ΣΧΕ ΙΑΣΗ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΤΗ ΓΙΑ ΠΑΘΗΤΙΚΑ ΟΠΤΙΚΑ ΙΚΤΥΑ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥ ΩΝ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΣΧΕ ΙΑΣΗ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΤΗ ΓΙΑ ΠΑΘΗΤΙΚΑ ΟΠΤΙΚΑ ΙΚΤΥΑ ιπλωµατική Εργασία του/της ΠΑΠΑΖΟΓΛΟΥ ΧΡΥΣΟΥΛΑ (ΑΕΜ: 361) Εξεταστική Επιτροπή Επιβλέπων: Παπαδηµητρίου Γεώργιος, Αναπληρωτής Καθηγητής Μέλη: Ποµπόρτσης Ανδρέας, Καθηγητής Νικοπολιτίδης Πέτρος, Επίκουρος Καθηγητής ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΣ i-

2 Πρόλογος Η παρούσα εργασία εκπονήθηκε το χειµερινό εξάµηνο του ακαδηµαϊκού έτους στα πλαίσια των υποχρεώσεων για το µεταπτυχιακό πρόγραµµα σπουδών στην Πληροφορική του Τµήµατος Πληροφορικής του Αριστοτελείου Πανεπιστηµίου Θεσσαλονίκης (κατεύθυνση: Επικοινωνιακά συστήµατα και τεχνολογίες). Το θέµα της εργασίας σχετίζεται µε την προσοµοίωση των παθητικών οπτικών δικτύων, µιας κατηγορίας οπτικών δικτύων που αναµένεται να επικρατήσει ως λύση στο ιδιαίτερα σηµαντικό κοµµάτι του δικτύου πρόσβασης. Θα ήθελα να ευχαριστήσω θερµά τον επιβλέποντα καθηγητή, κο Γεώργιο Παπαδηµητρίου, Αναπληρωτή Καθηγητή του Τµήµατος Πληροφορικής για την αποδοτική συνεργασία µας κατά την εκπόνηση της εργασίας καθώς και τα δύο µέλη της εξεταστικής επιτροπής (κ.κ. Ποµπόρτση και Νικοπολιτίδη). Παπάζογλου Χρυσούλα 20/2/2012 -ii-

3 Περιεχόµενα ΠΡΟΛΟΓΟΣ... II ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΠΑΘΗΤΙΚΑ ΟΠΤΙΚΑ ΙΚΤΥΑ Ιστορία των παθητικών οπτικών δικτύων ETHERNET ΠΑΘΗΤΙΚΑ ΟΠΤΙΚΑ ΙΚΤΥΑ (EPONS) Πρωτόκολλο ελέγχου πολλαπλών σηµείων (Multi-Point Control Protocol MPCP) Το πρωτόκολλο IPACT Συνιστώσες του προβλήµατος της δυναµικής ανάθεσης εύρους ζώνης ΠΑΘΗΤΙΚΑ ΟΠΤΙΚΑ ΙΚΤΥΑ ΜΕ ΠΟΛΛΑΠΛΑ ΜΗΚΗ ΚΥΜΑΤΟΣ ΠΑΘΗΤΙΚΑ ΟΠΤΙΚΑ ΙΚΤΥΑ ΜΕΓΑΛΗΣ ΕΜΒΕΛΕΙΑΣ ΣΧΕ ΙΑΣΗ & ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΟΥ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΤΗ ΑΡΧΕΣ ΣΧΕ ΙΑΣΗΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΚΛΑΣΕΙΣ Η κλάση Main Η κλάση PON Η κλάση Configuration Η κλάση TrafficGenerator Η κλάση Packet Η κλάση Queue Η κλάση Grant Η κλάση PollingTableEntry Κλάσεις που υλοποιούν Comparators Η κλάση OLT

4 Η κλάση ONU ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΚΑΘΥΣΤΕΡΗΣΗ ΠΑΚΕΤΟΥ Ανάλογα µε τη µέθοδο υπολογισµού του µεγέθους των grants (grant sizing) Ανάλογα µε τη µέθοδο χρονοδροµολόγησης των grants µεταξύ των ONUs (Inter-ONU scheduling Ανάλογα µε τη µέθοδο χρονοδροµολόγησης των ουρών εντός της ONU (Intra-ONU scheduling) ΜΕΓΕΘΟΣ ΟΥΡΑΣ Ανάλογα µε τη µέθοδο υπολογισµού του µεγέθους των grants (grant sizing) Ανάλογα µε τη µέθοδο χρονοδροµολόγησης των grants µεταξύ των ONUs (Inter-ONU scheduling) Ανάλογα µε τη µέθοδο χρονοδροµολόγησης των ουρών εντός της ONU (Intra-ONU scheduling) ΠΟΣΟΣΤΟ ΑΠΩΛΕΙΑΣ ΠΑΚΕΤΩΝ/ BYTES Ανάλογα µε τη µέθοδο υπολογισµού του µεγέθους των grants (grant sizing) Ανάλογα µε τη µέθοδο χρονοδροµολόγησης των grants µεταξύ των ONUs (Inter-ONU scheduling Ανάλογα µε τη µέθοδο χρονοδροµολόγησης των ουρών εντός της ONU ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΕΥΡΟΥΣ ΖΩΝΗΣ Ανάλογα µε τη µέθοδο υπολογισµού του µεγέθους των grants (grant sizing) Ανάλογα µε τη µέθοδο χρονοδροµολόγησης των grants µεταξύ των ONUs (Inter-ONU scheduling Ανάλογα µε τη µέθοδο χρονοδροµολόγησης των ουρών εντός της ONU ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ - ΕΠΙΛΟΓΟΣ...55 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

5 -3-

6

7 1 Εισαγωγή Παρόλο που οι εξαιρετικές φυσικές ιδιότητες της οπτικής ίνας την καθιστούν το ιδανικό µέσο µετάδοσης µε πολύ µεγάλη διαφορά από τα υπόλοιπα, η µετάβαση στην αµιγώς οπτική δικτύωση (optical networking) δεν έχει ακόµα επιτευχθεί. Ο βασικός λόγος είναι ότι για την αλλαγή της φύσης του δικτύου δεν αρκεί η αντικατάσταση του µέσου µετάδοσης (κάτι που έτσι κι αλλιώς δεν είναι εύκολο διότι απαιτεί µεγάλες αλλαγές σε βασικές υποδοµές) αλλά απαιτεί και αλλαγές στον ενεργό εξοπλισµό (µεταδότες αποδέκτες ενισχυτές κα) και στη γενικότερη φιλοσοφία λειτουργίας του δικτύου. Τα τελευταία χρόνια έχει παρατηρηθεί αύξηση στη διείσδυση της ίνας στον οπτικό κορµό (backbone) λόγω των ιδιαίτερα υψηλών ρυθµών µετάδοσης και της χαµηλής εξασθένισης που παρέχει (µεταξύ άλλων πλεονεκτηµάτων) µε αποτέλεσµα να έχει κυριαρχήσει στα δίκτυα ευρείας περιοχής (wide area networks). Οι ρυθµοί µετάδοσης που υποστηρίζονται αυξάνονται διαρκώς, ιδιαίτερα µε χρήση της τεχνικής της πολύπλεξης µε διαίρεση µήκους κύµατος (wavelength division multiplexing WDM). Αυτές οι α- ναβαθµίσεις έρχονται να καλύψουν τις ολοένα και µεγαλύτερες ανάγκες για εύρος ζώνης που προκύπτουν από την αύξηση των τελικών καταναλωτών, του χρόνου που αυτοί παραµένουν συνδεδεµένοι και τον όγκο των δεδοµένων που µεταφέρουν και προς τις δύο κατευθύνσεις. Παρά τις συνεχείς αναβαθµίσεις του κορµού, τα δίκτυα πρόσβασης (access networks) δεν έχουν εξελιχθεί σηµαντικά τα τελευταία χρόνια. Τα δίκτυα πρόσβασης αποτελούν τα συνδετικό κρίκο µεταξύ των τοπικών δικτύων και των δικτύων ευρείας περιοχής και άρα ένα σηµαντικό τµήµα του δικτύου το οποίο δεν πρέπει να αποτελεί σηµείο συµφόρησης. Τα παθητικά οπτικά δίκτυα (passive optical networks) είναι οπτικά δίκτυα που δεν περιλαµβάνουν ενεργά στοιχεία στη διαδροµή του σήµατος και θεωρούνται η πλέον συµφέρουσα λύση για την υλοποίηση αποδοτικών δικτύων πρόσβασης µε δυνατότητα κλιµάκωσης. Αυτή η εργασία επικεντρώνεται στη µελέτη των παθητικών οπτικών δικτύων µέσω προσοµοίωσης. Στα πλαίσια της εργασίας σχεδιάστηκε και αναπτύχθηκε ένας πλήρως παραµετροποιήσιµος και αποδοτικός προσοµοιωτής. Με χρήση αυτού του προσο- µοιωτή σχεδιάστηκαν εκτεταµένα πειράµατα που είχαν ως στόχο τη µελέτη της απόδο- -5-

8 σης ενός παθητικού οπτικού δικτύου και τον προσδιορισµό κατάλληλων τιµών για τις διάφορες παραµέτρους του. Η δοµή της εργασίας έχει ως εξής: το Κεφάλαιο 2 περιλαµβάνει όλο το απαραίτητο θεωρητικό υπόβαθρο σχετικά µε τα παθητικά οπτικά δίκτυα ώστε να είναι κατανοητή η ορολογία και τα σενάρια του προσοµοιωτή. Στο Κεφάλαιο 3 περιγράφεται η διαδικασία σχεδίασης και οι κλάσεις του προσοµοιωτής ενώ στο Κεφάλαιο 4 παρατίθενται οι λεπτοµέρειες των πειραµάτων που διεξήχθησαν και τα αντίστοιχα αποτελέσµατα σε γραφήµατα. -6-

9 2 Παθητικά οπτικά δίκτυα Το δίκτυο πρόσβασης (access network) αποκαλούνταν µέχρι πρόσφατα «το τελευταίο µίλι» ωστόσο τα τελευταία χρόνια που οι υπηρεσίες έχουν γίνει πιο πελατοκεντρικές αποκαλείται το «πρώτο µίλι» και αυτό είναι ενδεικτικό της σηµασίας του. Οι ανάγκες και ο αριθµός των συνδροµητών διαρκώς αυξάνονται και η τεχνολογία που θα υιοθετηθεί για αυτό το κοµµάτι του δικτύου πρέπει να πληροί αυστηρά κριτήρια ως προς το κόστος, την απόδοση, τη δυνατότητα κλιµάκωσης και την απλότητα. Παρόλο που οι υποδοµές που προϋπήρχαν της οπτικής ίνας θεωρούνται απαρχαιωµένες, ένα µεγάλο µέρος των ευρυζωνικών υπηρεσιών εξακολουθεί να υλοποιείται πάνω σε αυτές. υο δηµοφιλείς τεχνολογίες για ευρυζωνικά δίκτυα πρόσβασης είναι η Ψηφιακή Συνδροµητική Γραµµή (Digital Subscriber Line DSL) και η Υβριδική γραµ- µή Ίνας - Οµοαξονικού (Hybrid Fiber Coax HFC) οι οποίες επαναχρησιµοποιούν την υπάρχουσα υποδοµή. Η τεχνολογία DSL χρησιµοποιεί για µετάδοση τα συνεστραµµένα ζεύγη καλωδίων και για το λόγο αυτό αξιοποιείται κυρίως από τους παρόχους υπηρεσιών πάνω από το τηλεφωνικό δίκτυο και οι ενδεικτικοί ρυθµοί µετάδοσης που µπορούν να επιτευχθούν είναι αρκετά χαµηλοί συνεπώς δεν πρόκειται ουσιαστικά για µια ευρυζωνική τεχνολογία η οποία µπορεί να υποστηρίξει τις εφαρµογές µε υψηλές απαιτήσεις σε εύρος ζώνης. Επιπλέον, η τεχνολογία DSL έχει περιορισµούς και στις αποστάσεις που µπορεί να καλύψει γεγονός που δυσχεραίνει την πρόσβαση κάποιων συνδροµητών. Μια εναλλακτική προσέγγιση που ακολουθούν κάποιοι πάροχοι (στο εξωτερικό) είναι η χρήση της υποδοµής της καλωδιακής τηλεόρασης (cable television) για τη µεταφορά δεδοµένων µαζί µε το τηλεοπτικό σήµα. Για τη µετάδοση χρησιµοποιούνται οπτικές ίνες και οµοαξονικά καλώδια και υπάρχει δυνατότητα σύνδεσης ενός σηµείου µε πολλαπλά σηµεία (point to multipoint). Και πάλι όµως υπάρχουν περιορισµοί στο µέγιστο ρυθµό µετάδοσης που µπορεί να επιτευχθεί και στο πλήθος των συνδροµητών συνεπώς και αυτή η λύση αποδεικνύεται ανεπαρκής για την υποστήριξη υπηρεσιών όπως video on demand, αλληλεπιδραστικά παιχνίδια και αµφίδροµη συνεδρία µέσω βίντεο. -7-

