Σχεδιασμός και Υλοποίηση Πρωτοκόλλου mac για Παθητικά Οπτικά Δίκτυα gpon




старонка10/25
Дата канвертавання24.04.2016
Памер2.32 Mb.
1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   ...   25

3.6 Διαχείριση δικτύου – μηνύματα OMCI


Στην ενότητα αυτή θα αναφερθούμε στα θέματα διαχείρισης και ελέγχου των ONU του δικτύου GIANT που υπάγονται στον ευρύτερο όρο λειτουργία, έλεγχος και διαχείριση (ΟΑΜ) εστιάζοντας στην μεταφορά των μηνυμάτων OMCI στο δίκτυο. Η μεταφορά αυτή γίνεται μέσω ενός αφιερωμένου για τον σκοπό αυτό και προς τα άνω και προς τα κάτω εικονικού καναλιού (Virtual Channel, σύντομα VC) το οποίο εγκαθίσταται μεταξύ του σταθμού διαχείρισης και της διαχειριζόμενης μονάδας. Ο σταθμός διαχείρισης είναι δυνατό να βρίσκεται στο OLT ή απομονωμένος κάπου στο δίκτυο.

Τα δεδομένα OMCI έχουν μήκος 48 bytes και μαζί με την επικεφαλίδα GEM, που περιέχει τη διεύθυνση του Τ-CONT για το οποίο προορίζεται το μήνυμα, τοποθετούνται μέσω του προσαρμοστή OMCI (OMCI adapter) του σταθμού διαχείρισης στο GEM κομμάτι του payload του προς τα κάτω πλαισίου. Όταν ένα τέτοιο μήνυμα φτάσει στον προορισμό του το ONU χρησιμοποιώντας το δικό του OMCI adapter φιλτράρει το κελί ή το πλαίσιο και ανακτά το μήνυμα. Στη συνέχεια το μέρος του ONU που εξυπηρετεί τα μηνύματα διαχείρισης λαμβάνει δράση και παράγει ένα μήνυμα απάντηση για το σταθμό διαχείρισης. Το μήνυμα αυτό μήκους 48 bytes τοποθετείται στο χώρο του προς τα άνω πλαισίου που έχει διατεθεί για να εκπέμψει το συγκεκριμένο ΤCONT. Όταν το μήνυμα αυτό φτάσει στο σταθμό διαχείρισης τότε και πάλι ο OMCI adapter είναι υπεύθυνος για να φιλτράρει και να εξάγει το μήνυμα από τα κελιά και τα πλαίσια.



4. Πρωτόκολλο MAC

4.1 Αλγόριθμος MAC


Στην ενότητα αυτή θα δοθεί ο αλγόριθμος MAC που εκτελείται στο δίκτυο GPON GIANT. Ο ελεγκτής MAC έχει σκοπό να αναθέτει το εύρος ζώνης της προς τα άνω ζεύξης στις ροές δεδομένων των ONU ανάλογα με τις παραμέτρους που έχουν συμφωνηθεί κατά την αρχικοποίησή τους και την κατάσταση των καταχωρητών τους. Το σύνολο των ροών δεδομένων των ONU είναι για 1024 στο δίκτυο που υλοποιείται στο GIANT και κάθε ροή ανάλογα με την ποιότητα υπηρεσιών που παρέχει υπάγεται σε μία από τις τέσσερις κλάσεις κίνησης που υποστηρίζει το δίκτυο, TCONT 1 έως και 4. Οι κλάσεις αυτές έχουν αναφερθεί και σε παραπάνω παραγράφους αλλά στο σημείο αυτό θα τονίσουμε τις έννοιες του σταθερού ή όχι throughput που μεταφράζεται σε ανάθεση περιοδικά εγγυημένου εύρους ζώνης και της χρονικής διασποράς μεταξύ διαδοχικών εκπομπών που είναι δυνατό να είναι σταθερή ή και όχι.

Οι τέσσερις κλάσεις στις οποίες υπάγονται οι ροές των ONU είναι οι εξής:



  • TCONT 1 που αναφέρεται σε υπηρεσίες που απαιτούν περιοδικές άδειες για δεσμευμένες γραμμές στις οποίες το throughput είναι σταθερό και η χρονική διασπορά μηδενική.

