Πολλαπλή πρόσβαση σε δίκτυα BPL σύμφωνα με το πρότυπο IEEE 1901- Προσομοίωση λειτουργίας TDMA

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής είναι η ανάλυση των σχημάτων πολλαπλής πρόσβασης σε δίκτυα ευρυζωνικής μετάδοσης πληροφορίας μέσω των γραμμών ηλεκτρικής ισχύος (τεχνολογία BPL- Broadband over Power Liners ή PLC- Power Line Communications) και η προσομοίωση δικτύου που λειτουργεί με βάση το σχήμα TDMA. Η BPL τεχνολογία είναι αναδυόμενη και αποτελεί μία επιχειρησιακή και επιχειρηματική δραστηριότητα που τώρα αρχίζει να αναπτύσσεται. Το ίδιο το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας αποκτά τη δυνατότητα αυτοδιαχείρισης, ενώ παράλληλα οι εταιρίες ηλεκτρικής ενέργειας μπορούν να λειτουργήσουν και ως πάροχοι ευρυζωνικής πρόσβασης στο Διαδίκτυο σε κάθε είδους χρήστες με ό,τι αυτό συνεπάγεται. Σημαντικό βήμα ανάπτυξης της BPL τεχνολογίας ήταν η έκδοση του ΙΕΕΕ 1901 προτύπου το Δεκέμβριο του 2010, στη μελέτη του οποίου βασίζεται κυρίως η θεωρητική ανάλυση στη διπλωματική αυτή. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται εισαγωγή στη BPL τεχνολογία και τις εφαρμογές της καθώς και αναφορά στο ερευνητικό πρόγραμμα υλοποίησης BPL δικτύου στη Λάρισα. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται περιγραφή του MAC στρώματος, λειτουργία του οποίου αποτελεί ο έλεγχος της πολλαπλής πρόσβασης των χρηστών στον κοινό BPL δίαυλο. Στο τρίτο κεφάλαιο εισάγονται οι όροι και τα στοιχεία οργάνωσης ενός BPL δικτύου σύμφωνα με το πρότυπο ΙΕΕΕ 1901, ενώ στο τέταρτο κεφάλαιο περιγράφεται αναλυτικά η διαδικασία πρόσβασης και ο έλεγχος αυτής καθώς και τα σχήματα πρόσβασης TDMA και CSMA/CA που χρησιμοποιούνται για πρόσβαση στο μέσο σε περιόδους χωρίς ανταγωνισμό (δεν συμβαίνουν συγκρούσεις, εξασφάλιση QoS) και με ανταγωνισμό (συμβαίνουν συγκρούσεις, υπηρεσίες βέλτιστης προσπάθειας) αντίστοιχα. Στο τελευταίο κεφάλαιο γίνεται με χρήση του δικτυακού προσομοιωτή OPNET προσομοίωση δικτύου που λειτουργεί με βάση το TDMA και συγκεκριμένα με χρήση σκυτάλης (token-based) και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων τόσο για ένα βασικό σενάριο αναφοράς όσο και για σενάρια στα οποία μεταβάλλονται παράμετροι, όπως ο αριθμός των BPL μονάδων, ο αριθμός των χρηστών, η κατανομή των χρηστών, η τοποθεσία μίας κακής ζεύξης στο δίκτυο κ.α.

The aim of this dissertation is to analyze multiple access schemes in broadband over power line transmission networks (BPL technology- Broadband over Power Liners or PLC technology- Power Line Communications) and simulate a networks which operates according to TDMA scheme. BPL is an emerginf technology and consists an operational and business activity that is starting to develop nowadays. The electric grid network itself can be self- managed, while at the same time the electric power providers can operate as Internet Service Providers for all type of users with what this may imply. An important step in the development of BPL technology was the issuance of ΙΕΕΕ 1901 standard in December 2010, on which the study in this dissertation was based. In the first section , BPL technology and its applications are introduced and the research program in BPL network implementation in Larissa is reviewed. In the second section, the MAC layer is described, whose operation constists of control of the medium access of users to the commol BPL channel. In the third section the terms and elements of the organization of a BPL network according to ΙΕΕΕ 1901 standard are introduced, while in the fourth section the access process and its control are described in detail. The TDMA and CSMA/CA multiple access schemes which are used for access to the medium in contention-free periods (no collisions occur, ensuring of QoS) and in contention periods (collisions occur, best effort services) respectively are also described. In the last section , with the use of OPNET network simulator, a TDMA and in particular a token-based network simulation is carried out and the results are presented for a benchmark reference scenario and also for scenario in which parameters such as the number of BPL units, the number of users, the distribution of users, the location of a bad link the network are changed.