10 Γενικά, τα τελευταία χρόνια έχει γίνει εκτεταµένη έρευνα και έχουν βρεθεί αρκετές λύσεις για την υποστήριξη απαιτητικών εφαρµογών από την υπάρχουσα υποδοµή, το γεγονός όµως παραµένει ότι οι φυσικές ιδιότητες της ίνας την καθιστούν το µοναδικό µέσο µετάδοσης που µπορεί να υποστηρίξει στο ακέραιο όλες τις αναβαθµίσεις που θα προκύψουν. Η οπτική ίνα αποτελεί πράγµατι ένα ιδανικό µέσο µετάδοσης το οποίο µπορεί να υποστηρίξει ολοκληρωµένες υπηρεσίες φωνής, δεδοµένων και βίντεο µε υ- ψηλές απαιτήσεις σε εύρος ζώνης σε µια ακτίνα περίπου 20χλµ εντός του δικτύου πρόσβασης του συνδροµητή. Προκειµένου να αποσυµφορηθεί το δίκτυο πρόσβασης θα πρέπει να επεκταθεί η χρήση των οπτικών ινών και να δηµιουργηθούν οπτικοί κόµβοι σε ευρύτερη έκταση. Ειδικότερα, η εγκατάσταση οπτικών ινών στο «πρώτο µίλι» θα υπερκαλύψει τις απαιτήσεις των χρηστών σε εύρος ζώνης. Οι προσπάθειες τα τελευταία χρόνια έχουν επικεντρωθεί στο να πλησιάσει η οπτική ίνα όσο το δυνατόν περισσότερο τον τελικό συνδροµητή. Κάτω από αυτή τη γενικότερη κατεύθυνση απαντώνται προσεγγίσεις τύπου Ίνα-στο-Χ (Fiber-to-the-X) όπου το Χ µπορεί να είναι σπίτι (Fiber-tothe-Home FTTH), κτίριο (Fiber-to-the-Building FTTB), πεζοδρόµιο (Fiber-to-the- Curb FTTC) ή τα περίχωρα (Fiber-to-the-Premises FTTP). Το τελευταίο σενάριο αναφέρεται στην περίπτωση όπου η οπτική ίνα δε φτάνει µέχρι τον τελικό συνδροµητή (για λόγους κόστους) αλλά όσο πλησιέστερα του γίνεται. Η απλούστερη λύση για τη χρήση των οπτικών ινών στο δίκτυο πρόσβασης συνίσταται στη δηµιουργία µιας σύνδεσης σηµείου-προς-σηµείο (point-to-point) µεταξύ του κάθε χρήστη και του κέντρου µεταγωγής. Η χρήση αποκλειστικής ίνας για κάθε συνδροµητή του εγγυάται το εύρος ζώνης που χρειάζεται και αποτελεί απλή λύση, ωστόσο το κόστος της είναι απαγορευτικό (τόσο ως προς το µήκος της οπτικής ίνας και ως προς τον εξοπλισµό τερµατισµού). Μια δεύτερη λύση είναι να χρησιµοποιηθεί ένας οπτικός µεταγωγέας για τη σύνδεση µεταξύ του τερµατικού γραµµής και των συνδροµητών. Η χρήση ενός ενεργού στοιχείου όπως ο µεταγωγέας (δηλαδή ενός στοιχείου που απαιτεί τροφοδοσία µε ρεύµα) θα αυξήσει, ωστόσο, το κόστος του δικτύου. Μια λογική σχεδιαστική επιλογή είναι η αντικατάσταση του ενεργού µεταγωγέα µε έναν παθητικό οπτικό διαχωριστή χαµηλού κόστους, δηλαδή η δηµιουργία ενός Παθητικού Οπτικού ικτύου (Passive Optical Network PON). Ένα PON είναι ένα οπτικό δίκτυο σηµείου προς πολλαπλά σηµεία το οποίο δεν περιλαµβάνει ενεργά στοιχεία στη διαδροµή του σήµατος από την πηγή στον προορισµό του. Τα µόνα στοιχεία που χρησιµοποιούνται εντός του δικτύου είναι παθητικές οπτικές συσκευές όπως οπτικοί διαι- -8-

11 ρέτες (splices) και διαχωριστές (splitters). Τα PONs µπορούν να ελαχιστοποιήσουν τον αριθµό των οπτικών ποµποδεκτών, το µήκος των οπτικών ινών και τα σηµεία τερµατισµού σηµάτων. Εικόνα 1: Ένα παθητικό οπτικό δίκτυο [24] Στην Εικόνα 1 φαίνεται ένα πιθανό σενάριο υλοποίησης ενός παθητικού οπτικού δικτύου. Οι τελικοί χρήστες συνδέονται µε µονάδες οπτικού δικτύου (optical network units ONUs) οι οποίες χρησιµοποιούν τη διαµοιραζόµενη οπτική ίνα για να φτάσουν σε έναν κόµβο ο οποίος αποκαλείται Οπτικό Τερµατικό Γραµµής (Optical Line Terminal - OLT). Το OLT αποτελεί το συνδετικό σηµείο του PON µε τον υπόλοιπο κόσµο. Στην κατεύθυνση µετάδοσης από το OLT προς τις ONUs (downstream κατεύθυνση), τα δεδοµένα πολυπλέκονται και µέσω του παθητικού οπτικού διαχωριστή (splitter) εκπέ- µπονται (broadcast) σε όλες τις ONUs. Με βάση κάποιο αναγνωριστικό, κάθε ONU α- ναγνωρίζει ποιο τµήµα των δεδοµένων προορίζεται για αυτήν και τα εξάγει από τη ροή. Στην κατεύθυνση µετάδοσης από τις ONUs προς το OLT (upstream κατεύθυνση) απαιτείται κάποιο πρωτόκολλο ελέγχου της πρόσβασης στο µέσο ώστε να µην υπάρχουν συγκρούσεις µεταξύ των µεταδόσεων. Η πιο συνηθισµένη προσέγγιση είναι η χρήση ενός σχήµατος πολύπλεξης µε διαίρεση χρόνου (time-division multiplexing TDM). Στο απλούστερο σενάριο χρησιµοποιούνται δύο διαφορετικά µήκη κύµατος για τις δύο κατευθύνσεις µετάδοσης. Πρέπει να σηµειωθεί ότι δεν είναι απαραίτητο κάθε τελικός χρήστης να συνδέεται απευθείας µε µια ONU αλλά ενδέχεται µια τέτοια µονάδα να υ- ποστηρίζει πολλαπλούς χρήστες που συνδέονται µε αυτήν µε καλώδια χαλκού. Τα παθητικά οπτικά δίκτυα θεωρούνται ευρέως µια αποδοτική λύση για τα δίκτυα πρόσβασης διότι µπορούν να υποστηρίξουν ταχύτητες της τάξης των Gigabits µε χαµη- -9-

12 λό κόστος σε σχέση µε τις υπόλοιπες τεχνολογίες. Επίσης, τα PONs µπορούν να µειώσουν το κόστος κατασκευής του δικτύου πρόσβασης και να απαλλάξουν τους υπεύθυνους για τη λειτουργία του δικτύου από την παρακολούθηση και συντήρηση των ενεργών στοιχείων που περιλαµβάνονται στη διαδροµή του σήµατος. Συνεπώς, µια λύση βασισµένη στα PONs θεωρείται ευρέως ως η καλύτερη επιλογή για τα οπτικά δίκτυα επόµενης γενιάς. Επειδή ένα PON χρησιµοποιεί µόνο παθητικές οπτικές συσκευές ελαχιστοποιεί τον αριθµό των οπτικών ποµποδεκτών, των τερµατικών στο κέντρο µεταγωγής και το µήκος των οπτικών ινών τόσο στο τοπικό κέντρο ανταλλαγής (local exchange office) όσο και στον τοπικό βρόχο και έτσι µειώνει το κόστος κατασκευής του δικτύου πρόσβασης. Η χρήση αποκλειστικά παθητικών συσκευών εξαλείφει την ανάγκη για χρήση, τροφοδότηση και συντήρηση ενεργών πολυπλεκτών και αποπολυπλεκτών στα σηµεία διαχωρισµού σηµάτων. Επιπλέον, ένα PON έχει και αρκετά ακόµα πλεονεκτήµατα που τα καθιστούν µια ελκυστική λύση για τα δίκτυα πρόσβασης: επιτρέπει µεταδόσεις σε ακτίνα 20 χιλιοµέτρων µεταξύ του κέντρου µεταγωγής και των συνδροµητών και µπορεί να επιτύχει εξαιρετικά υψηλές ταχύτητες µετάδοσης (της τάξης των gigabits ανά δευτερόλεπτο). Στην κατεύθυνση από το κεντρικό σηµείο προς τους συνδροµητές (downstream), το PON λειτουργεί ως δίκτυο εκποµπής (broadcast) και έτσι διευκολύνει την υλοποίηση εφαρµογών όπως εκποµπή βίντεο. Επιπρόσθετα, τα PONs επιτρέπουν την εύκολη αναβάθµιση σε υψηλότερους ρυθµούς µετάδοσης ή την προσθήκη µηκών κύµατος εξαιτίας της οπτικής διαφάνειας σε όλο το δίκτυο (end-to-end optical transparency) Ιστορία των παθητικών οπτικών δικτύων Οι εξελίξεις στον τοµέα των παθητικών οπτικών δικτύων (ειδικά σε θέµατα καθιέρωσης προτύπων) κατευθύνονται από δύο οµάδες: το Ινστιτούτο Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών Μηχανικών (Institute of Electrical and Electronics Engineers IEEE) και τον το- µέα Τηλεπικοινωνιών του ιεθνούς Οργανισµού Τηλεπικοινωνιών (International Telecommunication Union Telecommunication / ITU-T). Η πρώτη σχετική πρόταση ήρθε το 1995 (πρότυπο G.983 του ITU-T) και αφορούσε το ATM-PON (Asynchronous Transfer Mode PON - APON) το οποίο προτάθηκε στα πλαίσια του ικτύου Πρόσβασης Πλήρων Υπηρεσιών (Full Service Access Network - FSAN). Τα πολλά µειονεκτήµατα της τεχνολογίας ATM, ωστόσο, δεν την -10-

13 καθιστούσαν κατάλληλη για την υλοποίηση PONs που µεταφέρουν κυρίως κίνηση IP και αυτό έγινε αµέσως εµφανές. Ως αποτέλεσµα, η πρόταση γρήγορα αντικαταστάθηκε από το Broadband PON BPON και στη συνέχεια το Gigabit PON (GPON) το οποίο έχει καθιερωθεί ως πρότυπο ITU-T G.984. Από το 2010, έχει ξεκινήσει η προτυποποίηση της επόµενης γενιάς GPON, του 10G-PON ή XG-PON. Παράλληλα µε τον ITU-T, η IEEE εξέδωσε το 2004 το πρότυπο 802.3ah για την εφαρµογή του Ethernet στο πρώτο µίλι (Ethernet in the First Mile EFM) το οποίο περιγράφει το Ethernet Παθητικό Οπτικό ίκτυο (EPON). Όπως υποδηλώνει το όνοµά του, βασίζεται στην ευρέως διαδεδοµένη τεχνολογία του Ethernet. Οι διαφορές µεταξύ των προτύπων επικεντρώνονται κυρίως στον τρόπο µε τον οποίο ενθυλακώνονται τα πακέτα σε πακέτα άλλων επιπέδων. Τα πρότυπα προσδιορίζουν τους ρυθµούς µετάδοσης, την κωδικοποίηση, τις µορφές και τα µεγέθη των πακέτων δεδοµένων και ελέγχου και τα µηνύµατα που µπορούν να ανταλλάσσουν οι ONUs µε το OLT αλλά δεν καθορίζουν αυστηρά τον τρόπο µε τον οποίο ανατίθεται το εύρος ζώνης για µετάδοση. Για το λόγο αυτό, το πρόβληµα της δυναµικής ανάθεσης εύρους ζώνης (dynamic bandwidth allocation DBA) αποτελεί µια ερευνητική περιοχή µε µεγάλο ενδιαφέρον. Σε ένα GPON, τα πακέτα ενθυλακώνονται µε χρήση της µεθόδου ενθυλάκωσης Gigabit (Gigabit Encapsulation Method GEM) και υπάρχει δυνατότητα κατάτµησης των πακέτων δεδοµένων γεγονός που µπορεί να συµβάλει στην ικανοποίηση αυστηρών απαιτήσεων σε ποιότητα υπηρεσίας που θέτουν οι εφαρµογές. Ωστόσο, αυτό απαιτεί την επανένωση των κατατµηµένων πακέτων στον προορισµό τους πράγµα που αυξάνει την πολυπλοκότητα. Στα EPONs δεν γίνεται κατάτµηση και συνένωση πακέτων, συνεπώς το µέγεθος του πλαισίου µετάδοσης δεν είναι σταθερό. Το γεγονός, όµως, ότι σε ένα EPON το µικρότερο µέγεθος πακέτου που υποστηρίζεται είναι 64Bytes (ελάχιστο πλαίσιο Ethernet) προσδίδει µεγάλη επιβάρυνση στα µηνύµατα ελέγχου. Το βασικό πλεονέκτηµα των EPONs είναι η συµβατότητα µε υπάρχοντα Ethernet εξοπλισµό. Το παθητικό οπτικό δίκτυο που προσοµοιώθηκε στα πλαίσια αυτής της εργασίας µοντελοποιήθηκε πάνω σε ένα Ethernet PON. Για το λόγο αυτό, στις παραγράφους που ακολουθούν περιγράφονται αναλυτικά η δοµή και η λειτουργία ενός EPON. -11-

