ΤΟΜΕΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΛΙΚΩΝ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ. της ΒΑΖΙΝΤΑΡΗ ΑΝΝΑΣ. Καθηγητής Ε..Μ.Π. ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΛΙΚΩΝ Δρομολόγηση σε Ευρυζωνικά Δίκτυα Επικοινωνιών μέσω Δικτύων Μεταφοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ της ΒΑΖΙΝΤΑΡΗ ΑΝΝΑΣ Επιβλέπων : Παναγιώτης Γ. Κωττής Καθηγητής Ε..Μ.Π. Αθήνα, Νοέμβριος 2007

2

3 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΛΙΚΩΝ Δρομολόγηση σε Ευρυζωνικά Δίκτυα Επικοινωνιών μέσω Δικτύων Μεταφοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ της ΒΑΖΙΝΤΑΡΗ ΑΝΝΑΣ Επιβλέπων : Παναγιώτης Γ. Κωττής Καθηγητής Ε.Μ.Π. Εγκρίθηκε από την τριμελή εξεταστική επιτροπή την 28 η Νοεμβρίου 2007 (Υπογραφή)... Π. Κωττής Καθηγητής Ε.Μ. Π. (Υπογραφή)... Χ. Καψάλης Καθηγητής Ε.Μ.Π. (Υπογραφή)... Ι. Κανελλόπουλος Καθηγητής Ε.Μ.Π... Αθήνα, Νοέμβριος 2007

4 (Υπογραφή)... ΒΑΖΙΝΤΑΡΗ ΑΝΝΑ Διπλωματούχος Ηλεκτρολόγος Μηχανικός και Μηχανικός Υπολογιστών Ε.Μ.Π. Copyright Βαζιντάρη Κ. Άννα Αθήνα, Νοέμβριος 2007 Με επιφύλαξη παντός δικαιώματος. All rights reserved. Απαγορεύεται η αντιγραφή, αποθήκευση και διανομή της παρούσας εργασίας, εξ ολοκλήρου ή τμήματος αυτής, για εμπορικό σκοπό. Επιτρέπεται η ανατύπωση, αποθήκευση και διανομή για σκοπό μη κερδοσκοπικό, εκπαιδευτικής ή ερευνητικής φύσης, υπό την προϋπόθεση να αναφέρεται η πηγή προέλευσης και να διατηρείται το παρόν μήνυμα. Ερωτήματα που αφορούν τη χρήση της εργασίας για κερδοσκοπικό σκοπό πρέπει να απευθύνονται προς τον συγγραφέα. Οι απόψεις και τα συμπεράσματα που περιέχονται σε αυτό το έγγραφο εκφράζουν τον συγγραφέα και δεν πρέπει να ερμηνευθεί ότι αντιπροσωπεύουν τις επίσημες θέσεις του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου. 4

5 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Κατά τη διάρκεια των τελευταίων δεκαετιών, η χρήση τηλεπικοινωνιακών συστημάτων έχει αυξηθεί με ταχύτατους ρυθμούς. Σε ένα ανταγωνιστικό περιβάλλον για τις τεχνολογίες πρόσβασης, η τεχνολογία BPL (Broadband over Powerline Communications) αποτελεί μια εναλλακτική λύση, υποσχόμενη αρκετές αλλαγές στα τηλεπικοινωνιακά δεδομένα. Η τεχνολογία BPL χρησιμοποιεί το υπάρχον δίκτυο ηλεκτρικής ισχύος για την παροχή πληθώρας ευρυζωνικών τηλεπικοινωνιακών υπηρεσιών. Η χρήση των γραμμών μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας καθιστά την τεχνολογία οικονομικά συμφέρουσα, καθώς δεν απαιτείται η εγκατάσταση νέων καλωδιώσεων. Ωστόσο, αρκετά θέματα χρήζουν περαιτέρω έρευνας, όπως ο θόρυβος στον BPL δίαυλο, οι παρεμβολές των BPL συστημάτων, οι ταχύτητες μετάδοσης, το χρησιμοποιούμενο εύρος ζώνης, η δρομολόγησης της εισερχόμενης πληροφορίας στα δίκτυα ΜΤ κ.α.. Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με τη δρομολόγηση χρηστών σε μια συγκεκριμένη τοπολογία ΜΤ. Για την υλοποίηση της προσομοίωσης γίνεται χρήση του αλγορίθμου Dijkstra και μιας τροποποιημένη εκδοχής αυτού, που διαμορφώθηκε με αφορμή τη συγκεκριμένη εργασία. Αναπτύσσεται μια συγκριτική μελέτη των δύο αλγορίθμων με παράθεση διαγραμμάτων και σχολιασμών επ αυτών. Τα συμπεράσματα που εξάγονται αναφέρονται σε καίρια ζητήματα της απόδοσης των αλγορίθμων δρομολόγησης, όπως ο χρόνος εκτέλεσης και η δυναμική χρήση των πόρων του δικτύου. Ο αλγόριθμος Dijkstra υπερτερεί όσον αφορά στο χρόνο εκτέλεσης ενώ ο τροποποιημένος αλγόριθμος Dijkstra κάνει καλύτερη χρήση των πόρων του δικτύου, λόγω της δυναμικής λειτουργίας του. Πρόσθετη μελέτη στο συγκεκριμένο θέμα αναφέρεται σε μελλοντική επέκταση της παρούσας εργασίας με χρήση μαθηματικών μοντέλων στην εμφάνιση των χρηστών και στην κίνηση του δικτύου, που θα καταστήσουν αυτή την προσομοίωση πιο γενικευμένη και βασισμένη σε μελετημένα πρότυπα. Λέξεις κλειδιά: BPL Δίκτυα, BPL Δρομολόγηση, Αλγόριθμος Dijkstra, Αρχιτεκτονική Δικτύων BPL, Τεχνικές Διαμόρφωσης Δικτύων BPL, OFDM, DSSS, BPL MAC. 5

6 6

7 ABSTRACT During the last decades, the usage of telecommunication systems has rapidly increased. Among competitive access technologies, BPL technology (Broadband over Power Line Communications) offers an alternative solution, promising large changes in the telecommunication standards. BPL technology uses the existing power supply grids for telecommunication purposes, leading to a cost effective solution for so called last mile communication networks. However, more research must be done concerning many sections of BPL systems, such as noise of BPL channel, interference of BPL systems, data rates, routing of incoming information packets an MV networks etc. This assignment focuses on the application of two algorithms on a specific topology scheme, representing a BPL network; Dijkstra algorithm and a modified version of it, specially designed for this occasion. A comparative study of both the algorithms performance is being held, focusing on two important metrics for every routing algorithm, execution time and effective usage of network sources. Dijkstra algorithm seems to take less time to be executed whereas modified Dijkstra seems to manage better the sources of the network, due to its dynamic operation. Complementary diagrams and commentary on them are added as a proof of these statements. It is up to the system designer to decide which of the two algorithms is favorable for a specific topology. Future work on this section would refer to the expansion of this assignment using mathematical models for the traffic and routing algorithms applied on tree topologies, which are frequent in BPL networks. Keywords: BPL Networks, BPL Routing, Dijkstra Algorithm, Architecture of BPL Networks, Modulation Schemes for BPL systems, OFDM, DSS, BPL MAC 7

8 8

9 ΕΥΧΑΡΙΣΤΗΡΙΟ ΣΗΜΕΙΩΜΑ Η εκπόνηση της διπλωματικής εργασίας είναι ένας σταθμός στη θητεία κάθε φοιτητή. Με αυτό το σημείωμα ευχαριστώ όλους εκείνους που με την άμεση ή έμμεση συμβολή τους βοήθησαν στην περάτωση της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Θα ήθελα να ευχαριστήσω τον επιβλέποντα της εργασίας μου Καθηγητή Ε.Μ.Π., κ. Παναγιώτη Γ. Κωττή, ο οποίος με το ήθος και την προσωπικότητά του έχει δικαίως αναδειχθεί σε πρότυπο επιστήμονα και ανθρώπου σε όλη την πολυτεχνειακή κοινότητα. Τον ευχαριστώ για την εμπιστοσύνη του να μου αναθέσει το παρόν θέμα διπλωματικής εργασίας. Ευχαριστώ θερμά τον υποψήφιο διδάκτορα κ. Γεώργιο Τσιρόπουλο για τις κατευθυντήριες γραμμές και την αμέριστη συμπαράσταση που μου παρείχε σε όλη τη διάρκεια της εκπόνησης της διπλωματικής εργασίας. Ευχαριστώ, από τα βάθη της καρδιάς, μου τους γονείς μου και την οικογένειά μου για την ανιδιοτελή συνεισφορά τους, τόσο υλική όσο και πνευματική, στην ανατροφή μου, στις σπουδές μου, στη ζωή μου. Τέλος, θα ήθελα να ευχαριστήσω όλους όσοι βρίσκονται κοντά μου και με στηρίζουν σε κάθε δύσκολη προσπάθεια. 9

10 10

11 Αφιερώνεται στην οικογένεια μου, σε όσους με στηρίζουν και στον Κωνσταντίνο που έφυγε νωρίς 11

