Σχεδιασμός και Υλοποίηση Πρωτοκόλλου mac για Παθητικά Οπτικά Δίκτυα gpon




старонка5/25
Дата канвертавання24.04.2016
Памер2.32 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   25

2.3 Πρωτόκολλο MAC


Οι τοπολογίες δέντρου, που χρησιμοποιούνται στα δίκτυα GPON, προσφέρουν το πλεονέκτημα της οικονομικής πρόσβάσης σε δίκτυα πρόσβασης, αφού παρέχουν τη δυνατότητα σε μεγάλο αριθμό χρηστών να μοιράζονται τον εξοπλισμό, και κατ’ επέκταση το μεγάλο κόστος του. Σε τέτοια συστήματα η πολλαπλή πρόσβαση στο ρεύμα ανόδου επιτυγχάνεται μέσω πολυπλεξίας TDMA. Για να επιτευχθεί η διαιτησία της πρόσβασης είναι απαραίτητη η ύπαρξη ενός πρωτοκόλλου ελέγχου της πρόσβασης στο μέσο. Το πρωτόκολλο αυτό θα ρυθμίζει την πρόσβαση αναθέτοντας σχισμές στα τερματικά των χρηστών ανάλογα με τη ζήτηση.

Η τοπολογία δέντρου παρουσιάζει μια διαφορετική συμπεριφορά στη μεταφορά δεδομένων στο ρεύμα ανόδου από το ρεύμα καθόδου. Στο ρεύμα καθόδου η κοινοποίηση δεδομένων σε όλους τους χρήστες επιβάλλει την δημιουργία πολλών αντιγράφων του εκπεμπόμενου σήματος. Αντίθετα το ρεύμα ανόδου λειτουργεί ως ένα κατανεμημένο σύστημα αναμονής το οποίο χαρακτηρίζεται από το μεγάλο χρόνο που απαιτείται για τη μετάδοση της πληροφορίας ελέγχου από τα σημεία συσσώρευσης στον ελεγκτή του δικτύου που βρίσκεται στη «ρίζα» του δικτύου.

Ο ελεγκτής MAC συλλέγει της αιτήσεις για πρόσβαση στο μέσο από τα διάφορα ONU/ONT και διανέμει τον αριθμό των χρονοθυρίδων του ρεύματος ανόδου ανάλογα με τα δεδομένα που έχει συλλέξει. Κύριος παράγοντας που λαμβάνεται υπόψη για την κατανομή του εύρους ζώνης είναι η διασφάλιση της QoS που έχει συμφωνηθεί ανάμεσα στο OLT και τα ONU/ONT.

2.3.1 Διαχείριση QoS σε δίκτυα PON


Χαμηλό QoS είναι το αποτέλεσμα της ανεπάρκειας πόρων, που οδηγεί στην απώλεια πληροφορίας ή την καθυστέρηση μετάδοσης, και των σφαλμάτων μετάδοσης. Τα σφάλματα μετάδοσης διορθώνονται με χρήση μηχανισμού πρόβλεψης ή διόρθωσης λαθών (forward or backward error correction). Η ανεπάρκεια πόρων γίνεται φανερή στα σημεία συσσώρευσης από την υπερχείλιση των προσωρινών καταχωρητών. Για να αντιμετωπιστεί το πρόβλημα αυτό είναι δυνατό να χρησιμοποιηθούν συναρτήσεις ελέγχου είτε ανοιχτού (πρόβλεψης) είτε κλειστού (αντίδρασης) βρόγχου. Με τον πρώτο τρόπο γίνεται δέσμευση πόρων πριν αρχίσει η μετάδοση δεδομένων, γι’ αυτό απαιτείται η διατήρηση πληροφοριών για την κατάσταση στα σημεία μεταγωγής, σε συνδυασμό με τον έλεγχο συμμόρφωσης της πηγής δεδομένων προς τις παραμέτρους μετάδοσης που έχουν συμφωνηθεί και έχουν χρησιμοποιηθεί για την κράτηση των πόρων. Με το δεύτερο τρόπο υλοποιούνται αλγόριθμοι οι οποίοι προσαρμόζουν το ρυθμό μετάδοσης των δεδομένων από της πηγές ανάλογα με τους διαθέσιμους πόρους στα σημεία συμφόρησης. Η επιλογή της μεθόδου δε αφήνεται στη διακριτικότητα του σχεδιαστή του συστήματος αλλά υπαγορεύεται από το είδος των υπηρεσιών που θα εξυπηρετούνται. Η μετάδοση κίνησης πραγματικού χρόνου δεν μπορεί να γίνει με χρήση ελέγχου κλειστού βρόγχου, ενώ η μετάδοση κίνησης καλύτερης προσπάθειας έχει καλά αποτελέσματα με αυτό το είδος ελέγχου. Δεν είναι δυνατή η χρήση και των δύο μεθόδων, αφού με τη μέθοδο του κλειστού βρόγχου καταλαμβάνεται όλο και περισσότερο εύρος ζώνης έως ότου αρχίσουν οι απώλειες μετάδοσης. Παρόλο που η μέθοδος κλειστού βρόγχου καλύπτει τις απώλειες, η κίνηση πραγματικού χρόνου θα είχε ελλιπή ποιότητα.

