Σχεδιασμός και Υλοποίηση Πρωτοκόλλου mac για Παθητικά Οπτικά Δίκτυα gpon




старонка6/25
Дата канвертавання24.04.2016
Памер2.32 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   25

2.4 Φυσικό υπόστρωμα


Το φυσικό υπόστρωμα αποτελεί το χαμηλότερο στρώμα στην ιεραρχία και περιλαμβάνει το οπτικό στρώμα καθώς και ένα μέρος του ηλεκτρικού στρώματος του συστήματος όπως φαίνεται στο σχήμα 8. Το οπτικό μέρος περιλαμβάνει τις οπτικές ίνες, τους διαχωριστές σήματος, τους πολυπλέκτες και αποπολυπλέκτες μήκους κύματος, τους εξασθενητές και τα οπτικά φίλτρα. Πάνω από το οπτικό στρώμα υπάρχει ένα υπόστρωμα υπεύθυνο για την ηλεκτρο-οπτική και οπτο-ηλεκτρική μετατροπή των σημάτων. Η μετατροπή γίνεται από μια ημιαγώγιμη δίοδο laser. Το ανώτερο στρώμα επιτελεί την μετατροπή από αναλογικό σε ψηφιακό και αντίστροφα.



σχήμα 8 – Υπόστρωμα φυσικού μέσου

Το φυσικό υπόστρωμα είναι κατάλληλο για να μεταδώσει δεδομένα με ρυθμό Gbit/s. Η μετάδοση προς τα δύο ρεύματα μπορεί να γίνει είτε με τη χρήση πολυπλεξίας μήκους κύματος σε μια οπτική ίνα, είτε με τη χρήση δύο ινών. Στο GIANT χρησιμοποιείται μια μόνο ίνα. Το μήκος κύματος είναι 1480-1500 nm για το ρεύμα καθόδου και 1260-1360 nm για το ρεύμα ανόδου. Ο δέκτης έχει μια ανοχή 1dB για τις απώλειες οπτικού δρόμου, που οφείλονται σε ανακλάσεις, διασυμβολική παρεμβολή, θόρυβο και διαμόρφωση της φάσης του laser.

Στο σχήμα 9 φαίνεται το οπτικό δίκτυο ODN. Ανάμεσα στα σημεία προσαρμογής S/R και R/S το ODN αποτελείται :


  • πολυπλέκτη/αποπολυπλεκτη μήκους κύματος του OLT

  • πολυπλέκτη/αποπολυπλεκτη μήκους κύματος του ONU

  • οπτική ίνα

  • οπτικός διαχωριστής

  • οπτικός ζεύκτης

Στο δίκτυο GIANT GPON δε χρησιμοποιούνται οπτικοί ενισχυτές.



σχήμα 9 – Οπτικό δίκτυο ODN

2.5 Διαχείριση Δικτύου


Τα θέματα που αφορούν στη διαχείριση δικτύων γίνονται με τη πάροδο του χρόνου καθώς αυξάνει το μέγεθος και η πολυπλοκότητά των δικτύων όλο και πιο σημαντικά για τη σχεδίαση και την ανάλυση τους. Η εξέλιξη αυτή έχει ως αποτέλεσμα τα δίκτυα να μετατρέπονται σταδιακά σε οντότητες έξυπνες, αυτοδιαχειριζόμενες και με ικανότητα να διατηρούνται σε υψηλά επίπεδα απόδοσης χωρίς να είναι απαραίτητη η συχνή επέμβαση του διαχειριστή. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω της καλής σχεδίασης που καθιστά το δίκτυο ικανό να αντιλαμβάνεται τα σφάλματα που οφείλονται στο υλικό ή το λογισμικό, να τα αναφέρει και να προβαίνει στις κατάλληλες ενέργειες για την αποκατάσταση της επίδοσής του σε υψηλά επίπεδα.

