In this dissertation work, we consider two multiple access protocols for a star LAN with a single-hop architecture. One is related to the access protocol for the WDM-based local network with star topology. Since a WDM network is a multichannel network, it is important to develop a proper protocol to have efficiently the multichannel operation. The other is related to the ICMA/CD protocol for a packet radio LAN.
First, we propose an asynchronous reservation protocol in a WDM-based local network for efficient transmission variable-sized messages. With this protocol, if a node successfully acquires a data channel, the node exclusively reserves the data channel until the message is completely transmitted. Moreover, the protocol is independent of the change of the number of nodes, and it can avoid data channel and destination conflicts. Random and idle schemes are considered for the data channel selection strategies. We analyze the performance of the protocol by using an equilibrium point analysis (EPA) method with the assumption of infinite node population, and validate it by simulation. According to the analysis results, we find that the proposed protocol is effective in achieving significant performance improvement over other protocols so far proposed. By numerical analysis, we also show that the idle scheme yields higher throughput at lower offered load, while the random selection scheme works well at higher offered load.
Second, we propose a synchronous reservation protocol for variable-sized messages in a WDM-based local network. The synchronous system is more efficient than an asynchronous system, because it reduces the overhead for synchronization. Moreover, in the synchronous system, the number of uncollided control packets which fail in acquiring a data channel due to the possibility of data channel and/or destination conflict is reduced, thus yielding better performance. We consider two cases separately, according to whether or not the slot size is larger than the end-to-end propagation delay. In the case that one slot size is larger than the propagation delay, random, idle, and dynamic schemes are considered as data channel selection schemes. We analyze the performance by using the discrete-time Markov chain for a finite population model. By numerical results, we observe that the probability of packet collisions is the dominant factor in the performance. Therefore, the dynamic scheme has superior characteristics in light load region, while the idle scheme is superior in moderate load region, and the random scheme is superior in high load region. Also when the length of one slot is smaller than the propagation delay, random and idle schemes are considered as the data channel selection strategies. We obtain throughput by using the EPA method with the assumption of finite population.
Finally, we present the analysis of the ICMA/CD protocol. We analyze its performance for both infinite and finite population models, assuming that inbound and outbound channels are slotted with the size of one signal, and packet detection delay is D slots. In the infinite population model, we analyze the 1-persistent ICMA/CD protocol and compare it with the nonpersistent case, taking into consideration the effects of multipath signal fading of the inbound channel. We obtain the throughput and the packet failure probability with a limited number of reschedulings. In the finite node population model, we analyze the nonpersistent ICMA/CD protocol. Packet size is assumed to be generally distributed. We investigate the performance of the protocol by using a discrete-time Markov chain model. By numerical results, we show that large packet detection delay lowers the performance because of packets interfering with each other.
본 논문에서는 단일 홉 구조를 갖는 성형 근거리 통신망을 위한 두개의 다중 엑세스 프로토콜을 고려하였다. 하나는 파장 분할 방식에 기초를 둔 성형 구조의 근거리 통신망에서 다중 채널을 효율적으로 이용할 수 있는 적절한 프로토콜의 개발이고, 다른 하나는 패킷 라디오 근거리 망을 위한 ICMA/CD 프로토콜의 성능 분석이다.
먼저, 우리는 파장 분할 방식에 기초를 한 근거리 망에서 가변길이의 메세지를 효율적으로 전송할 수 있는 비동기 예약 프로토콜을 제안하였다. 이 프로토콜에서는, 일단 한 노드가 하나의 데이타 채널을 성공적으로 획득하면, 그 노드는 메세지의 전송이 끝날때까지 그 데이타 채널을 독점적으로 사용할 수 있다. 이 프로토콜은 노드의 수의 변화에 무관하게 동작하며, 데이타 채널과 수신부 충돌현상을 방지할 수 있다. Random과 idle 방식이 데이타 채널의 선택방법으로서 고려되었다. 무한 노드 시스템의 가정하에 균형점 분석방법을 이용하여 이 프로토콜의 성능을 분석하었으며, simulation을 통하여 검증하였다. 분석된 결과를 보면, 제안된 프로토콜이 이전까지 제안된 다른 프로토콜에 비하여 현저한 성능 향상을 얻는 것을 알 수 있었다. 또한 낮은 트래픽에서는 idle 방식이 더 나은 성능을 얻지만, 높은 트래픽 환경하에서는 random 방식이 더 나은 성능을 얻는다는 것을 알 수 있었다.