12 12

13 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ PLC BPL ΔΙΚΤΥΑ Η ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΗ ΑΓΟΡΑ Το προφίλ των τεχνολογιών στην περιοχή πρόσβασης Τεχνολογίες Γραμμών Σταθερής Τοπολογίας Υβριδικό Οπτικό Καλώδιο: Καλωδιακή Τηλεόραση και Καλωδιακά modems (Cable TV CaTV, Cable Modems) Ψηφιακή Γραμμή Συνδρομητή (xdsl) Ευρυζωνικότητα μέσω Δικτύων Παροχής Ηλεκτρικής Ενέργειας (BPL) FTTH (Fiber to the Home) / FTTC (Fiber to the Curb) Ασύρματες Τεχνολογίες Μικροκυματικές Συνδέσεις MMDS (Multipoint Multichannel Distribution Service) LMDS (Local Multipoint Distribution Service) FSO (Free Space Optics) WiFi (Wireless Fidelity) WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) DBS (Direct Broadcast Satellite) Συστήματα κινητής τηλεφωνίας: Δεύτερης 2G και Τρίτης Γενιάς 3G Δίκτυα Σύγκριση των ευρυζωνικών τεχνολογιών πρόσβασης Η ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ PLC Η ιεραρχία των δικτύων παροχής ηλεκτρικής ενέργειας Διάκριση μεταξύ PLC δικτύων ευρείας και στενής ζώνης Στενής Ζώνης PLC δίκτυα (Narrowband PLC networks) Ευρείας ζώνης PLC δίκτυα (Broadband PLC Networks) Τα BPL Δίκτυα Πρόσβασης Σύστημα # Σύστημα # Σύστημα # Οι μονάδες BPL (BPL network elements) To BPL modem Ο Σταθμός Βάσης BPL Οι επαναλήπτες BPL H πύλη BPL (Gateway) Πιθανές Μελλοντικές Εξελίξεις ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ ΤΩΝ BPL ΔΙΚΤΥΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΤΩΝ BPL ΔΙΚΤΥΩΝ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΤΟΠΟΛΟΓΙΕΣ ΤΩΝ ΔΙΚΤΥΩΝ ΔΙΑΝΟΜΗΣ Η τοπολογία αρτηρίας (bus topology) Η τοπολογία αστέρα (star topology) H τοπολογία δακτυλίου (ring topology) Τοπολογία Μερικού Δακτυλίου (partial ring topology) ΤΟΠΟΛΟΓΙΕΣ ΔΙΚΤΥΩΝ ΧΤ Χαμηλής πυκνότητας κατοικημένες περιοχές Τοπολογία Δέντρου (tree topology)

14 2.3.2 Yψηλής πυκνότητας κατοικημένες περιοχές Tοπολογία Αστέρα (star topology) Yψηλής πυκνότητας κατοικημένες περιοχές Τοπολογία Δένδρου Υψηλής πυκνότητας κατοικημένες περιοχές με τις μονάδες μετρητών κατάνεμημένες σε διαφορετικούς ορόφους του κτιρίου Η ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΤΩΝ BPL ΔΙΚΤΥΩΝ ΠΡΟΣΒΑΣΗΣ BPL ΔΙΚΤΥΟ ΜΤ BPL ΥΠΗΡΕΣΙΕΣ Τηλεπικοινωνιακές Υπηρεσίες Τηλεφωνία Πρόσβαση στο Διαδίκτυο Προηγμένες Ευρυζωνικές Υπηρεσίες Ταξινόμηση Υπηρεσιών Κλάσεις Κίνησης Κατηγορίες Υπηρεσιών Ποιότητα Υπηρεσίας QoS (Quality of Service) Εύρος ζώνης (Bandwidth) Καθυστέρηση (Delay) Διαφοροποίηση Καθυστέρησης (Jitter) Απώλεια Πακέτων (Packet Loss) Διαθεσιμότητα του δικτύου (Availability) Προκλήσεις της BPL τεχνολογίας ΦΥΣΙΚΟ ΣΤΡΩΜΑ : ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗΣ ΣΤΗΝ BPL ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΔΙΑΣΤΡΩΜΑΤΩΣΗ ΣΤΑ BPL ΔΙΚΤΥΑ Το μοντέλο αναφοράς ISO/OSI Αντιστοιχία με τα BPL δίκτυα ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΣΤΗΝ ΑΠΟΔΟΣΗ ΤΩΝ BPL ΔΙΚΤΥΩΝ Τα χαρακτηριστικά του BPL διαύλου μετάδοσης Ηλεκτρομαγνητική Συμβατότητα Επίδραση των Παρεμβολών και Περιορισμός του Ρυθμού Δεδομένων Υλοποίηση των Ευρυζωνικών PLC Συστημάτων Μετάδοσης ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗΣ ΣΤΑ BPL ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Αρχές Διαμόρφωσης Η δημιουργία των OFDM σημάτων Υλοποίηση των OFDM σημάτων Κωδικοποίηση/Αποκωδικοποίηση και Παραγέμισμα/Αφαίρεση bits Χαρτογράφηση/Από χαρτογράφηση Εισαγωγή πιλοτικών σημάτων/εκτίμηση καναλιού Τεχνικές Απλωμένου Φάσματος Αρχές Διαμόρφωσης DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) Σύγκριση μεταξύ DSSS και FHSS Επιλογή του σχήματος διαμόρφωσης για PLC συστήματα ΣΤΡΩΜΑ ΖΕΥΞΗΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ, ΥΠΟΣΤΡΩΜΑ MAC : ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΠΡΟΣΒΑΣΗΣ ΣΤΗΝ BPL ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ

15 4.1 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ BPL MAC ΥΠΟΣΤΡΩΜΑΤΟΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΑΠΟ ΤΟ BPL MAC ΥΠΟΣΤΡΩΜΑ ΣΧΗΜΑΤΑ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΒΑΣΗΣ TDMA Αρχές λειτουργίας OFDM / TDMA Κατάτμηση Πληροφορίας FDMA Βασικό σχήμα FDMA OFDMA OFDMA/TDMA CDMA Αρχές Λειτουργίας και Υβριδικές Τεχνικές Λειτουργία Duplex ΕΠΙΠΕΔΟ ΔΙΚΤΥΟΥ : ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ ΔΡΟΜΟΛΟΓΗΣΗΣ Η ΑΡΧΗ ΤΗΣ ΒΕΛΤΙΣΤΗΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ Ο ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΣ DIJKSTRA (ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΣ ΔΡΟΜΟΛΟΓΗΣΗΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΖΕΥΞΗΣ ) Ο ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΣ BELLMAN FORD (ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΣ ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΟΣ ΑΠΟΣΤΑΣΗΣ) ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΤΩΝ ΑΛΓΟΡΙΘΜΩΝ ΔΡΟΜΟΛΟΓΗΣΗΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΖΕΥΞΗΣ ΚΑΙ ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΟΣ ΑΠΟΣΤΑΣΗΣ ΔΡΟΜΟΛΟΓΗΣΗ ΣΤΟ ΔΙΑΔΙΚΤΥΟ Δρομολόγηση Ενδοαυτόνομου Συστήματος στο Διαδίκτυο: Πρωτόκολλα IGP (Interior Gateway Protocol) Το Πρωτόκολλο Δρομολόγησης RIP (Routing Information Protocol) Ανοιχτή Πρώτα η Βραχύτερη Διαδρομή OSPF (Open Shortest Path First) Ενισχυμένο Πρωτόκολλο Εσωτερικής Δρομολόγησης Πύλης Δικτύου EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol) Δρομολόγηση Διαυτόνομου Συστήματος: BGP (Border Gateway Protocol) ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΤΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ Η ΤΟΠΟΛΟΓΙΑ ΤΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ ΠΑΡΕΧΟΜΕΝΕΣ ΥΠΗΡΕΣΙΕΣ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΧΡΗΣΤΩΝ ΔΡΟΜΟΛΟΓΗΣΗ ΧΡΗΣΤΩΝ Ο Αλγόριθμος Dijkstra Ο Τροποποιημένος Αλγόριθμος Dijkstra ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΜΕΣΟ ΠΛΗΘΟΣ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΟΥΜΕΝΩΝ ΖΕΥΞΕΩΝ ΣΤΑ ΜΟΝΟΠΑΤΙΑ ΤΩΝ ΧΡΗΣΤΩΝ ΜΕΣΟ ΠΛΗΘΟΣ ΕΙΣΕΡΧΟΜΕΝΩΝ ΚΑΙ ΕΞΥΠΗΡΕΤΟΥΜΕΝΩΝ ΧΡΗΣΤΩΝ ΑΝΑ ΓΡΑΜΜΗ ΜΤ Αλγόριθμος Dijkstra Τροποποιημένος αλγόριθμος Dijkstra Σύγκριση των διαγραμμάτων των δύο αλγορίθμων ΜΕΣΟ ΠΛΗΘΟΣ ΕΞΥΠΗΡΕΤΟΥΜΕΝΩΝ ΧΡΗΣΤΩΝ ΑΝΑ ΓΡΑΜΜΗ ΜΤ Αλγόριθμος Dijkstra Τροποποιημένος αλγόριθμος Dijkstra Σύγκριση των διαγραμμάτων των δύο αλγορίθμων ΜΕΣΗ ΔΗΜΙΟΥΡΓΗΘΕΙΣΑ ΚΑΙ ΜΕΤΑΦΕΡΟΜΕΝΗ ΚΙΝΗΣΗ ΑΝΑ ΓΡΑΜΜΗ ΜΤ Αλγόριθμος Dijkstra

16 7.4.2 Τροποποιημένος αλγόριθμος Dijkstra Η ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΚΙΝΗΣΗ ΤΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΕΠΙΛΟΓΟΣ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

