Διπλωματική Εργασία του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ: Τομέας Τηλεπικοινωνιών και Τεχνολογίας Πληροφορίας ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΕΝΣΥΡΜΑΤΗΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ Διπλωματική Εργασία του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών ΣΤΑΥΡΟΥ ΚΛΕΙΤΟΣ ΤΟΥ ΑΝΔΡΕΑ Αριθμός Μητρώου: 6920 Θέμα «ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΔΙΕΙΣΔΥΣΗΣ ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΩΝ ΥΠΗΡΕΣΙΩΝ ΣΕ ΑΣΤΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΓΕΝΕΤΙΚΩΝ ΑΛΓΟΡΙΘΜΩΝ» Επιβλ έπων Στυλιανάκης Βασίλειος Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: Πάτρα, ΜΑΡΤΗΣ 2015

2 ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Πιστοποιείται ότι η Διπλωματική Εργασία με θέμα «ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΔΙΕΙΣΔΥΣΗΣ ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΩΝ ΥΠΗΡΕΣΙΩΝ ΣΕ ΑΣΤΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΓΕΝΕΤΙΚΩΝ ΑΛΓΟΡΙΘΜΩΝ» Του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών ΣΤΑΥΡΟΥ ΚΛΕΙΤΟΣ ΤΟΥ ΑΝΔΡΕΑ Αριθμός Μητρώου: 6920 Παρουσιάστηκε δημόσια και εξετάστηκε στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών στις.../../ Ο Επιβλέπων Ο Διευθυντής του Τομέα Στυλιανάκης Βασίλειος, Λέκτορας Νίκος Φακωτάκης, Καθηγητής 2

3 Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: Θέμα: «ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΔΙΕΙΣΔΥΣΗΣ ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΩΝ ΥΠΗΡΕΣΙΩΝ ΣΕ ΑΣΤΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΓΕΝΕΤΙΚΩΝ ΑΛΓΟΡΙΘΜΩΝ» Φοιτητής: ΣΤΑΥΡΟΥ ΚΛΕΙΤΟΣ ΤΟΥ ΑΝΔΡΕΑ Επιβλέπων: Στυλιανάκης Βασίλειος, Λέκτορας Περίλ η ψη Η παρούσα διπλωματική εργασία αναφέρεται στην πρόβλεψη της διείσδυσης της ευρυζωνικότητας στις αστικές περιοχές της Ελλάδας. Η εν λόγω πρόβλεψη γίνεται με την χρήση γενετικών αλγορίθμων. Βασικός στόχος είναι να προβλέψουμε όσο το δυνατόν καλύτερα πως θα συμπεριφερθεί η διείσδυση των ευρυζωνικών υπηρεσιών στο εγγύς μέλλον στις αστικές περιοχές της Ελλάδας. Για την μελέτη αυτή χρησιμοποιήθηκαν στοιχεία από έρευνες που καθορίζουν το ποσοστό που κατέχουν οι αστικές περιοχές σε σχέση με τον Ελλαδικό χώρο αλλά και το ποσοστό των αστικών περιοχών που έχουν πρόσβαση σε ευρυζωνικές υπηρεσίες σε σχέση με όλες τις αστικές περιοχές. Αστική περιοχή θεωρήθηκε η περιοχή στην οποία υπάρχουν τουλάχιστον 500 νοικοκυριά ανά τετραγωνικό χιλιόμετρο. Επίσης σε κάθε νοικοκυριό θεωρείτε ότι ζουν κατά μέσο όρο 2.5 άνθρωποι. Επίσης γίνεται μια εκτενής αναφορά στα δίκτυα, την αρχιτεκτονική των δικτύων καθώς και στις ευρυζωνικές υπηρεσίες και στις ευρυζωνικές τεχνολογίες πρόσβασης που υπάρχουν στις μέρες μας. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στους γενετικούς αλγορίθμους και λεπτομερής περιγραφή για την εξελικτική τους πορεία. Ακολούθως γίνεται αναφορά στην ευρυζωνικότητα στην παγκόσμια κοινότητα και στην εξέλιξη που είχε και έχει στην Ελλάδα. Αναφέρονται μελέτες που αφορούν την διείσδυση της σε κάθε περιοχή καθώς και σε όλη την Ευρώπη. Επίσης γίνεται αναφορά σε μελέτες που κατηγοριοποιούν τις ευρυζωνικές γραμμές ανά ταχύτητα πρόσβασης καθώς και με βάση τις εταιρίες που προσφέρουν τις πιο πάνω υπηρεσίες. Στο τέλος γίνεται μια προσπάθεια πρόβλεψης της διείσδυσης της ευρυζωνικότητας με την βοήθεια των γενετικών αλγορίθμων και έγινε ομαλοποίηση των εν λόγω γραφημάτων και υπολογισμών των παραμέτρων του κάθε μοντέλου που χρησιμοποιήθηκε. 3

4 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΟΤΗΤΑΣ ΥΠΟΣΤΗΡΙΖΟΜΕΝΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΠΡΟΣΒΑΣΗΣ Τεχνολογίες x-dsl ADSL (ΑΡΥΣ ΑΣΥΜΜΕΤΡΟΣ ΡΥΘΜΟΣ ΣΥΝΔΕΣΗΣ) ADSL2 (ITU G και G.992.4) ADSL2+ (ITU G και G.992.4) RADSL UDSL (G.Lite / ITU G.992.2) HDSL(G.991.1),HDSL2,HDSL MDSL SDSL, SHDSL(ITU G.991.2) IDSL VDSL (ITU-T G.993.1) και VDSL2 (ITU-T G.993.2) Πάροχοι ευρυζωνικών υπηρεσιών Δίκτυα οπτικών ινών Wi-Fi Wi-MAX G/UMTS Δορυφορικό Internet ΔΙΚΤΥΑ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΠΑΝΩ ΑΠΟ POWER LINES(COPL) ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΕΣ ΥΠΗΡΕΣΙΕΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟΥ Η υπηρεσία IPTV (Internet Protocol Television) Η υπηρεσία VoD (Video on Demand) Η υπηρεσία VoIP (Voice over Internet Protocol) Συνύπαρξη υπηρεσιών φωνής δεδομένων βίντεο Double play

5 ple Play Quadruple Play Multi-play Η σημασία της ευρυζωνικότητας στην εποχή μας ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ Θεωρία εξέλιξης των ειδών Συντομη ιστορική αναδρομή Συμαντική ορολογία γενετικών αλγορίθμων Δομή και λειτουργία των γενετικών αλγορίθμων Πλεονεκτήματα γενετικών αλγορίθμων Μειονεκτήματα των Γενετικών αλγορίθμων Εφαρμογές γενετικών αλγορίθμων Λειτουργία Γενετικών Αλγορίθμων ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 2ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ Η ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΟΤΗΤΑ ΣΤΗΝ ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΚΟΙΝΟΤΗΤΑ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΟΤΗΤΑΣ ΣΤΗΝ ΕΥΡΩΠΗ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ΔΙΑΔΙΚΤΥΟΥ ΑΠΟ ΤΟΥΣ ΕΛΛΗΝΕΣ Γενικές παρατηρήσεις Χρήση συσκευών πληροφορικής και επικοινωνίας Πρόσβαση και χρήση του διαδικτύου Λόγοι πρόσβασης στο διαδίκτυο Η Περιφερειακή διάσταση ΕΞΕΛΙΞΗ ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΟΤΗΤΑΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ Εξέλιξη Ευρυζωνικών Συνδέσεων Ανάλυση με βάση τη ταχύτητα πρόσβασης Εξέλιξη συνδέσεων ΑΠΤΒ (LLU) και ΑΡΥΣ (ADSL) ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 3ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΟΣΟΣΤΑ ΝΟΙΚΟΚΥΡΙΩΝ ΜΕ ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΕΣ ΥΠΗΡΕΣΙΕΣ ΣΕ ΑΣΤΙΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΠΡΟΒΛΕΨΗ ΔΙΕΙΣΔΥΣΗΣ ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΟΤΗΑΣ ΑΝΑ ΜΟΝΤΕΛΟ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ GOMPERTZ MODEL ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ LOGISTIC MODEL ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ BASS MODEL

6 4.2.4 ΚΩΔΙΚΑΣ ΚΑΙ ΣΧΟΛΙΑΣΜΟΣ ΑΡΧΕΙΟΥ Παρατηρήσεις ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 4ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ Που βρισκόμαστε σήμερα Στοχοι Προοπτικές-Προτάσεις ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 5ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΟΤΗΤΑ ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΟΤΗΤΑ Το κεφάλαιο αυτό ασχολείται με γενικά θέματα που αφορούν την ευρυζωνικότητα. Αρχικά, θα αναφερθούμε στο τι είναι ευρυζωνικότητα, ποιες τεχνολογίες συμπεριλαμβάνει και γιατί είναι τόσο απαραίτητη. 1.1 ΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΟΤΗΤΑΣ Σύμφωνα με την Επιτροπή Επικοινωνιών της Ευρωπαϊκής Επιτροπής ευρυζωνικότητα είναι : «ένα ευρύ φάσμα τεχνολογιών που έχουν αναπτυχθεί για να υποστηρίξουν καινοτόμες διαδραστικές, πάντοτε συνδεδεμένες, υπηρεσίες προσφέροντας μεγάλη χωρητικότητα σε εύρος ζώνης η οποία ολοένα και αυξάνεται με την πάροδο του χρόνου και επιτρέπουν την ταυτόχρονη χρήση υπηρεσιών δεδομένων και φωνής» [9] Ο όρος «ευρυζωνικός» (broadband) πρωτοεμφανίστηκε σε ερευνητικά εργαστήρια τηλεπικοινωνιών και χαρακτήριζε τηλεπικοινωνιακές γραμμές υψηλής ταχύτητας (γραμμές ευρείας ζώνης). Η Ευρυζωνικότητα σήμερα αναφέρεται στην ποιοτική διαδικτυακή εμπειρία του καταναλωτή που βασίζεται σε γραμμές μετάδοσης υψηλής ταχύτητας που προσφέρουν γρήγορη και αδιάλειπτη πρόσβασή στο Internet. Σύμφωνα με την Εθνική Επιτροπή Τηλεπικοινωνιών και Ταχυδρομείων (ΕΕΤΤ), μία τηλεπικοινωνιακή σύνδεση είναι ευρυζωνική εάν διακρίνεται από τα παρακάτω δύο χαρακτηριστικά: Προσφέρει αδιάλειπτη πρόσβαση στο Internet. Έχει υψηλό ρυθμό μετάδοσης δεδομένων προς το χρήστη ώστε ο χρήστης να έχει πρόσβαση σε διαδραστικές υπηρεσίες πλούσιου περιεχομένου (φωνή, εικόνα και δεδομένα). Αδιάλειπτη πρόσβαση σημαίνει ότι η ευρυζωνική σύνδεση ενός Η/Υ με το διαδίκτυο παραμένει διαρκώς «ενεργή» ανεξάρτητα με το αν ο χρήστης τη χρησιμοποιεί ή όχι, χωρίς κανένα επιπρόσθετο κόστος κατά τη διάρκεια της σύνδεσης. Το γεγονός αυτό αποτελεί σημαντική διαφοροποίηση από τις συνδέσεις Dialup και ISDN και συμβάλλει σημαντικά στην ευκολία 7

8 σύνδεσης με το Διαδίκτυο. Η ευρυζωνική σύνδεση απελευθερώνει το χρήστη από τη διαδικασία ενεργοποίησης/απενεργοποίησης. Ο Η/Υ βρίσκεται συνεχώς συνδεδεμένος στο διαδίκτυο και ο χρόνος σύνδεσης δεν επηρεάζει το κόστος. Έτσι η άμεση χρήση του διαδικτύου για την ανάκτηση έστω και της πιο μικρής πληροφορίας γίνεται απλή και γρήγορη. Η ταχύτητα της ευρυζωνικής σύνδεσης συνήθως ορίζεται από δύο αριθμούς. Ο πρώτος αναφέρεται στην ταχύτητα λήψης πληροφορίας (ρυθμός καθόδου) και ο δεύτερος στην ταχύτητα αποστολής αυτής (ρυθμός ανόδου). Για παράδειγμα ευρυζωνική σύνδεση 768Kbps/128Kbps σημαίνει ότι η πληροφορία λαμβάνεται με ρυθμό 768kbs ή 96Kbyte/sec ενώ στέλνεται με ρυθμό 128kbs ή 16Kbyte/sec. Η Ευρυζωνική σύνδεση θα πρέπει να εξασφαλίζει σύμφωνα με τα υπάρχοντα πρότυπα ταχύτητες λήψης δεδομένων όχι χαμηλότερες από 144Kbps ή 18ΚΒyte/Sec (Ευρωπαϊκή Επιτροπή - Communications Committee, COCOM). Η ταχύτητα αυτή είναι ήδη σημαντικά υψηλότερη από τις ταχύτητες της παραδοσιακής πρόσβασης dial-up (56 Kbps για απλή τηλεφωνική γραμμή ή 128 Kbps για γραμμή ISDN). Πολλοί ωστόσο ειδικοί επιχειρηματολογούν ότι τα όρια αυτά και πάλι είναι εξαιρετικά χαμηλά, καθώς δεν επαρκούν για να υποστηρίξουν επαρκώς υπηρεσίες όπως τηλεφωνία, video ή τηλεόραση υψηλής ευκρίνειας μέσω Ίντερνετ κλπ. Αυτός είναι ο λόγος που στις περισσότερες ανεπτυγμένες αγορές τα πιο δημοφιλή πακέτα υπηρεσιών ευρυζωνικής πρόσβασης στο Ίντερνετ έχουν ρυθμό μετάδοσης καθόδου 1 Mbps=1024Kbps ή και παραπάνω (δηλαδή 20 φορές ταχύτερα από την πρόσβαση dial-up μέσω απλής τηλεφωνικής γραμμής), ενώ συχνά συναντούμε προσιτά πακέτα με ρυθμούς μετάδοσης που φτάνουν τα 10 ή και 20 Mbps. Ένας δεύτερος ορισμός σύμφωνα με την «Ομάδα Εργασίας για την Ευρυζωνική Πρόσβαση» [11], o όρος Ευρυζωνικότητα ορίζεται με ευρεία έννοια ως το προηγμένο, εφικτό και καινοτόμο από πολιτική, κοινωνική, οικονομική και τεχνολογική άποψη περιβάλλον αποτελούμενο από: την παροχή γρήγορων συνδέσεων στο Διαδίκτυο σε όσο το δυνατόν μεγαλύτερο μέρος του πληθυσμού, με ανταγωνιστικές τιμές (με τη μορφή καταναλωτικού αγαθού), χωρίς εγγενείς περιορισμούς στα συστήματα μετάδοσης και τον τερματικό εξοπλισμό των επικοινωνούντων άκρων την κατάλληλη δικτυακή υποδομή που: α) επιτρέπει την κατανεμημένη ανάπτυξη υπαρχουσών και μελλοντικών δικτυακών εφαρμογών και πληροφοριακών υπηρεσιών, β) δίνει τη δυνατότητα αδιάλειπτης σύνδεσης των χρηστών σε αυτές γ) ικανοποιεί τις εκάστοτε ανάγκες των εφαρμογών σε εύρος ζώνης, αναδραστικότητα και διαθεσιμότητα, και δ) είναι ικανή να αναβαθμίζεται συνεχώς και με μικρό επιπλέον κόστος ώστε να εξακολουθεί να ικανοποιεί τις ανάγκες όπως αυτές αυξάνουν και μετεξελίσσονται με ρυθμό και κόστος που επιτάσσονται από την πρόοδο της πληροφορικής και της τεχνολογίας επικοινωνιών την δυνατότητα του πολίτη να επιλέγει α) ανάμεσα σε εναλλακτικές προσφορές σύνδεσης που ταιριάζουν στον εξοπλισμό του, β) μεταξύ διαφόρων δικτυακών εφαρμογών και γ) μεταξύ διαφόρων υπηρεσιών πληροφόρησης και ψυχαγωγίας και με πιθανή συμμετοχή του ίδιου του πολίτη στην παροχή περιεχομένου, εφαρμογών και υπηρεσιών 8

9 το κατάλληλο ρυθμιστικό πλαίσιο αποτελούμενο από πολιτικές, μέτρα, πρωτοβουλίες, άμεσες και έμμεσες παρεμβάσεις, αναγκαίες για την ενδυνάμωση της καινοτομίας, την προστασία του ανταγωνισμού και την εγγύηση σοβαρής ισορροπημένης οικονομικής ανάπτυξης ικανής να προέλθει από τη γενικευμένη συμμετοχή στην Ευρυζωνικότητα και την Κοινωνία της Πληροφορίας. Η Ευρυζωνική πρόσβαση, υπό τη στενή έννοια, ταυτίζεται με την ικανότητα μεταφοράς μεγάλου όγκου πληροφορίας μεταξύ επικοινωνούντων συστημάτων και τελικών χρηστών με έμφαση στην δυνατότητα συνεχούς σύνδεσης με παρόχους πολυμεσικού περιεχομένου και την μετάδοση στο βρόχο πρόσβασης (τελευταίο μίλι) καλής ποιότητας διαδραστικού video. Προϋποθέτει πολιτικές και οικονομικές συνθήκες που διασφαλίζουν την επεκτασιμότητα, κλιμάκωση και βιωσιμότητα υποδομών και υπηρεσιών, με απαραίτητο όρο την ύπαρξη δικτυακών υποδομών κορμού υπέρυψηλών ταχυτήτων και αντιστοίχου όγκου, ενδιαφέροντος και οικονομικής αξίας διακινούμενης πληροφορίας. 1.2 ΥΠΟΣΤΗΡΙΖΟΜΕΝΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ Για την υλοποίηση ευρυζωνικών υποδομών έχουν υιοθετηθεί διεθνώς διάφορες τεχνολογίες εν ονόματι Ευρυζωνικές Τεχνολογίες. Διαχωρίζονται στις κάτωθι τέσσερις κατηγορίες: Ενσύρματες χαλκού : Είναι γνωστές και ως Ψηφιακές Γραμμές Συνδρομητή (x Digital Subscriber Line). Αυτές που χρησιμοποιούν οπτικές ίνες : Τεχνολογίες Ενεργού και Παθητικού Οπτικού Δικτύου (Active Optical Network και Passive Optical Network). Αυτές που χρησιμοποιούν τα ηλεκτροφόρα καλώδια: Είναι γνωστές και ως Επικοινωνίες Γραμμών Ισχύος (Power Lines Communications) Ασύρματες : Πρόκειται για τεχνολογίες όπου δεν χρησιμοποιούνται καλώδια. Διακρίνουμε την τεχνολογία Ασύρματων Τοπικών Δικτύων (Wireless Local Area Networks) την τεχνολογία Ασύρματης Σταθερής Πρόσβασης (Fixed Wireless Access), και την Δορυφορική Τεχνολογία. 9

10 1.3 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΠΡΟΣΒΑΣΗΣ Τεχνολογίες x-dsl Για πολλά χρόνια, τα χάλκινα καλώδια (συνεστραμμένα ζεύγη - twisted pairs) χρησιμοποιούνταν σε απλές τηλεφωνικές συνδέσεις. Στη συνέχεια μπήκαν στη ζωή μας τα modems και το Διαδίκτυο, ενώ στη συνέχεια εξαπλώθηκε η χρήση της τεχνολογίας ISDN με τα πλεονεκτήματα που αυτή προσφέρει σε σχέση με την απλή αναλογική PSTN σύνδεση. Στη συνέχεια πήραν τη σκυτάλη οι τεχνολογίες DSL και κυρίως η ADSL, η οποία διαδίδεται με ταχείς ρυθμούς και στην Ελλάδα, η οποία σε σχέση με τις άλλες ανεπτυγμένες χώρες μέχρι πρότινος υστερούσε. Για δεκαετίες τα χάλκινα καλώδια χρησιμοποιούνταν για τη μεταφορά φωνής, χωρίς να αξιοποιείται στο έπακρο η μεγάλη χωρητικότητα που προσφέρει ο χαλκός. Ο ήχος της ανθρώπινης φωνής αποτελείται από συχνότητες που κυμαίνονται σε εύρος μεταξύ 100Hz και 4000Hz. Για να γίνει καταληπτή η φωνή και η χροιά του συνομιλητή χρησιμοποιούνται ειδικά φίλτρα και αποκόπτονται οι επιπλέον συχνότητες, αφού όχι μόνο δε χρειάζονται, αλλά μπορεί και να δημιουργήσουν παρεμβολές- παράσιτα. Το εύρος ζώνης όμως του χαλκού είναι κατά πολύ μεγαλύτερο και μπορεί να αξιοποιηθεί σε άλλες εφαρμογές με κατάλληλους τρόπους, όπως και στην περίπτωση του DSL. Το DSL προέρχεται από τα αρχικά των λέξεων Digital Subscriber Line και στην ουσία αποτελεί μια τεχνολογία που μετατρέπει το απλό τηλεφωνικό καλώδιο σε ένα δίαυλο ψηφιακής επικοινωνίας μεγάλου εύρους ζώνης με τη χρήση ειδικών modems, τα οποία τοποθετούνται στις δυο άκρες της γραμμής. Ο δίαυλος αυτός μεταφέρει τόσο τις χαμηλές όσο και τις υψηλές συχνότητες ταυτόχρονα, τις χαμηλές για τη μεταφορά του σήματος της φωνής και τις υψηλές για τα δεδομένα. Ανάλογα με το είδος του modem που θα συνδέσουμε, πετυχαίνουμε και διαφορετικές επιδόσεις. Με το DSL επιτυγχάνονται υψηλότερες ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων (μέχρι και 52,8 Mbps από το Διαδίκτυο ή άλλο απομακρυσμένο Τηλεπικοινωνιακό Δίκτυο προς το χρήστη -downstream- και 2,3 Mbps από το χρήστη προς το Διαδίκτυο -upstream- ενώ ταυτόχρονα μεταφέρονται και τα αναλογικά σήματα της φωνής. Οι τεχνολογίες DSL αναφέρονται γενικά ως xdsl. Μια βασική κατηγοριοποίηση των xdsl τεχνολογιών μπορεί να γίνει βάσει του εάν είναι συμμετρικές ή ασύμμετρες, αν επιτυγχάνουν δηλαδή τις ίδιες ταχύτητες για download και upload. Έτσι, συμμετρικές είναι οι HDSL, HDSL2, HDSL4, SDSL, SHDSL, IDSL, ασύμμετρες οι ADSL, ADSL2, ADSL2+, UDSL (G.Lite), ενώ οι RADSL, VDSL, VDSL2 μπορούν να λειτουργήσουν και με τους δύο τρόπους (συμμετρικά και ασύμμετρα). 10

11 ADSL (ΑΡΥΣ ΑΣΥΜΜΕΤΡΟΣ ΡΥΘΜΟΣ ΣΥΝΔΕΣΗΣ) Το ADSL, το οποίο προέρχεται από τα αρχικά των λέξεων Asymmetric Digital Subscriber Line, είναι αυτό που δίνεται στους περισσότερους απλούς χρήστες και στην Ελλάδα αυτή τη στιγμή παρέχεται από τον ΟΤΕ αλλά και ιδιωτικούς παρόχους (FORTHNET, WIND, VIVODI,HELLAS ON LINE, TELLAS, VODAFONE, CYTA). Η τεχνολογία ADSL εξασφαλίζει πρόσβαση υψηλών ταχυτήτων στο Διαδίκτυο και σε άλλα Τηλεπικοινωνιακά Δίκτυα, δίνοντας τη δυνατότητα για ταυτόχρονη μετάδοση φωνής και δεδομένων (δεδομένα, κινούμενη εικόνα, γραφικά) μέσω της απλής τηλεφωνικής γραμμής. Κατ αυτόν τον τρόπο, αναβαθμίζονται οι δυνατότητες του υπάρχοντος τηλεφωνικού δικτύου και συγκεκριμένα της δισύρματης χάλκινης γραμμής (copper twisted pair), η οποία χρησιμοποιείται συνήθως στο τελευταίο τμήμα της σύνδεση των πελατών (διαμερίσματα, σπίτια, γραφεία κ.λ.π.) στο δίκτυο κορμού του τηλεπικοινωνιακού παρόχου. Κύριο χαρακτηριστικό της τεχνολογίας είναι ότι η μεταφορά δεδομένων γίνεται με ασύμμετρο τρόπο, δηλαδή προσφέρει διαφορετικό ρυθμό για τη λήψη (μέχρι 8 Mbps downstream) και διαφορετικό για την αποστολή δεδομένων (640 kbps upstream). Το σημαντικότερο είναι ότι το εύρος ζώνης δεν το μοιραζόμαστε, αλλά είναι εξ' ολοκλήρου στη διάθεσή μας. Ωστόσο θα πρέπει να τονιστεί το γεγονός ότι η απόδοση του ADSL εξαρτάται σημαντικά από την απόσταση του χρήστη από τον τηλεπικοινωνιακό πάροχο και φθάνει τα: 1,5 Mbps για απόσταση 5,5 km 2,0 Mbps για απόσταση 4,9 km 6,3 Mbps για απόσταση 3,6 km 8,4 Mbps για απόσταση 2,7 km ΑΠΤΒ: Είναι η δυνατότητα χρήσης του καλωδίου (Τοπικός Βρόχος) που συνδέει τον χώρο του συνδρομητή με το Αστικό Κέντρο (Α/Κ) του ΟΤΕ από άλλους, εκτός του ΟΤΕ, Τηλεπικοινωνιακούς Παρόχους (ΤΠ) για την παροχή στον συνδρομητή υπηρεσιών σταθερής τηλεφωνίας καθώς και πρωτοπόρων υπηρεσιών όπως το λεγόμενο «γρήγορο» internet, η ΙP τηλεφωνία και η ψηφιακή καλωδιακή τηλεόραση. Οι καταναλωτές μπορούν να επιλέξουν κάποια από τις ακόλουθες μορφές παροχής ΑΠΤΒ για την λήψη των υπηρεσιών που επιθυμούν: Μεριζόμενος Τοπικός Βρόχος (ΜΤοΒ): Σε αυτή την περίπτωση ο καταναλωτής επιλέγει τον ΟΤΕ ως πάροχο σταθερής τηλεφωνίας και κάποιον από τους λοιπούς τηλεπικοινωνιακούς παρόχους για την παροχή των ευρυζωνικών υπηρεσιών. Ο συνδρομητής λαμβάνει λογαριασμό από τον ΟΤΕ με χρέωση του μηνιαίου παγίου και των τηλεφωνικών κλήσεων που πραγματοποιεί και λογαριασμό από τον τηλεπικοινωνιακό πάροχο της επιλογής του για τις ευρυζωνικές υπηρεσίες. Σε αυτή την περίπτωση ο συνδρομητής μπορεί αν το επιθυμεί να κάνει χρήση υπηρεσιών επιλογής ή προεπιλογής φορέα για την πραγματοποίηση των τηλεφωνικών κλήσεων που επιθυμεί μέσω άλλων παρόχων. Πλήρης Τοπικός Βρόχος (ΠΤοΒ) με Φορητότητα Τηλεφωνικού Αριθμού: Σε αυτή την περίπτωση ο καταναλωτής επιλέγει κάποιον από τους τηλεπικοινωνιακούς παρόχους, εκτός του ΟΤΕ, για την παροχή τόσο της σταθερής τηλεφωνίας όσο και των ευρυζωνικών υπηρεσιών. Παράλληλα, μέσω της φορητότητας τηλεφωνικού αριθμού ο συνδρομητής 11

12 κρατά, εφόσον το επιθυμεί, τον ίδιο τηλεφωνικό αριθμό που είχε και όταν ήταν συνδρομητής του ΟΤΕ. Ο συνδρομητής λαμβάνει λογαριασμό μόνο από τον τηλεπικοινωνιακό πάροχο της επιλογής του. Σε αυτή την περίπτωση ο συνδρομητής δεν μπορεί να κάνει χρήση υπηρεσιών επιλογής ή προεπιλογής φορέα για την πραγματοποίηση των τηλεφωνικών κλήσεων που επιθυμεί μέσω άλλων παρόχων. Πλήρης Τοπικός Βρόχος (ΠΤοΒ) χωρίς Φορητότητα Τηλεφωνικού Αριθμού: Αυτή η μορφή ΑΠΤΒ είναι όμοια με την προηγούμενη με την διαφορά ότι ο συνδρομητής λαμβάνει νέο τηλεφωνικό αριθμό από το αριθμοδοτικό φάσμα του παρόχου που έχει επιλέξει. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι όλες οι πιο πάνω μορφές παροχής ΑΠΤΒ δεν παρέχονται από όλους τους τοπικούς παρόχους και σε όλες τις περιοχές της χώρας ADSL2 (ITU G και G.992.4) Το ADSL2 χρησιμοποιεί τη μέθοδο διαμόρφωσης DMT και ακριβώς τις ίδιες συχνότητες που χρησιμοποιεί το απλό ADSL. Με αρκετές βελτιώσεις στη συμπεριφορά των καναλιών καταφέρνει να ανεβάσει το downstream κατά 50%. Έχει προτυποποιηθεί από την ITU ως G.992.3/4 και οι ρυθμοί μετάδοσης μπορούν υπό ιδανικές συνθήκες να φτάσουν τα 12 Mbit/s downstream και 3,5 Mbit/s upstream, ανάλογα και με την ποιότητα της γραμμής. Η απόσταση από το DSLAM μέχρι τον εξοπλισμό του πελάτη είναι συνήθως ο πιο καθοριστικός παράγοντας στην ποιότητα της γραμμής ADSL2+ (ITU G και G.992.4) Και το ADSL2+ χρησιμοποιεί DMT αλλά διπλασιάζει το downloading από το ADSL2 χρησιμοποιώντας διπλάσιο χώρο συχνοτήτων και συγκεκριμένα χρησιμοποιεί τις συχνότητες khz για το downloading. Έχει εξελιγμένα χαρακτηριστικά για το θόρυβο και υψηλότερους ρυθμούς συμβόλων κατά τη διαμόρφωση RADSL Το RADSL (Rate-Adaptive Digital Subscriber Line) αποτελεί παραλλαγή της ADSL τεχνολογίας όπου το modem προσαρμόζει την ταχύτητα στο upstream ανάλογα με το μήκος και την ποιότητα της γραμμής προς τον πάροχο της DSL σύνδεσης, προκειμένου να διατηρηθεί σταθερή η ταχύτητα στο downstream. Όταν ένα modem συνδέεται χρησιμοποιώντας RADSL το upstream bandwidth επομένως προσαρμόζεται για να δημιουργηθεί μεγαλύτερος χώρος στη ζώνη συχνοτήτων για την downstream κίνηση. Με αυτή την τεχνική η γραμμή είναι πιο ανεκτική σε λάθη λόγω θορύβου και απώλεια σήματος. Χρησιμοποιεί τη μέθοδο διαμόρφωσης FDM UDSL (G.Lite / ITU G.992.2) Το πρότυπο αυτό (Universal ADSL) προσφέρει μέγιστο ρυθμό 1,5 Mbit/s downstream και 512 kbit/s upstream και δεν απαιτεί τη χρήση splitters για την τηλεφωνική γραμμή. 12

13 HDSL(G.991.1),HDSL2,HDSL4 Το ακρωνύμιο HDSL προέρχεται από τα αρχικά των λέξεων High Data Rate Symmetric Digital Subscriber Line και σε αντίθεση με το ADSL είναι συμμετρικό και προσφέρει τον ίδιο ρυθμό μεταφοράς δεδομένων (μέχρι 2 Mbps) τόσο για τη αποστολή όσο και για τη λήψη. Χρησιμοποιείται κυρίως για μετάδοση πάνω από μισθωμένες δισύρματες γραμμές με τη χρήση ζεύγους τερματικού εξοπλισμού. Ωστόσο, η μέγιστη απόσταση μεταξύ των δύο άκρων δεν μπορεί να υπερβαίνει τα 3,5 km. Μια άλλη βασική διαφορά από το ADSL είναι ότι απαιτείται η εγκατάσταση 2 τηλεφωνικών γραμμών (2 συνεστραμμένα καλώδια). Η HDSL που ήταν η πρώτη DSL τεχνολογία και αναπτύχθηκε στις ΗΠΑ, έδωσε τη θέση της στις τεχνολογίες HDSL2 και SDSL. Η HDSL2 προσφέρει τον ίδιο ρυθμό μετάδοσης χρησιμοποιώντας ένα ζευγάρι καλωδίων χαλκού (αντί δύο που απαιτεί η HDSL), προσφέρει μεγαλύτερη απόσταση σύνδεσης και μπορεί να λειτουργήσει πάνω από καλώδια χειρότερης ποιότητας. Το HDSL4 είναι πρακτικά η ίδια τεχνολογία με το HDSL2 μόνο που προσφέρει περίπου 30% μεγαλύτερη απόσταση λόγω της χρήσης 2 ζευγών καλωδίων MDSL Multirate Single Pair DSL (MDSL): Η MDSL τεχνολογία προέκυψε από την HDSL και παρέχει ταχύτητες 2 Mbps αμφίδρομα SDSL, SHDSL(ITU G.991.2) Το SDSL, Single-line Digital Subscriber Line, είναι μια τεχνολογία παρόμοια με το HDSL όσον αφορά στο ρυθμό μεταφοράς δεδομένων (μέχρι 2 Mbps), που απαιτεί όμως μόνο ένα συνεστραμμένο ζεύγος χαλκού. Για το λόγο αυτό, η μέγιστη απόσταση μεταξύ των δύο άκρων δεν μπορεί να ξεπερνά τα 3 km. Αντίθετα με την ADSL, η SDSL δεν μπορεί να συνυπάρξει με μια συμβατική υπηρεσία φωνής καθώς καταλαμβάνει το σύνολο του bandwidth. Πρέπει εδώ να αναφερθεί ότι ο όρος SDSL χρησιμοποιείται κυρίως στη Βόρεια Αμερική και δεν έχει προτυποποιηθεί. Η προσπάθεια προτυποποίησης οδήγησε στο πρότυπο SHDSL (ITU G.991.2) το οποίο χρησιμοποιεί την πιο προηγμένη τεχνική κωδικοποίησης TC-PAM. Αυτό επιτρέπει μεγαλύτερες αποστάσεις με καλύτερη συμβατότητα με άλλες DSL τεχνολογίες. Σε περιοχές όπως την Ευρώπη ο γενικός όρος «Symmetric» DSL (SDSL) χρησιμοποιείται για να περιγράψει αυτό το πρότυπο (ITU SHDSL). Το SHDSL έχει επίσης προτυποποιηθεί και από τους οργανισμούς ANSI (Β. Αμερική) και ETSI (Ευρώπη) IDSL Η τεχνολογία IDSL (ISDN-DSL) υποστηρίζει συμμετρική μετάδοση μέχρι και 144 Kbps πάνω από τις τηλεφωνικές γραμμές. Διαφέρει από το συγγενικό ISDN (integrated services digital network) στο ότι είναι τεχνολογία «always-available» αλλά μπορεί να χρησιμοποιήσει τον ίδιο τερματικό εξοπλισμό ή modem που χρησιμοποιεί το ISDN. Η διαφορά γίνεται από τη μεριά του παρόχου, ο οποίος τερματίζει την IDSL σύνδεση και τη στέλνει σε έναν router ή ένα switch. 13

