فهرست مطالبعنوانصفحهچکیدهزفصلاول:کلیاتتحقیق1-1- مقدمه21-2- بیانمسأله41-3- اهمیتوضرورتتحقیق51-4- اهدافتحقیق61-5- فرضیهتحقیق61-6- ساختارپایان‌نامه7فصلدوم:مروريبرادبیاتوپیشینهتحقیق2-1- مقدمه92-2- شبکه دسترسی نسل آینده92-3- شبکه نوری غیرفعال162-4- شبکه نوری غیر فعال اترنت192-5- چالش تخصیص پهنای باند در شبکه فیبر نوری غیرفعال اترنت222-6- پیشینه تحقیق232-6-1- روش IPACT232-6-2- روش صف دو مرحله‌ای282-6-3- روش BGP292-6-4- روش TLBA332-6-5- روش LSTP352-6-6- روش FSD-SLA372-6-7- روش SARF432-6-8- روش IPACT-GE442-6-9- روش سرکشی چند رشتهای472-6-10- روش مبینا502-6-11- روش پریس512-6-12- روش آریشتات522-6-13- روش پرنیان532-6-14- روش بهار542-6-15- روش MSARF552-6-16- روش P-hcDBA582-6-17- روش DZ-DBA592-6-18- روش pre_DBA612-7- مقایسه روشهای بررسی شده در پیشینه تحقیق632-8- نتیجهگیری65فصلسوم:روشهای پیشنهادیتحقیق3-1- مقدمه683-2- نظریه بازیها683-3- بازیهای همکارانه693-4- راهکارهای بازیهای همکارانه703-4-1- راهکار مقدار شپلی703-4-2- راهکار هستک733-5- روشهايپیشنهادی763-5-1- روش اول : دیکه773-5-2- روش دوم: آیرنه833-6- نتیجهگیری88فصلچهارم: تجزیهوتحلیلیافتهها4-1- مقدمه904-2- توصیف مدل904-3- مولد ترافیک914-4- پارامترهای شبیه‌سازی924-5- نحوه محاسبه و ارزیابی پارامترهای کیفیت سرویس924-6- نتایج شبیه‌سازی944-7- نحوه اثبات عدالت روشهای پیشنهادی1014-8- نتیجهگیری102فصلپنجم: نتیجهگیريوپیشنهادات5-1- نتیجهگیری1055-2- پیشنهادات آتی107مراجع و منابع108پیوست :الف) واژه‌نامه فارسی به انگلیسی111ب) واژه‌نامه انگلیسی به فارسی114 فهرست جدولهاعنوانصفحهجدول 2-1- مقایسه‌ی راه‌گزینی مداری و راه‌گزینی بسته‌ای11جدول 2-2- مقایسه‌ی شبکه‌ی نسل آینده با سرویس‌های ارتباطی موجود12جدول 2-3- مقایسه‌ی ویژگی‌های روشهای استقرار فیبر نوری به عنوان شبکه‌ی دسترسی 18جدول 2-4- مقایسه‌ی فناوری‌های لایه‌ی پیوند داده19جدول 2-5- مقایسه‌ی پارامترهای کیفیت سرویس روشهای IPACT و BGP33جدول 2-6- مقایسه‌ی روشهای صف دو مرحله‌ای و TLBA35جدول 2-7- مقایسه‌ی پارامترهای کیفیت سرویس در روشهای تخصیص پهنای باند مبتنی بر نظریه حراج54جدول 2-8- مقایسه نقاط قوت و ضعف روشهای تخصیص پهنای باند پویا63جدول 3-1- مثالی از راهکار تخصیص شپلی72جدول 3-2- مثالی از روش تخصیص هستک75جدول 3-3- مثالی از روش تخصیص دیکه80جدول 3-4- مثالی از روش تخصیص آیرنه85جدول 4-1- پارامترهای شبیه‌سازی92جدول 4-2- نحوه محاسبه پارامترهای کیفیت سرویس93جدول 4-3- مقدار پارامتر گذردهی در روشهای پیشنهادی و موجود94جدول 4-4- مقدار پارامتر تاخیر در روشهای پیشنهادی و موجود98جدول 4-5- مقدار پارامتر تغییرات تاخیردر روشهای پیشنهادی و موجود99 فهرست شکلهاعنوانصفحهشکل 2-1- راه‌گزینی مداری10شکل 2-2- راه‌گزینی بسته‌ای11شکل 2-3- لایه‌های شبکه‌های نسل آینده14شکل 2-4- روشهای استقرار فیبر نوری به عنوان شبکه‌ی دسترسی17شکل 2-5- هم‌بندی‌های متفاوت شبکه نوری غیرفعال18شکل 2-6- ترافیک مسیر رو به پایین20شکل 2-7- ترافیک مسیر رو به بالا21شکل 2-8- مراحل الگوریتم IPACT26شکل 2-9- تخصیص پهنای باند با قرارداد سطح سرویس دوگانه39شکل 2-10- روند اجرایی الگوریتم زمانبندی قرارداد سطح سرویس دوگانه40شکل 2-11- شبه کد تخصیص عادلانه‌ی حداکثر- حداقل پهنای باند در روش FSD-SLA42شکل 2-12- روند اجرای عملیات در واحدها در روش IPACT-GE45شکل 2-13- روند اجرای عملیات در ترمینال در روش IPACT-GE46شکل 2-14- ایده‌ی سرکشی چند رشتهای47شکل 2-15- مراحل روش سرکشی چند رشتهای50شکل 2-16- دوره‌های