ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ & ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΝ. ΠΑΤΡΩΝ

Transcript

1 ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ & ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΝ. ΠΑΤΡΩΝ Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα Ειδίκευσης Επιστήμη & Τεχνολογία Υπολογιστών (Ε.Τ.Υ) Μεταπτυχιακή Εργασία ΜΑΜΟΥΝΑΚΗΣ ΙΩΑΝΝΗΣ Αρ. Μητρώου 755 1

2 Τίτλος: Προσομοίωση και Ανάλυση Τεχνικών Συγκέντρωσης κίνησης και Πρόβλεψης Κίνησης για Βέλτιστη Χρήση Εύρους Ζώνης σε Παθητικά Οπτικά Δίκτυα Τριμελής Επιτροπή: Βαρβαρίγος Εμμανουήλ (Καθηγητής Τμ. Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) Μπερμπερίδης Κωνσταντίνος (Καθηγητής Τμ. Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) Βλάχος Ευάγγελος (Καθηγητής Τμ. Μηχ. Η/Υ & Πληροφορικής) 2

3 Ευχαριστίες Με την ολοκλήρωση της μεταπτυχιακής μου εργασίας, άπτομαι της ευκαιρίας να ευχαριστήσω όλους όσους βοήθησαν, ο καθένας με τον τρόπο του, για να φτάσω στο σημερινό αποτέλεσμα. Αρχικά ευχαριστώ τα μέλη της τριμελούς επιτροπής, για την βοήθεια τους είτε μέσω των διαλέξεων είτε μέσω των συζητήσεων που είχαμε σε όποιες δυσκολίες παρουσιάστηκαν. Ιδιαίτερα των επιβλέποντα καθηγητή μου κ. Βαρβαρίγο, για την σημαντική βοήθεια, καθοδήγηση και στήριξη του σε όλη την διάρκεια της μεταπτυχιακής ερευνητικής δραστηριότητας μου. Ιδιαίτερα τον κ. Κώστα Γιαννόπουλο για την σημαντική βοήθεια του καθώς και όλους τους φίλους και συνεργάτες του εργαστηρίου τηλεπικοινωνιών και δικτύων (CNL), που με δέχτηκαν από την πρώτη στιγμή ένταξης μου στο εργαστήριο. Τέλος θα ολοκληρώσω με την ευχή για υγεία και πολλές ερευνητικές επιτυχίες στο μέλλον σε όλους. Πάτρα 2013 Copyright Μαμουνάκης Ιωάννης Με επιφύλαξη παντός δικαιώματος. All rights reserved. Απαγορεύεται η αντιγραφή, αποθήκευση και διανομή της παρούσας εργασίας, εξ ολοκλήρου ή τμήματος αυτής, για εμπορικό σκοπό. Επιτρέπεται η ανατύπωση, αποθήκευση και διανομή για σκοπό μη κερδοσκοπικό, εκπαιδευτικής ή ερευνητικής φύσης, υπό την προϋπόθεση να αναφέρεται η πηγή προέλευσης και να διατηρείται το παρόν μήνυμα. Ερωτήματα που αφορούν τη χρήση της εργασίας για κερδοσκοπικό σκοπό πρέπει να απευθύνονται προς τον συγγραφέα. 3

4 Πίνακας Περιεχομένων Εισαγωγή... 6 Κεφάλαιο 1 - Παθητικά Οπτικά Δίκτυα Ιστορικά Στοιχεία Παθητικών Οπτικών Δικτύων APON/BPON EPON GPON Οφέλη APON-EPON-GPON Οικονομική Γεωγραφική Εξάπλωση Παθητικών Δικτύων Ιαπωνία κ Κορέα Αμερική Ευρώπη Κίνα Ελλάδα Βασικά Πλεονεκτήματα των Ethernet Passive Optical Networks Σύνοψη Κεφαλαίου Κεφάλαιο 2 - Πρωτόκολλο EPON Αρχιτεκτονική δικτύων PON Περιγραφή πρωτοκόλλου EPON EPON Καθοδική Μετάδοση Δεδομένων EPON Ανοδική Μετάδοση Δεδομένων Στοίβα ΠρωτοκόλλουEPON Δομή πλαισίουepon Πρωτόκολλο δυναμικής ανάθεσης εύρους ζώνης σε EPON Multi-point control protocol (MPCP) MPCP control frame structure GATE REPORT Μηνύματα Πρωτοκόλλου Εντοπισμός και εγκατάσταση ONU Σύνοψη Κεφαλαίου Κεφάλαιο 3: Bandwidth allocation algorithms for EPON Αλγόριθμος IPACT (Interleaved Polling with Adaptive Cycle Time) Τεχνικές ανάθεσης εύρους ζώνης

5 3.3 Η σημασία στην έρευνα των DBA αλγορίθμων Σύνοψη Κεφαλαίου Κεφάλαιο 4 : Προτεινόμενος ONU Prediction-based DBA Προυπάρχουσα έρευνα σε αλγορίθμους πρόβλεψης Προτεινόμενος αλγόριθμος πρόβλεψης Υλοποίηση Προσομοίωσης Αλγορίθμου Περιβάλλον OMNET Υλοποίηση Optical Network Unit Υλοποίηση Optical Line Terminal Υλοποίηση πηγής κίνησης Προδιαγραφές Δικτύου Αποτελέσματα Προσομοίωσης Σύνοψη Κεφαλαίου Κεφάλαιο 5 : Συμπεράσματα μελέτης Συνολικά Κεφάλαιο 6 : Δημοσιεύσεις Κεφάλαιο 7 : Βιβλιογραφία

6 Εισαγωγή Τα σύγχρονα παθητικά οπτικά δίκτυα (PONs) [1], [2] αποτελούν ίσως την πιο σημαντική επιλογή για την ανάπτυξη των μελλοντικών δικτύων ευρυζωνικής πρόσβασης στο παρόν και το μέλλον. Κύριοι λόγοι είναι το χαμηλό κόστος εφαρμογής τους, η απλή λειτουργία τους και υψηλά ποσοστά-ρυθμού μετάδοσης γραμμής στοιχεία που αποτελούν τα βασικά πλεονεκτήματα των οπτικών ινών. Τα σύγχρονα Ethernet Passive Optical Networks (EPONs) και η εξέλιξή τους τα Gigabit PON (XGPON) [3] έχουν τυποποιηθεί σε ταχύτητες της τάξεως των 10 Gb/s, ενώ τα επερχόμενα πρότυπα αναμένεται να αυξήσουν τη διαθέσιμη δυναμικότητα τους. Τα EPONs, ειδικότερα, καθιστούν δυνατή τη σύγκλιση των Ethernet δικτύων μεταξύ τους, η οποία βρίσκει ευρεία εφαρμογή σε τοπικά (local) και μέτρo (metro) δίκτυα περιοχής, και την υποδομής οπτικών ινών που εγκαθίσταται εντός του πεδίου εφαρμογής σε fiber-to-the-home, την fiber-to-the-building και fiber-to-the-curb (FTTC) δίκτυα. Ακόμα όμως και για πρόσβαση μέχρι τους τελικούς χρήστες. Σε αντίθεση με XGPONs, που δίνουν έμφαση αυστηρά στην χρονική στιγμή και συγχρονισμό για τους σκοπούς του σε πραγματικό χρόνο για τη μεταφορά της κυκλοφορίας (ειδικά φωνή), τα EPONs έχουν σχεδιαστεί κυρίως για την επικοινωνία δεδομένων. Μέσα σε αυτό το πλαίσιο, ένα διαδοχικό σύστημα μετάδοσης με προσαρμοστικό χρόνο κύκλου (ΙΡΑCΤ) [4], [7], εφαρμόζεται στο OLT για να λαμβάνει περιοδικά αιτήσεις εύρους ζώνης από όλες τις συνδεδεμένες ONUs ώστε να διαθέσει τις απαραίτητες χρονοθυρίδες μετάδοσης ανάλογα. Ο μέσος χρόνος κύκλου του ΙΡΑCΤ συνεισφέρει στην μείωση της καθυστέρησης του δικτύου PON, δεδομένου ότι οι ONUs εξυπηρετούνται με κυκλική μέθοδο (round-robin) και κάθε ONU πρέπει να περιμένει διάρκεια πλήρους κύκλου προτού εξυπηρετηθεί ξανά. Έτσι, ο μέσος χρόνος κύκλου και επομένως η καθυστέρηση, εξαρτάται από το σύστημα κατανομής εύρους ζώνης που υλοποιείται από ΙΡΑCΤ που χρησιμοποιείται στο OLT. Σε γενικές γραμμές τα συστήματα κατανομής εύρους ζώνης μπορούν να ταξινομηθούν ως σταθερής ή δυναμικής ανάθεσης. Σταθερή κατανομής εύρους ζώνης (ΕΒΑ) συστήματα [5],[6] χρησιμοποιούν ισομεγέθη χρονοθυρίδες και προσφέρουν μια σταθερή 6