14 VDSL (ITU-T G.993.1) και VDSL2 (ITU-T G.993.2) Το VDSL, Very-high-data-rate Digital Subscriber Line, είναι σχετικά νέα τεχνολογία και υπόσχεται να δώσει εντυπωσιακά μεγαλύτερες ταχύτητες που μπορεί να φτάνουν τα 52 Mbps, με περιορισμό όμως τη μέγιστη απόσταση μεταξύ των δύο άκρων του χάλκινου αγωγού. Ανάλογα με την υλοποίηση, το VDSL δε μπορεί να ξεπερνά το 1,5km και οι ρυθμοί μετάδοσης κυμαίνονται για τη λήψη από 13 έως 52 Mbps και για την αποστολή από 1,5 έως 2,3 Mbps. Η δεύτερη γενιά της τεχνολογίας (VDSL2) χρησιμοποιεί 30MHz φάσματος για ταχύτητες μέχρι και 100Mbps και στις δύο κατευθύνσεις για απόσταση 300 μέτρων, ενώ για μεγαλύτερες αποστάσεις ο ρυθμός φθίνει. Είναι ευαίσθητη σε παρεμβολές από γειτονικά κυκλώματα που μεταφέρουν ISDN ή DSL σήμα. Προς το παρόν χρησιμοποιείται περισσότερο για διασύνδεση μεταξύ δυο τοπικών δικτύων Ethernet(Long Reach Ethernet) αναμένεται όμως να υλοποιηθεί για την παροχή ευρυζωνικής πρόσβασης για την διασύνδεση ενός συνδρομητή με υποδομή οπτικής ίνας που καταλήγει κοντά σχετικά σε αυτόν.το VDSL είναι κυρίαρχη τεχνολογία στην Ιαπωνία και τη Νότια Κορέα, ενώ στις υπόλοιπες χώρες η τρέχουσα (2008) εξάπλωσή του είναι σχετικά μικρότερη. Στον πίνακα που ακολουθεί παρουσιάζονται συνοπτικά τα επιμέρους χαρακτηριστικά των διαφόρων x-dsl τεχνολογιών. ΠΙΝΑΚΑΣ 1.1 Xαρακτηριστικά των x-dsl τεχνολογιών Τύπος Μέγιστη Αποστολή Δεδομένων Μέγιστη Λήψη Δεδομένων Μέγιστη Απόσταση ADSL 800 Kbps 8 Mbps 5,500 m HDSL 1.54 Mbps 1.54 Mbps 3,650 m VDSL 16 Mbps 52 Mbps 1,200 m SDSL 2.3 Mbps 2.3 Mbps 6,700 m MSDSL 2 Mbps 2 Mbps 8,800 m RADSL 1 Mbps 7 Mbps 5,500 m IDSL 144 Kbps 144 Kbps 10,700 m 14

15 Πάροχοι ευρυζωνικών υπηρεσιών Ο ΟΤΕ παραμένει η εταιρία με δεσπόζουσα θέση στην αγορά. Αυτό πρέπει να αλλάξει και να διαμορφωθεί ένα νέο τηλεπικοινωνιακό περιβάλλον με στοιχεία έντονου ανταγωνισμού. Ενέργειες που γίνονται για να επιτευχθεί αυτό είναι η αδεσμοποίητη πρόσβαση στον τοπικό βρόχο. ΑΠΤΒ: Είναι η δυνατότητα χρήσης του καλωδίου (Τοπικός Βρόχος) που συνδέει τον χώρο του συνδρομητή με το Αστικό Κέντρο (Α/Κ) του ΟΤΕ από άλλους, εκτός του ΟΤΕ, Τηλεπικοινωνιακούς Παρόχους (ΤΠ) για την παροχή στον συνδρομητή υπηρεσιών σταθερής τηλεφωνίας καθώς και πρωτοπόρων υπηρεσιών όπως το λεγόμενο «γρήγορο» internet, η ΙP τηλεφωνία και η ψηφιακή καλωδιακή τηλεόραση. Οι καταναλωτές μπορούν να επιλέξουν κάποια από τις ακόλουθες μορφές παροχής ΑΠΤΒ για την λήψη των υπηρεσιών που επιθυμούν: Μεριζόμενος Τοπικός Βρόχος (ΜΤοΒ): Σε αυτή την περίπτωση ο καταναλωτής επιλέγει τον ΟΤΕ ως πάροχο σταθερής τηλεφωνίας και κάποιον από τους λοιπούς τηλεπικοινωνιακούς παρόχους για την παροχή των ευρυζωνικών υπηρεσιών. Ο συνδρομητής λαμβάνει λογαριασμό από τον ΟΤΕ με χρέωση του μηνιαίου παγίου και των τηλεφωνικών κλήσεων που πραγματοποιεί και λογαριασμό από τον τηλεπικοινωνιακό πάροχο της επιλογής του για τις ευρυζωνικές υπηρεσίες. Σε αυτή την περίπτωση ο συνδρομητής μπορεί αν το επιθυμεί να κάνει χρήση υπηρεσιών επιλογής ή προεπιλογής φορέα για την πραγματοποίηση των τηλεφωνικών κλήσεων που επιθυμεί μέσω άλλων παρόχων. Πλήρης Τοπικός Βρόχος (ΠΤοΒ) με Φορητότητα Τηλεφωνικού Αριθμού: Σε αυτή την περίπτωση ο καταναλωτής επιλέγει κάποιον από τους τηλεπικοινωνιακούς παρόχους, εκτός του ΟΤΕ, για την παροχή τόσο της σταθερής τηλεφωνίας όσο και των ευρυζωνικών υπηρεσιών. Παράλληλα, μέσω της φορητότητας τηλεφωνικού αριθμού ο συνδρομητής κρατά, εφόσον το επιθυμεί, τον ίδιο τηλεφωνικό αριθμό που είχε και όταν ήταν συνδρομητής του ΟΤΕ. Ο συνδρομητής λαμβάνει λογαριασμό μόνο από τον τηλεπικοινωνιακό πάροχο της επιλογής του. Σε αυτή την περίπτωση ο συνδρομητής δεν μπορεί να κάνει χρήση υπηρεσιών επιλογής ή προεπιλογής φορέα για την πραγματοποίηση των τηλεφωνικών κλήσεων που επιθυμεί μέσω άλλων παρόχων. Πλήρης Τοπικός Βρόχος (ΠΤοΒ) χωρίς Φορητότητα Τηλεφωνικού Αριθμού: Αυτή η μορφή ΑΠΤΒ είναι όμοια με την προηγούμενη με την διαφορά ότι ο συνδρομητής λαμβάνει νέο τηλεφωνικό αριθμό από το αριθμοδοτικό φάσμα του παρόχου που έχει επιλέξει. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι όλες οι πιο πάνω μορφές παροχής ΑΠΤΒ δεν παρέχονται από όλους τους τοπικούς παρόχους και σε όλες τις περιοχές της χώρας. 15

16 Στην χώρα μας διαθέσιμες προς το ευρύ κοινό είναι η ADSL και VDSL τεχνολογίες. Η ADSL παρέχεται από εναλλακτικούς τηλεπικοινωνιακούς παρόχους καθώς η αποδέσμευση του τοπικού βρόγχου (local loop unbundling - LLU) τους δίνει τη δυνατότητα να έχουν πρόσβαση στο τελευταίο μίλι χαλκού. H τεχνολογία ADSL δίνει τη δυνατότητα εύκολα και με χαμηλό κόστος να υλοποιηθεί ευρυζωνική πρόσβαση πάνω από υπάρχουσα υποδομή και σε ικανοποιητικούς ρυθμούς μετάδοσης. Η θεσμική κατοχύρωση του LLU έχει οδηγήσει στην συνεχώς αυξανόμενη ανάπτυξη τέτοιου είδους ευρυζωνικής πρόσβασης και αποτελεί το πρώτο βήμα και το κυριότερο μέσο που διαθέτουν οι τηλεπικοινωνιακοί πάροχοι για να αναπτύξουν Ευρυζωνικά δίκτυα. Παράλληλα η τεχνολογία επιτρέπει σήμερα διατάξεις συγκέντρωσης ADSL συνδέσεων (DSL Access Multiplexers - DSLAM) μεγάλης ολοκλήρωσης που επιτρέπουν την συγκέντρωση εκατοντάδων DSL συνδέσεων και το κόστος τόσο του εξοπλισμού αυτού όσο και του αντίστοιχου τερματικού εξοπλισμού (ADSL Customer Premises Equipment - ADSL CPE) μειώνεται συνεχώς. Οι προδιαγραφές της τεχνολογίας προβλέπουν ρυθμό καθόδου downstream μέχρι 8 Mbps και ρυθμό ανόδου upstream μέχρι 2 Mbps και σε απόσταση 5 Km, προϋποθέτουν όμως καλή ποιότητα γραμμών. Οι σημερινές υλοποιήσεις στην πλειοψηφία τους αποδίδουν ρυθμούς 1,5-2 Mbps (ρυθμός καθόδου) / Kbps (ρυθμός ανόδου) σε απόσταση τυπικά 3 με 4 Km. Ορισμένοι πάροχοι στη χώρα μας έχουν ήδη ξεκινήσει πιλοτικά την διάθεση μίας νέας ευρυζωνικής υπηρεσίας με την ονομασία ADSL 2+. Πρόκειται για εξέλιξη των υπαρχουσών ADSL τεχνολογιών αφού υπόσχεται ότι προσφέρει ταχύτητες μετάδοσης των δεδομένων έως και 24 Mbps, τιμή τρεις φορές μεγαλύτερη των υπαρχουσών τεχνολογιών. Αυτό αποτέλεσε τον προάγγελο των Triple Play services (Video, Voice, Data) που διατίθενται σήμερα. Αρχικά η κάλυψη είναι περιορισμένη σε μερικές μόνο περιοχές της Αθήνας, ενώ σταδιακά, καθώς θα προχωρά η επέκταση του δικτύου και η αναβάθμιση της υφιστάμενης υποδομής, θα εμπλουτίζεται με την κάλυψη περισσότερων περιοχών. Η VDSL τεχνολογία παρέχεται από την CYTA Ελλάδος και προσφέρει υπέρ-υψηλές ταχύτητες πρόσβασης στο Internet αν και ακόμη καλύπτει και αυτή ορισμένες περιοχές της Αθήνας. 16

17 1.3.2Δίκτυα οπτικών ινών Οι οπτικές ίνες μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε τοπικά δίκτυα αλλά και για μεταδόσεις σε μεγάλες αποστάσεις (δίκτυα ευρείας περιοχής). Έχουν στο κέντρο τους τον πυρήνα μέσω του οποίου μεταδίδεται το οπτικό σήμα. Ο πυρήνας εγκλωβίζει τις ακτίνες φωτός και τις οδηγεί στο τέρμα. Τα κύματα μεταφέρονται από τον πυρήνα της οπτικής ίνας. Όσο πιο στενός είναι ο πυρήνας, τόσο πιο γρήγορα μεταφέρεται το κύμα φωτός. Ο οπτικός πυρήνας περιβάλλεται από στρώμα γυάλινης επικάλυψης. Η επικάλυψη (cladding), η οποία περιβάλλει την οπτική ίνα κρατάει το φως στον πυρήνα, εμποδίζοντας το σήμα να διασκορπιστεί και να χάσει την ισχύ του. Η επικάλυψη με τη σειρά της περιβάλλεται από το εξωτερικό προστατευτικό υλικό, η οποία προστατεύει την ίνα από τους περιβαλλοντικούς κινδύνους. ΕΙΚΟΝΑ 1.1 Δομή οπτικής ίνας Η δέσμη φωτός εκπέμπεται στον πυρήνα της οπτικής ίνας και προσπίπτει με τέτοια γωνία στην επικάλυψη ώστε να υπάρχει ολική ανάκλαση και να μεταδίδεται σε όλο το μήκος της οπτικής ίνας. Η οπτική ίνα εγκλωβίζει όλη την ενέργεια της ακτίνας του φωτός. Τα οπτικά σήματα εσωτερικά ανακλώμενα μπορούν να ταξιδέψουν μεγάλες αποστάσεις αφού ισχύει η αρχή της φυσικής «Όταν μία ακτίνα φωτός περνά από το ένα μέσο σε άλλο, η ακτίνα διαθλάται στη διαχωριστική επιφάνεια γυαλιού/αέρας». Η ποσότητα διάθλασης εξαρτάται από τις ιδιότητες των δύο μέσων. Για γωνίες πρόσπτωσης μεγαλύτερες από μία συγκεκριμένη κρίσιμη τιμή, το φως διαθλάται πίσω στο γυαλί και δεν διαφεύγει στον αέρα. Συνεπώς μια ακτίνα φωτός προσπίπτουσα με γωνία ίση ή μεγαλύτερη 17

18 της κρίσιμης τιμής παγιδεύεται εντός της ίνας. Με αυτό τον τρόπο η ακτίνα μπορεί να διαδοθεί για πολλά χιλιόμετρα, με σχεδόν μηδενική απώλεια. Επίσης, υπάρχει η δυνατότητα να διαδίδονται πολλές διαφορετικές ακτίνες αρκεί να στέλνονται με διαφορετικές γωνίες πρόσπτωσης και η γωνία αυτή να είναι μεγαλύτερη της κρίσιμης. Υπάρχουν πολλές γωνίες με τις οποίες το φως μπορεί να εισέλθει σε μια οπτική ίνα και να δημιουργήσει διαφορετικές γωνίες προσβολής της επικάλυψης οι οποίες αναφέρονται και ως τρόποι (modes). Ο αριθμός των τρόπων (modes) αυξάνει καθώς αυξάνει η διάμετρος του πυρήνα. Οι μονότροπες (single - mode) οπτικές ίνες έχουν συνήθως διάμετρο πυρήνα περίπου 10 μm ενώ οι πολύτροπες μm. Οι μονότροπες οπτικές ίνες, σε αντίθεση με τις πολύτροπες δεν διαχέουν τη δέσμη φωτός αλλά απαιτούν συγκέντρωση φωτός μεγάλης έντασης σε πυρήνα μικρής διαμέτρου, γεγονός που απαιτεί τη χρήση Laser. Η διάμετρος δηλαδή του πυρήνα να είναι στο επίπεδο του μήκους κύματος του εκπεμπόμενου οπτικού σήματος. Αναφέρεται και σαν ομοαξονική μετάδοση. Για την υλοποίηση οπτικών δικτύων ακολουθείται η αρχιτεκτονική τριών επιπέδων: κύριου δικτύου, δικτύου διανομής και δικτύου πρόσβασης. Το κύριο δίκτυο περιλαμβάνει το δίκτυο υποδομών και οπτικών καλωδίων για τη διασύνδεση μεταξύ των κυρίων κόμβων για κάλυψη των συναθροισμένων επικοινωνιακών αναγκών ενός μεγάλου δήμου ή μιας ευρύτερης αλλά πλέον αραιοκατοικημένης περιοχής ή μέρους ενός μεγάλου αστικού κέντρου. Το δίκτυο διανομής αποτελεί το πυκνότερο δίκτυο για τη διασύνδεση μεταξύ των κόμβων διανομής ή/και μεταξύ κόμβων διανομής και κύριων κόμβων. Ένας κόμβος διανομής συνιστά το σημείο διασύνδεσης οπτικών αγωγών και καλωδίων του κατ εξοχήν μητροπολιτικού δικτύου (δικτύου διανομής) για συγκέντρωση των συναθροισμένων επικοινωνιακών αναγκών μιας γεωγραφικής περιοχής. Το δίκτυο πρόσβασης αποτελεί το δίκτυο σύνδεσης των κόμβων πρόσβασης με το δίκτυο διανομής. Ο κόμβος πρόσβασης ουσιαστικά συνιστά το σημείο διασύνδεσης μεμονωμένων κτιριακών εγκαταστάσεων ή συγκροτημάτων προς το δίκτυο πρόσβασης (εικόνα 1.2). ΕΙΚΟΝΑ 1.2 Αρχιτεκτονική οπτικού δικτύου 18

19 Οι οπτικές ίνες παρέχουν μεγάλο εύρος ζώνης, το οποίο σήμερα φθάνει στις ευρέως χρησιμοποιούμενες υλοποιήσεις όπως το Gigabit Ethernet μέχρι και τα 10 Gbps. Η απόσταση κυμαίνεται μεταξύ Km ανάλογα με τον τύπο της οπτικής ίνας και το σήμα που μεταφέρεται. Συνεπώς, περιορίζουν τον αριθμό των ενδιάμεσων ενισχύσεων που απαιτούνται για να διασχίσει το σήμα μια μεγάλη απόσταση, και έχει σημαντική ανοχή στον θόρυβο. Προς το παρόν οι οπτικές ίνες χρησιμοποιούνται για την υλοποίηση ευρυζωνικού δικτύου κορμού και διανομής, καθώς είναι ουσιαστικά η μόνη τεχνολογία που μπορεί να υποστηρίξει τη συγκέντρωση ευρυζωνικών συνδέσεων πρόσβασης και να μεταφέρει τις μεγάλες ποσότητες δεδομένων με υψηλό ρυθμό που απαιτεί η παροχή ευρυζωνικών υπηρεσιών από κεντρικά σημεία διανομής προς τους συνδρομητές. Για το λόγο αυτό είναι κοινή περίπτωση ο συνδυασμός υποδομών οπτικών ινών με άλλες ευρυζωνικές τεχνολογίες, όπου η υποδομή οπτικών ινών δημιουργείται και φτάνει μέχρι τις γειτονιές ή τα κτίρια των συνδρομητών και στη συνέχεια χρησιμοποιούνται οι υπόλοιπες τεχνολογίες ευρυζωνικής πρόσβασης για να δημιουργηθεί το δίκτυο πρόσβασης που φτάνει μέχρι το χώρο του χρήστη Οι τεχνολογίες οπτικών ινών δημιουργούν μια οικογένεια αρχιτεκτονικών που ονομάζεται FTTx, όπου το 'x' παριστάνει τις διάφορες επιλογές όσον αφορά τον αριθμό των συνδρομητών που μοιράζονται το τελευταίο τμήμα της καλωδίωσης. ΠΙΝΑΚΑΣ 1.2 Τεχνολογίες οπτικών ινών FTTx Fiber To The FTTN (Node) / FTTN (Neighborhood) / FTTCab (Cabinet) / FTTS (Street) FTTC (Curb) FTTB (Building) FTTH (Home) / FTTO (Office) FTTP (Premises) FTTA (Apartment) FTTD (Dormitory) Περιγραφή Ορίζεται μέχρι περίπου 1500 μέτρα από τις εγκαταστάσεις του τελικού χρήστη. Οι οπτικές ίνες φτάνουν μέχρι το cabinet (κουτί) που εξυπηρετεί μια γειτονιά, και από εκεί μέχρι τον τελικό χρήστη χρησιμοποιείται η υπάρχουσα υποδομή (π.χ. χαλκός). Ορίζεται ως περίπου 150 μέτρα από τις εγκαταστάσεις του τελικού χρήστη. Από εκεί μέχρι τον τελικό χρήστη χρησιμοποιείται η υπάρχουσα υποδομή (π.χ. χαλκός). Η οπτική ίνα φτάνει στο οικοδομικό τετράγωνο, αλλά όχι σε κάθε όροφο, γραφείο ή διαμέρισμα. Η οπτική ίνα φτάνει σε ιδιωτικά σπίτια / διαμερίσματα και γραφεία. Η οπτική ίνα φτάνει σε κάθε τύπο κτιρίου (χρησιμοποιείται κάποιες φορές για να περιγράψει το FTTH ή/και το FTTB). Η βασική διαφορά από τα FTTN και FTTC είναι ότι η οπτική ίνα καλύπτει και το last mile μέχρι τον τελικό χρήστη. Περιλαμβάνει την οπτική ίνα από το υπόγειο της πολυκατοικίας στο διαμέρισμα. Η οπτική ίνα φτάνει στους χώρους κατοικίας των σπουδαστών σε κολλέγια και πανεπιστήμια. 19

20 Οι πιο βασικές περιπτώσεις μπορούν επομένως να κατηγοριοποιηθούν ως εξής: FTTC (Fibre-to-the-Curb), FTTS (Fibre-to-the-Street) και FTTN (Fibre-to-the Neighbourhood), όπου η οπτική τερματική συσκευή (ONU) που υπάρχει σε κάποιο σημείο διανομής διασυνδέει τους συνδρομητές σε επίπεδο μίας γειτονιάς. Στη συνέχεια, η διασύνδεση των χρηστών στις οπτικές τερματικές συσκευές γίνεται μέσω του local loop με τεχνολογίες χαλκού. Η περίπτωση αυτή περιορίζει το μήκος του χαλκού μέχρι μερικές εκατοντάδες μέτρα, επιτρέποντας ταχύτητες πρόσβασης μέχρι μερικές δεκάδες Mbps, π.χ. χρησιμοποιώντας συστήματα VDSL. Η λύση αυτή θεωρείται κατάλληλη για την εξυπηρέτηση μεγάλου αριθμού συνδρομητών, οι οποίοι είναι συγκεντρωμένοι σε μία μικρή περιοχή (π.χ. οικοδομικό τετράγωνο), και έχουν σχετικά μικρές απαιτήσεις ταχύτητας πρόσβασης. FTTB (Fibre-to-the-Building) και FTTO (Fibre-to-the-Office), όπου η τερματική συσκευή διασυνδέει τους συνδρομητές σε επίπεδο ενός κτιρίου, και την FTTH (Fibre-to-the-Home) σε επίπεδο μιας οικίας. Σε αυτή την περίπτωση, η οπτική ίνα μπαίνει στο κτίριο των συνδρομητών (συγκρότημα γραφείων, πολυκατοικία, σπίτι) και η ONU τοποθετείται εσωτερικά μέσα στο κτίριο εξυπηρετώντας τους συνδρομητές του κτιρίου. Το μήκος του χαλκού περιορίζεται σε αυτό της δομημένης καλωδίωσης του κτιρίου ή ακόμη και μηδενίζεται (οπτική εσωτερική καλωδίωση), επιτρέποντας πρακτικά οποιαδήποτε ταχύτητα πρόσβασης. Η λύση αυτή θεωρείται κατάλληλη για την εξυπηρέτηση μεμονωμένων μεγάλων επιχειρήσεων με μεγάλες απαιτήσεις ταχύτητας ή κτιρίων με μεγάλη συγκέντρωση συνδρομητών σχετικά μικρών απαιτήσεων (π.χ. εμπορικά και επαγγελματικά κέντρα). Η κατηγορία αυτή αντιστοιχεί και στο μεγαλύτερο μέρος των αναπτυξιακών έργων των ευρυζωνικών παρόχων στις μέρες μας, που σχεδιάζουν και αναπτύσσουν FFTH και FTTB δίκτυα. ΕΙΚΟΝΑ 1.3 Βασικές αρχιτεκτονικές οπτικών ινών 20

21 Ανάμεσα στα πολλαπλά πλεονεκτήματα της τεχνολογίας των οπτικών ινών διακρίνουμε το χαμηλό κόστος, το υψηλό bandwidth το οποίο ξεπερνά κατά εκατοντάδες φορές αυτό ενός κοινού καλωδίου, την μικρή εξασθένηση του σήματος καθώς και τις μικρές απαιτήσεις σε ενέργεια. Επιπλέον, οι οπτικές ίνες διαθέτουν μικρές διαστάσεις και βάρος και παρατηρείται υψηλή διαθεσιμότητα που οφείλεται κυρίως στην ανθεκτική κατασκευή των σύγχρονων οπτικών καλωδίων, που μειώνει στο ελάχιστο το ενδεχόμενο εξωτερικής ζημιάς. Ένας άλλος σχετικός όρος με το συγκεκριμένο θέμα είναι οι σκοτεινές οπτικές ίνες (Dark Fibers). Πρόκειται για κλασσικές οπτικές ίνες οι οποίες είναι τοποθετημένες κανονικά αλλά παραμένουν αχρησιμοποίητες. Κάτι τέτοιο συμβαίνει σε περιπτώσεις όπου οι αντίστοιχες εταιρείες επιλέγουν να εγκαταστήσουν μεγαλύτερο πλήθος οπτικών ινών από τις υπάρχουσες ανάγκες για μελλοντική χρήση. Έτσι λοιπόν, οι επιπλέον οπτικές ίνες μπορούν να εκμισθωθούν σε άλλες εταιρείες ή ιδιώτες για προσωπική χρήση Wi-Fi Το Wi-Fi προέρχεται από τα αρχικά των «Wireless Fidelity» (Ψηφιακή Πιστότητα) και έχει επικρατήσει σαν όρος για το υψηλής συχνότητας ασύρματο τοπικό δίκτυο (WLAN). Βασικά αποτελεί ένα ασύρματο τρόπο διασύνδεσης, ενώ δίνει την δυνατότητα σύνδεσης και με το Internet. Οι ασύρματες τεχνολογίες πρόσβασης χρησιμοποιούνται για να αντικαταστήσουν ή να επεκτείνουν ένα κοινό ενσύρματο δίκτυο (Ethernet) και επιτρέπουν στον κινητό χρήστη την ασύρματη μετάδοση και λήψη δεδομένων. Τα Ασύρματα Τοπικά Δίκτυα (WLANs) ακολουθούν το πρότυπο IEEE Το είναι το όνομα του project της ομάδας εργασίας του ΙΕΕΕ (Institute of Electrical and Electronics Engineers, Ινστιτούτο Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών Μηχανικών). Δημιουργήθηκε τον Ιούνιο του 1997, έχει ταχύτητα 2Μbps, αποτελεί το πρώτο πρότυπο για ασύρματη δικτύωση και ακολουθείται από τα περισσότερα ασύρματα δίκτυα μέχρι και σήμερα. Στην συνέχεια δημιουργήθηκαν υποπρότυπα του ΙΕΕΕ , όπως το ΙΕΕΕ a, IEEE b, IEEE e, IEEE f, IEEE g, IEEE i, IEEE n. Σήμερα τα ασύρματα δίκτυα που βασίζονται σε αυτήν την οικογένεια προτύπων και ονομάζονται και δίκτυα Wi-Fi είναι τα πλέον διαδεδομένα, ενώ κυκλοφορεί μεγάλη ποικιλία σχετικών προϊόντων στην αγορά. Με άλλα λόγια, το πρότυπο αυτό θέτει το πλαίσιο για μια προτυποποιημένη ασύρματη δικτυακή επικοινωνία ευρείας ζώνης. Τα ασύρματα δίκτυα αποτελούνται από τις κάτωθι τέσσερις βασικές μονάδες Σημείο πρόσβασης (Access Point - AP): Το AP είναι η μονάδα που παίζει το ρόλο γέφυρας μεταξύ του ενσύρματου και του ασύρματου δικτύου, μετατρέποντας κατάλληλα τα πλαίσια που ανταλλάσσονται μεταξύ αυτών. Επιτελεί και πολλές άλλες λειτουργίες στο ασύρματο δίκτυο που θα αναφερθούν στη συνέχεια. Σύστημα διανομής (Distribution System): Το σύστημα διανομής ενώνει τα διάφορα AP του ίδιου δικτύου, επιτρέποντάς τους να ανταλλάσσουν πλαίσια. Το δεν προσδιορίζει τον τρόπο που θα γίνεται αυτό. Ασύρματο μέσο μετάδοσης (Wireless Medium): Έχουν οριστεί διάφορα φυσικά στρώματα που χρησιμοποιούν είτε ραδιοσυχνότητες είτε υπέρυθρες ακτίνες για τη μετάδοση των πλαισίων μεταξύ των σταθμών του ασύρματου δικτύου. Σταθμοί (Stations): Οι σταθμοί που ανταλλάσσουν πληροφορία μέσω του ασυρμάτου δικτύου συνήθως είναι φορητές συσκευές (για παράδειγμα laptops ή PDAs) χωρίς όμως αυτό να είναι απαραίτητο. 21

22 ΕΙΚΟΝΑ 1.4 Δομή του wi-fi Η βασική δομική μονάδα κάθε δικτύου αποκαλείται Basic Service Set (BSS) και αποτελείται από μία ομάδα σταθμών που επικοινωνούν μεταξύ τους. Τα όρια του BSS καθορίζονται από την περιοχή ραδιοκάλυψης, που ονομάζεται Basic Service Area (BSA). Ένας σταθμός σε ένα BSS μπορεί να επικοινωνεί με οποιονδήποτε άλλο σταθμό στο ίδιο BSS. Όσον αφορά στην αρχιτεκτονική - τοπολογία τους τα δίκτυα αυτά εμφανίζονται με δύο μορφές. Τη δομημένη (Infrastructure) και την τυχαία (Ad-hoc). Τα πιο κοινά WLANs λειτουργούν στη μη αδειοδοτημένη περιοχή συχνοτήτων ISM (Industrial, Scientific and Medical) των 2,4 GHz και στην UNII (Unlicensed National Information Infrastructure) μπάντα των 5 GHz. Τα ΙΕΕΕ b WLANs λειτουργούν στη ζώνη 2, GHz. Το πρότυπο IEEE a χρησιμοποιεί την περιοχή των 5 GHz UNII. Αυτή η περιοχή έχει εύρος 300 MHz και είναι χωρισμένη σε δύο υποπεριοχές. Η χαμηλότερη υποπεριοχή επεκτείνεται από 5,15 MHz ως 5,35 MHz. Η ανώτερη υποπεριοχή είναι από MHz ως MHz. Στο φυσικό επίπεδο προδιαγράφονται δύο τεχνικές διαμόρφωσης (Απλωμένου Φάσματος): FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum Και στις δύο τεχνικές υποστηρίζονται ρυθμοί μετάδοσης 1 και 11Mbps στην ζώνη συχνοτήτων GHz. Στην ζώνη συχνοτήτων 5GHz η τεχνική η οποία χρησιμοποιείται είναι η Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM). Οι ρυθμοί μετάδοσης μπορούν να αγγίξουν τα 54Mbps. 22

23 Με σκοπό τη βελτίωση και την εξέλιξη του προτύπου δημιουργήθηκαν κατά την διάρκεια των χρόνων, εξελίξεις του προτύπου που διαφορετικά ονομάζονται και υποπρότυπα. Τα πιο γνωστά από αυτά είναι: ΙΕΕΕ a: Χρησιμοποιεί τη ζώνη των 5 GHz και OFDM. Ταχύτητα μικρότερη από 54Μbps. IEEE b (Χρησιμοποιείται στην Ελλάδα): Χρησιμοποιεί τη ζώνη των 2.4 GHz και DSSS. Ταχύτητα μικρότερη από 11Μ bps IEEE e: Παρέχει εγγυήσεις για ποιότητα υπηρεσίας (Quality of Service - QoS). IEEE f: Κινητικότητα των σταθμών μέσα σε ένα IP δίκτυο (Intra - network Handover). IEEE g: Επεκτείνει το b ώστε να προσεγγίζει ταχύτητες που αγγίζουν τα 54Μbps. IEEE i: Πρότυπο το οποίο μελετά θέματα ασφάλειας στα WLANs. IEEE h: Η ομάδα αυτή θα προσπαθήσει να εισάγει στο a την δυνατότητα για καλύτερο έλεγχο συγκρούσεων. Μία παρεμφερή τεχνολογία που ακούγεται όλο και περισσότερο τον τελευταίο καιρό είναι η Ultra - Wideband (UWB). Πρόκειται για μία τεχνολογία η οποία ενσωματώνει την ευχρηστία και την κινητικότητα των ασύρματων επικοινωνιών και των δικτύων υψηλών ταχυτήτων. Μέσω της τεχνολογίας UWB, οι διάφορες ηλεκτρονικές συσκευές στο γραφείο ή στο σπίτι θα μπορούν να συνδέονται πολύ γρήγορα και εύκολα προσφέροντας πολύ μεγάλες ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων. Αξίζει πάντως να σημειωθεί ότι η συγκεκριμένη τεχνολογία έχει σχεδιαστεί για σύνδεση συσκευών σε μικρές αποστάσεις. Ένα άλλο ενδιαφέρον σημείο στην περίπτωση των ασύρματων δικτύων είναι η συμβατότητα των διαφόρων συσκευών. Έτσι λοιπόν, έχει δημιουργηθεί ένας μη κερδοσκοπικός οργανισμός με την ονομασία Wi-Fi Alliance του οποίου μέλημα είναι ο έλεγχος της συμβατότητας Wi-Fi προϊόντων διαφορετικών κατασκευαστών. Για τον λόγο αυτό έχει υιοθετηθεί και το logo που παρουσιάζεται στο σχήμα που ακολουθεί, το οποίο γνωστοποιεί στον καταναλωτή ότι το προϊόν που σκοπεύει να αγοράσει είναι συμβατό με την Wi-Fi τεχνολογία και δεν θα συναντήσει προβλήματα σε περίπτωση που προσπαθήσει να συνδεθεί ασύρματα με συσκευές διαφορετικών κατασκευαστών από την δική του. Συνολικά, ανάμεσα στα πλεονεκτήματα της W-LAN τεχνολογίας ξεχωρίζουμε την ευκολία υλοποίησης και το μικρό κόστος για τον σταθμό βάσης καθώς και για τον χρήστη. Επίσης, είναι ελκυστική καθώς προσφέρεται ένα σύνολο χαρακτηριστικών που εγγυώνται ασφάλεια πρόσβασης και μετάδοσης (ταυτοποίηση χρήστη, κρυπτογραφημένη μετάδοση) αλλά και δυνατότητες για υπηρεσίες περιαγωγής (roaming), όπου ένας συνδρομητής ενός τοπικού δικτύου μπορεί να συνδεθεί σε ένα άλλο W-LAN (π.χ. η περίπτωση των W-LAN που έχουν υλοποιηθεί σε αεροδρόμια). Όπως και στην περίπτωση των δικτύων κινητής τηλεφωνίας, απαιτούνται για την υπηρεσία roaming συμφωνίες μεταξύ των ιδιοκτητών τέτοιων δικτύων ή μέσω ειδικών εταιριών περιαγωγής (roaming brokers). 23