  • TCONT 2 που αναφέρεται σε υπηρεσίες που απαιτούν το throughput να είναι σταθερό και η χρονική διασπορά περιορισμένη αλλά όχι μηδενική

  • TCONT 3 υπηρεσίες που απαιτούν ένα ελάχιστο εγγυημένο εύρος ζώνης ενώ ανάλογα με τη διαθεσιμότητα και την απαίτηση για εύρος ζώνης από τις υπόλοιπες ροές είναι δυνατό να διατεθούν επιπλέον πόροι.

  • TCONT 4 υπηρεσίες που χρησιμοποιούν την καλύτερη δυνατή ποιότητα κίνησης που είναι διαθέσιμη χωρίς να υπάρχουν εγγυήσεις.

Για την υλοποίηση του αλγορίθμου ληφθήκανε υπόψη οι προϋποθέσεις που ισχύουν για τη σχεδίαση ενός δικτύου βασισμένου στον ασύγχρονο τρόπο μεταφοράς δεδομένων (ΑΤΜ). Συγκεκριμένα ο καθορισμός των παραμέτρων που προσδιορίζουν τις παρεχόμενες υπηρεσίες σε κάθε ροή δεδομένων γίνεται κατά την ενεργοποίηση της και την χαρακτηρίζουν από το σημείο αυτό και μετά. Επιπλέον στόχος του αλγορίθμου είναι να επιτυγχάνει μέγιστη χρησιμοποίηση στο δίκτυο παρέχοντας δυναμικά στο σύνολο των ροών που επιθυμούν να εκπέμψουν το διατεθειμένο εύρος ζώνης διατηρώντας αναλλοίωτη την ποιότητα υπηρεσιών (QoS) που έχει συμφωνηθεί για κάθε ροή κατά τη φάση ενεργοποίησής της. Μία ακόμα θεώρηση είναι ότι η ποιότητα υπηρεσιών (QoS) διαβαθμίζεται σε διαφορετικές κλάσεις ανάλογα με το αν η εξεταζόμενη ροή είναι ευαίσθητη στην καθυστέρηση ή υποστηρίζει την καλύτερη δυνατή ποιότητα ανά χρονική στιγμή. Τελευταία απαίτηση του αλγορίθμου είναι το γεγονός ότι πρέπει να είναι κατάλληλος για να υλοποιεί σενάρια διαφορετικής προτεραιότητας για τις διαφορετικές ροές λαμβάνοντας υπόψη τις παραμέτρους που καθορίζονται κατά την φάση ενεργοποίησής τους.

Καθοριστικό κριτήριο για την κρίση της επίδοσης και τελικά την επιτυχία της σχεδίασης του αλγορίθμου MAC είναι η καθυστέρηση που υφίστανται τα μεταβλητού μήκους πλαίσια καθώς αυτά διασχίζουν το δίκτυο. Τα πακέτα δεδομένων, των οποίων το μήκος δεν είναι γνωστό στον ελεγκτή MAC, υφίστανται κατάτμηση στα ONU, με βάση την τεχνική GEM, με αποτέλεσμα η καθυστέρηση που υφίσταται ένα πακέτο για να διασχίσει το δίκτυο να ανάγεται στην καθυστέρηση που υφίσταται το τελευταίο τμήμα του πακέτου δεδομένων για να φτάσει στον προορισμό του. Η καθυστέρηση αυτή δεν πρέπει να ξεπερνά την συμφωνημένη καθυστέρηση για τη δεδομένη ροή κατά τη φάση της ενεργοποίησης.

