ON-OFF Модель функционирования сетевых устройств в пассивной оптической сети
П., В.
Российский университет дружбы народов, Москва, Россия, *****@***pfu. edu. ru, *****@***ru
Рассматривается процесс функционирования оконечных оптических сетевых устройств в пассивной оптической сети.
Ключевые слова: пассивная оптическая сеть, оптическое сетевое устройство, оптический терминал, множественный доступ с разделением по времени, вероятностно-временные характеристики.
Введение
Конвергенция сетей различных типов породила множество классов сетевого трафика, которые различаются своими характеристиками, объемом необходимых сетевых ресурсов, а также требованиями к качеству обслуживания [1-2,5]. В настоящее время эволюция сетей доступа идет по двум основным направлениям: развитие высокоскоростного доступа для предоставления услуг с высоким уровнем QoS (Quality of Service ‑ качество обслуживания) и уменьшение доли медных кабелей при организации местных сетей. Внедрение оптимального по себестоимости решения, строящегося на базе пассивной оптической сети (PON, Passive Optical Networks) может решить данную задачу.
PON – это архитектура оптического доступа, которая обеспечивает передачу различных классов сетевого трафика (голос, данные и видео) между оптическим терминалом (OLT, Optical Line Terminal) и удаленными оптическими сетевыми устройствами (ONU, Optical Network Units) в пределах пассивной оптической сети (Рис. 1). При этом между оптическим терминалом и сетевыми устройствами не устанавливается активное оборудование с оптико-электрическим преобразованием сигналов. Вместо этого для передачи данных используются пассивные оптоволоконные смесители/разветвители, например, дифракционная решетка на волноводном массиве (AWG, Array Waveguide Grating), которая мультиплексирует/демультиплексирует длины волн [1,3].
Рис. 1 Архитектура PON
OLT размещается в центральном офисе (CO, Central Office) и соединяет оптическую сеть доступа с городской региональной сетью (MAN, Metropolitan Area Network) или с Интернет (WAN, Wide Area Network). ONU размещается либо на стороне пользователя (FTTH, Fiber To The Home или FTTB, Fiber to The Building), либо в зоне разветвления (FTTC, Fiber To The Curb). ONU могут быть удалены от OLT на расстояние до 20 км.
AWG передает трафик от OLT к ONUs (downstream, нисходящий поток трафика) и от ONUs к OLT (upstream, восходящий поток трафика)
через одно оптоволокно. Одним из экономически выгодных способов разделения нисходящего и восходящего потока трафика является выделение различных длин волн для обоих направлений и использование одного оптоволокна. В этом случае обычно используются две длины волны: 1310 нм для передачи восходящего и 1550 нм для передачи нисходящего потока трафика.
Функционирование оконечных оптических сетевых устройств
С целью разделения оптического канала, использующегося для передачи данных между ONU и OLT, применяется технология множественного доступа с разделением по времени (TDMA, Time Division Multiple Access) [1-5]. То есть ONUs осуществляют передачу или получение данных на одной и той же длине волны, но в разные временные домены (Рис. 2).
Рис. 2. TDMA технология в PON
ONU может находиться в одном из двух состояний:
· ON. ONU активен и осуществляет передачу к OLT и получение от OLT данных в выделенном ему временном домене.
· OFF. ONU находится в состоянии «сна», передача данных в обоих направлениях приостановлена.
В течение одного временного слота передачу и получение данных может осуществлять только один ONU.
Математическая модель системы
Функционирование PON будем описывать с помощью СтМП 
, 
, где 
‑ состояние 
, 
, во временном слоте [6]:
· 
находится в состоянии ON;
· 
находится в состоянии OFF.
Пусть 
‑ вектор состояний системы, 
, . 
‑ пространство всех возможных состояний СМО. В одном временном слоте передачу и получение данных может осуществлять только один ONU либо не осуществлять ни один из имеющихся ONUs, поэтому 
. Диаграмма интенсивностей переходов для , , и пример переходов процесса 
для 
представлены ниже (Рис. 3 и Рис. 4, соответственно).
СУЧБ по , , имеет вид:
. (1)
Здесь 
и 
‑ стационарные вероятности того, что , , находится в состоянии OFF или ON, соответственно:
и 
, где 
. (2)
Рис. 3. Схема переходов между состояниями , 
Рис. 4. Пример переходов процесса для
Должно быть выполнено условие 
, так как в одном временном слоте передачу и получение данных может осуществлять только один ONU либо не осуществлять ни один из имеющихся ONUs.
Выводы
С помощью регулирования нагрузочного параметра 
в СМО для каждого ONU с учетом всех особенностей функционирования PON, возможно задавать оптимальную совместную работу всех ONUs. Для обоснования в докладе приводится пример численного анализа для частного случая PON с 
ONUs.
Литература
1. Оптические сети. – Киев.: Изд-во: . Пер. с англ., 2002. – 256 с.
2. П. Лекции по математической теории телетрафика. Изд.3-е, перераб. и доп. — М.: Изд-во: РУДН, 2009. ‑ 342 с.
3. М. Коммутация в оптических транспортных сетях // Фотон Экспресс. ‑ Нояб. 2010. ‑ № 7(87). – Pp. 28-33.
4. Mukherjee B. Optical WDM networks. ― Springer, 2006. ― 973 p.
5. Chua K. C., Gurusamy M., Liu Y., Phung M. H. Quality of Service in Optical Burst Switched Networks // Springer Science + Business Media, Inc., Boston. 2007. – 205 p.
6. Li C.-P., Neely M. J. Exploiting Channel Memory for Multi-User Wireless Scheduling without Channel Measurement: Capacity Regions and Algorithms // WIOPT. 2010. – Pp. 1-10.
ON-OFF Network Units model in Passive Optical Network
Bacharin G. P., Rusina N. V.
Peoples’ Friendship University of Russia, *****@***pfu. edu. ru, *****@***ru
This paper is concerned with functional modeling of optical network units in passive optical network.
Кеу words: Passive Optical Network (PON), Optical Network Unit (ONU), Optical Line Terminal (OLT), Time Division Multiple Access (TDMA), steady-state probability.
Основные порталы (построено редакторами)