14 2.2 Ethernet παθητικά οπτικά δίκτυα (EPONs) Όπως αναφέρθηκε και νωρίτερα, ένα EPON είναι ένα PON στο οποίο τα πακέτα δεδο- µένων ενθυλακώνονται µέσα σε πλαίσια Ethernet για να µεταδοθούν. Σε ένα EPON ό- λες οι µεταδόσεις γίνονται µεταξύ του OLT και των ONUs που βρίσκονται στο τοπικό σηµείο ανταλλαγής (κέντρο µεταγωγής - central office) και των τελικών χρηστών. Το OLT είναι υπεύθυνο για τη σύνδεση του οπτικού δικτύου πρόσβασης µε το δίκτυο κορ- µού (backbone) ενώ οι ONUs συνδέουν τους τελικούς χρήστες µε το OLT για την παροχή ευρυζωνικών υπηρεσιών φωνής, δεδοµένων και βίντεο. Στην downstream κατεύθυνση (από το OLT στους ONUs), ένα EPON είναι ένα δίκτυο σηµείου-προς πολλαπλά σηµεία που µπορεί εύκολα να λειτουργήσει µε εκποµπή (broadcasting). Τα πλαίσια Ethernet που µεταδίδονται από το OLT περνούν από έναν παθητικό διαχωριστή 1:Μ και φτάνουν έτσι σε κάθε ONU. Τα πλαίσια που εκπέµπονται από το OLT προς όλες τις ONUs φέρουν τη διεύθυνση MAC της ONU για την οποία προορίζονται. Κάθε ONU συγκρίνει τη διεύθυνση παραλήπτη µε τη δική της διεύθυνση MAC και αν ταυτίζονται εξάγει το συγκεκριµένο πλαίσιο και το παραδίδει στους τελικούς χρήστες (Εικόνα 2). Αλλιώς, αγνοεί το συγκεκριµένο πλαίσιο. Εικόνα 2: Μεταδόσεις στην downstream κατεύθυνση σε ένα EPON. Στην upstream κατεύθυνση (από τις ONUs προς το OLT), ένα EPON είναι ένα δίκτυο πολλαπλών σηµείων-προς σηµείο (multipoint-to-point) στο οποίο οι ONUs διαµοιράζονται το κανάλι για τη µετάδοση δεδοµένων. Τα πλαίσια δεδοµένων που µεταδίδονται από κάποια ONU φτάνουν στο OLT χάρις στις κατευθυντικές ιδιότητες του παθητικού -12-

15 συνδυαστή (οπτικός διαχωριστής). Εφόσον τα πλαίσια δεδοµένων που µεταδίδονται ταυτόχρονα από διαφορετικές ONUs ενδέχεται να συγκρουστούν, είναι αναγκαία η χρήση ενός αποτελεσµατικού MAC πρωτοκόλλου το οποίο θα αναθέτει το εύρος ζώνης στους ONUs. Στην Εικόνα 3, φαίνεται η µετάδοση από διαφορετικές ONUs προς το OLT (upstream κατεύθυνση). Εικόνα 3: Μεταδόσεις στην upstream κατεύθυνση σε ένα EPON Πρωτόκολλο ελέγχου πολλαπλών σηµείων (Multi-Point Control Protocol MPCP) Το MPCP αναπτύχθηκε από την οµάδα εργασίας IEEE 802.3ah της IEEE για να υποστηρίξει τη διαµοίραση του εύρους ζώνης στην upstream µετάδοση από πολλαπλές ONUs σε ένα EPON. Γενικά, το MPCP προσδιορίζει ένα µηχανισµό ελέγχου µεταξύ ενός OLT και πολλαπλών ONUs που συνδέονται µέσω ενός EPON ο οποίος επιτρέπει την αποτελεσµατική µετάδοση δεδοµένων µε έναν κεντρικοποιηµένο τρόπο και µε δια- µοίραση χρόνου. Για να αρχικοποιήσει το δίκτυο EPON, το MPCP λειτουργεί αρχικά σε κατάσταση αυτόµατης ανίχνευσης (auto discovery mode). Σε αυτή τη φάση, γίνεται ανίχνευση των ONUs που συνδέθηκαν πρόσφατα στο δίκτυο και λήψη της διεύθυνσης MAC και της καθυστέρησης διάδοσης µε επιστροφή (Round-Trip-Time RTT) για κάθε ONU. Όταν το MPCP είναι σε κανονική λειτουργία γίνεται ανταλλαγή µηνυµάτων ελέγχου προκειµένου να διευθετηθούν οι µεταδόσεις στην upstream. -13-

16 Λειτουργία αυτόµατης ανίχνευσης του MPCP Ο OLT δεσµεύει περιοδικά το παράθυρο µετάδοσης για τη διεξαγωγή αυτόµατης ανίχνευσης. Σε αυτή τη φάση εκπέµπει το µήνυµα ανίχνευσης GATE µε στόχο να ανακαλύψει αν προστέθηκαν καινούριες ONUs στο Ethernet παθητικό οπτικό δίκτυο. Σε αυτό το µήνυµα απαντούν µόνο οι ONUs που δεν έχουν αρχικοποιηθεί νωρίτερα οι οποίες συγχρονίζουν το τοπικό ρολόι τους µε τη χρονοσφραγίδα (timestamp) που περιέχεται στο µήνυµα. Προκειµένου να εγγραφεί, ένας µη αρχικοποιηµένος ONU θα αποστείλει το µήνυµα REGISTER_REQUEST το οποίο περιέχει τη διεύθυνση της και την ένδειξη του τοπικού του ρολογιού. Με τη λήψη αυτού του µηνύµατος, το OLT θα υπολογίσει την καθυστέρηση διάδοσης µε επιστροφή (RTT) για τη συγκεκριµένη ONU. Μετά τη διαδικασία ανταλλαγής µηνυµάτων (Εικόνα 4), η ONU θα έχει αρχικοποιηθεί και θα έχει εδραιωθεί σύνδεση µε το OLT. Εικόνα 4: ιαδικασία αυτόµατης ανίχνευσης στο MPCP Εφόσον είναι πιθανό να προσπαθήσουν πολλές ONUs να αρχικοποιηθούν ταυτόχρονα, είναι εµφανές ότι µπορεί να προκύψουν συγκρούσεις στο στάδιο της αυτόµατη ανίχνευσης. Εάν το µήνυµα REGISTER_REQUEST µιας ONU συγκρουστεί µε ένα άλλο τότε η διαδικασία ανίχνευσης θεωρείται ανεπιτυχής και η ONU µπορεί να προσπαθήσει ξανά στον επόµενο κύκλο αυτόµατης ανίχνευσης ή να παραλείψει έναν τυχαίο αριθµό -14-

17 από παράθυρα αυτόµατης ανίχνευσης (π.χ. µε εκθετική οπισθοδρόµηση) και να προσπαθήσει ξανά. Κανονική λειτουργία του MPCP Στην κατάσταση κανονικής λειτουργίας, το MPCP ελέγχει τις µεταδόσεις στην upstream κατεύθυνση. Το MPCP περιλαµβάνει δύο µηνύµατα ελέγχου (GATE και REPORT) τα οποία ανταλλάσσονται µεταξύ του OLT και των ONUs. Το OLT εκτελεί τον αλγόριθµο ανάθεσης εύρους ζώνης και υπολογίζει το εύρος ζώνης που πρέπει να ανατεθεί για µετάδοση σε κάθε ONU (transmission grant). Η ONU ενηµερώνεται για τις χρονικές στιγµές που µπορεί να µεταδώσει (grants) µέσω ενός µηνύµατος GATE. Όπως φαίνεται στην Εικόνα 5, το µήνυµα GATE περιέχει την ένδειξη του χρόνου αποστολής του, τη χρονική στιγµή που η ONU µπορεί να ξεκινήσει τη µετάδοση και το χρόνο λήξης της µετάδοσης. Όταν µία ONU λαµβάνει ένα µήνυµα GATE από το OLT, συγχρονίζει το τοπικό της ρολόι και περιµένει µέχρι το χρόνο έναρξης της µετάδοσης. Η µετάδοση µπορεί να περιλαµβάνει πολλαπλά πλαίσια Ethernet ανάλογα µε το µέγεθος του παραθύρου µετάδοσης και το πλήθος των πακέτων που αναµένουν στην ONU. Η ONU θα πρέπει να διασφαλίζει ότι δε γίνεται κατάτµηση των πακέτων κατά τη µετάδοση δεδοµένων. Εάν ένα πλαίσιο είναι µεγάλο και δεν χωράει στην τρέχουσα χρονοθυρίδα (timeslot), η µετάδοσή του θα πρέπει να γίνει σε επόµενη χρονοθυρίδα. -15-

18 Εικόνα 5: Λειτουργίες GATΕ στο MPCP Οι ONUs µπορούν να στέλνουν µηνύµατα REPORT στο OLT είτε αυτόµατα είτε κατά απαίτηση για να αιτούνται την ανάθεση εύρους ζώνης. Το µήνυµα REPORT µεταδίδεται ταυτόχρονα µε τα πλαίσια δεδοµένων στη χρονοθυρίδα δεδοµένων που έχει ανατεθεί στην ONU. Ανάλογα µε την προσέγγιση που ακολουθούν οι ONUs για την αίτηση εύρους ζώνης, το µήνυµα REPORT µπορεί να τοποθετείται είτε στην αρχή είτε στο τέλος της χρονοθυρίδας. Το µήνυµα REPORT έχει µέγεθος 64 bytes και περιέχει τη χρονοσφραγίδα που χρησιµοποιεί το OLT για να υπολογίσει το χρόνο RTT για τη συγκεκριµένη ONU. Μπορεί επίσης να περιέχει το επιθυµητό µέγεθος για την επόµενη χρονοθυρίδα µετάδοσης ανάλογα µε τις κατειληµµένες θέσεις στην προσωρινή µνήµη (buffer) της ONU. Εάν η ONU διαθέτει πολλαπλές ουρές αποθήκευσης κίνησης, µπορεί να δώσει το άθροισµα όλων των ουρών στο µήνυµα REPORT ή να συµπεριλάβει δεδο- µένα για κάθε ουρά ξεχωριστά (µέχρι 8 ουρές) για να ζητήσει ξεχωριστή ανάθεση εύρους ζώνης. Ανάλογα µε τη µέθοδο ανάθεσης εύρους ζώνης που χρησιµοποιείται, το OLT µπορεί να δώσει µια συνολική έγκριση (grant) στην ONU ή να συµπεριλάβει πολλαπλά grants για κάθε ουρά ξεχωριστά στο ίδιο µήνυµα GATE. Πρέπει να σηµειωθεί ότι το MPCP δεν καθορίζει τις λεπτοµέρειες του µηχανισµού ανάθεσης εύρους ζώνης στην upstream κατεύθυνση ενός EPON. Αντίθετα, µπορεί να υποστηρίξει διάφορες µεθόδους οι οποίες είναι συµβατές µε το πλαίσιο λειτουργίας του Το πρωτόκολλο IPACT Το πρωτόκολλο IPACT (interleaved polling with adaptive cycle time βολιδοσκόπηση µε παρεµβολή και προσαρµόσιµο χρόνο κύκλου [5825]) αποτελεί ένα σηµαντικό ση- µείο αναφοράς για τα πρωτόκολλα πρόσβασης στο µέσο (MAC) στα EPONs. Προτάθηκε για να αντιµετωπίσει τα ακόλουθα προβλήµατα που είχαν εντοπιστεί στη λειτουργία του δικτύου: Σηµαντική επιβάρυνση µεταπήδησης από ουρά σε ουρά (queue switchover overhead). Αυτή οφείλεται στους χρόνους προστασίας (guard times) που πρέπει να µεσολαβούν µεταξύ διαδοχικών µεταδόσεων από ONUs για να αποφεύγονται προβλήµατα παρεµβολών µε την επόµενη ONU και να γίνονται οι απαραίτητες -16-

