Σχεδιασμός και Υλοποίηση Πρωτοκόλλου mac για Παθητικά Οπτικά Δίκτυα gpon




старонка2/25
Дата канвертавання24.04.2016
Памер2.32 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   25

1. Παθητικά οπτικά δίκτυα

1.1 Γενικά


Τα Παθητικά Οπτικά Δίκτυα (Passive Optical Networks – PON) είναι οπτικά δίκτυα σημείου προς πολλαπλά σημεία, τα οποία δεν περιέχουν ενεργά στοιχεία, δηλαδή δεν έχουμε μετατροπή του σήματος από οπτικό σε ηλεκτρικό από την πηγή μέχρι τον προορισμό του. Τα μόνα στοιχεία που χρησιμοποιούνται είναι παθητικοί ζεύκτες (couplers), διαιρέτες (splitters) και συνδυαστές (combiners).

Τα PON είναι μια αξιόπιστη λύση για τα Δίκτυα Πρόσβασης (Access Networks – AN) αφού επιτρέπουν τη χρήση υπηρεσιών ευρείας ζώνης με οικονομικούς όρους, ώστε να είναι εφικτή η πρόσβαση από μεμονωμένους χρήστες ή μικρές επιχειρήσεις οι οποίοι δεν έχουν τη οικονομική δυνατότητα χρησιμοποίησης οπτικών ινών αποκλειστικής χρήσης. Τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα της χρήσης PON σε Δίκτυα Πρόσβασης, όπως αναφέρονται και στο [KMP 00], είναι τα παρακάτω :



  • Επιτρέπουν μεγαλύτερες αποστάσεις μεταξύ του κέντρου σύνδεσης και του συνδρομητή. Μια ενσύρματη γραμμή που χρησιμοποιεί την τεχνολογία DSL επιτρέπει μέγιστη απόσταση 5,5 km μεταξύ του κέντρου και του συνδρομητή, ενώ ένας τοπικός βρόχος PON μπορεί να λειτουργήσει με αποστάσεις 20 km ή και μεγαλύτερες.

  • Μειώνουν το πλήθος και συνεπώς το κόστος των οπτικών ινών στον τοπικό βρόχο.

  • Παρέχουν μεγάλο εύρος ζώνης, εξαιτίας της εγκατάστασης οπτικών ινών μέχρι το χρήστη. Αν και οι λύσεις ίνα - μέχρι - το - σπίτι (fiber-to-the-home – FTTH), ίνα - μέχρι - το - κτήριο (fiber-to-the-building – FTTB) παρέχουν το μέγιστο εύρος ζώνης εξαιτίας της μεγάλης διεισδυτικότητας της ίνας, η λύση ίνα - μέχρι - το - πεζοδρόμιο (fiber-to-the-curve – FTTC) κρίνεται ως η πιο αποδοτική από άποψη κόστους.

  • Επειδή είναι δίκτυα σημείου προς πολλαπλά σημεία είναι κατάλληλα για κοινοποίηση πληροφορίας, όπως η αναμετάδοση video (video broadcasting).

  • Εξαλείφουν την ανάγκη χρήσης πολυπλεκτών και αποπολυπλεκτών στα σημεία διαχωρισμού, και έτσι απαλλάσσει τους διαχειριστές του δικτύου από την επίπονη και ακριβή διαδικασία συντήρησης και τροφοδότησης των στοιχείων αυτών. Αντί για ενεργά στοιχεία στα σημεία διαχωρισμού εγκαθίστανται παθητικά στοιχεία τα οποία παρουσιάζουν το πλεονέκτημα ότι δεν χρειάζονται τροφοδοσία, και μπορούν να θαφτούν στο έδαφος κατά την εγκατάσταση του δικτύου χωρίς να απαιτούν συντήρηση μελλοντικά.

  • Επιτρέπουν την εύκολη αναβάθμιση σε υψηλότερους ρυθμούς μεταφοράς δεδομένων καθώς και τη χρήση πολλαπλών μηκών κύματος.

Τα πλεονεκτήματα της χρήσης τεχνολογίας PON σε Δίκτυα Πρόσβασης υποδεικνύουν τη σημασία σωστής σχεδίασης του δικτύου, δεδομένου ότι η σχεδίαση του δικτύου παίζει καθοριστικό ρόλο στην αποδοτικότητα των εν λόγω δικτύων. Συνοψίζοντας τα παραπάνω οδηγούμαστε στο συμπέρασμα ότι το γεγονός ότι ο τοπικός βρόχος συσσωρεύει κίνηση από ένα μικρό αριθμό χρηστών, συγκριτικά με ένα μητροπολιτικό δίκτυο καθιστά το κόστος εγκατάστασης και χρήσης ως τη σημαντικότερη παράμετρος κατά τη σχεδίασή του.

