An ATM-PON system is designed in order to satisfy end-to-end ATM connections using PON technology. Because it is based on a shared-medium network and a point-to-multipoint optical tree configuration, a PON access system requires a MAC protocol for the upstream traffic. In the Recommendation G.983.1, the ITU-T has standardized Time Division Multiple Access (TDMA) technique as a MAC protocol for ATM-PON and the basic concept of a MAC protocol, but it does not standardize the format for conveying bandwidth request information and the MAC protocol.
Many studies on this topic have been reported. But, unfortunately, a MAC protocol including bandwidth allocation algorithm has not been specified in the ITU-T, and remains an open issue.
In this thesis, we propose a MAC protocol which supports the frame format and the MAC protocol of ITU-T recommendation G.983.1 and has different priority for ATM traffic categories such as CBR, rt-VBR, nrt-VBR, ABR, and UBR traffics. The proposed scheme also allocates bandwidth among ONUs, fairly and dynamically. The proposed frame format follows standardization, and has high efficiency (83.7% in case of 32 ONUs, 76.9% in case of 64 ONUs).
Each service is allocated on the basis of priority and cell arrival timing information. The bandwidth has to be allocated on two different levels: among the different ONUs and among the different traffic classes supported by the proposed MAC protocol (CBR/rt-VBR, nrt-VBR, ABR, and UBR). CBR and rt-VBR traffics have the highest priority, and then bandwidth allocation algorithm grants for these first. Especially, the CBR and rt-VBR services, which are sensitive to Cell Transfer Delay (CTD) and Cell Delay Variation (CDV), are allocated with higher priority and more cell arrival timing information. After the grants of CBR/rt-VBR are allocated, each grant for nrt-VBR, ABR, and UBR having priorities according to the following order: nrt-VBR, ABR, and UBR. When the OLT have no CBR/rt-VBR, nrt-VBR or ABR traffic request, the remaining capacity is used for UBR traffic. Grants for UBR traffic are allocated to the ONUs having more cells prior to the ONUs having less cells, and is distributed in a cyclic order.
The performance of the MAC protocol is evaluated by simulations, turning out that both the MAC protocol and the scheduling method to allocate bandwidth fairly and dynamically.
ATM-PON 은 PON 기술을 이용하여 ATM 커넥션을 만족하게 설계된다. PON은 매체공유형 망이고 트리 구조이기 때문에 상향 트래픽에 대해 MAC 프로토콜이 필요하다. ITU-T의 권고안 G.983.1에서 MAC 프로토콜로써 TDMA 방식을 정하였으나, 대역 요구 정보를 싣는 형식과 정확한 MAC 프로토콜은 정해지지 않았다.
ATM-PON 을 설계할 때 가장 중요한 문제는 공유 매체에서 접속을 제어하는 방식을 정의하는 것이다. 이런 방식을 MAC 프로토콜이라 하고, 이것은 다른 ONU들로부터 전송된 셀들의 충돌을 방지한다. MAC 프로토콜은 자원의 효율적인 사용, ATM 트래픽의 특성 지원, 각 ONU 간의 공평한 대역 할당 등의 몇 가지 요구조건을 만족하여야 한다.
본 논문에서는 ITU-T 권고안에서 정한 프레임 형식과 MAC 프로토콜을 지원하고, ATM 트래픽의 특성을 고려한 새로운 MAC 프로토콜을 제안하였다. 제안된 프레임 형식은 표준안을 따르고, 높은 효율 (32개의 ONU인 경우 83.7%, 64개의 ONU인 경우 76.9%)을 가진다. 제안된 방식은 각 ONU간에 대역폭을 공정하고 동적으로 할당한다.
각 서비스는 우선순위와 셀 도착시간 정보를 바탕으로 할당된다. 대역폭은 다른 ONU들간, ATM 트래픽 카테고리들간의 두 가지 레벨에서 할당되어야 한다. CBR과 rt-VBR은 가장 높은 우선순위를 가지고, 대역할당 알고리즘은 이 트래픽을 가장 먼저 허가한다. 특히, CBR과 rt-VBR 트래픽은 CTD와 CDV에 민감하므로 높은 우선순위를 갖고 더 많은 셀 도착 정보를 가지고 할당된다. CBR과 rt-VBR 트래픽에 대해 할당하고 난 후, nrt-VBR, ABR, UBR 순의 우선순위대로 대역폭을 할당한다.
시뮬레이션을 통하여 제안된 MAC 프로토콜의 성능을 평가하고, 이 프로토콜과 스케쥴링 방법이 대역폭을 공평하고 동적으로 할당함을 보였다.