19 ρυθµίσεις/ συντονισµοί για την επόµενη µετάδοση. To IPACT αντιµετωπίζει το πρόβληµα της επιβάρυνσης µεταπήδησης προτείνοντας έναν δροµολογητή που δίνει εκ περιτροπής µόνο ένα grant (ανάθεση εύρους ζώνης) ανά ONU σε κάθε κύκλο. Υψηλή καθυστέρηση διάδοσης των σηµάτων του επιπέδου ελέγχου εξαιτίας των αποστάσεων µεταξύ OLT και ONUs. Η λύση αυτού του προβλήµατος είναι η εφαρµογή της βολιδοσκόπησης µε παρεµβολή, όπου το µήνυµα grant µπορεί να αποστέλλεται στην επόµενη ONU πριν τελειώσει η προηγούµενη την µετάδοση των δεδοµένων της. Περιορισµένο εύρος ζώνης για το επίπεδο ελέγχου. Αυτό το ζήτηµα επιλύεται από το IPACT µε τη χρήση σύντοµων µηνυµάτων ελέγχου. Στο πρωτόκολλο IPACT, το OLT διατηρεί έναν πίνακα βολιδοσκόπησης που περιέχει για κάθε ONU το µήκος ουρών της και το χρόνο RTT (round trip time καθυστέρηση διάδοσης µε επιστροφή, από OLT σε ONU και πίσω σε OLT). Αφού λάβει το µήνυµα grant µε τις σχετικές οδηγίες από το OLT, η ONU προγραµµατίζει κατάλληλα την έ- ναρξη και διάρκεια της επόµενης µετάδοσής της, που δεν µπορεί να υπερβαίνει το µήκος του ανατιθέµενου σε αυτήν παραθύρου. Στο τέλος του παραθύρου µετάδοσης, η ONU επισυνάπτει ένα µήνυµα REPORT που περιέχει τα µήκη των ουρών της και το µεταδίδει µαζί µε τα δεδοµένα προς το OLT. Αυτό χρησιµοποιείται από το OLT για να ενηµερώσει την αντίστοιχη τιµή του πίνακα βολιδοσκόπησης και να αποφασίσει για το χρόνο έναρξης και το µήκος του επόµενου δυναµικού παραθύρου µετάδοσης. Έχοντας υπόψη τους χρόνους αποστολής των µηνυµάτων grant και άφιξης των πακέτων δεδοµένων, το OLT µπορεί συνεχώς να ενηµερώνει τις τιµές που αφορούν τα µήκη ουρών στον πίνακα βολιδοσκόπησης που κρατάει και να βολιδοσκοπεί την κάθε ONU χωρίς να γίνονται συγκρούσεις. Τα grants, όπως φάνηκε από την παραπάνω περιγραφή, βασίζονται στις απαιτήσεις που δηλώθηκαν µέσω µηνυµάτων REPORT στον προηγούµενο κύκλο βολιδοσκόπησης, οι οποίες προφανώς είναι πιθανό να διαφέρουν από τις πραγ- µατικές απαιτήσεις εκείνη τη στιγµή. -17-

20 2.2.3 Συνιστώσες του προβλήµατος της δυναµικής ανάθεσης εύρους ζώνης Το πρόβληµα της δυναµικής ανάθεσης εύρους ζώνης (DBA) αναλύεται σε τρεις κύριες συνιστώσες: Υπολογισµός µεγέθους των grants (grant sizing): πρόκειται για τον καθορισµό των bytes που θα ανατεθούν για µετάδοση στην αντίστοιχη ONU. Χρονοδροµολόγηση των grants των ONUs (inter-onu scheduling): πρόκειται για τη διαδικασία προσδιορισµού της σειράς µε την οποία θα αποσταλούν τα grants στις ONUs (δηλαδή της σειράς µε την οποία θα γίνουν οι µεταδόσεις). Χρονοδροµολόγηση των ουρών εντός µιας ONU (intra-onu scheduling): πρόκειται για τη διαδικασία µε την οποία η ONU καθορίζει τη σειρά µε την οποία θα γίνει η µετάδοση των ουρών της. Για κάθε µία από αυτές τις παραµέτρους έχουν προταθεί στη βιβλιογραφία διάφορες προσεγγίσεις. Στον προσοµοιωτή που αναπτύχθηκε στα πλαίσια της εργασίας αναπτύχθηκαν διάφορα σχήµατα τα οποία περιγράφονται αναλυτικά στην ενότητα , ό- που τεκµηριώνεται η κλάση OLT. 2.3 Παθητικά οπτικά δίκτυα µε πολλαπλά µήκη κύ- µατος Στις δύο κατηγορίες PONs που περιγράφηκαν στις προηγούµενες ενότητες, χρησιµοποιούνταν ένα µήκος κύµατος ανά κατεύθυνση για µετάδοση πληροφοριών ελέγχου και δεδοµένων. Στην upstream κατεύθυνση, οι ONUs µοιράζονται το µοναδικό διαθέσιµο µήκος κύµατος µε χρήση TDM υπό τις οδηγίες του σχήµατος ανάθεσης εύρους ζώνης. Προκειµένου να αυξηθεί η χωρητικότητα του συστήµατος σε ένα δίκτυο µε ένα µήκος κύµατος ανά κατεύθυνση (µονοκαναλικό) για να υποστηριχθούν περισσότεροι χρήστες ή πιο απαιτητικές εφαρµογές, θα πρέπει να αυξηθεί ο ρυθµός µετάδοσης κάτι που αφενός δεν είναι πρακτικό (απαιτεί µεγάλες αλλαγές στον εξοπλισµό του δικτύου) και αφετέρου έχει υψηλό κόστος (αντικατάσταση ποµποδεκτών). Επίσης, υπάρχουν όρια στις χωρητικότητες που µπορούν να επιτευχθούν µε τέτοιου τύπου αναβαθµίσεις. Επί του παρόντος, έχουν προτυποιηθεί οι αναβαθµίσεις σε ρυθµούς µετάδοσης µεγαλύτερους ή ίσους µε 10Gb/s (σε µία τουλάχιστον κατεύθυνση) τόσο για τα EPONs (10G-EPON) -18-

21 όσο και για τα GPONs (XG-PON), αλλά υπάρχουν περιορισµοί για µελλοντικές µεγαλύτερες αναβαθµίσεις. Μια εναλλακτική προσέγγιση στην αναβάθµιση είναι να χρησιµοποιηθούν πολλαπλά µήκη κύµατος στην υπάρχουσα οπτική ίνα. Αυτού του τύπου η πολύπλεξη µε διαίρεση µήκους κύµατος (wavelength division multiplexing) θα δηµιουργήσει ένα WDM παθητικό οπτικό δίκτυο (ή WDM PON). Σε ένα WDM PON δεν είναι απαραίτητο το πλήθος των µηκών κύµατος να ισούται µε το πλήθος των ONUs (µε κάθε ONU να χρησιµοποιεί το «δικό» της µήκος κύµατος για µετάδοση. Μια τέτοια λύση, ωστόσο, είναι ιδιαίτερα δαπανηρή. Στην πράξη, το σενάριο που προτιµάται είναι να επεκτείνεται η χωρητικότητα του συστήµατος µε πολλαπλά µήκη κύµατος τα οποία χρησιµοποιούν από κοινού οι ONUs µε χρήση κάποιου είδους πολύπλεξης (π.χ. πολύπλεξη µε διαίρεση χρόνου TDM). εν είναι επίσης απαραίτητο να έχουν όλοι οι κόµβοι του δικτύου τον ίδιο αριθµό µηκών κύµατος. Οι αναβαθµίσεις µπορούν να γίνονται σταδιακά και µόνο σε ONUs που έχουν µεγάλο φόρτο. Σε αντίθεση µε τα EPONs και τα GPONs, δεν υπάρχουν καθιερωµένα πρότυπα για τα WDM PONs και υπάρχει µεγάλη ελευθερία στον ορισµό και τη συγκεκριµένη διαµόρφωσή τους, ανάλογα µε τις ανάγκες και τον εξοπλισµό του παρόχου. Σε ότι αφορά στην ανάθεση εύρους ζώνης στις ONUs σε ένα WDM PON, προστίθεται µια επιπλέον διάσταση στο πρόβληµα, αυτή του µήκους κύµατος. Οι αποφάσεις χρονοδροµολόγησης εκτός από το πότε και για πόσο θα µεταδώσει µια ONU περιλαµβάνουν και το µήκος κύµατος το οποίο θα χρησιµοποιηθεί. Αυτό συνιστά το πρόβληµα της δυναµικής ανάθεσης µήκους κύµατος (dynamic wavelength allocation DWA). Όπως και στο πρόβληµα του DBA, υπάρχει η επιλογή για online ή offline DWA, που αντίστοιχα, αναθέτει µήκη κύµατος ξεχωριστά για κάθε αίτηµα που λαµβάνει από κάθε ONU ή που αναµένει µέχρι να λάβει τα αιτήµατα από όλες τις ONUs και µετά αποφασίζει ποια θα µεταδώσει πού. Αν και οι αποφάσεις ανάθεσης στην δεύτερη περίπτωση βασίζονται σε περισσότερα δεδοµένα, τα online DWA σχήµατα τείνουν γενικά να οδηγούν σε χαµηλότερες καθυστερήσεις πακέτων σε σύγκριση µε τα offline DWA σχήµατα για µέσους έως υψηλούς φόρτους. Αυτό, προφανώς, συµβαίνει διότι οι offline αλγόριθµοι επιφέρουν εξορισµού µια καθυστέρηση για αναµονή µεταξύ λήψης όλων των αιτηµάτων για εύρος ζώνης. -19-

22 Κάποια από τα σχήµατα χρονοδροµολόγησης που παρουσιάστηκαν σε προηγού- µενες ενότητες, όπως π.χ. το IPACT για τα EPONs, έχουν επεκταθεί και για χρήση σε WDM PONs. Αυτός ο αλγόριθµος εξακολουθεί να διατηρεί έναν πίνακα βολιδοσκόπησης και αναθέτει παράθυρα µετάδοσης εκ περιτροπής στους ONUs, επιτρέποντας ουσιαστικά τη µετάδοση στο πρώτο κάθε φορά διαθέσιµο upstream µήκος κύµατος. 2.4 Παθητικά οπτικά δίκτυα µεγάλης εµβέλειας Όπως αναφέρθηκε και παραπάνω η µέγιστη απόσταση µεταξύ του OLT και των ONUs καθορίζεται από την προϋπολογισµένη ισχύ λαµβάνοντας υπόψη ρεαλιστικές τιµές για τις απώλειες λόγω διάδοσης και διαχωρισµού. Στα παθητικά οπτικά δίκτυα µεγάλης εµβέλειας (long-reach passive optical networks) [7] γίνεται προσπάθεια να αυξηθεί το εύρος του δικτύου µε την τοποθέτηση ενδιάµεσων στοιχείων στη διαδροµή του σήµατος (όπως, π.χ. ενισχυτών, ποµποδεκτών ή και ενός µικρότερου OLT). Αυτό προφανώς καταλύει την παθητική φύση του δικτύου (η οποία είναι ένα από τα µεγαλύτερα πλεονεκτήµατά της συγκεκριµένης αρχιτεκτονικής), ωστόσο έχει τις ακόλουθες θετικές συνέπειες: 1. Η εγκατάσταση καλωδίων οπτικών ινών έχει σηµαντικό κόστος και είναι σαφώς πιο δύσκολο να γίνει σε αστικές περιοχές. Είναι λοιπόν σύνηθες το σενάριο τα καλώδια να περνιούνται εκτός των πόλεων, σε αποστάσεις που είναι πιθανώς εκτός εµβέλειας των PONs. Παροµοίως, και η κατασκευή ε- νός OLT εντός µια αστικής ζώνης παρουσιάζει δυσκολίες. Είναι λοιπόν συµφέρουσα η αντικατάσταση του OLT από µια µονάδα επέκτασης εµβέλειας (midspan PON extender) και η τοποθέτησή του σε µεγαλύτερη απόσταση. Φυσικά, για να είναι ελκυστικό ένα τέτοιο σενάριο, η µονάδα επέκτασης θα πρέπει να έχει µικρό µέγεθος, χαµηλές απαιτήσεις σε ισχύ, να χρειάζεται ελάχιστες ρυθµίσεις και διαχείριση και να είναι συµφέρουσα από άποψη κόστους. 2. Μια αποµακρυσµένη µονάδα επέκτασης του PON προσφέρει µεγαλύτερη ευελιξία στους διαχειριστές του. Όταν µια υλοποίηση PON περιλαµβάνει µεγάλους βρόχους, είναι συχνό το φαινόµενο ο προϋπολογισµός ισχύος να µην επιτρέπει τόσο µεγάλο λόγο διαχωρισµού όσο σε βραχύτερους βρόχους. Μέσω της µονάδας εξέτασης αυξάνονται τα πιθανά σενάρια προσφοράς του -20-