Το πρωτόκολλο MAC είναι ένας γενικός ρυθμιστής κίνησης στα δίκτυα PON, οποίος δε μπορεί να λειτουργήσει σωστά αν δε γνωρίζει το είδος κα τις ιδιότητες της ροής στην οποία ανήκουν τα προς μετάδοση πακέτα. Αν η πληροφορία αυτή δεν είναι διαθέσιμη στον ελεγκτή MAC είναι δυνατόν να δώσει άδεια για μετάδοση σε ένα πακέτο TCP μιας ONU, ενώ σε κάποια κοντινή ONU ένα πακέτο που ανήκει σε ροή μετάδοσης δεδομένων πραγματικής κίνησης να ανταγωνίζεται για την ίδια σχισμή. Αφού δεν είναι δυνατό για τον ελεγκτή MAC να ελέγχει και να ταξινομεί το κάθε πακέτο προς μετάδοση σε πιο είδος κίνησης ανήκει, είναι επιθυμητό η ταξινόμηση των πακέτων να γίνεται από την τερματική συσκευή. Έτσι υπάρχουν μερικές κατηγορίες στις οποίες ταξινομούνται τα πακέτα ανάλογα με την προτεραιότητά τους από το ONU//ONT. Ο ελεγκτής MAC ελέγχει τώρα μόνο το μήκος της κάθε ουράς αναμονής για την κάθε κατηγορία και παραχωρεί προτεραιότητα στις ουρές υψηλής προτεραιότητας κάθε ONU. Η τοπική ταξινόμηση των πακέτων σε κάθε ONU δε έχει τόση σημασία, όσο η καθολική ταξινόμηση ανάμεσα σε όλα τα ONU, αφού σκοπός είναι να εξυπηρετηθούν τα πακέτα υψηλής προτεραιότητας νωρίτερα από τα υπόλοιπα σε όλες τις ουρές των ONU.

Ο αριθμός των κατηγοριών που μπορεί να ταξινομηθούν τα διάφορα πακέτα είναι πέντε και φαίνονται στον πίνακα 7. Για κάθε TCONT που υποστηρίζεται θα πρέπει να υπάρχει μια ξεχωριστή ουρά. Οι ροές δεδομένων με απαιτήσεις σε ποιότητα υπηρεσιών πρέπει να αναγνωρίζονται και να εξυπηρετούνται διαφορετικά από τα υπόλοιπα δεδομένα. Αυτό επιτυγχάνεται στο ONU με την τοποθέτηση των δεδομένων αυτών στη σωστή ουρά του αντίστοιχου TCONT.