7 χρονοθυρίδα σε κάθε ONU ανεξάρτητα από το φορτίο της κυκλοφορίας της. Στο ONU - προς - OLT ( upstream) κανάλι επικοινωνίας είναι, συνεπώς, καταλαμβάνεται ακόμη και όταν η κίνηση από την ONU δεν είναι επαρκής για να αξιοποιήσει πλήρως το εύρους ζώνης. Οδηγεί επομένως σε κενά μεταφοράς (αναξιοποίητο εύρος ζώνης) και η αύξηση του χρόνου εξυπηρέτησης των πακέτων. Από την άλλη πλευρά, δυναμική κατανομή εύρους ζώνης (DBA) [5], [6], εκχωρεί το εύρος ζώνης βάση ενός προσαρμοστικού αλγορίθμου λαμβάνοντας υπόψη το φορτίο της κάθε ONU. Η βασική ιδέα που επικρατεί σε αλγορίθμους DBA, όπως και εκείνη που εφαρμόζεται στον ΙΡΑCΤ, είναι να αναδιανείμουν το εύρος ζώνης ανάλογα με το φόρτο κίνησης κάθε ONU. Σε περιπτώσεις όπου ο όγκος δεδομένων που παρατηρείται είναι ιδιαίτερα αυξημένος οδηγούμαστε στην πλήρη αξιοποίηση του διαθέσιμου εύρους ζώνης. Με την μέθοδο αυτή επιτυγχάνουμε να μειώσουμε την μέση διάρκεια κύκλου στο σύστημα μας, ενώ συμβάλλουμε και στην ταχύτερη εξυπηρέτηση κάθε πλαισίου δεδομένων ειδικά. Μία περαιτέρω βελτίωση στην καθυστέρηση μετάδοσης πακέτων του δικτύου ΡΟΝ μπορεί να ληφθεί μέσω της πρόβλεψης της κίνησης. Σε αυτή την περίπτωση μία εκτίμηση του αναμενόμενου φορτίου σε κάθε μία ONU ( αντί για την τρέχουσα τιμή) χρησιμοποιείται από τον DBA αλγόριθμο του OLT, στη διαδικασία κατανομής εύρους ζώνης. Καθώς η χρονική διάρκεια του κύκλου στον ΙΡΑCΤ μπορεί να ανέλθει σε μερικά msec,οι αιτήσεις εύρους ζώνης που έχουν αναφερθεί από την ONU και εξυπηρετούνται από τον DBA μπορεί να μην περιλαμβάνουν τα πλαίσια που λαμβάνονται κατά τη διάρκεια της διαδικασίας υποβολής μηνύματος και την ανάθεση εύρους ζώνης. Επομένως θα εμφανιστεί στα παραπάνω πλαίσια μια πρόσθετη καθυστέρηση τουλάχιστον ενός κύκλου ανάλογα με το φορτίο του δικτύου PON. Άρα εάν εφαρμοστεί ένα σύστημα πρόβλεψης της κίνησης των δεδομένων στο OLT ή ONUs ώστε να ενημερώσει το DBA για τις εκτιμώμενες αφίξεις πλαισίου ο χρόνος καθυστέρησης δύναται να ελαττωθεί σημαντικά. Στην μονάδα OLT ο αλγόριθμος πρόβλεψης της κίνησης βασίζεται σε εκτίμηση των μελλοντικών " κατά μέσο όρο " απαιτήσεων εύρους ζώνης για όλα τα ONUs βασιζόμενος σε προηγούμενες αιτήσεις εύρους ζώνης τους. Ένα σημαντικό μειονέκτημα της πρόβλεψης OLT, είναι ότι δεν μπορούν να προσδιορίσουν με ακρίβεια τα δεδομένα που πρόκειται να φτάσουν στις ONU s και επομένως να 7

8 ανταποκριθούν, στις ταχείες αλλαγές φορτίου. Από την άλλη πλευρά η πρόβλεψη ONU βασίζεται, μπορεί να εκτελεστεί μέσα σε ένα μόνο κύκλο, δεδομένου ότι ONUs είναι σε θέση να παρακολουθούν συνεχώς εισερχόμενη κυκλοφορία, και ως εκ τούτου μπορεί να προσαρμοστεί στην κίνηση αλλάζει σημαντικά γρηγορότερα. Μέσα σε αυτό το πλαίσιο, προτείνουμε μια νέα ONU-based μέθοδο πρόβλεψης της κυκλοφορίας για μείωση της καθυστέρησης στα EPONs. Η μέθοδο εκτιμά (α) ο ρυθμός άφιξης πλαισίων στην διάρκεια ενός κύκλου και (β) την χρονική διάρκεια της προσεχούς κύκλου. Μεταγενέστερα, οι δύο αυτές ποσότητες συνδυάζονται για να παράγουν το πλήθος των δεδομένων που θα έχουν συσσωρευτεί στο ONU κατά την άφιξη του επόμενου μηνύματος GATE από το OLT. Το OLT ενημερώνει στην συνέχεια το ONU για την χρονική στιγμή έναρξης της μετάδοσης δεδομένων καθώς και για την χρονική διάρκεια. Η ONU στη συνέχεια μεταδίδει μήνυμα αιτήματος (REPORT) που μεταφέρει την εκτίμηση του εύρους ζώνης για τον επόμενο κύκλο, παρέχοντας έτσι τον μηχανισμό DBA με πιο ενημερωμένη εκτίμηση για το εύρος ζώνης που θα χρειαστεί. Δείχνουμε μέσω προσομοίωσης ότι η προτεινόμενη μέθοδος πρόβλεψης μπορεί να μειώσει την καθυστέρηση των πακέτων μετάδοσης μέχρι και πάνω από 25% σε σύγκριση με την μη χρήση - πρόβλεψης στον ΙΡΑCΤ σε διαφορετικές τεχνικές ανάθεσης όπως limited και gated. Όπως είναι φυσικό η βελτίωση εξαρτάται από το φορτίο και την εκρηκτικότητα της εισερχόμενης κίνησης. Τέλος αποδεικνύουμε μέσω προσομοιώσεων ότι ο προτεινόμενος αλγόριθμος πρόβλεψης περιέχει την έννοια της δικαιοσύνης μεταξύ των ONU, υπό την σκοπιά ότι όλες λαμβάνουν το ίδιο εύρος ζώνης, κατά μέσο όρο, ανεξάρτητα από την απόστασή τους. Ακόμα δεν σπαταλάται εύρος ζώνης κατά την διαδικασία της ανάθεσης που να οφείλεται σε εσφαλμένη πρόβλεψη, δηλαδή, το δίκτυο έχει την ίδια απόδοση όπως και στην περίπτωση χωρίς πρόβλεψη. Η προτεινόμενη τεχνική είναι πλήρως συμβατή με το πρωτόκολλο EPON Multi-Point Control Protocol (MCPC) [6] καθώς χρησιμοποιήθηκαν όλα τα μηνύματα που περιλαμβάνονται στο standard (GATE,REPORT). 8

9 Κεφάλαιο 1 - Παθητικά Οπτικά Δίκτυα Στις μέρες μας τα παθητικά οπτικά δίκτυα, οπτικών ινών, μπορούν να ταξινομηθούν σε δύο μεγάλες κατηγορίες. Στην πρώτη κατηγορία ανήκουν τα Time Division Multiple-based passive optical network (TDM-PON) ενώ στην δεύτερη κατηγορία τα Wavelength Division Multiplexing-based passive optical network (WDM-PON). Οι υποκατηγορίες οπτικών δικτύων όπως APON/BPON,EPON,GPON ανήκουν στα TDM-PON στα οποία εφαρμόζεται πρόσβαση με διαίρεση χρόνου τόσο στο upstream όσο και στο downstream ώστε να επιτευχθεί η απαραίτητη ανάθεση εύρους ζώνης αλλά και να μεταφερθούν μηνύματα επικοινωνίας από τις ONUs προς το OLT και αντίστροφα. Στην παρακάτω εικόνα 1 παρουσιάζεται η γενική δομή του δικτύου. Όπως φαίνεται το central office (CO), διαχειρίζεται τα δεδομένα από όλες τις υπομονάδες του δικτύου. Σε αυτό μπορεί να περιλαμβάνονται μεγάλα κτίρια (buildings), μικρότερες κατοικίες με πλήθος συνδέσεων (Apartments) αλλά και πλήρος μενονομένων χρηστών (EndUsers) οι οποίοι βρίσκονται σε αποστάσεις διαφορετικές μεταξύ τους. 9

10 Εικόνα 1 Δομή Παθητικού Οπτικού Δικτύου 1.1 Ιστορικά Στοιχεία Παθητικών Οπτικών Δικτύων APON/BPON Τα APON (ATM Passive Optical Network)[8] δίκτυα αποτελούν την οπτική τεχνολογία που συνδυάζει το ATM δίκτυο με το φυσικό επίπεδο (physical layer). Θεωρήθηκε ως η καλύτερη τεχνολογία PON, όταν αναπτύχθηκε για πρώτη φορά το Η μετάδοση στο APON πραγματοποιείται με την αποστολή συνεχόμενων ακολουθιών (stream) από τα cells. Κάθε cell περιλαμβάνει 53 bytes. Ο ρυθμός μετάδοσης καθορίστηκε αρχικά συμμετρικός, με τιμή 155 Mbps για την ανοδική (upstream) και την καθοδική (downstream) κατεύθυνση. Η μέγιστη απόσταση μεταξύ των ONUs και του OLT ορίστηκε στα 20 Km.Στην καθοδική μετάδοση (downlink) χρησιμοποιείται TDM μετάδοση, κατά την οποία κάθε ONU στο δίκτυο λαμβάνει όλα τα δεδομένα πληροφορίας από τα οποία όμως θα διατηρήσει μονάχα όσα προορίζονται για εκείνη. Στην ανοδική μετάδοση (upstream) πραγματοποιείται μετάδοση ATM cells σε burst mode. Καθώς κάθε χρήστης μπορεί να βρίσκεται σε διαφορετική απόσταση από το OLT, θα πρέπει ο συγχρονισμός των ONUs να είναι 10