1.2 Τοπολογίες


Τα δίκτυα πρόσβασης μπορεί να έχουν διάφορες τοπολογίες, δένδρου, δακτυλίου ή διαύλου, όπως φαίνεται στο σχήμα 1.



σχήμα 1 – Tοπολογίες παθητικών δικτύων

Τα κριτήρια που λαμβάνονται υπόψη για την επιλογή της καταλληλότερης τοπολογίας είναι η ευκολία στην ανα­βάθμιση του δικτύου, το κόστος, η αξιοπιστία, η συντήρηση και η ασφάλεια. Μια σύντομη περιγραφή και σύγκριση των διαφόρων τοπολογιών ακολουθεί παρακάτω, όπως αναφέρονται στο [Βεν 03].


1.2.1 Παθητικό Δέντρο


Χαρακτηριστικό της τοπολογίας δέντρου είναι η διαίρεση του σήματος από παθητικούς διαχωριστές, οι οποίοι βρίσκονται σε διαδοχικά σημεία διακλάδωσης (σχήμα 2). Με αυτήν τη στρατηγική μία μόνο οπτική ίνα που εξέρχεται από το τοπικό κέντρο μπορεί να συνδεθεί με πολλά σημεία τερματισμού, δημιουργώ­ντας έτσι συνδέσεις σημείου προς πολλαπλά σημεία μεταξύ του OLT και των ONU. Με αυτόν τον τρόπο επιτυγχάνεται η κοινοχρησία όχι μόνο του εξοπλισμού που βρίσκεται στο κέντρο μεταγωγής, αλλά και της



σχήμα 2 – Tοπολογία δέντρου

ίδιας της οπτικής ίνας, γεγονός που έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση του κόστους. Εξαιτίας της διαδοχικής διαίρεσης του οπτικού σήματος, προκαλείται μείωση της οπτικής ισχύος μετά από κάθε διακλάδωση και έτσι περιορίζεται ο αριθμός των συνδρομητών που μπορούν να εξυπηρετηθούν από ένα δίκτυο. Εναλλακτικά είναι δυνατή η χρήση εκπομπών με μεγάλη ισχύ εξόδου ή πολύ ευαίσθητων δε­κτών, ώστε να καθίσταται εφικτή η σύνδεση μεγαλύτερου αριθμού χρηστών.

Μία σημαντική ιδιότητα της τοπολογίας παθητικού δέ­ντρου, αποτελεί ο τρόπος με τον οποίο επιτυγχάνεται η ανοδική και καθοδική εκπο­μπή. Στις περισσότερες περιπτώσεις ένα σήμα εκπέμπεται από το τοπικό κέντρο προς όλους τους συνδρομητές για τις καθοδικές μεταδόσεις, ενώ για την ανοδική εκπομπή εφαρμόζεται ένα πρωτόκολλο TDMA (πολλαπλή προσπέλαση διαίρεσης χρόνου), ώστε να γίνεται πολυπλεξία των δεδομένων των χρηστών στο κοινό κανάλι ανόδου . Για την υλοποίηση των τεχνικών αυτών απαιτείται επιπρόσθετος ηλεκτρονικός εξοπλισμός τόσο στο τοπικό κέντρο όσο και στην πλευρά του συνδρομητή. Οι οπτικές πολυπλέξεις / αποπολυπλέξεις γίνο­νται από συσκευές WDM (πολυπλεξίας μήκους κύματος). Η δομή του δικτύου τύπου δέντρου είναι σχε­δόν όμοια με το δίκτυο τύπου αστέρα του τηλεφωνικού δικτύου, που βασίζεται στο χαλκό, και άρα μπορεί να εγκατασταθεί εύκολα.

Η τοπολογία δέντρου μπορεί να αναβαθμιστεί με έναν πολύ αποτελεσματικό τρό­πο, αφού υπάρχει η δυνατότητα της μετάδοσης σε διαφορετικά μήκη κύματος. Έτσι είναι δυνατή η προσθήκη νέων υπηρεσιών με μεγαλύτερες απαιτήσεις σε εύρος ζώνης, αλλά ταυτόχρονα θα υπάρξει και επιπρόσθετο κόστος από την εγκατάστασης του απαραίτητου εξοπλισμού. Συγκεκριμένα απαιτείται η εγκατάσταση συσκευών WDM στα ONTs και στο OLT, ενώ δεν απαιτείται καμία μετατροπή στο δίκτυο διανομής.

