Υβριδικά Ασύρματα-Οπτικά Δίκτυα Radio-over-Fiber για Δίκτυα 5G

  1. MSc thesis
  2. ΜΙΧΑΛΟΠΟΥΛΟΣ, ΙΩΑΝΝΗΣ
  3. Συστήματα Κινητού και Διάχυτου Υπολογισμού (ΣΔΥ)
  4. 29 Σεπτεμβρίου 2019 [2019-09-29]
  5. Ελληνικά
  6. 101
  7. Στρατογιάννης, Δημήτριος
  8. Νικοπολιτίδης, Πέτρος
  9. 5G δίκτυα | υβριδικά ασυρματό-οπτικά δίκτυα | τεχνολογία Radio over Fiber | δίκτυα πρόσβασης | διαχείριση πόρων | αλγόριθμοι διαχείρισης μεταπομπών | ποιότητα υπηρεσιών
  10. 1
  11. 55
  12. Εικόνα 1. Αρχιτεκτονική δικτύου HetNet Εικόνα 2. Γραμμική κλιμάκωση χωρητικότητας με αριθμό προστιθέμενων μικρο-κυψελών Εικόνα 3. Μια τυπική PON υποδομή Εικόνα 4. Τα πρωτόκολλα GPON και EPON Εικόνα 5. Βασική δομή αρχιτεκτονικής ενός WDM-PON Εικόνα 6. Αναπαράσταση ενός OFDM-PON Εικόνα 7. Ένα WiMAX δίκτυο πρόσβασης Εικόνα 8. Τρόποι δομής ενός WiFi δικτύου Εικόνα 9. Βασική LTE και LTE-A αρχιτεκτονική Εικόνα 10. Λειτουργικός διαχωρισμός των LTE και LTE-A Εικόνα 11. a) Αρχιτεκτονική EPON-WiMAX (b) optical-optical-wireless τεχνική με ενσωματώση αρχιτεκτονικής EPON-WiMAX Εικόνα 12. Δίκτυο με χρήση τεχνολογιών EPON-LTE Εικόνα 13. Ένα τυπικό WOBAN σύστημα Εικόνα 14. Συγχώνευση WDM-PON με WiFi δίκτυο πλέγματος Εικόνα 15. Ένσωμάτωση ενός WDM-PON με LTE RAN Εικόνα 16. Διάγραμμα συνύπαρξης ασύρματων και οπτικών δικτύων Εικόνα 17. Βασική αρχιτεκτονική RoF, (a) η διασύνδεση μεταξύ του CS και διαφόρων BS μέσω οπτικής ίνας, (b) τυπική διαμόρφωση ανοδικής και καθοδικής ζεύξης σύνδεσης RoF Εικόνα 18. Σχέδια διάταξης διαμόρφωσης (a) RF-over-Fiber (b) IF-over-Fiber και (c) BB-over-Fiber Εικόνα 19. Direct Intensity Modulation method by laser and Direct Intensity Modulation by external modulator Εικόνα 20. Remote Heterodyning by using a filter Εικόνα 21. Sub-carrier multiplexing Εικόνα 22. Wavelength division multiplexing Εικόνα 23. Βασικές OWC τεχνολογίες Εικόνα 24. Επιλεγμένες εφαρμογής χρήσης του VLC για περιβάλλοντα (a) εσωτερικα και (b) εξωτερικα Εικόνα 25. Επιλεγμένες εφαρμογές χρήσης του OCC Εικόνα 26. Περιοχές χρήσης του FSO Εικόνα 27. Wireless personal area network Εικόνα 28. Mobile communication system Εικόνα 29. Μηχανισμοί (a) στατικής και (b) δυναμικής κατανομής εύρους ζώνης Εικόνα 30. Ένα τυπικό LTE πλαίσιο Εικόνα 31. (a) TDMA based media access control and (b) FDMA based media access control Εικόνα 32. Radio Resource Management model Εικόνα 33. FCA-based network Εικόνα 34. HCA-based network Εικόνα 35. Αρχιτεκτονική Mobile-IP Εικόνα 36. Μεταπομπή σε ασύρματο δίκτυο Εικόνα 37. Μεταπομπές και διαχείριση πόρων Εικόνα 38. Λαμβανόμενη ένταση σήματος όταν