11 προσεκτικός για την αποφυγή συγκρούσεων. Για την επέκταση των ATM PONs, έχει πραγματοποιηθεί έρευνα σε ταχύτητες 1244 και 2488 Mbps και για τις δύο κατευθύνσεις. Το όνομα ΑΡΟΝs αντικαταστάθηκε αργότερα από το ΒΡΟΝs, δηλαδή ευρυζωνικά PONs (Broadband PONs BPONs, G.983.1). Η αλλαγή του ονόματος είχε ως σκοπό να δείξει ότι το σύστημα υποστηρίζει ευρυζωνικές υπηρεσίες, καθώς το όνομα APON έδινε την εντύπωση ότι οι υπηρεσίες που μπορούν να υποστηριχθούν είναι μόνο ATM υπηρεσίες EPON Με σχεδόν 40 χρόνια ανάπτυξης, η τεχνολογία Ethernet έχει γίνει απλή και πρακτική με χαμηλό κόστος, και έχει σχεδόν κυριαρχήσει στην αγορά του δικτύου. Η δυνατότητα του EPON σε παροχή μεγαλύτερου εύρους ζώνης καθώς και το χαμηλότερο κόστος οδήγησαν στην δημιουργία του (πρωτόκολλο 802.3ah [9]). Για την κατεύθυνση κατερχόμενης ζεύξης, το OLT, εφαρμόζεται TDM και για να μεταδίδει τα οπτικά πακέτα δεδομένων σε πολλαπλές ONUs στη μορφή της ενθυλάκωσης πλαισίου IEEE Υπάρχει η δυνατότητα μεταφοράς πακέτων μεταβλητού μήκους, από 64 έως 1518bytes, σε αντίθεση με τα πακέτα σταθερού μήκους του ATM PON. Νεότερες εκδόσεις του EPON έχουν τη δυνατότητα μεταφοράς ATM πλαισίων μαζί με πακέτα Ethernet με μεγάλη αξιοπιστία. Με αυτό τον τρόπο συνδυάζονται τα πλεονεκτήματα, όσον αφορά την ποιότητα υπηρεσίας (QoS), της ATM τεχνολογίας με την αξιοπιστία του Ethernet. Χρησιμοποιεί μια πρότυπη 8b/10b κωδικοποίηση γραμμής (8 bits δεδομένων κωδικοποιούνται σε 10 bits γραμμής) και λειτουργεί σε ωφέλιμη ταχύτητα Ethernet του 1 Gbps, στο επίπεδο ζεύξης δεδομένων (Data Link layer). Κάθε πακέτο δεδομένων φέρει μια μοναδική ταυτότητα για τον προσδιορισμό του προορισμού δηλαδή κάθε μια από τις ONUs. Για την ανοδική κατεύθυνση, τα δεδομένα συλλέγονται από κάθε ONU. Προκειμένου να αποφευχθεί σύγκρουση πακέτων, η στην ανοδική μετάδοση εφαρμόζεται τεχνολογία TDMA. 11

12 1.1.3 GPON Τόσο το APON/BPON όσο και το EPON έχουν συγκεκριμένες μορφές στην ενθυλάκωση των πακέτων. ATM ενθυλάκωση για το APON/BPON και ethernet ενθυλάκωση για το EPON. Αντίθετα στην GPON τεχνολογία δεν χρησιμοποιείται μια συγκεκριμένη μορφή ενθυλάκωσης, αλλά εφαρμόζεται η GEM (GPON Encapsulation Method) ενθυλάκωση, η οποία βασίζεται στην αρχική μορφή των σημάτων των χρηστών και ονομάζεται "Native Mode PON" [9]. Λόγω της ειδικής μορφής της ενθυλάκωσης, το GPON μπορεί να διατηρεί υψηλή απόδοση κατά την μετάδοση δεδομένων πολλαπλών υπηρεσιών, συμπεριλαμβανομένης της φωνής, Ethernet και ATM. Η επέκταση της χωρητικότητας των PONs στην περιοχή των Gbps πραγματοποιήθηκε με την τυποποίηση του GPON από την ITU στη σειρά προδιαγραφών με ονομασία G.984.x. Η αρχιτεκτονική του δικτύου που περιγράφεται σε αυτά τα πρωτόκολλα έχει πολλές ομοιότητες με την αρχιτεκτονική του ATM-PON. Ο μέγιστος αριθμός διαχωρισμού του σήματος στον παθητικό διαιρέτη είναι 128 και η μέγιστη απόσταση ενός ONU από το OLT είναι 20Km. Στην κατερχόμενη κατεύθυνση (downstream) οι ρυθμοί μετάδοσης που υποστηρίζονται είναι ή Mbps, ενώ στην ανερχόμενη κατεύθυνση (upstream) οι ρυθμοί μετάδοσης που χρησιμοποιούνται είναι , , και Mbps. Παράλληλα, στο δίκτυο μεταδίδονται πλαίσια σταθερής διάρκειας (125 μs), που μπορούν να υποστηρίξουν διάφορες μορφές πακέτων (Ethernet, ATM, IP κτλ.). Ταυτόχρονα, η προδιαγραφή G ορίζει και το επίπεδο σύγκλισης μετάδοσης TCL (Transmission Convergence Layer), που πραγματοποιεί την προσαρμογή των δεδομένων του χρήστη πάνω στο PMD επίπεδο, ενώ παράλληλα παρέχει τις βασικές παραμέτρους διαχείρισης του δικτύου Οφέλη APON-EPON-GPON Οφέλη των Οπτικών Παθητικών Δικτύων ATM Η συντήρηση της οπτικής ίνας είναι οικονομικότερη από αυτή των συστημάτων που βασίζονται στο χαλκό με αποτέλεσμα οι πάροχοι να 12

13 μειώνουν το κόστος και να αυξάνεται το κέρδος τους ή να έχουν τη δυνατότητα να χαμηλώνουν τις τιμές με αποτέλεσμα να γίνονται πιο ανταγωνιστικοί. Στα δίκτυα ΑΤΜ-ΡΟΝ οι οπτικές διεπαφές βρίσκονται στις μονάδες OLT οπότε μία μόνο ίνα χρησιμοποιείται για να εξυπηρετήσει μέχρι 64 τελικές τοποθεσίες χρηστών. Πραγματοποιείται συσσώρευση κελιών ΑΤΜ στις μονάδες OLT. Η συσσώρευση αυτή επιτρέπει στους παρόχους να εξυπηρετούν πολύ περισσότερους χρήστες από ότι στην περίπτωση που θα χρησιμοποιούνταν μόνο τεχνικές βασισμένες στην πολύπλεξη TDM. Επιπλέον επειδή οι μονάδες ΟΝU μοιράζονται την ίδια ίνα και οπτικό διαιρέτη, μοιράζονται κατ επέκταση και το εύρος ζώνης οπότε με κατάλληλα πρωτόκολλα δυναμικής ανάθεσης του εύρους ζώνης είναι δυνατό να εξυπηρετεί ο πάροχος ακόμα περισσότερους χρήστες. Ακόμα κρίνεται εύκολη η αύξηση του εύρους ζώνης μιας δεδομένης ζεύξης αν αυτό απαιτηθεί μελλοντικά. Τέλος τα ενεργητικά εξαρτήματα του δικτύου ΑΡΟΝ τοποθετούνται στο κτίριο του πελάτη ή στο κέντρο μεταγωγής και όχι σε εξωτερικά εγκατεστημένα τερματικά. Με τον τρόπο αυτό εξαλείφονται οι δαπάνες για συστήματα εφεδρικών μπαταριών και τα ενεργητικά στοιχεία που πρέπει να είναι ανθεκτικά στις μεγάλες μεταβολές της θερμοκρασίας. Οφέλη των Οπτικών Παθητικών Δικτύων EPON Τα δίκτυα ΕΡΟΝ προσέφεραν το υψηλότερο εύρος ζώνης στους πελάτες συγκριτικά με οποιοδήποτε άλλο δίκτυο ΡΟΝ. 13

14 Επομένως μπορούν να υποστηριχθούν περισσότεροι συνδρομητές από τα δίκτυα ΕΡΟΝ, να διατίθεται περισσότερο εύρος ανά συνδρομητή Καλύτερη ποιότητα υπηρεσίας και δυνατότητα υποστήριξης υπηρεσιών video. Tα δίκτυα ΕΡΟΝ οδηγούσαν σε μείωση των δαπανών μέσω της εξάλειψης των πολύπλοκων και ακριβών στοιχείων ΑΤΜ και SONET και δραματική απλοποίηση της αρχιτεκτονικής του δικτύου. Εξάλειψη του κόστους συντήρησης των εξωτερικών εγκαταστάσεων δεδομένου ότι δεν χρησιμοποιούνται ηλεκτρονικά στοιχεία σε αυτές Τέλος, οι διεπαφές Ethernet εξάλειψαν την ανάγκη για επιπλέον μονάδες DSL ή cable modems γεγονός που οδηγούσε σε περαιτέρω μείωση του κόστους. Οφέλη των Οπτικών Παθητικών Δικτύων GPON Το Generic Framing Procedure (GFP) πρωτόκολλο χρησιμοποιείται για να παρέχει υποστήριξη τόσο για υπηρεσίες φωνής και δεδομένων. Ένα μεγάλο πλεονέκτημα της GPON σε σχέση με άλλα συστήματα είναι ότι παρέχει διασυνδέσεις σε όλες τις κύριες υπηρεσίες που παρέχονται. Η χρήση του GFP εγγυάται ότι τα πακέτα που ανήκουν σε διαφορετικά πρωτόκολλα θα μπορούσαν να μεταδοθούν στην αρχική τους μορφή. Παροχή υψηλών ρυθμών μετάδοσης, έως και 2.5 Gbps τόσο στο upstream όσο και στο downstream. 14

