Ευρυζωνικές Τεχνολογίες — Σεπτέμβριος 2018

Μεταγραφή από τη φωτογραφία eurizonikes.jpg· το Sep2018.jpg είναι πανομοιότυπο αντίγραφο της ίδιας φωτογραφίας.

eurizonikes.jpg

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ Τμήμα Μηχανικών Ηλεκτρονικών Υπολογιστών & Πληροφορικής Τομέας Εφαρμογών και Θεμελιώσεων της Επιστήμης των Υπολογιστών

ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ

25 Σεπτεμβρίου 2018 [όνομα διδάσκοντα παραλείπεται]

Ζήτημα 1ο (40%)

1. Ποιά είναι τα πλεονεκτήματα/μειονεκτήματα του PON και τα πρότυπα.
2. Περιγράψτε τη τεχνολογία μετάδοσης PDH και τα μειονεκτήματα της
3. Τι γνωρίζεται για το WDM

Ζήτημα 2ο (30%)

1. Τι είναι το Frame bursting στη τεχνολογία Ethernet
2. Περιγράψτε το Metro Ethernet

Ζήτημα 3ο (30%)

1. Ποιες είναι οι βασικές απαιτήσεις του LTE
2. Ποιές είναι οι βασικές διαφορές LTE-UMTS

ΚΑΛΗ ΕΠΙΤΥΧΙΑ

Επιπλέον πηγές χωρίς μεταγραφή εδώ (λύσεις → 2018-09.solutions.md, ή διπλότυπες φωτογραφίες της ίδιας σελίδας): Sep2018.jpg

Λύσεις (⚪ AI, μη επαληθευμένο)

Κατάσταση: ⚪ AI, μη επαληθευμένο Πηγή: λύσεις AI (deepseek-flash), ανεξάρτητη επανάληψη και αντιπαραβολή· καμία δεν έχει ελεγχθεί από άνθρωπο

Προσοχή

Λύση από AI — ελέγξτε την· δεν έχει επαληθευτεί από άνθρωπο. Η ένδειξη «δύο λύσεις συμφωνούν» δεν σημαίνει ότι η απάντηση είναι σωστή.

AI λύσεις — 2018-09

Οι λύσεις γράφτηκαν από μοντέλα AI και δεν έχουν ελεγχθεί από άνθρωπο. Η αρίθμηση ακολουθεί το αρχείο θεμάτων.

Θέμα 1

Αξιοπιστία: μία λύση AI, δεν έχει αντιπαραβληθεί με δεύτερη · εμπιστοσύνη λύτη: υψηλή

1. PON — πλεονεκτήματα/μειονεκτήματα και πρότυπα

Τεχνολογία: σημείο-προς-πολλαπλά σημεία (P2MP) παθητικό οπτικό δίκτυο: OLT στο κέντρο, παθητικοί διαχωριστές (splitters) στο πεδίο, ONU/ONT στον χρήστη· downstream σε broadcast (TDM), upstream σε TDMA με ranging και δυναμική κατανομή εύρους (DBA).

Πλεονεκτήματα: - Πλήρως παθητικό εξωτερικό δίκτυο (χωρίς τροφοδοσία/ενεργό εξοπλισμό στο πεδίο) → χαμηλό OPEX, υψηλή αξιοπιστία, εύκολη συντήρηση. - Μεγάλη χωρητικότητα: GPON \(2{,}488\) Gb/s downstream / \(1{,}244\) Gb/s upstream· XG(S)-PON \(10\) Gb/s· NG-PON2 έως \(40\) Gb/s. - Μεγάλη εμβέλεια (\(\sim 20\) km, επεκτάσιμη) και υψηλός λόγος διαχωρισμού (\(1{:}32\), \(1{:}64\), έως \(1{:}128\)), άρα χαμηλό κόστος ανά συνδρομητή και εξοικονόμηση οπτικών ινών/θυρών OLT. - Διαφάνεια ως προς πρωτόκολλο/ρυθμό, ευκολία αναβάθμισης, υποστήριξη QoS μέσω DBA, all-IP μεταφορά (GEM/Ethernet). - Μικρότερη κατανάλωση και χώρος στο κέντρο σε σχέση με point-to-point.

