ارائه روشی جدید جهت بهبود بازدهی تخصیص پهنای باند پویا در شبکه های دسترسی نسل آینده مبتنی بر شبکه فیبر نوری غیر فعال اترنت

یکی از رشته های زیر مجموعه فنی مهندسی که علاقمندان بسیاری در کشور ما دارد رشته کامپیوتر و فناوری اطلاعات هستش که اتفاقا سایت دیجی لود در حال تکمیل سری جدیدی از پایان نامه های ارشد این رشته تحصیلی برای کاربران گرانقدر خود میباشد. دیجی لود در ادامه پایان نامه ” ارائه روشی جدید جهت بهبود بازدهی تخصیص پهنای باند پویا در شبکه های دسترسی نسل آینده مبتنی بر شبکه فیبر نوری غیر فعال اترنت ” با فرمت Word (قابل ویرایش) در 130 صفحه را معرفی مینماید.

چکیده پایان نامه ارائه روشی جدید جهت بهبود بازدهی تخصیص پهنای باند پویا در شبکه های دسترسی نسل آینده مبتنی بر شبکه فیبر نوری غیر فعال اترنت :

درگذر زمان تعداد کاربران اینترنت و درخواست‌های آنان برای انواع مختلف سرویس بر بستر اینترنت در حال افزایش بوده است، بنابراین تامین کیفیت سرویس رضایت بخش برای کاربران، چالشی مهم در شبکه‌ی اینترنت است که توسط شبکه‌های دسترسی موجود، قابل حل نیست. شبکه‌های دسترسی نسل آینده، یکی از بهترین راهکارها برای ارائه‌ی پارامترهای کیفیت سرویس موردنیاز، بدون درنظر گرفتن تعداد کاربران و نوع درخواست‌های آنان است. فناوری شبکه نوری غیرفعال اترنت نیز به علت توانایی فیبر نوری در تامین ظرفیت پهنای باند بالا و استفاده از حداقل میزان فیبر نوری به عنوان یکی از مناسب‌ترین راهکارهای استقرار شبکه دسترسی نسل آینده در نظر گرفته می‌شود. علی‌رغم مزایای شبکه نوری غیرفعال اترنت، این تکنولوژی با چالش تخصیص پهنای باند برای تامین کیفیت سرویس مناسب رو به روست. برای رفع این چالش در این نوع شبکه‌ها، روش‌های متعددی ارائه شده‌اند که در نتیجه‌ی استفاده از هر کدام، پارامترهای کیفیت سرویس متفاوت خواهند بود. در این پایان‌نامه از نظریه بازی‌های همکارانه برای تخصیص پهنای باند کانال مشترک در شبکه نوری غیرفعال اترنت استفاده شده است. در واقع محیط شبکه به مثابه یک بازی همکارانه در نظر گرفته شده است که واحدهای شبکه نوری، بازیکنان آن می‌باشند و برای تصاحب پهنای باند با هم همکاری می‌کنند. در جهت تخصیص پهنای باند به گونه‌ای عادلانه و کارآمد، دو روش پیشنهادی مبتنی بر دو راهکار بازی‌های همکارانه برای تقسیم پهنای باند کلی میان کاربران ارائه شده است. نتایج حاصل از شبیه‌سازی دو روش پیشنهادی نشان داده است که روش‌های پیشنهادی مبتنی بر نظریه بازی‌های همکارانه، پارامترهای کیفیت سرویس را در مقایسه با روش‌های مقایسه شده بهبود بخشیده و نسبت به آن‌ها از عملکرد بهتری برخوردار می‌باشند.

کلید واژه‌ها: شبکه دسترسی نسل آینده، شکه نوری غیرفعال اترنت، تخصیص پهنای باند پویا ، پارامترهای کیفیت سرویس، نظریه بازی‌های همکارانه

اهمیت و ضرورت تحقیق

با وجود گسترش روزافزون برنامه‌های کاربردی بر بستر شبکه اینترنت، افزایش تعداد کاربران این شبکه و رشد درخواست‌های کاربران برای دریافت انواع سرویس‌های چندرسانه‌ای مانند صوت، ویدیو، کنفرانس ویدیویی و …، به پهنای باند وسیع و با ظرفیت بالا برای ارائه‌ی سرویس موردنیاز کاربران با کیفیت مطلوب و مناسب نیاز است. در حالی که شبکه‌های دسترسی فعلی، توانایی تامین پهنای باند وسیع را برای ارائه‌ی سرویس‌های موردنیاز کاربران با کیفیت مناسب ندارند، شبکه‌های دسترسی نسل آینده به علت ظرفیت بالا و هزینه‌ی پایین پیاده‌سازی، می‌توانند کیفیت سرویس موردنیاز کاربران را تامین کنند.