15 1.2 Οικονομική Γεωγραφική Εξάπλωση Παθητικών Δικτύων Σε παγκόσμιο επίπεδο, οι χρήστες DSL αντιπροσωπεύουν ένα μεγάλο ποσοστό των χρηστών Ethernet. Η υπηρεσία DSL είναι γενικά αρκετά μεταβατική η οποία δεν μπορεί να ικανοποιήσει τις συνεχώς υψηλές απαιτήσεις ταχύτητας του πελάτη στο μέλλον. Η σύνδεση FTTH γίνεται η προτιμώμενη λύση, λόγο της υψηλής ταχύτητας κυρίως. Για οικονομικούς, πολιτικούς και τεχνικούς λόγους, η τεχνολογία των EPON δεν έχει κυριαρχήσει στην παγκόσμια αγορά καθολικά. Οι κυριότερες χώρες που επενδύουν την έρευνα, εφαρμογή και προώθηση είναι η Κίνα, η Ιαπωνία, η Κορέα, οι ΗΠΑ, καθώς και η Σουηδία και η Ιταλία. Στην Ελλάδα τα τελευταία δύο χρόνια πραγματοποιείται σημαντική προσπάθεια για την εγκαθίδρυση και εξάπλωση της τεχνολογίας των οπτικών δικτύων σε Fiber to the Cabine (FTTC) καθώς και Fiber to the home (FTTH) Ιαπωνία κ Κορέα Η Ιαπωνία είναι η ίσως η πιο ανεπτυγμένη χώρα όσο αφορά το FTTH. Ο λόγος είναι το "E-Japan" [11] που αποτελεί την καλύτερα εφαρμοζόμενη στρατηγική. Φυσικά απαιτείται στην αγορά ευρυζωνικών συνδέσεων να υπάρχει ένα ποσοστό, πάνω από το ένα τρίτο των χρηστών ή των νοικοκυριών που χρησιμοποιούν τις οπτικές ίνες. Την ίδια στιγμή υπάρχουν πολλές επιχειρήσεις που συμμετέχουν στην αγορά FTTH, λόγω των ανοικτών πολιτικών της χώρας καθώς και των ανταγωνιστικών πολιτικών που έχουν υιοθετηθεί (παράδειγμα αποτελεί η YAHOOBB που έκανε δυνατή την διάθεση του EPON σε εκατομμύρια χρήστες ). Στατιστικά στοιχεία που εκδίδονται από το Υπουργείο Δημόσιας Διοίκησης έδειξαν ότι, οι χρήστες του FTTH έχουν φτάσει τα 11εκ. στο τέλος του 2007, ποσοστό που αγγίζει το 40% επί του συνόλου των χρηστών στην Ιαπωνία. Σε παρόμοια πλαίσια και η Κορέα η οποία αποτελεί την χώρα με τον υψηλότερο ρυθμό αύξησης τα τελευταία χρόνια. Το πλήθος των χρηστών είναι 4,5 εκ. χρήστες στα τέλη του Αμερική Τον Μάρτιο του 2003, η Ομοσπονδιακή Επιτροπή Επικοινωνιών (FCC) δημοσίευσε νέους κανονισμούς για τις ευρυζωνικές συνδέσεις και αποφάσισε 15

16 διαφορετικές πολιτικές ελέγχου σχετικά με το DSL και την πρόσβαση στο δίκτυο οπτικών ινών [12]. Οι τρείς μεγαλύτεροι πάροχοι στις Ηνωμένες Πολιτείες, αποφάσισαν να εφαρμόσουν (από το 2004 και μετά) την τεχνολογία για το FTTH, με αποτέλεσμα σήμερα το δίκτυο οπτικών ινών να ξεπερνά τους 300 εκ. χρήστες Ευρώπη Η Ευρώπη είναι η πρώτη ήπειρος που ασχολήθηκε συστηματικά με την κατασκευή δικτύων οπτικής τεχνολογίας. Ειδικότερα στην Μ. Βρετανία και την Γερμανία οι πρώτες μελέτες ξεκίνησαν ήδη από το 1980 [13]. Ωστόσο, λόγω του προβλήματος της κόστους, και των χαμηλών απαιτήσεων, η πρώιμη τεχνολογία ΡΟΝ απέτυχε. Επομένως για κάποιο χρονικό διάστημα η εξέλιξη σταμάτησε. Χαρακτηριστικά μέχρι το 2002 μόνο δύο μεγάλοι πάροχοι στην Ευρώπη (Σουηδική Β2, Ιταλική Biscom) εξυπηρετούσαν και αντίστοιχα. Φυσικά οι στόχοι της ευρωπαϊκής επιτροπής, είναι οι χρήστες FTTH στην Ευρώπη να φτάσουν τα 8 εκ. μέχρι το Κίνα Από το 2003, υπήρξε αυξανόμενο στην Κίνα σχετικά με το FTTH [14]. Διάφοροι φορείς ξεκίνησαν την κατασκευή ενός δικτύου δοκιμών. Η China Netcom έχει υιοθετήσει τον εξοπλισμό για EPON της εταιρίας Salira ώστε να παρέχει υπηρεσίες οπτικής τεχνολογίας τόσο στο Πεκίνο όσο και στην Τσανγκσά. Η Great Wall Broadband Network Service Co., Ltd μετά από συμφωνία με την Fujitsu εφάρμοσε την τεχνολογία σε μεγάλη κλίμακα στο Πεκίνο και σε άλλες μεγάλες πόλεις, με απώτερο στόχο να επεκταθεί σε ολόκληρη την χώρα. Οι εμπορικές εκδόσεις τεχνολογίας οπτικών δικτύων από την Netcom, την Guangzhou Telecom και την Chongqing Telecom υπήρξαν πολύ επιτυχείς. Ενδεικτικά είναι και τα στοιχεία που αναφέρουν ότι μέχρι το τέλος του 2007, το πλήθος των χρηστών ξεπέρασε τις 100 χιλιάδες Ελλάδα Η χώρα μας σε σχέση με τις άλλες χώρες μέλη της Ευρωπαϊκής Ένωσης δεν έχει ακολουθήσει την ίδια πορεία σε σχέση με την κατασκευή δικτυακών υποδομών υψηλών ταχυτήτων. Για την ακρίβεια η υστέρηση που παρατηρείται είναι εμφανής και όλοι οι επίσημοι δείκτες της Ευρωπαϊκής Ένωσης το φανερώνουν. Για παράδειγμα εδώ και ένα περίπου χρόνο η διείσδυση της Ευρυζωνικότητας στη 16

17 χώρας μας κυμαίνεται σε πολύ χαμηλά επίπεδα τα οποία κατατάσσουν τη χώρα μας στην τελευταία θέση στον τομέα αυτό στην ΕΕ των 15 και στις δύο τελευταίες θέσης της κατάταξης των 25 χώρων της ΕΕ. Ορισμένοι από τους λόγους για τους οποίους η χώρα μας υστερεί στους προαναφερθέντες τομείς είναι: Η χώρα αποτελεί σχετικά μικρή αγορά στον τομέα της πληροφορικής και των επικοινωνιών σε σχέση με της άλλες χώρες της ΕΕ. Ταυτόχρονα, η αγορά τα προηγούμενα χρόνια ειδικότερα, παρουσίαζε αρκετές ιδιαιτερότητες που κύρια οφειλόταν στην έλλειψη ενός ανταγωνιστικού τηλεπικοινωνιακού νόμου. Η χώρας μας λόγο της μορφολογίας της δεν επιτρέπει την εύκολη ανάπτυξη ευζωνικών δικτύων από άκρη σε άκρη. Απουσία ευρυζωνικών υπηρεσιών οι οποίες θα μπορούσαν θεωρητικά να δημιουργήσουν τη ζήτηση ευρυζωνικων υπηρεσιών και να αναπτύξουν μια αγορά στον τομέα αυτό. Στην Ελλάδα μόλις μετά το 2009 άρχισε το ενδιαφέρον για την εξέλιξη των υπάρχοντών δικτύων DSL σε ημι-οπτικά και στο μέλλον σε πλήρων οπτικά. Έρευνα που βρίσκεται σήμερα σε επίπεδο υλοποίησης προτείνει την μελέτη ενός οπτικού δικτύου με ταχύτητες της τάξης των 10 Gbps και το οποίο παρέχει ασύμμετρη πρόσβαση σε upstream και downstream, ώστε να είναι συμβατό με τα υπάρχοντα xdsl δίκτυα πρόσβασης. Το οπτικό δίκτυο θα βασίζεται σε τεχνολογία παθητικών οπτικών δικτύων (Passive Optical Networks PONs) για την υλοποίηση του fiber-tothe-curb τμήματος πρόσβασης, και θα αποτελείται από τον Κεντρικό Κόμβο (Central Office CO) ο οποίος θα παράγει τα οπτικά σήματα, από απομακρυσμένους κόμβους (Remote Nodes RNs) οι οποίοι θα διανέμουν το οπτικό σήμα και οπτικές δικτυακές συσκευές (Optical Network Units ONUs) οι οποίες δρουν ως διεπαφές μεταξύ του οπτικού δικτύου και τα υπάρχοντα xdsl DSLAMs. Η συγκεκριμένη μελέτη αναμένεται να έχει ολοκληρωθεί μέχρι τον Ιανουάριο του 2015 και αποτελεί ουσιαστικά το πρώτο σημαντικό βήμα της χώρας προς αυτή την κατεύθυνση. Το Μητροπολιτικό Δίκτυο Οπτικών Ινών της Πάτρας 17

