Σχεδιασμός και Υλοποίηση Πρωτοκόλλου mac για Παθητικά Οπτικά Δίκτυα gpon




старонка4/25
Дата канвертавання24.04.2016
Памер2.32 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   25

2. Δίκτυα GPON

2.1 Γενικά


Το GPON είναι ένα παθητικό οπτικό δίκτυο το οποίο επιτρέπει τη μεταφορά δεδομένων με ρυθμό Gbit/sec. Η τοπολογία που χρησιμοποιεί είναι αυτή του παθητικού δένδρου, αφού κρίθηκε ως η πιο συμφέρουσα οικονομικά. Για να είναι δυνατή η μεταφορά δεδομένων με ρυθμό Gbit/sec σχεδιάστηκε εκ νέου το υπόστρωμα σύγκλισης μετάδοσης (Transmission Convergence) και προδιαγράφηκαν οι απαιτήσεις για το υπόστρωμα φυσικού μέσου ώστε να είναι εφικτή η μετάδοση σε τέτοιους υψηλούς ρυθμούς.

To δίκτυο GPON βασίζεται στη μεταφορά πακέτων αλλά με ένα πιο γενικό τρόπο σε συγκρίσει με τους άλλους τύπους δικτύων (EPON, APON). Πιο συγκεκριμένα το σύστημα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως EPON, αλλά μπορεί να μεταδώσει και γνήσια πακέτα IP, με την προσθήκη μιας επικεφαλίδας MPLS (Multi Protocol Label Switching – Μεταγωγή Ετικέτας Πολλαπλών Πρωτοκόλλων), ή ακόμα και πακέτων ΑΤΜ. Αυτό είναι εφικτό επειδή το πλαίσιο (frame) του στρώματος μετάδοσης σχεδιάστηκε εκ νέου, χωρίς να βασιστεί σε κάποια ήδη υπάρχουσα δομή που αφορούσε σε προγενέστερο δίκτυο (EPON, APON), με βασικό κριτήριο την αποδοτική και οικονομική υποστήριξη μεταβλητού μήκους πακέτων κάνοντας χρήση διαδοχικών σχισμών σταθερού μήκους. Η διαχείριση των πακέτων γίνεται από ένα πρωτόκολλο ελέγχου πρόσβασης στο μέσο (MAC – Medium Access Protocol) που λειτουργεί με γνώμονα την Ποιότητα Υπηρεσιών (QoS – Quality of Service), έτσι το GPON είναι ένα πλήρες δίκτυο πρόσβασης σε αντίθεση με το EPON που δεν λαμβάνει υπόψη του τη QoS. Η καινούργια αυτή σχεδίαση του πλαισίου επιτρέπει την αποδοτικότερη εκμετάλλευση του εύρους ζώνης για την παροχή υπηρεσιών πακέτου από παθητικά δίκτυα υψηλής ταχύτητας. Κατά τον καινούριο αυτό σχεδιασμό λήφθηκαν υπόψη διάφοροι περιορισμοί όπως το επίπεδο ισχύος, η λήψη δεδομένων σε εκρηκτική μετάδοση (burst mode), ο συγχρονισμός των ρολογιών καθώς επίσης και ζητήματα όπως η μειωμένη πολυπλοκότητα του συστήματος και ο περιοσμός του κόστους. Στο ρεύμα ανόδου (upstream – από ONU προς το OLT) χρησιμοποιείται μη γραμμική κωδικοποίηση σε συνδυασμό με διόρθωση λαθών. Θα πρέπει να τονίσουμε ότι ο συνδυασμός των δύο αυτών μεθόδων χρησιμοποιείται για πρώτη φορά σε δίκτυο PON με λειτουργία burst mode στο ρεύμα ανόδου. Αυτό γίνεται έτσι ώστε να υπάρχει μεγαλύτερο απόθεμα ισχύος, που είναι απαραίτητο για να αυξηθεί η μέγιστη απόσταση καθώς και ο λόγος της διαίρεση του σήματος της οπτικής ίνας στον οπτικό διαιρέτη, με τελικό και σημαντικό αποτέλεσμα να εξυπηρετούνται από το δίκτυο περισσότεροι χρήστες.