다음으로, 파장 분할 방식에 기초를 둔 근거리 망에서 가변길이의 메세지를 위한 동기 예약 프로토콜을 제안하였다. 동기 방식은 비동기 방식에 비하여 동기화에 필요한 overhead가 줄어들고, 데이타 채널 또는 수신부 충돌로 인하여 하나의 데이타 채널을 획득하는데 실패한 콘트롤 패킷이 다른 노드의 콘트롤 패킷의 전송을 방해하는 정도가 줄어들기 때문에 더 나은 성능을 얻을 수 있다. 이 프로토콜에서는 한 슬롯의 길이가 전파 지연의 길이보다 큰가에 따라서 다음의 두가지로 나누어서 고려하였다. 한 슬롯의 길이가 전파지연보다 큰 경우에는, 데이타 채널의 선택방식으로서 random, idle 그리고 dynamic을 고려하였고, 유한 노드의 환경하에서 이산 시간 Markov chain을 이용하여 성능을 분석하였다. 분석된 결과를 보면, 패킷의 충돌확률이 성능을 결정하는데 중요한 요소로 작용하여, dynamic 방식은 낮은 트래픽 영역에서, idle 방식은 중간 트래픽 영역에서, 그리고 random 방식은 높은 트래픽 영역에서 높은 성능을 얻는다는 것을 알 수 있었다. 한 슬롯의 길이가 전파지연보다 작은 경우에는 데이타 채널의 선택 방식으로서 random과 idle을 고려하였으며, 무한 노드의 환경하에서 균형점 분석 방법을 이용하여 throughput을 분석하였다. 분석된 결과를 보면, 낮은 트래픽 영역에서는 미니슬롯의 수의 증가가 더 나은 성능을 얻기위한 중요한 요소로서 작용하지만 트래픽이 증가할수록 한 데이타 채널의 점유에 실패한 콘트롤 패킷의 수가 중요한 요소로서 작용하여 슬롯의 길이가 큰 경우가 그러한 콘트롤 패킷의 수를 줄일 수 있기 때문에 더 나은 성능을 얻는다는 것을 알 수 있었다.
마지막으로 inbound와 outbound 채널이 한 신호의 길이로 slotted 되어있고 패킷 탐지 지연은 D 슬롯인 구조를 갖는 패킷 라디오 근거리 망에서 ICMA/CD 프로토콜 을 분석하였다. 무한 노드의 환경하에서, inbound 채널에서의 다중 경로 페이딩의 영향을 고려하여 1-persistent ICMA/CD 프로토콜의 성능을 분석하여 nonpersistent 의 경우와 비교하였다. 분석 결과를 보면, nonpersistent 경우가 1-persistent의 경우보다 더 나은 채널 용량을 얻지만, 1-persistent의 경우가 낮은 트래픽의 영역에서는 더 나은 throughput을 얻는 것을 볼 수 있었으며, 또한 적은 손실 확률을 얻는다는 것을 알 수 있었다. 유한 노드의 환경하에서는 nonpersistent ICMA/CD 프로토콜을 이산 시간 Markov chain의 모델을 이용하여 분석하였다. 이때의 패킷의 길이는 일반 분포를 갖는다고 가정하였다. 분석된 결과에서는 긴 패킷 지연 시간이 서로서로의 전송을 방해하는 패킷의 증가로 인하여 낮은 성능을 초래하는 것을 알 수 있었다.