18 Η πόλη του Πάτρας αποτελεί τη μεγαλύτερη πόλη της Ελλάδας μετά την Αθήνα και τη Θεσσαλονίκη ενώ ταυτόχρονα το λιμάνι της αποτελεί ένα από τα μεγαλύτερα λιμάνια στη χώρα. Αποτελεί επίσης κομβικό σημείο για τους δύο μεγάλους οδικούς άξονες της χώρας μας, τη Ιόνια οδό και την Εθνική οδό Πατρών Αθηνών Θεσσαλονίκης. Όλα αυτά τα στοιχεία την κατατάσσουν ως μια από τις σημαντικότερες πόλεις της Ελλάδος. Μια ενδεικτική τοπολογία του Μητροπολιτικού Δικτύου Οπτικών Ινών το οποίο πρόκειται να δημιουργηθεί στην Πάτρα στα πλαίσια της Πρόσκλησης 93 του Επιχειρησιακού Προγράμματος Κοινωνία της Πληροφορίας. Το δίκτυο οπτικών ινών θα διασυνδέει κτήρια δημοσίου ενδιαφέροντος στην πόλη της Πάτρας συμπεριλαμβανομένου φορέων: Δημοσίου, Υγείας, Εκπαίδευσης, Πυροσβεστικής, Δικαιοσύνης. Συνολικά το ΜΑΝ της Πάτρας θα διασυνδέσει πάνω από 300 σημεία δημοσίου ενδιαφέροντος τα οποία βρίσκονται στην ευρύτερη περιοχή των Δήμων Πατρέων και Ρίου. Ανάμεσα στα 300 σημεία βρίσκονται 3 πανεπιστημιακά ιδρύματα, 6 ερευνητικά κέντρα, 4 νοσοκομεία και 120 σχολεία πρωτοβάθμιας και δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης. Συνολικά, το μήκος της όδευσης του δικτύου οπτικών ινών της Πάτρας φτάνει τα 40 Km (Χαντακιού). Όσον αφορά την αρχιτεκτονική του δικτύου οπτικών ινών, σημειώνεται ότι αποτελείται από τρεις βασικές λογικές μονάδες: το κύριο δίκτυο, το δίκτυο διανομής και το δίκτυο πρόσβασης. Το κύριο δίκτυο αποτελείται από έναν αριθμό κόμβων (κύριοι κόμβοι) οι οποίοι συνδέονται μεταξύ τους απευθείας. Επιπλέον, το δίκτυο διανομής αποτελείται από τους κόμβους διανομής, οι οποίοι συνδέονται στους κύριους κόμβους του δικτύου με τέτοιο τρόπο ώστε κάθε κόμβος διανομής να συνδέεται είτε με δύο κύριους κόμβους είτε στον ίδιο κύριο κόμβο αλλά από διαφορετικές διαδρομές στο δίκτυο. Τέλος, το δίκτυο πρόσβασης αποτελείται από τους κόμβους πρόσβασης στους όποιους συνδέονται τα διάφορα κτίρια όπου αναλόγως των απαιτήσεων των τελικών χρηστών καθορίζονται και τα επιμέρους χαρακτηριστικά των συνδέσεων. Και στο δίκτυο πρόσβασης έχει προβλεφθεί κάθε κόμβος πρόσβασης να συνδέεται είτε με δύο κόμβους διανομής είτε στον ίδιο κόμβο διανομής από διαφορετική διαδρομή. Σε ότι αφορά τους φορείς του ευρύτερου δημοσίου που θα συνδεθούν στο δίκτυο, αυτοί ομαδοποιούνται σε τρείς 18

19 κατηγορίες: στους μεγάλους χρήστες, στους μέσους χρήστες και στους μικρούς χρήστες. Στους μεγάλους χρήστες καταλήγουν απευθείας οπτικές ίνες του δικτύου, οι μέσοι χρήστες συνδέονται στο δίκτυο με ταχύτητες Gigabit ενώ τέλος οι μικροί χρήστες συνδέονται στο δίκτυο με Fast Ethernet συνδέσεις. Συνολικά το ΜΑΝ της Πάτρας αποτελείται από: 3 κύριους κόμβους 9 κόμβους διανομής 25 κόμβους πρόσβασης 300 σημεία σύνδεσης στο δίκτυο Ενδεικτικά η τοπολογία του ΜΑΝ της Πάτρας: Εικόνα 2 Οπτικό Δίκτυο Πόλης Πάτρας Όπως παρουσιάζεται και στην παραπάνω εικόνα 2, το ΜΑΝ της Πάτρας αποτελείται από 3 δακτυλίους. Ο πρώτος δακτύλιος διασχίζει κατά μήκος την πόλη της Πάτρας και κλείνει από την περιμετρική οδό της πόλης. Στα δύο άκρα της πόλης βρίσκονται οι 2 από τους τρεις κύριους κόμβους του δικτύου που είναι το Πανεπιστήμιο Πατρών και το Ανώτατο Τεχνολογικό Ίδρυμα Πατρών. Ένας δεύτερος 19

20 δακτύλιος βρίσκεται στο εμπορικό κέντρο της πόλης όπου εκεί παρουσιάζονται πληθώρα φορέων για σύνδεση σε ποσοστό κοντά στο 40% των φορέων της πόλης. Τέλος, ο τρίτος δακτύλιος βρίσκεται στην ευρύτερη περιοχή του νοσοκομείου Άγιος Ανδρέας και διασυνδέοντας 3 από τα 4 νοσοκομεία της πόλης καθώς επίσης και το Ανώτατο Τεχνολογικό Ίδρυμα Πατρών. Εκτός από σύνδεση των δημόσιων κτιρίων με χρήση οπτικών ινών προτείνονται και συνδέσεις με χρήση άλλων εναλλακτικών τεχνολογιών ασύρματης πρόσβασης στις περιπτώσεις μεμονωμένων και απομακρυσμένων κτιρίων ή σε σημεία εντός πόλης όπου παρουσιάζεται μεγάλη πυκνότητα μικρών φορέων και η εγκατάσταση θα προκαλέσει μεγάλη αναστάτωση. Η σωστή σχεδίαση του δικτύου, η χρήση τεχνολογιών αιχμής σε ότι αφορά την οπτική υποδομή αλλά και η πρόνοια για πλεονασματικότητα του παθητικού εξοπλισμού μπορούν να εξασφαλίσουν τη δημιουργία ενός σύγχρονου τηλεπικοινωνιακού δικτύου όπως οι σύγχρονοι καιροί απαιτούν. Από την άλλη μεριά η βιωσιμότητα και η επεκτασιμότητα του δικτύου δεν εξαρτάται από τη σχεδίαση και την επιλογή των τεχνολογιών και του εξοπλισμού. Η δημιουργία/επιλογή του κατάλληλου επιχειρηματικού σχήματος/μοντέλου είναι αυτή η οποία θα εξασφαλίσει τη βιωσιμότητα των υποδομών, την εμπορική τους εκμετάλλευση και την πιθανή επέκτασή τους. 20

21 Εικόνα 3 Οικονομικά Δεδομένα Έτους 2009 Εικόνα 4 Οικονομικά Δεδομένα Έτους

22 Οι εικόνες 3,4 παραπάνω παρουσιάζουν μια συγκεντρωτική μελέτη σχετικά με το ποσοστό εισχώρησης της οπτικής τεχνολογίας σε διάφορες χώρες [15]. Τα αποτελέσματα δημοσιεύτηκαν από το συμβούλιο για το FTTH το 2009 (εικόνα 2) και 2011 (εικόνα 3) αντίστοιχα. Όπως μπορούμε να παρατηρήσουμε με μπλε χρώμα αναπαρίστανται οι fiber-to-the-home συνδρομητές/συνδέσεις ενώ με πορτοκαλί οι fiber-to-the-building συνδρομητές/συνδέσεις. Ενδιαφέρον παρουσιάζει το γεγονός ότι τόσο το 2009 όσο και το 2011, οι ασιατικές χώρες καταλαμβάνουν τις πρώτες θέσεις παγκοσμίως. Επιπλέον παρατηρείται μια σημαντική ανάπτυξη το χρονικό διάστημα στα UAE (Ηνωμένα Αραβικά Εμιράτα), που καταφέρνουν σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα να σκαρφαλώσουν στην 2 η θέση παγκοσμίως ξεπερνώντας το Hong-Kong. Τέλος οι ευρωπαϊκές χώρες καταλαμβάνουν θέσεις από την 4 η και έπειτα, ενώ οι Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής περιορίζονται περίπου στο μέσο όρο. 1.3 Βασικά Πλεονεκτήματα των Ethernet Passive Optical Networks Ένας από τους βασικότερους στόχους του EPON ήταν να εξαλειφθεί η πολυπλοκότητα καθώς και η δαπανηρή κατασκευή της τεχνολογίας ATM. Η τεχνολογία των Ethernet δικτύων θεωρείται από πολλούς η πιο επιτυχημένη στα LAN δίκτυα μέχρι και σήμερα. Η συμβατότητα του EPON με το πρωτόκολλο Ethernet αποτελεί ένα από τα βασικά πλεονεκτήματα. Το χαμηλό κόστος του δικτύου EPON οφείλεται κυρίως σε: μείωση της χρήσης οπτικών ινών, οπτικού πομποδέκτη και εξοπλισμού στο group center [16]. Η τιμή των οπτικών ινών εξακολουθεί να μειώνεται όπως και το κόστος του ηλεκτροπτικού εξοπλισμού. Το γεγονός αυτό οδηγεί όλο και περισσότερες εταιρίες να επενδύουν σε αυτή την τεχνολογία. Η απόσταση που καλύπτουν τα δίκτυα EPON μπορεί να φτάσει μέχρι και τα 20km γεγονός που λύνει σημαντικά προβλήματα δικτύων όπως το bοotleneck σε δικτυώσεις χαλκού ή ακόμα και ασύρματων επικοινωνιών. 22