23 ίδιου λόγω διαχωρισµού ανεξάρτητα από τις γεωγραφικές θέσεις των διαφόρων σηµείων. 3. Σε περιοχές όπου δεν υπάρχουν πολλοί συνδροµητές, µια µονάδα επέκτασης µπορεί να αυξήσει τη χρησιµοποίηση του δικτύου και του εξοπλισµού. 4. Η µονάδα επέκτασης µπορεί να χρησιµοποιηθεί για να συνδεθεί το OLT ε- νός µικρού central office µε τον εξοπλισµό µεταγωγής και δροµολόγησης ενός µεγάλου central office χωρίς να απαιτείται εξοπλισµός µητροπολιτικού δικτύου. 5. Η χρήση εξοπλισµού επέκτασης σε µικρά central offices µπορεί να επιτρέψει τη συγκέντρωση των OLTs σε ένα περιορισµένο αριθµό από µεγάλα central offices. Βραχυπρόθεσµα, αυτό απλοποιεί τη ρύθµιση και τη διαχείριση του δικτύου επιτρέπει ενώ µακροπρόθεσµα µπορεί να οδηγήσει στην κατάργηση των µικρών central offices (υπό την προϋπόθεση βέβαια ότι η µονάδα επέκτασης µπορεί να τοποθετηθεί σε εξωτερικό χώρο και ότι όλος ο παλιός εξοπλισµός θα έχει καταργηθεί). Αυτό µειώνει το κόστος µεταξύ των δύο άκρων µετάδοσης. Για την επέκταση των PONs έχουν προταθεί δύο τεχνικές λύσεις: η χρήση οπτικών ενισχυτών (π.χ. ενισχυτών ηµιαγωγών, semiconductor optical amplifiers SOAs) και η χρήση µιας ολοκληρωµένης αµιγώς οπτικής µονάδας επέκτασης για GPONs (GPON Reach Extender - GPON-RE). Για τους οπτικούς ενισχυτές υπάρχουν δύο προσεγγίσεις: 1. Χρήση ξεχωριστών ενισχυτών για την upstream και την downstream κατεύθυνση. 2. Χρήση ενός αµφίδροµου ενισχυτή (π.χ ενισχυτή ίνας µε προσµίξεις ερβίου edfa). -21-

24 Εικόνα 6: Χρήση ανεξάρτητων ενισχυτών στις δύο κατευθύνσεις µετάδοσης (Πηγή: [7]) Το πρώτο σενάριο φαίνεται στην Εικόνα 6 και έχει τα ακόλουθα πλεονεκτήµατα: Ανεξάρτητη επιλογή µηκών κύµατος λειτουργίας σε κάθε κατεύθυνση. Ανεξάρτητη ρύθµιση κέρδους. εν υπάρχουν παρεµβολές µεταξύ των δύο κατευθύνσεων. Ο ενισχυτής στην upstream κατεύθυνση µπορεί να βελτιστοποιηθεί ώστε να έχει ελάχιστο θόρυβο. Μπορούν να χρησιµοποιηθούν δύο διαφορετικές τεχνολογίες υλοποίησης των ενισχυτών Η χρήση ενός αµφίδροµου ενισχυτή έχει επίσης κάποια πλεονεκτήµατα όπως η απλούστερη αρχιτεκτονική και άρα το χαµηλότερο κόστος, ο συνδυασµός µε λειτουργία φιλτραρίσµατος και η δυνατότητα για ενίσχυση κίνησης που έρχεται κατά ριπάς. -22-

25 3 Σχεδίαση & ανάπτυξη του προσοµοιωτή Στο κεφάλαιο αυτό περιγράφονται αναλυτικά οι διαδικασίες σχεδίασης και ανάπτυξης του προσοµοιωτή για παθητικά οπτικά δίκτυα. 3.1 Αρχές σχεδίασης Οι βασικές αρχές στις οποίες στηρίχθηκε η σχεδίαση του προσοµοιωτή που αποτελεί το αντικείµενο της παρούσας εργασίας ήταν δύο: 1. Να είναι παραµετροποιήσιµος στο µέγιστο δυνατό βαθµό. Προς αυτή την κατεύθυνση, όλες οι τιµές των παραµέτρων του προσοµοιωτή είναι προσαρµόσι- µες µέσω του αρχείου ρυθµίσεών του (input.txt). 2. Να καλύπτει πολλαπλά σενάρια παθητικών οπτικών δικτύων. Προς αυτή την κατεύθυνση έγινε προσπάθεια ο προσοµοιωτής να µπορεί να λειτουργήσει για πολλαπλές παραλλαγές στη µορφή και στον τρόπο λειτουργίας του δικτύου και πιο συγκεκριµένα στον τρόπο ανάθεσης του εύρους ζώνης. Στις παραγράφους που ακολουθούν περιγράφονται αναλυτικά τόσο η σηµασία των παραµέτρων του προσοµοιωτή όσο και τα διάφορα σενάρια παθητικών οπτικών δικτύων που αυτός καλύπτει. Αξίζει να σηµειωθεί ότι, παρόλο που η ορολογία που χρησιµοποιεί ο προσοµοιωτής σχετίζεται περισσότερο µε τα EPONs και το πρωτόκολλο MPCP, το γεγονός ότι υποστηρίζει και κατάτµηση πακέτων τον καθιστά εύκολα προσαρµόσιµο (µε µικρές αλλαγές) και σε GPONs. 3.2 Περιβάλλον ανάπτυξης Ο προσοµοιωτής αναπτύχθηκε µε χρήση της γλώσσας προγραµµατισµού Java και του περιβάλλοντος ανάπτυξης Netbeans (έκδοση 6.9.1). Με στόχο τη µέγιστη δυνατή απόδοση, δε δηµιουργήθηκε γραφικό περιβάλλον παραµετροποίησης/ οπτικοποίησης εκτέλεσης. Έτσι, ο προσοµοιωτής είναι ουσιαστικά µια εφαρµογή. -23-

26 Στην Εικόνα 7 που ακολουθεί φαίνονται οι κλάσεις που ορίστηκαν στo project του προσοµοιωτή οι οποίες περιγράφονται αναλυτικά στις παραγράφους που ακολουθούν. Εικόνα 7: Οι κλάσεις του προσοµοιωτή παθητικών οπτικών δικτύων Η περιγραφή των κλάσεων εστιάζει στα κύρια σηµεία τους και, λόγω περιορισµών στην έκταση, δεν αποτελεί εξαντλητική τεκµηρίωσή τους. Ενδεικτικά, δεν παρουσιάζονται βοηθητικές συναρτήσεις τύπου get ή set ή συναρτήσεις εισόδου εξόδου, µετατροπής σε string, κ.α. 3.3 Κλάσεις Οι κλάσεις του προσοµοιωτή σχεδιάστηκαν µε βάση τις κύριες οντότητες του προβλή- µατος (ONU, OLT, Packet, κλπ) µε στόχο αφενός να αντιστοιχιστούν οι ιδιότητες και οι λειτουργίες του δικτύου σε κώδικα και αφετέρου να είναι ο κώδικας δοµηµένος σε ενότητες που να µπορούν να επαναχρησιµοποιηθούν Η κλάση Main Επειδή η πολυπλοκότητα του προβλήµατος µετατοπίστηκε στις επιµέρους κλάσεις, η συνάρτηση main είναι εξαιρετικά απλή. Ουσιαστικά, δηλώνει ένα αντικείµενο της κλάσης PON και καλεί τις συναρτήσεις αρχικοποίησης, προσοµοίωσης και εξόδου των α- ποτελεσµάτων. PON pon1 = new PON(); pon1.initialize(); pon1.simulate(); -24-

27 pon1.writeoutput(); Η κλάση PON Όπως δηλώνει το όνοµά της, η κλάση PON µοντελοποιεί το παθητικό οπτικό δίκτυο. Στην κλάση αυτή δηλώνεται ένα αντικείµενο τύπου OLT που αντιστοιχεί στο optical line terminal του δικτύου και ένα αντικείµενο τύπου Configuration που περιλαµβάνει όλες τις παραµέτρους του δικτύου και της προσοµοίωσης. private static Configuration config; OLT olt; Επιπλέον, η κλάση PON περιλαµβάνει µεταβλητές για τον τρέχοντα χρόνο και τις µετρικές της προσοµοίωσης. Η προσοµοίωση του δικτύου (συνάρτηση simulate) συνίσταται σε έναν αριθµό από κύκλους λειτουργίας του OLT. olt.operatingcycle(this.currenttime); Η κλάση Configuration Σε αυτή την κλάση περιλαµβάνονται όλες οι παράµετροι που καθορίζουν τις µεταβλητές του δικτύου και της προσοµοίωσης. Εάν το σύνολο των ρυθµίσεων είναι ενιαίο για όλο το πρόγραµµα τα αντικείµενα της κλάσης Configuration δηλώνονται προσδιορίζονται πάντα ως Static. Οι κύριες µεταβλητές της κλάσης έχουν ως εξής: //Πλήθος ONUs στο δίκτυο private int numonus; //Άνω και κάτω όριο για την καθυστέρηση διάδοσης (προς µία κατεύθυνση) private double delayminimum; private double delaymaximum; //Πλήθος ουρών σε κάθε ONU private int numqueues; //Χωρητικότητα ουρών private int queuelimit; //Μέθοδος που χρησιµοποιείται για τον υπολογισµό του µεγέθους των grants private int grantsizingscheme; //Σταθερό µέγεθος του grant (αν χρησιµοποιείται η µέθοδος της σταθερής ανάθεσης private int fixedgrant; //Μέγιστος αριθµός bytes που µπορούν να ανατεθούν ανά ONU σε κάθε κύκλο µετάδοσης private int Wmax; //Σταθερή προσαύξηση µεγέθους grant private int fixedcredit; //Συντελεστής γραµµικής προσαύξησης µεγέθους grant private double linearcredit; -25-

28 //Μέθοδος που χρησιµοποιείται για τον καθορισµό της σειράς αποστολής των grants στις ONUs private int grantschedulinginteronu_scheme; //Μέθοδος που ακολουθεί η ONU για τον καθορισµό της σειράς µετάδοσης για τις ουρές της private int grantschedulingintraonu_scheme; //Μεταβλητή που δηλώνει πόσες διαφορετικές τιµές θεωρούνται για το µέγεθος των πακέτων private int nummodes; //Πίνακας που περιλαµβάνει τα πιθανά µεγέθη των πακέτων private int trimodalsizes[]; //Πιθανότητες που αντιστοιχούν σε κάθε µέγεθος πακέτου private double trimodalprobabilities[]; //Μεταβλητή που δηλώνει εάν στο δίκτυο γίνονται κατατµήσεις πακέτων private boolean packetfragmentation; Αξίζει να σηµειωθεί ότι µέσω της δήλωσης ανεξάρτητων αντικειµένων τύπου Configuration υπάρχει δυνατότητα να πάρουν όλες οι παράµετροι διαφορετικές τιµές ανά ONU χωρίς αλλαγές στον κυρίως κώδικα. Ωστόσο, στα πλαίσια της εργασίας στις παραµέτρους δόθηκαν ενιαίες τιµές Η κλάση TrafficGenerator Περιλαµβάνει όλες τις συναρτήσεις που σχετίζονται µε την παραγωγή τυχαίων αριθµών (που σχετίζονται κυρίως µε την παραγωγή της κίνησης στο δίκτυο). Περιλαµβάνει τις ακόλουθες συναρτήσεις: public int generatepoisson(double l) Παράγει δείγµατα κατανοµής Poisson (µε παράµετρο l(ambda)). Χρησιµοποιείται για τις αφίξεις των πακέτων στις ONUs. public int generatetrimodal() Το µέγεθος των πακέτων που καταφθάνουν στις ONUs του παθητικού οπτικού δικτύου µοντελοποιείται µε χρήση της κατανοµής trimodal. Μελέτες της πραγµατικής κίνησης σε IP δίκτυα έχουν δείξει ότι η κατανοµή αυτή προσεγγίζει ικανοποιητικά το µέγεθος των IP πακέτων που προέρχονται από δίκτυα Ethernet [11]. Λαµβάνονται υπόψη 3 µεγέθη πακέτων που απαντώνται συχνά (64, 500 και 1500 Bytes) µε τις αντίστοιχες πιθανότητες εµφάνισης (0.6, 0.2 και 0.2). public int generateuniform(int minv, int maxv) -26-

