Ευρυζωνικές Τεχνολογίες — Αύγουστος 2024¶
Μεταγραφή από τη φωτογραφία IMG_3493.jpg.
IMG_3493.jpg¶
ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ Τμήμα Μηχανικών Ηλεκτρονικών Υπολογιστών & Πληροφορικής Τομέας Εφαρμογών και Θεμελιώσεων της Επιστήμης των Υπολογιστών
ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ
Παρασκευή 30 Αυγούστου 2024 Διάρκεια: 2 ώρες
ΔΙΔΑΣΚΟΝΤΕΣ: [ονόματα παραλείπονται]
Ζήτημα 1º (30%)
α. [15%] Τι είναι και πως λειτουργεί η μέθοδος carrier extension στο Gigabit Ethernet;
β. [15%] Τι είναι και πως λειτουργεί η μέθοδος frame bursting στο Gigabit Ethernet;
Ζήτημα 2º (30%)
α. [10%] Ποιες είναι οι κατηγορίες οπτικών ινών ανάλογα με τη διάμετρο του πυρήνα και τη διάδοση των φωτεινών ακτίνων;
β. [20%] Αναφέρετε τα βασικά χαρακτηριστικά της κάθε μίας από τις παραπάνω κατηγορίας.
Ζήτημα 3º (40%)
α. [20%] Περιγράψτε την τεχνολογία mmWAVE στα κινητά δίκτυα επικοινωνιών 5ης γενιάς.
β. [20%] Περιγράψτε το σκοπό και τον τρόπο λειτουργίας του Network Slicing στα κινητά δίκτυα επικοινωνιών 5ης γενιάς.
ΚΑΛΗ ΕΠΙΤΥΧΙΑ
Σημείωση: πριν από το υποερώτημα 1β υπάρχει μία χειρόγραφη γραμμή (σημάδι, «/»)· δεν είναι κείμενο της εκφώνησης.
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 — 2024-08¶
Οι λύσεις γράφτηκαν από μοντέλα AI και δεν έχουν ελεγχθεί από άνθρωπο. Η αρίθμηση ακολουθεί το αρχείο θεμάτων.
Θέμα 1º¶
Αξιοπιστία: μία λύση AI, δεν έχει αντιπαραβληθεί με δεύτερη · εμπιστοσύνη λύτη: υψηλή
α. Στο half-duplex Gigabit Ethernet, για να διατηρηθεί η λειτουργία CSMA/CD, ο χρόνος slot πρέπει να είναι αρκετά μεγάλος ώστε ένας σταθμός να ανιχνεύει σύγκρουση πριν τελειώσει η μετάδοσή του. Επειδή στα \(1\) Gbps τα \(512\) bit times θα αντιστοιχούσαν σε πολύ μικρή απόσταση, το πρότυπο χρησιμοποιεί carrier extension: όταν ένα πλαίσιο είναι μικρότερο από το ελάχιστο απαιτούμενο μέγεθος slot, ο πομπός προσθέτει extension bits μετά το πλαίσιο, ώστε η συνολική μετάδοση να διαρκεί τουλάχιστον \(4096\) bit times (\(512\) bytes). Τα extension bits δεν είναι δεδομένα και αγνοούνται από τον δέκτη. Έτσι διατηρείται η ανίχνευση συγκρούσεων, με κόστος τη σπατάλη εύρους για πολλά μικρά πλαίσια. Εφαρμόζεται μόνο σε half-duplex· στο full-duplex δεν υπάρχει CSMA/CD.
β. Το frame bursting είναι επέκταση της carrier extension για half-duplex Gigabit Ethernet και μειώνει τη σπατάλη που προκαλεί η συμπλήρωση κάθε μικρού πλαισίου. Αφού ένας σταθμός κερδίσει το μέσο, μπορεί να στείλει πολλά πλαίσια συνεχόμενα σε ένα burst, χωρίς να παραδώσει αμέσως το μέσο. Συνήθως το πρώτο πλαίσιο του burst συμπληρώνεται με extension bits εφόσον είναι μικρό, ώστε να καλυφθεί ο χρόνος slot, ενώ τα επόμενα πλαίσια μπορούν να είναι σύντομα. Το συνολικό burst περιορίζεται από μέγιστο όριο (τυπικά \(65536\) bit times, δηλαδή \(8192\) bytes). Έτσι αυξάνεται η απόδοση για ροές πολλών μικρών πλαισίων, διατηρώντας παράλληλα τη λειτουργία CSMA/CD.
Θέμα 2º¶
Αξιοπιστία: μία λύση AI, δεν έχει αντιπαραβληθεί με δεύτερη · εμπιστοσύνη λύτη: υψηλή
α. Ανάλογα με τη διάμετρο του πυρήνα και τον τρόπο διάδοσης των φωτεινών ακτίνων διακρίνονται κυρίως τρεις κατηγορίες: 1. Πολύτροπη ίνας βηματικού δείκτη (multimode step-index). 2. Πολύτροπη ίνας βαθμιαίου δείκτη (multimode graded-index). 3. Μονότροπη ίνα (single-mode).