23 Το EPON δίκτυο μπορεί να υποστηρίξει πλήθος άλλων υπηρεσιών (Internet, δίκτυο τηλεφώνου, δίκτυο διαδικτυακής τηλεόρασης) καθώς μπορεί να ενσωματώσει IP πακέτα στα ethernet πακέτα ώστε να είναι δυνατή η μετάδοσή τους. Αποτελεί ένα μέσο υψηλής αξιοπιστίας, καθώς το κανάλι οπτικής μετάδοσης αποτελείται από οπτικές ίνες και παθητικές οπτικές συσκευές, οι οποίες συμβάλλουν αποτελεσματικά στην αποφυγή ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών κατά την μετάδοση των πληροφοριών. Λύνει το πρόβλημα του bottleneck όσο αφορά τους τελικούς χρήστες, καθώς το υψηλό εύρος ζώνης (έως 10 Gbps) που παρέχεται από για τους χρήστες πληροί τις απαιτήσεις τους για διάφορες υπηρεσίες, όπως πρόσβαση στο Internet, video on demand, βίντεο τηλεφωνία, ψηφιακή τηλεόραση υψηλής ευκρίνειας και άλλες ανάγκες. Επομένως το παρεχόμενο εύρος ζώνης κατανέμεται δυναμικά βάση των απαιτήσεων που έχουν οι χρήστες κάθε στιγμή. Το EΡΟΝ επιτρέπει εύκολες αναβαθμίσεις σε υψηλότερους ρυθμούς bit ή με προσθήκη επιπρόσθετων μηκών κύματος. Αυτό είναι εφικτό επειδή οι παθητικοί διαιρέτες (splitters) και συνδυαστές (combiners) παρέχουν πλήρη διαφάνεια στο μονοπάτι μεταξύ του CO και των χρηστών. 1.4 Σύνοψη Κεφαλαίου Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάστηκαν γενικά στοιχεία που αφορούν τα παθητικά οπτικά δίκτυα. Πιο συγκεκριμένα αναφέρθηκαν στοιχεία για το APON/BPON, EPON, GPON τεχνολογίες καθώς και τα οφέλη αυτών. Στην συνέχεια οικονομοτεχνικά στοιχεία τα οποία αφορούν την εξάπλωση των σύγχρονων τεχνολογιών οπτικών δικτύων σε όλο τον κόσμο από το 2009 έως το Επικεντρώσαμε όμως τη μελέτη μας σε χώρες όπως: Ιαπωνία-Κορέα Αμερική, 23

24 Ευρώπη, Κίνα, Ελλάδα ώστε να υπάρχει μια σφαιρική εικόνα της εφαρμογής των οπτικών δικτύων ανά ήπειρο καθώς επίσης και την ανάπτυξη τους στη χώρα μας. Η μελέτη της επεκτασιμότητας των οπτικών δικτύων αναφέρθηκε ιδιαίτερα στην χώρα μας και συγκεκριμένα στην πόλη της Πάτρας, ώστε να αναπτυχθεί μια σφαιρική εικόνα των μελετών που γίνονται και που πρόκειται να γίνουν, όπως επίσης και της απτής εφαρμογής των σύγχρονων τεχνολογιών στην Ελλάδα. Κεφάλαιο 2 - Πρωτόκολλο EPON 2.1 Αρχιτεκτονική δικτύων PON Η σημαντικότερη πτυχή των παθητικών οπτικών δικτύων όπως αναφέραμε ήδη είναι η απλότητα και η αξιοπιστία. Το Optical Line Terminal (OLT) είναι το κύριο στοιχείο του δικτύου και τοποθετείται συνήθως στο Local Exchange. Οι Optical Network Units (ONUs) χρησιμεύουν ως διεπαφή με το δίκτυο και έχουν αναπτυχθεί στην πλευρά του χρήστη. Οι ONUs είναι συνδεδεμένες με το OLT μέσα από μια οπτική ίνα χωρίς να υπάρχουν ενεργά στοιχεία που να παρεμβάλλονται στην σύνδεση. Μία μεμονωμένη ONU μπορεί να εξυπηρετήσει περιπτώσεις συνδέσεων όπως FTTN (Fiber to the Node), FTTH (Fiber to the Home), FTTC (Fiber to the Cabinet), FTTB (Fiber to the building) αναλόγως σε κάθε περίπτωση με τις τρέχουσες ανάγκες του δικτύου που θέλουμε να εξυπηρετήσουμε. Το ΡΟΝ έχει μια παθητική συσκευή (δηλαδή δεν απαιτεί καθόλου ισχύ) για να διαιρεί το οπτικό σήμα από μια οπτική ίνα σε αρκετές οπτικές ίνες και, αντίστροφα, για να συνδυάζει τα οπτικά σήματα από πολλές οπτικές ίνες σε μία. Η συσκευή αυτή είναι ο οπτικός συζεύκτης (optical coupler). Στην πιο απλή του μορφή, ο οπτικός συζευκτής αποτελείται από δύο οπτικές ίνες, ενωμένες μεταξύ τους μετά από τήξη. Η ισχύς του σήματος που εισέρχεται στη θύρα εισόδου διαιρείται μεταξύ των δύο θυρών εξόδου. Ο λόγος διαίρεσης (splitting ratio) της ισχύος ενός διαιρέτη μπορεί να ρυθμιστεί από το μήκος της κοινής περιοχής των δύο ινών μετά την τήξη τους και για αυτό το λόγο αποτελεί μια σταθερή παράμετρο. 24

25 Οι πιο γνωστές τοπολογίες που χρησιμοποιούνται σήμερα παρατίθενται ακολούθως: Τοπολογία Δέντρου(Tree Topology) Όπως φαίνεται στην Εικόνα 5, ο οπτικός διαχωριστής (optical splitter) χρησιμοποιείται για να διαχωρίσει το οπτικό σήμα από την OLT προς κάθε ONU στο δίκτυο. 25

26 Εικόνα 5 Τοπολογία Δέντρου Τοπολογία Δακτυλίου (Ring Topology) Στην συγκριμένη τοπολογία όπως παρουσιάζεται στην εικόνα 6, στον δακτύλιο οι ONUs συνδέονται μέσω tap couplers οι οποίοι διαθέτουν δύο θύρες εισόδου και δύο θύρες εξόδου. Εικόνα 6 Τοπολογία Δακτυλίου Τοπολογία Αρτηρίας (Bus Topology) Στην τοπολογία αρτηρίας οι ONUs συνδέονται στο βασική οπτική ίνα σύνδεσης με χρήση tap coupler ο οποίος περιλαμβάνει μια θύρα εισόδου και δύο θύρες εξόδου. 26

27 Εικόνα 7 Τοπολογία Αρτηρίας Αυτές οι τοπολογίες μπορούν να τροποποιηθούν περαιτέρω με εισαγωγή επιπλέον συνδέσμων όταν κριθεί απαραίτητο για την προστασία του δικτύου. Στην δική μας περίπτωση υλοποιήθηκε, όπως θα αναλύσουμε σε επόμενο κεφάλαιο, τοπολογία δέντρου. 2.2 Περιγραφή πρωτοκόλλου EPON Το πρότυπο του EPON έχει σαν βασική αρχή του την επέκταση του Ethenet MAC layer frame, με σκοπό την επέκταση και επαναχρησιμοποίηση υπάρχοντος εξοπλισμού. Από την άποψη αυτή, διασφαλίζοντας τη συμβατότητα με τα υφιστάμενα πρότυπα δικτύου Ethernet αποτέλεσε ένα βασικό θέμα. Η επίτευξη μιας απρόσκοπτης συνεργασία μεταξύ EPON και υπάρχοντων συστημάτων που που να συμμορφώνονται με την γενική αρχιτεκτονική του πρωτοκόλλου Ethernet, ορίζονται στο πρότυπο IEEE 802 [17]. Στο IEEE 802 περιλαμβάνονται δύο διαφορετικές αρχιτεκτονικές πρόσβασης α) shared media, β) full-duplex. Στην πρώτη περίπτωση του shared media μόνο μία από όλες τις μονάδες που είναι συνδεδεμένες στο δίκτυο μπορεί να μεταδώσει, ενώ όλες οι υπόλοιπες μονάδες είναι σε listening mode. Σε αντίθετη περίπτωση όπως η full duplex επιτρέπει την ταυτόχρονη μετάδοση δεδομένων από περισσότερους του ενός σταθμούς οι οποίοι συνδέονται όμως μεταξύ τους με point-to-point σύνδεση. Το IEEE Ethernet LAN Standard πρωτόκολλο στηρίζεται σε μεγάλο βαθμό στην έννοια της γεφύρωσης (bridging). Μια γέφυρα είναι ένας σταθμός δικτύου που είναι υπεύθυνος για την συνδεσμολογία πολλών τομέων πρόσβασης. Μια τέτοια προσέγγιση όμως θα 27

28 εμφάνιζε ασυμφωνία μεταξύ του EPON και της Ethernet αρχιτεκτονικής. Για το σκοπό αυτό ο Kramer θέσπισε ειδικό υποεπίπεδο που βοηθά στην επίλυσή του προβλήματος συμβατότητας και εξασφάλισε με αυτό τον τρόπο την ομαλή ένταξη της EPON αρχιτεκτονικής σε άλλα Ethernet δίκτυα. Η λειτουργία του εν λόγω υπόστρωμα βασίζεται στη σήμανση του πλαισίου Ethernet με ετικέτες ID s. Σε κάθε ONU αποδίδεται μια μοναδική ετικέτα που μεταδίδεται πριν από την μετάδοση κάθε πλαισίου. Ένα σύστημα EPON ακολουθεί αρχιτεκτονική TDM PON, δηλαδή επιτρέπει τη χρήση ενός μεμονωμένου παθητικού συζευκτή και μιας μεμονωμένης μονότροπης οπτικής ίνας και για τις δύο κατευθύνσεις, με συγκεκριμένο μήκος κύματος για την ανοδική και ένα διαφορετικό για την καθοδική μετάδοση. Συνήθως χρησιμοποιείται το μήκος κύματος των 1550 nm για την καθοδική μετάδοση (downstream data transmission) και το μήκος κύματος των 1310 nm για την ανοδική μετάδοση (upstream data tramsmission). Ο λόγος της επιλογής αυτών των δύο μηκών κύματος είναι ότι σε αυτά τα δύο εμφανίζεται η ελάχιστη καθυστέρηση που παρουσιάζει η καμπύλη εξασθένισης (attenuation) μιας οπτικής ίνας. Η οπτική ίνα με μήκος κύματος στα 1550 nm παρουσιάζει μικρότερη εξασθένιση σε σχέση με αυτό των 1310 nm. Γραφική Παράσταση 1 1 Εξασθένιση σήματος σε σχέση με το μήκος κύματος Στην γραφική παράσταση 1 παρουσιάζεται η εξάρτηση των απωλειών μιας τυπικής οπτικής ίνας σε σχέση με το χρησιμοποιούμενο μήκος κύματος και με 28