17 ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήμα 1.1: Ιεραρχία δικτύων Τηλεπικοινωνιών 22 Σχήμα 1.2: Δομή των δικτύων πρόσβασης της Καλωδιακής Τηλεόρασης 25 Σχήμα 1.3: Δομή του DSL δικτύου πρόσβασης 27 Σχήμα 1.4: Δομή του ασύρματου κινητού δικτύου 33 Σχήμα 1.5: Δομή του PLC Δικτύου 38 Σχήμα 1.6: PLC Δίκτυο Πρόσβασης. Γενική Αρχιτεκτονική 39 Σχήμα 1.7: Δομή των δικτύων παροχής ηλεκτρικής ενέργειας 43 Σχήμα 1.8: Δομή ενός συστήματος αυτοματισμού χρησιμοποιώντας στενής ζώνης PLC τεχνολογία _ 44 Σχήμα 1.9: Δομή ενός BPL δικτύου πρόσβασης 45 Σχήμα 1.10: BPL σύστημα #1 47 Σχήμα 1.11: BPL σύστημα #2 48 Σχήμα 1.12: BPL σύστημα #3 49 Σχήμα 1.13: Η λειτουργία του BPL modem 50 Σχήμα 1.14: Η λειτουργία του BPL Σταθμού Βάσης 51 Σχήμα 1.15: Η λειτουργία του BPL επαναλήπτη 52 Σχήμα 1.16: Ένα BPL δίκτυο με επαναλήπτες 53 Σχήμα 2.1: Σύνδεση με το Δίκτυο Κορμού 58 Σχήμα 2.2: BPL δίκτυο διανομής με τοπολογία διαδρομής (bus topology) 59 Σχήμα 2.3: BPL δίκτυο διανομής τοπολογίας αστέρα (star topology) 60 Σχήμα 2.4: BPL δίκτυο διανομής τοπολογίας δακτυλίου (ring topology) 61 Σχήμα 2.5: BPL δίκτυο διανομής τοπολογίας μερικού δακτυλίου (partial ring topology) 61 Σχήμα 2.6: :Χαμηλής Τάσης Τοπολογία. Παράδειγμα μιας αραιοκατοικημένης περιοχής 63 Σχήμα 2.7: Χαμηλής Τάσης Τοπολογία. Παράδειγμα μιας πυκνοκατοικημένης περιοχής Τοπολογία Αστέρα 64 Σχήμα 2.8: Χαμηλής Τάσης Τοπολογία. Παράδειγμα μιας πυκνοκατοικημένης περιοχής Τοπολογία Δέντρου 65 Σχήμα 2.9: Χαμηλής Τάσης Τοπολογία. Παράδειγμα μιας πυκνοκατοικημένης περιοχής Τοπολογία Αστέρα με διανεμημένους μετρητές σε διαφορετικούς ορόφους. 66 Σχήμα 2.10: BPL διαχείριση δικτύου 67 Σχήμα 2.11: Δομή τηλεπικοινωνιακού δικτύου πανεπιστημιούπολης χρησιμοποιώντας μέσης τάσης BPL δίκτυο 68 Σχήμα 3.1: Το OSI/ISO μοντέλο αναφοράς 83 Σχήμα 3.2: Αντιστοιχία με το BPL δίκτυο 84 Σχήμα 3.3: OFDM παρουσίαση συμβόλων στο πεδίο της συχνότητας 89 Σχήμα 3.4 Προσθέτοντας το κυκλικό πρόθεμα με διπλασιασμό του πρώτου τμήματος του αυθεντικού συμβόλου 90 Σχήμα 3.5: Βασική δομή του OFDM πομπού 91 Σχήμα 3.6: Υλοποίηση ενός OFDM συστήματος 93 Σχήμα 3.7: Χαρτογράφηση / Αποχαρτογράφηση σύμφωνα με τις 16 PSK και 16 QAM 94 Σχήμα 3.8: Αρχή της φασματικής εξάπλωσης της DSSS τεχνικής 97 Σχήμα 3.9: Συνοπτικό σχήμα του DSSS πομπού 98 Σχήμα 3.10: Ένας DSSS δέκτης βασισμένος σε προσαρμοσμένο φίλτρο 100 Σχήμα 3.11: Χρονική και φασματική αναπαράσταση της γρήγορης και αργής FHSS 101 Σχήμα 3.12: Πομπός της FHSS 101 Σχήμα 3.13: Δέκτης της FHSS 102 Σχήμα 4.1: Το περιβάλλον του BPL MAC υποστρώματος 106 Σχήμα 4.2: Η δομή του υποστρώματος MAC

18 Σχήμα 4.3: Αρχές της TDMA τεχνικής 108 Σχήμα 4.4: OFDM/TDMA 109 Σχήμα 4.5: Ιδανικό μέγεθος τμήματος πληροφορίας σε σχέση με το BER 112 Σχήμα 4.6: Αρχές λειτουργίες της FDMA τεχνικής 113 Σχήμα 4.7: Δομή του OFDMA καναλιού 115 Σχήμα 4.8: FH CDMA διάγραμμα χρόνου/συχνότητας 118 Σχήμα 4.9: TH CDMA διάγραμμα χρόνου/συχνότητας 118 Σχήμα 4.10: Αρχές λειτουργίας του FDMA/FDD 120 Σχήμα 4.11: Αρχές λειτουργίας TDMA/TDD 121 Σχήμα 4.12: Αρχές λειτουργίας FDMA/TDD 121 Σχήμα 4.13: Αρχές λειτουργίας TDMA/FDD 122 Σχήμα 5.1: Κατευθυνόμενος γράφος με βάρη

19 ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας 1: Χαρακτηριστικά των xdsl συστημάτων Πίνακας 2: Σύγκριση των ευρυζωνικών τεχνολογιών πρόσβασης σταθερής τοπολογίας Πίνακας 3: Σύγκριση των ευρυζωνικών τεχνολογιών πρόσβασης ασύρματης λειτουργίας Πίνακας 4: Τοπολογία ΧΤ. Χαρακτηριστικά αραιοκατοικημένης περιοχής Τοπολογία Δένδρου Πίνακας 5: Τοπολογία ΧΤ. Χαρακτηριστικά πυκνοκατοικημένης περιοχής Τοπολογία Αστέρα Πίνακας 6: Τοπολογία ΧΤ. Χαρακτηριστικά πυκνοκατοικημένης περιοχής Τοπολογία Δένδρου Πίνακας 7: Τοπολογία ΧΤ. Χαρακτηριστικά πυκνοκατοικημένης περιοχής Τοπολογία Αστέρα με κατανεμημένους μετρητές σε διαφορετικούς ορόφους Πίνακας 8: Ποιοτικές τιμές των παραμέτρων QoS Πίνακας 9: Εφαρμογή της μεθόδου του Dijkstra για το γράφο G Πίνακας 10: Εφαρμογή της μεθόδου του Bellman Ford για το γράφο G Πίνακας 11: Οι υπηρεσίες τις οποίες αιτούνται οι χρήστες στο δίκτυο και οι προτεραιότητες αυτών Πίνακας 12: Πιθανότητες εμφάνισης κάθε υπηρεσίας

20 20

21 Εισαγωγή στα δίκτυα BPL 1 Εισαγωγή στα PLC BPL δίκτυα 1.1 Η σύγχρονη τηλεπικοινωνιακή αγορά Κατά τη διάρκεια των τελευταίων δεκαετιών, η χρήση των τηλεπικοινωνιακών συστημάτων έχει αυξηθεί με ταχύτατους ρυθμούς. Δεδομένης της μόνιμης ανάγκης για νέες τηλεπικοινωνιακές υπηρεσίες και για αύξηση των χωρητικοτήτων των διαύλων μετάδοσης, καθίσταται απαραίτητη η ανάπτυξη των τηλεπικοινωνιακών δικτύων και τεχνολογιών μετάδοσης. Από οικονομικής πλευράς, η βιομηχανία των τηλεπικοινωνιών υπόσχεται μεγάλες απολαβές, παρέχοντας με αυτόν τον τρόπο κίνητρα για μεγάλες επενδύσεις στον τομέα. Κατ επέκταση, υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός από εταιρίες τηλεπικοινωνιών οι οποίες σχεδιάζουν και υλοποιούν δίκτυα μεγάλων ταχυτήτων, αποσκοπώντας στην παροχή ποικίλων τηλεπικοινωνιακών υπηρεσιών παγκόσμιας εμβέλειας. Ωστόσο, οι περισσότερες επενδύσεις πραγματοποιούνται στα δίκτυα μετάδοσης (1), που συνδέουν τηλεπικοινωνιακούς κόμβους διαφορετικών παρόχων, χωρίς να φθάνουν στο επίπεδο του χρήστη. Η επικοινωνία με το επίπεδο του χρήστη επιτυγχάνεται μέσω των δικτύων διανομής και πρόσβασης. Τα δίκτυα διανομής καλύπτουν μεγαλύτερη γεωγραφική έκταση σε σύγκριση με τα δίκτυα πρόσβασης στο χρήστη, που καλύπτουν σχετικά μικρότερο γεωγραφικό χώρο. 21

22 Σχήμα 1.1: Ιεραρχία δικτύων Τηλεπικοινωνιών Ο πελάτης/συνδρομητής συνδέεται στο ευρύτερο σύστημα κατά άμεσο τρόπο, μέσω των δικτύων πρόσβασης. Ωστόσο, το κόστος εγκατάστασης και συντήρησης των δικτύων πρόσβασης είναι πολύ υψηλό. Έχει υπολογιστεί ότι περίπου το 50% των χρημάτων που επενδύονται στα τηλεπικοινωνιακά δίκτυα αφορά τα δίκτυα πρόσβασης, ενώ η απόσβεση για τον επενδυτή πραγματοποιείται σε μεγάλο βάθος χρόνου, λόγω του αρκετά μεγάλου κόστους ανά χρήστη (1). Στόχος, λοιπόν, των επενδυτών αποτελεί η μείωση του κόστους υλοποίησης των δικτύων πρόσβασης Το προφίλ των τεχνολογιών στην περιοχή πρόσβασης Παρά την άρση του μονοπωλίου στις τηλεπικοινωνιακές αγορές σε αρκετές χώρες, τα δίκτυα πρόσβασης αποτελούν ακόμα ιδιοκτησία των πρώην μονοπωλίων. Γι αυτό το λόγο, οι νέοι πάροχοι προσπαθούν να βρουν μια οικονομικά βιώσιμη λύση προκειμένου να προσφέρουν ιδιόκτητα δίκτυα πρόσβασης. Υπάρχουν δύο εναλλακτικές προοπτικές ως προς την επέκταση των δικτύων πρόσβασης (1): Εγκατάσταση νέων δικτύων Χρήση της ήδη υπάρχουσας υποδομής Η εγκατάσταση νέων δικτύων πρόσβασης είναι η βέλτιστη λύση προκειμένου να υιοθετηθούν οι νέες τηλεπικοινωνιακές τεχνικές, γεγονός που θα δώσει ώθηση σε νέες ελκυστικές υπηρεσίες. Από την άλλη πλευρά, η εγκατάσταση μιας νέας τηλεπικοινωνιακής 22