2.2 Yπόστρωμα σύγκλισης μετάδοσης (TC Layer)

2.2.1 Γενικά


Το υπόστρωμα σύγκλισης μετάδοσης (TC) επιτελεί κυρίως δύο λειτουργίες. Πρώτον, καλύπτει την ανάγκη για απόκρυψη της φυσικής δομής του δικτύου από τα ανώτερα στρώματα. Συγκεκριμένα επειδή τα παθητικά οπτικά δίκτυα, και ειδικά το GPON, χρησιμοποιούν τοπολογία δένδρου έχουμε στο ρεύμα ανόδου μια δομή πολλαπλών σημείων προς σημείο, γεγονός που σημαίνει ότι δημιουργούνται πολλά ανεξάρτητα μονοπάτια από τους χρήστες προς το OLT, πράγμα που επιθυμούμε να μην είναι ορατό στα ανώτερα στρώματα. Η δεύτερη λειτουργία είναι ο καθορισμός μιας δομής πλαισίου η οποία να υποστηρίζει μεγάλο πλήθος υπηρεσιών που σε κάθε μια αντιστοιχεί και κάποια συγκεκριμένη ποιότητα υπηρεσίας (QoS). Ο ρόλος του υποστρώματος μετάδοσης είναι καθοριστικός και για την οικονομική αποδοτικότητα του συστήματος ενός PON, αφού είναι υπεύθυνο για τη δημιουργία του συστήματος μετάδοσης που θα εξυπηρετεί την απαιτούμενη μεταφορά δεδομένων. Το υποστρώμα μετάδοσης δεδομένων αντιστοιχεί στο στρώμα 1.5 και 2 της διαστρωμάτωσης σύμφωνα με το OSI. To TC σχεδόν πάντα συναντάται ως μέρος του στρώματος ATM και γι’ αυτό ορίζεται ως υπόστρωμα. Μερικοί ορισμοί του TC, όπως αναφέρονται στα [Marc 04] και [Web 04], είναι :

Στρώμα Μετάδοσης TC (Transmission Convergence) – Δημιουργεί και λαμβάνει πλαίσια μετάδοσης και είναι υπεύθυνο για την πληροφορία επικεφαλίδας που συνδέεται με το πλαίσιο μετάδοσης.

Στρώμα Μετάδοσης – Ένα σύνολο διεργασιών που προετοιμάζουν τα κελιά ATM για μετάδοση στο φυσικό στρώμα. Tο TC εξαρτάται και από το φυσικό στρώμα που χρησιμοποιείται.

Οι βασικές αρχές του υποστρώματος σύγκλισης είναι :



  • Δημιουργία του πλαισίου μετάδοσης και επανάκτησή του

  • Προσαρμογή του πλαισίου μετάδοσης

  • Αποσυσχέτιση του ρυθμού των πακέτων

  • Δημιουργία αλληλουχίας ελέγχου λάθους επικεφαλίδας και επαλήθευση

  • Οριοθέτηση των πακέτων

2.2.2 Βασικές αρχές υποστρώματος μετάδοσης GPON


Οι βασικές αρχές που υλοποιεί το υπόστρώμα μετάδοσης ενός δικτύου GPON είναι οι παρακάτω :

  • Αντιστάθμιση της διαφορετικής απόστασης των ONU

Στο ρεύμα ανόδου ενός δικτύου PON, το οποίο χρησιμοποιεί την αρχιτεκτονική πολλαπλών σημείων προς σημείο, στέλνονται τα δεδομένα από τους χρήστες στο OLT κάνοντας χρήση του πρωτοκόλλου TDMA. Τον έλεγχο όλων αυτών των μεταδόσεων τον έχει το OLT. Προκειμένου να αποφευχθούν οι συγκρούσεις μεταξύ της αποστολής δεδομένων από δύο διαφορετικά ONU και για να έχουμε αποδοτική χρήση του εύρους ζώνης, το OLT πρέπει να γνωρίζει με ακρίβεια τη θέση κάθε ONU, και συγκεκριμένα την απόσταση ενός ONU από το OLT. Το μέγιστο της απόστασης μεταξύ OLT και ONU μπορεί να είναι 60 km, ενώ η μέγιστη διαφορά μεταξύ δύο ONU μπορεί να είναι 20 km. Για μήκος ίνας 20 km έχουμε μια καθυστέρηση διάδοσης μεταξύ του πιο κοντινού ONU και του πιο απομακρυσμένου περίπου ίση με 2 x 100μs ( διαδρομή από OLT σε ONU και αντιστρόφως). Με δεδομένο ότι σε ρυθμό 1.24416 Gb/s η μετάδοση ενός byte διαρκεί 6.43 ns, υπάρχει μια διαφορά 31100 “byte slots” (σχισμών) μεταξύ του πιο κοντινού και του πιο απομακρυσμένου ONU. Για το λόγο αυτό το OLT πρέπει να γνωρίζει το χρόνο μετάδοσης με επιστροφή για κάθε ONU. Αυτό γίνεται μέσω της διαδικασίας της αποστασιομέτρησης (ranging). Έτσι εφόσον το OLT γνωρίζει την καθυστέρηση με επιστροφή για κάθε ONU, επιβάλλει σε κάθε ONU να τηρεί μια συγκεκριμένη καθυστέρηση στην αποστολή δεδομένων. Η καθυστέρηση αυτή τηρείται από τη στιγμή που θα λάβει την άδεια για να στείλει δεδομένα (grant) έως ότου ξεκινήσει η αποστολή δεδομένων. Για κάθε ONU η καθυστέρηση είναι διαφορετική αφού εξαρτάται από τη θέση του στο δίκτυο.