24 1.3.4Wi-MAX Το WiMAX είναι σε θέση να ικανοποιήσει ποικίλες ανάγκες πρόσβασης, ξεπερνώντας τα προβλήματα που αντιμετωπίζει το Wi-Fi. Οι πιθανές εφαρμογές του περιλαμβάνουν την επέκταση των ευρυζωνικών δικτύων προς τη μεριά των συνδρομητών, την κάλυψη των κενών των ενσύρματων τεχνολογιών, όπως της τεχνολογίας DSL, καθώς και τη χρήση ως κυψελοειδή υποδομή ώστε να καλύψει το τηλεπικοινωνιακό last mile. Το WiMAX μπορεί να καλύψει ευρείες περιοχές και να προσφέρει ποιότητα υπηρεσιών σε εφαρμογές που είναι ευαίσθητες στην καθυστέρηση, όπως VoIP και streaming video, εξασφαλίζοντας ότι οι συνδρομητές θα λαμβάνουν την απόδοση που αναμένουν για όλους τους τύπους επικοινωνίας. Είναι μια IP-based ασύρματη ευρυζωνική τεχνολογία που μπορεί να λειτουργήσει παράλληλα με τα κινητά δίκτυα 3ης γενιάς, επιτρέποντας την αδιάλειπτη ευρυζωνική πρόσβαση στο διαδίκτυο οποτεδήποτε και οπουδήποτε. Το WiMAX υιοθετήθηκε το 2003 από την ΙΕΕΕ ως πρότυπο , ώστε να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις για ασύρματη πρόσβαση (με σταθερούς ρυθμούς) ευρείας ζώνης. Όπως συμβαίνει με τα πρότυπα της σειράς 802 για ασύρματα τοπικά δίκτυα LAN, έτσι και το καθορίζει μια οικογένεια προτύπων με επιλογές για συγκεκριμένες ρυθμίσεις. Το πρότυπο αυτό σχεδιάστηκε ώστε να λειτουργεί σε μια ευρεία μπάντα συχνοτήτων η οποία εκτείνεται από 2 ως 66 GHz. Υποστηρίζει ταχύτητες μετάδοσης ως και 70Mbps στον αέρα ενώ η πραγματική ταχύτητα στο Ethernet υπολογίζεται στα 50Mbps. Οι αποστάσεις που μπορεί να καλυφθούν ξεπερνούν τα 50Km σε συνθήκες οπτικής επαφής. Μια σημαντική διαφορά του προτύπου ΙΕΕΕ σε σχέση με το ΙΕΕΕ είναι ότι το πρώτο μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σε συνθήκες μη οπτικής επαφής φυσικά με ρυθμούς μετάδοσης πολύ χαμηλότερους των 50Mbps. Το WiMΑΧ σχεδιάστηκε κατά βάση ώστε να καλύπτει κυρίως point to multipoint (P2MP) συνδέσεις χωρίς ωστόσο να αποκλείεται και η χρήση του για point to point (P2P) συνδέσεις. Η διαμόρφωση η οποία χρησιμοποιείται ονομάζεται OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Πρόκειται για μια πολύ ανθεκτική διαμόρφωση σε ότι αφορά το φαινόμενο της πολυδιόδευσης ειδικότερα στις συχνότητες πάνω των 2 GHz όπου το πρότυπο χρησιμοποιεί. Παραλλαγές του προτύπου, που στοχεύουν στους κινητούς χρήστες (802.16e) και στην παροχή ενισχυμένης QoS (802.16b) είναι ήδη σε εξέλιξη. Το πρώτο a προϊόν καθώς και συμβατός με αυτό εξοπλισμός εκδόθηκε από την Redline Communications τον Μάρτιο του Αρκετοί προμηθευτές που έχουν ασχοληθεί με εξοπλισμό για ευρείας ζώνης ασύρματη πρόσβαση, έχουν εκδηλώσει το ενδιαφέρον τους για το WiMΑΧ και έτσι δραστηριοποιούνται στην κατασκευή προϊόντων συμβατών με το εν λόγω πρότυπο. 24

25 Ο Πίνακας παρουσιάζει την ιστορική εξέλιξη των ασύρματων τοπικών δικτύων σε ότι αφορά το πρότυπο που χρησιμοποιείται κάθε χρονική περίοδο, τις ταχύτητες που υποστηρίζει και τη διαμόρφωση που χρησιμοποιεί. Γενικά η τάση είναι από τις proprietary λύσεις προς λύσεις βασισμένες στις WiMAX προτυποποιήσεις. ΠΙΝΑΚΑΣ 1.3 Εξέλιξη ασύρματης ευρυζωνικής πρόσβασης Ρυθμός Έτος Μετάδοσης Mbps 6-54 Mbps Μέχρι 72 Mbps Chipsets /b RF και PHY ή πατενταρισμένα (proprietary) Οι κατασκευαστές υλοποιούν δικά τους (κάποια χρησιμοποιούν a RF και PHY) Προμήθεια από εξειδικευμένους κατασκευαστές σε μεγάλες ποσότητες Φυσικό μέσο (αέρας) Frequency Hopping και Direct Sequence OFDM και SCDMA 256FFT OFDM και OFDMA Λόγω των μεγάλων αποστάσεων που καλύπτει και ταυτόχρονα τους υψηλούς ρυθμούς μετάδοσης που μπορεί να παρέχει, το πρότυπο WiMAX βρίσκει πολλές εφαρμογές, λύνοντας σημαντικά προβλήματα που απασχολούσαν του τεχνικούς δικτύων σήμερα. Τρείς είναι οι βασικότερες χρήσεις του: Δίκτυο κορμού στα κυψελωτά συστήματα κινητής τηλεφωνίας: Η εισαγωγή του προτύπου αυτού αναμένεται να μειώσει σημαντικά το κόστος εξάπλωσης των δικτύων κινητής τηλεφωνίας μιας και αποτελεί μια οικονομικότερη πρόταση, αν συγκριθεί με την οπτική ίνα, για τις εταιρίες κινητής τηλεφωνίας. Εξασφαλίζει ταυτόχρονα αξιοπιστία και υψηλούς ρυθμούς μετάδοσης που απαιτούν τα δίκτυα κορμού των κινητών δικτύων επικοινωνιών. Broadband on Demand: Παρέχει υψηλούς ρυθμούς μετάδοσης κάνοντας εφικτή τη χρήση της τεχνολογίας για εφαρμογές πραγματικού χρόνου κάτι που με το πρότυπο ΙΕΕΕ σε μεγάλες αποστάσεις δεν ήταν εφικτό. Παρέχει κάλυψη σε περιοχές που είναι αδύνατο τα καλυφθούν με χρήση χαλκού ή οπτικής ίνας: Μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν συμπλήρωμα δικτύων οπτικών ινών σε τμήματα του εδάφους στα οποία το κόστος εγκατάστασης και συντήρησης δικτύων οπτικών ινών είναι απαγορευτικό. 25

26 ΕΙΚΟΝΑ 1.5 Το αρχικό πρωτόκολλο του WiMax όριζε το WiMax στο εύρος των 10 με 66 GHz. Το πρωτόκολλο a αναβαθμίστηκε το 2004 σε προσθέτοντας προδιαγραφές για το εύρος 2 με 11 GHz. Το αναβαθμίστηκε στο e το 2005 και χρησιμοποιεί τύπο συχνότητας scalable orthogonal frequency-division multiple access (SOFDMA) ο οποίος συγκρούεται με την έκδοση OFDM-256 που χρησιμοποιείται από το d. Οι πιο εξελιγμένες μορφές πρωτοκόλλων, συμπεριλαμβανομένου και του e, χρησιμοποιούν Multiple Antenna Support δια μέσω του συστήματος Multiple-input multiple-output (MIMO) το οποίο παραπέμπει στη χρήση Multiple Antenna και από τον πομπό και από τον δέκτη. Αυτό μπορεί να επιφέρει θετικά αποτελέσματα στον τομέα της κάλυψης, της ατομικής εγκατάστασης, της αποτελεσματικής χρήσης και της ευρυζωνικής αποτελεσματικότητας. Το e προσθέτει την ικανότητα για κάλυψη σε περίπτωση κίνησης του χρήστη. Οικονομικό και εμπορικό ενδιαφέρον εντοπίζεται στα πρωτόκολλα d και e, αφού οι χαμηλότερες συχνότητες όταν χρησιμοποιούνται σε αυτές τις παραλλαγές δεν χαρακτηρίζονται από έμφυτη εξασθένιση του σήματος και γι αυτό διαθέτουν βελτιωμένο εύρος και ικανότητα στη διαπερατότητα κτηρίων. Ήδη σήμερα, αρκετά δίκτυα ανά τον κόσμο χρησιμοποιούν για εμπορικούς σκοπούς πιστοποιημένο εξοπλισμό με WiMax, συμβατό με το υποπρωτόκολλο d. Στο WiFi το ΜAC layer (media access controller) χρησιμοποιεί ανταγωνιστική πρόσβαση, δηλαδή όλοι οι συνδρομητές που επιθυμούν να μεταφέρουν δεδομένα μέσω ενός ασύρματου σημείου πρόσβασης (wireless access point ή AP) συναγωνίζονται συνεχώς για το ποιος θα τραβήξει την προσοχή του access point. Αυτό το χαρακτηριστικό μπορεί να γίνει αιτία ώστε ένας απομακρυσμένος χρήστης από το AP να μην μπορεί επανειλημμένα να αποκτήσει πρόσβαση, ή να διακόπτεται διαρκώς η σύνδεση του εξ αιτίας πιο κοντινών στο AP χρήστες. Έτσι μειώνεται σημαντικά η εκπομπή και η μεταφορά δεδομένων. Επομένως η σύνδεση δεν χαρακτηρίζεται από υψηλή ποιότητα, και εφαρμογές που βασίζονται στην ποιότητα δεν μπορούν να εκτελεστούν σωστά. Παραδείγματα τέτοιων εφαρμογών είναι η Voice over IP (VoIP) και η IPTV, για τις οποίες η ποιότητα της σύνδεσης είναι κύριο χαρακτηριστικό και καθορίζει, το ποσοστό των δεδομένων που μεταφέρονται και το αν η μεταφορά θα είναι επιτυχής, συνεχής και δε θα διακόπτεται. 26

27 Αντίθετα το MAC χρησιμοποιεί έναν αλγόριθμο για τον οποίο ο συνδρομητής «συναγωνίζεται» μια μόνο φορά (με την αρχική εγγραφή του στο δίκτυο). Από εκεί και έπειτα έχει καθοριστεί ο τρόπος σύνδεσης του από το base station πρόσβασης. Ο χρόνος σύνδεσης με τον καιρό μπορεί να ποικίλει, είτε να μεγαλώνει είτε να μικραίνει, ωστόσο η σύνδεση θα πραγματοποιείται. Ο αλγόριθμος του πρωτοκόλλου είναι αρκετά σταθερός ακόμα και όταν το δίκτυο είναι υπερφορτωμένο και ο αριθμός των συνδεδεμένων συνδρομητών είναι πολύ μεγάλος (αντίθετα με το ). Επίσης μπορεί να είναι ευρυζωνικώς πιο αποτελεσματικός. Ο αλγόριθμος επίσης επιτρέπει στον base station να ελέγχει την ποιότητα της υπηρεσίας (QoS) κατανέμοντας το χρόνο που χρειάζεται να διαθέσει για τις διάφορες εφαρμογές των συνδρομητών. ΕΙΚΟΝΑ 1.6 Την ασφαλή μετάδοση των δεδομένων στο WiMAX αναλαμβάνει ο αλγόριθμος κρυπτογράφησης DES (Data Encryption Standard, Πρότυπο Κωδικοποίησης Δεδομένων) και συγκεκριμένα μια παραλλαγή του αλγορίθμου ο Triple DES. Το DES αναπτύχθηκε το 1970 από το Αμερικανικό Εθνικό Γραφείο Προτύπων. Η βασική ιδέα ήταν η ανάπτυξη ενός αλγόριθμου κρυπτογράφησης που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί (και να βελτιωθεί) από διάφορες εταιρείες ή οργανισμούς. Το DES ανήκει στην οικογένεια των συμμετρικών αλγόριθμων και κάνει χρήση κλειδιών με μήκος 56 bit. Ο "κλασικός" αλγόριθμος DES είναι πλέον ξεπερασμένος, αφού με τη χρήση ενός σύγχρονου υπολογιστή μπορεί να παραβιαστεί σχετικά εύκολα. Στο μεταξύ, εφαρμόζοντας διάφορες τεχνικές επάνω στο DES, μπορούμε να αυξήσουμε σημαντικά την ασφάλειά του. Με τη μέθοδο Triple - DES, για παράδειγμα, το μήνυμα κωδικοποιείται τρεις φορές, με τρία διαφορετικά κλειδιά. Όπως έχει ήδη αναφερθεί, στην αρχική του έκδοση το πρότυπο ΙΕΕΕ λειτουργούσε στην ζώνη συχνοτήτων GHz. Στις παραπάνω συχνότητες η επικοινωνία μεταξύ δύο σταθμών επιτυγχάνεται μόνο όταν οι σταθμοί αυτοί βρίσκονται σε συνθήκες οπτικής επαφής. Η παραπάνω διαδικασία περιγράφεται στο υποπρότυπο. Η ανάγκη για επικοινωνία μεταξύ σταθμών που δεν βρίσκονται σε οπτική επαφή ήταν το κίνητρο για τη δημιουργία του υποπροτύπου ΙΕΕΕ a. Τον Ιανουάριο του 2003 το πρότυπο επεκτάθηκε ώστε να λειτουργεί και στις συχνότητες από 2-11 GHz όπου στις συχνότητες αυτές ήταν δυνατή η δημιουργία συνδέσεων χωρίς οπτική επαφή πομπού - δέκτη. 27

28 Το υποπρότυπο το οποίο περιγράφει τη διαδικασία αυτή ονομάστηκε ΙΕΕΕ a. Τα πρώτα προϊόντα WiMAX τα οποία σήμερα είναι διαθέσιμα στην αγορά ακολουθούν στην μεγαλύτερή τους πλειοψηφία το υποπρότυπο αυτό. Καθώς η πολυπλοκότητα των εφαρμογών που διαδίδονται πάνω από ένα ασύρματο δίκτυο ολοένα και αυξάνει, η ποιότητα υπηρεσίας πάνω από τέτοια δίκτυα γίνεται ένας πολύ καθοριστικός παράγοντας για την ποιότητα της επικοινωνίας. Για παράδειγμα, η μετάδοση video σε πραγματικό χρόνο απαιτεί από το δίκτυο συνθήκες πολύ χαμηλής καθυστέρησης μετάδοσης. Για αυτό το λόγο, προκειμένου να ικανοποιηθεί η ανάγκη για ποιότητα υπηρεσίας ορίστηκε το υποπρότυπο ΙΕΕΕ d. Η ένωση των υποπροτύπων ΙΕΕΕ a, c, d όρισε το πρότυπο ΙΕΕΕ το οποίο περιγράφει τη συνολική λειτουργικότητα των επιμέρους υποπροτύπων που προαναφέρθηκαν για συχνότητες λειτουργίας 2-66 GHz. Το πρότυπο ΙΕΕΕ ορίζει την επικοινωνία χρηστών οι οποίοι βρίσκονται μέσα σε ένα κελί το οποίο καλύπτεται από ένα base station. Όταν κάποιος χρήστης κινηθεί σε περιοχή που βρίσκεται εκτός περιοχής κάλυψης του base station η σύνδεση χάνεται. Το υποπρότυπο ΙΕΕΕ e εισάγει και περιγράφει την έννοια της κινητικότητας των χρηστών από ένα base station σε άλλο. Στο υποπρότυπο αυτό ορίζεται ότι ένας κινητός χρήστης μπορεί να συνεχίσει να εξυπηρετείται από το δίκτυο ακόμα και αν κινείται με ταχύτητες οι οποίες φτάνουν τα 120Km/h. Η Κινητή Ευρυζωνική Ασύρματη Πρόσβαση είναι μία τεχνολογία που αναπτύσσεται τον τελευταίο καιρό με βάση το πρωτόκολλο ΙΕΕΕ Η τεχνολογία αυτή λόγω της ευρεία κάλυψης που πρόκειται να έχει λέγεται ότι είναι το τελευταίο σκαλοπάτι του παγκόσμιου δικτύου GAN (Global Area Network). Το δίκτυο αυτό θα λειτουργεί παρόμοια με τα σημερινά δίκτυα κινητής τηλεφωνίας, όπου οι χρήστες του θα έχουν την δυνατότητα να ταξιδεύουν ανά τον κόσμο και να εξακολουθούν να έχουν πρόσβαση στο δίκτυο συνεχώς. Το δίκτυο θα έχει αρκετή ευρυζωνικότητα, για να προσφέρει Διαδικτυακή πρόσβαση, συγκρίσιμη με αυτή των υπαρχόντων καλωδιακών δικτύων που χρησιμοποιούν modem, και θα μπορούν να έχουν πρόσβαση τα κινητά τηλέφωνα, τα laptops και κινητές συσκευές επόμενης γενιάς. Τέλος θα μπορεί κανείς να έχει πρόσβαση στο δίκτυο αυτό ακόμη και εάν κινείται με ταχύτητες της τάξεως των 350km/h. [10] Πίνακας 1.4 Χαρακτηριστικά προτύπων για ασύρματη δικτύωση Ταχύτητα Εμβέλεια Συχνότητα Διασύνδεση Home RF 2 Μbps 50 m 2,4 GHz Ethernet HiperLAN Type 1 24 Μbps 50 m 5 GHz Ethernet HiperLAN Type 2 54 Μbps <150m 5 GHz Μbps 100m-2Km 2,4 GHz Ethernet b 11 Μbps 100m-2Km 2,4 GHz Ethernet a 54 Μbps 100m-2Km 5 GHz Ethernet g 54 Μbps 100m-2Km 2,4 GHz Ethernet Wi-Max 54 Μbps 50 Km 2-11 GHz Ethernet 28

29 G/UMTS Αν θέλαμε να περιγράψουμε συνοπτικά το σύστημα UMTS που αναπτύσσει και εξελίσσει το 3GPP τότε θα λέγαμε ότι είναι «μία διεπαφή CDMA στον αέρα μέσω της οποίας ανταλλάσσονται πακέτα, σε συνδυασμό με ένα εξελιγμένο κεντρικό δίκτυο GSM/GPRS». Από την άλλη πλευρά, η οικογένεια προτύπων IMT-2000 περιλαμβάνει πολλές άλλες τεχνολογίες. Όμως, η τεχνολογία που συνδυάζει το WCDMA με το GSM και η οποία αναπτύσσεται από το 3GPP, είναι η πιο δημοφιλής. Ο λόγος για αυτή την επικράτηση είναι προφανής: μεταξύ των τεχνολογιών δεύτερης γενιάς, η τεχνολογία GSM ήταν η πιο διαδεδομένη. Συνεπώς, οι εταιρίες επέλεξαν την οικονομικότερη μεταξύ των προτάσεων του IMT-2000, δηλαδή αυτήν την πρόταση η οποία διατηρούσε την αξία και τη λειτουργικότητα των προηγούμενων επενδύσεών τους. Ο συνδυασμός του WCDMA με τις εξελίξεις του GSM όσον αφορά το δίκτυο κορμού, ονομάζεται Universal Mobile Telecommunications System (UMTS). Πρόκειται για το σύστημα τρίτης γενιάς που έχει επικρατήσει στην Ευρώπη και σταδιακά επεκτείνεται στη Βόρεια Αμερική με αποτέλεσμα η τρίτη γενιά κυψελωτών κινητών συστημάτων να τείνει να ταυτιστεί με αυτό το σύστημα. Η μετάβαση ενός δικτύου GSM σε ένα δίκτυο UMTS είναι ιδιαίτερα ομαλή, και είναι ακόμα απλούστερη αν στο δίκτυο GSM έχει ενσωματωθεί και η τεχνολογία GPRS. Τα συστήματα GSM σταδιακά ενσωμάτωσαν πολλά χαρακτηριστικά τα οποία είναι συμβατά με τις απαιτήσεις του UMTS. Ο Πίνακας που ακολουθεί παρουσιάζει τα βασικά χαρακτηριστικά του UMTS και εξετάζει το κατά πόσο υπάρχει συμβατότητα με τις λειτουργίες του GSM. ΠΙΝΑΚΑΣ 1.5 Χαρακτηριστικά UMTS και συμβατότητα του με GSM Χαρακτηριστικά του UMTS Μικρές και άνετες φορητές συσκευές Οπουδήποτε και κάθε στιγμή (συμβατότητα με οικιακά ασύρματα δίκτυα) Οπουδήποτε (συμβατότητα με δορυφορικά δίκτυα) Διεισδυτικότητα σε κτίρια, υπόγεια κ.α. Ομιλία υψηλής ποιότητας Παγκόσμια περιαγωγή Υπηρεσίες νοήμονος δικτύου Υπηρεσίες Δεδομένων Υποστήριξη υψηλής πυκνότητας χρηστών Πολυμέσα, ψυχαγωγία Εναλλαγή μεταξύ φορέων πραγματικού χρόνου και όχι Υπηρεσίες ρυθμών μετάδοσης άνω των 200 Kbp Συμβατότητα του GSM Ναι Ναι (picocells, GSM office) Ναι Ναι Ναι Ναι Ναι Ναι (GPRS) Ναι (ιεραρχίες κελιών) Ναι (HSCSD) Όχι Όχι Όπως δείχνει ο Πίνακας ένα δίκτυο GSM με όλες τις προσθήκες και τις βελτιώσεις προσεγγίζει ένα δίκτυο UMTS. Τα μόνα χαρακτηριστικά του UMTS τα οποία δεν καλύπτονται από ένα δίκτυο GSM οφείλονται στην πιο ευέλικτη διεπαφή CDMA που χρησιμοποιεί στον αέρα, η οποία μπορεί να υποστηρίξει ταυτόχρονα διαφορετικούς τύπους φορέα. Επίσης, το UMTS μπορεί να υποστηρίξει μεγαλύτερους ρυθμούς μετάδοσης που όμως δεν απέχουν πολύ από τους ρυθμούς μετάδοσης που υποστηρίζουν τα δίκτυα GSM της γενιάς

30 ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ UMTS ΕΙΚΟΝΑ 1.7 Αρχιτεκτονική UMTS User Equipment Ο όρος User Equipment (UE) θα λέγαμε ότι ταυτίζεται με την έννοια της φορητής συσκευής. Για παράδειγμα, UE μπορεί να αποτελέσει ένα κινητό τηλέφωνο, μία συσκευή Personal Digital Assistant (PDA) ή ένας φορητός υπολογιστής. Το UE είναι συνδεδεμένο μέσω της διεπαφής Uu, που είναι βασισμένη στην τεχνολογία WCDMA, με το UTRAN. Ένα UE μπορεί να συνδεθεί ταυτόχρονα με περισσότερα του ενός κελιά. Το UE αποτελείται από δύο τμήματα: Τον Mobile Equipment: αποτελείται από το ίδιο το hardware της φορητής συσκευής. Όμως, η συσκευή από μόνη της δε μπορεί να παρέχει καμία υπηρεσία. Την κάρτα USIM: πρόκειται για μία κάρτα η οποία περιέχει όλες τις απαραίτητες πληροφορίες προκειμένου να είναι δυνατή η πρόσβαση στο δίκτυο UMTS και η Equipment ταυτοποίηση από αυτό. Η κάρτα USIM είναι μία κάρτα αντίστοιχη της κάρτας SIM των δικτύων GSM. Όμως, ενώ η χωρητικότητα μίας κάρτας SIM είναι 8 ή 32 Kbytes, η χωρητικότητα της κάρτας USIM είναι τέτοια ώστε να μπορεί να αποθηκεύει προσωπικά δεδομένα της τάξης των Mbytes. 30

31 UTRAN Το UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) είναι ένα νέο δίκτυο ασύρματης πρόσβασης το οποίο είναι ειδικά σχεδιασμένο για το σύστημα UMTS. Διαχωρίζεται από το UE μέσω της διεπαφής Uu και από το Core Network (CN) μέσω της διεπαφής Iu. Η βασικότερη λειτουργία του UTRAN είναι η εποπτεία και η διαχείριση των ασύρματων πόρων του δικτύου. Η λειτουργία αυτή συμπεριλαμβάνει την ευθύνη για τον έλεγχο της ισχύος καθώς και την υποστήριξη και διαχείριση των handovers. Το Σχήμα απεικονίζει τη δομή του UTRAN ΕΙΚΟΝΑ 1.8 Δομή του UTRAN Όπως φαίνεται από το Σχήμα το δίκτυο UTRAN αποτελείται από τους Radio Network Controllers (RNCs) και τους Node Bs. Οι Node Bs είναι υπεύθυνοι για τον έλεγχο ενός ή περισσοτέρων κελιών. Μία ομάδα από Node Bs συνδέεται, μέσω των διεπαφών Iub, με έναν κόμβο RNC. Ο Node B λειτουργεί στο επίπεδο φυσικού μέσου και δικτύου (μοντέλο OSI) και μεταφέρει δεδομένα προς τον RNC στον οποίο είναι συνδεδεμένος. Επιπλέον, κάνει μετρήσεις πάνω στην ποιότητα και την ισχύ των ασύρματων συνδέσμων προς τα UEs και δίνει αναφορές στον RNC. Κάθε κόμβος RNC ελέγχει έναν ή περισσότερους Node Bs. Ένας κόμβος RNC μαζί με τους συνδεδεμένους σε αυτόν Node Bs αποτελούν ένα Radio Network Subsystem (RNS). Ο RNC λαμβάνει τις πληροφορίες που συλλέγουν οι Node Bs του δικού του RNS και προσαρμόζει τις παραμέτρους του ασύρματου υποσυστήματος. Μία τέτοια παράμετρος μπορεί να είναι η ισχύς του ασύρματου σήματος στο UE ή στον Node B. Επίσης, ο RNC είναι υπεύθυνος για την ανάθεση του κώδικα WCDMA που θα χρησιμοποιήσουν 31

32 o Node B και το UE στη μεταξύ τους επικοινωνία, έτσι ώστε να μην υπάρξουν παρεμβολές από άλλους ασύρματους συνδέσμους. Τέλος, μία άλλη λειτουργία των κόμβων RNC είναι ο έλεγχος των handovers που λαμβάνουν χώρα μεταξύ διαφορετικών RNSs. Προκειμένου να υλοποιηθεί η συγκεκριμένη διαδικασία οι RNCs είναι συνδεδεμένοι μεταξύ τους μέσω της διεπαφής Iur. Πρόκειται για μία διεπαφή η οποία είναι υλοποιημένη με δίκτυο Asynchronous Transfer Mode (ATM). Όπως φαίνεται στο Σχήμα ένας κόμβος RNC συνδέεται με το CN μέσω της διεπαφής Iu. Η συγκεκριμένη διεπαφή έχει δύο συνιστώσες: τη συνιστώσα Iu-Circuit Switched (Iu-CS) που χρησιμοποιείται για υπηρεσίες μεταγωγής κυκλώματος (φωνή) και τη συνιστώσα Iu-Packet Switched (Iu-PS) που χρησιμοποιείται για υπηρεσίες μεταγωγής πακέτων (υπηρεσίες δεδομένων). Στο UTRAN οι κυψέλες ομαδοποιούνται σε ομάδες κυψελών οι οποίες ονομάζονται Routing Areas (RAs). Επίσης, τα κελιά σε μια RA ομαδοποιούνται περαιτέρω σε UTRAN Registration Areas (URAs) όπως παρουσιάζεται στο Σχήμα. ΕΙΚΟΝΑ

33 CN Το CN είναι το δίκτυο κορμού του συστήματος UMTS. Είναι συνδεδεμένο με άλλα δίκτυα όπως τηλεφωνικά δίκτυα Public Telephone Switched Network (PSTN), δίκτυα δεδομένων Public Data Networks (PDNs) όπως το Internet καθώς και με άλλα κινητά δίκτυα. Το CN είναι υπεύθυνο για τη δρομολόγηση, την ταυτοποίηση, τον εντοπισμό των χρηστών καθώς και για άλλες πολλές βασικές λειτουργίες. Το CN διαιρείται σε δύο πεδία: το πεδίο μεταγωγής κυκλώματος (CS) και το πεδίο μεταγωγής πακέτων(ps). Όσον αφορά το πεδίο CS, αυτό περιλαμβάνει τους εξής κόμβους: Mobile Services Switching Center (MSC): ο κόμβος MSC αποτελεί έναν κόμβο μεταγωγής ο οποίος δρομολογεί τα δεδομένα των υπηρεσιών μεταγωγής κυκλώματος εντός του δικτύου UMTS. Κάθε κόμβος MSC διαχειρίζεται πολλά RNCs τα οποία συνδέονται σε αυτόν μέσω της διεπαφής Iu-CS. Επίσης, είναι συνδεδεμένος με τις βάσεις δεδομένων του δικτύου όπως τη βάση δεδομένων Home Location Register (HLR) και τη Visitor Location Register (VLR). Τέλος μία άλλη πολύ χρήσιμη λειτουργία του κόμβου MSC είναι η διαχείριση της κινητικότητας των χρηστών για τις υπηρεσίες μεταγωγής κυκλώματος. Gateway Mobile Services Switching Center (GMSC): Ο κόμβος GMSC είναι συνδεδεμένος με τους κόμβους MSC. Η λειτουργία του είναι να διασυνδέει το δίκτυο UMTS με άλλα δίκτυα μεταγωγής κυκλώματος όπως PSTN και ISDN. Visitor Location Register (VLR): Ο κόμβος VLR είναι μία βάση δεδομένων. Συνήθως κάθε VLR αντιστοιχεί σε έναν MSC. Η βάση VLR αποθηκεύει προσωρινή πληροφορία σχετικά με την ταυτοποίηση και την ασφάλεια καθώς και άλλες χρήσιμες πληροφορίες που σχετίζονται με όλους τους χρήστες που διαχειρίζεται κάθε δεδομένη στιγμή ο αντίστοιχος MSC. Η βάση VLR λαμβάνει την αρχική πληροφορία από τη βάση HLR και αναλαμβάνει να την ενημερώσει για τυχόν μεταβολές στα δεδομένα της. Όλες οι συναλλαγές μεταξύ VLR και HLR γίνονται μέσω ενός MSC. Όσον αφορά το πεδίο PS, αυτό αποτελείται από τους παρακάτω κόμβους. Αξίζει να επισημανθεί η αντιστοιχία που υπάρχει με τους κόμβους του πεδίου CS. Serving GPRS Support Node (SGSN): Ο SGSN αποτελεί τον αντίστοιχο κόμβο του MSC στο πεδίο CS. Αυτό σημαίνει ότι αναλαμβάνει τη δρομολόγηση δεδομένων των υπηρεσιών μεταγωγής πακέτων εντός του δικτύου UMTS. Επιπλέον, διαχειρίζεται τους κόμβους RNCs οι οποίοι είναι συνδεδεμένοι σε αυτόν μέσω της διεπαφής Iu-PS. Επίσης, αλληλεπιδρά με βάσεις δεδομένων, όπως η βάση HLR. Τέλος, ο κόμβος SGSN είναι υπεύθυνος για τη διαχείριση της κινητικότητας των χρηστών για τις υπηρεσίες μεταγωγής πακέτων. Gateway GPRS Support Node (GGSN): Πρόκειται για έναν κόμβο αντίστοιχο του GMSC του πεδίου CS. Διασυνδέει τους κόμβους SGSNs με εξωτερικά δίκτυα μεταγωγής πακέτων όπως το X.25 και το Internet. Τέλος, υπάρχουν ορισμένοι κόμβοι του CN οι οποίοι είναι κοινοί, δηλαδή τους χρησιμοποιούν και τα δύο πεδία. Παρακάτω, αναφέρονται οι δύο σημαντικότεροι από αυτούς: Home Location Register (HLR): Πρόκειται για μία βάση δεδομένων η οποία αποθηκεύει δεδομένα των χρηστών τα οποία μένουν σχετικά σταθερά στο χρόνο. Αυτά τα δεδομένα είναι αναγνωριστικά, πληροφορίες για τις υπηρεσίες του δικτύου στις οποίες συμμετέχει ο συνδρομητής κ.α. 33

34 Authentication Center (AuC): Αποτελεί έναν κόμβο που είναι συσχετισμένος με έναν HLR. Ο κόμβος αυτός αποθηκεύει πληροφορίες ταυτοποίησης και κρυπτογράφησης για τους συνδρομητές. Οι πληροφορίες αυτές φορτώνονται στον κόμβο κατά την έναρξη της συνδρομής από το χρήστη. ΕΙΚΟΝΑ 1.10 Ανάμεσα στα πλεονεκτήματα των UMTS δικτύων ξεχωρίζουμε τους αυξημένους ρυθμούς μετάδοσης των δεδομένων και την ταυτόχρονη υποστήριξη μεγαλύτερου όγκου δεδομένων και φωνής. Πιο συγκεκριμένα, το UMTS δίκτυο στην αρχική του φάση, θεωρητικά προσφέρει ρυθμούς μετάδοσης δεδομένων έως και 384 kbps σε περιπτώσεις όπου παρατηρείται αυξημένη κινητικότητα του χρήστη. Αντίθετα, όταν ο χρήστης παραμένει ακίνητος οι ρυθμοί μετάδοσης αυξάνουν κατά πολύ φθάνοντας την τιμή των 2 Mbps. Προτού ένας χρήστης είναι σε θέση να ανταλλάξει δεδομένα με ένα εξωτερικό PDN (Public Data Network), πρέπει να εγκαθιδρύσει μία εικονική σύνδεση με αυτό το PDN. Από την στιγμή που ο συγκεκριμένος κινητός χρήστης γίνει γνωστός στο δίκτυο, τα πακέτα μεταφέρονται μεταξύ αυτού και του δικτύου, βασισμένα στο packet data protocol (PDP), το οποίο αποτελεί το πρωτόκολλο του επιπέδου δικτύου του UMTS. Για κάθε σύνοδο του χρήστη, δημιουργείται μία δομή του PDP, η οποία περιέχει όλες τις παραμέτρους που χαρακτηρίζουν την σύνδεση με το εξωτερικό δίκτυο όπως τις διευθύνσεις αποστολέα και παραλήπτη καθώς και την ποιότητα της υπηρεσίας. Ένα PDP context εγκαθιδρύεται για όλες τις εφαρμογές που κατευθύνονται προς ή προέρχονται από μία IP διεύθυνση. Μία ενεργοποίηση ενός PDP context ουσιαστικά αποτελεί μία διαδικασία αίτησης - απάντησης μεταξύ του κινητού χρήστη (UE) και του GGSN. Μία επιτυχής PDP context ενεργοποίηση οδηγεί στην δημιουργία δύο GPRS tunneling protocol (GTP) συνόδων για τον εκάστοτε χρήστη. 34