23 υποδομής είναι οικονομικά ασύμφορη. Επομένως, η χρήση υπαρχουσών εγκαταστάσεων φαίνεται μια ελκυστική προσέγγιση του ζητήματος λόγω χαμηλού κόστους. Είναι προφανής, ωστόσο, η ανάγκη ανανέωσης και ανάπτυξης, προκειμένου να αξιοποιηθεί στο έπακρο κάθε δυνατότητα που μπορεί να προσφερθεί. Όσο η ευρυζωνική επανάσταση συνεχίζεται, ο πλέον αυξημένος ανταγωνισμός στην αγορά των ευρυζωνικών υπηρεσιών πιέζει τους παρόχους να καθορίσουν τις στρατηγικές τους για την παροχή υπηρεσιών triple play, την παροχή, δηλαδή, φωνής, δεδομένων και video σε μία σύνδεση (2). Τα τελευταία χρόνια, όσο το διαδίκτυο και τα εταιρικά δίκτυα αναπτύσσονται, αυξάνονται οι απαιτήσεις για περισσότερο εύρος ζώνης, όπως η ανταλλαγή αρχείων σε συνδέσεις σημείου προς σημείο (Point to Point, PtP) και η τηλεργασία, πιέζοντας για παροχή υψηλότερων ταχυτήτων. Τελευταία, μάλιστα, αυξημένες πιέσεις ασκούνται και από τις υπηρεσίες του video κατά παραγγελία (Video on Demand, VoD) και της τηλεόρασης υψηλής ευκρίνειας (High Definition TV, HDTV), για παροχή περισσότερου εύρους ζώνης, αφού παρά τη δυνατότητα για υψηλότερη συμπίεση, η υψηλής ευκρίνειας τηλεόραση απαιτεί 15 20Mbps ταχύτητα μεταφόρτωσης (2), γεγονός που δημιουργεί μεγάλες προκλήσεις σε πολλές ευρυζωνικές τεχνολογίες. Υπάρχουν πολλές τεχνολογίες που ανταγωνίζονται στην παροχή ευρυζωνικών υπηρεσιών. Ωστόσο, κάθε τεχνολογία έχει τα όρια της όσον αφορά στο εύρος ζώνης, την αξιοπιστία, το κόστος και την κάλυψη. Οι ευρυζωνικές λύσεις μπορούν να ταξινομηθούν σε δύο κατηγορίες: τις τεχνολογίες γραμμών σταθερής τοπολογίας και τις ασύρματες τεχνολογίες. Οι σταθερής τοπολογίας τεχνολογίες χρησιμοποιούν ένα φυσικό δίκτυο που παρέχει μια απευθείας ενσύρματη σύνδεση από το χρήστη στον πάροχο. Ένα καλό παράδειγμα αποτελεί το κλασικό τηλεφωνικό σύστημα (Plain Old Telephone System, POTS) όπου ο χρήστης συνδέεται με τον πάροχο μέσω ενός ζεύγος συνεστραμμένων καλωδίων χαλκού. Οι ασύρματες τεχνολογίες χρησιμοποιούν ραδιοσυχνότητες ή μικροκυματικές συχνότητες για τη σύνδεση του χρήστη με το δίκτυο του παρόχου. Ένα πρωταρχικό παράδειγμα είναι η λειτουργία του κινητού τηλεφώνου Τεχνολογίες Γραμμών Σταθερής Τοπολογίας Οι τεχνολογίες γραμμών σταθερής τοπολογίας βασίζονται στην απευθείας φυσική σύνδεση με τις οικίες ή τις επιχειρήσεις. Πολλές ευρυζωνικές τεχνολογίες, όπως η καλωδιακή τηλεόραση, οι τεχνολογίες xdsl (x Digital Subscriber Line) και η ευρυζωνική τεχνολογία πάνω από τις γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας (Broadband over Powerline, BPL) χρησιμοποιούν μια ήδη υπάρχουσα μορφή σύνδεσης με το χρήστη ως μέσο μετάδοσης. Η 23

24 καλωδιακή τηλεόραση χρησιμοποιεί το υβριδικό οπτικό καλώδιο της καλωδιακής τηλεόρασης, οι xdsl τεχνολογίες χρησιμοποιούν τα συνεστραμμένα καλώδια μετάδοσης φωνής του κοινού τηλεφωνικού συστήματος. Τα BPL συστήματα χρησιμοποιούν τις γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας προκειμένου να μεταδώσουν σήματα ευρείας ζώνης. Εν γένει, και οι τρεις προαναφερθείσες τεχνολογίες αποσκοπούν στο να αποφύγουν τις αναβαθμίσεις του υπάρχοντος δικτύου λόγω των επακόλουθων αυξήσεων των δαπανών. Σε αντίθεση με αυτές τις τρεις τεχνολογίες, το οπτικό δίκτυο μέχρι το σπίτι (Fibber to Home, FTTH) ή το οπτικό δίκτυο «στο πεζοδρόμιο» (Fibber to the Curb, FTTC), απαιτούν την εγκατάσταση νέας (οπτικής) ζεύξης από τοn κύριο τοπικό κόμβο διανομής απευθείας ή κοντά στο συνδρομητή. Επακόλουθα, αν και, ως γνωστόν, η οπτική ίνα μπορεί να παρέχει τις υψηλότερες ταχύτητες/εύρος ζώνης, το κόστος εγκατάστασης τέτοιων δικτύων, μέχρι πρόσφατα, είναι απαγορευτικά υψηλό. Οι τεχνολογίες γραμμών σταθερής τοπολογίας που αξιολογούνται εδώ είναι οι εξής: Υβριδικό Οπτικό Καλώδιο: Καλωδιακή Τηλεόραση & Καλωδιακά modems (Cable TV CaTV, Cable Modems) Ψηφιακή Γραμμή Συνδρομητή (xdsl) Ευρυζωνική μετάδοση μέσω γραμμών μεταφοράς Ισχύος (BPL) Οπτικό Δίκτυο μέχρι το σπίτι/ «πεζοδρόμιο» (FTTH/FTTC) Υβριδικό Οπτικό Καλώδιο: Καλωδιακή Τηλεόραση και Καλωδιακά modems (Cable TV CaTV, Cable Modems) Η ψηφιακή καλωδιακή τηλεόραση μπορεί να προσφέρει αμφίδρομη μετάδοση δεδομένων σε συνδυασμό με τη μετάδοση φωνής και την ψηφιακή τηλεόραση. Μέσω ενός καλωδιακού modem παρέχονται στο χρήστη ταχύτητες πάνω από 30Mbps σε ένα κανάλι 8MHz (6MHz στην Αμερική), με χρήση QAM διαμόρφωσης (2). Το προτεινόμενο HFC πρότυπο, DOCSIS 3.0, είναι ικανό να προσφέρει ταχύτητες της τάξης των 100Mbps ανά κανάλι στο κοντινό μέλλον. Η μετάδοση δεδομένων πάνω από τις καλωδιακές γραμμές έχει το πλεονέκτημα ότι, όπου η φυσική κατάσταση των καλωδίων είναι καλή και υπάρχουν RF ενισχυτές (ή μπορούν να εγκατασταθούν) για αύξηση της εμβέλειας του συστήματος, μπορούν να προσφερθούν στους χρήστες μεγάλες ταχύτητες χωρίς όρια. Ωστόσο, μια ευρυζωνική υπηρεσία, που χρησιμοποιεί την τεχνολογία της καλωδιακής τηλεόρασης, 24

25 βασίζεται σε μια διαμοιραζόμενη αρχιτεκτονική δικτύου (βλέπε Σχήμα 1.2). Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τον περιορισμό του διατιθέμενου φάσματος σε κάθε συνδρομητή, γεγονός που εξαρτάται από το πλήθος αυτών που διαμοιράζονται το φάσμα. Τυπικά, οι παρεχόμενες ταχύτητες είναι της τάξης του 1Mbps στο δίαυλο downstream και 128kbps στο δίαυλο upstream (πιο πρόσφατα 3 5 Mbps είναι διαθέσιμα στο δίαυλο downstream). Ωστόσο, είναι πιθανό περισσότεροι από 1000 χρήστες να χρησιμοποιούν τη ίδια σύνδεση με το σημείο τερματισμού. Επομένως, το διατιθέμενο ανά χρήστη φάσμα μπορεί να είναι σημαντικά λιγότερο εξαιτίας της υπερφόρτωσης του δικτύου. Σχήμα 1.2: Αρχιτεκτονική των δικτύων πρόσβασης της Καλωδιακής Τηλεόρασης Ψηφιακή Γραμμή Συνδρομητή (xdsl) Η DSL τεχνολογία χρησιμοποιεί το υπάρχον τηλεφωνικό δίκτυο, προκειμένου να υλοποιήσει την εγκατάσταση συνδέσεων μετάδοσης υψηλής ταχύτητας. Αυτό επιτυγχάνεται με χρήση του εξοπλισμού της DSL τεχνολογίας, ο οποίος επιτυγχάνει το διαχωρισμό της φωνής και των σημάτων δεδομένων στην τηλεφωνική γραμμή σε τρεις διαφορετικές ζώνες συχνοτήτων. Για παράδειγμα, στην ασύρματη DSL ADSL, οι φωνητικές συνομιλίες πραγματοποιούνται στη ζώνη 0 4kHZ (0 3kHz για την Αμερική), όπως συμβαίνει σε κάθε κλασικό τηλεφωνικό δίκτυο, η ροή upstream πραγματοποιείται στο εύρος ζώνης kHz και η ροή downstream ξεκινά από τα 240kHz και φθάνει μέχρι το 1.1Mbps περίπου. Εξελιγμένες τεχνικές διαμόρφωσης δεδομένων καθιστούν δυνατές ταχύτητες μέχρι και 12Mbps (2). Τα DSL κέντρα πρόσβασης (Digital Subscriber Line Access Multiplexers, DSLAMs) τοποθετούνται στους τοπικούς διανεμητές ή σε κόμβους στα δίκτυα πρόσβασης για να μεταδίδουν και να λαμβάνουν τα δεδομένα. Ωστόσο, οι xdsl τεχνολογίες έχουν το μειονέκτημα της δυσμενούς εξάρτησης της ποιότητας από την απόσταση. Η εξασθένηση 25