Μειονεκτήματα: - Κοινό μέσο: downstream εκπομπή προς όλους → ανάγκη κρυπτογράφησης (AES στο GPON) και θέματα ιδιωτικότητας/ασφάλειας. - Δεν υπάρχει εγγενής πλεονασμός· δέντρο με μονοπάτι κοινό → αδυναμία/δυσκολία προστασίας (protection switching), μεμονωμένη βλάβη σε splitter/κορμό πλήττει πολλούς χρήστες. - Περιορισμός από προϋπολογισμό ισχύος (απώλειες διαχωρισμού \(\sim 3{,}5\) dB ανά \(1{:}2\)) και από τη διαφορική απόσταση ONU (ranging window). - Upstream κοινόχρηστο με TDMA → επιπλέον καθυστέρηση/overhead (burst mode), πολυπλοκότητα MAC και DBA. - Δυσκολία απομακρυσμένης διάγνωσης/εντοπισμού βλάβης ανά χρήστη· αυστηρότερα όρια jitter/latency για υπηρεσίες πραγματικού χρόνου.

Πρότυπα: - ITU-T G.983 (APON/BPON): ATM-based, \(155/622\) Mb/s, αργότερα \(1{,}25\) Gb/s. - IEEE 802.3ah (EPON/GE-PON): \(1\) Gb/s συμμετρικό, μεταφορά πλαισίων Ethernet. - ITU-T G.984 (GPON): \(2{,}488/1{,}244\) Gb/s, ενθυλάκωση GEM, έως \(1{:}128\), \(\sim 20\) km. - IEEE 802.3av (10G-EPON): \(10/10\) και \(10/1\) Gb/s. - ITU-T G.987 (XG-PON1): \(10/2{,}5\) Gb/s· G.9807 (XGS-PON): \(10/10\) Gb/s. - ITU-T G.989 (NG-PON2): TWDM-PON, \(4\)–\(8\) μήκη κύματος \(\times 10\) Gb/s, έως \(\sim 40\) Gb/s.

2. PDH — τεχνολογία μετάδοσης και μειονεκτήματα

Τεχνολογία: Ψηφιακή ιεραρχία πλειόχρονης (plesiochronous) πολυπλεξίας· οι κόμβοι έχουν χρονισμούς ονομαστικά ίδιους αλλά πρακτικά ελαφρώς διαφορετικούς, γι' αυτό η πολυπλεξία γίνεται με bit/byte stuffing (justification) και bits σηματοδότησης. Ευρωπαϊκή ιεραρχία: \(E1=2{,}048\) Mb/s (\(32\times 64\) kb/s), \(E2=8{,}448\), \(E3=34{,}368\), \(E4=139{,}264\) Mb/s (αμερικανική: \(T1=1{,}544\) κ.λπ.). Χρησιμοποιείται σε σύνδεσμους οπτικών ινών/ραδιοζεύξεων με αυτόνομα συστήματα γραμμής (fiber/radio) και τοπικά συστήματα διαχείρισης.

Μειονεκτήματα: - Έλλειψη κοινού/ιεραρχικού ρολογιού: απαιτείται justification σε κάθε βαθμίδα → πολυπλοκότητα και απώλεια χωρητικότητας. - Αδυναμία άμεσης πρόσβασης σε tributary: για να εξαχθεί π.χ. ένα \(E1\) από \(E4\) απαιτείται πλήρης αποπολυπλεξία-επαναπολυπλεξία σε όλες τις βαθμίδες (demux/remux, "back-to-back"), άρα πολλαπλός εξοπλισμός και κόστος. - Περιορισμένη χωρητικότητα κορμού (μέγιστο \(E4\approx 140\) Mb/s) — ανεπαρκής για σύγχρονες ευρυζωνικές ανάγκες. - Ελάχιστο/ανύπαρκτο end-to-end overhead διαχείρισης (OAM): περιορισμένη εποπτεία, τηλεμετρία και εντοπισμός βλαβών μόνο τοπικά. - Δεν υπάρχει τυποποιημένη οπτική διεπαφή (κάθε κατασκευαστής ιδιότυπο σύστημα γραμμής) → προβλήματα διαλειτουργικότητας. - Άκαμπτη κοκκομετρία (\(64\) kb/s βήματα), κακή προσαρμογή σε πακέτα/δεδομένα, μη αποδοτική χρήση για μεταβλητή κίνηση. Τα κενά αυτά κάλυψαν το SDH/SONET και αργότερα το OTN/Ethernet.

