Asignación dinámica de ancho de banda con diferenciación de servicios y usuarios en redes de acceso ópticas pasivas ethernet (epon)

Resumen

En esta Tesis se han propuesto nuevas t¿ecnicas de control de acceso al medio en redes de acceso Ópticas pasivas Ethernet (EPON, Ethernet Passive Optical Network). Estas redes se perfilan como la solución óptima para hacer frente a las carencias de las tecnoloías de acceso actuales. Por otro lado, existe un creciente interés en ahorrar costes integrando la red de acceso y metropolitana en una única red de típicamente 100 kilómetros, lo que se denominan redes de largo alcance Long-Reach PONs. Los métodos propuestos en esta Tesis se centran en asignar de forma eficiente y dinámica el ancho de banda disponible en función de las características del tráfico y del perfil del usuario. Estos esquemas de control serán diseñados para poder ser aplicados en redes EPON y redes Long-Reach EPON. Para este segundo tipo de redes se ha profundizado en el diseño de métodos lo suficientemente robustos para solventar la dificultad que presupone el gran aumento de la distancia. Uno de los retos más importantes en las redes de acceso EPON es su capacidad para ofrecer unos requisitos mínimos de calidad de servicio. Este aspecto es primordial, puesto que los proveedores de servicio tienen que garantizar unos requisitos de calidad a las clases de servicio prioritarias independientemente del perfil del abonado. Las nuevas redes de acceso están orientadas a ofrecer múltiples aplicaciones a usuarios con diferentes perfiles de demanda, por lo que será esencial considerar ambas diferenciaciones de una forma justa. De este modo, se propusieron algoritmos para asignar dinámicamente el ancho de banda con el objetivo de ofrecer una calidad de servicio adecuada a las necesidades requeridas. Los algoritmos han sido diseñpara soportar simultáneamente diferenciación de servicios (CoS, Class of Service) y diferenciación de niveles de prioridad de abonado (SLA, Service Level Agreement ). Una de las aportaciones más importantes de esta Tesis relacionada con la calidad de de servicio en una red EPON, es un método que automáticamente adapta el ancho de banda en función de los requisitos del retardo medio del tráfico prioritario soportado por la red para todos los perfiles de abonado. Este nuevo algoritmo tiene en cuenta el impacto que la diferenciación de usuarios provoca en las prestaciones de las clases de servicio de cada tipo de abonado y controla realmente el comportamiento final de las aplicaciones soportadas por estos. Respecto a las redes Long-Reach EPON, inicialmente se identificaron las dificultades más relevantes que presentan a nivel de acceso en el canal de red común. Al igual que en una red EPON típica, cualquier algoritmo implementado en una arquitectura Long-Reach EPON podrá seguir una política centralizada o de polling. Este hecho provoca que los mecanismos para hacer frente al incremento del tiempo de propagación deban estar adecuados a cada política de asignación. Como parte fundamental de esta Tesis se propusieron un conjunto de métodos para dar solución a ambos tipos de políticas de asignación cuando se aplican en redes de largo alcance. Cabe destacar que todos estos métodos contemplan de forma simultánea diferenciación de servicios y de abonados para garantizar así unos requisitos de calidad adecuados al perfil del abonado. El primer método se propuso para redes Long-Reach EPON que siguen políticas de asignación centralizada. Su comportamiento no se ve afectado por el aumento de la distancia y resulta extremadamente eficiente para todos los perfiles de abonado. A continuación, se evaluaron los algoritmos de polling propuestos en esta tesis para redes EPON, aplicados en el escenario de una red Long-Reach EPON. La gran ventaja de estos esquemas es que podrán aplicarse en redes Long-Reach EPON de 100 kilómetros sin ningún tipo de modificación, presentando el mismo comportamiento que el obtenido en redes EPON típicas de 20 kilómetros. Adicionalmente, se propuso un nuevo método que presenta una mayor robustez, puesto que es capaz de obtener la misma eficiencia en la red independientemente de la distancia extremo a extremo considerada. Su comportamiento se mantiene de forma óptima incluso cuando se evalúan sus prestaciones en escenarios superiores a 200 kilómetros. Este nuevo mecanismo intercala nuevos ciclos entre ciclos de transmisión normales para aprovechar el ancho de banda desperdiciado entre transmisiones consecutivas y conseguir reducir el tiempo medio de ciclo. Finalmente, se propuso un nuevo método aplicable a cualquier algoritmo de polling en redes Long-Reach EPON, para mejorar el comportamiento de todos los parámetros de red en aquellas cargas bajas y medias en las que suele operar la red.