شبکه‌ی فیبر نوری غیرفعال اترنت به عنوان یکی از مهم‌ترین روش‌های پیاده‌سازی شبکه‌های دسترسی نسل آینده، یک شبکه‌ی فیبر نوری یک به چند است که در آن در طول مسیر از مبدا هیچ گونه المان‌های فعال استفاده نشده است. این شبکه از یک ترمینال خط نوری به عنوان مرکز مدیریت و چندین واحد شبکه‌ی نوری به عنوان کاربران تشکیل می‌شود. یکی از مهم‌ترین مسائل در شبکه‌ی فیبر نوری غیرفعال اترنت ، تخصیص پهنای باند به منظور تامین کیفیت سرویس برای کاربران نهایی است که از انواع سرویس‌های چندرسانه‌ای استفاده می‌کنند. از آن جایی که چند واحد شبکه‌ی نوری از یک کانال نوری مشترک برای ارسال داده استفاده می‌کنند، فناوری فیبر نوری غیرفعال اترنت باید به طور کارآمد پهنای باند را استفاده و محدود کند تا درخواست پهنای باند و کیفیت سرویس موردنیاز کاربران نهایی را برآورده کند. برای حل این مسئله، روش‌های متفاوت تخصیص پهنای باند پویا و ایستا پیشنهاد شده است[9].

در روش‌های ایستای تخصیص پهنای باند از آن جایی که یک پهنای باند ثابت بدون توجه به تقاضای واقعی واحد شبکه‌ی نوری به آن اختصاص داده می‌شود، نرخ بهره‌وری پهنای باند ناکارامد است. در جهت افزایش بهره‌وری و استفاده‌ی بهتر از پهنای باند، به روش‌های تخصیص پهنای باند پویا نیاز است تا ترمینال خط نوری به طور پویا و برحسب نیاز یک بازه‌ی زمانی متغیر را به هر واحد شبکه‌ی نوری اختصاص دهد. برای تخصیص پهنای باند پویا در شبکه‌های دسترسی نسل آینده مبتنی شبکه‌ی فیبر نوری غیرفعال اترنت، روش‌های متعددی ارائه شده‌اند که هر کدام تاثیر متفاوتی بر پارامترهای کیفیت سرویس داشته‌اند. لذا نیاز است روشی کارامد برای تخصیص پهنای باند پویا در شبکه‌های دسترسی نسل آینده مبتنی شبکه‌ی فیبر نوری غیرفعال اترنت وجود داشته باشد که نسبت به روش‌های پیشین، پارامترهای کیفیت سرویس را بهبود بخشد.

فهرست مطالب

عنوان	صفحه
چکیده	ز
فصل اول: کلیات تحقیق
1-1- مقدمه	2
1-2- بیان مسأله	4
1-3- اهمیت و ضرورت تحقیق	5
1-4- اهداف تحقیق	6
1-5- فرضیه تحقیق	6
1-6- ساختار پایان‌نامه	7
فصل دوم: مروري بر ادبیات و پیشینه تحقیق
2-1- مقدمه	9
2-2- شبکه دسترسی نسل آینده	9
2-3- شبکه نوری غیرفعال	16
2-4- شبکه نوری غیر فعال اترنت	19
2-5- چالش تخصیص پهنای باند در شبکه فیبر نوری غیرفعال اترنت	22
2-6- پیشینه تحقیق	23
2-6-1- روش IPACT	23
2-6-2- روش صف دو مرحله‌ای	28
2-6-3- روش BGP	29
2-6-4- روش TLBA	33
2-6-5- روش LSTP	35
2-6-6- روش FSD-SLA	37
2-6-7- روش SARF	43
2-6-8- روش IPACT-GE	44
2-6-9- روش سرکشی چند رشتهای	47
2-6-10- روش مبینا	50
2-6-11- روش پریس	51
2-6-12- روش آریشتات	52
2-6-13- روش پرنیان	53
2-6-14- روش بهار	54
2-6-15- روش MSARF	55
2-6-16- روش P-hcDBA	58
2-6-17- روش DZ-DBA	59
2-6-18- روش pre_DBA	61
2-7- مقایسه روشهای بررسی شده در پیشینه تحقیق	63
2-8- نتیجهگیری	65
فصل سوم: روش‌های پیشنهادی تحقیق
3-1- مقدمه	68
3-2- نظریه بازیها	68
3-3- بازیهای همکارانه	69
3-4- راهکارهای بازیهای همکارانه	70
3-4-1- راهکار مقدار شپلی	70
3-4-2- راهکار هستک	73
3-5- روشهاي پیشنهادی	76
3-5-1- روش اول : دیکه	77
3-5-2- روش دوم: آیرنه	83
3-6- نتیجه‌گیری	88
فصل چهارم: تجزیه و تحلیل یافتهها
4-1- مقدمه	90
4-2- توصیف مدل	90
4-3- مولد ترافیک	91
4-4- پارامترهای شبیه‌سازی	92
4-5- نحوه محاسبه و ارزیابی پارامترهای کیفیت سرویس	92
4-6- نتایج شبیه‌سازی	94
4-7- نحوه اثبات عدالت روش‌های پیشنهادی	101
4-8- نتیجه‌گیری	102
فصل پنجم: نتیجهگیري و پیشنهادات
5-1- نتیجه گیری	105
5-2- پیشنهادات آتی	107
مراجع و منابع	108
پیوست : الف) واژه‌نامه فارسی به انگلیسی	111
ب) واژه‌نامه انگلیسی به فارسی	114