Για το εύρος ζώνης που ανατίθεται σε μια ροή, πρέπει να τονίσουμε, ότι δεν εκφράζεται ως ποσοστό του συνολικού ρυθμού εκπομπής δεδομένων κατά την προς τα άνω ζεύξη, διότι κάτι τέτοιο θα επηρέαζε έμμεσα και την απόδοση του δικτύου, αφού δε συμφωνεί με τη λογική της δυναμικής ανάθεσης του εύρους ζώνης. Αυτό αντίθετα που συμβαίνει είναι να εκφράζονται οι παρεχόμενες υπηρεσίες ως εκπεμπόμενα bytes (Transmit Bytes, σύντομα ΤΒ) ανά χρονικά διαστήματα (Successive Data Interval, σύντομα SDI), που αντιστοιχούν στον επιτρεπτό χρόνο μεταξύ δύο επιτυχημένων μεταδόσεων. Οι καλύτερες δυνατές υπηρεσίες που μπορεί να παρέχει το δίκτυο ορίζονται από το λόγο της μεγαλύτερης ποσότητας περιοδικά εκπεμπόμενων bytes προς το ελάχιστο χρονικό διάστημα που μεσολαβεί μεταξύ δύο διαδοχικών εκπομπών, δηλαδή από το λόγο maxTB/minSDI. Αντίστοιχα οι χειρότερες δυνατές υπηρεσίες χαρακτηρίζονται από το λόγο minTB/maxSDI, δηλαδή της μικρότερης ποσότητας περιοδικά εκπεμπόμενων bytes προς το μέγιστο χρονικό διάστημα που μεσολαβεί μεταξύ δύο διαδοχικών εκπομπών. Η επιλογή της τιμής της παραμέτρου ΤΒ γίνεται ανάλογα με την υπηρεσία των υψηλότερων στρωμάτων που πρέπει να υποστηριχθεί (π.χ. υπηρεσίες video) για τη δεδομένη ροή. Η τιμή αυτή προαποφασίζεται κατά τη φάση ενεργοποίησης της ροής και όπως η τιμή που προσδιορίζει την κλάση της ροής παρέχονται από μικροεπεξεργαστή δεδομένου ότι δεν τροποποιείται η τιμή τους σε πραγματικό χρόνο.

Στο σημείο αυτό πριν προχωρήσουμε στην παρουσίαση του αλγορίθμου θα πρέπει να αναφέρουμε τα παρακάτω σημεία ώστε να καταστεί ευκολότερη η κατανόηση των διαδοχικών βημάτων του αλγορίθμου.



  • Ο αλγόριθμος αφορά στη ρύθμιση της προς τα άνω κίνησης και πιο συγκεκριμένα στη διάθεση του εύρους ζώνης στις διάφορες ροές που ισοδυναμεί με την παροχή ορισμένων bytes του προς τα άνω πλαισίου στις ροές που θέλουν να μεταδώσουν δεδομένα. Το γεγονός αυτό οδηγεί στο συμπέρασμα ότι ο αλγόριθμος εκτελείται επαναληπτικά για χρόνο ίσο με το χρόνο μετάδοσης του πλαισίου. Στο δίκτυο GIANT ο ρυθμός μετάδοσης της προς τα άνω ζεύξης είναι 1.24Gbp με αποτέλεσμα το μήκος του πλαισίου να είναι 19440 bytes και αυτός να είναι ο αριθμός των περιοδικά διατεθειμένων bytes.

  • Το ελάχιστο και το μέγιστο διάστημα μεταξύ δύο επιτυχών εκπομπών (minSDI και maxSDI αντίστοιχα) είναι ένα προς ένα ίσα με το ελάχιστο και το μέγιστο επιτρεπτό διάστημα μεταξύ δύο διαδοχικών εκπομπών αντίστοιχα, δηλαδή mΡI και ΜΡΙ αντίστοιχα Για κάθε ροή χρησιμοποιούνται δύο μετρητές ένας για το mΡI και ένας για το ΜΡI. Οι μετρητές αυτοί έχουν αρχικά μία τιμή, συμφωνημένη κατά την ενεργοποίηση της ροής και η τιμή τους μειώνεται κατά ένα σε κάθε επανάληψη που η ροή δεν εκπέμπει και επανατίθενται στη αρχική τους τιμή όταν η ροή λαμβάνει την άδεια να εκπέμψει. Με τη λογική αυτή οι μετρητές mΡI και ΜΡI υλοποιούν χρονόμετρα με μονάδα χρόνου τον χρόνο εκπομπής του προς τα άνω πλαισίου.