29 τους μηχανισμούς που τις προκαλούν. Φαίνονται οι περιοχές των 850nm, 1300nm και 1550nm. Στις δύο τελευταίες φαίνεται ότι η οπτική ίνα παρουσιάζει μικρή εξασθένιση σε σχέση με την πρώτη. Οι τρεις αυτές περιοχές, γνωστές και σαν «φασματικά παράθυρα» των οπτικών επικοινωνιών, είναι οι κυριότερες περιοχές μηκών κύματος που χρησιμοποιούνται σήμερα για την μετάδοση. Η επιλογή μεταξύ αυτών των δύο μηκών κύματος για την ανοδική και την καθοδική μετάδοση είναι αντίστοιχη του γεγονότος ότι στην καθοδική κατεύθυνση το οπτικό σήμα διαχωρίζεται στον παθητικό διαιρέτη και επομένως εξασθενεί, ώστε υπάρχει ανάγκη για μικρότερη εξασθένιση της οπτικής ίνας σε αυτή την κατεύθυνση μετάδοσης για να μπορέσουν τα ONUs να λάβουν ικανοποιητικό επίπεδο οπτικού σήματος. Επειδή το πρωτόκολλο του EPON αποτελεί βασικό σημείο σε ολόκληρη την μελέτη, θα παρουσιαστεί στην συνέχεια του κεφαλαίου αναλυτική περιγραφή για την μετάδοση των δεδομένων καθώς και της δομής των πλαισίων δεδομένων ενώ θα ολοκληρωθεί με την αναλυτική προσέγγιση των τεχνικών της δυναμικής ανάθεσης εύρους ζώνης. 2.3 EPON Καθοδική Μετάδοση Δεδομένων Στην καθοδική μετάδοση δεδομένων του πρωτοκόλλου EPON, εφαρμόζεται η γνωστή τεχνική της πολυπλεξίας με διαίρεση χρόνου. Η μονάδα OLT είναι υπεύθυνη για την εφαρμογή της σε πολλαπλές μονάδες ONU του δικτύου για την μεταφορά δεδομένων στην καθοδική μετάδοση. Κατά την διαδικασία του registration των ONUs, σύμφωνα με το IEEE 802.3ah ανατίθεται ένα μοναδικό αναγνωριστικό ID, γνωστό ως LLID (Link Layer Identifier) [18]. Το αναγνωριστικό θα πρέπει να περιλαμβάνεται στην αρχή κάθε πακέτου που πρόκειται να σταλεί από την συγκεκριμένη ONU. 29

30 Εικόνα 8 Καθοδική Μετάδοση Δεδομένων Όπως φαίνεται στην εικόνα 8 η ροή των πακέτων χωρίζεται σε 3 ομάδες ανάλογα με το LLID που περιέχει, ώστε να σταλεί στην σωστή ONU. Τα πακέτα είναι μεταβλητού μήκους με μέγιστο μήκος 1518 bytes, σύμφωνα με το πρωτόκολλο ΙΕΕΕ Επιπλέον κάποια πακέτα είναι δυνατό να προορίζονται για όλες τις μονάδες ONU (broadcast packets) ενώ άλλα για μία δεδομένη ομάδα ONU (multicast packets). Καθώς το σήμα φτάνει στην ONU εκείνη ελέγχει εάν το πακέτο προορίζεται για το συγκεκριμένο τελικό χρήστη επομένως το δέχεται, ενώ σε αντίθετη περίπτωση το απορρίπτει. Για παράδειγμα η ONU2 λαμβάνει τα πακέτα 2,1,3,1 αλλά τελικώς κρατάει μόνο το πακέτο EPON Ανοδική Μετάδοση Δεδομένων Όπως στην ανοδική μετάδοση έτσι και στην καθοδική μετάδοση δεδομένων εφαρμόζεται πολυπλεξία με διαίρεση χρόνου (TDMA). Ο σκοπός είναι να παραχωρηθούν διαφορετικές χρονοθυρίδες σε διαφορετικές ONUs ώστε να μοιράζονται από κοινού το εύρος ζώνης. Το OLT όσο και οι ONUs περιλαμβάνουν ρολόγια τα οποία είναι συγχρονισμένα μεταξύ τους. Ο λόγος είναι ότι μετά την εντολή ανάθεσης εύρους ζώνης από το OLT οι ONUs οφείλουν να στείλουν τα δεδομένα τους στο χρονικό πλαίσιο που τους έχει ανατεθεί. Με τον τρόπο αυτό πετυχαίνουμε σωστή μετάδοση πακέτων αποφεύγοντας το ενδεχόμενο συγκρούσεων πολλαπλών ONUs που συνδυάζονται στην κοινή οπτική ίνα. 30

31 Εικόνα 9 Ανοδική Μετάδοση Δεδομένων Όπως φαίνεται σχηματικά στην εικόνα 9 τα πακέτα κάθε ONU έχουν μοναδικό LLID ενώ η μετάδοση ακολουθεί συγκεκριμένη χρονική ακολουθία με αποτέλεσμα να μην εντοπίζονται συγκρούσεις κατά την λήψη των πακέτων από το OLT. 2.5 Στοίβα ΠρωτοκόλλουEPON Η αρχιτεκτονική του πρωτοκόλλου βασίζεται κατά κύριο λόγο στο Ethernet MAC το οποίο τροποποιήθηκε κατάλληλα από την ομάδα εργασίας του Η στοίβα πρωτοκόλλων της τεχνολογίας ΕΡΟΝ είναι πλήρως συμβατή με την αρχιτεκτονική διαστρωμάτωσης του ΙΕΕΕ Η λειτουργία της βασίζεται στην ανάγκη για προσαρμογή των πρωτοκόλλων στις ιδιαιτερότητες που εμφανίζουν τα τοπικά δίκτυα Ethernet. Σκοπός είναι να καλυφθούν όλες οι νέες απαιτήσεις, με αποτέλεσμα η επίδραση να εμφανίζεται στα χαμηλότερα στρώματα [19] (φυσικό και υπόστρωμα ελέγχου πολλαπλής προσπέλασης). Στην παρακάτω εικόνα 10 παρατίθενται σχηματικά οι αλλαγές. 31

32 Εικόνα 10 Αρχιτεκτονική EPON FEC = forward error correction, GMII = Giga medium independent interface, PCS = physical code sublayer, MDI = medium dependent interface, OAM = operation, management and maintenance, PMD = physical media dependent sublayer, PMA = physical medium attachment sublayer RS = reconciliation sublayer. Το φυσικό στρώμα (physical layer) υποδιαιρείται σε τρία επί μέρους υπο-στρώματα PCS,PMA,PΜD. 32

33 Εικόνα 11 Δομή Φυσικού Επιπέδου PCS Το υποεπίπεδο PCS ορίζει την μέθοδο κωδικοποίησης των δεδομένων. Η κωδικοποίηση γίνεται σε 8b/10b περιλαμβάνοντας επιπλέον FEC έλεγχο. Η 8b/10b κωδικοποίηση παράγει μια ακολουθία παλμών δεδομένων από 0 και 1. Εκτελεί επίσης έναν αριθμό λειτουργιών για την ομαλή ροή των δεδομένων πάνω από το δίκτυο. PMA Το υποεπίπεδο PMA ορίζει το χρονικό διάστημα που απαιτείται από το OLT για να επιτύχει bit-level συγχρονισμό με χρήση δύο μεθόδων, της CDR και της αυτοσυσχέτισης. Ο συνολικό χρόνος που απαιτείται κατά μέσο όρο είναι 32 ns. PMD Το υποεπίπεδο PMD ορίζει όλες τις απαραίτητες ρυθμίσεις λειτουργίας του οπτικού αποδιαμορφωτή καθώς επίσης και όλα τα χαρακτηριστικά του οπτικού συστήματος μετάδοσης. 33

34 2.6 Δομή πλαισίουepon Τα πλαίσια (frames) δεδομένων στο ΕΡΟΝ είναι πλήρως συμβατά με το πρωτόκολλο ΙΕΕΕ και αποτελούν συνένωση ενός ή περισσότερων πλαισίων Ethernet σε ένα πλαίσιο. Η μορφή του πλαισίου μετάδοσης διαφοροποιείται ανάλογα με την κατεύθυνση αποστολής. Έτσι θα παρουσιαστεί η μορφή τόσο για την ανοδική όσο και την καθοδική μετάδοση. Στην καθοδική μετάδοση δεδομένων η μορφή του EPON πλαισίου παρουσιάζεται στην εικόνα 12. Το πλαίσιο χωρίζεται σε frame που είναι σταθερού μεγέθους, ενώ κάθε frame περιλαμβάνει διαφορετικό πλήθος πακέτων μεταβλητού μεγέθους. Στην αρχή κάθε frame περιλαμβάνεται πληροφορία σχετικά με τον συγχρονισμό των ONUs με το OLT. Η πληροφορία σχετικά με το χρονικό διάστημα συγχρονισμού διαμορφώνεται πάντα ανάλογα με το μέγεθος του frame μετάδοσης. Σε κάθε πακέτο πληροφορίας του frame ένα μοναδικό αναγνωριστικό (συνήθως σειριακός αριθμός) προσδιορίζει την ONU προορισμού. Εικόνα 12 Δομή πλαισίου EPON Στην ανοδική μετάδοση δεδομένων, όπως παρουσιάζεται στην εικόνα 13, τα frame δεδομένων ανόδου υποδιαιρούνται σε χρονοσχισμές (slots) αφιερωμένες σε κάθε μία από τις μονάδες ONU που είναι ενεργές στο δίκτυο. Κάθε μονάδα ONU μπορεί να μεταδώσει ένα ή και περισσότερα πλαίσια Ethernet στη διάρκεια της αντίστοιχης σχισμής. 34