3. WDM

Πολυπλεξία διαίρεσης μήκους κύματος: ταυτόχρονη μετάδοση πολλών ανεξάρτητων καναλιών σε διαφορετικά μήκη κύματος στην ίδια ίνα, με εκμετάλλευση του τεράστιου εύρους της ίνας (παράθυρα \(1310\) nm και κυρίως \(1550\) nm). - CWDM: ευρύ διάστημα \(20\) nm, περιοχή \(1270\)–\(1610\) nm, έως \(\sim 18\) κανάλια, φθηνά μη-ψυχόμενα laser, μικρότερες αποστάσεις (ITU-T G.694.2). - DWDM: πυκνό διάστημα \(100\)/\(50\) GHz (\(\sim 0{,}8\)/\(0{,}4\) nm) στην C-band (\(1530\)–\(1565\) nm), δεκάδες έως \(>100\) κανάλια (ITU-T G.694.1). - Δομικά στοιχεία: transponders (O/E/O, \(\lambda\)-μετατροπή), πολυπλέκτες/αποπολυπλέκτες (AWG, φίλτρα λεπτού υμενίου), OADM/ROADM, οπτικοί ενισχυτές (EDFA, Raman), ισοσταθμιστές· διαχείριση μέσω OTN (G.709) και OSC. - Πλεονεκτήματα: πολλαπλασιασμός χωρητικότητας χωρίς νέες ίνες, διαφάνεια ως προς ρυθμό/πρωτόκολλο, κλιμάκωση με προσθήκη \(\lambda\), οικονομία σε ενισχυτές και κόστος ανά bit, ευελιξία δρομολόγησης (ROADM). - Περιορισμοί: κόστος/πολυπλοκότητα πομποδεκτών και διαχείρισης μηκών κύματος, γραμμικά φαινόμενα (χρωματική διασπορά, PMD) και μη γραμμικά (FWM, XPM, SRS) που προκαλούν δια-καναλική παρεμβολή, ανάγκη σταθεροποίησης/ονομαστικών συχνοτήτων και ισοστάθμισης ισχύος.

Θέμα 2

Αξιοπιστία: μία λύση AI, δεν έχει αντιπαραβληθεί με δεύτερη · εμπιστοσύνη λύτη: υψηλή

1. Frame bursting στο Ethernet

Είναι μηχανισμός του half-duplex Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z) για αύξηση της απόδοσης. Επειδή η υποδοχή (slot time) των \(512\) bit times του Ethernet δεν αρκεί για \(1\) Gb/s σε αποστάσεις \(\sim 100\) m, εισάγεται η carrier extension: μικρά πλαίσια συμπληρώνονται με bits επέκτασης ώστε η μετάδοση να φθάνει τα \(4096\) bit times (\(512\) bytes). Αυτό όμως σπαταλά εύρος για μικρά πλαίσια, οπότε επιτρέπεται burst: ο σταθμός που κέρδισε τον διαγωνισμό (CSMA/CD) μπορεί να στείλει συνεχόμενα πολλά πλαίσια χωρίς να ελευθερώσει το μέσο, με ένα μόνο διαγωνισμό και με χρήση carrier extension μόνο στο πρώτο πλαίσιο (τα επόμενα, με το κανονικό IFG, δεν χρειάζονται extension). Το συνολικό μήκος περιορίζεται από το burstLimit \(= 65536\) bit times (\(8192\) bytes). Έτσι η απόδοση πλησιάζει το \(100\%\) ακόμη και με μικρά πλαίσια (π.χ. πλαίσια \(64\) bytes).

2. Metro Ethernet

Αρχιτεκτονική/υπηρεσιακό μοντέλο του Metro Ethernet Forum (MEF) για παροχή Ethernet υπηρεσιών σε μητροπολιτική κλίμακα μέσω δικτύου MEN (Metro Ethernet Network). - Διεπαφές/δομικά στοιχεία: UNI (User–Network Interface), EVC (Ethernet Virtual Connection), διασύνδεση με δίκτυα άλλων παρόχων (ENNI). - Υπηρεσίες κατά MEF: E-Line (σημείο-σημείο: EPL, EVPL), E-LAN (πολυσημειακή, ουσιαστικά LAN: EPLAN, EVPLAN), E-Tree (ρίζα-φύλλα: EP-Tree, EVP-Tree). Διαστάσεις: εύρος (CIR/EIR, bandwidth profile), QoS/CoS, multicast, διαχείριση. - Τεχνολογίες υλοποίησης: Ethernet μεταγωγή με VLAN (IEEE 802.1Q), QinQ/802.1ad για διάκριση πελατών/παρόχου, MAC-in-MAC (802.1ah PBB) για κλιμάκωση, MPLS/VPLS, RPR (802.17), οπτικά μεταφοράς (Ethernet over SDH/WDM), προστασία (STP/RSTP/MSTP, ERP/G.8032), OAM (802.1ag CFM, Y.1731), συγχρονισμός. - Πλεονεκτήματα: απλότητα/ομοιογένεια με το LAN, χαμηλό κόστος (Ethernet παντού, «plug-and-play»), ευελιξία και κοκκομετρία εύρους (\(1\) Mb/s βήματα έως \(10\)/\(100\) Gb/s), κλιμάκωση, υποστήριξη SLA και διαχειριζόμενων υπηρεσιών, γρήγορη προστασία (\(<50\) ms), ευκολία διασύνδεσης με IP/MPLS. - Προκλήσεις: εγγυήσεις QoS/bandwidth, κλιμάκωση διευθύνσεων MAC (λύνεται με PBB/VPLS), ασφάλεια/απομόνωση πελατών, OAM και TDM emulation (CESoE, MEF 8).