Στην ενότητα αυτή θα αναφερθούμε στη διαχείριση ενός δικτύου και θα εστιάσουμε στα δίκτυα PON και ειδικότερα στο δίκτυο GPON GIANT, που μελετάμε στα πλαίσια αυτής της εργασίας, το οποίο κληρονομεί τις βασικές αρχές διαχείρισης που διέπουν τα δίκτυα B-PON και αναλύονται στο έγγραφο G983.2 της ITU-T. Στα δίκτυα αυτά η διαχείριση αφορά στα ONT και γίνεται μέσω των OLT χρησιμοποιώντας τη διεπαφή διαχείρισης και ελέγχου του ONT (ONT management and control interface,OMCI). H μελέτη του OMCI θα γίνει σε τρεις ξεχωριστές ενότητες που αφορούν στις απαιτήσεις και προδιαγραφές του, τα χαρακτηριστικά και τις λειτουργίες της βάση δεδομένων MIB κάθε διαχειριζόμενης οντότητας και το κανάλι, το μήνυμα και τις αρχές του πρωτοκόλλου αντίστοιχα.


2.5.1 Απαιτήσεις και προδιαγραφές


Η μελέτη που γίνεται σε αυτή την ενότητα καθώς και στις επόμενες αναφέρεται σε ONT που χρησιμοποιούνται ως ONU στις περιπτώσεις FTTH και FTTBusiness. O όρος FTTBusiness υπονοεί ένα σενάριο στο οποίο έχουμε παραπάνω από έναν τελικό χρήστη για κάθε ONU και οι απαιτήσεις σε παρεχόμενες υπηρεσίες είναι μεγαλύτερες από ότι στην περίπτωση FTTH. Η δομή ενός τέτοιου ONT δίνεται στο σχήμα 10 όπου με βάση τα διακριτά όρια οι λειτουργίες του συνοψίζονται στις παρακάτω κατηγορίες.

  • Λειτουργία τερματισμού γραμμής του δικτύου πρόσβασης (AN-LT)

  • Λειτουργία τερματισμού γραμμής της διεπαφής του δικτύου του χρήστη (UNI-LT)

  • Λειτουργία πολυπλεξίας και αποπολυπλεξίας ΑΤΜ (ATM-Mux)




σχήμα 10 - Δομικό διάγραμμα ΟΝΤ

Το OLT διαχειρίζεται το ONT μέσω του πρωτοκόλλου OMCI που του δίνει τη δυνατότητα να εγκαθιστά και να απολύει συνδέσεις με κάθε ONT, να διαχειρίζεται τα UNI στα ONT,να ζητά πληροφορίες εγκατάστασης και στατιστικά στοιχεία επίδοσης του δικτύου με σκοπό καταρχήν να τα αναλυσει και στη συνέχεια να προβεί στις κατάλληλες ενέργειες και να ενημερώσει αυτόνομα, όποτε κάτι τέτοιο κρίνεται απαραίτητο, το λειτουργό του δικτύου για γεγονότα, όπως οι αποτυχίες εγκατάστασης σύνδεσης.



Το πρωτόκολλο OMCI λειτουργεί πάνω σε μία ΑΤΜ σύνδεση μεταξύ του OTL και του ΟΝΤ η οποία εγκαθίσταται κατά την αρχικοποίηση του ONT. Η σύνδεση αυτή δεν είναι συμμετρική με την έννοια ότι το OLT λειτουργεί ως master και το ΟΝΤ ως slave. Ένα OLT μπορεί έχει σύνδεση και επομένως να διαχειρίζεται περισσότερα του ενός ONT. Η διαχείριση αφορά στους εξής τομείς.

  • Διαχείριση διαμόρφωσης (Configuration management): Ο τομέας αυτός κρίνεται ως ο σημαντικότερος κατά την υλοποίηση του δικτύου δεδομένου ότι αναφέρεται στον έλεγχο, στην εγκατάσταση, στην εκκίνηση της λειτουργίας του ONT καθώς και στην αποστολή, στη λήψη και στην καταγραφή δεδομένων από και προς το ONT και την επαναδιαμόρφωση του δικτύου.

