In ATM-PON, the MAC protocol should guarantee the fairness and QoS of user data. The efficient MAC protocol would make multiple ONUs dynamically share the given bandwidth.
This thesis proposes frame format, scheduling, DBA algorithm and grant allocation algorithm for MAC protocol in ATM-PON that comply with the specifications of ITU-T G.983.1 and G.983.4. The proposed DBA scheme deals with the various traffic services such as CBR(DBR class 1), rtVBR(SBR class 2), nrtVBR(DBR class 2), nrtVBR(SBR class 2) and UBR. This DBA algorithm assigns upstream bandwidth to each T-CONT considering its traffic characteristics. This thesis also presents two typical ONU types. One uses four T-CONTs(T-CONT type 1, 2, 3, and 4) that are mapped with the above ATM service categories and the other has one T-CONT type 5.
The performance is evaluated by computer simulation in point of view of average queue-length, maximum queue-length and CDV(Cell Delay Variation). Traffic configuration-1 and -2 are used in simulation. The former is offered by FSAN and the latter is the modified traffic configuration-1.
When traffic configuration-1 is applied to PON system with 32 ONUs, the most average queue-length of static mode is about 12000 cells. It means that PON system like this can statistically cover 32 ONUs. But in view point of maximum queue-length, PON system in static mode can support 14 ONUs at the most. And observing average queue-length of each T-CONT, PON system in static mode may not support the traffic characteristics of user data.
On the other side, PON system that is applied the proposed DBA algorithm to, shows better performances, that is, when 32 ONUs are accommodated, the most average queue-lengths for ONU-1 and ONU-2 are about 8400 cells and about 7200 cells respectively. And in view point of maximum queue-length, PON system with ONU-1 can cover 17 ONUs and one with ONU-2 can cover 19 ONUs. These results show that the proposed DBA algorithm makes PON system able to accommodate more ONUs under the same given upstream bandwidth than one of static mode. And these PON system in DBA mode can support traffic characteristics of user data.
When CDVs of realtime traffics of PON systems with ONU-1 and ONU-2 are compared, ONU-1 shows better CDV property than ONU-2. That is the reason that grants for ONU-1 is spaced by OLT but grants for ONU-2 are rescheduled by HOL-scheduler of ONU-2.
ATM-PON에서 MAC프로토콜은 공평성과 사용자 데이터의 QoS를 보장해야 된다. 이를 위해 MAC프로토콜은 다수의 ONU들이 주어진 대역폭을 동적으로 공유할 수 있게 만들어줘야 한다.
본 논문은 ITU-T G.983.1과 G.983.4를 따르며 ATM-PON의 MAC에 대한 프레임 형식, 스케쥴링, DBA알고리즘 그리고 grant 할당 알고리즘을 제안한다. 제안된 DBA방법은 CBR(DBR class 1), rtVBR(SBR class 1), nrtVBR(DBR class 2, SBR class 2), UBR과 같은 다양한 트래픽의 서비스들을 다룬다. 본 DBA알고리즘은 각 T-CONT가 수용하는 트래픽의 특성을 고려하여 각 T-CONT들에게 상향 대역폭을 인가한다. 본 논문에서는 또한 두개의 전형적인 DBA 모드 ONU 형태들을 제시한다. 하나는 T-CONT type 1, 2, 3, 4를 사용하며 나머지 하나는 앞에서 설명한 4개의 T-CONT들을 모두 수용하는 단일의 T-CONT type 5를 사용한다.
성능평가는 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 평균 큐길이 및 최대 큐길이와 CDV의 관점에서 수행된다. 시뮬레이션을 위해 트래픽 설정-1 과 트래픽 설정-2가 사용되었다. 전자는 FSAN에서 제시한 트래픽 설정이며 후자는 트래픽 설정-1을 수정한 것이다.
트래픽 설정-1이 32개의 ONU들을 수용하는 PON 시스템에 적용되었을 때 정적모드에서의 가장 큰 평균 큐길이는 약 12000 셀이다. 이는 이와 같은 PON시스템이 통계적으로 32개정도의 ONU들을 수용할 수 있음을 의미한다. 그러나 최대 큐길이의 관점에서 보았을 때는 정적모드의 PON시스템은 기껏해야 14개의 ONU들밖에 수용을 못한다. 그리고 각 T-CONT의 큐길이를 보았을 때, 사용자 데이터의 트래픽 특성을 지원할 수 없다.
반면, 제안된 DBA알고리즘이 적용된 PON시스템은 더 나은 성능을 보여준다. 즉, 32개의 ONU들이 수용될 때 가장 큰 평균 큐길이는 ONU-1과 ONU-2에 대해 각각 8400개의 셀과 7200개의 셀이다. 그리고 최대 큐길이 측면에서 볼때, ONU-1이 사용된 PON시스템은 17개의 ONU들을 수용할 수 있으며, ONU-2가 사용된 PON시스템은 19개의 ONU들을 수용할 수 있다.
이런 결과들은 제안된 DBA알고리즘이 PON시스템으로 하여금 동일하게 주어진 상향 대역폭에 대해 정적모드보다 더 많은 ONU들을 수용할 수 있게 함을 보여준다. 그리고 이런 DBA모드의 PON시스템은 사용자 데이터의 트래픽 특성을 지원한다.
ONU-1과 ONU-2의 실시간 트래픽의 CDV들을 비교하면, ONU-1이 ONU-2보다 더 좋은 CDV특성을 보인다. 이는 ONU-1의 PON시스템의 grant들은 OLT에 의해 직접 스케쥴링을 하지만 ONU-2에서는 ONU내부에 자체 HOL 스케쥴링을 사용했기 때문이다.
