ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΕΝΣΥΡΜΑΤΗΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ Διπλωματική Εργασία του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών ΜΟΥΝΤΖΟΥΡΗΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ ΤΟΥ ΠΕΡΙΚΛΗ Αριθμός Μητρώου: 6195 Θέμα «Εφαρμογή Μοντέλων Διείσδυσης Ευρυζωνικής Πρόσβασης σε Αστικές Ημιαστικές Περιοχές» Επιβλέπων ΣΤΥΛΙΑΝΑΚΗΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: Πάτρα, Οκτώβριος 2014
ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Πιστοποιείται ότι η Διπλωματική Εργασία με θέμα «Εφαρμογή Μοντέλων Διείσδυσης Ευρυζωνικής Πρόσβασης σε Αστικές Ημιαστικές Περιοχές» Του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών ΜΟΥΝΤΖΟΥΡΗΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ ΤΟΥ ΠΕΡΙΚΛΗ Αριθμός Μητρώου: 6195 Παρουσιάστηκε δημόσια και εξετάστηκε στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών στις.../../ Ο Επιβλέπων Ο Διευθυντής του Τομέα Στυλιανάκης Βασίλειος, Νίκος Φακωτάκης, Επίκουρος Καθηγητής Καθηγητής ii
Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: Θέμα: «Εφαρμογή Μοντέλων Διείσδυσης Ευρυζωνικής Πρόσβασης σε Αστικές Ημιαστικές Περιοχές» Φοιτητής: Μουντζούρης Νικόλαος Επιβλέπων: Στυλιανάκης Βασίλειος, Επίκουρος Καθηγητής Περίληψη Η παρούσα διπλωματική εργασία αναφέρεται στην πρόβλεψη της διείσδυσης της FTTH (Fiber To The Home) τεχνολογίας στο σύνολο των αστικών και ημιαστικών περιοχών της Βόρειου Αμερικής. Η εν λόγω πρόβλεψη γίνεται με την χρήση μοντέλων διείσδυσης και μοντέλων ARIMA, ενώ γίνεται και σύγκριση με το αποτέλεσμα τροποποιημένων γενετικών αλγόριθμων, καθώς και με πραγματικές τιμές. Βασικός στόχος είναι να προβλέψουμε όσο το δυνατόν καλύτερα πώς θα συμπεριφερθεί η διείσδυση της συγκεκριμένης ευρυζωνικής υπηρεσίας στο εγγύς μέλλον. Γίνεται επίσης εκτενής αναφορά στα δίκτυα πρόσβασης, την αρχιτεκτονική των δικτύων, στις ευρυζωνικές υπηρεσίες και στις ευρυζωνικές τεχνολογίες πρόσβασης που υπάρχουν στις μέρες μας, καθώς και στα μοντέλα με τα οποία μπορεί να γίνει πρόβλεψη, με χρήση παρελθοντικών τιμών. iii
Ευχαριστίες iv
v
... 1 1.1 ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΟΤΗΤΑ... 1 1.2 ΕΝΣΥΡΜΑΤΑ ΔΙΚΤΥΑ ΠΡΟΣΒΑΣΗΣ (XDSL)... 2 1.3 ΔΙΚΤΥΑ ΟΠΤΙΚΩΝ ΙΝΩΝ... 6 1.3.1 Τεχνολογίες οπτικών ινών... 9 1.3.2 Wavelength Division Multiplexing (Τεχνολογία Πολυπλεξίας Μήκους Κύματος)... 11 1.4 ΔΙΚΤΥΑ ΠΡΟΣΒΑΣΗΣ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΓΡΑΜΜΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑΣ (BPL)... 15 1.5 ΑΣΥΡΜΑΤΑ ΔΙΚΤΥΑ ΠΡΟΣΒΑΣΗΣ... 20 1.5.1 Wi-Fi... 20 1.5.2 3G / UMTS (Παγκόσμιο Σύστημα Κινητών Τηλεπικοινωνιών)... 23 1.5.3 WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access)... 28 1.6 ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ ΠΡΟΣΒΑΣΗΣ... 33 1.6.1 OFDM Διαμόρφωση (Orthogonal frequency-division multiplexing) Ορθογωνική Πολύπλεξη με Διαίρεση Συχνότητας... 43 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 : Μοντέλα Πρόβλεψης... 45 2.1 Μοντέλα Διείσδυσης... 47 2.1.1 Bass Model... 47 2.1.2 Gompertz Model... 49 2.1.3 Logistic Model... 49 2.1.4 Fisher-Pry Model... 50 vi