  • Διαχείριση σφαλμάτων (Fault management): Ο τομέας αυτός αναφέρεται γενικά στη διάγνωση, στον εντοπισμό και την επισκευή βλαβών καθώς και στον εντοπισμό και την επισκευή συσκευών που δε λειτουργούν σωστά. Ειδικότερα στο δίκτυο που μελετάμε το ONT υποστηρίζει περιορισμένες λειτουργίες διαχείρισης σφαλμάτων, η πλειοψηφία των οποίων αφορά στην υπόδειξη σφαλμάτων.

  • Διαχείριση επίδοσης (Performance management): Ο τομέας αυτός αφορά σε μετρήσεις στοιχείων και τη συλλογή δεδομένων τα οποία στη συνέχεια θα αναλυθούν για να δοθεί ένα μέτρο της επίδοσης του δικτύου με απότερο σκοπό με κατάλληλες ενέργειες να βελτιστοποιηθεί η επίδοση ή να σταθεροποιηθεί σε κάποιο επίπεδο. Ειδικότερα στο δίκτυο που μελετάμε το ONT υποστηρίζει περιορισμένες λειτουργίες διαχείρισης επίδοσης. Συγκεκριμένα για το φθηνό ΟΝΤ του FTTH οι λειτουργίες αφορούν στα υποστρώματα PMD και TC ενώ για το ΟΝΤ του FTTBusiness στο επίπεδο κελιού ATM και στη διαχείριση της κίνησης. Όλα τα στοιχεία που συλλέγονται κατά τις πραναφερθήσες λειτουργίες διατηρούνται στο OTL.

  • Διαχείριση ασφάλειας (Security management): Ο τομέας αυτός αφορά σε ειδοποιήσεις μέσω κατάλληλων μηνυμάτων (alarm και traps) για μη εξουσιοδοτημένες προσβάσεις στο δίκτυο και το συντονισμό της ασφάλειας σε όλο το δίκτυο.

2.5.2 Βάση δεδομένων MIB


Η βάση δεδομένων που διατηρείται σε κάθε ONT αποτελείται από ένα σύνολο διαχειριζόμενων οντοτήτων (managed entities). Με τον όρο αυτό αναφερόμαστε σε μία σειρά απεικονίσεων των πόρων και των υπηρεσιών ενός ONT. Οι οντότητες αυτές ανάλογα με το ποια λειτουργία ή τμήμα του ONT διαχειρίζονται κατηγοριοποιούνται ως εξής:

  • Οντότητες που αφορούν στη διαχείριση του εξοπλισμού του ONT.

  • Οντότητες που αφορούν στη διαχείριση της διεπαφής δικτύου πρόσβασης.

  • Οντότητες που αφορούν στη διαχείριση της διεπαφής του δικτύου του χρήστη.

  • Οντότητες που αφορούν στη διαχείριση του επιπέδου VP.

  • Οντότητες που αφορούν στη διαχείριση της κίνησης.

Στο OMCI ορίζεται και μια ακόμα κατηγοριοποίηση των διαχειριζόμενων οντοτήτων και λειτουργιών του ONT ανάλογα με το πόσο απαραίτητη είναι η κάθε οντότητα. Συγκεκριμένα τα τρία διαφορετκά επίπεδα είναι τα εξής:

  • Οντότητες που είναι απαραίτητες (Requirement, συμβολισμός R) για συμβατή λειτουργία.

  • Οντότητες που είναι κατά συνθήκη απαραίτητες (Conditional Requirements, συμβολισμός CR) δηλαδή απαραίτητες μόνον όταν υλοποιείται η συγκεκριμένη προαιρετική λειτουργία με την οποία σχετίζονται.

  • Οντότητες που είναι προαιρετικές (Option, συμβολισμός O) δηλαδή μπορεί να είναι χρήσιμες ή να απαιτούνται από κάποιο λειτουργό του δικτύου αλλά δεν είναι απαραίτητες για συμβατή λειτουργία.