35 Η πρώτη GTP σύνοδος δημιουργείται μεταξύ του GGSN και του SGSN πάνω από την διεπαφή Gn, ενώ η δεύτερη δημιουργείται μεταξύ του SGSN και του RNC πάνω από την διεπαφή Iu. Τα IP πακέτα τα οποία προορίζονται για μία εφαρμογή, χρησιμοποιώντας συγκεκριμένα GTP contexts, προσαρτώνται σε αυτά και μέσω του PDP μεταφέρονται στο αντίστοιχο SGSN. Το SGSN ανακτά τα IP πακέτα, ζητά το κατάλληλο PDP context βασισμένο στο UE και στο PDP και προωθεί τα πακέτα στο κατάλληλο RNC. Παράλληλα, το RNC διατηρεί έναν φορέα ασύρματης πρόσβασης (RAB - radio access bearer). Αντίστοιχα με τα PDP context, ένα RAB context επιτρέπει στο RNC να ανακτήσει την ταυτότητα του αποστολέα που έχει συσχετιστεί με ένα GTP. Αφού πλέον, το RNC έχει ανακτήσει το πακέτο, το προωθεί στο κατάλληλο Node B. Τέλος, χρησιμοποιείται ένας tunnel endpoint identifier (TEID) στις διεπαφές Gn και Iu έτσι ώστε να μπορεί να αναγνωριστεί το τέλος του tunnel στον κόμβο που δέχεται τα πακέτα. ΕΙΚΟΝΑ 1.11 Στην συνέχεια, αναλύεται ο τρόπος με τον οποίο γίνεται η διαχείριση της κινητικότητας των UE (λεπτομέρειες παρουσιάζονται στο αντίστοιχο σχήμα). Έτσι λοιπόν, στο PS domain του UMTS, τα κελιά ομαδοποιούνται σε περιοχές δρομολόγησης (RAs - routing areas), ενώ τα κελιά σε μία περιοχή δρομολόγησης χωρίζονται περαιτέρω σε UTRAN registration areas (URAs). Επιπλέον, η διαχείριση της κινητικότητας (ΜΜ - mobility management) των κινητών χρηστών χαρακτηρίζεται από δύο μηχανές πεπερασμένων καταστάσεων: την μηχανή διαχείρισης της κινητικότητας (ΜΜ) και την radio resource control (RRC). H μηχανή packet MM (PMM) του PS domain του UMTS εκτελείται μεταξύ του SGSN και του UE και είναι υπεύθυνη για τον έλεγχο στο επίπεδο του CN, ενώ η μηχανή RRC εκτελείται μεταξύ του UTRAN και του UE και είναι υπεύθυνη για τον σχετικό έλεγχο στο επίπεδο του UTRAN. Πιο συγκεκριμένα λοιπόν, αφότου ένα UE συνδεθεί στο PS domain, η μηχανή πεπερασμένων καταστάσεων PMM βρίσκεται σε μία από τις εξής δύο καταστάσεις: PMM idle ή PMM connected. Αντίστοιχα η μηχανή RRC μπορεί να βρίσκεται σε μία από τις εξής τρεις καταστάσεις: RRC idle, RRC cell - connected και RRC URA connected. Σημειώνεται ότι όταν δεν υπάρχει ροή δεδομένων μεταξύ του UE και του CN, το UE βρίσκεται στις καταστάσεις PMM idle και RRC idle αντίστοιχα. Στην περίπτωση αυτή το UTRAN δεν έχει καμία πληροφορία για το UE και το UE παρακολουθείται μόνο από το αντίστοιχο SGSN στο επίπεδο RA. Όταν ύστερα ξεκινήσει μία σύνδεση μεταξύ του UE και του SGSN, το UE μεταβαίνει στην κατάσταση PMM connected. 35

36 Από την στιγμή που η σύνδεση στο PS λάβει χώρα, αυτόματα ξεκινά και μία RRC σύνδεση μεταξύ του UE και του αντίστοιχου RNC που το εξυπηρετεί. Σε αυτή την περίπτωση η RRC μηχανή για το συγκεκριμένο UE μεταβαίνει στην κατάσταση RRC cell - connected. Όταν κάτι τέτοιο συμβεί, το SGSN παρακολουθεί το UE με ακρίβεια μέσω του αντίστοιχου RNC που εξυπηρετεί το UE. Το συγκεκριμένο RNC είναι υπεύθυνο να παρακολουθεί το κελί όπου το UE βρίσκεται κάθε στιγμή. Σημειώνεται ότι τα πακέτα μπορούν να ληφθούν από το UE μόνο όταν βρίσκεται σε αυτή την κατάσταση. Στην PMM connected/rrc cell - connected κατάσταση, αν το UE δεν έχει μεταδώσει/λάβει πακέτα για ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα, η RRC μηχανή μεταβαίνει στην κατάσταση RRC URA connected. Σε αυτή την περίπτωση, η RCC σύνδεση διατηρείται ακόμη, ενώ το UE παρακολουθείται από το RNC που το εξυπηρετεί. Η συγκεκριμένη μετάβαση δεν επηρεάζει καθόλου την κατάσταση της PMM μηχανής για το συγκεκριμένο UE. Στην PMM connected / RRC URA connected κατάσταση, αν το UE μεταδώσει/λάβει ένα πακέτο, η RRC μηχανή μεταβαίνει πάλι στην κατάσταση RRC cell - connected. Αντίθετα, αν οι πόροι για τις συνδέσεις στο PS και RRC επίπεδο αποδεσμευτούν (για παράδειγμα όταν μία σύνοδος επικοινωνίας ολοκληρωθεί) ή αν κανένα πακέτο δεν έχει μεταδοθεί για ένα μεγάλο χρονικό διάστημα, η RRC μηχανή αρχικά μεταβαίνει στην RRC cell - connected κατάσταση και μετά στην RRC idle κατάσταση. Σε αυτή την περίπτωση, η PMM μηχανή αντίστοιχα μεταβαίνει στην PMM idle κατάσταση. Τέλος, όταν ένα UE δεν μπορεί να εντοπιστεί από το δίκτυο, η κατάστασή του χαρακτηρίζεται σαν PMM detached Δορυφορικό Internet Τηλεπικοινωνιακός δορυφόρος (communications satellite) ονομάζεται ένας μη επανδρωμένος τεχνητός δορυφόρος (unmanned artificial satellite) μέσω του οποίου επιτυγχάνονται υπηρεσίες μεγάλων αποστάσεων, τηλεοπτικής μετάδοσης (television broadcasting), τηλεφωνικών επικοινωνιών (telephone communications) και συνδέσεων ηλεκτρονικών υπολογιστών (computer links). Οι δορυφόροι μπορούν να έχουν ενεργητικό ή παθητικό ρόλο. Δορυφόρος με ενεργητικό ρόλο συλλέγει δεδομένα ή σήματα, τα επεξεργάζεται και τα επανεκπέμπει στη γη. Αντίθετα, ένας παθητικός δορυφόρος απλά τα ανακλά. Οι δορυφόροι εξυπηρετούν κυρίως τρεις σκοπούς: μελέτη του διαστήματος, εφαρμογές και τηλεπικοινωνίες. Για τη μελέτη του διαστήματος γίνονται μετρήσεις όπως του μαγνητικού πεδίου του ήλιου ή για τις διάφορες συχνότητες του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος στο σύμπαν. Οι εφαρμογές μπορεί να είναι μετεωρολογικές ή μετρήσεις των φυσικών πόρων της γης. Τέλος οι επικοινωνιακοί δορυφόροι μεταφέρουν τηλεφωνικές συνδιαλέξεις, τηλεοπτικά κανάλια και πληροφορίες ελέγχου για τους δορυφόρους.οι δορυφόροι χρησιμοποιούνται κατά κύριο λόγο για τηλεπικοινωνιακές εφαρμογές μεταφέροντας μεγάλες ποσότητες φωνής και δεδομένων, και παρέχοντας υπηρεσίες εύρεσης θέσης και πλοήγησης. Στους δορυφόρους μπορούμε να βρούμε χαρακτηριστικά που δεν υπάρχουν σε άλλα συστήματα επικοινωνιών. Το γεγονός ότι μπορούν και καλύπτουν μεγάλες περιοχές της γήινης επιφάνειας, δίνει την δυνατότητα επικοινωνίας σε απομακρυσμένα σημεία ή σε ομάδες χρηστών που βρίσκονται διασκορπισμένοι γεωγραφικά. 36

37 Η τεχνολογία DVB-RCS προσφέρει αμφίδρομες ευρυζωνικές υπηρεσίες μετάδοσης φωνής, δεδομένων, εικόνας και video μέσω του δορυφόρου. Το δίκτυο, το οποίο συνίσταται από το δορυφόρο, τον Κομβικό Σταθμό Εδάφους (HUB) και τα τερματικά των χρηστών (σταθερών και κινητών), διατάσσεται σε τοπολογία αστέρα και απεικονίζεται στο ακόλουθο σχήμα: ΕΙΚΟΝΑ 1.12 Για τη μετάδοση της κίνησης υφίστανται δύο οδεύσεις οι οποίες είναι: το προωστικό κανάλι (forward channel) από τον Κεντρικό Δορυφορικό Σταθμό Εδάφους στο δορυφόρο και στη συνέχεια προς το τερματικό το κανάλι επιστροφής (return channel) από το τερματικό προς το δορυφόρο και ύστερα στον Κεντρικό Δορυφορικό Σταθμό Εδάφους Το καινοτόμο σύστημα καναλιών επιστροφής διευκολύνει την αμφίδρομη επικοινωνία υψηλού ρυθμού μετάδοσης δεδομένων και δίνει πλέον τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθεί για τη γρήγορη πρόσβαση στο Διαδίκτυο καθώς και για τις μεγάλες ανταλλαγές δεδομένων. Το σύστημα DVB- RCS το οποίο υποβλήθηκε στην τελική τυποποίηση από το ΕΤSI το 2000, περιλαμβάνει το σύστημα δεδομένων DVB/MPEG-2 για την προωστική σύνδεση καθώς και το πρωτόκολλο πολλαπλής πρόσβασης MF-TDMA για τη σύνδεση επιστροφής. Πιο συγκεκριμένα, το φέρον μετάδοσης στην προωστική όδευση χρησιμοποιεί τη διαμόρφωση QPSK καθώς και συνδεμένους συνελικτικούς κώδικες Reed Solomon. Επιπλέον, μηνύματα σηματοδοσίας μεταφέρονται στα επιμέρους τερματικά που αφορούν λάθη συχνότητας και συγχρονισμού καθώς και την κατανομή του εύρους ζώνης (θυρίδες χρόνου και συχνότητας). Αυτά τα μηνύματα μεταφέρονται μέσω ενός ή περισσοτέρων πολυπλεγμένων καναλιών ελέγχου του δικτύου. Επομένως, το κάθε δορυφορικό τερματικό για τη μετάδοσή του στο κανάλι επιστροφής δεν έχει σταθερή συχνότητα ούτε σταθερό εύρος φάσματος εκπομπής αλλά οι προαναφερθείσες παράμετροι καθορίζονται από τον Κεντρικό Δορυφορικό Σταθμό Εδάφους. Επομένως, τα τερματικά λαμβάνουν πίνακες με πληροφορίες για την εύρεση των καναλιών ελέγχου τους και είναι παρόμοιοι με τον πίνακα πληροφοριών δικτύου (ΝΙΤ), πίνακα περιγραφής υπηρεσιών (SDT), και τον πίνακα πληροφοριών γεγονότος (ΕΙΤ) στη μετάδοση DVB. Αναφορικά με την πορεία επιστροφής από τον επιμέρους χρήστη μέσω ενός δορυφορικού τερματικού, το 37

38 τελευταίο λειτουργεί ως δρομολογητής-πολυπλέκτης για τις διάφορες πηγές δεδομένων, προς το διαδραστικό κεντρικό υπολογιστή στον Κεντρικό Δορυφορικό Σταθμό Εδάφους χρησιμοποιώντας ένα σχέδιο πολλαπλής πρόσβασης, MF-TDMA. Το MF-TDMA επιτρέπει σε μία ομάδα τερματικών να επικοινωνεί με τον κεντρικό κόμβο χρησιμοποιώντας συγκεκριμένες θυρίδες χρόνου/συχνότητας που απορρέουν από τη δυναμική ανάθεση εύρους ζώνης από τον κεντρικό σταθμό στα τερματικά με αποτέλεσμα το διαθέσιμο εύρος ζώνης να χρησιμοποιείται αποτελεσματικά. Δορυφορικό Τερματικό (SIT) Ο απαιτούμενος εξοπλισμός για τα άκρα του δικτύου περιγράφονται στην παράγραφο αυτή. Το δορυφορικό τερματικό αποτελείται τυπικά από τα παρακάτω στοιχεία Εξωτερική μονάδα (ODU) Εσωτερική μονάδα (IDU) Η συνδεσμολογία του εξοπλισμού φαίνεται στο παρακάτω σχήμα ΕΙΚΟΝΑ 1.13 Δομή δορυφορικού τερματικού Η εξωτερική μονάδα αποτελείται από μία κεραία που μπορεί να λειτουργεί στην Ku μπάντα συχνοτήτων. Τα μεγέθη που μπορεί να υποστηρίξει το προτεινόμενο μοντέλο εκτείνονται από 0.96m ως 1.8m. Οι συχνότητες λήψης βρίσκονται στην μπάντα μεταξύ ως 12.75GHz. Η λήψη πραγματοποιείται με την χρήση ενός LNB που λειτουργεί επίσης στην ίδια μπάντα συχνοτήτων. Η μονάδα αυτή διαθέτει διεπαφή L-band η οποία συνδέεται απευθείας στην εσωτερική μονάδα μέσω ομοαξονικού καλωδίου. Η μετάδοση πραγματοποιείται με τη χρήση ενός High Power Block Up Converter που λειτουργεί επίσης στην Ku μπάντα συχνοτήτων. Στις περισσότερες των περιπτώσεων μετάδοσης χρησιμοποιείται ένας 2-Watt ενισχυτής. Οι συχνότητες μετάδοσης βρίσκονται στην μπάντα 14 ως 14.5 GHz. Παρομοίως με τη λήψη η έξοδος του συστήματος μετάδοσης μέσω ομοαξονικού καλωδίου συνδέεται με την εσωτερική μονάδα. 38

39 1.3.7 ΔΙΚΤΥΑ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΠΑΝΩ ΑΠΟ POWER LINES(COPL) Μια εναλλακτική λύση για την υλοποίηση των δικτύων πρόσβασης προσφέρεται από την τεχνολογία CoPL (Communication over Power Line) ή PLC (Power Line Communication), η οποία χρησιμοποιεί την υπάρχουσα υποδομή του ηλεκτρικού δικτύου για τη μεταφορά δεδομένων. Κατά συνέπεια, για την υλοποίηση των δικτύων CoPL, δεν υπάρχει καμία ανάγκη για την τοποθέτηση νέων καλωδίων επικοινωνιών. Με τον όρο Communication over Power Line εννοούμε την μεταφορά δεδομένων χρησιμοποιώντας την υπάρχουσα υποδομή του ηλεκτρικού δικτύου. Η ιδέα υπάρχει εδώ και αρκετά χρόνια δεν έχει όμως υιοθετηθεί λόγω προβλημάτων όπως το υψηλό κόστος και η χαμηλή ταχύτητα. Πρόσφατες έρευνες φορέων που δραστηριοποιούνται γύρω από το θέμα δείχνουν ότι τα προβλήματα μπορούν να παρακαμφθούν και συγκεκριμένες κατηγορίες εφαρμογών θα είναι σε θέση να χρησιμοποιήσουν το ηλεκτρικό δίκτυο για να μεταφέρουν δεδομένα. Η τεχνολογία CoPL που είχε χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν ήταν σε γενικές γραμμές περιορισμένης ζώνης. Ωστόσο, κατά τη διάρκεια των τελευταίων ετών, τα ερευνητικά κέντρα σε συνεργασία με κατασκευαστικές εταιρίες έχουν αναπτύξει ευρυζωνικές επικοινωνίες πάνω από καλώδια ηλεκτρικού ρεύματος, γεγονός που αλλάζει ολοκληρωτικά την έννοια αυτών των δικτύων. Οι CoPL επικοινωνίες μπορούν πλέον να προσφέρουν ευρυζωνική τεχνολογία πρόσβασης, όπου η χρήση της υπάρχουσας υποδομής επιτρέπει την ταχύτατη εξάπλωση των δικτύων, θεωρώντας ότι η τεχνολογία CoPL και η εγκατάσταση εξοπλισμού έχουν εξελιχθεί αρκετά κατά τη διάρκεια των προηγούμενων ετών. Τη συγκεκριμένη περίοδο, αποτελεί μια ανταγωνιστική λύση που είναι σε θέση να παρέχει μια ευρεία σειρά υπηρεσιών, όπως την πρόσβαση στο διαδίκτυο, τηλεφωνία, υπηρεσίες πολυμέσων κλπ. Η τεχνολογία CoPL θεωρείται ως μια εναλλακτική τεχνολογία πρόσβασης που θα μπορούσε να ανταγωνιστεί ή/και να συμπληρώσει τις υπάρχουσες τεχνολογίες πρόσβασης στην αγορά και θα μπορούσε να βοηθήσει την ανάπτυξη της κοινωνίας της πληροφορίας. Εντούτοις, το περιθώριο επιτυχίας είναι περιορισμένο και ποικίλει από χώρα σε χώρα ανάλογα με το ανταγωνιστικό περιβάλλον και την ευρυζωνική διείσδυση. Στο κοντινό μέλλον, τα δίκτυα CoPL θα μπορούσαν να αποτελέσουν ένα μητροπολιτικό IP δίκτυο κορμού, συμπληρώνοντας τα υπόλοιπα δίκτυα τηλεπικοινωνιών, όπως τα Wi-fi hot spots, ή να συνδέσουν τον αυξανόμενο αριθμό των UMTS κεραιών. Οι διαφορετικές CoPL τεχνολογίες, που αναπτύσσονται από διάφορους προμηθευτές, επιτυγχάνουν αυτήν την περίοδο εύρος ζώνης μέχρι 45 Mbps, παρέχοντας ταχύτητες που μπορούν να ανταγωνιστούν άλλες ευρυζωνικές τεχνολογίες πρόσβασης. 39

40 ΕΙΚΟΝΑ 1.14 Επιπρόσθετα, η εφαρμογή του CoPL στα δίκτυα παροχής χαμηλής τάσης φαίνεται να είναι μια οικονομικώς αποδοτική λύση για το «last mile». Τα δίκτυα παροχής ηλεκτρικού ρεύματος, υψηλής ή μέσης τάσης θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για να γεφυρώσουν μια μεγαλύτερη απόσταση ώστε να αποφευχθεί ένα επιπλέον δίκτυο επικοινωνιών. Οι Power Line επικοινωνίες μπορούν επίσης να εφαρμοστούν μέσα σε κτίρια ή σπίτια, όπου η εσωτερική ηλεκτρική εγκατάσταση θα χρησιμοποιείται για την πραγματοποίηση των in-home CoPL δικτύων. Τα εσωτερικά ηλεκτρικά δίκτυα χρησιμοποιούνται συνήθως για διάφορες υπηρεσίες αυτοματοποίησης. Η εφαρμογή των inhome CoPL δικτύων καθιστά πιθανή τη διαχείριση των πολυάριθμων ηλεκτρικών συσκευών μέσα σε ένα κτίριο ή σπίτι από μια κεντρική θέση ελέγχου χωρίς την εγκατάσταση ενός πρόσθετου δικτύου επικοινωνιών. Σήμερα, οι συνδρομητές δικτύων χρησιμοποιούν τηλεπικοινωνιακές υπηρεσίες με υψηλότερους ρυθμούς μετάδοσης δεδομένων και υψηλότερες απαιτήσεις QoS (ποιότητα της υπηρεσίας). Τα CoPL συστήματα που εφαρμόζονται στην περιοχή πρόσβασης και εξασφαλίζουν την πραγματοποίηση των τηλεπικοινωνιακών υπηρεσιών με υψηλές απαιτήσεις QoS καλούνται «ευρυζωνικά δίκτυα πρόσβασης CoPL». 40

41 Μεταξύ των σημαντικών πλεονεκτημάτων της CoPL τεχνολογίας, τα εξής είναι ιδιαίτερα αξιοσημείωτα: Χρησιμοποιεί την υπάρχουσα υποδομή (καλώδια ηλεκτρικού ρεύματος), η οποία επιτρέπει μεγαλύτερη κάλυψη από οποιαδήποτε άλλη τεχνολογία πρόσβασης. Επιτρέπει μια γρήγορη, απλή και επιλεκτική επέκταση. Η εσωτερική εγκατάσταση είναι γρήγορη και απλή. Οι επενδύσεις και το λειτουργικό κόστος είναι παρόμοιες με την xdsl. Ο υπάρχων εξοπλισμός CoPL προσφέρει ευρυζωνικές υπηρεσίες με ρυθμούς μετάδοσης ισοδύναμους ή υψηλότερους από άλλες τεχνολογίες πρόσβασης. Η επόμενη γενιά εξοπλισμού θα είναι σε θέση να αυξήσει αρκετές φορές το εύρος ζώνης και επομένως να παρέχει νέες λειτουργίες. ΕΙΚΟΝΑ 1.15 Για να καταστεί δυνατή η επικοινωνία σε ένα δίκτυο παροχής ηλεκτρικού ρεύματος, είναι απαραίτητο να εγκατασταθούν τα αποκαλούμενα CoPL modem, τα οποία εξασφαλίζουν τη μετάδοση των δεδομένων μέσω των καλωδίων ηλεκτρικού ρεύματος (σχήμα).ο ρόλος του CoPL modem είναι να μετατρέπει ένα σήμα δεδομένων που παραλαμβάνεται από τις συμβατικές συσκευές επικοινωνιών (όπως οι υπολογιστές, τα τηλέφωνα, κτλ.) σε μια μορφή που είναι κατάλληλη για μετάδοση μέσω των καλωδίων ηλεκτρικού ρεύματος. 41

42 Στην αντίθετη κατεύθυνση μετάδοσης, το modem λαμβάνει ένα σήμα δεδομένων από τα καλώδια ηλεκτρικού ρεύματος και μετά από τη μετατροπή του το παραδίδει στις συσκευές επικοινωνιών. Κατά συνέπεια, τα CoPL modems, παρέχουν την απαραίτητη διεπαφή για τη διασύνδεση των διάφορων συσκευών επικοινωνιών μέσω του δικτύου παροχής ηλεκτρικού ρεύματος. Με τη βοήθεια της υποδοχή ρεύματος (πρίζα), το modem λαμβάνει το τηλεπικοινωνιακά δεδομένα και την παροχή ηλεκτρικού ρεύματος. Έτσι, για την εγκατάσταση του modem απαιτείται απλά η σύνδεσή του με μια υποδοχή ρεύματος χωρίς να χρειάζεται κάποιο επιπλέον καλώδιο. Το modem χωρίζει την κυκλοφορία φωνής και δεδομένων και παραδίδει την κυκλοφορία στις συγκεκριμένες συσκευές του πελάτη, όπως οι προσωπικοί υπολογιστές και τα συμβατικά τηλέφωνα. Υπάρχουν διάφορα είδη modem: μόνο για το διαδίκτυο (Ethernet ή/και USB), modem για διαδίκτυο και τηλεφωνία (Ethernet ή/και USB και RJ-11 υποδοχές), και modem μόνο για φωνή (RJ-11). Πρόσθετες λειτουργίες, όπως ενσωματωμένο Wi-fi, έχουν αναπτυχθεί ήδη για τα CoPL modem. Τα δίκτυα παροχής ηλεκτρικού ρεύματος, ωστόσο, δεν έχουν σχεδιαστεί για επικοινωνία. Κατά συνέπεια, το CoPL κανάλι μετάδοσης χαρακτηρίζεται από μεγάλη, και εξαρτώμενη της συχνότητας εξασθένιση, μεταβαλλόμενη αντίσταση καθώς επίσης και από δυσμενείς συνθήκες θορύβου. Οι διάφορες πηγές θορύβου, που πηγάζουν από το δίκτυο παροχής ηλεκτρικού ρεύματος, λόγω των διαφορετικών ηλεκτρικών συσκευών που συνδέονται με το δίκτυο, μπορούν να επηρεάσουν αρνητικά ένα CoPL σύστημα προκαλώντας διαταραχές σε μια χωρίς λάθη μετάδοση δεδομένων. Αφ ετέρου, για να παρέχουν υψηλότερους ρυθμούς μετάδοσης δεδομένων, τα CoPL δίκτυα πρέπει να λειτουργούν σε ένα φάσμα συχνότητας μέχρι 30 MHz, το οποίο φάσμα χρησιμοποιείται επίσης από διάφορες ραδιοφωνικές υπηρεσίες. Κατ αυτό τον τρόπο ένα CoPL δίκτυο ενεργεί ως κεραία, παράγοντας ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία και επηρεάζοντας άλλες υπηρεσίες που αναπτύσσουν δραστηριότητες στο ίδιο φάσμα συχνότητας. Οι ρυθμιστικοί οργανισμοί επομένως, θα πρέπει να ορίσουν πολύ ισχυρά όρια σχετικά με την ηλεκτρομαγνητική εκπομπή από τα CoPL δίκτυα, με συνέπεια τα τελευταία να πρέπει να λειτουργήσουν με περιορισμένη ισχύ. Το γεγονός αυτό με τη σειρά του προκαλεί μείωση των αποστάσεων του δικτύου και των ρυθμών μετάδοσης δεδομένων, ενώ παράλληλα αυξάνει την ευαισθησία σε διαταραχές. Η μείωση του ρυθμού μετάδοσης δεδομένων είναι ιδιαίτερα ασύμφορη λόγω του γεγονότος ότι τα CoPL δίκτυα πρόσβασης λειτουργούν σε ένα μέσο μετάδοσης, στο οποίο ένας αριθμός συνδρομητών ανταγωνίζεται για να χρησιμοποιήσει τους ίδιους πόρους μετάδοσης. Το πρόβλημα των διαταραχών μπορεί επίσης να λυθεί από ήδη υπάρχοντες μηχανισμούς (π.χ. forward error correction (FEC), Automatic Repeat request (ARQ)). Εντούτοις, η εφαρμογή τέτοιων μηχανισμών καταναλώνει ένα ποσοστό της χωρητικότητας του CoPL δικτύου, εξαιτίας του overhead και των αναμεταδόσεων. Αφ ετέρου, ένα δίκτυο πρόσβασης CoPL πρέπει να είναι οικονομικά αποδοτικό, εξυπηρετώντας ενδεχομένως έναν μεγάλο αριθμό συνδρομητών. Αυτό μπορεί να εξασφαλιστεί μόνο με αποδοτική χρήση της περιορισμένης χωρητικότητας των δικτύων. Ταυτόχρονα, τα συστήματα CoPL πρέπει να συναγωνιστούν άλλες τεχνολογίες πρόσβασης (π.χ. DSL, καλωδιακή τηλεόραση (CATV) και να προσφέρουν διάφορες τηλεπικοινωνιακές υπηρεσίες με ικανοποιητικό QoS. Τόσο η αποδοτική χρήση του δικτύου όσο και η παροχή εγγυημένης QoS μπορούν να επιτευχθούν με χρήση ενός αποδοτικού επιπέδου MAC. Ωστόσο, σήμερα, δεν υπάρχουν κάποια πρότυπα ή προδιαγραφές σχετικά με το φυσικό και το MAC επίπεδο για τα CoPL δίκτυα πρόσβασης. 42

43 Οι διάφορες εταιρίες που δραστηριοποιούνται στο τομέα των CoPL δικτύων αναφέρονται σε εφαρμογές κυρίως γύρω από τρεις κατηγορίες: Σύνδεση με το Internet Η μεγαλύτερη ίσως φιλοδοξία είναι η παροχή υψηλού ρυθμού μετάδοσης δεδομένων για σύνδεση χρηστών με το Internet. Σε αυτή τη κατηγορία δίνεται η δυνατότητα στις επιχειρήσεις ηλεκτρισμού να παρέχουν στους πελάτες τους εκτός από ηλεκτρική ενέργεια και μόνιμη σύνδεση με το Internet. Για να γίνει η σύνδεση εφικτή, θα πρέπει η εταιρία ηλεκτρισμού να συνδέσει τον τελευταίο μετασχηματιστή με το Internet, και από εκεί και πέρα να μοιράσει τη σύνδεση στους συνδρομητές της μέσω των ηλεκτρικών γραμμών. Αυτοματισμός σπιτιού Στη κατηγορία αυτή βρίσκονται οι πιο «τυπικές» εφαρμογές CoPL. Τέτοιες είναι: o Απομακρυσμένος έλεγχος των οικιακών ηλεκτρικών συσκευών. Συνήθως αναφερόμαστε σε απλές on/off καταστάσεις στις οποίες μπορούν να τεθούν οι ηλεκτρικές συσκευές στέλνοντας σήματα μέσω των ηλεκτρικών γραμμών. Σε αυτή τη περίπτωση το PC μετατρέπεται σε Server από τον οποίο μπορούμε να ελέγξουμε τις συσκευές. o Συστήματα ασφαλείας. Τοπικά δίκτυα o Διασύνδεση σε τοπικό δίκτυο των υπολογιστών και των περιφερειακών συσκευών που βρίσκονται σε ένα σπίτι ή σε μια μικρή επιχείρηση χωρίς επιπλέον καλωδιώσεις απλά χρησιμοποιώντας τα ηλεκτρικά καλώδια. Για τη σύνδεση ενός υπολογιστή ή ενός περιφερειακού με το δίκτυο το μόνο που χρειάζεται είναι μια ελεύθερη πρίζα. Η τεχνολογία CoPL αναμένει μια νέα γενιά chipset, η οποία θα αυξήσει αρκετές φορές το εύρος ζώνης που προσφέρεται αυτήν την περίοδο και θα παρέχει νέες λειτουργίες, βελτιώνοντας κατά συνέπεια την απόδοση και την ανταγωνιστικότητα. Η νέα γενιά θα προσθέσει νέα, βελτιωμένα χαρακτηριστικά, που επιτρέπουν στα δίκτυα CoPL να υποστηρίξουν όλα τα είδη υπηρεσιών και να βελτιώσουν τις τρέχουσες υπηρεσίες: πλήρης υποστήριξη VoIP, υποστήριξη μεγαλύτερου αριθμού φωνητικών κλήσεων, υποστήριξη VLAN, multicast, βελτιωμένη ποιότητα υπηρεσιών (QoS) κλπ. Το αυξανόμενο εύρος ζώνης θα επιτρέψει την παροχή υπηρεσιών που απαιτούν την υψηλή ταχύτητα, όπως video-on-demand, High Definition TV streaming, on-line gaming κλπ. 43

44 ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΕΣ ΒΑΣΙΚΗ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΕΙΚΟΝΑ 1.16 Βασική δομή ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ 1 Χρησιμοποιεί OFDM διαμόρφωση για την μεταφορά του BPL σήματος σε ένα μεγάλο εύρος ζώνης χρησιμοποιώντας πολλούς περιορισμένης ζώνης υπομεταφορείς. Μέσω του εγχυτήρα BPL τα δεδομένα που διαμορφώνονται με OFDM συνδέονται σε μια φάση του ηλεκτροφόρου καλωδίου MV(medium voltage).τα δεδομένα διπλής κατεύθυνσης μεταφέρονται στην γραμμή LV(low voltage) η οποία τροφοδοτεί μια ομάδα από σπίτια με την χρήση του BPL εξολκέα ο οποίος βγάζει το σήμα με τα δεδομένα παρακάμπτοντας τους μετασχηματιστές διανομής του LV.Ο εξολκέας καθοδηγεί τα δεδομένα και τα μετατρέπει σε BPL σήματα. Οι συνδρομητές έχουν πρόσβαση στο BPL σήμα χρησιμοποιώντας στην οικία τους BPL συσκευές.εξαιτίας των μεγάλων αποστάσεων μπορεί να χρησιμοποιηθούν επαναλήπτες,συσκευές οι οποίες αναγεννούν το σήμα έτσι ώστε να μην χαθεί. Σε αυτή την αρχιτεκτονική εγχυτήρες και εξολκείς μοιράζονται την ίδια κοινή συχνότητα (F1) στα ηλεκτροφόρα καλώδια των MV που είναι διαφορετική από την ζώνη συχνοτήτων (F2) που χρησιμοποιείται στις LV γραμμές και στις συσκευές BPL που υπάρχουν στα σπίτια. Γίνεται χρήση μιας φάσης των ηλεκτροφόρων καλωδίων. 44

45 ΕΙΚΟΝΑ 1.17 Δομή αρχιτεκτονικής ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ 2 Η τεχνική διαμόρφωσης του σήματος είναι και εδώ η (OFDM), αλλά υπάρχει διαφορά με την 1 αρχιτεκτονική στον τρόπο που μεταφέρεται το BPL σήμα στα σπίτια των συνδρομητών.δεν υπάρχει συσκευή στα ηλεκτροφόρα καλώδια της LV αλλά εξάγει το BPL σήμα από τα ηλεκτροφόρα καλώδια της MV και το μετατρέπει σε IEEE.802.IIb WiFit σήμα για μια ασύρματη διεπαφή με τους εγχώριους υπολογιστές των συνδρομητών καθώς επίσης και με του τοπικούς φορητούς υπολογιστές.μπορούν να χρησιμοποιηθούν και άλλες τεχνολογίες για να διασυνδέσουν το σήμα στις συσκευές των συνδρομητών εκτός από την WiFit τεχνολογία. Σημαντικό είναι ότι αυτή η δομή δεν χρησιμοποιεί τα ηλεκτροφόρα καλώδια της LV. Αυτό το σύστημα χρησιμοποιεί διαφορετικές ζώνες συχνοτήτων για να ξεχωρίσει το upstream (από τον χρήστη) και το downstream(στον χρήστη) και για να μειώσει την παρέμβαση των καναλιών με άλλες κοντινές BPL συσκευές πρόσβασης. Τέλος και σε αυτήν την αρχιτεκτονική γίνεται χρήση επαναληπτών. Οι επαναλήπτες διαβιβάζουν και λαμβάνουν στις διαφορετικές συχνότητες και χρησιμοποιούν διαφορετικές συχνότητες από εκείνες που χρησιμοποιούν οι εγχυτήρες και άλλοι κοντινοί επαναλήπτες. Οι επαναλήπτες μπορούν επίσης να παρέχουν τις ικανότητες ενός εξολκέα όταν εξοπλίζονται με έναν πομποδέκτη WiFit. Γίνεται χρήση μιας φάσης των ηλεκτροφόρων καλωδίων. 45