2.1.5 Flexible Logistic Model (FLOG)... 50 2.1.6 Box-Cox Model... 51 2.1.7 Richards Model... 51 2.1.8 Bi-Logistic Model... 52 2.1.9 LogInLog Model... 53 2.2 ARIMA Models... 54 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 : Τεχνητή Νοημοσύνη... 61 3.1 ΝΕΥΡΩΝΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ... 61 3.1.1 Βιολογικά Νευρωνικά Δίκτυα... 61 3.1.2 Τεχνητά Νευρωνικά Δίκτυα... 62 3.2 GENETIC PROGRAMMING METHOD... 64 3.2.1 Modified GP... 66 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 : Εφαρμογή των Μοντέλων Διείσδυσης... 70 4.1 ΠΡΟΒΛΕΨΗ ΓΙΑ ΠΑΡΕΛΘΟΝΤΑ ΕΤΗ... 70 4.1.1 Ανάλυση Παλινδρόμησης... 71 4.2 ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΜΟΝΤΕΛΩΝ... 73 4.2.1 Logistic Model... 73 4.2.2 Gompertz Model... 75 4.2.3 Bass Model... 77 4.2.4 Richards Model... 79 4.2.5 Box-Cox Model... 81 4.2.6 Bi-Logistic Model... 83 4.2.7 LogInLog Model... 85... 87 5.1 ΠΡΟΒΛΕΨΗ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΩΝ ΔΕΙΚΤΩΝ... 87 vii
5.1.1 wsse... 88 5.1.1.6 Χρήση του Bi-Logistic Model... 99 5.1.1.7 Χρήση του LogInLog Model... 101 5.1.2 MAPE... 103 5.2 ΧΡΗΣΗ ΤΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ ΑΡΙΜΑ... 118 5.2.1 ARIMA(2,1,1)... 118 5.2.2 ARIMA(3,1,1)... 120 5.3 ΧΡΗΣΗ ΓΕΝΕΤΙΚΟΥ ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΥ... 121 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 : Συμπεράσματα... 123 Βιβλιογραφία... 126 viii
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
Εικόνα 1.2 Δίκτυο FTTH [9]
Πίνακας 1.2 Χαρακτηριστικά Τεχνολογίας Οπτικών Ινών [10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]
[25]
[26]
[27]
[28]
[29]
[30]
[31]
[32]
[33]
[34]
[35]
[36]
Πίνακας 1.5 [37]
[38]
[39]
[40]
[41]
[42]
[43]
[44]
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 : Μοντέλα Πρόβλεψης [45]
Εικόνα 2.1 - dy(t) dt = δ Y(t) [S Y(t)] [46]
(t) = ( ) Y(t ) [Y(t )] ( ) ( ) = ( ) [( ) ( ) ] [47]
[48]
( ) = ( ) = [49]
( ) = ( ) ( ) = ( ) ( ) = ( ) = [( ) ] [50]
( ) = ( ) ( ) = ( ) [51]
Εικόνα 2.2 - Επιρροή των παραμέτρων, στην ευρυζωνική διείσδυση ( ) = ( ) ( ) ( ) = ( ) ( ) = ( ) [52]
( ) = ( ) ( ) ( ) = ( ) = ( ) = ( ) [53]
o o o [54]
(t) Y(t ) = [55]
(t) Y(t ) = (Y(t ) Y(t )) (t) = Y(t ) (Y(t ) Y(t )) [56]
(t) = Y(t ) (t ) [57]
(t) = Y(t ) (t ) (Y(t) Y(t )) (Y(t ) Y(t )) = Y(t) Y(t ) Y(t ) [58]
(t) Y(t ) Y(t ) = (t ) (t ) (t) = Y(t ) Y(t ) (t ) (t ) (t) = Y(t ) Y(t ) ( ) (t ) ( ) (t ) [59]
(t) = Y(t ) (Y(t ) Y(t )) (t ) [60]
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 : Τεχνητή Νοημοσύνη [61]
[62]
[63]
[64]
[65]
[66]
[67]
[68]
[69]
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 : Εφαρμογή των Μοντέλων Διείσδυσης [70]
Εικόνα 4.1 Συνδέσεις FTTH στη Β. Αμερική: Μάρτιος 2006 Σεπτέμβριος 2012 [71]
= [ ( ) ( )] [72]
Connected Homes (Millions) FTTH Homes Connected North America - Logistic Model 10.000 9.000 8.000 7.000 6.000 5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 0.000 May-05 Oct-06 Feb-08 Jul-09 Nov-10 Apr-12 Aug-13 Homes connected Logistic Model [73]