το MS κινείται στη περιοχή μεταπομπής μεταξύ BS1 και BS2 Εικόνα 39. Περιγραφή συστήματος πρωτοκόλλου Chess Board Εικόνα 40. Αναπαράσταση καθυστέρησης μεταπομπής στο πρωτόκολλο Chess Board Εικόνα 41. Παράδειγμα και καθυστέρηση μεταπομπής στο πρωτόκολλο Chess Board Εικόνα 42. Σύστημα επικοινωνίας κινητών τερματικών βασισμένο σε τεχνολογία RoFΕικόνα 43. Aρχιτεκτονική δικτύου πρόσβασης για σύστημα επικοινωνιών κινητών τερματικών βασισμένη σε τεχνολογία RoF Εικόνα 44. Παράδειγμα κατανομής πλαισίων στο πρωτόκολλο διαχείρισης μεταπομπών Εικόνα 45. Παράδειγμα προτεινόμενης αρχιτεκτονικής με τους τρείς τύπους μεταπομπών Εικόνα 46. Rof ασύρματο LAN σύστημα που λειτουργεί στα 60 GHz, με κάθε δωμάτιο (πικοκυψελίδα) να έχει το δικό του BS. Εικόνα 47. Σενάριο προσομοίωσης που περιλαμβάνει 50 κελιά και πέντε VCZ που καλύπτουν 5 km μιας ευθείας. Κάθε VCZ αρχικοποιείται για την κάλυψη δέκα συνεχόμενων κελιών, με μέγεθος κελιού τα 100 m. Εικόνα 48. Ο μέγιστος αριθμός καναλιών (𝐷 𝑛𝑎𝑦 ) έναντι του ρυθμού δεδομένων ανά χρήστη. Υποτίθεται ότι 𝐶𝑊 𝑕 = 1 𝑁𝐻𝑧, 𝐶𝑊 𝑒𝑝𝑥𝑜 = 𝐶𝑊 𝑣𝑞 = 𝐶𝑈 𝑣𝑡𝑓𝑠 , με κωδικοποίηση 1 bit/Hz. Εικόνα 49. Ο μέγιστος αριθμός καναλιών (𝐷 𝑛𝑎𝑦 ) έναντι του ρυθμού δεδομένων ανά χρήστη. Υποτίθεται ότι 𝐶𝑊 𝑕 = 2 𝑁𝐻𝑧, 𝐶𝑊 𝑒𝑝𝑥𝑜 = 𝐶𝑊 𝑣𝑞 = 𝐶𝑈 𝑣𝑡𝑓𝑠 , με κωδικοποίηση 1 bit/Hz. Εικόνα 50. Ο μέγιστος αριθμός καναλιών (𝐷 𝑛𝑎𝑦 ) έναντι του ρυθμού δεδομένων ανά χρήστη. Υποτίθεται ότι 𝐶𝑊 𝑕 = 3 𝑁𝐻𝑧, 𝐶𝑊 𝑒𝑝𝑥𝑜 = 𝐶𝑊 𝑣𝑞 = 𝐶𝑈 𝑣𝑡𝑓𝑠 , με κωδικοποίηση 1 bit/Hz. Εικόνα 51. Το ελάχιστο μέγεθος θυρίδας έναντι του ρυθμού δεδομένων ανά χρήστη με διαφορετικές τιμές για το συνολικό εύρος του συστήματος (𝐶𝑊 𝑢𝑝𝑢𝑎𝑚 ) και 𝐶𝑊 𝑕 = 1 𝑁𝐻𝑧. Εικόνα 52. Το ελάχιστο μέγεθος θυρίδας έναντι του ρυθμού δεδομένων ανά χρήστη με διαφορετικές τιμές για το συνολικό εύρος του συστήματος (𝐶𝑊 𝑢𝑝𝑢𝑎𝑚 ) και 𝐶𝑊 𝑕 = 2 𝑁𝐻𝑧. Εικόνα 53. Το ελάχιστο μέγεθος θυρίδας έναντι του ρυθμού δεδομένων ανά χρήστη με διαφορετικές τιμές για το συνολικό εύρος του συστήματος (𝐶𝑊 𝑢𝑝𝑢𝑎𝑚 ) και 𝐶𝑊 𝑕 = 3 𝑁𝐻𝑧. Εικόνα 54. Η ελάχιστη καθυστέρηση μεταπομπής έναντι του ρυθμού δεδομένων ανά χρήστη με διαφορετικές τιμές για το συνολικό εύρος του συστήματος (𝐶𝑊 𝑢𝑝𝑢𝑎𝑚 ) και 𝐶𝑊 𝑕 = 1 𝑁𝐻𝑧. Εικόνα 55. Η ελάχιστη καθυστέρηση μεταπομπής έναντι του ρυθμού δεδομένων ανά χρήστη με διαφορετικές τιμές για το συνολικό εύρος του συστήματος (𝐶𝑊 𝑢𝑝𝑢𝑎𝑚 ) και 𝐶𝑊 𝑕 = 2 𝑁𝐻𝑧. Εικόνα 56. Η ελάχιστη καθυστέρηση μεταπομπής έναντι του ρυθμού δεδομένων ανά χρήστη με διαφορετικές τιμές για το συνολικό εύρος του συστήματος (𝐶𝑊 𝑢𝑝𝑢𝑎𝑚 ) και 𝐶𝑊 𝑕 = 3 𝑁𝐻𝑧. Εικόνα 57. 𝑃 𝐷𝐶 και 𝑃 𝐻𝐸 έναντι προσφερόμενου φορτίου για το σχήμα FA1, με 𝑆 𝑉 = 0.5 και mean connection time = 120 sec. Εικόνα 58. 𝑃 𝐷𝐶 και 𝑃 𝐻𝐸 έναντι προσφερόμενου φορτίου για το σχήμα FA1, με 𝑆 𝑉 = 0.5 και mean connection time = 100 sec. Εικόνα 59.𝑃 𝐷𝐶 και 𝑃 𝐻𝐸 έναντι προσφερόμενου φορτίου για το σχήμα FA1, με 𝑆 𝑉 = 0.5 και mean connection time = 240 sec