β. Βασικά χαρακτηριστικά: - Πολύτροπη βηματικού δείκτη: πυρήνας μεγάλης διαμέτρου, τυπικά \(50/62.5/100\,\mu m\) και cladding \(125/140\,\mu m\). Ο δείκτης διάθλασης του πυρήνα είναι σταθερός και αλλάζει απότομα στο cladding. Οι ακτίνες διαδίδονται με ολική εσωτερική ανάκλαση υπό πολλές γωνίες, άρα διεγείρονται πολλοί ρυθμοί. Έχει έντονη modal dispersion, μικρό εύρος ζώνης και χρησιμοποιείται για μικρές αποστάσεις, με LED/VCSEL και κόστος χαμηλό. Τυπικά μήκη κύματος \(850/1300\) nm. - Πολύτροπη βαθμιαίου δείκτη: πυρήνας τυπικά \(50/62.5\,\mu m\) και cladding \(125\,\mu m\). Ο δείκτης διάθλασης μειώνεται βαθμιαία από το κέντρο προς το cladding, οπότε οι ακτίνες ακολουθούν καμπύλες/ημιτονοειδείς τροχιές. Μειώνεται η διαφορά χρόνου άφιξης μεταξύ ρυθμών, άρα η modal dispersion είναι μικρότερη από τη βηματική πολύτροπη. Προσφέρει μεγαλύτερο εύρος ζώνης και χρησιμοποιείται σε LAN και data centers, σε αποστάσεις δεκάδων μέτρων έως λίγων χιλιομέτρων ανάλογα με τον ρυθμό. - Μονότροπη ίνα: πυρήνας πολύ μικρός, τυπικά \(8\)--\(10\,\mu m\) (mode field diameter περίπου \(9\)--\(10\,\mu m\)), cladding \(125\,\mu m\). Διαδίδεται ουσιαστικά ένας μόνο ρυθμός, ο θεμελιώδης. Δεν υπάρχει modal dispersion, οπότε επιτυγχάνονται πολύ μεγάλα εύρη ζώνης και μεγάλες αποστάσεις. Απαιτεί laser και αυστηρές ανοχές ευθυγράμμισης/σύνδεσης, με υψηλότερο κόστος εξαρτημάτων. Χρησιμοποιείται σε metro, long-haul και υποβρύχια δίκτυα, τυπικά στα \(1310\) και \(1550\) nm, με χαμηλή εξασθένηση.
Θέμα 3º¶
Αξιοπιστία: μία λύση AI, δεν έχει αντιπαραβληθεί με δεύτερη · εμπιστοσύνη λύτη: υψηλή
α. Η mmWave τεχνολογία στα 5G χρησιμοποιεί φάσμα χιλιοστομετρικών κυμάτων, περίπου από \(24\) GHz έως \(52.6\) GHz στο 3GPP FR2 (και επεκτάσεις σε υψηλότερες ζώνες σε νεότερες εκδόσεις), με μήκη κύματος τάξης \(1\)--\(10\) mm. Το βασικό πλεονέκτημα είναι το πολύ μεγάλο διαθέσιμο εύρος ζώνης ανά φορέα (δεκάδες ή εκατοντάδες MHz), που επιτρέπει πολύ υψηλούς ρυθμούς δεδομένων και μεγάλη χωρητικότητα. Επειδή όμως τα mmWave έχουν υψηλή απώλεια διάδοσης, μικρή διείσδυση σε εμπόδια, απορρόφηση από την ατμόσφαιρα/βροχή και έντονη σκίαση, η κάλυψη είναι μικρή και απαιτούνται πυκνά small cells, line-of-sight όπου είναι δυνατόν, massive multi-antenna και κατευθυνόμενη επικοινωνία με beamforming/beam tracking. Στο 5G NR υποστηρίζονται μεγαλύτερα subcarrier spacings, ευέλικτη numerology και TDD. Συνήθως τα mmWave χρησιμοποιούνται σε hotspots, πυκνές αστικές περιοχές, στάδια, βιομηχανικούς χώρους και fixed wireless access, συχνά σε συνδυασμό με sub-6 GHz για ευρεία κάλυψη.
β. Το Network Slicing στα 5G έχει σκοπό να διαμερίσει μια κοινή φυσική υποδομή δικτύου σε πολλαπλά λογικά, απομονωμένα και end-to-end δίκτυα, τα λεγόμενα slices, καθένα προσαρμοσμένο σε διαφορετικές απαιτήσεις υπηρεσίας. Τυπικές κατηγορίες είναι το eMBB (υψηλός ρυθμός), το URLLC (πολύ μικρή καθυστέρηση και υψηλή αξιοπιστία) και το mMTC (μαζικές επικοινωνίες μηχανών). Κάθε slice μπορεί να έχει δικά του εγγυημένα χαρακτηριστικά QoS, εύρος ζώνης, καθυστέρηση, ασφάλεια, κινητικότητα και διαχείριση.
Η λειτουργία βασίζεται σε virtualization και διαχωρισμό πόρων σε RAN, μεταφορά και core. Με SDN/NFV οι λειτουργίες δικτύου υλοποιούνται ως εικονικές συναρτήσεις και ενορχηστρώνονται δυναμικά. Στο radio access μπορούν να δεσμεύονται/διαμοιράζονται πόροι ανά slice, στο transport χρησιμοποιούνται τεχνικές όπως VLAN/VXLAN, segment routing και εγγυήσεις πόρων, ενώ στο core μπορούν να υπάρχουν ξεχωριστές εικονικές λειτουργίες και dedicated UPF. Η επιλογή slice από το UE γίνεται με πληροφορίες όπως NSSAI/SST, ενώ συστήματα orchestration και management (π.χ. MANO) δημιουργούν, παρακολουθούν, τροποποιούν και καταργούν slices καθ’ όλη τη διάρκεια ζωής τους, εξασφαλίζοντας απομόνωση και τήρηση SLA.