Η συντήρηση απαιτεί απλές λειτουργίες, αλλά αντίθετα η παρακολούθηση του δικτύου και ο εντοπισμός των σφαλμάτων απαιτούν την ανάπτυξη κατάλληλων διαδικασιών ελέγχου, όπως η υλοποίηση αλγορίθμων ελέγχου και διαιτησίας του μέσου, εντοπισμού και διόρθωσης σφαλμάτων. Όσον αφορά στις απαιτήσεις ασφά­λειας αυτές μπορεί να εμπεριέχουν την εφαρμογή τεχνικών κρυπτογράφησης, αφού η κα­θοδική TDMA είναι διαθέσιμη σε όλους τους τερματιστές του δικτύου. Όμως ακόμα και στην περίπτωση που δε χρησιμοποιείται κρυπτογράφηση, ο βαθμός ασφάλειας φαί­νεται να είναι κατά πολύ σύμφωνος με τα πρότυπα των υπαρχόντων δημοσίων δι­κτύων.

Οι δομές παθητικών δέντρων είναι κατάλληλες και για την περίπτωση κατανεμη­μένων υπηρεσιών, χρησιμοποιώντας για παράδειγμα ένα ξεχωριστό μήκος κύμα­τος για κάθε υπηρεσία. Το παθητικό δέντρο παρέχει ένα καλό βαθμό μερισμού πόρων, μειώνοντας έτσι το κόστος ανά συνδρο­μητή.


1.2.2 Παθητικός Δακτύλιος


Στην τοπολογία του παθητικού δακτυλίου ενεργητικές από σημείο - σε - σημείο ζεύ­ξεις δημιουργούν ένα δακτύλιο, του οποίου ένας κόμβος είναι το κέντρο μεταγωγής (σχήμα 3). Η τοπολογία δακτυλίου παρέχει οικονομία, αφού στο κέντρο μεταγωγής υπάρχει ανάγκη για ένα μόνο OLT. Επι­πλέον, η τοπολογία αυτή απαιτεί λιγότερο συνολικό μήκος ίνας από τις άλλες τοπο­λογίες.


σχήμα 3 – Tοπολογία δακτυλίου

Ένα πρόσθετο πλεονέκτημα είναι ότι όταν ένα πακέτο φθάσει στον προο­ρισμό του, η πληροφορία αφαιρείται, και μία άδεια χρονοθυρίδα (η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί ξανά) εκπέμπεται προς τον επόμενο σταθμό. Η ιδιότητα αυτή, η οποία θα μπορούσε να φανεί χρήσιμη στο τοπικό συνδρομητικό δίκτυο, είναι μικρής αξίας για τον τοπικό βρόχο, όπου δεν υπάρχει σημαντική τοπική κίνηση και όλες οι μεταγωγές γίνονται στο κέντρο μεταγωγής.


1.2.3 Παθητικός Δίαυλος


Η τοπολογία παθητικού διαύλου μειώνει τον αριθμό των οπτικών πομποδεκτών που απαιτούνται στο μισό, σε σχέση με την τοπολογία δέντρου. Για κάθε κατεύθυνση χρησιμοποιείται μία ξεχωριστή ίνα (σχήμα 4). Στους κόμβους σύνδεσης του συνδρομητή, ένας οπτικός διαχωρι­στής παγιδεύει μέρος του οπτικού σήματος για να το κατευθύνει προς το συνδρομη­τή. Η κύρια συσκευή σε ένα τέ­τοιο δίκτυο είναι ο ασύμμετρος οπτικός διαχωριστής/συνδυαστής. Οι συσκευές αυ­τές στην καθοδική κατεύθυνση πρέπει να διαχωρίζουν από



σχήμα 4 – Tοπολογία διαύλου

το δίαυλο τουλάχιστον το ελάχιστο ποσό οπτικής ισχύος που απαιτείται για τη σωστή λειτουργία του δέκτη κάθε συνδρομητή, επιτρέποντας να μείνει αρκετή ισχύς στο δίαυλο για τους άλλους συνδρομητές. Κατά την ανοδική κατεύθυνση, η ισχύς η οποία εκπέμπεται από τους συνδρομητές, οδηγεί στη δημιουργία, μέσω των συνδυαστών, της συνολικής ανοδι­κής κυκλοφορίας σε μία ίνα που οδηγεί προς το τοπικό κέντρο. Τα προβλήματα που υπάρχουν οφείλονται στο γεγονός ότι οι διαφορε­τικές μεταξύ τους παγιδεύσεις δεν είναι τέλειες και εισάγουν ανακρίβειες στην πο­σότητα της οπτικής ισχύς που παγιδεύτηκε. Έτσι, ο ισολογισμός της ισχύος είναι κρίσιμος σε αυτόν τον τύπο τοπολογίας γιατί πρέπει να προνοήσουμε για τις αστάθειες που παρουσιάζονται στην απόδοση της παγίδευσης.