26 του μεταδιδόμενου σήματος στα συνεστραμμένα καλώδια είναι μεγαλύτερη στις μεγαλύτερες συχνότητες (3). Επομένως, όσο μεγαλύτερο είναι το μήκος της καλωδίωσης μεταξύ του DSLAM και του συνδρομητή, τόσο πιο χαμηλός είναι ο μέγιστος ρυθμός δεδομένων. Υπάρχουν πολλά είδη τεχνολογιών DSL. Ωστόσο, οι πλέον διαδεδομένες είναι οι ADSL, SDSL (συμμετρικό το κανάλι upstream και downstream Symmetric DSL), VDSL (πολύ υψηλής ταχύτητας DSL Very high bit rate DSL) και η ADSL2+. Πολύ πρόσφατα προστέθηκε και η ADSL2++. Ο Πίνακας 1 δείχνει ότι η ADSL τεχνολογία μπορεί να παρέχει μέγιστες ταχύτητες μεταφόρτωσης (κανάλι downstream) ως 12Mbps και φόρτωσης (κανάλι upstream) ως 640 kbps σε απόσταση περίπου 0.3km. Η μέγιστη απόσταση στην ADSL τεχνολογία είναι τα 5.4km, αλλά σε αυτή την απόσταση οι ταχύτητες μετάδοσης είναι περιορισμένες στα 500kbps (2). Για τις επιχειρήσεις είναι πιθανή η χρήση της Symmetric DSL (SDSL) τεχνολογίας, η οποία επιτρέπει υψηλών ταχυτήτων φορτώσεις και μεταφορτώσεις, αλλά και πάλι η μέγιστη ταχύστητα είναι περίπου 3Mbps. Με την υπηρεσία VoD να απαιτεί 3Mbps και την υψηλής ευκρίνειας ψηφιακή τηλεόραση να απαιτεί περίπου Mbps, είναι φανερό ότι ούτε η ADSL ούτε η SDSL τεχνολογία είναι σε θέση να ανταποκριθούν σε τέτοιες προκλήσεις. Ωστόσο, η VDSL τεχνολογία και η πρόσφατα εισαχθείσα τεχνολογία ADSL2+, μπορούν να προσφέρουν αρκετά υψηλές ταχύτητες, ικανοποιώντας τη ζήτηση για υπηρεσίες video. Η VDSL μπορεί να παρέχει μέχρι και 52Mbps, αλλά μόνο σε κοντινές αποστάσεις. Επομένως, καθίσταται απαραίτητη η αναδιάρθρωση των DSLAMs προκειμένου να μειωθούν οι αποστάσεις από το συνδρομητή. Αυτό, ωστόσο, έχει σημαντικό κόστος και έτσι η εξάπλωση αυτής της τεχνολογίας είναι περιορισμένη. Οι τελευταίες τεχνολογίες της οικογένειας DSL είναι οι ADSL2+ και ADSL2++. Η ADSL2++ είναι ακόμα σε πρώιμο στάδιο και δεν έχει ακόμα προτυποποιηθεί. Η ADSL2+, ωστόσο, είναι ήδη προτυποποιημένη και επιτρέπει τη μετάδοση δεδομένων με ικανοποιητικές ταχύτητες για ορισμένες υπηρεσίες video σε μεγαλύτερες αποστάσεις, σε σχέση με τη VDSL τεχνολογία, χωρίς ανάγκη αναδιάρθρωσης των DSLAMs. Καθίσταται, λοιπόν, μια αρκετά υποσχόμενη τεχνολογία, βελτιώνοντας τις επιδόσεις της ADSL. 26

27 xdsl Μέγιστη Χωρητικότητα Upstream Μέγιστη Χωρητικότητα Downstream Μέγιστη Απόσταση Μέγιστη Χωρητικότητα Downstream για τη Μέγιστη απόσταση Φάσμα Συχνοτήτων ADSL 640kbps 12Mbps (0.3km) 5.4 km 1.5 Mbps Μέχρι 1.1 MHz SDSL 3Mbps 3Mbps 2.7 km 2 Mbps Μέχρι 1.1 MHz ADSL2+ 1Mbps 26Mbps(0.3km) 3.6 km 4 Mbps Μέχρι 2.2 MHz VDSL 16Mbps 52Mbps(0.3km) 1.3 km 13 Mbps Μέχρι 12 MHz Πίνακας 1: Χαρακτηριστικά των xdsl συστημάτων Οι χρήστες που χρησιμοποιούν τα DSL δίκτυα πρόσβασης, συνδέονται σε ένα κεντρικό συνδετικό κόμβο με τοπολογία αστέρα, η οποία επιτρέπει σε κάθε DSL συνδρομητή να κάνει εξ ολοκλήρου χρήση των ταχυτήτων (1). Οι κεντρικοί αυτοί κόμβοι συνδέονται με το μητροπολιτικό δίκτυο μέσω του δικτύου διανομής χρησιμοποιώντας οπτικό δίκτυο μετάδοσης. Σχήμα 1.3: Δομή του DSL δικτύου πρόσβασης Ευρυζωνικότητα μέσω Δικτύων Παροχής Ηλεκτρικής Ενέργειας (BPL) Μια εναλλακτική λύση για την υλοποίηση των δικτύων πρόσβασης προσφέρεται από την PLC (PowerLine Communications) τεχνολογία. Η ευρυζωνική PLC τεχνολογία (Broadband Powerline Communications, BPL) επιτρέπει τη μετάδοση δεδομένων πάνω από τις υπάρχουσες γραμμές ηλεκτρικής ενέργειας. Η BPL τεχνολογία χρησιμοποιεί τις γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας για παροχή πληθώρας τηλεπικοινωνιακών υπηρεσιών, όπως γρήγορο internet, φωνή πάνω από το πρωτόκολλο IP (VoIP), video κατά παραγγελία (VoD) και άλλες ευρυζωνικές αλλά και στενής ζώνης υπηρεσίες. Κατ αυτόν τον τρόπο, η 27

28 υλοποίηση των BPL δικτύων δεν απαιτεί την εγκατάσταση νέων τηλεπικοινωνιακών μέσων μετάδοσης (τηλεπικοινωνιακή καλωδίωση), λόγω της υπάρχουσας ηλεκτρικής εγκατάστασης. Το κύριο κίνητρο για τη χρήση των BPL δικτύων είναι η μείωση της δαπάνης εγκατάστασης νέων τηλεπικοινωνιακών δικτύων (1). Τα ήδη υπάρχοντα δίκτυα υψηλής και μέσης τάσης μπορούν να γεφυρώσουν τις αποστάσεις προκειμένου να αποφευχθούν νέες καλωδιακές εγκαταστάσεις. Τα δίκτυα χαμηλής τάσης (ΧΤ) είναι διαθέσιμα παγκοσμίως, προς όλες τις οικιακές παροχές, και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την υλοποίηση των δικτύων πρόσβασης. Εξαλείφεται, έτσι, το κόστος του γνωστού τοπικού βρόχου για την τελική πρόσβαση στο χρήστη (last mile access). Η BPL τεχνολογία μπορεί, επίσης, να χρησιμοποιηθεί και στο εσωτερικό κτιρίων και κατοικιών, όπου χρησιμοποιούνται για την υλοποίηση των εσωτερικού χώρου PLC δικτύων οι εσωτερικές ηλεκτρικές εγκαταστάσεις. Η τεχνολογία BPL δεν φαίνεται, προς το παρόν, να αποδίδει στη ΧΤ. Απαιτείται ένα μεγάλο επενδυτικό κεφάλαιο, προκειμένου να αναβαθμιστεί το υπάρχον δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας για να παρασχεθούν υψηλές ταχύτητες και αξιόπιστες ευρυζωνικές υπηρεσίες FTTH (Fiber to the Home) / FTTC (Fiber to the Curb) Ο FTTx είναι ένας γενικός όρος που περιγράφει τις τεχνολογίες που φέρουν τις οπτικές ίνες κοντά στον τελικό χρήστη. Ωστόσο, δεν φέρουν όλες οι λύσεις που υπάρχουν σε επίπεδο πρόσβασης τις οπτικές ίνες ακριβώς στον χρήστη. Κάποιες τεχνολογίες στην περιοχή πρόσβασης που βασίζονται στις οπτικές ίνες, όπως η VDSL, φέρουν τις οπτικές ίνες από το τοπικό κέντρο διανομής μέχρι τον κόμβο του δικτύου πρόσβασης (όπου ο εξοπλισμός εσωκλείεται σε υπέργειες θαλάμους, μετατρέποντας τα σήματα από οπτικά σε ηλεκτρονικά) αφήνοντας το τελευταίο βήμα για τη μετάδοση προς το χρήστη, στο συνεστραμμένο ζεύγος αγωγών χαλκού. Αυτό το επίπεδο παροχής οπτικών ινών ονομάζεται FFTC (Fiber to the Curb) ή FFTN (Fiber to the Node). Άλλες αρχιτεκτονικές είναι οι FFTB (Fiber to the Building) και FTTP (Fiber to the premises). Η FTTH (Fiber to the Home) είναι η μεγαλύτερης αξίας τεχνολογία, κατά την οποία οι οπτικές ίνες προσεγγίζουν το χρήστη στη μικρότερη δυνατή απόσταση, όπου ο κάθε ένας μπορεί να συνδεθεί με μια ίνα. Οι πλέον διαδεδομένες FTTH τεχνολογίες είναι δύο, η PON (Passive Optical Network) και η AOEN (All Optical Ethernet Network). Προτυποποίηση υπάρχει και για τις δύο τεχνολογίες, όπως και πάροχοι, παρέχοντας είτε ATM (Asynchronous Transfer Mode) είτε IP/Ethernet δίκτυα μετάδοσης σε κάθε αρχιτεκτονικό τύπο. 28