[74]
Connected Homes (Millions) FTTH Homes Connected North America - Gompertz Model 10.000 9.000 8.000 7.000 6.000 5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 0.000 May-05 Oct-06 Feb-08 Jul-09 Nov-10 Apr-12 Aug-13 Homes Connected Gompertz Model [75]
[76]
Connected Homes (Millions) FTTH Homes Connected North America - Bass Model 10.000 9.000 8.000 7.000 6.000 5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 0.000 May-05 Oct-06 Feb-08 Jul-09 Nov-10 Apr-12 Aug-13 Homes Connected Bass Model [77]
[78]
Connected Homes (Millions) FTTH Homes Connected North America - Richards Model 10.000 9.000 8.000 7.000 6.000 5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 0.000 May-05 Oct-06 Feb-08 Jul-09 Nov-10 Apr-12 Aug-13 Homes connected Richards Model [79]
[80]
Connected Homes (Millions) FTTH Homes Connected North America - Box-Cox Model 10.000 9.000 8.000 7.000 6.000 5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 0.000 May-05 Oct-06 Feb-08 Jul-09 Nov-10 Apr-12 Aug-13 Homes connected Box Cox Model [81]
[82]
Connected Homes (Millions) FTTH Homes Connected North America - Bi-Logistic Model 10.000 9.000 8.000 7.000 6.000 5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 0.000 May-05 Oct-06 Feb-08 Jul-09 Nov-10 Apr-12 Aug-13 Homes Connected Bi-Logistic Model [83]
[84]
10.000 FTTH Homes Connected North America - LogInLog Model Connected Homes (Millions) 8.000 6.000 4.000 2.000 0.000 May-05 Oct-06 Feb-08 Jul-09 Nov-10 Apr-12 Aug-13 Homes Connected LogInLog Model [85]
[86]
[87]
= [ ( ) ( )] [88]
[89]
FTTH Homes Connected North America - Logistic Model 12.000 Connected Homes (Millions) 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 0.000 May-05 Oct-06 Feb-08 Jul-09 Nov-10 Apr-12 Aug-13 Dec-14 May-16 Homes connected Logistic Model [90]
[91]
Connected Homes (Millions) FTTH Homes Connected North America - Gompertz Model 12.000 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 0.000 May-05 Oct-06 Feb-08 Jul-09 Nov-10 Apr-12 Aug-13 Dec-14 May-16 Σειρά1 Σειρά2 [92]
[93]
Connected Homes (Millions) FTTH Homes Connected North America - Bass Model Model 14.000 12.000 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 0.000 May-05 Oct-06 Feb-08 Jul-09 Nov-10 Apr-12 Aug-13 Dec-14 May-16 Homes Connected Bass Model [94]
[95]
Connected Homes (Millions) FTTH Homes Connected North America - Richards Model 12.000 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 0.000 May-05 Oct-06 Feb-08 Jul-09 Nov-10 Apr-12 Aug-13 Dec-14 May-16 Homes connected Richards Model [96]
[97]
12.000 FTTH Homes Connected North America - Box-Cox Model Connected Homes (Millions) 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 0.000 May-05 Oct-06 Feb-08 Jul-09 Nov-10 Apr-12 Aug-13 Dec-14 May-16 Homes connected Box Cox Model [98]
[99]
30.000 FTTH Homes Connected North America - Bi-Logistic Model Connected Homes (Millions) 25.000 20.000 15.000 10.000 5.000 0.000 May-05 Oct-06 Feb-08 Jul-09 Nov-10 Apr-12 Aug-13 Dec-14 May-16 Homes connected Bi-Logistic Model [100]