Η αναβάθμιση του δικτύου μπορεί να επιτευχθεί με τη χρήση διαφορετικών μη­κών κύματος, όπως και στην περίπτωση του παθητικού δένδρου. Τα θέματα αξιοπι­στίας, συντήρησης και ασφάλειας είναι και αυτά παρόμοια με αντίστοιχα της τοπολογίας δέντρου. Όσον αφορά τη γεωγραφική μορφή, η τοπολογία αυτή προφανώς δεν είναι συμβατή με τη μορφή της υπάρχου­σας υποδομής και έτσι η ανάπτυξη της θα απαιτούσε σημαντικό όγκο εργασίας.

Η τοπολογία του παθητικού διαύλου προσφέρεται και για κατανεμημένες υπηρε­σίες, αν και ζητήματα οπτικού προϋπολογισμού που σχετίζονται με τον οπτικό παγι­δευτή να φανούν στην περίπτωση αυτή κρίσιμα.

Η τοπολογία αυτή επιτυγχάνει καλύτερο μερισμό της ίνας σε σύγκριση με το οπτικό δέντρο. Ο αριθμός των οπτικών εξαρτημάτων είναι παρόμοιος αν και οι πα­θητικοί παγιδευτές μπορεί να είναι πιο ακριβοί από τους διαχωριστές λόγω πιο αυ­στηρών απαιτήσεων κατασκευής. Αν εξαιρέ­σουμε τον προβληματισμό για την αξιοπιστία των παγιδευτών τότε το κόστος λει­τουργίας της τοπολογίας θα είναι παρόμοιο με την περίπτωση του παθητικό δέντρο.

1.2.4 Σύγκριση


Τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των τοπολογιών που παρουσιάστηκαν παρα­πάνω συνοψίζονται στον πίνακα 1, έτσι ώστε να δοθεί μία συνολική εικόνα για τις τοπολογίες που αναλύθηκαν στις προηγούμενες ενότητες.


Κριτήριο

Δέντρο

Δίαυλος

Δακτύλιος

Ευκολία αναβάθμισης

Άριστη

Άριστη

Άριστη

Αξιοπιστία

Καλή

Καλή

Καλή

Συντήρηση

Άριστη

Άριστη

Άριστη

Ασφάλεια

Καλή

Καλή

Καλή

Εξέλιξη

Καλή

Μηδενική

Μηδενική

Συμβατότητα με υπάρχοντα δίκτυα

Καλή

Μηδενική

Μηδενική

Κατανεμημένες υπηρεσίες

Ευνοϊκό

Αδύνατον

Αδύνατον

Αρχικό κόστος εγκατάστασης

Χαμηλό

Χαμηλό

Χαμηλό

Λειτουργικό κόστος

Χαμηλό

Χαμηλό

Χαμηλό

Πίνακας 1 – Σύγκριση τοπολογιών οπτικών παθητικών δικτύων

Η κατανομή του κόστους στο χρόνο, που απορρέει από την ευκολία αναβάθμισης των δικτύων αυτών, είναι ένα σαφές πλεονέκτημα των παθητικών δομών, αφού επιτρέπει τη μείωση του κόστους ανά συνδρομητή. Η δομή παθητικού δέντρου είναι προτιμητέα για το δίκτυο πρόσβασης. Αν και έχει ένα ελαφρό οικονο­μικό μειονέκτημα συγκρινόμενο με τη δομή παθητικού διαύλου / δακτυλίου, αυτό υπερκαλύπτεται από άλλους παράγοντες:



  • την ευκολία αναβάθμισης σε μελλοντικά συστήματα

  • την καταλληλότητα για παροχή διανεμημένων υπηρεσιών

  • τη συμβατότητα με υπάρχουσες δομές

  • τα απλά οπτικά εξαρτήματα (ειδικά οι διαχωριστές συγκρινόμενοι με τους παγι­δευτές)



1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   25


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

    Галоўная старонка