TCONT

Υπηρεσίες

Παράμετροι

Εγγυήσεις

1

DS-1, E1 υπηρεσίες

Μέγιστο SDI = Ελάχιστο SDI = προκαθορισμένη και σταθερή τιμή

Μέγιστο TB = Ελάχιστο TB = προκαθορισμένη σταθερή τιμή



καθορισμένο σταθερό εύρος ζώνης

καθορισμένη σταθερή καθυστέρηση



2

μη πραγματικού χρόνου κίνηση

Μέγιστο SDI = Ελάχιστο SDI = προκαθορισμένη σταθερή τιμή

Μέγιστο TB = Ελάχιστο TB = προκαθορισμένη σταθερή τιμή



καθορισμένο εύρος ζώνης

περιορισμένο CTD, CDV



3

μεταβλητού ρυθμού μετάδοση

Μέγιστο SDI = προκαθορισμένη τιμή

Ελάχιστο SDI = προκαθορισμένη τιμή

Μέγιστο TB = προκαθορισμένη τιμή

Ελάχιστο TB = προκαθορισμένη τιμή



προκαθορισμένο, εγγυημένο εύρος ζώνης

μη εγγυημένο δεσμευμένο σε αναλογία με το εγγυημένο



4

καλύτερες δυνατές υπηρεσίες

Μέγιστο SDI = άπειρο

Ελάχιστο SDI = προκαθορισμένη τιμή

Μέγιστο TB = προκαθορισμένη τιμή

Ελάχιστο TB = 0



ίση κατανομή του μη δεσμευμένου εύρους ζώνης

5

όλα τα παραπάνω







Πίνακας 7 – Κατηγορίες T - CONT

Max SDI : Μέγιστο διάστημα μεταξύ επιτυχούς μετάδοσης δεδομένων

Min SDI : Ελάχιστο διάστημα μεταξύ επιτυχούς μετάδοσης δεδομένων

Max TB : Μέγιστος αριθμός byte που μεταδίδονται

Min TB : Ελάχιστο αριθμός byte που μεταδίδονται

Η ταξινόμηση των προτεραιοτήτων αυτών έχει καθοριστεί από την ITU στο G983.5 και έχουν υιοθετηθεί και από την FSAN.

Ο πίνακας 6 περιέχει τους πέντε τύπους TCONT, τις υπηρεσίες που μπορεί να εξυπηρετήσει ο καθένας, τις παραμέτρους του συστήματος και τις εγγυήσεις που παρέχει ο κάθε τύπος. Παρόλο που το GIANT PON είναι ένα σύστημα μεταγωγής πακέτου, από την πλευρά του MAC ελεγκτή εγκαθίστανται συνδέσεις και οι παράμετροι που αναφέρονται χαρακτηρίζουν τις συνδέσεις αυτές.

Κάθε φορά που το OLT ζητάει από το ONU να του μεταδώσει ένα μήνυμα DBA, το ONU έχει την ευκαιρία να γνωστοποιήσει στο OLT τις ανάγκες του σε εύρος ζώνης. Εφόσον το PON υποστηρίζει διαφορετική QoS, το ONU θα πρέπει να διατηρεί ξεχωριστές ουρές κίνησης για κάθε ποιότητα υπηρεσιών, και να αναφέρει το μήκος της κάθε μιας ξεχωριστά. Αυτή η απαίτηση είναι απαραίτητη ώστε ο ελεγκτής MAC να έχει στη διάθεση του επαρκείς πληροφορίες ώστε να κάνει σωστή κατανομή του εύρους ζώνης.

Στα μηνύματα DBA, το ONU αναφέρει το συνολικό μήκος της ουράς και όχι μόνο το μήκος των νέων πακέτων που προστέθηκαν σε αυτή από την τελευταία αναφορά. Αυτό γίνεται για δύο λογους :


  • για συνέπεια, δηλαδή ακόμα και αν ένα μήνυμα αναφοράς DBA δε ληφθεί σωστά από το OLT, το ONU θα αναφέρει σωστά το μήκος της ουράς στο επόμενο μήνυμα

  • Κάθε φορά που ανατίθεται στο ONU να μεταδώσει Χ byte, η ουρά στο ONU μειώνεται για λιγότερα από X byte, αφού ένα μέρος από αυτά χρησιμοποιούνται από το πλαίσιο του TC. Έτσι ενώ ο ελεγκτής MAC υποθέτει ότι η ουρά στο ONU έχει μειωθεί κατά X byte αυτό είναι λανθασμένο. Για το λόγο αυτό ο MAC χρειάζεται το συνολικό μήκος της ουράς. Για να αποφευχθεί αυτό θα μπορούσε να αναφέρεται στο MAC το μήκος πακέτου που μεταδίδεται, όμως αυτό δε γίνεται αφού θα σπαταλούσαμε επιπλέουν πόρους για να το επιτύχουμε.