[101]
Connected Homes (Millions) FTTH Homes Connected North America - LogInLog Model 16.000 14.000 12.000 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 0.000 May-05 Oct-06 Feb-08 Jul-09 Nov-10 Apr-12 Aug-13 Dec-14 May-16 Homes Connected LogInLog Model [102]
= (t) (t) (t) Connected Homes (Millions) FTTH Homes Connected North America - Logistic Model 10.000 9.000 8.000 7.000 6.000 5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 0.000 May-05 Oct-06 Feb-08 Jul-09 Nov-10 Apr-12 Aug-13 Dec-14 May-16 Homes connected Logistic Model [103]
[104]
[105]
[106]
FTTH Homes Connected North America - Gompertz Model Connected Homes (Millions) 12.000 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 0.000 May-05 Oct-06 Feb-08 Jul-09 Nov-10 Apr-12 Aug-13 Dec-14 May-16 Homes Connected Gompertz Model [107]
[108]
Connected Homes (Millions) FTTH Homes Connected North America - Bass Model 14.000 12.000 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 0.000 May-05 Oct-06 Feb-08 Jul-09 Nov-10 Apr-12 Aug-13 Dec-14 May-16 Homes Connected Bass Model [109]
[110]
Connected Homes (Millions) FTTH Homes Connected North America - Richards Model 12.000 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 0.000 May-05 Oct-06 Feb-08 Jul-09 Nov-10 Apr-12 Aug-13 Dec-14 May-16 Homes connected Richards Model [111]
[112]
Connected Homes (Millions) FTTH Homes Connected North America - Box-Cox Model 10.000 9.000 8.000 7.000 6.000 5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 0.000 May-05 Oct-06 Feb-08 Jul-09 Nov-10 Apr-12 Aug-13 Dec-14 May-16 Homes connected Box Cox Model [113]
[114]
Connected Homes (Millions) FTTH Homes Connected North America - Bi-Logistic Model 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 0.000 May-05 Oct-06 Feb-08 Jul-09 Nov-10 Apr-12 Aug-13 Dec-14 May-16 Τίτλος άξονα Homes connected Bi-Logistic Model [115]
[116]
Connected Homes (Millions) 14.000 12.000 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 FTTH Homes Connected North America - LogInLog Model 0.000 May-05 Oct-06 Feb-08 Jul-09 Nov-10 Apr-12 Aug-13 Dec-14 May-16 Homes Connected LogInLog Model [117]
Connected Homes (Millions) FTTH Homes Connected North America - ARIMA(2,1,1) Model 12 10 8 6 4 2 0 2011.5 2012 2012.5 2013 2013.5 2014 2014.5 2015 2015.5 2016 2016.5 Homes Connected [118]
[119]
Connected Homes (Millions) FTTH Homes Connected North America - ARIMA(3,1,1) Model 12 10 8 6 4 2 0 2011.5 2012 2012.5 2013 2013.5 2014 2014.5 2015 2015.5 2016 2016.5 Homes Connected [120]
Connected Homes (Millions) FTTH Homes Connected North America - hgp Models 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0-22000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 Homes Connected hgp Model 1 - Forecasting hgp Model 2 - Forecasting [121]
[122]
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 : Συμπεράσματα [123]
o o [124]
[125]
Βιβλιογραφία [126]
[127]
[128]