Ανάπτυξη πρωτοκόλλων προσπέλασης για οπτικά τοπικά δίκτυα

Abstract

Η παρούσα Διδακτορική Διατριβή εκπονήθηκε από τις αρχές του 2002 έως την άνοιξη του 2007. Το θέμα της είναι «Ανάπτυξη Πρωτοκόλλων Προσπέλασης για Οπτικά Τοπικά Δίκτυα» και αφορά δίκτυα, κυρίως τοπικής εμβέλειας, που χρησιμοποιούν την οπτική ίνα ως μέσο μετάδοσης και πολύπλεξη διαίρεσης μήκους κύματος. Η έρευνα αλλά και η αξιολόγηση των αποτελεσμάτων έλαβε χώρα στο Εργαστήριο Αρχιτεκτονικής και Δικτύων Υπολογιστών του Τμήματος Πληροφορικής του Αριστοτέλειου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης υπό την εποπτεία του Αναπληρωτή Καθηγητή κ. Γεωργίου Παπαδημητρίου. Τα αίτια της έρευνας προέκυψαν από τη μεγάλη και γρήγορη διείσδυση των δικτύων στην καθημερινή μας ζωή, με χαρακτηριστικό παράδειγμα τη χρήση του Διαδικτύου αλλά και τις ολοένα και αυξανόμενες ανάγκες των χρηστών των δικτύων για εύρος ζώνης και γρήγορες ταχύτητες. Η παρούσα εργασία εστιάζει σε οπτικά τοπικά δίκτυα αρχιτεκτονικής εκπομπής και επιλογής παθητικού αστέρα. Αρχικά, παρουσιάζονται και αναλύονται ορισμένες τεχνικές χρονοπρογραμματισμού πάνω στις οποίες μπορούμε να βασιστούμε για να βελτιώσουμε την απόδοση των δικτύων αυτής της κατηγορίας. Πιο συγκεκριμένα, η εργασία πραγματεύεται ένα σύνολο τεχνικών και μεθοδολογιών για την αποτελεσματικότερη διαχείριση των πόρων του δικτύου με κίνητρο τη βελτίωση της αξιοποίησης των καναλιών μετάδοσης, την αύξηση του διαθέσιμου εύρους ζώνης και τη μείωση των χρόνων αναμονής των δεδομένων. Οι τεχνικές που προτείνονται υλοποιούνται με τη μορφή αλγορίθμων χρονοπρογραμματισμού και πρωτοκόλλων πρόσβασης στο μέσο. Δύο είναι τα βασικά σκέλη της οργάνωσης της παρούσας διατριβής: η παρουσίαση, η αξιολόγηση και η πειραματική μέτρηση των προτεινόμενων πρωτοκόλλων πρόσβασης στο μέσο που αφορούν δίκτυα με μεταβλητό μεταδότη και σταθερό αποδέκτη και των προτεινόμενων πρωτοκόλλων πρόσβασης στο μέσο που αφορούν δίκτυα με μεταβλητό μεταδότη και μεταβλητό αποδέκτη. Στα πρωτόκολλα πρόσβασης στο μέσο με μεταβλητό μεταδότη και σταθερό αποδέκτη το πρόβλημα εστιάζεται κυρίως στην αποφυγή των ανενεργών χρονικών διαστημάτων του τελικού προγράμματος, που παράγονται από τον αλγόριθμο χρονοπρογραμματισμού πριν από την μετάδοση των πακέτων δεδομένων από τους κόμβους αποστολείς προς τους κόμβους προορισμούς. Προτείνεται ένα σύνολο τεχνικών χρονοπρογραμματισμού με σκοπό να μειωθεί όσο το δυνατόν ο ανενεργός χρόνος που μένει αναξιοποίητος λόγω αδυναμίας του προγράμματος. Οι λύσεις που θα εξεταστούν στη συνέχεια έχουν σαν αποτέλεσμα ένα πιο σύντομο πρόγραμμα μεταδόσεων που θα οδηγήσει σε μία πιο γρήγορη δρομολόγηση των πακέτων δεδομένων στους κόμβους προορισμούς. Στα πρωτόκολλα πρόσβασης στο μέσο με μεταβλητό μεταδότη και μεταβλητό αποδέκτη το πρόβλημα εστιάζεται στην αποδοτικότερη χρησιμοποίηση των καναλιών των δικτύων, έχοντας υπόψη δύο παραμέτρους: το χρόνο συντονισμού και τη καθυστέρηση διάδοσης με επιστροφή. Οι τεχνικές που προτείνονται σε συνδυασμό με τα πρωτόκολλα που παρουσιάζονται και αναλύονται στοχεύουν στην αύξηση της απόδοσης του προγράμματος μεταδόσεων, ώστε να παρέχεται στο δίκτυο υψηλή ρυθμοαπόδοση και στους κόμβους υψηλότερη ταχύτητα επικοινωνίας. Ολοκληρώνοντας, στο τελευταίο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των πειραμάτων προσομοίωσης για όλα τα πρωτόκολλα που αναπτύσσονται. Επίσης, απεικονίζονται συγκριτικές μελέτες που καταδεικνύουν τα πλεονεκτήματα και τις αδυναμίες κάθε προτεινόμενου πρωτοκόλλου. Με αυτόν τον τρόπο στην παρούσα Διδακτορική Διατριβή θα παρουσιαστεί ένα σύνολο προτεινόμενων πρωτοκόλλων χρονοπρογραμματισμού για οπτικά δίκτυα WDM. Θα ήθελα τέλος να αναφέρω τη συμμετοχή μου στο ερευνητικό πρόγραμμα με κωδικό 10130 (354/17.03.2004) με την ιδιότητα του υπ. διδάκτορα και με τίτλο «χρήση εικονικής πραγματικότητας για εκπαίδευση αντιμετώπισης φυσικών καταστροφών» και ειδικότερα στο τμήμα που αφορά «ψηφιακή αναπαραγωγή δεδομένων και ανάπτυξη δικτυακού τόπου», που διήρκησε από το 2003 έως το 2006 και αποτέλεσε αρωγό στην ανάπτυξη της ερευνητικής μου προσπάθειας.