  • Στη μελέτη που παρουσιάζεται σκοπίμως παραλείπεται η ανάθεση εύρους ζώνης για τις διάφορες επικεφαλίδες σε μια προσπάθεια να παρουσιαστεί όσο το δυνατόν απλούστερος ο αλγόριθμός και να εστιάσουμε στη λειτουργία της ανάθεσης του εύρους ζώνης για τις υπηρεσίες των ανωτέρων στρωμάτων.

  • Το σενάριο που υλοποιεί ο αλγόριθμος βασίζεται στην υπόθεση ότι το εύρος ζώνης που διατίθεται και συνεπώς τα bytes του προς τα άνω πλαισίου χωρίζονται σε δύο κατηγορίες, το εγγυημένο (guaranteed) και το επιπλέον (surplus). Στη συνέχεια θα αναφερόμαστε σύντομα στα bytes που διατίθενται εγγυημένα σε μία ροή και στα επιπλέον bytes. Τα bytes που διατίθενται εγγυημένα είναι αυτά τα οποία αναγκαστικά θα διατεθούν σε μία ροή ανάλογα με τις παραμέτρους που έχουν προσυμφωνηθεί κατά την ενεργοποίηση της ροής και αφορούν τόσο στην ποσότητα όσο και στο χρονικό διάστημα που μεσολαβεί μεταξύ δύο διαδοχικών εκπομπών. Αντίθετα τα επιπλέον bytes που διατίθενται σε μία ροή δεν είναι σταθερά σε ποσότητα αλλά ούτε διανέμονται σε μία ροή περιοδικά. Αυτό που συμβαίνει είναι ότι τα bytes που απομένουν για να συμπληρωθεί το πλαίσιο, όταν υπάρχει περιορισμένη ζήτηση για εγγυημένα bytes, διατίθενται με προτεραιότητα στις ροές που επιθυμούν να εκπέμψουν.

Ο αλγόριθμος απαρτίζεται από τα βήματα που ακολουθούν και εκτελούνται σε κάθε επανάληψη.

Βήμα 1ο : Διατίθεται το εγγυημένο εύρος ζώνης στις ροές με τις οποίες κάτι τέτοιο έχει συμφωνηθεί κατά την ενεργοποίηση τους. Οι ροές αυτές παρέχουν υπηρεσίες TCONT 1 , TCONT 2 και TCONT 3. Για να επιτευχθεί αυτό ελέγχουμε έναν προς έναν τους μετρητές που σχετίζονται με το μέγιστο επιτρεπτό διάστημα (μετρητές MPI) που είναι δυνατό να μεσολαβήσει μεταξύ δύο διαδοχικών εκπομπών μίας ροής και για όποιον από αυτούς έχει τιμή ίση με ένα διαθέτουμε τον κατάλληλο αριθμό bytes και επαναρχικοποιούμε το μετρητή στην συμφωνημένη τιμή που καθορίζει πότε θα γίνει η επόμενη εκπομπή από τη δεδομένη ροή. Αν ο μετρητής δεν έχει την τιμή ένα τότε μειώνεται η τιμή του κατά ένα.

Βήμα 2ο : Υπολογίζεται ο αριθμός των εγγυημένων bytes που θα ανατεθούν σε κάθε ροή που παρέχει υπηρεσίες TCONT 1 , TCONT 2 και TCONT 3 και ενώ ο μετρητής της MPI έχει τιμή ένα. Όσον αφορά στις ροές τύπου TCONT 1 ο αριθμός των bytes που θα εκπέμψουν είναι προσυμφωνημένος και ίσος με τον ελάχιστο αριθμό που έχει την άδεια μία ροή να εκπέμψει (mB), γεγονός που διασφαλίζει σταθερό throughput. Ενώ για τις ροές TCONT 2 και TCONT 3 οι οποίες δεν χαρακτηρίζονται από σταθερό throughput ο αριθμός των bytes που θα εκπέμψουν θα είναι ίσος με την μικρότερη τιμή μεταξύ των mB και των bytes που έχει απαιτήσει η ροή να εκπέμψει. Σε κάθε περίπτωση ο αριθμός των bytes που εκπέμπει μία ροή αφαιρούνται από τον συνολικό αριθμό bytes του προς τα άνω πλαισίου.

