R. Appleman, Z. Zalevsky, J. Vertman, J. Goede, 'All-Optical Switches-The Evolution of Optical Functionality,' Whitepapers at http://www.xlight,com/Technology /free_x.htm
  9. H. Takahashi, K. Oda, H. Toba, and Y. Inoue, 'Transmission Characteristics of Arrayed Waveguide $N{\times}N$ Wavelength Multiplexer,' IEEE/OSA journal of Lightwave Technology, 13(3): 447-455, 1995 https://doi.org/10.1109/50.372441
  10. W. H. So, Y. C. Kim, 'MAC Protocols for WDM Slotted-Ring Network with Wavelength-Shared Node Architecture,' The Proc., OptoElectronics and Communications Conference (OECC 2005), Seoul, July 2005
  11. V. Paxson and S. Floyd, 'Wide Area Traffic: The Failure of Poisson Modeling,' IEEE/ACM Trans. Networking, vol.3, no.3, pp. 1512-1514, June 1995 https://doi.org/10.1109/90.392383