35 Εικόνα 13 Δομή πλαισίου Ανοδικής Μετάδοσης Στην συνέχεια της ανάλυσης μας, αξίζει να επικεντρώσουμε πιο αναλυτικά στην ακριβή δομή του πλαισίου (frame) [20]. Αναλυτικότερα τα πεδία εμφανίζονται στην εικόνα 14, που ακολουθεί. Εικόνα 14 Πεδία πλαισίου EPON Preamble Η προδιαγραφή του πρωτοκόλλου διαιρεί το πρόθεμα (preamble) σε δύο τμήματα. Το πρώτο τμήμα είναι ένα πεδίο των 56 bit (7 byte) συν ένα πεδίο το ενός 1 byte που ονομάζεται starting frame delimiter (SFD). Το πρόθεμα δεν χρησιμοποιείται συνήθως στα σύγχρονα δίκτυα ethernet, όμως η λειτουργία του είναι να παρέχει το κατάλληλο σήμα του χρόνου εκκίνησης για δίκτυα ethernet της τάξης των 10Mbps. Σε ταχύτητες δικτύων που παρέχονται σήμερα της τάξης των 100Mbps, 1000Mbps ή 10Gbps γίνεται χρήση της σταθερής σηματοδότησης, η οποία αποφεύγει την ανάγκη για το πεδίο preamble. 35

36 Destination and Source Address Τα συγκεκριμένα πεδία του frame περιλαμβάνουν πληροφορία σχετικά με την διεύθυνση MAC πηγής και διεύθυνση προορισμού των δεδομένων. Type/Length Το πεδίο type/length ορίζει τον τύπο του πρωτοκόλλου, σε υψηλότερο επίπεδο, που μεταφέρεται μέσω του frame. Data/Payload Το πεδίο δεδομένων (data) προσδιορίζει το πλήθος των δεδομένων που πρόκειται να μεταδοθούν. Το μέγεθος των δεδομένων ορίζεται μεταξύ των 64 bytes και 1500 bytes. Frame Check Sequence (CRC) Το τέλος του πλαισίου περιέχει ένα πεδίο των 32 bit, το οποίο ονομάζεται Cyclic Redundancy check (CRC). Πρόκειται για ένα μηχανισμό για να ελέγχει την ακεραιότητα του πλαισίου κατά την άφιξή τους στον προορισμό. Η ακολουθία των bits παράγεται στην πηγή αποστολής μέσω ενός πολυωνύμου, πριν από τη μετάδοσή του. Στην διεύθυνση προορισμού χρησιμοποιείται αντίστοιχο πολυώνυμο ώστε να επιβεβαιωθεί η ακέραιη λήψη του frame. Όπως φαίνεται στην εικόνα 14 το τυποποιημένο πλαίσιο έχει μέγιστο μέγεθος της τάξης των 1518 bytes περιλαμβάνοντας όλα τα πεδία του πλαισίου. Μια άλλη σημαντική παρατήρηση είναι ότι έχει καθοριστεί ένα ελάχιστο μέγεθος του ωφέλιμου φορτίου των 46 bytes. Τα 46 bytes σύν τα 18 bytes της σηματοδότησης ορίζουν το συνολικό ελάχιστο μέγεθος πλαισίου σε 64 bytes. Οι περισσότερες εταιρίες κατασκευής εξοπλισμού οπτικών δικτύων υιοθετούν το μέγεθος των 64 bytes στα πλαίσια μετάδοσης, ως μέτρο σύγκρισης. Επομένως στις προδιαγραφές λειτουργείας αναφέροντας δυνατότητα μετάδοσης 10 εκ. πλαισίων ανά δευτερόλεπτο, τα μέγεθος τους ορίζεται στα 64 bytes. Ουσιαστικά ο λόγος μετάδοσης μικρών σε μέγεθος πλαισίων εξυπηρετεί στην συνολική μείωση της καθυστέρησης μετάδοσης. 36

37 2.7 Πρωτόκολλο δυναμικής ανάθεσης εύρους ζώνης σε EPON Multi-point control protocol (MPCP) Μια από τις σημαντικότερες συνθήκες με την οποία πρέπει να συμμορφωθεί το EPON για να είναι μέρος του προτύπου ΙΕΕΕ 802.3, είναι η χρήση του υπάρχοντος υποεπιπέδου MAC του Ethernet [21]. Εάν το EPON υιοθετήσει διαφορετική λογική πρόσβασης στο μέσο, το πιθανότερο είναι να γίνει ένα νέο πρότυπο, ανεξάρτητο από το ΙΕΕΕ Ethernet. Μολονότι η διαιτησία της μετάδοσης είναι μια λειτουργία του MAC, η ομάδα εργασίας ΙΕΕΕ 802.3ah έπρεπε να βρει ένα πρωτόκολλο το οποίο θα μπορούσε να επιτύχει τα ίδια χωρίς καμία τροποποίηση στο υποεπίπεδο MAC. Αποφασίστηκε έτσι να εφαρμοστεί το MPCP ως μια νέα λειτουργία του υποεπιπέδου ελέγχου του MAC (MAC control). Ο σκοπός του MAC control είναι να προσφέρει έλεγχο και χειρισμό σε πραγματικό χρόνο της λειτουργίας του υποεπιπέδου MAC, το οποίο βρίσκεται μεταξύ του υποεπιπέδου MAC και του MAC client (εικόνα 15). Πριν αναπτυχθεί το MPCP από την ομάδα εργασίας ΙΕΕΕ 802.3ah, η μόνη λειτουργία του υποεπιπέδου MAC control ήταν ο έλεγχος ροής, μια λειτουργία που επέτρεπε σε έναν σταθμό να εμποδίσει τη μετάδοση από τους ομότιμούς του προς αυτόν για ένα προκαθορισμένο χρονικό διάστημα. Για να επιτευχθεί αυτό, το πρωτόκολλο ελέγχου ροής χρησιμοποιούσε το μήνυμα PAUSE του υποεπιπέδου MAC control. Η διαιτησία της μετάδοσης στο EPON απαιτούσε μια μέθοδο ακριβώς αντίθετη του ελέγχου ροής. Για την αποφυγή συγκρούσεων στα πακέτα, το OLT θα έπρεπε να επιτρέπει μόνο σε ένα ONU να μεταδίδει σε κάποιο δεδομένο χρονικό διάστημα. 37

38 Εικόνα 15 Διαδικασία επικοινωνίας πρωτοκόλλου MPCP Τα βασικά στοιχεία λειτουργίας του MPCP συνοψίζονται : Ανάθεση εύρους ζώνης: Για τη διατήρηση της επικοινωνίας μεταξύ του OLT και των ONUs, το MPCP πρέπει να παρέχει παραχώρηση εύρους ζώνης κατά περιόδους σε κάθε ONU που βρίσκεται στο δίκτυο μας. Αυτόματος εντοπισμός: Για τον εντοπισμό των ONUs τα οποία έχουν ενεργοποιηθεί πρόσφατα, το MPCP πρέπει να ξεκινά κατά περιόδους τη διαδικασία εντοπισμού MPCP control frame structure Με σκοπό να γίνει πλήρως κατανοητή η λειτουργία του MPCP στο MAC επίπεδο, εισάγονται πέντε νέα πλαίσια ελέγχου. Αυτά είναι: GATE,REPORT,REGISTER_REQ,REGISTER και REGISTER_ACK. Το συνολικό μήκος του MPCP είναι 64bytes (εικόνα 16). Τα όρια στο μέγιστο μήκος του μηνύματος δεν μπορεί να είναι μεγαλύτερο λόγο περιορισμών του MAC επιπέδου. Το μήκος της επικεφαλίδας είναι 6 bytes και περιλαμβάνει πληροφορία σχετικά με την διεύθυνση προορισμού, 6 bytes πληροφορίας για την διεύθυνση πηγής αποστολής και τέλος 2 bytes που υποδεικνύουν τον τύπο του μηνύματος. Όσο αφορά το τελευταίο πεδίο 38

39 για το MPCP frame ορίζεται σε (στο δεκαεξαδικό) που ορίζει και το μέγιστο μέγεθος του. Το MPCP μεταφέρεται μέσω το Logical Link Control (LLC) που περιέχει πεδία όπως το OPCODE,TIMESTAMP ανάλογα κάθε φορά με τον τύπο του μεταφερόμενου μηνύματος. Το πεδίο OPCODE έχει μήκος 2 bytes και είναι εκείνο το οποίο θα καθορίσει τον τύπο του MPCP frame στο υποεπίπεδο MAC control. Η χρήση του TIMESTAMP, με μήκος 4 bytes, είναι κρίνεται σημαντική σε πολλές περιπτώσεις. Αρχικά για τον υπολογισμό του RTT ( round trip time) ανάμεσα στις μονάδες OLT και ONU, ακόμα στον συγχρονισμό των μονάδων ONU ενώ σε τελικό στάδιο στον μηχανισμό ανάθεσης εύρους ζώνης. Τέλος το frame ολοκληρώνεται με την χρήση του πεδίου των 4 bytes FCS (Frame Check Sequence) το οποίο περιέχει τα αποτελέσματα του ελέγχου CRC (Cyrclic Round Check) όλων των προηγούμενων πεδίων. Εικόνα 16 Δομή πλαισίου ελέγχου MPCP Στην γενικότερη λειτουργεία του MPCP χρησιμοποιούνται πέντε τύποι μηνυμάτων. Δύο από αυτά έχουν βασική συμβολή στην διαδικασία ανάθεσης εύρους ζώνης, ενώ τα υπόλοιπα τρία στην διαδικασία εντοπισμού των ήδη συνδεδεμένων ONUs στο δίκτυο ή στον εντοπισμό νέων ONUs. 39