46 ΕΙΚΟΝΑ 1.18 Δομή αρχιτεκτονικής ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ 3 Χρησιμοποιεί το Direct sequence spread spectrum(dsss) για την μετάδοση του BPL σήματος μέσω των ηλεκτροφόρων καλωδίων MV.Όλοι οι χρήστες σε ένα κύτταρο BPL μοιράζονται την ίδια κοινή ζώνη συχνοτήτων.δέχεται κάποιο είδος παρέμβασης από τα άλλα κανάλια αφού όλες οι συσκευές λειτουργούν στην ίδια ζώνη συχνοτήτων. Τέλος χρησιμοποιεί 2 φάσεις των ηλεκτροφόρων καλωδίων. ΕΙΚΟΝΑ 1.19 Δομή αρχιτεκτονικής 3 46

47 1.4 ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΕΣ ΥΠΗΡΕΣΙΕΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟΥ Το εύρος των δυνατοτήτων που παρέχουν τα ευρυζωνικά δίκτυα είναι τόσο μεγάλο και απαραίτητο για την εποχή την οποία διανύουμε αφού διευκολύνει την ζωή μας σε διάφορους τομείς με τις υπηρεσίες που μας παρέχει. Οι βασικότερες κατηγορίες υπηρεσιών εντοπίζονται στους ακόλουθους τομείς: Στον τομέα της εκπαίδευσης, όπου µε τις εφαρμογές e-learning προσφέρονται νέες δυνατότητες, όπως η παροχή on-line μαθημάτων µε χαμηλό κόστος, η πρόσβαση παραδοσιακών μαθητών και φοιτητών σε πρόσθετο εκπαιδευτικό υλικό από το σπίτι τους και η δημιουργία και αξιοποίηση on-line βιβλιοθηκών. Στον τομέα της υγείας, όπου µε εφαρμογές τηλεϊατρικής (e-health) παρέχονται πρωτόγνωρες δυνατότητες εξέτασης ασθενών από απόσταση και αρχικής διάγνωσης ασθενειών. Παράλληλα παρέχεται η δυνατότητα αποτελεσματικότερης αντιμετώπισης έκτακτων περιστατικών (ατυχημάτων), µέσω της μεταφοράς δεδομένων και της καθοδήγησης του προσωπικού άμεσης βοήθειας (από ειδικευμένο ιατρικό προσωπικό στο νοσοκομείο ή σε ένα κεντρικό σημείο βοήθειας) στο σημείο του συμβάντος ή κατά την μεταφορά του τραυματία. Στον τομέα της εξυπηρέτησης του πολίτη, όπου µε τις εφαρμογές e-government παρέχεται η δυνατότητα εξυπηρέτησης του πολίτη και των επιχειρήσεων από το σπίτι ή την έδρα τους 7 ημέρες την εβδομάδα 24 ώρες την ημέρα, χωρίς να χάνεται χρόνος σε μεταβάσεις και ουρές και εξαλείφοντας φαινόμενα διαφθοράς. Αν και σε ορισμένο βαθμό η χρήση ορισμένων εφαρμογών είναι δυνατή και µε απλές συνδέσεις dialup, τα ευρυζωνικά δίκτυα δημιουργούν προϋποθέσεις για ανάπτυξη νέων εφαρμογών, όπως υποβολή σχεδίων για έκδοση οικοδομικών αδειών, ηλεκτρονική υποβολή συμβολαίων σε υποθηκοφυλακεία, υποβολή ολοκληρωμένου φακέλου (µε σχέδια) για έγκριση στεγαστικού δανείου, κλπ. Στον τομέα του παραδοσιακού επιχειρείν τα ευρυζωνικά δίκτυα προσφέρουν νέες δυνατότητες, όπως ενδεικτικά η γρήγορη αναζήτηση προϊόντων από τους πελάτες, πρόσβαση σε αυξημένο πλήθος πληροφοριών για τα προϊόντα, όπως φωτογραφίες, video, κλπ., δυνατότητες καλύτερης επικοινωνίας και συντονισμού των επιχειρήσεων µε τους προμηθευτές τους και τα δίκτυα πωλήσεών τους. Παράλληλα δημιουργούνται και οι προϋποθέσεις για την εισαγωγή νέων προϊόντων ψηφιακής μορφής, όπως βιβλία, προσωποποιηµένα CDs κλπ., αλλά και νέες προοπτικές για μια σειρά από επαγγελματίες, όπως νομικοί, οικονομολόγοι, οι οποίοι μπορούν εύκολα και γρήγορα να αναζητούν σε εξειδικευμένες βάσεις δεδομένων που υπάρχουν στο διαδίκτυο στοιχεία απαραίτητα για την εργασία τους, όπως νόμοι, δικαστικές αποφάσεις, στατιστικά στοιχεία, ισολογισμοί εταιριών. Στον τομέα της επικοινωνίας η εισαγωγή των ευρυζωνικών δικτύων ανατρέπει πλήρως τα δεδομένα, τόσο σε επίπεδο κόστους όσο και σε επίπεδο νέων μεθόδων επικοινωνίας. Οι εφαρμογές μετάδοσης φωνής στο Internet (Voice over IP) αποκτούν µε τα ευρυζωνικά δίκτυα επίπεδο υπηρεσίας αντίστοιχο µε τα 47

48 παραδοσιακά, τηλεφωνικά κανάλια µε κόστος όμως υποπολλαπλάσιο. Παράλληλα, παρέχεται η δυνατότητα φθηνών τηλεδιασκέψεων σε συνδυασμό με εικόνα (videoconferencing) μειώνοντας την ανάγκη για μετακινήσεις και εξοικονομώντας κόστος και χρόνο. Στον τομέα της ενημέρωσης και της ψυχαγωγίας, όπου χάρη στην ευρυζωνικότητα αναπτύσσονται τα on-line παιχνίδια, η αµφίδροµη διαδραστική τηλεόραση (IPTV), η παρακολούθηση ταινιών με άμεση επιλογή από ηλεκτρονικές ταινιοθήκες (Video on Demand) µε τον κάθε χρήστη να μπορεί να επιλέγει την ταινία που επιθυμεί να δει, η δυνατότητα άμεσης αγοράς της επιθυμητής μουσικής από ηλεκτρονικά δισκοπωλεία και η δυνατότητα μεταφοράς αρχείων μουσικής και video μεταξύ χρηστών σε peer to peer δίκτυα. Πιο συγκεκριμένα, με τη ανάπτυξη και την ευρεία χρήση των ευρυζωνικών δικτύων καθίσταται δυνατή η δημιουργία και η παροχή νέων υπηρεσιών που αλλάζουν τον τρόπο ζωής και επικοινωνίας, όπως οι ακόλουθες: Η υπηρεσία IPTV (Internet Protocol Television) Η υπηρεσία IPTV (Internet Protocol Television), είναι ένα σύστημα ψηφιακής τηλεόρασης που μπορεί να μεταδοθεί στους συνδρομητές-χρήστες του διαδικτύου, μέσω του IP πρωτοκόλλου και μίας ευρυζωνικής σύνδεσης. Η μετάδοση IPTV προγραμμάτων μπορεί να παρέχεται δωρεάν ή και επί πληρωμή ενώ ήδη υπάρχουν εκατοντάδες δωρεάν IPTV τηλεοπτικά κανάλια στο διαδίκτυο. Στην πραγματικότητα, η υπηρεσία IPTV αποτελεί την ταυτόχρονη μετάδοση ήχου, εικόνας και δεδομένων και ουσιαστικά η παροχή της κατέστη εφικτή τα τελευταία χρόνια λόγω της διάθεσης μεγάλου εύρους ζώνης και της παροχής υψηλών ταχυτήτων πρόσβασης στο Διαδίκτυο. Ιδιαίτερα, με την ταχύτατη ανάπτυξη των ευρυζωνικών συνδέσεων η υπηρεσία IPTV αναμένεται να επικρατήσει παγκοσμίως και να τύχει ευρείας αποδοχής ενώ ήδη κρίνεται ως μία πολύ επιτυχημένη υπηρεσία. Ήδη βρίσκει εφαρμογή στο χώρο των επιχειρήσεων, αφού η υπηρεσία αυτή μπορεί να μεταδοθεί μέσω συνεργατικών LANs ή του δικτύου μίας επιχείρησης. Ωστόσο, αναμένεται ραγδαία ανάπτυξη της υπηρεσίας τα επόμενα χρόνια, ιδιαίτερα για τους οικιακούς χρήστες, οι οποίοι πλέον έχουν πιο εύκολη πρόσβαση σε ευρυζωνικές συνδέσεις. Ο χρήστης μπορεί να παρακολουθήσει το περιεχόμενο της υπηρεσίας IPTV που επιθυμεί μέσω ενός υπολογιστή ή μίας ειδικής set-top box (STB) συσκευής συνδεδεμένης στην τηλεόραση ή ακόμα και μέσω μίας τηλεφωνικής συσκευής. Ο ενδεικτικός, απαιτούμενος εξοπλισμός του χρήστη για την παρακολούθηση IPTV προγραμμάτων απεικονίζεται στο σχήμα. 48

49 ΕΙΚΟΝΑ 1.19 Απαιτούμενος εξοπλισμός χρήστη Λόγω της χρήσης του IP πρωτοκόλλου, η υπηρεσία IPTV δίνει τη δυνατότητα παρακολούθησης τηλεοπτικών προγραμμάτων μέσω μίας διαδραστικής και εξατομικευμένης εμπειρίας για τους χρήστες. Για παράδειγμα, οι χρήστες μπορούν να πραγματοποιούν αναζήτηση περιεχομένου με βάση τον τίτλο μίας εκπομπής ή μίας ταινίας, με βάση το όνομα ενός ηθοποιού ή ακόμα και να παρακολουθούν τα στατιστικά ενός αθλητή κατά τη διάρκεια ενός αθλητικού γεγονότος. Επιπλέον, επειδή η υπηρεσία IPTV βασίζεται σε ήδη υπάρχοντα πρωτόκολλα δικτύωσης, υπόσχεται χαμηλότερο κόστος μετάδοσης τόσο για τους πάροχους όσο και για τους τελικούς χρήστες της υπηρεσίας αυτής. Η υπηρεσία IPTV υποστηρίζει μετάδοση τόσο ζωντανών CoPL τηλεοπτικών προγραμμάτων όσο και μετάδοση playback βίντεο ή όπως κοινώς αποκαλείται Video on Demand (VoD), η οποία περιγράφεται αναλυτικά στην επόμενη ενότητα. Στην πρώτη περίπτωση, τα τηλεοπτικά προγράμματα μεταδίδονται από τον πάροχο σε μία προκαθορισμένη χρονική στιγμή. Για την ταυτόχρονη μετάδοση πολλών τηλεοπτικών προγραμμάτων απαιτείται τεράστια χωρητικότητα για το δίκτυο κορμού του πάροχου της υπηρεσίας IPTV η οποία, ωστόσο, μειώνεται δραστικά με χρήση της IP multicast μετάδοσης όπου όλες οι ροές (streams) προγραμμάτων μεταδίδονται μόνο μία φορά πάνω από το δίκτυο κορμού. Αντίθετα, στην περίπτωση του Video on Demand τα προγράμματα μεταδίδονται ξεχωριστά προς κάθε χρήστη μέσω μετάδοσης IP unicast, αφού ο χρήστης επιλέγει ο ίδιος το χρόνο έναρξης παρακολούθησης ενός τηλεοπτικού προγράμματος. Συνήθως, πραγματοποιείται συμπίεση του βίντεο με MPEG-2 κωδικοποίηση. Ωστόσο, η χρήση MPEG-4 κωδικοποίησης η οποία οδηγεί σε μικρότερες απαιτήσεις εύρους ζώνης, τείνει να επικρατήσει και να υποκαταστήσει την MPEG-2 κωδικοποίηση. Κατόπιν, το κωδικοποιημένο περιεχόμενο αποστέλλεται είτε σε πολλούς συνδρομητές ταυτόχρονα στην περίπτωση της ζωντανής live μετάδοσης (IP multicast) είτε μεμονωμένα σε όσους συνδρομητές το ζητήσουν στην περίπτωση του Video on Demand (IP Unicast). Για τη μετάδοσή ζωντανών τηλεοπτικών προγραμμάτων, χρησιμοποιείται το Internet Group Management Protocol (IGMPv2) πρωτόκολλο για την σύνδεση σε ένα τηλεοπτικό κανάλι και για την εναλλαγή ανάμεσα σε διαφορετικά κανάλια, ενώ στην περίπτωση του Video on Demand χρησιμοποιείται το Real Time Streaming Protocol (RTSP). Για την μετάδοση της IPTV υπηρεσίας απαιτείται από την πλευρά του χρήστη μια ευρυζωνική σύνδεση της τάξης των 10 Mbps εάν χρησιμοποιείται MPEG-2 κωδικοποίηση, ενώ στη περίπτωση της MPEG-4 κωδικοποίησης απαιτείται χωρητικότητα της τάξης 6-8 Mbps. Ωστόσο, μία σύνδεση των 8 Mbps τίθεται ως η ελάχιστη απαίτηση διότι επιτρέπει την ταυτόχρονη παρακολούθηση IP τηλεόρασης και χρήση του διαδικτύου. Για το λόγο αυτό, οι πάροχοι αναβαθμίζουν το δίκτυο τους για την παροχή υψηλότερωνευρυζωνικών συνδέσεων που να εξασφαλίζουν τη μετάδοση μεγάλου πλήθους IPTV καναλιών και υψηλής ποιότητας ψηφιακής τηλεόρασης. 49

50 Η υπηρεσία VoD (Video on Demand) Η υπηρεσία VoD (Video on Demand) επιτρέπει στους χρήστες να επιλέγουν και να βλέπουν ταινίες από ηλεκτρονικές ταινιοθήκες μέσω ενός αλληλεπιδραστικού συστήματος τηλεόρασης. Πιο συγκεκριμένα, οι χρήστες μπορούν να έχουν εύκολη και γρήγορη πρόσβαση σε μια μεγάλη ποικιλία από αρχεία βίντεο, τα οποία μπορούν να μεταφερθούν και να αναπαραχθούν τοπικά μέσω μίας δικτυακής υποδομής, όπως διακρίνεται στο Σχήμα. ΕΙΚΟΝΑ 1.20 Η υπηρεσία VoD παρέχει ιδιαίτερη ελευθερία και ευελιξία στους χρήστες αφού μπορούν να παρακολουθήσουν μία ταινία ή ένα εκπαιδευτικό βίντεο οποιαδήποτε χρονική στιγμή αυτοί το επιθυμούν. Αυτή η υπηρεσία ουσιαστικά μεταδίδει προς τους χρήστες βίντεο τα οποία είναι αποθηκευμένα στο αποθηκευτικό μέσο του Video Server (Σχήμα). Οι χρήστες μπορούν να παρακολουθήσουν την ταινία είτε αφού ολοκληρωθεί η διαδικασία αποθήκευσης της στο αποθηκευτικό μέσο του χρήστη (download systems) είτε σε πραγματικό χρόνο (streaming systems) χωρίς να απαιτείται διαδικασία αποθήκευσης. Η πλειονότητα των χρηστών χρησιμοποιεί streaming συστήματα παρακολουθώντας άμεσα την ταινία ή το πρόγραμμα που μόλις επέλεξε. Η υπηρεσία VoD παρέχει τη δυνατότητα ενός μεγάλου πλήθους λειτουργιών ελέγχου όπως pause, fast forward, fast rewind, jump to previous/future frame κτλ. Στην περίπτωση των streaming συστημάτων για την υποστήριξη των λειτουργιών αυτών απαιτείται μεγαλύτερο εύρος ζώνης, λόγω του μεγαλύτερού φόρτου από την πλευρά του server. Μπορούμε να διακρίνουμε δύο ειδών streaming συστήματα για την υπηρεσία VoD: τα βασισμένα σε δίσκους streaming συστήματα τα οποία απαιτούν μεγαλύτερο χώρο αποθήκευσης στο server για την εξασφάλιση των λειτουργιών fast forward και fast rewind και τα βασισμένα σε μνήμη streaming συστήματα τα οποία έχουν το πλεονέκτημα να επεμβαίνουν κατευθείαν στη μνήμη RAM χωρίς καμία ανάγκη για περαιτέρω αποθηκευτικό μέσο και χωρίς επιπλέον επιβάρυνση στη λειτουργία του επεξεργαστή. 50

51 Επιπλέον, υπάρχουν δύο διαφορετικοί τύποι μετάδοσης αυτής της υπηρεσίας: ο Near Video on Demand (NVoD) και ο Push Video on Demand (PVoD) τρόπος μετάδοσης. Στην περίπτωση του Near Video on Demand ο χρήστης πληρώνει για την παρακολούθηση μίας ταινίας (pay-per-view), ενώ πολλαπλά αντίτυπα του προγράμματος στέλνονται περιοδικά ώστε να μην απαιτείται ο συγχρονισμός των χρηστών με τη χρονική έναρξη ενός προγράμματος. Η Near Video on Demand τεχνική χρησιμοποιείται από πάροχους οι οποίοι χρησιμοποιούν μηχανισμούς μετάδοσης μεγάλου εύρους ζώνης, όπως δορυφορική ή καλωδιακή τηλεόραση. Αντίθετα, στην περίπτωση του Push Video on Demand, ο χρήστης πρέπει να αποθηκεύσει αρχικά την ταινία σε ένα αποθηκευτικό μέσο και στη συνέχεια να την παρακολουθήσει όποια χρονική στιγμή επιθυμεί. Η τεχνική αυτή χρησιμοποιείται από συστήματα που στερούνται real-time αλληλεπίδρασης και ουσιαστικά προσομοιώνουν τη μετάδοση ζωντανού βίντεο. Για την μετάδοση της VoD υπηρεσίας απαιτείται από την πλευρά του χρήστη μια ευρυζωνική σύνδεση της τάξης των 5 Mbps εάν χρησιμοποιείται MPEG-2 κωδικοποίηση. Αντίστοιχα, όταν πραγματοποιείται MPEG-4 κωδικοποίηση απαιτείται μία ευρυζωνική σύνδεση της τάξης των 2 Mbps. Η υπηρεσία VoIP (Voice over Internet Protocol) Η υπηρεσία VoIP (Voice over Internet Protocol) γνωστή και ως «τηλεφωνία μέσω Internet» αποτελεί το σύστημα δρομολόγησης των τηλεφωνικών συνομιλιών μέσω του διαδικτύου ή οποιουδήποτε δικτύου βασισμένου στο IP πρωτόκολλο, μετατρέποντας τη φωνή σε πακέτα δεδομένων. Παρέχει φωνητική συνομιλία σε πραγματικό χρόνο με σχετικά καλή ποιότητα και με ιδιαίτερα χαμηλό κόστος και τείνει να αντικαταστήσει τη συμβατική τεχνολογία του τηλεφώνου. Η συχνότητα που απαιτεί η τεχνολογία ΙΡ για τη μετάδοση των δεδομένων είναι τουλάχιστον έξι φορές μικρότερη από την αντίστοιχη των παραδοσιακών τηλεπικοινωνιακών δικτύων που χρησιμοποιούν σήμερα οι περισσότεροι συνδρομητές σε όλο τον κόσμο. Η σημαντική αυτή διαφορά καθιστά τις κλήσεις μέσω του VoIP σαφέστατα πιο οικονομικές, και σε αρκετές περιπτώσεις το τηλεφώνημα μέσω Διαδικτύου μπορεί να στοιχίσει έως και 90% φθηνότερα απ' ότι μέσω του παραδοσιακού τηλεπικοινωνιακού δικτύου. Η «τηλεφωνία μέσω Internet» είναι μία ιδιαίτερα ανερχόμενη τεχνολογία, η οποία ουσιαστικά προέρχεται από τη σύγκλιση των υποδομών μετάδοσης δεδομένων και των τηλεπικοινωνιακών δικτύων. Η φωνή μετατρέπεται σε πακέτα σε πραγματικό χρόνο όπως ήδη συμβαίνει και με τα δεδομένα. Με αυτόν τον τρόπο, οδηγούμαστε σε μία μετάβαση από τη παραδοσιακή μετάδοση φωνής που ακολουθεί τη μεταγωγή κυκλώματος στην μετάδοση πακέτων φωνής που ακολουθεί τη μεταγωγή πακέτου. Η πακετοποίηση της φωνής επιτρέπει την καλύτερη διαχείριση του εύρους ζώνης επειδή πολλά πακέτα φωνής μπορούν να μεταδοθούν ταυτόχρονα. Επιπλέον, στην παραδοσιακή τηλεφωνία υπάρχουν πολλά κενά διαστήματα κατά τη διάρκεια μίας συνομιλίας στα οποία καταναλίσκονται πόροι που θα μπορούσαν να αποφευχθούν. Πλέον, με την μετατροπή της φωνής σε πακέτα γίνεται καλύτερη διαχείριση των πόρων αυτών. Ένα από τα βασικά πλεονεκτήματα της χρήσης της VoIP υπηρεσίας είναι ότι παρέχουν αυξημένη λειτουργικότητα που θα ήταν δύσκολο να επιτευχθεί με τα παραδοσιακά δίκτυα τηλεφωνίας. Για παράδειγμα, επιτρέπει τη διεξαγωγή κλήσεων ή video-conference μέσω του διαδικτύου ανεξάρτητα από τη γεωγραφική θέση του χρήστη και δεδομένης μίας σταθερής και γρήγορης σύνδεσης. 51

52 Έτσι, δίνεται η δυνατότητα στους χρήστες να ταξιδεύουν και παράλληλα να πραγματοποιούν ή να δέχονται κλήσεις. Ωστόσο, η χρήση της VoIP τηλεφωνίας έχει το μειονέκτημα ότι βασίζεται στην ύπαρξη μίας σταθερής, αξιόπιστης και γρήγορης σύνδεσης στο διαδίκτυο, κάτι που δεν είναι πάντα εφικτό. Η χρήση της VoIP υπηρεσίας καλείται να αντιμετωπίσει μία σειρά από προβλήματαπροκλήσεις οι οποίες πρέπει να ξεπεραστούν. Το μεγαλύτερο πρόβλημα σχετίζεται με το γεγονός ότι η IP τηλεφωνία στερείται μίας εγγυημένης Ποιότητας Υπηρεσίας (QoS). Η έλλειψη αυτή μπορεί να οδηγήσει σε υψηλή καθυστέρηση μετάδοσης της φωνής, υψηλό jitter, σε απώλεια πακέτων και σε κενά ασφάλειας, ιδιαίτερα σε δίκτυα με μεγάλη συμφόρηση. Όλα τα παραπάνω δε μπορούν να εγγυηθούν μία σταθερή ποιότητα επικοινωνίας μεταξύ των χρηστών. Πολλές φορές οι κλήσεις από VoIP σε VoIP συσκευές είναι δωρεάν, ενώ στις κλήσεις από VoIP σε PSTN συσκευές υπεισέρχεται κόστος που επιβαρύνει τον VoIP χρήστη. Όσον αφορά τις κλήσεις από PSTN σε VoIP, διακρίνουμε δύο περιπτώσεις. Στην πρώτη περίπτωση ο καλών συνδέεται απευθείας στο VoIP χρήστη (Direct Inward Dialing), ενώ στη δεύτερη περίπτωση ο καλών πρέπει να πληκτρολογήσει τον πλήρη αριθμό κλήσης του VoIP χρήστη (access number). Όταν χρησιμοποιούνται access numbers ο καλών χρεώνεται με χρέωση αστικής κλήσης, ενώ αυτός που δέχεται την κλήση δεν υφίσταται καμία χρέωση, σε αντίθεση με την περίπτωση Direct Inward Dialing στην οποία υπάρχει μηναίο πάγιο κλήσης. Πλέον, υπάρχουν πολλές εφαρμογές που προσφέρουν VoIP τηλεφωνία, όπως οι Voipbuster, ICQ, MSN και Skype. Επιπλέον, με την ευρεία ανάπτυξη των ασύρματων δικτύων έχουν δημιουργηθεί ορισμένες παραλλαγές της VoIP υπηρεσίας, όπως το mobile VoIP, το Voice over WiFi (VoWiFi) και το Voice over WiMAX (VoWiMAX). Υπολογίζεται ότι μέσα στα επόμενα χρόνια η ανάπτυξη της μετάδοσης φωνής μέσω Internet θα είναι ραγδαία και ο όγκος κίνησης θα είναι μεγαλύτερος απ' ότι στην παραδοσιακή τηλεφωνία Συνύπαρξη υπηρεσιών φωνής δεδομένων βίντεο Η έννοια της συνύπαρξης άπτεται πολλών πλευρών της τηλεπικοινωνιακής αγοράς, συμπεριλαμβανομένων των κατασκευαστών, των δικτύων, των συσκευών και των = υπηρεσιών. Πρόκειται για μία τάση η οποία διαμορφώνει το επιχειρηματικό τοπίο και προσφέρει αμέτρητες ευκαιρίες στους παρόχους, στους δημιουργούς περιεχομένου και στους καταναλωτές. Όσο οι καταναλωτές απαιτούν ανεμπόδιστη επικοινωνία, τόσο η σύγκλιση αυτή θα αναδεικνύεται ως η λύση-κλειδί. Οι χρήστες επιζητούν οικονομικές και αποτελεσματικές υπηρεσίες σύγκλισης, οι οποίες προσφέρονται σε ολοκληρωμένα και εύχρηστα πακέτα. Πιο συγκεκριμένα, με την ολοένα και μεγαλύτερη ανάπτυξη των ευρυζωνικών δικτύων και την προσιτή σύνδεση σε αυτά και των οικιακών χρηστών παρατηρήθηκε μεγάλη ανάγκη για τη σύγκλιση των υπηρεσιών φωνής, δεδομένων και βίντεο σε ένα ενιαίο δίκτυο. Πλέον, αυτές οι υπηρεσίες μπορούν να χρησιμοποιούν κοινούς πόρους και παράλληλα να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους παρέχοντας έτσι πολλές νέες δυνατότητες. 52

53 Μέχρι σήμερα οι υπηρεσίες αυτές διατίθεντο ξεχωριστά χωρίς καμία δυνατότητα αλληλεπίδρασης. Ωστόσο, οι μεγάλοι πάροχοι επιδιώκουν τη δημιουργία νέων ανταγωνιστικών πακέτων υπηρεσιών ώστε να προσφέρουν περισσότερες και υψηλής ποιότητας υπηρεσίες και να καλύψουν όσο το δυνατό μεγαλύτερο μερίδιο της αγοράς. Έτσι, προέκυψαν ολοκληρωμένα επιχειρηματικά πακέτα που συνδυάζουν τις ακόλουθες υπηρεσίες: φωνής, με πλήρη διαλειτουργικότητα με τη συμβατική PSTN τηλεφωνία βίντεο δεδομένων, με παροχή πολύ υψηλών ταχυτήτων πρόσβασης στο Διαδίκτυο Τα πακέτα αυτά που συνδυάζουν με ενιαίο τρόπο τις παραπάνω υπηρεσίες δημιουργούν ένα νέο είδος πακέτων υπηρεσιών με την ονομασία X-Play. Πιο συγκεκριμένα, ανάλογα με το βαθμό σύγκλισης των υπηρεσιών αυτών προκύπτουν τα πακέτα υπηρεσιών Double Play (2Play), Triple Play (3Play) και Quadruple Play (4Play) Double play Πρόκειται για τον μικρότερο βαθμό σύγκλισης υπηρεσιών που δημιουργήθηκε αρχικά με την ανάπτυξη των ευρυζωνικών δικτύων. Το πακέτο Double Play περιλαμβάνει το συνδυασμό των υπηρεσιών φωνής και δεδομένων. Πιο συγκεκριμένα, συνδυάζονται υπηρεσίες ευρυζωνικής πρόσβασης στο διαδίκτυο και τηλεφωνίας και το πακέτο αποκαλείται Double play, προκειμένου να διαφανεί η «δυαδικότητα» της υπηρεσίας. Σε αυτή την περίπτωση, το δίκτυο φωνής μπορεί να ενοποιηθεί με το δίκτυο μετάδοσης δεδομένων και να εξυπηρετήσει τόσο τις ανάγκες μετάδοσης φωνής όσο και τις ανάγκες μετάδοσης δεδομένων. Αυτό πραγματοποιείται μέσω ενός ενοποιημένου δικτύου (δικτύου σύγκλισης), που βασίζεται στην τεχνολογία και στο πρωτόκολλο IP. Ανέκαθεν, τα δίκτυα δεδομένων και τα δίκτυα φωνής ήταν δύο διαφορετικά και διακριτά κανάλια, η επικοινωνία των οποίων ήταν τόσο δύσκολη όσο και κοστοβόρα. Το μεν πρώτο ανήκε στην κατηγορία της τεχνολογίας υπολογιστών, το δε δεύτερο στις τηλεπικοινωνίες. Η σύγκλιση των δύο δικτύων σε ένα καινούργιο δίκτυο που αξιοποιεί την τεχνολογία IP και μπορεί να μεταφέρει μέσα από τα καλώδιά του φωνή και δεδομένα αποτελεί μια νέα ιδέα που κερδίζει συνεχώς έδαφος. Ουσιαστικά, η υπηρεσία Double play πρόκειται για ένα πρώτο στάδιο σύγκλισης των τηλεπικοινωνιακών υπηρεσιών φωνής και δεδομένων. Σημειώνεται στο σημείο αυτό ότι η παροχή της υπηρεσίας αυτής δεν έχει ιδιαίτερα μεγάλες απαιτήσεις σε εύρος ζώνης, αφού μία ευρυζωνική σύνδεση της τάξης των 2-3 Mbps είναι αρκετή προκειμένου να ικανοποιήσει πλήρως τις απαιτήσεις Triple Play Σε επόμενο στάδιο, βρίσκεται ο συνδυασμός της ταυτόχρονης παροχής υψηλών ταχυτήτων πρόσβασης στο διαδίκτυο, των υπηρεσιών τηλεόρασης (IPTV, VoD) και τηλεφωνίας (VoIP) μέσω μίας μοναδικής ευρυζωνικής σύνδεσης, που αποκαλείται Triple Play υπηρεσία. Η βασική ιδέα της Triple Play υπηρεσίας είναι η παροχή ενός ενιαίου πακέτου υπηρεσιών στον τελικό χρήστη χωρίς να απαιτείται η ξεχωριστή ενεργοποίηση των παραπάνω τριών υπηρεσιών. Ο χρήστης έχει με αυτό τον τρόπο τη δυνατότητα να πληρώνει για τις υπηρεσίες αυτές σε ένα μόνο πάροχο και μάλιστα με συγκριτικά πολύ μικρότερο κόστος. 53

54 Πρόκειται, ουσιαστικά, για ένα ολοκληρωμένο πακέτο υπηρεσιών που σαν στόχο έχει κυρίως τη δημιουργία ενός εμπορικού μοντέλου παρά την αντιμετώπιση τεχνικών ζητημάτων από την ταυτόχρονη παροχή των υπηρεσιών φωνής δεδομένων - βίντεο. Ωστόσο, μία σειρά προκλήσεων εγείρονται με την ανάπτυξη της Triple Play υπηρεσίας. Οι υπηρεσίες φωνής, δεδομένων και βίντεο έχουν διαφορετικά χαρακτηριστικά μετάδοσης που οδηγούν σε ποικίλους περιορισμούς στο δίκτυο. Για παράδειγμα, οι υπηρεσίες φωνής επηρεάζονται σημαντικά από το jitter, ενώ τόσο η απώλεια πακέτων όσο και η επαναδιάταξη τους έχουν μεγαλύτερο αντίκτυπο στη μετάδοση υπηρεσιών βίντεο και δεδομένων. Επιπλέον, λόγω της μετάδοσης και των τριών υπηρεσιών πάνω από μία μοναδική ευρυζωνική σύνδεση, καθίσταται αναγκαία η εισαγωγή μηχανισμών εξασφάλισης ποιότητας (Quality of Service). Οι παραπάνω λόγοι εύλογα δημιουργούν περιορισμούς οι οποίοι πρέπει να αντιμετωπιστούν αποτελεσματικά. Είναι προφανές ότι για την παροχή της Triple Play υπηρεσίας τίθενται πολύ μεγαλύτερες απαιτήσεις σε εύρος ζώνης κυρίως λόγω της μεγάλης χωρητικότητας που απαιτείται για τη μετάδοση βίντεο. Πιο συγκεκριμένα, απαιτείται μία ιδιαίτερα υψηλής ταχύτητας ευρυζωνική σύνδεση της τάξης των 20 Mbps. Σήμερα, η Triple Play υπηρεσία προσφέρεται κυρίως από παρόχους καλωδιακής τηλεόρασης και παρόχους τηλεπικοινωνιών, που ήδη διαθέτουν υπάρχουσες υποδομές με μεγάλη χωρητικότητα εύρους ζώνης Quadruple Play Τα τελευταία χρόνια, η Triple Play υπηρεσία έχει εξελιχθεί στην Quadruple Play (ή 4play) υπηρεσία στις περιπτώσεις όπου πλέον της ενσύρματης δικτυακής υποδομής γίνεται χρήση και ασύρματων επικοινωνιών για τη μετάδοση υπηρεσιών βίντεο, τηλεφωνίας και Internet. Η πρόσφατη ανάπτυξη των διαφόρων στάνταρ της κινητής τηλεφωνίας και η ευρεία διάδοση και χρήση των δικτύων τρίτης και τέταρτης γενιάς (3G/4G) κατέστησαν εφικτή τη μετάδοση των παραπάνω υπηρεσιών και σε χρήστες που λαμβάνουν το περιεχόμενο που επιθυμούν στην κινητή τους συσκευή Multi-play Τέλος, ο όρος multi-play αποτελεί μία γενική έννοια που περιγράφει όλα τα παραπάνω διαφορετικά πακέτα υπηρεσιών. Πιο συγκεκριμένα, ο όρος multi-play χρησιμοποιείται για την εμπορική περιγραφή της παροχής ποικίλων υπηρεσιών τηλεπικοινωνιών, όπως η ευρυζωνική πρόσβαση στο Διαδίκτυο, η ψηφιακή τηλεόραση, η IP τηλεφωνία και οι υπηρεσίες κινητής τηλεφωνίας, από πάροχους ή οργανισμούς που μέχρι πριν λίγο καιρό παρείχαν μόνο μία ή δύο από τις παραπάνω υπηρεσίες. 54

