Εξασφάλιση Ποιότητας Υπηρεσίας σε Ευφυή δίκτυα Τεχνολογίας BB-PLC

Abstract

Η πρόσφατη τάση για εκσυγχρονισμό του απαρχαιωμένου συμβατικού ηλεκτρικού δικτύου σε δίκτυο πληροφορίας και επικοινωνιών νέας γενιάς έχει καταστήσει το ευφυές δίκτυο αντικείμενο έρευνας και μελέτης. Το ευφυές δίκτυο είναι μια εξέλιξη του συμβατικού ηλεκτρικού δικτύου, ικανό να παρακολουθεί να ελέγχει και να διαχειρίζεται το ηλεκτρικό κομμάτι του δικτύου. Οι επικοινωνίες γραμμών μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας (PLC) αποτελούν τη βασική υποψήφιο τεχνολογία για την υλοποίηση του ευφυούς δικτύου. Εντούτοις τα δυσμενή φαινόμενα μετάδοσης πληροφορίας στις γραμμές ηλεκτρικής ενέργειας και η σύνθετη τοπολογία του ηλεκτρικού δικτύου απαιτούν συγκεκριμένο χειρισμό για να καταστήσουν τις επικοινωνίες γραμμών μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας μια αξιόπιστη τεχνολογία για μετάδοση πληροφορίας των υπηρεσιών του ευφυούς δικτύου. Για το σκοπό αυτό διάφορες τεχνικές χρησιμοποιούνται τόσο στο φυσικό στρώμα του μέσου όσο και στο υποεπίπεδο ελέγχου προσπέλασης μέσων (MAC). Σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι η εξασφάλιση ποιότητας υπηρεσίας σε ευφυή δίκτυα με τεχνικές που χρησιμοποιούνται στο υποεπίπεδο MAC της ευρυζωνικής τεχνολογίας PLC (BB-PLC) . Αρχικά παρουσιάζεται μια επισκόπηση των υπηρεσιών που υποστηρίζονται από το ευφυές δίκτυο και οι απαιτήσεις τους σε ποιότητα υπηρεσίας. Στη συνέχεια εξετάζεται ένα σχήμα δυναμικής κατανομής πόρων με χρήση διαστρωματικής σχεδίασης ως προς τον πλέον κρίσιμο παράγοντα ποιότητας υπηρεσίας, την χρονική καθυστέρηση μετάδοσης. Τέλος προτείνεται ένα υβριδικό μοντέλο προγραμματισμού του υποεπιπέδου MAC με στόχο την εξασφάλιση επιτρεπτών ορίων καθυστέρησης για τις υπηρεσίες του ευφυούς δικτύου. Το μοντέλο αυτό κάνει χρήση τόσο ενός δυναμικού σχήματος πολλαπλής πρόσβασης διαίρεσης χρόνου όσο και ενός υβριδικού προγραμματισμού ζεύξης με υλοποίηση αυστηρής προτεραιότητας ουράς για υπηρεσίες υψηλής προτεραιότητας και σταθμικά δίκαιης μεταχείρισης για τις υπόλοιπες.

The recent impetus in modernizing the aging power grid into a next generation information and communication technology network has established Smart Grid as a challenging research area. Smart grid is an enhancement of the existing power grid, capable of monitoring, controlling and managing the electrical part of the grid. Powerline communications seem to be the best candidate technology for serving smart grid applications. However, the adverse propagation phenomena along the medium and the complex topology of the grid necessitate the use of special techniques to establish powerline communications as a reliable solution for smart grid services. Therefore, several methods are used both in the physical layer and the MAC layer. The purpose of this thesis to provide quality of service to smart grid applications, using MAC layer techniques on broadband powerline communication (BB-PLC) technology. Firstly, the smart grid services and their QoS requirements are presented. Consequently, the transmission delay of a smart grid traffic is examined when a cross layer resource allocation scheme is implemented. Finally, a hybrid MAC layer model is proposed in order to assure a specified level of delay to smart grid services. This model uses a dynamic Time Division Multiple Access mechanism in addition to a hybrid packet scheduling method of strict priority queuing, for high priority applications and weighted fair queuing, for the rest of the applications.