Θέμα 3

Αξιοπιστία: μία λύση AI, δεν έχει αντιπαραβληθεί με δεύτερη · εμπιστοσύνη λύτη: υψηλή

1. Βασικές απαιτήσεις LTE (3GPP, TR 25.913)

• Ρυθμοί αιχμής: \(\geq 100\) Mb/s downlink και \(\geq 50\) Mb/s uplink σε \(20\) MHz (αντίστοιχα \(\sim 5\) και \(2{,}5\) b/s/Hz φασματική απόδοση, \(\sim 3\)–\(4\times\) έναντι HSDPA/HSUPA Release 6).
• Καθυστέρηση: επίπεδο χρήστη \(<5\) ms (RTT), επίπεδο ελέγχου \(<100\) ms για μετάβαση από idle σε active.
• Ευελιξία φάσματος/εύρους: κλιμακούμενο εύρος καναλιού \(1{,}4\), \(3\), \(5\), \(10\), \(15\), \(20\) MHz και λειτουργία σε ζεύγη (FDD) και μη ζεύγη (TDD) ζωνών, συμπερίληψη των υφιστάμενων ζωνών UMTS/GSM.
• Κινητικότητα/κάλυψη: υποστήριξη έως \(\sim 350\) km/h (με ορισμένες προδιαγραφές έως \(500\) km/h)· κυψέλες έως \(\sim 100\) km με αποδεκτή απόδοση και υποστήριξη μικρών κυψελών (femto).
• Αρχιτεκτονική: επίπεδη, all-IP αρχιτεκτονική (SAE/EPC), μόνο μεταγωγή πακέτου, περιορισμός αριθμού κόμβων, μείωση κόστους CAPEX/OPEX.
• Ραδιοζεύξη: OFDMA στο downlink, SC-FDMA στο uplink, multi-antenna (έως \(4\times4\)), ευέλικτος προγραμματισμός στο πεδίο συχνότητας/χρόνου, HARQ, AMC, beamforming.
• Διαλειτουργικότητα με GERAN/UTRAN και άλλα συστήματα (handover, roaming), υποστήριξη πολλαπλών QoS classes, αποδοτική χρήση ενέργειας τερματικών, ασφάλεια και διαχείριση/αυτορρύθμιση (SON).

2. Βασικές διαφορές LTE – UMTS

Πτυχή	UMTS (Release 99/HSPA)	LTE
Ασύρματη πρόσβαση	WCDMA (CDMA, \(5\) MHz)	OFDMA (DL) / SC-FDMA (UL)
Εύρος καναλιού	\(5\) MHz σταθερό	κλιμακούμενο \(1{,}4\)–\(20\) MHz
Αρχιτεκτονική	NodeB – RNC – SGSN/GGSN (UTRAN)	eNodeB – MME/S-GW (EPC), επίπεδη, χωρίς RNC
Τύπος υπηρεσιών	CS + PS (μεταγωγή κυκλώματος και πακέτου)	αποκλειστικά PS / all-IP (φωνή μέσω VoLTE/IMS)
Ρυθμοί αιχμής	\(\sim 14{,}4\) / \(5{,}76\) Mb/s (HSPA)	\(\sim 100\) / \(50\) Mb/s
Καθυστέρηση	μεγαλύτερη (RNC, CS setup)	μικρότερη (\(<5\) ms U-plane)
multi-antenna	έως \(2\times2\) (HSPA+)	έως \(4\times4\)
Έλεγχος ραδιοπόρων	στο RNC (RRC/RRM)	στο eNodeB (RRC/RRM/scheduling)
Προγραμματισμός/HARQ	κυρίως στο πεδίο χρόνου (κωδικοί)	πεδίο χρόνου και συχνότητας (resource blocks), γρήγορο HARQ
Διαχείριση κινητικότητας	RNC/CN-based	EPC (MME), X2 handover, SON

Κύρια συμπεράσματα: το LTE αντικαθιστά το CDMA με OFDMA/SC-FDMA, ενοποιεί την αρχιτεκτονική σε επίπεδο all-IP EPC χωρίς RNC, προσφέρει πολλαπλάσιους ρυθμούς, μικρότερη καθυστέρηση και ευελιξία φάσματος.

✔ Επιβεβαίωσε · ✖ Βρήκα λάθος

---

✖ Βρήκα λάθος στη μεταγραφή