As a result of matured network and optical technologies, the development of Gigabit networks has recently attracted intensive attention of many researchers. The Gigabit access network should be able to support concurrent transmission and all optical transport mechanisms. To satisfy these requirements, several forms of multiwavelength networks have been investigated. But there remain more works to be done on performance analysis and efficient protocol design for the networks. In this dissertation work, we study ways to improve performance and an efficient access protocol for multiwavelength high-speed networks with single-hop architecture.
First, we present four contention processing schemes for a single-hop multiwavelength network with control channels. In order to improve the performance of the network while avoiding the electronic bottle-neck, we propose two novel contention processing schemes: local collision blocking (LCB) and local collision blocking-contention resolution (LCB-CR) schemes. We also consider two other schemes: pure contention and complete contention resolution (CCR) schemes as the lower and the upper performance bounds, respectively. Applying these four schemes to the delayed-ALOHA access protocol, we analyze the performances of these four schemes under a finite population model and asymmetric conditions. We also take account of receiver collision in the analysis. From the comparison, we find that the proposed schemes are effective in achieving significant performance improvement with moderate system complexity. By numerical results, we consider the effects of various parameters in order to design the system properly. We also validate the numerical results with simulations.
Second, we investigate transmission control schemes for a single-hop multiwavelength network with a passive star topology. The network under consideration has a control channel for the coordination between stations and multiple data channels for which the number is independent of the network population. We consider the transmission control scheme in two parts: the initial transmission control and the retransmission control. Taking account of the receiver collision detection, we analyze the performance of the system. We obtain the waiting time distribution of the system to characterize the network performance for various parameters. In addition, we propose an adaptive transmission algorithm and obtain the optimal transmission policy to stabilize the system and to maximize the performance.
Finally, we propose a deterministic-scanning channel (DC) algorithm for the multiple access protocol in multichannel local networks and study its performance. The DC algorithm is based on slotted-multichannel carrier sense multiple access with collision detection protocol (s-MCSMA/CD). The proposed algorithm not only achieves the coordination between stations in a single-hop without transmitting a control packet but also avoids network interface duplications. For the use of the DC algorithm, each station is partitioned into N groups and a deterministic receive-channel sequence is assigned to each group. We investigate its network performances when load conditions are asymmetric and the length of a packet is geometrically distributed. We find that the performance of the s-MCSMA/CD DC is superior to those of the corresponding protocols with a common control channel, and can be improved approximately up to that of the fully connected s-MCSMA/CD-idle channel selection (IC) protocol without the duplication of network interfaces. By numerical results, we show the effects of various parameters such as the reception channel range, the group size and the type of deterministic scanning sequences.
통신망과 광소자 기술의 발달로 Gigabit 네트웍에 대한 관심이 고조되고 있다. Gigabit 접근망은 정보의 전송을 optical 영역에서 concurrent하므로써 증대하고 있는 통신에 대한 수요와 quality of service(QoS)를 만족시킬 수 있어야 한다. 이를 위해 다양한 형태의 다중파장 네트웍에 대한 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 단일홉으로 통신할 수 있는 다중파장 고속통신망의 성능을 개선하는 방법들과 효율적인 접근 프로토콜을 연구하고 제안하였다.
먼저, 제어채널을 통해 송수신국간 사전동조를 하는 단일홉 다중파장망에서 네가지 경쟁처리 방식을 연구하였다. 고속통신망에서 전자병목현상 (electronic bottle-neck) 없이 망의 성능을 개선하기 위하여 두가지 효과적인 경쟁 처리방식을 제안하였고, 비교를 위하여 upper bound와 lower bound로써 또 다른 두가지 방식에대해 논하였다. 이 방식들을 delayed-ALOHA 프로토콜에 적용하여 그 성능을 분석하였다. 성능분석을 위하여 그룹간 비대칭 트래픽을 가정하고 수신 부충돌(receiver collision)을 고려하였다. 비교를 통해서 제안된 두 방식은 시스템의 복잡도 문제 없이 상당한 성능 향상을 얻을 수 있음을 알았다. 망의 적절한 설계를 위하여 여러가지 변수에대한 영향을 고려하고 언급하였다. 분석된 결과는 simulation과 잘 일치함을 알 수 있었다.
다음으로, 수동 성형 구조를 갖는 단일홉 다중파장 망에서 전송제어 방식에대해 연구하였다. 고려된 네트웍은 송수신국간 데이타채널 동조를 위해 하나의 제어채널을 가지며, 데이타채널의 수와 망의 스테이션 수는 독립적으로 설계될 수 있다. 전송제어는 초기전송 및 재전송의 두부분으로 나누어 생각하였다. 수신부충돌을 고려하여 시스템의 성능을 분석하였고 다양한 파라메터들에대한 성능을 검토하기위해 망의 지연시간 분포를 구하였다. 또한, 망의상태에 따라 전송확률을 조정하여 성능을 향상시키는 적응전송 알고리듬을 제안하였다. 망을 안정화 시키고 성능을 최대화하는 방안에 대해하여도 논하였다.
마지막으로, 다중채널 근거리망에서 망접근 프로토콜인 deterministic-scanning channel (DC)알고리듬을 제안하고 성능을 분석하였다. DC 알고리듬은 한 쌍의 tunable transceiver를 사용하는 slotted-multiple channel carrier sense multiple access with collision detection (s-MCSMA/CD) 프로토콜을 바탕으로 한다. 제안된 DC 알고리듬을 이용하면 제어패킷 전송 없이도 단일홉으로 송수신국간 동조를 이룰 수 있을 뿐만 아니라 전송부의 중복도 피할 수 있다. DC 알고리듬을 사용하기위해 각 스테이션은 채널 수만큼 그룹으로 분할되고 각 그룹마다 수신채널 순서가 결정된다. 망의 부하가 비대칭이고 패킷의 길이가 geometric 분포를 갖는 경우에 대해 성능을 분석하였다. 분석의 결과로 s-MCSMA/CD DC의 성능이 기존에 제안된 제어채널을 사용하는 방식보다 월등함을 알 수 있었고, 또한 전송부의 중복 없이도 모든 수신채널을 갖는 s-MCSMA/CD 프로토콜의 성능에 접근하는 것을 알 수 있었다.