29 Αυτή η συνάρτηση παράγει οµοιόµορφα κατανεµηµένους αριθµούς µεταξύ των δύο ορίων που δίνονται ως ορίσµατα Η κλάση Packet Μοντελοποιεί το πακέτο στο δίκτυο και έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: //Χρόνος άφιξης του πακέτου private double parrivaltime; //Μέγεθος του πακέτου private int psize; //Μέγεθος του πακέτου που αποµένει για µετάδοση. Χρησιµοποιείται εάν γίνεται κατάτµηση πακέτων private int psizeremaining; //Προτεραιότητα του πακέτου (για υποστήριξη ποιότητας υπηρεσίας) private int ppriority; Η κλάση Queue Μοντελοποιεί µια ουρά σε µία ONU. Περιλαµβάνει τις ακόλουθες µεταβλητές: //Αναγνωριστικό της ουράς private int qid; //Η προτεραιότητα της ουράς. Εκφράζεται µε έναν ακέραιο. Η µικρότερη τιµή αντιστοιχεί στη µεγαλύτερη προτεραιότητα private int qpriority; //Μέγιστο µέγεθος ουράς σε Bytes. Λαµβάνεται από το αντικείµενο Configuration αλλά µπορεί να οριστεί και ανεξάρτητα για κάθε ουρά private int qlimit; //Τρέχον µέγεθος της ουράς σε bytes private int qsize; //Τα πακέτα που περιέχει η ουρά ArrayList<Packet> packets = new ArrayList<Packet>(); //Πλήθος πακέτων που απορρίπτονται λόγω υπέρβασης της χωρητικότητας της ουράς private int droppedpackets; //Συνολικό µέγεθος πακέτων που απορρίπτοντα private int droppedpacketstotalsize; Οι δύο κύριες µέθοδοι της κλάσης Queue είναι οι Enqueue (προσθήκη πακέτου στο τέλος της ουράς) και Dequeue (αφαίρεση πακέτου από την αρχή της ουράς προκειµένου να µεταδοθεί). public boolean enqueue(packet p1) Η µέθοδος enqueue παίρνει ως όρισµα ένα πακέτο. Αφού κάνει έλεγχο για το αν η προσθήκη του πακέτου στην ουρά θα υπερβεί τη χωρητικότητά της if ((this.qsize + p1.getpacketsize())<=this.qlimit) -27-

30 το προσθέτει στην ArrayList των πακέτων της και αυξάνει κατάλληλα το τρέχον µέγεθός της. this.packets.add(p1); this.qsize += p1.getpacketsize(); Εάν το πακέτο δεν χωράει στην ουρά, αυξάνονται οι µετρητές των πακέτων που απορρίπτονται και το πακέτο χάνεται. this.droppedpackets++; this.droppedpacketstotalsize += p1.getpacketsize(); Η τιµή που επιστρέφει η µέθοδος enqueue είναι true εάν η καταχώρηση του πακέτου έγινε µε επιτυχία ή false αν το πακέτο απορρίφθηκε. public Packet dequeue() Η µέθοδος dequeue καλείται κατά την µετάδοση του πακέτου (συγκεκριµένα όταν ολοκληρωθεί η µετάδοση όλων των bits του). εν παίρνει ορίσµατα και επιστρέφει το πακέτο που εξάγεται από την ουρά. Packet p1; p1 = packets.get(0); //Το πρώτο πακέτο αφαιρείται από την ArrayList της ουράς packets.remove(0); //Το τρέχον µέγεθος της ουράς µειώνεται κατάλληλα (πιθανώς το πρώτο πακέτο να µην έχει πλέον το αρχικό του µέγεθος εάν έχει κατατµηθεί this.qsize -= p1.getpacketsizeremaining(); return p1; Η κλάση Grant Αντιστοιχεί στις αναθέσεις εύρους ζώνης που αποστέλλει το OLT στις ONUs του δικτύου προκειµένου να προχωρήσουν σε µετάδοση δεδοµένων. Περιλαµβάνει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: //Αναγνωριστικό της ONU private int ONU_ID; //Χρόνος έναρξης του grant private int gstart; //Μέγεθος του grant σε Bytes private int gsize; -28-

31 3.3.8 Η κλάση PollingTableEntry Αντιστοιχεί στις καταχωρήσεις του πίνακα βολιδοσκόπησης που κατασκευάζει το OLT προκειµένου να εκτελέσει τον αλγόριθµο χρονοδροµολόγησης και ανάθεσης εύρους ζώνης. Περιλαµβάνει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: //Αναγνωριστικό της ONU που αιτείται εύρος ζώνης private int ONU_ID; //Μέγεθος του αιτήµατος σε bytes private int bytes; //Καθυστέρηση διάδοσης µε επιστροφή για τη συγκεκριµένη ONU private double RTT; Κλάσεις που υλοποιούν Comparators Σε αρκετά σηµεία του σχήµατος χρονοδροµολόγησης στο παθητικό οπτικό δίκτυο α- παιτείται να γίνει ταξινόµηση αντικειµένων µε βάση κάποια παράµετρο. Για παράδειγ- µα, η σειρά µε την οποία επεξεργάζεται το OLT τα αιτήµατα των ONUs µπορεί να βασίζεται στο µέγεθός τους ή στην καθυστέρηση διάδοσης µε επιστροφή για τη συγκεκρι- µένη ONU. Για το σκοπό αυτό ορίστηκαν διάφορες κλάσεις οι οποίες υλοποιούν τη διεπαφή (interface) Comparator της Java και επιτρέπουν τη σύγκριση σύνθετων µεταβλητων (αντικειµένων) µε βάση κάποιο χαρακτηριστικό τους. Η κλάση PollingTableEntryRTTComparator Ορίζει τον τρόπο µε τον οποίο συγκρίνονται δύο εγγραφές του πίνακα βολιδοσκόπησης του OLT µε κριτήριο την καθυστέρηση διάδοσης µε επιστροφή προς την αντίστοιχη ONU. Μπορεί να χρησιµοποιηθεί π.χ. για την αποστολή των grants πρώτα στις κοντινές ONUs και στη συνέχεια στις αποµακρυσµένες. Η κλάση PollingTableEntrySizeComparatorDesc Ορίζει τον τρόπο µε τον οποίο συγκρίνονται δύο αντικείµενα τύπου PollingTableEntry µε βάση το µέγεθος σε bytes που αιτείται η ONU για µετάδοση. Υλοποιεί φθίνουσα ταξινόµηση, έτσι ώστε π.χ. οι υπερφορτωµένες ONUs να εξυπηρετούνται πρώτες. Η κλάση QueueIDComparator Υλοποιεί τη διάταξη δύο αντικειµένων τύπου Queue µε βάση το αναγνωριστικό της ουράς. Μπορεί να χρησιµοποιηθεί σε σχήµατα εξυπηρέτησης εκ περιτροπής (round robin) για τις ουρές µιας ONU. Σχετίζεται µε τη διαδικασία χρονοδροµολόγησης εντός της -29-

32 ONU (intra ONU scheduling) κατά την οποία η ONU αποφασίζει τη σειρά µε την οποία θα µεταδοθούν πακέτα από τις ουρές της. Η κλάση QueuePriorityComparator Ορίζει τον τρόπο µε τον οποίο συγκρίνονται δύο αντικείµενα τύπου Queue µε βάση την προτεραιότητά τους. Όπως αναφέρθηκε και παραπάνω η µικρότερη τιµή του πεδίου priority αντιστοιχεί σε υψηλότερη προτεραιότητα. Αφορά τη διαδικασία της χρονοδρο- µολόγησης εντός της ONU όπου π.χ. θα µπορούσε να γίνεται µετάδοση πρώτα των πακέτων υψηλής προτεραιότητας ώστε να υποστηριχθεί ποιότητα υπηρεσίας. Η κλάση QueueSizeComparatorDesc Επιτρέπει τη διάταξη δύο αντικειµένων τύπου Queue µε βάση το συνολικό τους µέγεθος και µε φθίνουσα σειρά. Μπορεί να χρησιµοποιηθεί από µια ONU προκειµένου να διατάξει τις ουρές της από την πιο γεµάτη στην πιο άδεια Η κλάση OLT Η συγκεκριµένη κλάση αποτελεί (µαζί µε την κλάση ONU που περιγράφεται παρακάτω) µία από τις σηµαντικότερες κλάσεις του προσοµοιωτή διότι συγκεντρώνει όλη τη λειτουργικότητα και την «ευφυΐα» του δικτύου. Οι βασικές µεταβλητές που περιλαµβάνει είναι: //Οι ρυθµίσεις του παθητικού οπτικού δικτύου private static Configuration config; //Πλήθος των ONUs στο δίκτυο private int numonus; //Οι ONUs που επικοινωνούν µε το OLT private ONU ONUs[]; //Πίνακας βολιδοσκόπησης. Περιλαµβάνει τα αιτήµατα των ONUs private ArrayList<PollingTableEntry> pollingtable; //Πίνακας των grants, δηλαδή των αναθέσεων εύρους ζώνης στις ONUs private ArrayList<Grant> grantstable; Οι κυριότερες συναρτήσεις της κλάσης OLT είναι: public void constructpollingtable() Κατασκευάζει τον πίνακα βολιδοσκόπησης ο οποίος περιλαµβάνει µία εγγραφή για κάθε ONU. Σε κάθε γραµµή καταγράφεται το αναγνωριστικό της ONU, το συνολικό µέγεθος όλων των ουρών της (σε Bytes) και την καθυστέρηση διάδοσης µε επιστροφή -30-

33 //Άδειασµα του πίνακα this.pollingtable.clear(); //Για κάθε ONU for (i=0;i<this.numonus;i++) { //Προσθήκη εγγραφής στον πίνακα this.pollingtable.add(new PollingTableEntry( this.onus[i].getnetworkid(), this.onus[i].gettotalqueuesize(),this.onus[i].getrtt())); } public void grantsizing() Αυτή η µέθοδος καθορίζει το µέγεθος των grants που θα δοθούν στις ONUs του δικτύου. Υποστηρίζονται τα ακόλουθα σχήµατα: 1 = fixed service: σε αυτή τη µέθοδο ουσιαστικά αγνοείται το µέγεθος του αιτή- µατος της ONU και ανατίθεται grant ίσο µε το µέγιστο παράθυρο µετάδοσης (παράµετρος W max ) σε όλες τις ONUs. Αυτό σηµαίνει ότι ο κύκλος βολιδοσκόπησης έχει πάντα σταθερό µέγεθος (παράµετρος T max ). Είναι προφανές ότι µια τέτοια προσέγγιση δεν µπορεί να είναι αποδοτική, ιδιαίτερα όταν υπάρχουν διαφορές στο φόρτο των ONUs, συνεπώς παρατίθεται µόνο για συγκρίσεις µε τις υπόλοιπες. 2 = limited service: σε αυτή τη µέθοδο, ανατίθεται σε κάθε ONU ο χρόνος µετάδοσης που ζήτησε εφόσον δεν υπερβαίνει το µέγιστο όριο ανά κύκλο (W max ). 3 = constant credit: σε αυτή τη µέθοδο ανατίθεται σε κάθε ONU ο χρόνος που ζήτησε προσαυξηµένος κατά ένα σταθερό µέγεθος (παράµετρος fixedcredit) µε τη λογική ότι από τη στιγµή που η ONU απέστειλε το αίτηµα για µετάδοση θα έχουν έρθει και άλλα πακέτα που δεν θα περιλαµβάνονται στο αίτηµα αλλά µπορούν να µεταδοθούν όταν αυτή λάβει το grant. 4 = linear credit: αυτή η µέθοδος λειτουργεί παρόµοια µε την παραπάνω, µόνο που η προσαύξηση του µεγέθους δεν είναι σταθερή αλλά εκφράζεται ως ποσοστό του µεγέθους που ζητήθηκε (παράµετρος linearcredit). Η λογική αυτής της προσέγγισης είναι ότι οι ONUs που έχουν µεγάλο συνολικό µέγεθος ουράς είναι λογικό να έχουν και περισσότερες αφίξεις οπότε αυτές θα πρέπει να λάβουν µεγαλύτερο grant. -31-

34 Το κύριο τµήµα του κώδικα της συνάρτησης grantsizing έχει ως εξής: switch (this.config.getgrantsizingscheme()) { //Η απλούστερη περίπτωση - fixed service case 1: gs = this.config.getmaxgrant(); break; } //Η ArrayList µε τα grants αδειάζει για να δηµιουργηθούν ξανά grantstable.clear(); //Για όλες τις ONUs for (i=0;i<this.numonus;i++) { switch (this.config.getgrantsizingscheme()) { //Maximum service κάθε ONU λαµβάνει όσο ζήτησε εφόσον αυτό δεν υπερβαίνει το µέγιστο case 2: if (this.onus[i].gettotalqueuesize()<this.config.getmaxgrant()) gs = this.onus[i].gettotalqueuesize(); else gs = this.config.getmaxgrant(); break; //Constant credit το grant προσαυξάνεται κατά σταθερή ποσότητα case 3: gs = this.onus[i].gettotalqueuesize() + this.config.getfixedcredit(); if (gs>this.config.getmaxgrant()) gs = this.config.getmaxgrant(); break; //Linear credit το grant προσαυξάνεται γραµµικά case 4: gs = (int) Math.ceil(this.ONUs[i].getTotalQueueSize()*(1+this.config.getLinea rcredit())); if (gs>this.config.getmaxgrant()) gs = this.config.getmaxgrant(); break; } //Τα grants προστίθενται στην ArrayList grantstable.add(new Grant(this.ONUs[i].getNetworkID(),gs)); public void grantschedulinginteronu() Αυτή η συνάρτηση καθορίζει τη σειρά µε την οποία θα µεταδοθούν τα grants στις ONUs και άρα τη σειρά µε την οποία θα γίνουν οι αντίστοιχες µεταδόσεις. Η υλοποίη- -32-