    • Αποτελεί αδιαμφισβήτητη παρατήρηση, ότι η ώθηση για περισσότερες και πιο προηγμένες υπηρεσίες δικτύου οδηγούν αναπόφευκτα σε μια εκθετική ανάπτυξη του όγκου της κυκλοφορίας και των απαιτήσεων υψηλότερης ποιότητας υπηρεσιών από τους χρήστες. Μοναδική λύση για την πλήρωση των σύγχρονων υπηρεσιών δικτύωσης, από τους φορείς εκμετάλλευσης, είναι η καταφυγή σε νέες τεχνολογίες και αρχιτεκτονικές δικτύων, οι οποίες μπορούν να συμβαδίσουν με τις αυξανόμενες απαιτήσεις των χρηστών. Οι επόμενες μεγάλες καινοτομίες στις τηλεπικοινωνίες προβλέπεται να είναι η μαζική ανάπτυξη συσκευών IoT, η έκρηξη του δικτύου διανομής πολυμεσικού περιεχομένου και η ανάπτυξη δικτύων παροχής υπηρεσιών με εξαιρετικά χαμηλή καθυστέρηση. Για την αντιμετώπιση των τεχνικών προκλήσεων που συνδέονται με αυτές τις υπηρεσίες, πολλές εταιρείες, ερευνητικά ιδρύματα και φορείς τυποποίησης κατευθύνουν τις προσπάθειες τους προς την 5η γενεά (5G) κινητών επικοινωνιών. Τα δίκτυα 5ης γενεάς αναμένεται να υποστηρίξουν πρωτοφανή ποσοστά μετάδοσης δεδομένων, διασφαλίζοντας αυστηρά χαμηλή καθυστέρηση, αξιόπιστη απόδοση και υποστήριξη σύνδεσης τεράστιου αριθμού συσκευών. Για την ικανοποίηση των προαναφερθέντων απαιτήσεων, ένα υπό εξέταση και πολλά υποσχόμενο σύνολο τεχνολογιών, που χαρακτηρίζεται από την εύρυθμη συνεργασία οπτικών μέσων και ασύρματων τεχνικών, είναι το Radio-over-Fiber (RoF) δίκτυο. Ο σχεδιασμός των δικτύων 5G έχει από καιρό υπαγορεύσει την αναγκαιότητα σύγκλισης των σημερινών οπτικών ινών και ασύρματων υποδομών σε μια συγχώνευση ικανή να συνδυάζει τα χαρακτηριστικά και των δύο τεχνολογιών: τη σταθερότητα και το υψηλό εύρος ζώνης των οπτικών ινών με την ευελιξία και την κινητικότητα των ασύρματων δικτύων. Αυτή η διαδικασία ενσωμάτωσης των δύο τεχνολογιών περιλαμβάνει ένα μεγάλο σύνολο τεχνικών προκλήσεων και προτάσεων, με τη μεγαλύτερη ίσως πρόκληση των υβριδικών αυτών δικτύων, να αφορά τον ξεχωριστό σχεδιασμό των δύο τεχνολογιών και επομένως την όχι από κοινού επέκταση και βελτιστοποίηση τους. Στην παρούσα διπλωματική εργασία έχει καταβληθεί προσπάθεια καταγραφής των πρόσφατων τεχνολογικών εξελίξεων, αρχιτεκτονικών και πρωτοκόλλων στον τομέα των RoF δικτύων σε συσχετισμό με την χρήση τους για την υποστήριξη τον επερχόμενων 5G δικτύων. Επίσης, η διπλωματική εργασία αφορά και την έρευνα και επισκόπηση της πρόσφατης ερευνητικής βιβλιογραφίας στο συγκεκριμένο χώρο με στόχο την παρουσίαση και επιλογή πρωτοκόλλων για συγκριτική μελέτη και αξιολόγηση της επίδοσης τους, έπειτα από υλοποίηση.