  • Ευθυγράμμιση bit/byte και συγχρονισμός εκρηκτικής (burst) κίνησης

Στο ρεύμα καθόδου ο συρμός bit, κωδικοποιημένος με NRZ, επιτρέπει τον εύκολο συγχρονισμό για τα ONU. Ο συγχρονισμός byte βασίζεται στην αναγνώριση της διάταξης του πλαισίου καθόδου. Στο ρεύμα ανόδου χρησιμοποιείται η επικεφαλίδα (upstream overhead) για το συγχρονισμό, η οποία έχει μήκος 12 bytes στο GPON και χωρίζεται σε τρία πεδία ως εξής :

  • Χρόνος επιτήρησης

Σκοπός του είναι να παρέχει επαρκή απόσταση μεταξύ δύο συνεχόμενων εκρήξεων (μεταφορά δεδομένων από τους χρήστες που υπακούει σε εκρηκτική κίνηση) από δύο διαφορετικές ONU, ώστε να μην υπαρξει σύγκρουση. Επίσης λαμβάνει υπόψη τον αριθμό που θα αναβοσβήσει το laser ενός ONU.

  • Εισαγωγή

Η εισαγωγή επιτελεί δύο λειτουργίες. Πρώτον εξάγει τη φάση του συρμού bit ανοδικού ρεύματος που φθάνει σε σχέση με την τοπική ώρα στο OLT, επιτρέποντας έτσι το συγχρονισμό των Bit. Δεύτερον συμβάλλει στην επαναφορά της ισχύος. Η διαφορά θέσης των ONU σε σχέση με το OLT έχει ως αποτέλεσμα τη διαφορετική εξασθένιση των οπτικών σημάτων όταν φθάνουν στο OLT.

  • Αρχή

Υπάρχει ένα μοναδικό χαρακτηριστικό που υποδεικνύει την αρχή του συρμού ανόδου, και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για το συγχρονισμό των Byte.

  • Ευθυγράμμιση πλαισίου

  • Δομή του πλαισίου

  • Ανάθεση σχισμών

  • Ανάθεση εύρους ζώνης – MAC

Το πρωτόκολλο MAC επιτελεί ένα σημαντικό ρόλο στα δίκτυα PON, όπου υπάρχουν πολλές υπηρεσίες με διαφορετικές απαιτήσεις σε ποιότητα να εξυπηρετηθούν. Ο ελεγκτής MAC, που υλοποιεί το πρωτόκολλο, δέχεται ως είσοδο διάφορες παραμέτρους σχετικές με το QoS για κάθε συνθήκη κίνησης, καθώς και στοιχεία από τα διάφορα ONU και αναλαμβάνει τη σωστή ανάθεση εύρους ζώνης σε κάθε ONU.

  • Ακεραιότητα των πληροφοριών

Χρησιμοποιείται ένας μηχανισμός πρόβλεψης λαθών (FEC – Forward Error Detection), δηλαδή μια τεχνική κωδικοποίησης που επιτρέπει την εξασφάλιση του ίδιου ρυθμού λαθών ( Bit Error Rate) αλλά σε μικρότερη ευαισθησία. Όμως έτσι έχουμε μείωση του ωφέλιμου εύρους ζώνης. Το FEC χρησιμοποιείται αντί ενός πρωτοκόλλου επανάληψης, δηλαδή ενός πρωτοκόλλου που ζητά την επανεκπομπή δεδομένων σε περίπτωση λάθους. Το FEC παρέχει επαρκή bit, ώστε να γίνει διόρθωση λαθών μέχρι ενός αριθμού, όπου αυτό απαιτείται.

  • Ασφάλεια

Εξαιτίας της κοινοποίησης της πληροφορίας σε όλα τα ONU στο κανάλι καθόδου, υπάρχει η δυνατότητα κάποιο ONU να διαβάσει την πληροφορία που προορίζεται για άλλα. Για το λόγο αυτό η πληροφορία πρέπει να υφίσταται κρυπτογράφηση, κάνοντας χρήση ενός κλειδιού κωδικοποίησης διαφορετικό για το κάθε ONU.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   25


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

    Галоўная старонка