35 ση γίνεται µε ταξινόµηση της ArrayList που περιέχει τα grants που δηµιουργήθηκαν µε τη συνάρτηση grantsizing. Υποστηρίζονται τα ακόλουθα σχήµατα: 1. Εκ περιτροπής (round robin): η ArrayList δεν ταξινοµείται και τα grants παρα- µένουν µε τη σειρά που έχουν οριστεί οι ONUs. 2. Με βάση τη µικρότερη καθυστέρηση διάδοσης µε επιστροφή (RTT). 3. Με βάση το µέγεθος του αιτήµατος (φθίνουσα ταξινόµηση). Η ArrayList grantstable ταξινοµείται µε χρήση των δύο comparators που έχουν κατασκευαστεί για αντικείµενα τύπου PollingTableEntries (περιγράφηκαν στην ενότητα 3.3.9). Το κύριο σώµα της συνάρτησης έχει ως εξής: switch (this.config.getgrantschedulinginteronu_scheme()) { /*Round robin: Οι ONUs εξυπηρετούνται µε τη σειρά που είναι αποθηκευµένες στον πίνακα του OLT οπότε η ArrayList δεν ταξινοµείται case 1: break; case 2: //Οι ONUs ταξινοµούνται από την πλησιέστερη στην πιο αποµακρυσµένη Collections.sort(pollingTable, new PollingTableEntryRTTComparator()); break; case 3: //Οι ONUs ταξινοµούνται ανάλογα µε το συνολικό µέγεθος των ουρών τους (φθίνουσα ταξινόµηση η ONU µε την περισσότερη κίνηση εξυπηρετείται πρώτη) Collections.sort(pollingTable, new PollingTableEntrySizeComparatorDesc()); break; public void sendgrants(double ct) Υλοποιεί την αποστολή των grants στις ONUs προκειµένου να προχωρήσουν σε µετάδοση δεδοµένων. Το όρισµά της είναι ο τρέχων χρόνος. Η συνάρτηση διατρέχει την ArrayList grantstable όπου έχουν διαταχθεί τα grants µε την κατάλληλη σειρά (συνάρτηση grantschedulinginteronu) και καλεί τη συνάρτηση receivegrant της κλάσης ONU. Ο κύριος βρόχος της συνάρτησης έχει ως εξής: for (i=0;i<this.grantstable.size();i++) { int nid = grantstable.get(i).getonu_id(); //Εύρεση ONU µε το συγκεκριµένο ID*/ for (j=0;j<this.numonus;j++) -33-

36 { if (this.onus[j].getnetworkid()==nid) break; } //Αποστολή του grant και λήψη από την κατάλληλη ONU this.onus[j].receivegrant(this.grantstable.get(i), ct); public void operatingcycle(double ct) Η συνάρτηση µοντελοποιεί τη λειτουργία (ροή εργασιών) του OLT. Περιλαµβάνει την κατασκευή του πίνακα βολιδοσκόπησης, τη διαδικασία καθορισµού του µεγέθους των grants και της σειράς µε την οποία θα µεταδοθούν στις ONUs και την αποστολή των grants. Το όρισµά της είναι ο τρέχων χρόνος. Οι κύριες εντολές του σώµατός της είναι: //Κατασκευή πίνακα βολιδοσκόπησης µε τα αιτήµατα των ONUs constructpollingtable(); //Υπολογισµού µεγέθους grants grantsizing(); //Καθορισµός της σειράς µε την οποία θα αποσταλούν τα grants grantschedulinginteronu(); //Αποστολή των grants στις ONUs sendgrants(ct); Η κλάση ONU Αυτή η κλάση µοντελοποιεί τη λειτουργία µια οπτικής µονάδας δικτύου σε ένα παθητικό οπτικό δίκτυο. Οι πιο σηµαντικές µεταβλητές της κλάσης είναι: //Οι ρυθµίσεις του δικτύου και της προσοµοίωσης private static Configuration config; //Αντικείµενο που παράγει την κίνηση για την ONU private TrafficGenerator tg; //Το αναγνωριστικό της ONU. Θα µπορούσε, π.χ. να αντιστοιχεί σε διεύθυνση MAC private int networkid; //Ρυθµός µετάδοσης από την ONU στο OLT*/ private double datarate; //Καθυστέρηση διάδοσης µε επιστροφή µεταξύ ONU και OLT private double RTT; //Οι ρυθµοί µετάδοσης στις δύο κατευθύνσεις είναι διαφορετικοί στη γενική περίπτωση οπότε και οι καθυστερήσεις διαφέρουν private double delayupstream; private double delaydownstream; //Η απόσταση της ONU από το OLT σε χιλιόµετρα private double distance; -34-

37 //Ο φόρτος της ONU (δυνητικά ρυθµίζεται ανεξάρτητα για κάθε ONU αν και µπορεί να θεωρηθεί και ενιαίος private double load; //Το πλήθος των ουρών που διαθέτει η ONU για αποθήκευση δεδοµένων πριν τη µετάδοση private int numqueues; //Οι ουρές της ONU private ArrayList<Queue> queues; //Όριο µετάδοσης σε κάθε κύκλο βολιδοσκόπησης για τη συγκεκριµένη ONU. Ενδέχεται να µη λαµβάνεται υπόψη σε κάποια σενάρια χρονοδρο- µολόγησης private int transmisionlimit; //Παράµετρος λ της κατανοµής Poisson private double lambda; //Μετρικές της προσοµοίωσης private double totalpacketdelay; private int totalpackets; private int totalpacketsize; //Πλήθος bytes που δεν αξιοποιούνται για τη µετάδοση δεδοµένων (π.χ. στο τέλος του grant εάν δεν γίνεται κατάτµηση πακέτων) private int byteswasted; Οι κυριότερες µέθοδοι της κλάσης που σχετίζονται µε τη λειτουργία της ONU είναι: public void generatetraffic(double ct) Η µέθοδος αυτή παράγει την κίνηση για την ONU. Το όρισµά της είναι ο τρέχων χρόνος. //Παραγωγή τυχαίου αριθµού µε βάση την κατανοµή Poisson. Αντιστοιχεί στο πλήθος των πακέτων num = this.tg.generatepoisson(this.lambda); //Παραγωγή πακέτων for (i=0;i<num;i++) { //Το µέγεθος των πακέτων παράγεται σύµφωνα µε την κατανοµή trimodal psize = this.tg.generatetrimodal(); //Η προτεραιότητα των πακέτων επιλέγεται τυχαία µε χρήση της ο- µοιόµορφης κατανοµής pq = this.tg.generateuniform(0, this.numqueues-1); //Παραγωγή νέου πακέτου Packet p1 = new Packet(ct, psize, pq); //Το πακέτο πρέπει να τοποθετηθεί στην ουρά µε την αντίστοιχη προτεραιότητα cq = getqueuebyid(p1.getpriority()); this.queues.get(cq).enqueue(p1); } -35-

38 public void receivegrant(grant g1, double ct) Αυτή η συνάρτηση αντιστοιχεί στη λειτουργία της λήψης ενός grant από την ONU. Τα ορίσµατά της είναι το grant που λαµβάνει και ο τρέχων χρόνος. Η ONU πρέπει να δρο- µολογήσει το grant που λαµβάνει. schedulegrant(g1, ct); public void schedulegrant(grant g1, double ct) Η δροµολόγηση ενός grant περιλαµβάνει τη διάταξη των ουρών σύµφωνα µε τη σειρά εξυπηρέτησης και τη µετάδοση όσων πακέτων χωράνε στο grant. intraonu_scheduling(); transmitbytes(g1.getgrantsize(), ct); public void intraonu_scheduling() Αυτή η συνάρτηση αντιστοιχεί στη διαδικασία διάταξης των ουρών της ONU στη σειρά µε την οποία θα εξυπηρετηθούν (δηλαδή τη σειρά µε την οποία θα µεταδώσουν τα πακέτα που περιέχουν. Υποστηρίζονται τα ακόλουθα σχήµατα: 1. Εξυπηρέτηση εκ περιτροπής 2. Εξυπηρέτηση µε σειρά προτεραιότητας 3. Εξυπηρέτηση µε βάση τη µεγαλύτερη ουρά (φθίνουσα ταξινόµηση ως προς το µέγεθος) Η συνάρτηση ταξινοµεί τις ουρές τις ONU ανάλογα µε το επιλεγµένο κριτήριο χρησι- µοποιώντας τις κλάσεις Comparators που περιγράφηκαν στην Ενότητα Ο κύριος βρόχος της συνάρτησης έχει ως εξής: //Ανάλογα µε τη µέθοδο εσωτερικής χρονοδροµολόγησης που καθορίζεται στις ρυθµίσεις switch (this.config.getgrantschedulingintraonu_scheme()) { //Εκ περιτροπής case 1: Collections.sort(queues, new QueueIDComparator()); break; //Με βάση τις προτεραιότητες case 2: Collections.sort(queues, new QueuePriorityComparator()); -36-

39 break; //Με βάση το µέγεθος της ουράς (φθίνουσα ταξινόµηση) case 3: Collections.sort(queues, new QueueSizeComparatorDesc()); break; } public void transmitbytes(int gs, double ct) Η µέθοδος αυτή χειρίζεται την µετάδοση των Bytes (που αποτελούν µέρος ενός πακέτου ή ολόκληρο το πακέτο εάν δεν γίνεται κατάτµηση) από την ONU προς το OLT. Έ- χει προηγηθεί η διαδικασία εσωτερικής χρονοδροµολόγησης (intra ONU scheduling) και η ONU έχει καθορίσει τη σειρά µετάδοσης των ουρών της. Τα ορίσµατα της συνάρτησης αντιστοιχούν στο µέγεθος του grant (σε Bytes) και στον τρέχοντα χρόνο. Το κύριο µέρος του κώδικα της συνάρτησης έχει ως εξής: //Η συνάρτηση παρακολουθεί το µέρος του grant που αποµένει για µετάδοση (αρχικά όλο το grant) int grantsizeremaining = gs; Packet p1; //Μεταβλητή που αντιστοιχεί στην ουρά από την οποία γίνεται µετάδοση i = 0; //Ενώσω αποµένει τµήµα του grant και υπάρχουν δεδοµένα στις ουρές για µετάδοση while ((grantsizeremaining > 0)&&(this.getTotalQueueSize()>0)) { //Εάν η τρέχουσα ουρά είναι άδεια -> µετάβαση στην επόµενη if (queues.get(i).getsize()==0) {i++; continue;} //Ο χειρισµός διαφέρει ανάλογα µε το αν γίνεται κατάτµηση πακέτων if (this.config.getpacketfragmentation()==true) { //Εάν το πακέτο στην κεφαλή της επιλεγµένης ουράς µπορεί να µεταδοθεί ολόκληρο if (queues.get(i).getfirstpacketsize()<=grantsizeremaining) { //Το πακέτο αφαιρείται από την ουρά p1 = queues.get(i).dequeue(); //Υπολογισµός µετρικών this.totalpackets++; this.totalpacketsize += p1.getpacketsize(); //Το µέγεθος του πακέτου υπολογίζεται σε Bytes, ο ρυθµός µετάδοσης σε bits/sec και η καθυστέρηση διάδοσης σε microseconds οπότε απαιτούνται κάποιες µετατροπές τύπων -37-

40 this.totalpacketdelay += (ct + this.delayupstream + (this.datarate*(p1.getpacketsize()/8))* ) - p1.getarrivaltime(); //Το µέγεθος του πακέτου αφαιρείται από το τµήµα του grant που α- ποµένει για µετάδοση grantsizeremaining -= p1.getpacketsize(); //Εάν η επιλεγµένη ουρά δεν περιέχει πλέον πακέτα, η µετάδοση πρέπει να συνεχιστεί µε την επόµενη ουρά if (queues.get(i).getsize()==0) i++; } //Το τµήµα του grant που αποµένει δεν επαρκεί για τη µετάδοση του πρώτου πακέτου οπότε θα γίνει κατάτµηση και θα µεταδοθεί ένα µέρος του χωρίς αυτό να αφαιρεθεί από την ουρά else { //Αυτή η συνάρτηση της κλάσης Queue µειώνει το µέγεθος του πρώτου πακέτου στην ουρά που αποµένει για µετάδοση κατά την ποσότητα που περνιέται ως όρισµα queues.get(i).partialtransmission(grantsizeremaining); //Γίνεται µείωση του µεγέθους της ουράς queues.get(i).reducesize(grantsizeremaining); } } //Εάν δε γίνεται κατάτµηση πακέτων όπως π.χ. σε ένα EPON else { //Εάν το πρώτο πακέτο έχει µέγεθος µικρότερο ή ίσο του µέρους του grant που αποµένει, η µετάδοση θα γίνει if (queues.get(i).getfirstpacketsize()<=grantsizeremaining) { //Το πακέτο αναχωρεί p1 = queues.get(i).dequeue(); grantsizeremaining -= p1.getpacketsize(); //Υπολογισµός µετρικών this.totalpackets++; this.totalpacketsize += p1.getpacketsize(); this.totalpacketdelay += this.delayupstream + (this.datarate*(p1.getpacketsize()/8))* ; //Εάν η επιλεγµένη ουρά δεν περιέχει πλέον πακέτα, η µετάδοση πρέπει να συνεχιστεί µε την επόµενη ουρά if (queues.get(i).getsize()==0) i++; } //Εφόσον δεν γίνεται κατάτµηση του πρώτου πακέτου, υπάρχουν bytes στο grant που δεν αξιοποιήθηκαν else { -38-