Βήμα 3ο : Έχοντας τελειώσει με την εκπομπή των bytes που εγγυημένα πρέπει να εκπέμψει μία ροή ανά τακτά χρονικά διαστήματα εξετάζουμε στο βήμα αυτό τον τρόπο με τον οποίο διατίθενται τα υπόλοιπα bytes του προς τα άνω πλαισίου, τα επιπλέον bytes τα οποία θα διατεθούν στις ροές τύπου TCONT 3 και TCONT 4. Αρχικά δίνονται επιπλέον bytes στις ροές τύπου TCONT 3 και στη συνέχεια όσα και αν περισσέψουν διατίθενται στις ροές τύπου TCONT 4. Συγκεκριμένα ελέγχουμε μία προς μία τις ροές τύπου TCONT 3 και αν υπάρχουν διαθέσιμά bytes στο προς τα άνω πλαίσιο, αν η δεδομένη ροή έχει δεδομένα να εκπέμψει και ο μετρητής της που σχετίζεται με το ελάχιστο επιτρεπτό διάστημα μεταξύ δύο εκπομπών της έχει την τιμή μηδέν (mPI), η υπό εξέταση ροή εκπέμπει. Όταν τελειώσει η εξέταση των ροών τύπου TCONT 3 ελέγχουμε μία προς μία τις ροές τύπου TCONT 4 και αν ισχύουν οι τρεις συνθήκες που αναφέραμε και για τις ροές τύπου TCONT 3, η ροή εκπέμπει.

Βήμα 4ο : Υπολογίζεται στη συνέχεια ο αριθμός των bytes που θα εκπέμψουν οι ροές TCONT 3 και TCONT 4. Πριν προχωρήσουμε σημειώνουμε ότι για τις ροές TCONT 3 τα bytes που εκπέμπουν σε αυτή τη φάση είναι επιπλέον bytes εκτός αυτών που διατέθηκαν εγγυημένα σε προηγούμενη φάση. Ο αριθμός των bytes που θα εκπέμψει μια ροή σε αυτή τη φάση θα είναι ίσος με την μικρότερη τιμή μεταξύ των περισσοτέρων bytes που έχει την άδεια μια ροή να εκπέμψει (ΜB) και των bytes που έχει απαιτήσει η ροή να εκπέμψει. Μετά την εκπομπή ο αριθμός των bytes που εκπέμπει μία ροή αφαιρούνται από τον αριθμό των επιπλέον bytes του προς τα άνω πλαισίου και ο μετρητής mPI της ροής επαναρχικοποιείται στην συμφωνημένη τιμή κατά τη φάση της αρχικοποίησης.

Βήμα 5ο : Όσον αφορά στους μετρητές που σχετίζονται με το ελάχιστο επιτρεπτό διάστημα (μετρητές mPI) που είναι δυνατό να μεσολαβήσει μεταξύ δύο διαδοχικών εκπομπών μίας ροής και αφορούν στις ροές τύπου TCONT 2 , TCONT 3 και TCONT 4 . Η τιμή του κάθε ένα από αυτούς σε κάθε επανάληψη μειώνεται κατά 1 εκτός από τις επαναλήψεις στις οποίες η δεδομένη ροή την οποία χαρακτηρίζουν εκπέμπει. Σε αυτή την περίπτωση η τιμή τους επανατίθεται στην αρχική προσυμφωνημένη τιμή.

Παρακάτω παραθέτουμε το διάγραμμα ροής του αλγορίθμου που περιγράψαμε, σχήμα 29.





σχήμα 29 – Διάγραμμα ροής αλγορίθμου MAC


1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   ...   25


База данных защищена авторским правом ©shkola.of.by 2016
звярнуцца да адміністрацыі

    Галоўная старонка