فهرست جدولها
عنوان	صفحه
جدول 2-1- مقایسه‌ی راه‌گزینی مداری و راه‌گزینی بسته‌ای	11
جدول 2-2- مقایسه‌ی شبکه‌ی نسل آینده با سرویس‌های ارتباطی موجود	12
جدول 2-3- مقایسه‌ی ویژگی‌های روش‌های استقرار فیبر نوری به عنوان شبکه‌ی دسترسی	18
جدول 2-4- مقایسه‌ی فناوری‌های لایه‌ی پیوند داده	19
جدول 2-5- مقایسه‌ی پارامترهای کیفیت سرویس روش‌های IPACT و BGP	33
جدول 2-6- مقایسه‌ی روش‌های صف دو مرحله‌ای و TLBA	35
جدول 2-7- مقایسه‌ی پارامترهای کیفیت سرویس در روش‌های تخصیص پهنای باند مبتنی بر نظریه حراج	54
جدول 2-8- مقایسه نقاط قوت و ضعف روش‌های تخصیص پهنای باند پویا	63
جدول 3-1- مثالی از راهکار تخصیص شپلی	72
جدول 3-2- مثالی از روش تخصیص هستک	75
جدول 3-3- مثالی از روش تخصیص دیکه	80
جدول 3-4- مثالی از روش تخصیص آیرنه	85
جدول 4-1- پارامترهای شبیه‌سازی	92
جدول 4-2- نحوه محاسبه پارامترهای کیفیت سرویس	93
جدول 4-3- مقدار پارامتر گذردهی در روش‌های پیشنهادی و موجود	94
جدول 4-4- مقدار پارامتر تاخیر در روش‌های پیشنهادی و موجود	98
جدول 4-5- مقدار پارامتر تغییرات تاخیر در روش‌های پیشنهادی و موجود	99

فهرست شکلها

عنوان	صفحه
شکل 2-1- راه‌گزینی مداری	10
شکل 2-2- راه‌گزینی بسته‌ای	11
شکل 2-3- لایه‌های شبکه‌های نسل آینده	14
شکل 2-4- روش‌های استقرار فیبر نوری به عنوان شبکه‌ی دسترسی	17
شکل 2-5- هم‌بندی‌های متفاوت شبکه نوری غیرفعال	18
شکل 2-6- ترافیک مسیر رو به پایین	20
شکل 2-7- ترافیک مسیر رو به بالا	21
شکل 2-8- مراحل الگوریتم IPACT	26
شکل 2-9- تخصیص پهنای باند با قرارداد سطح سرویس دوگانه	39
شکل 2-10- روند اجرایی الگوریتم زمانبندی قرارداد سطح سرویس دوگانه	40
شکل 2-11- شبه کد تخصیص عادلانه‌ی حداکثر- حداقل پهنای باند در روش FSD-SLA	42
شکل 2-12- روند اجرای عملیات در واحدها در روش IPACT-GE	45
شکل 2-13- روند اجرای عملیات در ترمینال در روش IPACT-GE	46
شکل 2-14- ایده‌ی سرکشی چند رشته‌ای	47
شکل 2-15- مراحل روش سرکشی چند رشته‌ای	50
شکل 2-16- دوره‌های انتقال در روش MSARF	56
شکل 2-17- مفهوم اولیه‌ی روش DZ-DBA	60
شكل 3-1- روند اجرای روش پیشنهادی دیکه	81
شکل 3-2- شبه کد روش پیشنهادی دیکه	82
شكل 3-3- روند اجرای روش پیشنهادی آیرنه	86
شکل 3-4- شبه کد روش پیشنهادی آیرنه	88
شکل 4-1- مدل شبکه دسترسی فیبر نوری غیرفعال اترنت	91
شکل 4-2- تولید ترافیک در هر واحد شبکه نوری	92
شکل 4-3- مقایسه گذردهی روش‌های پیشنهادی با روش‌های موجود	95
شکل 4-4- مقایسه میانگین گذردهی روش‌های پیشنهادی با روش‌های موجود	96
شکل 4-5- مقایسه میانگین بهره‌وری روش‌های پیشنهادی با روش‌های موجود	97
شکل 4-6- مقایسه تاخیر روش‌های پیشنهادی با روش‌های موجود	98
شکل 4-7- مقایسه میانگین تاخیر روش‌های پیشنهادی با روش‌های موجود	99
شکل 4-8- مقایسه تغییرات تاخیر روش‌های پیشنهادی با روش‌های موجود	100
شکل 4-9- مقایسه میانگین تغییرات تاخیر روش‌های پیشنهادی با روش‌های موجود	101
شکل 4-10- مقایسه میانگین میزان رعایت عدالت در روش‌های پیشنهادی با روش‌های موجود	102