29 Τα σύγχρονα Ethernet PON (EPON) δίκτυα μπορούν να λειτουργούν με ταχύτητες πάνω από 1Gbps σε αποστάσεις πάνω από 20km. Αυτό αντιστοιχεί σε αρκετά μεγαλύτερη απολαβή εύρους ζώνης από αυτή της τεχνολογίας ADSL2+ στο 1km Ασύρματες Τεχνολογίες Στη γενική περίπτωση, η ασύρματη ευρυζωνικότητα αναφέρεται σε τεχνολογίες που χρησιμοποιούν συνδέσεις point to point (PP) ή point to multipoint (PMP) σε διάφορες συχνότητες, μεταξύ των GHz, φθάνοντας μέχρι τον τελικό χρήστη. Υπάρχει ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων στο οποίο λειτουργούν ασύρματες ευρυζωνικές τεχνολογίες μπορούν να λειτουργούν, με διαφοροποίηση επιλογή όσον αφορά στις αδειοδοτημένες ή στις χωρίς ανάγκη αδειοδότησης ζώνες. Γενικότερα, οι υψηλότερες συχνότητες ευνοούνται σε σχέση με τις χαμηλές συχνότητες, καθώς διαθέτουν περισσότερο φάσμα και χρήσιμοποιούν μικρότερες κεραίες, διευκολύνοντας την εγκατάσταση. Τα περισσότερα συστήματα χρησιμοποιούν τις συχνότητες πάνω από τα 10GHz, οι οποίες, όμως, επηρεάζονται δυσμενώς από τις καιρικές συνθήκες (π.χ. βροχές, χιονοπτώσεις, νεφώσεις) και υποφέρουν από πρόσθετες διαλείψεις. Οι ασύρματες τεχνολογίες χωρίζονται σε αυτές που διαθέτουν οπτική επαφή (Line of Sight, LOS) και αυτές που δεν διαθέτουν οπτική επαφή (Non Line of Sight, NLOS). Οι σημείου προς σημείο μικροκυματικές τεχνολογίες, η LMDS (Local Multipoint Distribution System) τεχνολογία, η FSO (Free Space Optics) και οι ευρυζωνικοί δορυφόροι προϋποθέτουν μετάδοση LOS για αξιόπιστη λειτουργία, ενώ οι κυψελωτές τεχνολογίες όπως η GSM, CDMA, 3G, WiFi, WiMax και οι σταθερής τοπολογίας ασύρματες ευρυζωνικές τεχνολογίες όπως το MMDS (Multipoint Multichannel Distribution System) δεν απαιτούν οπτικής επαφή μετάδοση του σήματος μέχρι το χρήστη (NLOS). Οι NLOS τεχνολογίες παρέχουν αρκετά πλεονεκτήματα ως προς την ευκολία χρήσης τους και την ευρύτερη κάλυψη. Στην παράγραφο αυτή θα συζητηθούν οι ακόλουθες ασύρματες τεχνολογίες : Μικροκυματικές Συνδέσεις MMDS (Multipoint Multichannel Distribution Service) LMDS (Local Multipoint Distribution Service) FSO (Free Space Optics) Wi Fi (Wireless Fidelity) 29

30 WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) Δορυφορικά Συστήματα DBS (Direct Broadcast Satellite) 3G Mobile (Τρίτη Γενιά Κινητών Δικτύων) Μικροκυματικές Συνδέσεις Οι μικροκυματικές συνδέσεις είναι οι εκπρόσωποι των σταθερής τοπολογίας ασύρματων ευρυζωνικών συστημάτων και βρίσκονται σε εφαρμογή πριν αρχίσει να χρησιμοποιείται ο όρος ασύρματη ευρυζωνικότητα. Είναι η LOS μέθοδος ασύρματης μετάδοσης σημείου προς σημείο, με ταχύτητα μέχρι και 155Mbps, σε απόσταση μέχρι τα 5km. Η εγκατάσταση μιας τέτοιας τεχνολογίας είναι απλή και οικονομική. Ωστόσο, τα μικροκυματικά δίκτυα εγκλωβίζονται από τους χαμηλούς ρυθμούς δεδομένων που παρέχονται. Η αύξηση της χωρητικότητας του συστήματος μπορεί να επιτευχθεί με εγκατάσταση ολοένα και περισσότερων σταθμών μικροκυματικών δικτύων, γεγονός που ενδεχομένως οδηγεί σε αύξηση του συνολικού κόστος λόγω της ανάγκης αυξημένου ελέγχου στις εγκαταστάσεις MMDS (Multipoint Multichannel Distribution Service) Η MMDS τεχνολογία επιτρέπει την ύπαρξη κεραιών ανά τομέα τοποθετημένων στον επίγειο σταθμό βάσης, οι οποίες εκπέμπουν σε πολλαπλές διευθύνσεις, σε ένα εύρος γωνίας από 60 ως 90. Με αυτό τον τρόπο επιτυγχάνεται ευρύτερη κάλυψη μειώνοντας το κόστος ανά ζεύξη. Η MMDS τεχνολογία χρησιμοποιεί την αρχιτεκτονική σημείου προς πολλαπλά σημεία PMP, προκειμένου να παραδώσει τηλεοπτικά σήματα και πιο πρόσφατα, δεδομένα τηλεφώνου/φαξ. Η MMDS τεχνολογία υπάρχει από την δεκαετία του 70. Χρησιμοποιεί τις συχνότητες του χαμηλότερου στρώματος των εξαιρετικά υψηλών συχνοτήτων UHF του ραδιοφωνικού φάσματος (2.1GHz 2.7GHz). Οι σταθμοί βάσης τοποθετούνται σε μια υψηλή θέση στην περιοχή κάλυψης. Κάθε συνδρομητής λαμβάνει τα MMDS σήματα μέσω ενός δέκτη τοποθετημένου σε οπτική επαφή με τους σταθμούς βάσης. Η εμβέλεια μπορεί να φθάσει και τα 100km σε επίπεδη επιφάνεια, αλλά σε λοφώδεις περιοχές μειώνεται. Πλεονεκτήματα αποτελούν το ότι δεν υπάρχουν παρεμβολές και το ότι, λόγω των χαμηλών συχνοτήτων, δεν υπάρχουν επιπτώσεις από τη βροχή, την ομίχλη και το χιόνι LMDS (Local Multipoint Distribution Service) Όπως και η τεχνολογία MMDS, η LMDS χρησιμοποιεί μια κεραία τομέα στον σταθμό βάσης για να μεταδώσει δεδομένα σε μια σύνδεση σημείου προς σημείο, στην περιοχή κάλυψης. Λειτουργώντας στις υψηλότερες UHF ραδιοσυχνότητες ( GHZ), το LMDS μπορεί να 30

31 προσφέρει περισσότερο εύρος ζώνης, με περιορισμένη, όμως, ακτίνα κάλυψης, η οποία προσεγγίζει τα 8km περίπου. Στην Αμερική, το LMDS εντοπίζεται στις συχνότητες 27.5 με 29.5 GHz και χρησιμοποιείται για την παροχή τηλεοπτικών υπηρεσιών, με κάθε κανάλι να χρησιμοποιεί 20MHz του εύρους ζώνης. Το LMDS μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί και για την αμφίδρομη παροχή υπηρεσιών φωνής, δεδομένων, video και διαδικτύου. Κάθε LMDS κανάλι είναι σε θέση να δώσει στο κανάλι downstream ταχύτητες της τάξης των 45Mbps (με ένα άνω όριο της τάξης των 155Mbps), απαιτώντας, βέβαια, οπτική επαφή (LOS) μεταξύ του σταθμού βάσης και του χρήστη. Όπως και το MMDS, έτσι και το LMDS προσφέρει μια πιο οικονομική λύση για μια ευρεία περιοχή κάλυψης, σε σχέση με τις σημείου προς σημείο μικροκυματικές ζεύξεις. Ωστόσο, το LMDS εξαρτάται από την απόσταση, περιοριζόμενο από αυτή και από το διαθέσιμο εύρος ζώνης FSO (Free Space Optics) Ένα FSO σύστημα εκμεταλλεύεται τις πηγές υπέρυθρης ακτινοβολίας ή λέιζερ για να παρέχει ρυθμούς μετάδοσης δεδομένων μεταξύ των 10Mbps και 1.25Gbps σε απόσταση μέχρι 4km. Η οπτική επαφή (LOS) είναι απαραίτητη στα συστήματα FSO, τα οποία λειτουργούν σε συχνότητες της τάξης THz (TerraHerz) στο RF φάσμα. Τα κύρια πλεονεκτήματα των FSO συστημάτων είναι το χαμηλό κόστος εγκατάστασης και η έλλειψη απαίτησης αδειοδότησης χρήσης του φάσματος, καθώς τα FSO συστήματα χρησιμοποιούν υπέρυθρη ακτινοβολία και όχι RF. Ωστόσο, τα συστήματα αυτά δεν είναι οικονομικώς αποδοτικά στην περιοχή κάλυψής τους, εξαιτίας της PTP φύσης των συνδέσεων που απαιτούν. Επιπρόσθετα, τα FSO είναι επιρρεπή στα καιρικά φαινόμενα, λόγω της λειτουργίας τους σε υψηλές συχνότητες. Είναι, λοιπόν, χρήσιμα κυρίως στις ιδιωτικές εφαρμογ ές WiFi (Wireless Fidelity) Το WiFi αποτελεί τοπική προσαρμογή του MMDS και δεν απαιτεί οπτική επαφή. Βασισμένο στα πρότυπα IEEE x και μεταδίδοντας στο ελεύθερο αδειοδότησης φάσμα των 2.4GH, το WiFi λειτουργεί στις χαμηλές συχνότητες της ζώνης των UHF, σε ζεύξη PMP. Η μετάδοση των σημάτων σε αυτές τις συχνότητες επιτρέπει στους WiFi μεταδότες την λειτουργία υπό χαμηλά επίπεδα ισχύος. Επιτυγχάνουν εμβέλεια της τάξης των 30m σε εσωτερικούς χώρους και μέχρι 450m σε εξωτερικούς χώρους. Η κύρια εφαρμογή των WiFi συστημάτων είναι η παροχή τοπικών ασύρματων ζεύξεων προς τις συσκευές των τελικών χρηστών (π.χ. υπολογιστές, τηλέφωνα υπηρεσία VoIP, κ.α.), στο χώρο των χρηστών. Τα τελευταία προϊόντα WiFi επιτυγχάνουν ταχύτητες μέχρι 54Mbps και λογισμικό 31