Οι οντότητες απαρτίζονται από τα χαρακτηριστικά τους (attributes) κάθε ένα από τα οποία δίνει μια συγκεκριμένη πληροφορία για τη διαχειριζόμενη οντότητα. Τα attributes χωρίζονται σε δύο κατηγορίες ανάλογα με το αν υποστηρίζουν πράξη δημιουργίας (create action) ή όχι. Αν δεν υποστηρίζεται create action και ανάλογα με το δεδομένο attribute μπορούν να επιτρέπονται ενέργειες εγγραφής μόνο (R), ανάγνωσης μόνο (W), ανάγνωσης και εγγραφής (R,W) από το OLT. Στην περίπτωση, όμως, που υποστηρίζεται create action το σύνολο ενέργειών εμπλουτίζεται με ενέργειες εγγραφής μόνο, ανάγνωσης μόνο, ανάγνωσης και εγγραφής από το OLT αφού έχει προηγηθεί μία create action. Οι τρεις αυτές επιπλέον λειτουργίες συμβολίζονται ως (R, Set-by-create), (W, Set-by-create) και (R, W, Set-by-create) αντίστοιχα.

Μία τιμή ενός χαρακτηριστικού μιας οντότητας είναι δυνατό να μεταβληθεί αν αυτό ζητηθεί από το OLT μέσω κατάλληλης εντολής δημιουργίας ή αυτόνομα από το ΟΝΤ. Στην περίπτωση της αυτόνομης δημιουργίας στις περιπτώσεις (R), (R,W), (R, Set-by-create) και (R, W, Set-by-create) το ΟΝΤ ενημερώνει το OLT για την αλλαγή στέλνοντας μία ειδοποίηση αλλαγής τιμής χαρακτηριστικού (attribute value change notification), ενώ αντίθετα κάτι τέτοιο δε λαμβάνει χώρα στις περιπτώσεις (W) και (W, Set-by-create). Συνολικά οι ειδοποιήσεις που παράγονται από τις διαχειριζόμενες οντότητες προκαλούνται από τα ακόλουθα γεγονότα:συναγερμούς (Alarms), αλλαγή τιμής χαρακτηριστικού (Attribute Value Changes, σύντομα AVCs), ειδοποιήσεις υπέρβασης κατωφλίου (Threshold Crossing Alerts, σύντομα TCAs) και αποτελέσματα δοκιμών (Test results). Το κάθε είδος ειδοποίησης μεταφέρεται από τα κατάλληλα μηνύματα. Συγκεκριμένα τα Alarms και τα TCAs από τα μηνύματα συναγερμού (Alarm messages), τα AVCs από τα μηνύματα αλλαγή τιμής χαρακτηριστικού (Attribute Value Change messages) και τα Test results από τα μηνύματα αποτελεσμάτων δοκιμών (Test result messages) αν η δοκιμή έχει ζητηθεί απο το OLT ή μηνύματα συναγερμού (Alarm messages) αν η δοκιμή γίνεται με πρωτοβουλία του ONT.


2.5.3 Κανάλι, μήνυμα και αρχές του πρωτοκόλλου


Στην ενότητα θα αναφερθούμε αρχικά στο κανάλι που χρησιμοποιείται από το δίκτυο για τη διαχείριση και τον έλεγχο του ONT. Στη συνέχεια θα δοθεί η δομή του μηνύματος του πρωτοκόλλου OMCI που περνά από το κανάλι αυτό και θα εξηγηθεί η λειτουργία και η χρησιμότητα των πεδίων που το αποτελούν. Στην τελευταία ενότητα θα αναφερθούν αρχές του πρωτοκόλλου που αφορούν στον έλεγχο ροής και τη διόρθωση λαθών.

2.5.3.1 Κανάλι


Το κανάλι διαχείρισης και τον ελέγχου του ONT (ONT Management and Control Channel, σύντομα OMCC) είναι μία σύνδεση ΑΤΜ μεταξύ του OLT και του ONT. Για την εγκατάσταση της σύνδεσης αυτής στέλνεται κατάλληλο PLOAM μήνυμα από το OLT ώστε να καθοριστεί ένα ζεύγος τιμών VPI/VCI.To ΟLT καθορίζει διαφορετική τιμή VPI για κάθε ONT μέσω του μηνύματος PLOAM Επιπλέον το MAC πρωτόκολλο του OLT διασφαλίζει ότι υπάρχει δεσμευμένη ροή στην προς τα άνω ζεύξη για την OMCC κίνηση από τα ONT.