55 1.5 Η σημασία της ευρυζωνικότητας στην εποχή μας Σε αυτό το επικοινωνιακό περιβάλλον που διαμορφώνεται παγκοσμίως, η έννοια της ευρυζωνικότητας αναμένεται να αναδειχθεί στον «τροχό» της εποχής μας, να καθορίσει τους καιρούς μας. Όπως εύστοχα έχει παρατηρήσει ο Επίτροπος της Ομοσπονδιακής Επιτροπής Τηλεπικοινωνιών των Η.Π.Α. (Federal Communications Commission) κ. Michael Copps : «τα ευρυζωνικά δίκτυα θα είναι για τον 21o αιώνα τόσο κριτικής σημασίας, όσο ήταν για τον 19ο αιώνα οι δρόμοι, τα κανάλια και οι σιδηροδρομικές γραμμές και για τον 20ο αιώνα τα τηλεπικοινωνιακά δίκτυα και τα ταχύτατα μέσα μαζικής μεταφοράς». Είναι το διαβατήριο για την είσοδο στον σύγχρονο κόσμο της εξέλιξης. Αποτελούν το κλειδί για την οικονομική και την κοινωνική ανάπτυξη σε παγκόσμιο επίπεδο. Στο παρελθόν, κάθε φορά που ήθελα να συνδεθώ στο Διαδίκτυο έπρεπε να κάνω μια τηλεφωνική κλήση, «μπλοκάροντας» την τηλεφωνική μου γραμμή και χρεώνοντας το λογαριασμό μου με το αντίστοιχο κόστος χρονοχρέωσης. Με την ευρυζωνική πρόσβαση, ο υπολογιστής μου βρίσκεται συνεχώς συνδεδεμένος στο Διαδίκτυο, χωρίς την ανάγκη τηλεφωνικής κλήσης. Δηλαδή, χωρίς επιπλέον χρέωση και χωρίς να απασχολώ την τηλεφωνική μου γραμμή, όσο χρησιμοποιώ το Διαδίκτυο. Με την ευρυζωνική πρόσβαση οι ταχύτητες υπερδεκαπλασιάζονται!!! Μπορώ να «κατεβάσω» σε λίγα λεπτά ιστοσελίδες και αρχεία που παλαιότερα χρειαζόμουν μερικές ώρες. Παράλληλα, μπορώ να αναπτύξω νέες δραστηριότητες, όπως είναι η παρακολούθηση ταινιών (video on demand), η πραγματοποίηση τηλεφωνικών κλήσεων και κλήσεων βιντεοτηλεφωνίας μέσω Διαδικτύου, καθώς και η εργασία από το σπίτι (τηλε-εργασία). Με μία ευρυζωνική σύνδεση στο Διαδίκτυο, προβάλλω τα προϊόντα και τις υπηρεσίες που προσφέρω. Μέσα από φωτογραφίες, περιγραφές και βίντεο, υποψήφιοι πελάτες από όλο τον κόσμο μπορούν να με βρουν, να με γνωρίσουν, να αγοράσουν από εμένα. Ο κάθε πολίτης, η κάθε οικογένεια, σύντομα θα μπορεί εύκολα, άμεσα και οικονομικά να απολαμβάνει μια σειρά πρωτοποριακές υπηρεσίες, μια δέσμη πρωτόγνωρων παροχών. Ασύλληπτα γρήγορη και αξιόπιστη πρόσβαση στο ίντερνετ. Ψηφιακά τηλεοπτικά κανάλια και διαδικτυακή τηλεόραση υψηλής ευκρίνειας. Υπηρεσίες βιντεοτηλεφωνίας και τηλεδιασκέψεων. Περιήγηση σε τρισδιάστατους εικονικούς κόσμους και διαδραστικά παιχνίδια. Κυρίως, όμως, την επέκταση υπηρεσιών όπως η τηλε-ιατρική, η τηλε-εκπαίδευση, η τηλε-επιχειρηματικότητα, η τηλε-διοίκηση, το web-banking και το ηλεκτρονικό εμπόριο, που απαιτούν πολύ γρήγορες ταχύτητες και μεγάλο όγκο μετάδοσης δεδομένων. 55

56 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ [1] Διαδικτυακός τόπος Υπηρεσίες προώθησης ευρυζωνικότητας [2] ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΑΚΕΣ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΧΡΗΣΤΟΣ Ι. ΜΠΟΥΡΑΣ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ [3] Παρατηρητήριο για την ψηφιακή Ελλάδα [4] ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΑΝΑΛΥΣΗ ΖΗΤΗΣΗΣ ΚΑΙ ΑΠΟΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΗΣ ΔΙΕΙΣΔΥΣΗΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ ΜΕ ΤΗΝ ΧΡΗΣΗ ΟΙΚΟΝΟΜΕΤΡΙΚΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ ΓΡΑΜΜΑΤΙΚΟΠΟΥΛΟΣ ΑΡΙΣΤΕΙΔΗΣ [5] NTIA Report POTENTIAL INTERFERENCE FROM BROADBAND OVER POWER LINE (BPL) SYSTEMS TO FEDERAL GOVERNMENT RADIOCOMMUNICATIONS AT MHz Phase 1 Study VOLUME I [6] ΕΘΝΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΚΑΙ ΤΑΧΥΔΡΟΜΕΙΩΝ [7] ΕΥΡΩΠΑΙΚΗ ΈΝΩΣΗ ΨΗΦΙΑΚΟ ΘΕΜΑΤΟΛΟΓΙΟ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΥΡΩΠΗ, ΣΤΡΑΤΗΓΙΚΗ i2010, ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΔΡΑΣΗΣ eeurope, ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΑ [8] [9] [10] Κινητή Ευρυζωνική Ασύρματη Πρόσβαση [11] Oμάδα εργασίας για την ευρυζωνική πρόσβαση Κείμενο στρατηγικής για την ευρυζωνική πρόσβαση Σεπτέμβριος

57 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΓΕΝΕΤΙΚΟΙ ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ Γενετικοι αλγόριθμοι γενικευμένα ειναι γενικές τεχνικές βελτιστοποίησης που βασίζονται στους μηχανισμούς της γενετικής και της εξέλιξης που παρατηρείται σε φυσικά συστήματα και πληθυσμούς έμβριων όντον. Προτού επεκταθούμε περετέρο καλό θα ήταν να ασχολιθούμε με την γενική θεωρία εξέλιξης των ειδών. 2.1 Θεωρία εξέλιξης των ειδών Η θεωρία της Εξέλιξης των Ειδών (Evolution of Species) αναπτύχθηκε από τον Δαρβίνο στα μέσα του 19ου αιώνα. Η θεωρία έγηρε μια δημόσια διαμάχη καθώς και πλήθος αντιδράσεων αφού ερχόταν σε σύγκρουση με τις θρησκευτικές αντιλήψεις της εποχής περί προέλευση ζωής. Στις δεκαετίες που ακολούθησαν έδωσε απαντήσεις σε πολλά θεμελιώδη ζητήματα όπως το φαινόμενο της ζωής,την προέλευση και τη λειτουργία της. Παρόλα αυτά ακόμα και σήμερα υπάρχουν άνθρωποι που δεν την αποδέχονται.τα κύρια στοιχία της θεωρίας των ειδών είναι τα ακόλουθα : Σε κάθε πιθανό βιολογικό είδος του πλανήτη δεν παρατηρήται διαχωρισμός σε ανωτερο και κατώτερο οργανισμο.το Ν των απογόνων και τα κληρονομούμενα χαρακτηριστικα τους είναι οι παράγοντες που καθορίζουν την επιβίωση και τον πολλαπλασιασμό τους στις εκάστοτε συνθήκες διαβίωσης. Με τον όρο χρωμοσώματα εννοούμε πολυδιάστατα οργανικά μόρια που κωδικοποιούν τα χαρακτηριστικά και τη δομή των οργανισμών. Το σύνολο της γενετικής πληροφορίας (γονότυπος) είναι κωδικοποιημένο στα γονίδια που είναι μέρη των χρωμοσωμάτων και παρουσιάζονται εξωτερικά διαφορετικά σε κάθε οργανισμό (φαινότυπος). Η δημιουργία ενός νέου ατόμου είναι η αποκωδικοποίηση των χρωμοσωμάτων. Οι κύριες λειτουργίες της εξέλιξης είναι η αναπαραγωγή και η μετάλλαξη. Με τον όρο μετάλλαξη εννοούμε την τυχαία αλλαγή 23 της δομής των χρωμοσωμάτων που έχει σαν αποτέλεσμα την αλλαγή κάποιου χαρακτηριστικού. Η μετάλλαξη μπορεί να προκαλέσει βελτίωση κάποιου χαρακτηριστικού, το οποίο αποτελεί σημαντικό παράγοντα για την εξέλιξη της ζωής. Τα χρωμοσώματα κάθε νέου οργανισμού προέρχονται τα μισά από τον πατέρα και τα άλλα μισά από την μητέρα. Για κάθε χαρακτηριστικό το άτομο έχει πάρει ένα γονίδιο από κάθε γονέα(50% απο τον καθένα στις πλήστες των περιπτώσεων). Στην περίπτωση που οι τιμές των γονιδίων συμφωνούν τότε το χαρακτηριστικό παίρνει τη συγκεκριμένη τιμή. Στην δεύτερη περίπτωση όπου οι τιμές των γονιδίων διαφέρουν τότε το ένα γονίδιο ονομάζεται κυρίαρχο ή επικρατές (dominant) και το άλλο υπολειπόμενο (recessive). Το χαρακτηριστικό παίρνει την τιμή του κυρίαρχου γονιδίου. 2.2 Συντομη ιστορική αναδρομή Η θεωρία της εξέλιξης και ο μηχανισμός της φυσικής επιλογής φάνηκε ιδιαίτερα ελκυστικός από την δεκαετία του 50 όπου διάφοροι βιολόγοι χρησιμοποίησαν υπολογιστές στη λύση πολύπλοκων βιολογικών συστημάτων. Στις αρχές του 70 ο John Holland και οι συνεργάτες του στο πανεπιστήμιο του Michigan σκέφτηκαν ότι με τη χρήση ορισμένων λειτουργιών της φύσης θα μπορούσαν να επιλύσουν αποδοτικά δύσκολα προβλήματα. Έτσι ασχολήθηκαν συστηματικά με την ανάπτυξη Γενετικών Αλγορίθμων. 57

58 Ο Bagley (1967) με την διδακτορική του διατριβή ουσιαστικά «βαφτίζει» τους γενετικούς αλγόριθμους. Ο Rosenberg (1967) δημοσιεύει εργασία, στην οποία γίνεται λόγος για προσομοίωση πληθυσμών μονοκύτταρων οργανισμών σε υπολογιστικό περιβάλλον. Ο Holland (1975) εκδίδει το βιβλίο "Προσαρμογή στα Φυσικά και Τεχνητά συστήματα", στο οποίο αναπτύσσει τις ιδέες και την θεωρία των ΓΑ. Το βιβλίο θεωρείται πλέον κλασικό για τον χώρο. Θίγονται θέματα όπως η θεωρία των σχημάτων, η βέλτιστη κατανομή των ευκαιριών, σχέδια αναπαραγωγής, γενετικές λειτουργίες, η ευρωστία των ΓΑ και πλήθος άλλα. Ο De Jong (1975) με την εργασία που εκδίδει βοηθά την πειραματική αξιολόγηση των ΓΑ. Σύμφωνα με αυτήν, προτείνονται λειτουργίες που ελέγχουν έναν ΓΑ και την ικανότητά του να αντιμετωπίζει δύσκολα προβλήματα. O Grefenstette (1980) δημιουργεί το GENESIS, ένα σύστημα ανάπτυξης ΓΑ υλοποιημένο στη γλώσσα προγραμματισμού C, που έχει βοηθήσει σημαντικά στη διάδοση του γενετικού προγραμματισμού καθώς έγινε διαθέσιμο στο ευρύ κοινό. Το 1985 πραγματοποιείται το 1ο Διεθνές Συνέδριο των ΓΑ και των εφαρμογών τους. Μετά από αυτό ο χώρος των ΓΑ αποκτά ένα μεγάλο συνέδριο που πλέον λαμβάνει χώρα κάθε δύο χρόνια και αντικατοπτρίζει το μεγάλο οργασμό που παρατηρείται σε επίπεδο τόσο θεωρίας όσο και εφαρμογών. Πολυάριθμες εκδόσεις βιβλίων για ΓΑ, όπως «Genetic Algorithms in Search, Optimization", and Machine Learning», «An introduction to Genetic Algorithms for Scientists and Engineers», «Adaptive Learning by Genetic Algorithms», «An Introduction to Genetic Algorithms» κ.α.. Άλλη μια ένδειξη της τεράστιας ανάπτυξης του χώρου και της αποδοχής της νέας τεχνολογίας. Ανάπτυξη πακέτων λογισμικού για ΓΑ, Πολλές εταιρίες δημιουργούν εμπορικά πακέτα που επιτρέπουν σε χρήστες να ενσωματώσουν στις εφαρμογές τους στοιχεία Γενετικού Προγραμματισμού (Genetic Programming). Ένα τέτοιο πακέτο είναι το EOS (Evolutionary Object System), το οποίο βασίζεται στη δημοφιλή γλώσσα αντικειμενοστραφούς προγραμματισμού C++ και παρέχει μεγάλες δυνατότητες προσαρμογών και επεκτάσεων. Από το 2000 έως και σήμερα έχουν δημιουργηθεί πλήθος εφαρμογών βασισμένες στους ΓΑ. Πολλές επιστημονικές δημοσιεύσεις τείνουν να επιλύσουν καθημερινά προβλήματα με την βοήθεια των ΓΑ. Η ενσωμάτωσή τους στην επίλυση καθημερινών προβλημάτων αποτελεί πλέον γεγονός. 2.3 Συμαντική ορολογία γενετικών αλγορίθμων Γονίδια (Genes) και Χρωμοσώματα ή Άτομα (Individuals): Γονίδιο είναι μια πιθανή τιμή που μπορεί να λάβει μια μεταβλητή. Ένα χρωμόσωμα αποτελείται από γονίδια, δηλαδή από ένα σύνολο πιθανών τιμών που μπορεί να λάβουν οι μεταβλητές ενός προβλήματος. Ένα συγκεκριμένο χρωμόσωμα το οποίο είναι και μοναδικό μπορεί να αποκωδικοποιηθεί σε ένα σύνολο παραμέτρων που αναπαριστούν μία πιθανή λύση του προβλήματος. Το χρωμόσωμα μπορεί να είναι μια σειρά πραγματικών ή δυαδικών αριθμών ή ακόμα και συνδυασμοί αυτών των δυο. Αρχικός Πληθυσμός (Initial Population): Είναι ο αριθμός των αρχικών χρωμοσωμάτων από τα οποία θα ξεκινήσει η διαδικασία αναζήτησης του ΓΑ. Όσο μεγαλύτερο είναι το πλήθος του αρχικού πληθυσμού τόσο πολυπλοκότερη γίνεται η επίλυση του προβλήματος αλλά με περισσότερες πιθανότητες εύρεσης της βέλτιστης λύσης και με λιγότερες πιθανότητες ο αλγόριθμος να θεωρήσει ένα τοπικό ελάχιστο ως το ολικό ελάχιστο δηλαδή να οδηγηθεί σε λανθασμένη λύση. Πληθυσμοί (Population) και Γενεές (Generations) Γ.Α.: Σε κάθε βήμα του αλγορίθμου, και με βάση τον αρχικό πληθυσμό δημιουργείται ένας νέος πληθυσμός, ο οποίος αποτελεί και την επόμενη γενιά του αλγορίθμου. Στην εκάστοτε νέα γενιά γίνεται αναζήτηση για εντοπισμό του χρωμοσώματος που μπορεί να δώσει το βέλτιστο αποτέλεσμα. Η διαδικασία τερματίζεται είτε με κατώφλι ένα αριθμό γενεών είτε στο καλύτερο χρωμόσωμα είτε με διάφορα άλλα κριτήρια τα οποία θα αναφερθούν παρακάτω. 58

59 Γονείς (Parents) και Τέκνα (Children): Τα ζεύγη χρωμοσωμάτων που επιλέγονται σε κάθε γενιά ώστε να διασταυρωθούν μεταξύ τους και να παραγάγουν απογόνους ονομάζονται γονείς ενώ οι απόγονοι τέκνα. Τα τέκνα μπορούν να δημιουργηθούν είτε μέσω της διαδικασίας της διασταύρωσης είτε μέσω της μετάλλαξης. Διασταύρωση (Crossover): Συνδυασμός δυο γονέων ώστε να προκύψει ένα νέο τέκνο. Η διασταύρωση παρουσιάζεται με μια πιθανότητα να συμβεί και είναι δυνατό να πραγματοποιηθεί σε ένα ή περισσότερα σημεία των χρωμοσωμάτων γονέων. Μετάλλαξη (Mutation): Οι μεταλλάξεις είναι χαμηλής πιθανότητας τυχαίες αλλαγές στα άτομα κάθε γενιάς ώστε να δημιουργηθούν τέκνα χωρίς διασταύρωση. Η μετάλλαξη παρέχει τη γενετική ποικιλομορφία και επιτρέπει στο γενετικό αλγόριθμο να ψάξει βέλτιστη λύση σε ένα ευρύτερο διάστημα. Συνάρτηση Καταλληλότητα (Fitness Function): Το βασικότερο στοιχείο για την λειτουργία ενός ΓΑ. Η αποτελεσματικότητα του ΓΑ εξαρτάται από την σωστή και εύστοχη επιλογή της συνάρτησης καταλληλότητας ή αξιολόγησης. Συνήθως το πεδίο τιμών της παραπάνω συνάρτησης είναι από 0 έως 1, αναλόγως βέβαια και του προβλήματος, με την τιμή 1 να θεωρείται ότι έχει ευρεθεί το τέλειο χρωμόσωμα άρα 26 και η βέλτιστη λύση ενώ η τιμή 0 ότι η λύση δεν έχει καμιά ευστοχία. Γενικότερα πάντως στα πακέτα που χρησιμοποιούν ΓΑ ελαχιστοποίηση της συνάρτησης αξιολόγησης συνεπάγεται βέλτιστη λύση του προβλήματος. 2.4 Δομή και λειτουργία των γενετικών αλγορίθμων Οπως έχουμε προαναφέρει ο τρόπος λειτουργίας και έμνευσης των γενετικών αλγορίθμων είναι παρμένος απο την βιολογία και μέσο της εξέλιξης των γενετικών μεταλλάξεων και φυσικής επιλογής και διασταύρωσης επιτιγχάνεται η δημιουργία των αλγορίθμων. Με απλά λόγια, οι οργανισμοί που δε μπορούν να επιβιώσουν στο περιβάλλον τους πεθαίνουν, ενώ οι υπόλοιποι πολλαπλασιάζονται μέσω της αναπαραγωγής. Οι απόγονοι παρουσιάζουν μικρές διαφοροποιήσεις από τους προγόνους τους(μεταλλάξεις), ενώ συνήθως υπερισχύουν αυτοί που συγκεντρώνουν τα καλύτερα χαρακτηριστικά. Αν το περιβάλλον μεταβάλλεται με αργούς ρυθμούς, τα διάφορα είδη μπορούν να εξελίσσονται σταδιακά ώστε να προσαρμόζονται σε αυτό. Αν όμως συμβούν ραγδαίες μεταβολές(ραγδαία πτώση θερμοκρασίας,καποιος νέος για τον οργανισμο ιός κτλ), αρκετά είδη οργανισμών θα εξαφανιστούν. Σποραδικά, συμβαίνουν τυχαίες μεταλλάξεις, από τις οποίες οι περισσότερες οδηγούν τα μεταλλαγμένα άτομα στο θάνατο, αν και είναι πιθανό, πολύς σπάνια όμως, να οδηγήσουν στη δημιουργία νέων καλύτερων οργανισμών. Οι γενετικοί αλγόριθμοι χρησιμοποιούν ορολογία δανεισμένη από το χώρο της φυσικής Γενετικής. Κατά αναλογία με τα έμβια όντα, αναφέρονται σε άτομα ή γονότυπα μέσα σε έναν πληθυσμό. Κάθε γονότυπος αναπαριστά μια πιθανή λύση σε ένα πρόβλημα. Πολύ συχνά αυτά τα άτομα καλούνται επίσης χρωμοσώματα. Τα χρωμοσώματα αποτελούνται από διάφορα στοιχεία που ονομάζονται γονίδια και είναι διατεταγμένα σε γραμμική ακολουθία. Κάθε γονίδιο επηρεάζει την κληρονομικότητα ενός ή περισσότερων χαρακτηριστικών. Η φιλοσοφία των γενετικών αλγορίθμων είναι η εξής: Αρχικά δημιουργείται με τυχαίο τρόπο ένα σύνολο P από υποψήφιες λύσεις του προβλήματος. Το αρχικό αυτό σύνολο απαρτίζεται από λύσεις οι οποίες είναι ως επί το πλείστον μη αποδεκτές (π.χ. δεν είναι έγκυρες, δεν είναι οι καλύτερες, κ.λπ.). Έστω Ν το πλήθος των στοιχείων του συνόλου Ρ. Οι λύσεις αυτές βαθμολογούνται από μια συνάρτηση καταλληλότητας ή αλλιώς στα αγγλικά fitness function. Η βαθμολόγησή τους συνίσταται στην αντιστοίχιση σε κάθε υποψήφια λύση ενός αριθμού, ο οποίος δηλώνει της εγγύτητα της υποψήφιας μη αποδεκτής λύσης ως προς κάποια αποδεκτή. 59

60 Στη συνέχεια, από τον αρχικό πληθυσμό σχηματίζονται Ν/2 ζευγάρια όχι απαραίτητα μοναδικών γονέων, δίνοντας μεγαλύτερη προτεραιότητα στις πλέον κατάλληλες λύσεις. Κάθε ζευγάρι ζευγαρώνει (mates), δίνοντας δύο νέες λύσεις, τους απογόνους (offsprings). Ο νέος πληθυσμός Ρ αποτελείται από το σύνολο των απογόνων και συνήθως αποτελεί βελτίωση του προηγουμένου πληθυσμού. Η διαδικασία επαναλαμβάνεται για το νέο πληθυσμό Ρ, ενώ οι πιο συνηθισμένες συνθήκες τερματισμού της είναι η εύρεση μιας τέλειας λύσης με βάση τη συνάρτηση καταλληλότητας και η σύγκλιση όλων των λύσεων σε μία. Ο γενετικός αλγόριθμος εκτελεί μια αναζήτηση στο χώρο των υποψήφιων λύσεων, με στόχο την εύρεση κάποιας λύσης που μεγιστοποιεί τη συνάρτησης καταλληλότητας(καλύτερη δυνατή λύση). Η αναζήτηση αυτή είναι παράλληλη, καθώς σε κάθε υποψήφια λύση μπορεί να εκτελεστεί ξεχωριστή αναζήτηση. Η αναζήτηση επικεντρώνεται στις περισσότερο κατάλληλες λύσεις, χωρίς όμως να αγνοούνται οι υπόλοιπες, καθώς υπάρχει πάντα ο κίνδυνος να παγιδευτεί η διαδικασία σε τοπικό μέγιστο (local maximum). Οι γενετικοί αλγόριθμοι αποσκοπούν στην εξυπηρέτηση πολύπλοκων προβλημάτων με πολύ αυστηρούς περιορισμούς. Αν και ανήκουν στην κατηγορία των στοχαστικών αλγορίθμων, διαφέρουν σε πολύ μεγάλο βαθμό από τους αλγόριθμους που εφαρμόζουν τυχαίες μεθόδους αναζήτησης και βελτιστοποίησης, αφού είναι σε θέση να συνδυάζουν στοιχεία και από άμεσες και από στοχαστικές τεχνικές αναζήτησης. Αυτός είναι και ο κύριος λόγος για τον οποίο οι γενετικοί αλγόριθμοι θεωρούνται πιο εύρωστοι από τις υπάρχουσες μεθόδους άμεσης αναζήτησης. Ένα άλλο εξίσου σημαντικό χαρακτηριστικό τους είναι ότι διατηρούν έναν πληθυσμό πιθανών λύσεων πάνω στον οποίο πειραματίζονται, σε αντίθεση με όλες τις άλλες μεθόδους αναζήτησης που επεξεργάζονται ένα μόνο σημείο του διαστήματος αναζήτησης Πλεονεκτήματα γενετικών αλγορίθμων Η ανάπτυξη των Γενετικών Αλγόριθμων και η εφαρμογή τους για την ελαχιστοποίηση/μεγιστοποίηση συναρτήσεων ποικίλων προβλημάτων ανέδειξε πολλά πλεονεκτήματα της χρήσης τους, έναντι άλλων μεθόδων βελτιστοποίησης: 1.Λύνουν δύσκολα προβλήματα με μεγάλη αξιοπιστία σε αρκετά μικρό χρόνο. Σε αρκετά προβλήματα, οι αντικειμενικές συναρτήσεις των οποίων παρουσιάζουν λύσεις με μεγάλη διακύμανση και δυσκολία προσδιορισμού, επιβάλλεται η χρήση των Γενετικών Αλγόριθμων λόγω της εξαιρετικά υψηλής αποδοτικότητάς τους. Έτσι, το ευάλωτο σημείο αρκετών μεθόδων βελτιστοποίησης, που αφορά στην δυσκολία προσδιορισμού ολικών ελαχίστων για τέτοιου είδους συναρτήσεις, για τους Γενετικούς Αλγόριθμους δε συνιστά ανασταλτικό παράγοντα. 2. Εύκολα αλληλεπιδρούν με υπάρχοντα μοντέλα και συστήματα. Δεν απαιτείται η επανασχεδίαση των Γενετικών Αλγόριθμων για τη χρήση τους σε συνδυασμό με άλλα συστήματα και μοντέλα, καθώς χρησιμοποιούν πληροφορίες της εκάστοτε διαδικασίας και απλά συνιστούν τμήμα του ευρύτερου κώδικα. 3. Οι Γενετικοί Αλγόριθμοι είναι εύκολα επεκτάσιμοι και εξελίξιμοι. Πολλά προβλήματα στα οποία εφαρμόζονται οι Γενετικοί Αλγόριθμοι, χρήζουν ιδιαίτερης αντιμετώπισης, με αποτέλεσμα όχι απλά να συνιστάται, αλλά να επιβάλλεται η τροποποίηση λειτουργιών τους. Αυτές οι παραλλαγές, επεκτάσεις και εξελίξεις τμημάτων του Γενετικού Αλγόριθμου, τον καθιστούν αποδοτικό σε ακόμα μεγαλύτερο εύρος προβλημάτων. 4. Έχουν πολύ πιο ευρύ πεδίο εφαρμογών σε σχέση με οποιαδήποτε άλλη μέθοδο. Οι τομείς εφαρμογής τους είναι πάρα πολλοί. Ενδεικτικά, αναφέρεται η εκπαίδευση Νευρωνικών Δικτύων, ο σχεδιασμός μηχανών και η επίλυση δύσκολων μαθηματικών εξισώσεων. 60

61 5. Είναι ευέλικτοι και μπορούν να συμμετέχουν σε υβριδικές μορφές με άλλες μεθόδους. Σε περιπτώσεις που κάποιες μέθοδοι είναι ειδικά σχεδιασμένες για την αντιμετώπιση συγκεκριμένων προβλημάτων και άρα είναι εξαιρετικά αποδοτικές, οι Γενετικοί Αλγόριθμοι μπορούν να συνυπάρξουν υβριδικά με αυτές τις μεθόδους. 6. Δεν απαιτείται η ύπαρξη περιορισμών στην αντικειμενική συνάρτηση που καλούνται να βελτιστοποιήσουν. Οι παραδοσιακές μέθοδοι αδυνατούν να επεξεργαστούν συναρτήσεις χωρίς περιορισμούς (π.χ. παράγωγοι). 7. Βασικό τους στοιχείο είναι ο παραλληλισμός. Με τη χρήση της κωδικοποίησης, ένα άτομο αντιπροσωπεύει πολλά άλλα, με αποτέλεσμα οι Γενετικοί Αλγόριθμοι να μπορούν να αναζητούν λύσεις σε πολύ μεγάλο εύρος τιμών σε σχετικά μικρούς χρόνους. 8. Επιτυγχάνουν τον συνδυασμό της εξερεύνησης του χώρου αναζήτησης και της εκμετάλλευσης της ήδη επεξεργασμένης πληροφορίας. Το γεγονός αυτό, καθιστά τους Γενετικούς Αλγόριθμους ιδιαίτερα αποδοτικούς και ελκυστικούς για τους ερευνητές, καθώς είναι πολύ δύσκολο να βρεθεί άλλη μέθοδος ικανή να συγκεράσει αυτά τα δύο χαρακτηριστικά. 9. Δέχονται εύκολα παράλληλη υλοποίηση. Χαρακτηριστικό που εντοπίζεται σπάνια σε άλλες μεθόδους και καθιστά εφικτή και αποδοτική την υλοποίηση Γενετικών Αλγόριθμων με χρήση παράλληλων μηχανών Μειονεκτήματα των Γενετικών αλγορίθμων Όπως κάθε μέθοδος, έτσι και οι Γενετικοί Αλγόριθμοι έχουν και αυτοί τα μειονεκτήματα τους.πολλά βέβαια απο τα μειονεκτήματα πηγάζουν απο την δυσπιστία των επιστημόνων για τους Γενετικούς Αλγόριθμους για αυτό και παρόλο που οι Γενετικοί αλγόριθμοι έχουν αναπτυχθεί απο τις αρχές της δεκαετίας του 70,η εφαρμογή τους άρχισε τα τελευταία 10 κυρίως χρόνια. Ο βασικότερος λόγος που καθιστά δυσχερή την υιοθέτησή τους για τη βελτιστοποίηση συναρτήσεων είναι η έλλειψη εξοικείωσης με την γενετική. Η συντριπτική πλειοψηφία των επιστημόνων που ασχολούνται με τους υπολογιστές και την πληροφορική είναι ανεξοικείωτη με την επιστήμη της βιολογίας και ειδικότερα της γενετικής, με αποτέλεσμα όροι όπως Εξέλιξη και Φυσική Επιλογή να ακούγονται παράξενα. Καθώς, λοιπόν, η ορολογία των Γενετικών Αλγόριθμων έχει δημιουργηθεί βάσει όρων της βιολογίας, πιστεύεται εκ πρώτης όψεως πως απαιτείται καλή γνώση της γενετικής για την κατανόηση της λειτουργίας των Γενετικών Αλγόριθμων. Προφανώς, η άποψη αυτή που λειτουργεί ανασταλτικά στην διάδοση και επέκταση των Γενετικών Αλγόριθμων, κυριαρχεί εσφαλμένα στον επιστημονικό κόσμο της πληροφορικής. Ο λόγος έγκειται στο γεγονός ότι οι όροι είναι δανεισμένοι από τη βιολογία για την καλύτερη κατανόηση της λογικής των Γενετικών Αλγόριθμων και όχι την παραπομπή όσων ασχολούνται με αυτούς στην μελέτη της επιστήμης της βιολογίας, καθώς οι Γενετικοί Αλγόριθμοι λειτουργούν αφαιρετικά και χρησιμοποιούνται για την αναζήτηση λύσεων δύσκολων προβλημάτων παντός πεδίου έρευνας. Κατά τη δημιουργία των Γενετικών Αλγόριθμων θα μπορούσε να αποφευχθεί ο δανεισμός όρων από τη γενετική, αλλά αυτό θα λειτουργούσε ανασταλτικά στην κατανόηση, την ευχρηστία και την εξέλιξή τους. Εξάλλου, υπάρχουν αρκετές θεωρίες εμπνευσμένες από άλλες επιστήμες που χρησιμοποιούν την αυθεντική ορολογία αυτών των επιστημών (π.χ. Νευρωνικά Δίκτυα: νευρώνες, συνάψεις κ.τ.λ). Πέρα, όμως, από την έλλειψη εξοικείωσης με τη γενετική, το βασικό χαρακτηριστικό των Γενετικών Αλγόριθμων, η εξέλιξη, λειτουργεί με πάρα πολύ αργούς ρυθμούς. Στη φύση, ως γνωστόν, απαιτούνται χιλιάδες γενιές για την εξέλιξη των ειδών, τη διαφοροποίηση δηλαδή βασικών χαρακτηριστικών τους, όπως οι ικανότητες και η συμπεριφορά τους. Τίθεται, επομένως, το ερώτημα πως μία μέθοδος αναζήτησης λύσεων και μάλιστα σε σύνθετα προβλήματα, μπορεί να έχει καλές χρονικές επιδόσεις όταν είναι εμπνευσμένη από μία φυσικές διεργασία που συντελείται με πολύ αργούς ρυθμούς. Για να απαντηθεί το ερώτημα αυτό πρέπει να γίνει εστίαση στον τρόπο που συμβαίνει η εξέλιξη των ειδών στη φύση. Η εξέλιξη παρατηρείται μόνο όταν αλλάζει το περιβάλλον των διαφόρων ειδών και για την επιβίωση τους απαιτείται η προσαρμογή τους στα νέα δεδομένα. 61