32 κρυπτογράφησης για υποστήριξη της ασφάλειας. Τα σημεία εκπομπής WiFi (hotspots) βρίσκονται σε δημόσιους χώρους όπως εστιατόρια, αεροδρόμια, κ.α.. Μέχρι στιγμής, ωστόσο, τα 54Mbps ανά κανάλι περιορίζουν τους ρυθμούς μετάδοσης των τελικών χρηστών στο 1Mb ps WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) Το Wimax είναι μια τελευταία ασύρματη τεχνολογία, που σχεδιάστηκε για να παρέχει συνδεσιμότητα τύπου WiFi σε μεγαλύτερη εμβέλεια. Αυτό την καθιστά κατά αυτό τον τρόπο ως μια ανταγωνιστική ευρυζωνική τεχνολογία ασύρματη πρόσβασης. Επισημαίνεται ότι υπάρχουν δύο τύποι WiMax: οπτικής επαφής (LOS) WiMax και μη οπτικής επαφής (NLOS) WiMax. Τα LOS συστήματα χρησιμοποιούν συνδέσεις PTP, ενώ τα NLOS συνδέσεις PMP. Το WiMax βασίζεται στα πρότυπα ΙΕΕΕ , ενώ οι τελευταίες τροποποιήσεις έχουν κιόλας προτυποποιηθεί. Τα συστήματα WiMax αποσκοπούν στην προσφορά σταθερής τοπολογίας, νομαδική, φορητή και τελικά κινητή ασύρματη ευρυζωνική συνδεσιμότητα μέσω κεραιών τομέα, χωρίς την ανάγκη οπτικής επαφής. Τα κινητά δίκτυα αποσκοπούν στην παροχή ταχυτήτων μέχρι 15Mbps μέσα σε μια τυπική ακτίνα κυψέλης 3km. Ωστόσο, το τελικό διατιθέμενο φάσμα ανά χρήστη είναι μικρότερο από τα 15Mbps, καθώς μειώ νεται όσο αυξάνεται το πλήθος των συνδρομητών DBS (Direct Broadcast Satellite) Η DBS τεχνολογία παρέχει αμφίδρομη, υψηλής ταχύτητας μετάδοση δεδομένων. Με αυτή την τεχνολογία γίνεται χρήση γεωστατικών δορυφόρων, με λειτουργία στη ζώνη συχνοτήτων Ku με συχνότητα λειτουργίας καθόδου τα 12GHz και ανόδου τα 14GHz. Η αρχιτεκτονική αυτού του συστήματος βασίζεται στη λήψη από το δορυφορικό αναμεταδότη των δεδομένων και των σημάτων video που αποστέλλει ο επίγειος σταθμός και στην επαναμετάδοση αυτών σε μια ευρεία περιοχή στοχευμένων χρηστών. Οι ταχύτητες μετάδοσης κυμαίνονται μεταξύ 16kbps και 155Mbps, ενώ το μεγαλύτερο μειονέκτημα είναι η απόσταση των δορυφόρων (36000km) που εισάγει καθυστέρηση 250ms ανά διαδρομή στο σύστημα. Για τις περισσότερες ευρυζωνικές υπηρεσίες η καθυστέρηση αυτή είναι απαγορευτική. Η χρήση των δορυφόρων χαμηλής τροχιάς (με τροχιά στα 1000km) μειώνει τις καθυστερήσεις στα 50ms, αλλά τέτοια συστήματα δεν είναι ακόμα διαθέσιμα. Όπως και όλα τα συστήματα που λειτουργούν στις ραδιοσυχνότητες, έτσι και τα δορυφορικά συστήματα περιορίζονται από τη χωρητικότητα. 32

33 Συστήματα κινητής τηλεφωνίας: Δεύτερης 2G και Τρίτης Γενιάς 3G Δίκτυα Η τεχνολογία UMTS (Universal Mobile Telecommunications Services), γνωστή και ως 3G, είναι η επόμενη γενιά των συστημάτων κινητής τηλεφωνίας υψηλών ταχυτήτων και προέρχεται από την εξέλιξη των καθιερωμένων συστημάτων 2G και 2.5G, τα οποία βασίζονται στην τεχνολογία GSM (Global System for Mobile). Με την είσοδο της GPRS τεχνολογίας, τα κινητά τερματικά απέκτησαν τη δυνατότητα μετάδοσης δεδομένων και σύνδεσης στο διαδίκτυο. Κατ αυτόν τον τρόπο, προέκυψε ένας προπομπός στην ευρυζωνική λύση. Τα κινητά δίκτυα παρέχουν ένα μεγάλο αριθμό από κυψέλες καλύπτοντας μια ευρεία γεωγραφική περιοχή και διασφαλίζοντας τη σχεδόν μόνιμη σύνδεση των χρηστών. Ένα συγκεκριμένο φάσμα συχνοτήτων ανατίθεται σε κάθε κυψέλη προκειμένου να επιτευχθεί η επικοινωνία των κινητών χρηστών/τερματικών με τον εκάστοτε σταθμό βάσης. Διαφορετικές συχνότητες ανατίθενται στις γειτονικές κυψέλες, έτσι ώστε να αποφεύγονται οι παρεμβολές. Σχήμα 1.4: Δομή του ασύρματου κινητού δικτύου Τα κλασικά ψηφιακά συστήματα GSM και τα κινητά τερματικά της δεύτερης γενιάς που βασίζονται στην τεχνολογία αυτή προσφέρουν μετάδοση φωνής και χαμηλές ταχύτητες μετάδοσης δεδομένων. Τα δίκτυα GSM βασίζονται στη μεταγωγή κυκλώματος και χρησιμοποιούν συνδυασμό της TDMA (Time Division Multiplexing Access) και της FDMA (Frequency Division Multiple Access) πολλαπλής πρόσβασης για να προσφέρει ταχύτητες μετάδοσης δεδομένων μέχρι 14.4 kbps. Μια πλέον προηγμένη τεχνολογία πρόσβασης είναι η CDMA (Code Division Multiple Access), αλλά δεν υιοθετήθηκε από τα GSM συστήματα. Η GPRS (General Packet Radio Service) είναι μια πρόσθετη τεχνολογία η οποία εφαρμόσθηκε πάνω από την GSM τεχνολογία για να επιτύχει υψηλότερες ταχύτητες 33

34 μετάδοσης (μέχρι 170kbps) και μετάδοση μεγαλύτερων αρχείων δεδομένων. Η τεχνολογία αυτή υιοθετεί ένα τρόπο λειτουργίας βασισμένο στη μετάδοση πακέτων, χρησιμοποιώντας, όμως, την υπάρχουσα τεχνολογία GSM, η οποία βασίζεται στη μεταγωγή κυκλώματος. Η GPRS εισάγει στα κινητά δίκτυα μια τεχνολογία βασισμένη στη μεταγωγή πακέτου και στο πρωτόκολλο IP, όντας μια μεταβατική διαδικασία για την προσέγγιση της 3G τεχνολογίας. Μέσω των GPRS συστημάτων επιτυγχάνεται η συνεχής σύνδεση του χρήστη με το διαδίκτυο, η αποστολή e mails με μεγάλα αρχεία επισύναψης, επίσκεψη σελίδων του διαδικτύου χρησιμοποιώντας το πρωτόκολλο WAP (Wireless Access Protocol) και πρόσβαση στα τοπικά δίκτυα LAN. Για πολλούς διαχειριστές η εξέλιξη των συστημάτων GSM GPRS είναι η 3G τεχνολογία. Ωστόσο, η GSM τεχνολογία προάγει μια ασφαλέστερη μετάβαση, προωθώντας την τεχνολογία EDGE (Enhanced Data for Global Evolution). Όπως και το GSM σύστημα, έτσι και το EDGE κάνει χρήση του συνδυασμού των τεχνικών πρόσβασης FDMA και TDMA, όπως και της 8 PSK (Phase Shift Keying) διαμόρφωσης, επιτυγχάνοντας ταχύτητες μετάδοσης δεδομένων της τάξης των 384kbps. Μέσω της 3G τεχνολογίας, ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να απολαμβάνει υψηλής ταχύτητας πρόσβαση στο διαδίκτυο, συνεδριάσεις μέσω video, μέχρι και βασικό video και υπηρεσίες τηλεόρασης. Η 3G τεχνολογία χρησιμοποιεί δύο νέες τεχνικές πρόσβασης, την CDMA και W CDMA. Η πρώτη υπερτερεί αρκετά των TDMA και FDMA, ενώ η δεύτερη αποτελεί βελτίωση του συστήματος GSM. Παρά το γεγονός της προσφοράς των 2Mbps στην ευρείας ζώνης μετάδοση δεδομένων, το διατιθέμενο εύρος ζώνης δεν είναι αρκετό ώστε να θεωρηθεί η τεχνολογία 3G ως ηγέτης στις ευρυζωνικές τεχνολογίες πρόσβασης Σύγκριση των ευρυζωνικών τεχνολογιών πρόσβασης Συνοψίζοντας τις ανωτέρω τεχνολογίες, παρατίθεται στη συνέχεια συγκεντρωτικός πίνακας, ο οποίος αναφέρει τις επικρατούσες τεχνολογίες πρόσβασης. Τεχνολογίες τις οποίες καλείται να ανταγωνιστεί η PLC τεχνολογία. 34