2.5.3.2 Μήνυμα


Το πακέτο του πρωτοκόλλου διαχείρισης και ελέγχου του ONT μεταφέρεται σε ένα κελί ATM. Ο τρόπος με τον οποίο γίνεται αυτό φαίνεται στο σχήμα 11.



σχήμα 11 - Δομή του κελιού OMCI

Το κελί αποτελείται από τα παρακάτω πεδία



  • Την επικεφαλίδα ΑΤΜ (ATM Header) μήκους 5 bytes που περιέχει το ζεύγος VPI/VCI για το δεδομένο ΟΝΤ, για το οποίο προορίζεται το κελί.

  • Το αναγνωριστικό συσχέτισης συναλλαγής (Transaction Correlation Identifier) μήκους 2 bytes που χρησιμοποιείται για να συσχετιστεί μία αίτηση του OLT προς κάποιο συγκεκριμένο ONT με την απάντηση από το ONT στο OLT. Συγκεκριμένα για μία αίτηση το ΟLT επιλέγει μία τιμή για το πεδίο αυτό και η απάντηση από το ΟΝΤ, στη συγκεκριμένη αίτηση, θα πρέπει να χρησιμοποιήσει την τιμή αυτή. Ειδική μέριμνα λαμβάνεται ώστε να μη στέλνεται μία δεύτερη αίτηση με την ίδια τιμή του πεδίου αυτού σε ένα ΟΝΤ χωρίς να έχει ληφθεί η απάντηση από την πρώτη αίτηση.

  • To είδος μηνύματος (Message Type) μήκους 1 byte που χωρίζεται όπως φαίνεται στο σχήμα 12 σε τέσσερα υποπεδία των οποίων η λειτουργία είναι η εξής:

    • Το πιο σημαντικό bit είναι δεσμευμένο για τον προορισμό του μηνύματος (Destination Bit, σύντομα DB) και για το OMCI έχει πάντα την τιμή μηδέν.

    • Το δεύτερο πιο σημαντικό bit υποδεικνύει αν το αποστελλόμενο μήνυμα απαιτεί να σταλεί επιβεβαίωση (Aknowledge Request, σύντομα AR). Συγκεκριμένα αν έχει την τιμή ένα απαιτείται επιβεβαίωση ενώ αν έχει την τιμή μηδέν δεν απαιτείται.

    • Το τρίτο πιο σημαντικό bit υποδεικνύει αν το αποστελλόμενο μήνυμα είναι ή όχι επιβεβαίωση (Acknowledgement, σύντομα AK). Συγκεκριμένα αν έχει την τιμή ένα είναι επιβεβαίωση ενώ αν έχει την τιμή μηδέν δεν είναι.

    • Τα υπόλοιπα bit δείχνουν το τύπο του μηνύματος (Message Type, σύντομα ΜΤ). Κάθε τιμή του πεδίου αυτού αντιστοιχεί σε ένα τύπο μηνύματος. Οι τιμές 0-3 είναι δεσμευμένες για μελλοντική χρήση και ορίζονται συνολικά 23 μηνύματα.



σχήμα 12 - Τα υποπεδία του πεδίου Message Type

  • Το αναγνωριστικό συσκευής (Device Identifier) μήκους 1 byte που έχει μία δεδομένη τιμή για την τεχνολογία του ONT που χρησιμοποιείται.