2.3.2 Αλγόριθμοι


Οι αιτήσεις για μετάδοση που αναφέρονται στο OLT, μέσω το μήκος των ουρών των ONU, μπορούν να εξυπηρετηθούν με διάφορους αλγόριθμους. Ένας προφανής τρόπος είναι να εξυπηρετηθούν είναι ο αλγόριθμος round robin με προτεραιότητα, δηλαδή όλα τα ONU θα εξετάζονται κυκλικά και οι χαμηλής προτεραιότητας αιτήσεις μπορούν να εξυπηρετηθούν μόνο αν δεν εκκρεμεί κάποια αίτηση υψηλότερης προτεραιότητας. Όμως αυτό δεν είναι αρκετό αφού στο TCONT 3 ανατίθενται πόροι για το μη εγγυημένο εύρος ζώνης σε αναλογία με το εγγυημένο και λαμβάνονται υπόψη επιπλέον παράμετροι όπως το μέγιστο εύρος ζώνης.. Αυτό επιβάλει τη γνώση των παραμέτρων κάθε TCONT και γι’ αυτό απαιτείται ένας πιο πολύπλοκος αλγόριθμός από τον round robin με προτεραιότητα.

Σε δίκτυα PON μεταγωγής πακέτου κάθε ONU που παίρνει άδεια να μεταδώσει, μεταδίδει ένα αριθμό από byte και όχι μια χρονοσχισμή, όπως γίνεται σε ATM PON. Η χρονοσχισμή αντικαθίσταται από ένα ελάχιστο αριθμό byte, ο οποίος μπορεί να είναι διαφορετικός για κάθε TCONT π.χ. είναι μηδέν για το TCONT 4.

Μια κατάλληλη υλοποίηση για εξυπηρέτηση με προτεραιότητα σε συνδυασμό με επιτήρηση κάποιων παραμέτρων έχει παρουσιαστεί στο [LSP 00] και η υλοποίησή του έχει παρουσιαστεί στο [ALOP02]. Η υλοποίηση αυτή είναι κατάλληλη για δίκτυα υψηλών ταχυτήτων με λίγες πηγές πληροφορίας (ONU), όπως συμβαίνει στα PON. Παρέχει επιτήρηση παραμέτρων, όπως τη διακοπή εξυπηρέτησης ενός ONU όταν ζητάει περισσότερο εύρος ζώνης από όσο δικαιούται.

Ένας άλλος αλγόριθμος είναι αυτός που παρουσιάζεται στο [ShVa96]. Παρόλο που δεν εμπεριέχει κάποια πολιτική ελέγχου παραμέτρων, αλλά εξυπηρετεί αναλογικά όλα τα ενεργά ONU, εξετάζοντάς τα με κυκλικό τρόπο, είναι σημαντικός επειδή λειτουργεί με μήκη πακέτων και δεν απαιτείται η εξέταση όλων των ONU ανά περίοδο. Όμως σε ένα δίκτυο PON το πρώτο πλεονέκτημα δεν μπορεί να εκμεταλλευτεί αφού το OLT δεν έχει γνώση του μήκους κάθε πακέτου.

Οι κύριες διαφορές ανάμεσα στους δύο αλγορίθμους είναι οι εξής :


  • ο πρώτος επιτηρεί την τήρηση παραμέτρων από τα ONU, ενώ ο δεύτερος όχι.

  • ο μέγιστος ρυθμός για τον πρώτο αλγόριθμο είναι προκαθορισμένος κα απαιτεί την διαθεσιμότητα του αντίστοιχου εύρους ζώνης. Αυτό σημαίνει πως αν ο μέγιστος ρυθμός για κάποια ONU διαφέρει, τότε το εύρος ζώνης που θα τους διατεθεί δε θα μοιραστεί ανάλογα, λαμβάνοντας υπόψη το μέγιστο του καθενός. Αντίθετα ο δεύτερος αλγόριθμος επιτυγχάνει την αναλογική ανάθεση του διαθέσιμου εύρους ζώνης. Όμως θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί ένας τροποποιημένος αλγόριθμος αφού η πληροφορία για το μήκος του πακέτου δε μπορεί να διατεθεί στο OLT.

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


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

    Галоўная старонка