62 Συνεπώς, όσο γρηγορότερα αλλάζουν οι συνθήκες του περιβάλλοντος, τόσο ταχύτερα συμβαίνει η εξέλιξη ενός είδους. Σε επίπεδο υπολογιστών, οι συνθήκες του περιβάλλοντος αποδίδονται με μοντελοποίηση με απλές μαθηματικές σχέσεις και οι οργανισμοί- άτομα κωδικοποιούνται συνήθως ως συμβολοσειρές και το πλήθος τους κυμαίνεται συνήθως από μερικές δεκάδες μέχρι μερικές χιλιάδες, σε πολύ λιγότερα επίπεδα από αυτά των έμβιων όντων. Σε έναν αρκετά γρήγορο υπολογιστή, οι διασταυρώσεις μπορούν να φτάσουν και το ένα εκατομμύριο ανά δευτερόλεπτο, οπότε όσο μεγάλο κι αν είναι το εύρος των πιθανών λύσεων, η αναζήτηση της βέλτιστης λύσης συντελείται σε αρκετά γρήγορο χρόνο Εφαρμογές γενετικών αλγορίθμων Σε αυτή την παράγραφο θα προσπαθήσω να παραθέσω κάποιες αντιπροσωπευτικές εφαρμογές των γενετικών αλγορίθμων: -Εύρεση µέγιστης τιµής αριθµητικών συναρτήσεων. Πρόκειται για την πιο καλά µελετηµένη εφαρµογή των γενετικών αλγορίθµων. Η εύρεση του µεγίστου µίας συνάρτησης δεν είναι καθόλου εύκολη υπόθεση για συναρτήσεις πολυµεταβλητών, οι οποίες εµφανίζουν ασυνέχειες, κυμματικές κλπ. Το πλεονέκτηµα που εµφανίζει η εφαρµογή τους σε αυτά τα προβλήµατα είναι ότι η συνάρτηση καταλληλότητας είναι δεδοµένη. -Επεξεργασία εικόνων. Οι γενετικοί αλγόριθµοι χρησιµοποιούνται για την αναγνώριση προτύπων, όπως ακρες, επιφάνειες, ακόµη και αντικείµενα, σε ψηφιοποιηµένες εικόνες. Το αποτέλεσµα αυτής της επεξεργασίας µπορεί να αποτελέσει τη βάση για τη ψηφιακή όραση. -Συνδυαστική βελτιστοποίηση. Πρόκειται για το κλασικό πρόβληµα κατανοµής πόρων σε δραστηριότητες, µε σκοπό τη βελτιστοποίηση του οφέλους ή την ελάττωση του κόστους. Τα προβλήµατα αυτής της κατηγορίας παρουσιάζουν συνδυαστική έκρηξη του χώρου αναζήτησης, ως προς το µέγεθος του προβλήµατος, µε αποτέλεσµα ο έλεγχος όλων των υποψήφιων λύσεων να είναι αδύνατος. Το πιο γνωστό πρόβληµα αυτής της κατηγορίας είναι αυτό του πλανόδιου πωλητή (Salesman traveling problem), όπου ο στόχος είναι η εύρεση της συντοµότερης διαδροµής για την επίσκεψη ενός συνόλου πόλεων. Οι γενετικοί αλγόριθµοι µπορούν να δώσουν σε αυτό το πρόβληµα αρκετές λύσεις κοντά στο βέλτιστο. Ένα άλλο πρόβληµα είναι η αποθήκευση κιβωτίων και αφορά την εύρεση του βέλτιστου τρόπου αποθήκευσης ενός αριθµού κιβωτίων σε περιορισµένο χώρο και έχει πολύ µεγάλη πρακτική σηµασία στη βιοµηχανία. Ανάλογα προβλήµατα εµφανίζονται και στη σχεδίαση VLSI κυκλωµάτων. Τέλος στην κατηγορία αυτών των εφαρµογών εντάσσονται και τα προβλήµατα καταµερισµού των εργασιών και κατασκευής ωρολογίων προγραµµάτων (time tables). -Σχεδίαση. Οι γενετικοί αλγόριθµοι µπορούν να χρησιµοποιηθούν στη σχεδίαση κατασκευών και εξαρτηµάτων, όπως για παράδειγµα γέφυρες, µηχανολογικά εξαρτήµατα, όπου ζητούµενο µπορεί να είναι τόσο η εύρεση µιας λύσης, όσο και η βελτιστοποίηση της. Οι αλγόριθµοι µπορούν να δοκιµάσουν συνδυασµούς και ιδέες που ο ανθρώπινος νους δεν θα δοκίµαζε ποτέ, δίνοντας ενίοτε πρωτότυπα αποτελέσµατα. 62

63 -Μηχανική µάθηση. Στα συστήµατα µηχανικής µάθησης οι γενετικοί αλγόριθµοι µπορούν να χρησιµοποιηθούν για την ανακάλυψη κανόνων if then. Η πιο γνωστή εφαρµογή είναι αυτή των συστηµάτων κατηγοριοποίησης (classifier systems), ωστόσο οι γενετικοί αλγόριθµοι έχουν χρησιµοποιηθεί και σε παιχνίδια, επίλυση λαβυρίνθων, καθώς και για πολιτικές και οικονοµικές αναλύσεις. Γίνεται φανερό λοιπόν ότι οι γενετικοί αλγόριθµοι έχουν εφαρµοστεί σε διάφορα προβλήµατα της τεχνητής νοηµοσύνης και ιδιαίτερα σε προβλήµατα βελτιστοποίησης Λειτουργία Γενετικών Αλγορίθμων 1 ο Βήμα: Δημιουργία του αρχικού πληθυσμού (αρχικοποίηση). Στο πρώτο βήμα αυτός ο αρχικός πληθυσμός Ps πάιρνεται τυχαία απο μια γεννήτρια αριθμών(rng,random Generator).Η γενική αναπαράσταση του αρχικού πληθυσμού γίνεται με κωδικοποίηση.δηλαδή κάθε χρωμόσωμα παρουσιάζεται με μια συμβολοσειρά απο δυαδικά ψηφία 0 και 1, οπου κάθε ψηφίο αναπαριστά ένα γονίδιο.δηλαδή κάθε ένα απο τα Ps μέλη του αρχικου Ν,μετατρέπεται σε ένα χρωμόσωμα με m συμβολοσειρές t θέσεων.ο αριθμός m δηλώνει το πλήθος των ανεξάρτητων μεταβλητών του προβλήματος,ενω ο αριθμός t δηλώνει τα δυαδικά ψηφία που σχηματίζουν τον αριθμό.λογικό βέβαια είναι πως η ακρίβεια του προβλήματος θα είναι ανάλογη της ποσότητας Ε, όπου Ε είναι το εύρος στο οποίο κυμαίνεται η μεταβλητή του προβλήματος. 2 ο βήµα: Αξιολόγηση (Evaluation). Δηλαδή τον υπολογισµό της καταλληλότητας κάθε χρωµοσώµατος, µέσω µίας συνάρτησης ποιότητας που µας δίνει ένα µέτρο της ποιότητας της κάθε λύσης. Η επιλογή της συνάρτησης καταλληλότητας είναι το πιο κρίσιµο βήµα κατά την εφαρµογή των γενετικών αλγορίθµων σε ένα πρακτικό πρόβληµα. Η συνάρτηση καταλληλότητας δέχεται ως είσοδο ένα χρωµόσωµα και επιστρέφει έναν αριθµό που υποδηλώνει το πόσο κατάλληλο είναι. Το πεδίο τιµών της συνάρτησης καταλληλότητας είναι συνήθων το διάστηµα των πραγµατικών αριθµών από το 0 έως το 1, αν και ανάλογα µε την υλοποίηση αυτό θα µπορούσε να διαφέρει. Τιµή 1 υποδηλώνει ότι το συγκεκριµένο χρωµόσωµα είναι τέλειο, δηλαδή ικανοποιεί όλες τις προϋποθέσεις του προβλήµατος και αποτελεί αποδεκτή λύση. Ο τρόπος υλοποίησης της συνάρτησης βέβαια εξαρτάται από το εκάστοτε πρόβληµα. εν θα πρέπει να συγχέεται η συνάρτηση καταλληλότητας µε την αντικειµενική συνάρτηση. Η αντικειµενική συνάρτηση δίνει ένα µέτρο της απόδοσης ως προς το συγκεκριµένο σύνολο παραµέτρων και είναι χαρακτηριστική του προβλήµατος και ανεξάρτητη του αλγορίθµου βελτιστοποίησης που χρησιµοποιείται. 3ο βήµα: Επιλογή (Selection). Στο βήµα αυτό τα χρωµοσώµατα- γονείς µε τον µεγαλύτερο βαθµό καταλληλότητας τοποθετούνται µία ή περισσότερες φορές σε έναν ενδιάµεσο πληθυσµό. Έτσι η πιθανότητα µε την οποία οι λύσεις του τρέχοντα πληθυσµού αντιγράφονται και τοποθετούνται στον ενδιάµεσο πληθυσµό είναι ανάλογη του βαθµού καταλληλότητας τους. 63

64 4 ο βήµα: Διασταύρωση (Crossover). Στο βήµα αυτό οι λύσεις του ενδιάµεσου πληθυσµού ανασυνδιάζονται για την παραγωγή του επόµενου πληθυσµού µε χρήση τελεστών που προσοµοιώνουν αντίστοιχους γενετικούς µηχανισµούς. Συγκεκριµένα, από τον ενδιάµεσο πληθυσµό γίνεται τυχαία επιλογή των λύσεων ανά δύο, και έτσι δηµιουργούνται οι λύσεις-γονείς. Έπειτα εφαρµόζεται στους γονείς ο τελεστής διασταύρωσης µε µια πιθανότητα Pc.Η διασταύρωση ανασυνδιάζει τις συµβολοσειρές (γενετικό υλικό) των γονέων δηµιουργώντας δύο απογόνους που κληρονοµούν χαρακτηριστικά και των δύο γονέων δηλαδή σχηµατίζει Ps/2 (αν Ps=100% =>Ps/2=50% του γενετικού υλικού)ζευγάρια από αυτά τα µέλη του πληθυσµού, που θεωρούνται γονείς για την αναπαραγωγή, στην οποία ανταλλάσσουν Νp τµήµατα του γενετικού τους υλικού. Αυτό επιτυγχάνεται µε διασταύρωση. 5 ο και τελικό βήμα: Μετάλλαξη (Mutation). Η διασταύρωση αν και αποτελεί το βασικό µηχανισµό αναζήτησης νέων λύσεων δεν είναι ωστόσο σε θέση να παράγει πληροφορία που δεν υπάρχει ήδη µέσα στον πληθυσµό. Ο τελεστής της µετάλλαξης καλύπτει αυτή την ανάγκη εισάγοντας νέα πληροφορία στους απογόνους. Η µετάλλαξη πραγµατοποιείται µε τυχαία αλλαγή γονιδίων των απογόνων. ηλαδή είναι (η µετάλλαξη) το φαινόµενο κατά το οποίο επιλέγεται µε τυχαίο τρόπο κάποια ή κάποιες από τις t θέσεις του χρωµοσώµατος και το περιεχόµενο του µεταλλάσσεται (δηλαδή αν περιέχει 0 γίνεται 1 ή το 1 γίνεται 0). Είναι απαραίτητη, καθώς, αν και η αναπαραγωγή και η διασταύρωση αναζητούν και αναµειγνύουν αποδοτικά τους υπάρχοντες απογόνους, υπάρχει περίπτωση να εγκλωβιστεί η λύση σε κάποιο τοπικό ακρότατο της συνάρτησης. Επίσης περιστασιακά µπορεί να προκαλέσει απώλεια µερικού εν δυνάµει χρήσιµου γενετικού υλικού, συνολικά όµως βοηθάει στην καλύτερη και ταχύτερη σύγκλιση του αλγορίθµου στη βέλτιστη λύση Θεωρείται ότι κάθε ζεύγος γονέων δίνει Nc παιδιά. Με την αναπαραγωγή, ο πληθυσµός των γονέων εµπλουτίζεται µε τα παιδιά, αυξάνοντας τον αρχικό πληθυσµό, καθώς προστίθενται νέα µέλη. Οι γονείς πάντοτε ανήκουν στον θεωρούµενο πληθυσµό (ευγονισµός) για να µην χάνεται η προηγούµενη πληροφορία. Ο νέος πληθυσµός τώρα έχει Ps+NcPs/2 µέλη. Στη συνέχεια, εφαρµόζεται η διαδικασία της φυσικής επιλογής. Σύµφωνα µε αυτή τη διαδικασία, µόνο Ps µέλη από τα Ps+NcPs/2 επιβιώνουν. Αυτά τα Ps µέλη επιλέγονται ως τα µέλη µε τις υψηλότερες τιµές Fg, αν προσπαθούµε να επιτύχουµε µεγιστοποίηση του Fg, ή µε τις χαµηλότερες τιµές Fg, αν προσπαθούµε να επιτύχουµε ελαχιστοποίηση του Fg. Με τις παραπάνω λειτουργίες δηµιουργείται η επόµενη γενιά µε έναν νέο πληθυσµό. Συνεχίζοντας τις επαναλήψεις της αναπαραγωγής υπό τη διαδικασία της διασταύρωσης, της µετάλλαξης και της φυσικής επιλογής, ο γενετικός αλγόριθµος µπορεί να βρει το ελάχιστο (ή το µέγιστο) του Fg. Οι καλύτερες τιµές αυτού του πληθυσµού συγκλίνουν σε αυτό το σηµείο. Το κριτήριο τερµατισµού πληρείται, εάν είτε η µέση τιµή του Fg στον πληθυσµό Ps µελών δεν βελτιώνεται περαιτέρω (µεγιστοποίηση ή ελαχιστοποίηση), είτε ο αριθµός των επαναλήψεων είναι µεγαλύτερος από τον µεγαλύτερο αριθµό των επαναλήψεων Νmax. 64

65 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 2ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ [1] ΤΕΧΝΗΤΗ ΝΟΗΜΟΣΥΝΗ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ, ΓΕΝΕΤΙΚΟΙ ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΜΟΣ Γ, ΣΠΥΡΙΔΩΝ ΛΥΚΟΘΑΝΑΣΗΣ [2] ΤΕΧΝΗΤΗ ΝΟΗΜΟΣΥΝΗ ΤΟΜΟΣ Β, ΓΕΝΕΤΙΚΟΙ ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ Ι.ΒΛΑΧΑΒΑΣ, Π.ΚΕΦΑΛΑΣ, Ν. ΒΑΣΙΛΕΙΑΔΗΣ, Φ. ΚΟΚΚΟΡΑΣ, Η. ΣΑΚΕΛΛΑΡΙΟΥ [3] GENETIC ALGORITHMS AND DATA SRUCTURE = EVOLUTION PROGRAMS ZBIGNIEW MICHALEWICZ [4] Εισαγωγή στους Γενετικούς Αλγορίθμους, Ευστράτιος Φ.Γεωργόπουλος, Σπυρίδων Δ.Λυκοθανασης 65

66 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΞΕΛΙΞΗ ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΟΤΗΤΑΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται στοιχεία, παρατηρήσεις από διάφορες μελέτες που γίνονται για την εξέλιξη της ευρυζωνικότητας.αρχικά θα γίνει μια μικρή αναφορά για την παγκόσμια κοινότητα και για την Ευρώπη και στην συνέχεια μια πιο λεπτομερή περιγραφή για την κατάσταση που επικρατεί στην Ελλάδα. Συγκεκριμένα θα παρουσιαστούν στοιχεία για την χρήση του διαδικτύου από τους έλληνες, για την εξέλιξη της ευρυζωνικότητας στην Ελλάδα, του λιάνικου κόστους πρόσβασης, την κατανομή των ευρυζωνικών γραμμών ανά ταχύτητα, των συνδέσεων και της κινητής ευρυζωνικότητας. 3.1 Η ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΟΤΗΤΑ ΣΤΗΝ ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΚΟΙΝΟΤΗΤΑ Με βάση την μελέτη που έγινε για το 3 ο τρίμηνο του 2014 [1] παρατηρήθηκε μια μικρή πτώση όσον αφορά την ευρυζωνική ανάπτυξη με την μείωση των συνδρομητών, της τάξης του 1.23%, για το τρίμηνο να έρχεται σε αντίφαση με την αύξηση που καταγράφηκε για την ίδια περίοδο τον προηγούμενο χρόνο, της τάξης του 1,75%. Το 3 ο τρίμηνο του 2014 ήταν πιο αργό από τα προηγούμενα τρίμηνα του 2014 ωστόσο το γεγονός οτι οι ευρυζωνικές γραμμές έφτασαν τα 707 εκατομμύρια παγκόσμιος δεν το καθιστά ως αποθαριντική εξέληξη. Ωστόσο η ευρυζωνική ανάπτυξη στις αρχές του 2014 παρουσίασε ένα καλό ξεκίνημα, γεγονός όμως που παρατηρούμε, τις περισσότερες φορές, στις αρχές κάθε χρονιάς. Οι ευρυζωνικές γραμμές παρουσιάζουν μια τάση ανάπτυξης τα τελευταία χρόνια που είναι ανθεκτική σε διάφορες προκλήσεις που παρουσιάζονται κατά καιρούς σε όλη την υδρόγειο. Οι πιο πάνω σχολιασμοί φαίνονται ξεκάθαρα στο πιο κάτω διάγραμμα. ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 3.1 Συνδρομητές ευρυζωνικότητας παγκόσμια μέχρι το τρίτο εξάμηνο του 14 66

67 Στο διάγραμμα 3.2 παρουσιάζονται οι 10 πιο ανεπτυγμένες χώρες στο τομέα της ευρυζωνικότητας. Η Κίνα βρίσκεται με διαφορά στην 1 η θέση και κατά την διάρκεια του 3 ου τριμήνου με περισσότερες από 200 εκατομμύρια συνδέσεις, ακολουθούν οι ΗΠΑ με περίπου τις μισές σε αριθμό απ την πρώτη Κίνα συνδέσεις και στην 3 η θέση η Ιαπωνία όπου παρατηρείται αρκετή διαφορά από τις 2 πρώτες, μετά η Γερμανία και οι επόμενες χώρες που φαίνονται πιο κάτω. ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 3.2 Οι 10 πιο ανεπτυγμένες χώρες στο τομέα της ευρυζωνικότητας Ποσοστιαία όμως, σε σχέση με το συνολικό πληθυσμό μιας χώρας, η κατάταξη αλλάζει. Η Ελβετία κατέχει τη πρώτη θέση με ποσοστό διείσδυσης 48,3% σε σχέση με το συνολικό πληθυσμό της ενώ πολύ κοντά είναι η δεύτερη Νορβηγία με ποσοστό 47,6%. Παρατηρούμε οτι σε αύτη τη κατηγορία τις πρώτες πέντε θέσεις κατέχουν ευροπαϊκές χώρες ενώ στη συνέχεια ακολουθεί η Νότιος Κορέα και το Χονγκ Κονγκ με ποσοστά 39,3% και 38,2% αντίστοιχα. Η σειρά με τις δέκα πρώτες χώρες φαίνεται στο πιό κάτω διάγραμμα. 67

68 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 3.3 Οι 10 πιο ανεπτυγμένες χώρες, όσο αφορά το ποσοστό διείσδυσης, στο τομέα της ευρυζωνικότητας 3.2 ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΟΤΗΤΑΣ ΣΤΗΝ ΕΥΡΩΠΗ Η ευρυζωνικότητα βρίσκεται ψηλά στην ατζέντα της στρατηγικής ανάπτυξης της Ευρωπαϊκής Ένωσης και περιλαμβάνεται στη νέα στρατηγική της Ευρωπαϊκής Επιτροπής 2020, με βασικούς στόχους: Τη παροχή βασικών ευρυζωνικών υπηρεσιών σε σε όλους τους πολίτες της Ευρωπαϊκής Ένωσης μέχρι το 2013, στόχος ο οποίος έχει ήδη επιτευχθεί μέσω της δορυφορικής κάλυψης. Τη κάλυψη με NGN (Next Generation Networks) σε όλα τα κράτη μέλη όπου η ελάχηστη ταχύτητα παροχής να είναι τα 30 Mbps αλλά και στο 50% της ΕΕ να παρέχεται το ελάχιστο των 100 Mbps, αυτά μέχρι το Αλλά και την αύξηση της καινοτομίας και των επενδύσεων σε Τεχνολογίες Πληροφορικής και Επικοινωνιών, τόσο από τον ιδιωτικό όσο και από το δημόσιο τομέα, με απώτερο σκοπό τη δημιουργία Fast και Ultra-Fast Networks. 68

69 Με βάση τα στοιχεία που δημοσιοποιήθηκαν στην τελευταία έκθεση της Ευρωπαϊκής Επιτροπής «Broadband access in the EU: situation at 1 July 2013» παρουσιάζονται πιο κάτω τα διαγράμματα: Η ευρυζωνική διείσδυση συνέχισε να αυξάνεται το πρώτο εξάμηνο του 2013, σε υψηλότερο ποσοστό σε σχέση με τη προηγούμενη χρονιά. Η διείσδυση έφθασε το 29.4% τον Ιούλιο που είναι 0.7% υψηλότερο από το προηγούμενο εξάμηνο. Ο αριθμός προστιθέμενων γραμμών ανά ημέρα ήταν Εξετάζοντας την αιχμηρή επιβράδυνση, μια σημαντική αλλαγή στην τάση απαιτείται τουλάχιστον για να πλησιάσουμε την πλήρη διείσδυση της σταθερής ευρυζωνικότητας. Μια πλήρης διείσδυση θα σήμαινε περίπου 40 γραμμές ανά 100 κατοίκους. ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 3.4 Αύξηση βαθμού διείσδυσης ευρυζωνικότητας στην ΕΕ την περίοδο 1/1/2004-1/7/2013 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ3.5 Ανάπτυξη ευρυζωνικών γραμμών ανά μέρα στην ΕΕ 70

70 Εξετάζοντας το επίπεδο των διάφορων κρατών της ΕΕ η ευρυζωνική αγορά παρουσιάζει μικτή εικόνα. Η Δανία και η Ολλανδία έχουν φτάσει τη ζώνη ωριμότητας με ένα ποσοστό διείσδυσης 41.4% και 41.2% αντίστοιχα, ενώ οι χώρες στο κατώτατο σημείο, έχουν ποσοστά κάτω από 23%. Παρόλα αυτά το χάσμα μεταξύ των κρατών με τις υψηλότερες επιδόσεις και αυτών με τις χαμηλότερες μειώνεται συνεχώς, αν και με αργούς σχετικά ρυθμούς. Όπως παρατηρούμε τώρα είναι της τάξης του 21,9%. Η Αγγλία παρουσίασε την υψηλότερη αύξηση των τελευταίων δώδεκα μηνών (3.6%) το οποίο είναι αξιοσημείωτο δεδομένου ότι η Αγγλία έχει μια σχετικά υψηλή διείσδυση. Με ετήσια αύξηση 2.3% η Ελλάδα έχει πλέον ένα σταθερό ρυθμό αύξησης οσών αφορά τη διείσδύση της ευρυζωνικότητας και έχει αναρριχηθεί στα μέσα του πίνακα με 3.4% να υπολίπεται για να φτάσει το μέσο όρο της Ευρώπης, το γεγονός αυτό είναι σημαντικό επίτευγμα αν λάβουμε υπόψη την οικονομική κατάσταση της χώρας. Η Βουλγαρία και η Ρουμανία δεν κατόρθωσαν να φτάσουν πιο κοντά στον μέσο όρο της ΕΕ. ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 3.6 Βάθος διείσδυσης ευρυζωνικότητας στα κράτη μέλη της ΕΕ ΤΗΝ 1/7/2014 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 3.7 Η διείσδυση της ευρυζωνικότητας συναρτήσει της ταχύτητας ανάπτυξης των χωρών της ΕΕ-27, Ιούλιος

71 3.3 ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ΔΙΑΔΙΚΤΥΟΥ ΑΠΟ ΤΟΥΣ ΕΛΛΗΝΕΣ Γενικές παρατηρήσεις Δυναμικότεροι χρήστες του διαδικτύου αναδεικνύονται οι άνδρες, οι νέοι ηλικίας ετών, τα άτομα υψηλού μορφωτικού επιπέδου και οι κάτοικοι των μεγάλων αστικών κέντρων. Η ηλικία παραμένει σημαντικός προσδιοριστικός παράγοντας της διείσδυσης του διαδικτύου. Οι άνδρες συνεχίζουν να έχουν το προβάδισμα στη χρήση των νέων τεχνολογιών. Σταθερή η απόκλιση σε σχέση με την ΕΕ και για τα δύο φύλα. Η Αττική εμφανίζει τα μεγαλύτερα ποσοστά διείσδυσης, ενώ η Κεντρική Ελλάδα τους υψηλότερους δείκτες ανάπτυξης Πιο κάτω αναλύονται και συνοψίζονται τα κυριότερα αποτελέσματα της ετήσιας έρευνας για τη χρήση των Τεχνολογιών Πληροφορικής και Επικοινωνιών στα νοικοκυριά και τον πληθυσμό για το 2014, όπως ανακοινώθηκαν από τη Eurostat. ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 3.8 Ποσοστά διείσδυσης του διαδικτύου στον πληθυσμό ανα υλικία 72

72 3.3.2 Χρήση συσκευών πληροφορικής και επικοινωνίας Μια πρώτη εικόνα του ψηφιακού τοπίου σε επίπεδο πολιτών λαμβάνουμε από τους βασικούς δείκτες διείσδυσης των νέων τεχνολογιών, του διαδικτύου και της τηλεφωνίας στον πληθυσμό. ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 3.9 Χρήση Η/Υ και πρόσβαση στο διαδίκτυο Όπως παρατηρούμε η χρήση Ηλεκτρονικού υπολογιστή έχει μια σταθερή άνοδο, όπως και η πρόσβαση στο διαδίκτύο. Απ τις τιμές που κατέλαβαν το 2014 καταλήγουμε στο συμπέρασμα οτι οι δύο έννοιες γίνονται σχεδόν ταυτόσημες εφόσον δέν νοείται πλέον η χρήση Η/Υ χωρίς τη ταυτόχρονη πρόσβαση στο διαδίκτυο. Εντούτης πρόσβαση στο διαδίκτιο με παρεχουν και οι κινητές συσκευές όπως για παράδηγμα το κινητό τηλέφωνο ή smart phone, φορητός υπολογιστής (laptop, notebook, netbook ή tablet) ή άλλη φορητή συσκευή (PDA, MP3 player, e-book reader, φορητή κονσόλα παιχνιδιών κλπ.). ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 3.10 Σύνδεση στο διαδίκτυο μέσο κινητής συσκευής Είναι εμφανές το γεγονός οτι η χρήση του διαδικτύου μέσω αυτών των συσκευών αναπτύσσεται ραγδαία αφού σε διαστήμα πέντε ετών σχεδόν το 50% του πλυθησμού το έβαλε στη ζωή του. Η σύνδεση στο διαδίκτιο απο κινητή συσκευή γίνεται είτε μέσο ασύρματου δικτύου(wi-fi) ή μέσο δικτύου κινητής τηλεφωνίας, τα ποσοστά χρήσης και αναπτυξης του κάθε μέσου παραθέτονται πιο κάτω. 73

73 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 3.11 Μέσο σύνδεσης στο διαδίκτυο με τη χρήση κινητής συσκευής. Ως προς την χρήση συσκευών πληροφορικής και επικοινωνίας εξάγονται τα εξής συμπεράσματα: Το διαδίκτυο μπαίνει σε ολοένα και περισσότερα σπίτια χρόνο με το χρόνο, έχοντας πλέον καλύψει σχεδόν τα δύο τρίτα του συνόλου. Έτσι, το 63% των ελληνικών νοικοκυριών διέθετε το 2014 σύνδεση στο διαδίκτυο, ενώ αν εστιάσουμε σε συνδέσεις κινητών μέσων αποκλειστικά, το αντίστοιχο ποσοστό διαμορφώνεται στο 58% Όσον αφορά τη σύνδεση στο διαδίκτυο με κινητή συσκευή το ασύρματο δίκτιο υπερτερεί του δικτίου κινητής τηλεφωνίας με ποσοτά 50% και 31% αντίστοιχα. 74

74 3.3.3 Πρόσβαση και χρήση του διαδικτύου Το 2014, 63% των Έλληνων δήλωσε ότι χρησιμοποίησε Η/Υ, ποσοστό που αντιστοιχεί και με αυτών που έκαναν χρήση του διαδικτύου. Σχεδόν 56% των Έλληνων συνδέονται τουλάχιστον μια φορά τη βδομάδα στο διαδίκτυο, ενώ ένα ποσοστό της τάξης του 50% επί καθημερινής βάσεως, ποσοστά αρκετά απομακρισμένα απ το μέσο όρο της Ευρώπης ο οποίος κυμαίνετε στο 73% για τη πρώτη κατηγορία και στο 63% για τη δεύτερη. Η ηλικία παραμένει σημαντικός παράγοντας της διείσδυσης του διαδικτύου στον πληθυσμό, καθώς οι αντίστοιχοι δείκτες μειώνονται ευθέως ανάλογα με την αύξηση της ηλικίας των ατόμων. Από τα νοικοκυριά που δεν έχουν σύνδεση, η πλειοψηφία προβάλλει ως κυριότερο λόγο την έλλειψη ενδιαφέροντος για τις πληροφορίες του διαδικτύου και την έλλειψη δεξιοτήτων χρήσης Λόγοι πρόσβασης στο διαδίκτυο Ο χάρτης δραστηριοτήτων του μέσου χρήστη Ίντερνετ παραμένει σχετικά σταθερός τα τελευταία χρόνια, με τη μεγαλύτερη ποσοστιαία αύξηση να παρατηρείται στην ηλεκτρονική ενημέρωση σχετικά με θέματα υγείας, καθώς και την ανάγνωση ηλεκτρονικών περιοδικών και εφημερίδων. Στο σύνολο των δραστηριοτήτων, πρώτες έρχονται όσες σχετίζονται με την επικοινωνία και την αναζήτηση πληροφοριών. Η online ανάγνωση ειδήσεων σε ιστοσελίδες, εφημερίδες, περιοδικά είναι στην κορυφή της λίστας των διαδικτυακών δραστηριοτήτων και πραγματοποιείται από το 84,9% των χρηστών του διαδικτύου, καταγράφοντας αύξηση 10% σε σχέση με το Η αναζήτηση πληροφοριών για προϊόντα και υπηρεσίες είναι η δεύτερη περισσότερο πραγματοποιούμενη δραστηριότητα από το 82,3% των χρηστών, καταγράφοντας μικρή μείωση 1% σε σχέση με το Αξιοσημείωτη είναι η απήχηση των κοινωνικών δικτύων (social media) με πιο γνωστές τις YouTube, Facebook, Linkedin, κλπ. Εντονότερη έχει γίνει η επαφή των Ελλήνων με τα μέσα κοινωνικής δικτύωσης, με ποσοστό 64.3%, λόγο και της περαιτέρο χρήσης κινητών τηλεφώνων αφού με βάση τελευταιές διμοσκοπησεις της International Telecommunication Union, World Telecommunication/ICT Development Report and database στους 100 κατοίκους αντιστοιχούν 117 κηνητά τηλέφωνα. ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 3.12 Χρήση μέσων κοινωνικής δικτύωσης (Ελλαδα ) 75

75 3.3.5 Η Περιφερειακή διάσταση Σύμφωνα με τα στοιχεία της Eurostat, η Αττική συγκεντρώνει το υψηλότερο ποσοστό νοικοκυριών με σύνδεση στο διαδίκτυο (71.1%), ενώ η Βόρεια και η Κεντρική Ελλάδα τα χαμηλότερα (60.2% και 62.5% αντίστοιχα). Τα νησιά του Βορείου Αιγαίου και η Κρήτη παρουσιάζουν καλύτερες, συγκριτικά, επιδόσεις και πλησιάζουν περισσότερο τους δείκτες της Αττικής. Εν έτη 2014 η Κεντρική Ελλάδα παρουσίασε την πιο υψηλή αύξηση στα διασυνδεδεμένα νοικοκυριά με τη διαφόρα ποσοστού απο τη προηγούμενη χρονιά να φτάνει το 21.8%.Στον αντίποδα, τους χαμηλότερους ρυθμούς αύξησης παρουσίασε η Αττική τη διαφόρα ποσοστού απο τη προηγούμενη χρονιά να φτάνει το 2.2%.. Η επιτάχυνση της περιφέρειας οφείλεται στην καθυστέρηση απορρόφησης των νέων τεχνολογιών έναντι της πρωτεύουσας αλλά και στις επενδύσεις που έγιναν τα τελευταία χρόνια για την ψηφιακή σύγκλισης. ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 3.13 % διείσδυσης του διαδικτύου, ανά γεωγραφική περιφέρεια 76

76 3.4 ΕΞΕΛΙΞΗ ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΟΤΗΤΑΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ Η ΘΕΣΗ ΤΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ ΣΤΗΝ ΕΥΡΩΠΗ Η ΕΓΧΩΡΙΑ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ Η Ελλάδα λόγω της γεωγραφικής της ιδιαιτερότητας της ετεροβαρούς οικιστικής και εμπορικής ανάπτυξης (αστικά κέντρα και περιφέρεια) και της χαμηλής προσφοράς και ζήτησης προηγμένων τηλεπικοινωνιακών υπηρεσιών ξεκίνησε τελευταία στην κατάταξη της ευρωπαϊκής ένωσης Ε.Ε. των «27» το Η Ελλάδα έχει αναλάβει ως δέσμευση να φτάσει τον ευρωπαϊκό μέσο όρο, αυτός όμως συνεχώς μετακινείται σε περιοχές με ακόμη μεγαλύτερες ταχύτητες και καινούριες υπηρεσίες. Με τα πέρασμα των χρόνων όμως η Ελλάδα κατάφερε το 2014 να έχει έναν ρυθμό αύξησης της ευρυζωνικής διείσδυσης από τους υψηλότερους στην Ευρώπη, παρά τις δύσκολη οικονομική συγκυρία, ενώ μείωσε τη διαφορά της απ τον τον ευρωπαϊκό μέσο όρο σε 3,4% Εξέλιξη Ευρυζωνικών Συνδέσεων Η ευρυζωνικές γραμμές στην Ελλάδα ανέρχονται στις την 1η Ιουνίου 2014 (διάγραμμα 3.12). Ο ρυθμός αύξησης είναι μειωμένος σε σχέση με τη προηγούμενο εξάμηνο αλλά και ελαφρός αυξημένος σε σχέση με το ίδιο εξάμηνο της προηγούμενης χρονιάς. Παρατηρούμε οτι μετά το2010 επήλθε μια σταθερή μείωση όσο αφορά την διείσδυση των ευρυζωνικών γραμμών με τον αριθμό νέων γραμμών να κυμαίνεται στις ανά εξάμηνο. ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 3.14 Αύξηση και Πλήθος Ευρυζωνικών Συνδέσεων Δεκέμβριος Ιούνης

77 Η συντριπτική πλειοψηφία των ευρυζωνικών γραμμών είναι τεχνολογίας DSL, ήτοι Ακόμη, υπάρχουν περί των ευρυζωνικών συνδέσεων λοιπών τεχνολογιών (ευρυζωνικές μισθωμένες γραμμές, γραμμές οπτικών ινών, σταθερής ασύρματης πρόσβασης και δορυφορικές ευρυζωνικές). ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 3.15 Όπως βλέπουμε στο Διαγραμμα 3.14 τα τελευταία 4 χρόνια επικράτησαν οι γραμμές xdsl μέσω ΑΠΤΒ με σαφή περιορισμό των γραμμών ADSL εναλλακτικών παροχών ΑΡΥΣ και ελαφρή παραγκωνισμό των γραμμών ADSL ΟΤΕ. ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ

78 Σε ότι αφορά την εγχώρια ευρυζωνική επίδοση σε σχέση με την υπόλοιπη Ευρώπη, με βάση τα στοιχεία που δημοσιοποιήθηκαν στην τελευταία έκθεση της Ευρωπαϊκής Επιτροπής «Broadbandaccess in the EU: situation at 1 July 2014», η Ελλάδα καταλαμβάνει την 14η θέση στα 28 κράτη μέλη σε όρους ευρυζωνικής διείσδυσης την (διάγραμμα 3.15). ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 3.17 Βαθμός Διείσδυσης Ευρυζωνικότητας στα κράτη μέλη της ΕΕ την 1/7/2014 Σε ότι αφορά την αύξηση του βαθμού ευρυζωνικής διείσδυσης στην Ελλάδα κατά το διάστημα από 1/6/2013 έως και 1/6/2014 καταγράφεται σχεδόν διπλάσια αύξηση(2.2%) από το μέσο ευρωπαϊκό όρο(1,5%) κατατάσσοντας τη χώρα στις πρώτες θέσεις της ΕΕ και επιβεβαιώνοντας τη μεγάλη δυναμική ανάπτυξης της ευρυζωνικότητας στο διάστημα αυτό. Γενικότερα στην ΕΕ-28, η αύξηση κατά 1,5% στο βαθμό διείσδυσης ευρυζωνικότητας συνιστά ελαφριά αύξηση στο ρυθμό αύξησης όσο αφορά τα τελευταία δύο χρόνια αλλά παραμένει χαμηλή. Παρόλα αύτα η σχετική μείωση της διείσδυσης οφείλεται και στο γεγονός ότι σε κάποιες χώρες η αγορά έχει περάσει στο στάδιο της ωριμότητας, η οποία σε ορισμένες περιπτώσεις (π.χ. Δανεία, Ολλανδία) συνδυάζεται και με αντικατάσταση των σταθερών συνδέσεων από συνδέσεις κινητής ευρυζωνικότητας (οι οποίες δεν προσμετρούνται στο δείκτη ευρυζωνικής διείσδυσης). 79

79 Απόδειξη της ανάπτυξης των ευρυζωνικών υπηρεσιών, με μέτρο σύγκρησης τον ρυθμό διείσδυσης αυτών στη χώρα, αποτελεί το πιο κάτω διάγραμμα 3.16 όπου παρατηρούμε πως η απόκληση της Ελλάδας απ τον Μέσο Όρο της Ευρώπης μειώνεται συνεχώς. Οπόταν η στρατηγική ανάπτυξης όσο αφορά τις υπηρεσίες της χώρας λειτουργεί άψογα. ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 3.18 Απόκλιση Ελλάδας από Μέσο Όρο Ευρώπης 80

80 3.4.2 Ανάλυση με βάση τη ταχύτητα πρόσβασης Η κατανομή των συνολικών ευρυζωνικών γραμμών ανά ονομαστική ταχύτητα πρόσβασης την 1η Ιουλίου 2014 στην Ελλάδα, παρουσιάζεται στο διάγραμμα 3.19 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 3.19 Ποσοστιαία κατανομή ταχυτήτων ευρυζωνικών γραμμών. Στο Διάγραμμα αυτό παρουσιάζεται η κατανομή του συνόλου των ευρυζωνικών γραμμών ανά ταχύτητα πρόσβασης τον Ιούλιο του Η πλειονότητα των γραμμών (66,4%) αντιστοιχεί σε ονομαστικές ταχύτητες (download) άνω των 10 Mbps. Στις υπόλοιπες ταχύτητες (μέχρι 10 Mbps) (download) αντιστοιχεί ένα ποσοστό 31,1% όπου περί του 1/3 των γραμμών αφορούν σε πολύ χαμηλές ονομαστικές ταχύτητες (download) (2Mbps). Σημειώνεται ότι στην ποσοστιαία σύνθεση των ευζωνικών γραμμών προστίθεται η κατηγορία των γραμμών υψηλών ταχυτήτων (30 Mbps και άνω) οι οποίες συνιστούν το 2,5% των ευρυζωνικών γραμμών της χώρας. 81

81 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 3.20 Μέση ονομαστική ταχύτητα γραμμών ΑΡΥΣ (λιανικής και χονδρικής) (1/7/2014) Η μέση ονομαστική ταχύτητα των γραμμών ΑΡΥΣ (χονδρικής και λιανικής) ξεπέρασε τα 14Mbps (Διάγραμμα 7) ως αποτέλεσμα της αύξησης των γραμμών VDSL. ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 3.21 Η διαχρονική εξέλιξη όλων των ευρυζωνικών γραμμών ανά κατηγορία ταχύτητας πρόσβασης (1/6/2008 εώς 1/6/2014) 82

82 Λογικό το γεγονός οτι με την πάροδο των ετών οι χαμηλότερος ταχύτητες μειώνονται σε θέμα ζήτησης και αυξάνονται οι μεγαλύτερες εφόσον παρέχουν πιο γρήγορη πρόσβαση στο διαδίκτυο. Οι ευρυζωνικές γραμμές με ταχύτητες μεγαλύτερες των 30Mbps τον τελευταίο ενάμιση χρόνο άρχισαν να εισέρχονται στην αγορά οπόταν μπορούμε εκ του ασφαλούς να προβλέψουμε τη περαιτέρω διείσδυσή τους μελλοντικά Εξέλιξη συνδέσεων ΑΠΤΒ (LLU) και ΑΡΥΣ (ADSL) Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η ανάπτυξη της αγοράς Αδεσμοποίητης Πρόσβασης στον Τοπικό Βρόχο (ΑΠΤΒ), μετά την έναρξη ισχύος του Ν. 3431/2006. Η ΑΠΤΒ είναι η δυνατότητα χρήσης του καλωδίου (Τοπικός Βρόχος) που συνδέει το χώρο του συνδρομητή με το Αστικό Κέντρο (Α/Κ) του ΟΤΕ από άλλους, εκτός του ΟΤΕ, Τηλεπικοινωνιακούς Παρόχους (ΤΠ) για την παροχή στο συνδρομητή υπηρεσιών σταθερής τηλεφωνίας, καθώς και άλλων υπηρεσιών όπως το λεγόμενο «γρήγορο» ίντερνετ, η IP τηλεφωνία και η ψηφιακή καλωδιακή τηλεόραση. Οι συνδέσεις ΑΠΤΒ συνιστούν σημαντικό τμήμα της αγοράς ευρυζωνικών συνδέσεων με σημαντικές τάσεις διεύρυνσης της συμμετοχής τους στο σύνολο της συγκεκριμένης αγοράς. Συγκεκριμένα, αντιστοιχούν στο 56% (ποσοστό παρόμοιο με το προηγούμενο εξάμηνο) του συνόλου των ευρυζωνικών συνδέσεων, ήτοι (αύξηση 3,3% σε σχέση με το προηγούμενο εξάμηνο). Με βάση τα διαθέσιμα στοιχεία, προστίθενται στο 1 ο εξάμηνο του 2014 κατά μέσο όρο περίπου 500 νέες γραμμές ΑΠΤΒ σε ημερήσια βάση για κάθε μια από τις 5 εργάσιμες ημέρες της εβδομάδας. Βέβαια, θα πρέπει να σημειωθεί ότι οι γραμμές αυτές δεν αντιστοιχούν κατ' ανάγκη σε νέους πελάτες, αλλά αφορούν και πελάτες μεταπωληθέντων συνδέσεων τύπου ΑΡΥΣ που στράφηκαν σε συνδέσεις ΑΠΤΒ. Τέλος, πρέπει να σημειωθεί ότι στην υπο-αγορά των συνδέσεων ΑΠΤΒ, πλέον μόλις το 8 (έναντι 10 το προηγούμενο εξάμηνο) του συνόλου ΑΠΤΒ των γραμμών είναι μεριζόμενης πρόσβασης. ΠΙΝΑΚΑΣ 3.1 Μερίδιο Ελληνικής αγοράς με βάση τις συνδέσεις ΟΤΕ-ΑΠΤΒ (πλήρους & μεριζόμενης πρόσβασης) την 1η Ιανουαρίου 2014 ΕΤΑΙΡΕΙΑ ΠΟΣΟΣΤΟ(%) OTE 39.7% FORTHNET 18.8% HOL 16.4% WIND 13.6% CYTA 9.9% ON TELECOMS 1.6% Στο μερίδιο της αγοράς με βάση τις συνδέσεις ΑΠΤΒ η Forthnet προηγείται με 18,8%, ακολουθεί η HOL με 16.4% και τρίτη βρίσκεται η WIND με 13,6% (Πίνακας ). Οι συνδέσεις ΑΡΥΣ (χονδρικής ή λιανικής) του ΟΤΕ αποτελούν περίπου το 39,7%. Αξίζει να σημειωθεί ότι στο σύνολο των γραμμών ΑΡΥΣ, το 98% προέρχεται από πελάτες λιανικής του ΟΤΕ και μόλις το 2% από πελάτες χονδρικής. Η εκρηκτική ανάπτυξη του ΑΠΤΒ είναι ο κύριος λόγος που η συνεισφορά του μεριδίου χονδρικής στους συνδρομητές ΑΡΥΣ του ΟΤΕ βαίνει διαρκώς μειούμενη. 83

83 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 3ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ [1] Point -topic (http// World Broadband Statistics Q [2] OFCOME - THE EUROPEAN BRAODBAND SCORECARD, RESEARCH DOCUMENT [3] EUROPEAN COMMISSION ( [4] USAGE AND PAPULATION STATISTICS ( [5]ΥΠΗΡΕΣΙΕΣ ΠΡΟΩΘΗΣΗΣ ΕΥΡΥΖΝΙΚΟΤΗΤΑΣ, ΔΕΙΚΤΕΣ ΤΠΕ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ ( [6] ΠΟΡΕIΑ ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΤΗΤΑΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛAΔΑ - ΕΕΤΤ ( [7] ΔΕΛΤΙΟ ΤΥΠΟΥ- ΕΡΕΥΝΑ ΧΡΗΣΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΗΣΗΣ ΚΑΙ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ ΑΠΟ ΤΑ ΝΟΙΚΟΚΥΡΙΑ : 2014 [8] Digidal Agenda for Europe- Europa 2020 initiative [9] OECD Broadband portal ( ) 84

84 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΒΛΕΨΗ ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΟΤΗΤΑΣ ΜΕ ΤΗΝ ΧΡΗΣΗ ΓΕΝΕΤΙΚΩΝ ΑΓΟΡΙΘΜΩΝ Στο κεφάλαιο αυτό χρησιμοποιούμε τα εξής μοντέλα διάχησης σε συνδυασμό με τους γενετικούς αλγορίθμους : Gompertz Logistic Bass για να προβλέψουμε την διείσδυση της ευρυζωνικότητας στις αστικές περιοχές. Με βάση μελέτες που έχουν γίνει πήραμε τα ποσοστά που καταλαμβάνουν οι αστικές περιοχές στο σύνολο τους σε όλη την Ελλάδα και τα χρησιμοποίησαμε για να γίνει σύγκριση με την πρόβλεψη. 4.1 ΠΟΣΟΣΤΑ ΝΟΙΚΟΚΥΡΙΩΝ ΜΕ ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΕΣ ΥΠΗΡΕΣΙΕΣ ΣΕ ΑΣΤΙΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ Με τα αποτελέσματα που έγιναν από μελέτη της EUROSTAT στον πιο κάτω πίνακα φαίνονται τα ποσοστά που καταλαμβάνουν τα νοικοκυριά που έχουν ευρυζωνικές υπηρεσίες σε αστικές περιοχές. ΠΙΝΑΚΑΣ 4.1 ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΕΣ ΥΠΗΡΕΣΙΕΣ ΣΕ ΝΟΙΚΟΥΡΙΑ ΣΕ ΑΣΤΙΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ Νοικοκυριά που υπάρχουν σε πυκνοκατοικημένες περιοχές (τουλάχιστον 500 κάτοικοι/km2) Ποσοστό Νοικοκυριών με ευρυζωνική σύνδεση Χρόνια Ελλάδα Με τα στοιχεία αυτά είμαστε σε θέση να γνωρίζουμε τα ποσοστά μέχρι το 2014 όσον αφορά την διείσδυση της ευρυζωνικότητας στις αστικές περιοχές της Ελλάδας. Παρατηρούμε ότι μέχρι το 2004 έχουμε μηδενικά ποσοστά κάτι που είναι αναμενόμενο αν αναλογιστούμε ότι στην η Ελλάδα η διείσδυση της ευρυζωνικότητας από τότε που άρχισε το 2004 ήταν στην τελευταία θέση σε σχέση με την υπόλοιπη Ευρώπη. Επομένως είναι λογικό να έχουμε αύξηση της διείσδυσης της ευρυζωνικότητας στις αστικές περιοχές από το 2005 μέχρι σήμερα. 85

85 4.2 ΠΡΟΒΛΕΨΗ ΔΙΕΙΣΔΥΣΗΣ ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΟΤΗΑΣ ΑΝΑ ΜΟΝΤΕΛΟ Αρχικά εισάγαμε τα δεδομένα μας σε πίνακες σε αρχείο της EXCEL, τα οποία είναι μετρήσεις της ευρυζωνικότητας ανά 3 μήνες. Συνολικά 41 μετρήσεις σε διάστημα 120 μηνών, από το τέλος του 2004 εως το τέλος του ΠΙΝΑΚΑΣ 4.1 Διείσδυση ευρυζωνικών υπηρεσιών στα αστικά δίκτυα ανα τρίμηνο 86

86 Με τον γενετικό αλγόριθμο, θα βρεθούν οι παράμετροι των μοντέλων που ταιριάζουν καλύτερα στις πραγματικές τιμές. Μετά, με τα εκπαιδευμένα μοντέλα, μπορούμε να προχωρήσουμε σε πρόβλεψη για την μελλοντική εξέλιξη της διείσδυσης της ευρυζωνικότητας. Αρχικά υλοποιούμε τα μοντέλα με μια συνάρτηση, η οποία παίρνει ως πρώτο όρισμα το χρόνο καθώς και τις παραμέτρους κάθε μοντέλου. Ουσιαστικά η είσοδος του μοντέλου είναι ο χρόνος σε μήνες και η έξοδος το ποσοστό ευρυζωνικότητας. Μετά υλοποιούμε για κάθε μοντέλο μια fitness function για να χρησιμοποιηθεί από τον γενετικό αλγόριθμο. Αυτή η συνάρτηση δέχεται ως ορίσματα τις παραμέτρους του μοντέλου, καθώς και το χρόνο και τα πραγματικά δεδομένα. Με αυτές τις παραμέτρους υπολογίζεται η έξοδος του μοντέλου και συγκρίνεται με τις πραγματικές τιμές ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ GOMPERTZ MODEL Gompertz: Αυτό το μοντέλο υιοθέτησης βασίζεται σε μια γενική μαθηματική καμπύλη που διατυπώθηκε από τον Benjamin Gompertz. Η καμπύλη Gompertz είναι ασύμμετρη στο σημείο καμπής το οποίο εμφανίζεται πριν η διείσδυση στην αγορά φτάσει στο μισό του επιπέδου κορεσμού. 87

87 Όπου Y=Y(t) είναι το εκτιμώμενο επίπεδο διάχυσης σε χρόνο t Οι παράμετροι που καθορίζουν το μοντέλο είναι A,B,C. B<0 η παράμετρος αυτή σχετίζεται με το έτος στο οποίο η διάχυση φτάνει στο σημείο καμπής C η παράμετρος αυτή μετρά την ταχύτητα διάχυσης Α είναι το επίπεδο κορεσμού D είναι μια σταθερά Κώδικας αρχείου gompertz.m function y = gompertz(t, a, b, c) y = a * exp(b * exp(c * t)); end Κώδικας αρχείου gompertz_opt.m function f = gompertz_opt(a, t, b) y = gompertz(t, a(1), a(2), a(3)); f = msqe(y,b); end ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ LOGISTIC MODEL Logistic: Οπου f(t) = -C-D*t(m,k) C,D,m,k 0 σταθερές. Κώδικας αρχείου logistic.m function y = logistic(t, s, a, b) tmk = t; %for linear logistic f = - a b * tmk; y = s./ (1 + exp(f)); end Κώδικας αρχείου logistic_opt.m function f = logistic_opt(a, t, b) y = logistic(t, a(1), a(2), a(3)); f = msqe(y,b); end 88

88 4.2.3 ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ BASS MODEL Bass: Το μοντέλο αυτό περιλαμβάνει δύο κατηγορίες αποδεκτών,τους καινοτόμους στο αρχικό στάδιο της διάχυσης και τους μιμητές.y=y(t) το επίπεδο διάχυσης σε χρόνο t εκφράζεται Όπου Α είναι το επίπεδο κορεσμού της υιοθέτησης p 0 είναι ο συντελεστής καινοτομίας q 0 είναι ο συντελεστής μιμητών Κώδικας αρχείου bass.m function y = bass(t, p, q, a) e = exp(-(p + q) * t); y = a * (1 - e)./ (1 + q * e / p); %t, e vectors: we need./ end Κώδικας αρχείου bass_opt.m function f = bass_opt(a, t, b) y = bass(t, a(1), a(2), a(3)); f = msqe(y, b); end Για τη σύγκριση, χρησιμοποιούμε το μέσο τετραγωνικό σφάλμα. Η τιμή του σφάλματος είναι και η έξοδος της fitness function, η οποία θέλουμε να ελαχιστοποιηθεί από τον γενετικό αλγόριθμο. Όλα τα βήματα περιγράφονται με αναλυτικά σχόλια στον κώδικα παρακάτω. Κώδικας αρχείου msqe.m function msqe = msqe(a, b) msqe = (a - b)' * (a - b) / length(a); end 89

89 4.3 ΚΩΔΙΚΑΣ ΚΑΙ ΣΧΟΛΙΑΣΜΟΣ ΑΡΧΕΙΟΥ Κώδικας αρχείου run_ga.m load('new_data.mat') %get time, broadband %τα δεδομένα είναι για μήνες ανά 3 μήνες. Θέλουμε πρόβλεψη για τα επόμενα τρίμηνα future = [123; 126; 129; 132]; %επιλέγουμε ποιο μοντέλο από τα 3 θα εκτελέσουμε model = 3; if model == 1 %{Με αυτό τον τρόπο μετατρέπουμε τη συνάρτηση που έχει 3 ορίσματα έτσι ώστε να φαίνεται ότι δέχεται μόνο το πρώτο, όπως απαιτείται από τον γενετικό αλγόριθμο. Εναλλακτικά, θα έπρεπε να κάνουμε κάθε φορά load μέσα στην gompertz_opt, το οποίο θα καθυστερούσε αρκετά την εκτέλεση.}% FitnessFunction gompertz_opt(a,time,broadband); %Παίρνουμε τις προεπιλεγμένες παραμέτρους options = gaoptimset(@ga); %Αλλαγή του μεγέθους του πλυθησμού options.populationsize = 100; %Ορισμός αρχικού πληθυσμού. options.initialpopulation = [ ]; %εκτέλεση του γενετικού αλγορίθμου για την εύρεση των 3 παραμέτρων που ελαχιστοποιούν την FitnessFunction. Οι παράμετροι επιτρέφονται στο διάνυσμα x, η ελάχιστη τιμή της fitness function στο fval (εδώ το μέσο τετραγωνικό σφάλμα). [x, fval] = ga(fitnessfunction,3,[],[],[],[],[],[],[],options); fprintf('gompertz [a b c] = [%f %f %f]\nmse= %f\n',x,fval); %παίρνουμε τις τιμές του μοντέλου για τις προηγούμενες και τις μελλοντικές χρονικές στιγμές. pred = gompertz([time; future],x(1),x(2),x(3)); method = 'Gompertz'; elseif model == 2 90

90 FitnessFunction bass_opt(a,time,broadband); options = gaoptimset(@ga); options.populationsize = 100; options.initialpopulation = [ ]; [x, fval] = ga(fitnessfunction,3,[],[],[],[],[],[],[],options); fprintf('bass [p q a] = [%f %f %f]\nmse= %f\n',x,fval); pred = bass([time; future],x(1),x(2),x(3)); method = 'Bass'; elseif model == 3 FitnessFunction logistic_opt(a,time,broadband); options = gaoptimset(@ga); options.populationsize = 100; options.initialpopulation = [ ]; [x, fval] = ga(fitnessfunction,3,[],[],[],[],[],[],[],options); end fprintf('logistic [s a b] = [%f %f %f]\nmse= %f\n',x,fval); pred = logistic([time; future],x(1),x(2),x(3)); method = 'Logistic'; %Σχεδίαση των πραγματικών τιμών (προεπιλεγμένο χρώμα μπλε), και των τιμών του μοντέλου, οι προηγούμενες με κόκκινο, οι μελλοντικές με πράσινο. figure(); plot(time,broadband,'.-') hold on plot([time; future],pred,'r.-') plot(future,pred((end-length(future)+1):end),'g.-') title(method) axis([ ]) xlabel('time (months)') ylabel('broadband percentage') Σε όλες τις περιπτώσεις, αυξήσαμε τον πληθυσμό στα 100 άτομα, έτσι ώστε ο γενετικός αλγόριθμος να μπορεί να εντοπίζει καλύτερες λύσεις. Οι υπόλοιπες παράμετροι έμειναν με την αρχική προεπιλεγμένη τιμή. Παρατηρήσαμε ότι όλες οι εκτελέσεις τερματίζονταν λόγω σύγκλησης, δηλαδή μικρής βελτίωσης του μέσου τετραγωνικού σφάλματος και όχι επειδή ο αλγόριθμος έφτανε τον μέγιστο αριθμό γενεών. Επίσης, εκτελέσαμε αρκετές φορές τον αλγόριθμο, μιας και λόγω τυχαιότητας δίνει διαφορετικές λύσεις. Τέλος, αφού εντοπίσαμε το εύρος που πρέπει να κυμαίνονται οι παράμετροι για να έχουμε καλό αποτέλεσμα, τροποποιήσαμε τον αρχικό πληθυσμό, έτσι ο αλγόριθμος να εκκινεί «κοντά» από μια καλή λύση, έτσι ώστε να καταλήγει σε τελικό αποτέλεσμα με ακόμα μικρότερο σφάλμα. Τα τελικά αποτελέσματα φαίνονται στον Πίνακα

91 Πίνακας 4.3. Αποτελέσματα Γενετικού Αλγορίθμου: παράμετροι μοντέλων και ελάχιστο μέσο τετραγωνικό σφάλμα (Mean Squared Error - MSE). Μοντέλο Παράμετροι MSE Gompertz a= , b= , c= * 10-4 Bass p= , q= , a= * 10-3 Logistic s= 0.80, a= -2.51, b= * 10-3 Τέλος, αφού βρήκαμε τις βέλτιστες παραμέτρους, δώσαμε σε κάθε μοντέλο και μελλοντικούς χρόνους στην είσοδο, συγκεκριμένα τα 4 επόμενα τρίμηνα του 2015, ώστε να πάρουμε προβλέψεις για τη διείσδυση της ευρυζωνικότητας (Πίνακας 4.4). Πινακας 4.4. Πρόβλεψη μελλοντικής διείσδυσης ευρυζωνικότητας. Μήνας Gompertz Bass Logistic Μάρτιος % 72.45% 72.23% Ιούνιος % 72.87% 73.01% Σεπτέμβριος % 73.23% 73.72% Δεκέμβριος % 73.55% 74.36% Τα πραγματικά δεδομένα, η έξοδος του μοντέλου και η πρόβλεψη φαίνονται στα Διαγράμματα για κάθε μοντέλο αντίστοιχα. ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ Το μοντέλο Gompertz (κόκκινο) που έχει προσαρμοστεί βέλτιστα στα πραγματικά δεδομένα (μπλε) και πρόβλεψη για τα επόμενα τέσσερα τρίμηνα (πράσινο). 92

92 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.2. Το μοντέλο Bass (κόκκινο) που έχει προσαρμοστεί λιγότερο καλά στα πραγματικά δεδομένα (μπλε) ενώ θεώρητικα κάνει καλύτερη πρόβλεψη για τα επόμενα τέσσερα τρίμηνα (πράσινο). ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.3. Το μοντέλο Logistic (κόκκινο) που έχει προσαρμοστεί ακόμη πιο λίγο στα πραγματικά δεδομένα (μπλε) ενώ θεώρητικα κάνει την καλύτερη πρόβλεψη για τα επόμενα τέσσερα τρίμηνα (πράσινο). 93

93 4.4 Παρατηρήσεις Παρατηρούμε από το σχήμα, ότι ενώ το μοντέλο Gompertz έχει το μικρότερο σφάλμα, δεν είναι κατάλληλο για πρόβλεψη. Αυτό συμβαίνει επειδή το μοντέλο έχει προσαρμοστεί καλά σε παλιότερες χρονικές στιγμές, ενώ στις πιο πρόφατες δίνει μικρότερες τιμές από τις πραγματικές. Αντιθέτως, το Bass και κυρίως το Logistic έχουν πολύ καλή προσαρμογή με τα πραγματικά δεδομένα στις πιο πρόσφατες χρονικές στιγμές, οπότε είναι κατάλληλα για μελλοντική πρόβλεψη. Η σύγκριση των τριών διαγραμμάτων φένεται και πιο κάτω στο Διάγραμμα 4.4 όπου στον οριζόντιο άξονα βάλαμε κατα σειρά τους μήνες, αρχής γενομένης απο τον Δεκέμβριο του 2004 και ανα 4 μήνες μεχρι τον Σεπτέμβριο του ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4.4. Το μοντέλο Logistic (μπλε), το μοντέλο Bass (πράσινο), το μοντέλο Gompertz (κόκκινο) και τα πραγματικά δεδομένα (μαύρο) σε ένα διάγραμμα. Οσο αφορά το μοντέλο Logistic, το οποίο συγκλίνει καλύτερα απ τα υπόλοιπα μοντέλα, το τρέξαμε για ένα επιπλέων χρόνο με τα αποτελέσματα να εμφανίζονται ως εξής: Πίνακας 4.5 Πρόβλεψη μελλοντικής διείσδυσης ευρυζωνικότητας για Logistic Model Time Period Broadband 123 March June Sept Dec March June Sept Dec

94 Διαγραμμα 4.5 Το μοντέλο Logistic για τα επόμενα 8 τρίμηνα. 95

95 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 4ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ [1] [2] Genetic Algorithms in Search, Optimization, and Machine Learning, David E. Golberg [3] Genetic Algorithm for Solving Simple Mathematical Equality Problem, Denny Hermawanto [4] Γενετικοί Αλγόριθμοι, Σ. Φωτόπουλος [5] Genetic Algorithm-MATLAB-Mathworks 96

96 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΧΟΛΙΑ - ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ Είναι αναμφισβήτητο ότι η αύξηση της ευρυζωνικής διείσδυσης οδηγεί σε οικονομικά και κοινωνικά οφέλη, όπως διαπιστώνεται σε πληθώρα κοινωνικό-οικονομικών μελετών. Επιπλέον η αύξηση της ταχύτητας ευρυζωνικής πρόσβασης οδηγεί σε επιπλέον οικονομικά οφέλη. 5.1 Που βρισκόμαστε σήμερα Η χώρα μας επιτυγχάνει καλύτερη επίδοση σε όρους διαθεσιμότητας ευρυζωνικών υπηρεσιών (σε σταθερή και κινητή), που διατίθενται σε τιμές και ταχύτητες αρκετά κοντά στον ευρωπαϊκό μ.ο. 28, από μια αγορά ηλεκτρονικών επικοινωνιών που λειτουργεί αρκετά ανταγωνιστικά. Υπολείπεται ωστόσο σημαντικά σε όρους διαθεσιμότητας υποδομών NGA καθώς και σε όρους διείσδυσης ευρυζωνικών υπηρεσιών και χρήσης αυτών (στους περισσότερους από τους δείκτες). Στη χώρα υπάρχουν ιδιαίτερα ανεπτυγμένα δίκτυα σταθερής και κινητής ευρυζωνικής πρόσβασης, η κάλυψη των οποίων υπερβαίνει τον Ευρωπαϊκό μ.ο. Ωστόσο τα δίκτυα αυτά στην πλειοψηφία τους δεν είναι NGA, η ανάπτυξη των οποίων παρουσιάζει υστέρηση. Επιπλέον, το ποσοστό των σταθερών ευρυζωνικών συνδέσεων που βασίζονται σε τεχνολογίες xdsl αγγίζει το 100%, καθώς απουσιάζουν παντελώς υποδομές καλωδιακής τηλεόρασης ή υποδομές Fiber-tο-the- Premises Υπάρχει ικανοποιητικό επίπεδο ανταγωνισμού στην αγορά με τις προσφερόμενες τιμές (διορθωμένες σε σχέση με την ισοτιμία αγοραστικής δύναμης PPP corrected) για σύνδεση με διαφημιζόμενη ταχύτητα καθόδου από 12 έως κάτω από 30Mbps να διαμορφώνονται ελαφρά υψηλότερα από τον Ευρωπαϊκό διάμεσο για τα προϊόντα single play και triple play, αλλά να είναι χαμηλότερα για προϊόντα double play. Η πραγματική ταχύτητα καθόδου που απολαμβάνουν οι χρήστες είναι περίπου στο μισό της διαφημιζόμενης και κυμαίνεται σε επίπεδα των 9.1 Mbps, ελαφρά υψηλότερα από το μ.ό. EU για συνδέσεις xdsl. Παρά την ευρεία διαθεσιμότητα ευρυζωνικών υπηρεσιών σε ανταγωνιστικές τιμές, παρουσιάζεται σημαντική υστέρηση στη διείσδυση τόσο της σταθερής όσο και της κινητής ευρυζωνικότητας. Εντός της Ελληνικής κοινωνίας, υπάρχει έντονο πρόβλημα ψηφιακού χάσματος και αναλφαβητισμού. Ένα μεγάλο ποσοστό των συμπολιτών μας δεν έχει χρησιμοποιήσει ποτέ το Internet, ή κάνει μόνο περιστασιακή χρήση (λιγότερο δηλαδή από μία φορά τη βδομάδα). Τα ποσοστά αυτά είναι από τα μεγαλύτερα στην Ευρώπη, αφήνοντας στερημένο από όλες τις δυνατότητες του διαδικτύου, σημαντικό κομμάτι της κοινωνίας και του παραγωγικού ιστού. Είναι ανησυχητικό ότι η απόκλιση από τους ευρωπαϊκούς μ.ο. δεν περιορίζεται σε μεγάλες ηλικίες, αλλά είναι ιδιαίτερα έντονη και στις παραγωγικές ηλικίες των 35 έως 44 ετών. Είναι ωστόσο παρήγορο ότι νέοι (16-24 ετών) εμφανίζουν υψηλή εξοικείωση παρά το γεγονός ότι τα σχολεία μας στερούνται επαρκούς εξοπλισμού ICT. Σε αυτή την κατεύθυνση έχει αναμφισβήτητα συντελέσει το Πανελλήνιο Σχολικό Δίκτυο που εδώ και 12 χρόνια προσφέρει ευρυζωνικές υπηρεσίες στην πλειονότητα των σχολείων, διασυνδέοντας σήμερα σχολικές μονάδες. 97

97 Οι έλληνες πολίτες και οι επιχειρήσεις χρησιμοποιούν υπηρεσίες egovernment σε συγκρίσιμο βαθμό με τους υπόλοιπους Ευρωπαίους. Στους άλλους τομείς υπηρεσιών (ecommerce, ebusiness, ehealth) υπάρχει υστέρηση, αλλά είναι ενθαρρυντικό ότι οι υπηρεσίες αυτές γίνονται σταδιακά αποδεκτές από τους πολίτες και τις επιχειρήσεις. Το ποσοστό συμμετοχής της αγοράς των ΤΠΕ στην εθνική Ακαθάριστη Προστιθέμενη Αξία είναι στα ίδια επίπεδα με Ευρωπαϊκό μ.ό., η αγορά όμως παρουσιάζει πολύ υψηλότερη εσωστρέφεια. Το ποσοστό των δαπανών των νοικοκυριών για επικοινωνίες σε σχέση με τις συνολικές τους δαπάνες είναι αντίστοιχο του ευρωπαϊκού μ.ό. 5.2 Στοχοι Στόχος 1: έως το 2020, διαθεσιμότητα πρόσβασης στο διαδίκτυο με ταχύτητες άνω των 30Mbps για όλους τους Έλληνες, Στόχος 2: έως το 2020, τουλάχιστον 50% των ελληνικών νοικοκυριών να διαθέτουν σύνδεση στο διαδίκτυο με ταχύτητα άνω των 100Mbps Η επίτευξη των στόχων αυτών απαιτεί την κινητοποίηση τεραστίων επενδύσεων που ανάλογα με το μοντέλο ανάπτυξης που θα ακολουθηθεί εκτιμάται ότι για τη χώρα μας, κυμαίνονται συνολικά από 1.36 δις έως 4.53 δις. Άλλη εκτίμηση προσδιορίζει το κόστος για την επίτευξη του στόχου καθολικής διαθεσιμότητας NGA πρόσβασης στα 2,424 δις. Ο ιδιωτικός τομέας αναμένεται να σηκώσει το συντριπτικό μέρος του βάρους των επενδύσεων αυτών, με τη δημόσια παρέμβαση να εστιάζεται αφενός στην εξασφάλιση του επενδυτικού περιβάλλοντος που θα καταστήσει τις επενδύσεις αυτές βιώσιμες, αφετέρου σε περιοχές όπου θα διαπιστωθεί αποτυχία της αγοράς (market failure). Με βάση τα παραπάνω σημεία, και προκειμένου να καταστεί οικονομικά βιώσιμη η ανάπτυξη Δικτύων Πρόσβασης Επόμενης Γενιάς που θα καλύπτουν τους εθνικούς στόχους, εντοπίζονται δύο καίρια σημεία παρέμβασης: Να αποκατασταθεί ένα ελκυστικό περιβάλλον για ιδιώτες επενδυτές, που θα διασφαλίζει ωστόσο την ομαλή λειτουργία του ανταγωνισμού, περιορίζοντας και τους κινδύνους που πηγάζουν από τη χαμηλή ζήτηση ευρυζωνικών υπηρεσιών Να υποστηριχθεί (με κρατική παρέμβαση) η ανάπτυξη υποδομών σε περιοχές όπου θα διαπιστωθεί αποτυχία της αγοράς να παράσχει υπηρεσίες που θα καλύπτουν τους εθνικούς στόχους Στο Σχήμα 5.1 φαίνονται τα μέσα επίτευξης των στόχων του εθνικού σχεδίου ευρυζωνικής πρόσβασης επόμενης γενιάς. 98

98 Σχήμα 5.1 Μέσα επίτευξης των στόχων του εθνικού σχεδίου ευρυζωνικής πρόσβασης επόμενης γενιάς. 99