  • Το αναγνωριστικό μηνύματος (Message Identifier) μήκους 3 bytes. Το σημαντικότερο byte του πεδίου αυτού καθορίζει την οντότητα για την οποία προορίζεται το μήνυμα που περιγράφεται από το πεδίο Message Type. Επομένως μπορούν να οριστούν πολύ μέχρι 256 διαχειριζόμενες οντότητες. Τα άλλα δύο bytes χρησιμοποιούνται για να ορίσουν μία εικόνα (instance) της διαχειριζόμενης οντότητας. Επομένως μπορούν να οριστούν πολύ μέχρι 65536 instances ανά διαχειριζόμενη οντότητα.

  • To περιεχόμενο μηνύματος (Message Contents) μήκους 33 bytes που εξαρτάται από το δεδομένο μήνυμα που το OLT θέλει να στείλει ONT.

  • Το πεδίο που μεταφέρει πληροφορία για το AAL5 (AAL5-trailer) μήκους 8 bytes

2.5.3.3 Έλεγχος ροής και διόρθωση λαθών


Οι διαδικασίες ελέγχου ροής και διόρθωσης λαθών για το κανάλι OMCC βασίζονται σε ένα απλό σενάριο με συναλλαγές μεταξύ του OLT και ενός ΟΝΤ μέσω μηνυμάτων και επιβεβαιώσεων που χρησιμοποιεί την τεχνική stop-and-go και μπορεί εύκολα να επεκταθεί ώστε να υποστηρίζει πολλές και ταυτόχρονες συναλλαγές του OLT με περισσότερα του ενός ONT. Στο σενάριο αυτό σημαντικό ρόλο έχει η προτεραιότητα των μηνυμάτων και οι διαδικασίες ελέγχου ροής εξασφαλίζουν ότι σε μία συναλλαγή μεταξύ του OLT και ενός ΟΝΤ ένα μήνυμα με δεδομένη προτεραιότητα μπορεί να σταλεί από το OLT μόνο αφού προηγουμένως έχει ληφθεί σωστά και εξυπηρετηθεί από το OΝT το αμέσως προηγούμενο μήνυμα με ίδια προτεραιότητα.

Για την υλοποίηση του σεναρίου χρησιμοποιούνται το αναγνωριστικό συσχέτισης συναλλαγής (Transaction Correlation Identifier) έτσι ώστε να συσχετίζονται οι αιτήσεις με τις αντίστοιχες επιβεβαιώσεις, μετρητές που μετρούν τις φορές που ξαναστέλνεται ένα μήνυμα από τον ΟLT (Retry Counters) και χρονόμετρα που καθορίζουν το μέγιστο χρόνο αναμονής μίας επιβεβαίωσης (Transaction Request Timer). Συγκεκριμένα η λειτουργία έχει ως εξής: Όταν σταλεί μία αίτηση από το OLT με προτεραιότητα i στο ΟΝΤ αρχίζει να μετρά ένα χρονόμετρο Τi το οποίο σταματά να μετρά όταν σταλεί από το ΟΝΤ μία επιβεβαίωση χωρίς λάθη και με το σωστό Transaction Correlation Identifier. Αν σε κάποιο προκαθορισμένο χρόνο δε ληφθεί η παραπάνω επιβεβαίωση το OLT ξαναστέλνει την αίτηση με το ίδιο Transaction Correlation Identifier και ταυτόχρονα αυξάνεται η τιμή ενός retry counter, που για αυτή την περίπτωση συμβολίζουμε Ri, κατά ένα. Αν ακολουθώντας την παραπάνω διαδικασία επαναληπτικά ο μετρητής αυξηθεί τόσες φορές ώστε να φτάσει μία προκαθορισμένη ανώτατη τιμή τότε το μήνυμα δε ξαναστέλνεται και το OLT καταλαβαίνει σφάλμα στην σύνδεση OMCC. Τόσο τα χρονόμετρα όσο και οι μετρητές υλοποιούνται μέσα στο OLT και το ONT δεν έχει γνώση για αυτούς. Επίσης οι προκαθορισμένες ανώτατες τιμές για τα στοιχεία αυτά δεν καθορίζονται από τα στάνταρ αλλά από την υλοποίηση που αφορά στο κάθε δίκτυο.


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


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

    Галоўная старонка