    • It is an undisputed observation that the push for more advanced network services inevitably leads to an exponential growth in traffic volume and higher quality user service requirements. A unique solution for the fulfillment of modern networking services, by operators and administrators, is the use of new technologies and network architectures that can keep up with the increasing demands of users. The next major innovations in telecommunications are the massive development of IoT devices, the explosion of the multimedia content distribution network and the development of service networks with exceptionally low latency. To address the technical challenges associated with these services, many companies, research institutions and standardization bodies are directing their efforts towards the 5th generation (5G) of mobile communications. The 5th generation networks are expected to support unprecedented data rates, ensuring a strictly low latency, provide reliable performance and accommodate a huge number of devices. To meet the above mentioned requirements, an under consideration and promising set of technologies, characterized by the proper collaboration of optical and wireless techniques, is Radio-over-Fiber (RoF) network. The design of 5G networks has long dictated the need to convert existing fiber optics and wireless infrastructure into a merge, capable of combining the features of both technologies: the stability and high bandwidth of fiber optics with the flexibility and mobility of wireless networks. This process of integrating the two technologies, involves a large set of technical challenges and proposals. Perhaps the biggest challenge related to this hybrid networks, is to address the separate design of the two technologies and therefore their non-expansion and optimization. This master's dissertation make an attempt to capture the latest technological developments, architectures and protocols in the RoF networks in correlation with their use in support of upcoming 5G networks. Furthermore, the present thesis also deals with the exploration and review of the recent research literature in this field, aiming at the presentation and selection of protocols for comparative study and evaluation of their performance, after implementation.
  14. Αναφορά Δημιουργού 4.0 Διεθνές