41 //Η διαδικασία της µετάδοσης σταµατάει και προσµετρώνται τα χαµένα bytes this.byteswasted += grantsizeremaining; break; } } -39-

42

43 4 Αποτελέσµατα προσοµοίωσης Σε αυτό το κεφάλαιο περιγράφονται τα πειράµατα που διεξήχθησαν µε χρήση του προσοµοιωτή και τα αντίστοιχα αποτελέσµατα. Η οργάνωση των πειραµάτων γίνεται µε βάση τη µετρική που µελετάται. Κάποιες κύριες παράµετροι της προσοµοίωσης διατηρούν τις τιµές τους για όλα τα πειράµατα. Μεταξύ άλλων, στο δίκτυο υπάρχουν 16 ONUs, οι καθυστερήσεις διάδοσης (προς µία κατεύθυνση παίρνουν τιµές στο διάστηµα [50, 100] µs και µεταξύ των µεταδόσεων δύο ONUs µεσολαβεί πάντα χρόνος ασφαλείας ίσος µε 5 µs. Όλες οι λειτουργίες που σχετίζονται µε την επεξεργασία των αιτηµάτων και των grants (π.χ. ταξινοµήσεις µε διάφορα κριτήρια) θεωρείται ότι έχουν µηδενικό κόστος (εναλλακτικά, ότι πραγµατοποιούνται παράλληλα µε µεταδόσεις άλλων ONUs). 4.1 Καθυστέρηση πακέτου Σε αυτή την ενότητα παρουσιάζονται τα γραφήµατα που σχετίζονται µε τη µεταβολή της µέσης καθυστέρησης πακέτου στο παθητικό οπτικό δίκτυο σε συνάρτηση µε τη µέθοδο υπολογισµού του µεγέθους των grants, τη µέθοδο χρονοδροµολόγησης των ONUs (δηλαδή της σειράς αποστολής των grants inter-onu scheduling) και της εσωτερικής χρονοδροµολόγησης που λαµβάνει χώρα σε µια ONU (δηλαδή του καθορισµού της σειράς µετάδοσης των ουρών intra-onu scheduling) Ανάλογα µε τη µέθοδο υπολογισµού του µεγέθους των grants (grant sizing) Στην Εικόνα 8 φαίνεται το γράφηµα της µέσης καθυστέρησης ενός πακέτου στο PON σε συνάρτηση µε το φόρτο για τα τέσσερα διαφορετικά σχήµατα υπολογισµού µεγέθους των grants που εξετάστηκαν. Όπως φαίνεται και από το γράφηµα, µε εξαίρεση το σχήµα σταθερής ανάθεσης σε χαµηλό φόρτο, τα υπόλοιπα αποδίδουν περίπου το ίδιο. -41-

44 Εικόνα 8: Μέση καθυστέρηση πακέτου σε συνάρτηση µε το φόρτο για τα τέσσερα σχήµατα που προσοµοιώθηκα Ανάλογα µε τη µέθοδο χρονοδροµολόγησης των grants µεταξύ των ONUs (Inter-ONU scheduling Οι τρεις µέθοδοι χρονοδροµολόγησης των grants που περιγράφηκαν νωρίτερα (µε βάση το ID ή χωρίς ταξινόµηση, µε βάση τη µικρότερη καθυστέρηση διάδοσης µε επιστροφή και µε βάση το µεγαλύτερο grant) προσοµοιώθηκαν σε ταυτόσηµα σενάριο µε στόχο να διαπιστωθεί εάν υπάρχει σηµαντική διαφορά στην απόδοση του δικτύου. Τα αποτελέσµατα απεικονίζονται γραφικά στην Εικόνα

45 Εικόνα 9: Μέση καθυστέρηση πακέτου ανάλογα µε το φόρτο για τις τρεις µεθόδους χρονοδρο- µολόγησης µεταξύ ONUs Όπως φαίνεται από το γράφηµα, οι διαφορές µεταξύ των τριών µεθόδων είναι µικρές (σε ότι αφορά στη µέση καθυστέρηση). Αξίζει να σηµειωθεί ότι στα πειράµατα που έ- δωσαν τα παραπάνω αποτελέσµατα χρησιµοποιήθηκε η µέθοδος καθορισµού µεγέθους της γραµµικής προσαύξησης διότι έδινε (έστω και µε µικρή απόκλιση) τα καλύτερα α- ποτελέσµατα Ανάλογα µε τη µέθοδο χρονοδροµολόγησης των ουρών ε- ντός της ONU (Intra-ONU scheduling) Προσοµοιώθηκαν τρεις µέθοδος «εσωτερικής χρονοδροµολογησης» για τις ONUs, δηλαδή τρεις τρόποι µε τους οποίους µπορεί µια ONU να διατάξει της ουρές που διαθέτει για µετάδοση. 1. Εκ περιτροπής (δηλαδή µε βάση το αναγνωριστικό της ουράς) 2. Με βάση την προτεραιότητα 3. Με βάση το µέγεθος (φθίνουσα ταξινόµηση) Η µέθοδος υπολογισµού µεγέθους σε όλα τα πειράµατα αυτής της ενότητα ήταν η γραµµική προσαύξηση ενώ για τη χρονοδροµολόγηση των ONUs χρησιµοποιήθηκε η -43-

46 µέθοδος µε βάση το µεγαλύτερο µέγεθος. Τα αποτελέσµατα σε ότι αφορά στη µέση καθυστέρηση πακέτου συγκεντρώνονται στην Εικόνα 10. Εικόνα 10: Μέση καθυστέρηση πακέτου σε συνάρτηση µε το φόρτο ανάλογα µε την «εσωτερική» δροµολόγηση των ONUs Όπως και παραπάνω, οι διαφορές µεταξύ των σχηµάτων είναι αρκετά µικρές. Κανείς µπορεί πάντως να παρατηρήσει, ότι σε ορισµένα σενάρια µε χαµηλό φόρτο, η επιλογή να εξυπηρετηθούν πρώτα οι µεγαλύτερες ουρές προκαλεί ελαφρά µεγαλύτερη µέση καθυστέρηση (προφανώς γιατί έτσι «αδικούνται» κάποια µικρά πακέτα). 4.2 Μέγεθος ουράς Όπως είναι αναµενόµενο, το µέσο µέγεθος των ουρών αυξάνεται καθώς αυξάνεται ο φόρτος στο δίκτυο. Στις παραγράφους που ακολουθούν παρουσιάζονται τα αντίστοιχα γραφήµατα για τις παραµέτρους που µελετώνται. Όπως και στην Ενότητα 414.1, έγιναν οι ίδιες υποθέσεις για τις παραµέτρους που δεν µελετώνται (γραµµική προσαύξηση, ταξινόµηση ONU µε βάση το µεγαλύτερο µέγεθος ουρών). -44-

47 4.2.1 Ανάλογα µε τη µέθοδο υπολογισµού του µεγέθους των grants (grant sizing) Όπως φαίνεται στην Εικόνα 11, το µέσο µέγεθος ουράς δεν παρουσιάζει µεγάλες αποκλίσεις για τις τέσσερεις µεθόδους προσδιορισµού του µεγέθους των grants, µε εξαίρεση τη µέθοδο της σταθερής ανάθεσης η οποία για χαµηλό φόρτο παρουσιάζει µεγαλύτερο µέσο µέγεθος ουράς. Εικόνα 11: Μέσο µέγεθος ουράς σε σχέση µε το φόρτο για τα τέσσερα σχήµατα προσδιορισµού µεγέθους των grants Ανάλογα µε τη µέθοδο χρονοδροµολόγησης των grants µεταξύ των ONUs (Inter-ONU scheduling) Όπως φαίνεται στην Εικόνα 12, το µέσο µέγεθος ουράς δεν παρουσιάζει µεγάλες αποκλίσεις για τις τέσσερεις προσεγγίσεις δροµολόγησης των ONUs. Αυτό είναι αρκετά λογικό διότι το µέσο µέγεθος της ουράς σχετίζεται κυρίως µε τη διαδικασία των αφίξεων πακέτων. -45-

48 Εικόνα 12: Μέσο µέγεθος ουράς σε σχέση µε το φόρτο για τα τρία σχήµατα δροµολόγησης των ONUs από το OLT Ανάλογα µε τη µέθοδο χρονοδροµολόγησης των ουρών ε- ντός της ONU (Intra-ONU scheduling) Όπως και παραπάνω, το µέσο µέγεθος ουράς δε φαίνεται να επηρεάζεται ιδιαίτερα από τη µέθοδο που χρησιµοποιείται εντός των ONUs για την εσωτερική ταξινόµηση των ουρών τους (Εικόνα 13). -46-

49 Εικόνα 13: Μέσο µέγεθος ουράς σε σχέση µε το φόρτο για τα τρία σχήµατα εσωτερικής δροµολόγησης των ουρών εντός των ONUs 4.3 Ποσοστό απώλειας πακέτων/ bytes Εφόσον οι ουρές που διαθέτουν οι ONUs για την αποθήκευση των πακέτων που πρόκειται να µεταδοθούν έχουν πεπερασµένο µέγεθος, είναι λογικό, ιδιαίτερα σε υψηλούς φόρτους να υπάρχουν απώλειες σε πακέτα. Στα γραφήµατα αυτής της ενότητας φαίνεται η σχέση ανάµεσα στο ρυθµό απωλειών (σε πακέτα και bytes) και τις παραµέτρους του δικτύου Ανάλογα µε τη µέθοδο υπολογισµού του µεγέθους των grants (grant sizing) Στην Εικόνα 14 που ακολουθεί φαίνεται ο τρόπος που διαµορφώνεται το ποσοστό απωλειών σε πακέτα ανάλογα µε το φόρτο για τις τέσσερεις µεθόδους υπολογισµού του µεγέθους των grants. Οι αποκλίσεις είναι αρκετά µικρές, ωστόσο, απ ότι φαίνεται, για τις παραµέτρους που επιλέχθηκαν στην προσοµοίωση φαίνεται να αποδίδει καλύτερα η µέθοδος προσδιορισµού του µεγέθους µε όριο. Αυτό είναι λογικό διότι αυτή η µέθοδος έχει τη µικρότερη σπατάλη σε bytes. Κάθε ONU λαµβάνει τα bytes που ζήτησε (εφόσον είναι λιγότερα από το ανώτερο όριο) και δε γίνεται πρόβλεψη για τυχόν επιπλέον αφίξεις πακέτων µεταξύ της στιγµής που γίνεται το αίτηµα και της αποδοχής του. -47-

50 Εικόνα 14: Ποσοστό απωλειών σε πακέτα σε συνάρτηση µε το φόρτο για τα τέσσερα σχήµατα υπολογισµού µεγέθους των grants Επειδή το ποσοστό απωλειών εκφρασµένο σε πακέτα ενδέχεται να µην είναι ενδεικτικό για το πλήθος των bytes που τελικά χάνονται, στην Εικόνα 15, φαίνεται το αντίστοιχο διάγραµµα για τις απώλειες σε bytes. -48-

51 Εικόνα 15: Ποσοστό απωλειών σε bytes σε συνάρτηση µε το φόρτο για τα τέσσερα σχήµατα υπολογισµού µεγέθους των grants Ανάλογα µε τη µέθοδο χρονοδροµολόγησης των grants µεταξύ των ONUs (Inter-ONU scheduling Σε αυτή την ενότητα παρουσιάζεται γραφικά η σχέση µεταξύ των ποσοστών απωλειών σε πακέτα και bytes σε σχέση µε το φόρτο του δικτύου για τις τρεις µεθόδους χρονοδροµολόγησης µεταξύ των ONUs που µελετώνται. Όπως φαίνεται στην Εικόνα 16 και την Εικόνα 17, οι τρεις µέθοδοι παρουσιάζουν µικρές διαφοροποιήσεις στα ποσοστά απώλειας πακέτων/ bytes, µε τη µέθοδο επιλογής της πλησιέστερης ONU να υπερτερεί ελαφρά για µέσο φόρτο. Όταν ο φόρτος είναι υψηλός, οι απώλειες είναι µεγάλες και για τις τρεις µεθόδους και οι καµπύλες ουσιαστικά ταυτίζονται. -49-

52 Εικόνα 16: Ποσοστό απωλειών σε πακέτα σε σχέση µε το φόρτο για τα τρία σχήµατα χρονοδροµολόγησης των ONUs Εικόνα 17: Ποσοστό απωλειών σε bytes σε σχέση µε το φόρτο για τα τρία σχήµατα χρονοδρο- µολόγησης των ONUs -50-