35 Τεχνολογία Διατιθέμενο Φάσμα Συχνοτήτων Διαμοιραζόμενο Φάσμα Χωρητικότητα Μέγιστη Ακτίνα Εμβέλειας Πλεονεκτήματα Περιορισμοί Cable TV HFC (Καλώδιο) ΜHz (Τυπικά 7 550MHz), 6 MHz ανά κανάλι Ναι (Μέχρι 1000 χρήστες) 40Mbps ανά κανάλι, με βελτίωση στα 50Mbps. Προτεινόμενο φάσμα ανά χρήστη Mbps Εγκαθίστανται ενισχυτές για να επεκτείνουν την ακτίνα εμβέλειας Χρησιμοποιεί την υπάρχουσα υποδομή της καλωδιακής τηλεόρασης Περιορισμένο εύρος ζώνης ανά κανάλι, το εύρος ζώνης διαμοιράζεται ανάμεσα σε πολλούς χρήστες, ασύμμετροχαμηλοί ρυθμοί καναλιού ανόδου ADSL Μέχρι 1.1MHz Όχι 0.3km 2.7km 3.6km 4.8km 5.4km Max: 5.4km Χρησιμοποιείται το κλασικό δίκτυο τηλεφωνίας Περιορισμένο εύρος ζώνης το οποίο είναι ευαίσθητο στην απόσταση, ασύμμετρο κανάλι ανόδου με χαμηλές ταχύτητες VDSL Μέχρι 1.1MHz Όχι 0.3km 0.9km 1.3km Max: 1.3km (από τον κόμβο) Χρησιμοποιείται κυρίως το κλασικό δίκτυο τηλεφωνίας Περιορισμένη εμβέλεια χρειάζεται εγκαταστάσεις οπτικού δικτύου το εύρος ζώνης είναι ευαίσθητο στις αποστάσεις ADSL2+ Μέχρι 2.2MHz Όχι 0.3km 1.5km 2.7km Max: 2.7km Χρησιμοποιείται το κλασικό δίκτυο τηλεφωνίας Το εύρος ζώνης είναι ευαίσθητο στις αποστάσεις BPL 1 30MHz (προς το παρόν) Ναι (στο φυσικό στρώμα) Max:200Mbps ανά κλάδο γραμμής 1 3km από κεραία εκπομπής Χρησιμοποιεί τις υπάρχουσες υποδομές δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας Ακριβές αναβαθμίσεις των ηλεκτρικών δικτύων, παρεμβολές σε ερασιτέχνες χρήστες ραδιοσυχνοτήτων FTTH THz PON: Ναι P2P: Όχι Μέχρι 1Gbps ανά κανάλι ανά οπτική ίνα 20km Απεριόριστο φάσμα Ακριβές εγκαταστάσεις οπτικών ινών Πίνακας 2: Σύγκριση των ευρυζωνικών τεχνολογιών πρόσβασης σταθερής τοπολογίας 35

36 Τεχνολογία Μικροκυματικές Ζεύξεις LMDS Διατιθέμεν ο Φάσμα Συχνοτήτω ν 2,,4,6, GHz > 40GHz, UHF (αδειοδοτημένο) 26 31GHz (αδειοδοτημένο) Διαμοιραζόμε νο Φάσμα Ναι Ναι Χωρητικότητα Μέχρι 155Mbps ανά ζεύξη Μέχρι 155Mbps ανά σταθμό βάσης MMDS GHz Ναι Μέχρι 10Mbps ανά σταθμό βάσης 3G (WCDMA, CDMA2000) FSO WiFi Τυπικό WiMax GHz GHz (αδειοδοτημένο) Υπέρυθρες, THz περιοχή του RF φάσματος (μη αδειοδοτημένο) GHz (μη αδειοδοτημένα εύρη ζώνης ISM, ISM: βιομηχανία, επιστήμη, ιατρική) 3.5GHz Ναι Όχι Ναι Ναι Μέχρι 10Mbps ανά κινητό συνδρομητή Μέχρι 2.5Gbps ανά ζεύξη 11, 54Mbps ανά κανάλι ανά οπτική ίνα Mbps για το κανάλι downstream ανά CPE (εγκατάσταση χρήστη) Mbps για το κανάλι upstream ανά CPE Μέγιστη Ακτίνα Εμβέλειας 5km 4km 50km Περιοχή κάλυψης του φιλοξενούν τος δικτύου 4km Μέχρι 100m LOS: 10 16km NLOS: 1 2km Πλεονεκτήμα τα Γρήγορη εγκατάσταση Σημείου προς πολλαπλά σημεία, πολύ μεγάλη χωρητικότητα Σημείου προς πολλαπλά σημεία, όχι οπτική επαφή, μεγάλη εμβέλεια Κινητά τερματικά, δράση σε υπάρχουσα κινητή υποδομή Χαμηλό κόστος εγκατάστασης, μη αδειοδοτημένο φάσμα Ethernet, προτυποποιημέ να πρωτόκολλα a/b/g/n NLOS, προτυποποιείται (εκτός από την πρώτη έκδοση ) Περιορισμοί LOS, σημείου προς σημείο LOS, όχι προτυποποιημένο Χαμηλή χωρητικότητα, όχι προτυποποιημένο Ακριβό φάσμα, περιορισμένες εφαρμογές LOS, ευαίσθητο στις καιρικές συνθήκες Για εφαρμογές τοπικών δικτύων μόνο(lan), προβλήματα ασφαλείας Πρακτικά ο ρυθμός είναι 2Mbps ανά χρήστη. Μέγιστο μέγεθος κυψέλης NLOS 1 2km WiMax (πλήρων χαρακτηριστ ικών) Δορυφόρος 3.5GHz Ku,Ka,C,Lκαι S ζώνη, , , , , 20 30GHz (αδειοδοτημένο) Ναι Ναι Mbps για το κανάλι downstream ανά CPE (εγκατάσταση χρήστη) Mbps για το κανάλι upstream ανά CPE στα όρια της κυψέλης Μέχρι 155Mbps ανά ζεύξη downstream LOS: 30 50km NLOS: 3 8km Μεγάλη περιοχή κάλυψης μέχρι km NLOS, προτυποποιείται (εκτός από την πρώτη έκδοση ) Μεγάλη περιοχή κάλυψης, ιδανική για πολλαπλές εκπομπές Πρακτικά ο ρυθμός είναι 2Mbps ανά χρήστη. Μέγιστο μέγεθος κυψέλης NLOS 1 2km Ακριβή στην εγκατάσταση, περιορισμένη χωρητικότητα ανά χρήστη Πίνακας 3: Σύγκριση των ευρυζωνικών τεχνολογιών πρόσβασης ασύρματης λειτουργίας 36

37 1.2 Η τεχνολογία PLC Η τεχνολογία PLC αναφέρεται στη χρήση των δικτύων μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας για τηλεπικοινωνιακούς σκοπούς. Σε αυτή την περίπτωση, τα δίκτυα μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιούνται επιπλέον του κύριου σκοπού τους και ως μέσο μετάδοσης τηλεπικοινωνιακών σημάτων. Οι χρήστες του δικτύου χρησιμοποιούν τηλεπικοινωνιακές υπηρεσίες με υψηλές απαιτήσεις σε ρυθμούς μετάδοσης δεδομένων και ποιότητα υπηρεσιών (QoS, Quality of Service). Τα εγκατεστημένα στο δίκτυο πρόσβασης PLC συστήματα που εξυπηρετούν τηλεπικοινωνιακή κίνηση με τις υψηλότερες απαιτήσεις σε ποιότητα υπηρεσιών ονομάζονται ευρείας ζώνης PLC δίκτυα πρόσβασης ή αλλιώς BPL δίκτυα. Ένα PLC δίκτυο απαρτίζεται από τα ακόλουθα μέρη (4): Εσωτερικού Χώρου Δίκτυα/ Δίκτυα Πρόσβασης Το σύνολο των εξοπλισμών και των υποδομών που καθιστούν εφικτή την επικοινωνία μεταξύ των υποσταθμών και των χρηστών, πάνω από το δίκτυο ΜΤ. Το Δίκτυο Διανομής Το σύνολο των υποσταθμών μετατροπής (ΜΤ/ΧΤ) που συνδέονται μεταξύ τους μέσω γραμμών μεταφοράς ΜΤ, δημιουργώντας ένα δακτύλιο PLC. Όλο το φορτίο δεδομένων από κάθε δακτύλιο PLC ΜΤ συγκεντρώνεται σε ένα υποσταθμό ΜΤ ή ΧΤ ή σε ένα ηλεκτρικό υποσταθμό ΥΤ ή ΜΤ που συνδέεται με το δίκτυο κορμού. Το Δίκτυο Κορμού Το σύνολο των εξοπλισμών και των υποδομών τα οποία καθιστούν εφικτή την επικοινωνία μεταξύ των δακτυλίων PLC και των παρόχων. Επιπρόσθετα, το δίκτυο κορμού παρέχει υπηρεσίες δικτύου που εγγυώνται αξιόπιστη, ασφαλή και ελεγχόμενη επικοινωνία. Ο Πάροχος (ISP) Ο εκάστοτε τηλεπικοινωνιακός πάροχος. Όλα τα ανωτέρω παρουσιάζονται στο Σχήμα 1.5 (4). 37