انتقال در روش MSARF56شکل 2-17- مفهوم اولیه‌ی روش DZ-DBA60شكل 3-1- روند اجرای روش پیشنهادی دیکه81شکل 3-2- شبه کد روش پیشنهادی دیکه82شكل 3-3- روند اجرای روش پیشنهادی آیرنه86شکل 3-4- شبه کد روش پیشنهادی آیرنه88شکل 4-1- مدل شبکه دسترسی فیبر نوری غیرفعال اترنت91شکل 4-2- تولید ترافیک در هر واحد شبکه نوری92شکل 4-3- مقایسه گذردهی روشهای پیشنهادی با روشهای موجود95شکل 4-4- مقایسه میانگین گذردهی روشهای پیشنهادی با روشهای موجود96شکل 4-5- مقایسه میانگین بهره‌وری روشهای پیشنهادی با روشهای موجود97شکل 4-6- مقایسه تاخیر روشهای پیشنهادی با روشهای موجود98شکل 4-7- مقایسه میانگین تاخیر روشهای پیشنهادی با روشهای موجود99شکل 4-8- مقایسه تغییرات تاخیر روشهای پیشنهادی با روشهای موجود100شکل 4-9- مقایسه میانگین تغییرات تاخیر روشهای پیشنهادی با روشهای موجود101شکل 4-10- مقایسه میانگین میزان رعایت عدالت در روشهای پیشنهادی با روشهای موجود102 چکیده:درگذر زمان تعداد کاربران اینترنت و درخواست‌های آنان برای انواع مختلف سرویس بر بستر اینترنت در حال افزایش بوده است، بنابراین تامین کیفیت سرویس رضایت بخش برای کاربران، چالشی مهم در شبکه‌ی اینترنت است که توسط شبکه‌های دسترسی موجود، قابل حل نیست. شبکه‌های دسترسی نسل آینده، یکی از بهترین راهکارها برای ارائه‌ی پارامترهای کیفیت سرویس موردنیاز، بدون درنظر گرفتن تعداد کاربران و نوع درخواست‌های آنان است. فناوری شبکه نوری غیرفعال اترنت نیز به علت توانایی فیبر نوری در تامین ظرفیت پهنای باند بالا و استفاده از حداقل میزان فیبر نوری به عنوان یکی از مناسب‌ترین راهکارهای استقرار شبکه دسترسی نسل آینده در نظر گرفته می‌شود. علی‌رغم مزایای شبکه نوری غیرفعال اترنت، این تکنولوژی با چالش تخصیص پهنای باند برای تامین کیفیت سرویس مناسب رو به روست. برای رفع این چالش در این نوع شبکه‌ها، روشهای متعددی ارائه شده‌اند که در نتیجه‌ی استفاده از هر کدام، پارامترهای کیفیت سرویس متفاوت خواهند بود. در این پایان‌نامه از نظریه بازیهای همکارانه برای تخصیص پهنای باند کانال مشترک در شبکه نوری غیرفعال اترنت استفاده شده است. در واقع محیط شبکه به مثابه یک بازی همکارانه در نظر گرفته شده است که واحدهای شبکه نوری، بازیکنان آن می‌باشند و برای تصاحب پهنای باند با هم همکاری می‌کنند. در جهت تخصیص پهنای باند به گونه‌ای عادلانه و کارآمد، دو روش پیشنهادی مبتنی بر دو راهکار بازیهای همکارانه برای تقسیم پهنای باند کلی میان کاربران ارائه شده است. نتایج حاصل از شبیه‌سازی دو روش پیشنهادی نشان داده است که روشهای پیشنهادی مبتنی بر نظریه بازیهای همکارانه، پارامترهای کیفیت سرویس را در مقایسه با روشهای مقایسه شده بهبود بخشیده و نسبت به آن‌ها از عملکرد بهتری برخوردار می‌باشند.کلید واژه‌ها: شبکه دسترسی نسل آینده، شکه نوری غیرفعال اترنت، تخصیص پهنای باند پویا، پارامترهای کیفیت سرویس، نظریه بازیهای همکارانهفصلاولکلیاتتحقیق1-1- مقدمهبا توسعه‌ی سریع خدمات متنوع بر بستر اینترنت، نیازمندی‌های کاربران برای پهنای باند شبکه‌ی دسترسی و کیفیت سرویس در حال افزایش است، لذا شبکه‌های دسترسی با چالش انتقال حجم رو به رشد ترافیک داده محور[1] با کیفیت سرویس مناسب رو به رو خواهند بود و نتیجتا به تحولی نوین در شبکه‌های دسترسی نیاز است[1]. شبکه ارتباطی نسل آینده[2] به عنوان راهکار چالش مذکور، شبکه‌ای همگراست[3] که برخلاف دهه‌های پیشین، قصد تامین بسیاری از خدمات را بر یک ساختار شبکه‌ی یکپارچه واحد به جای چندین شبکه‌ی مجزا دارد. شبکه ارتباطی نسل آینده، شبکه‌ای مبتنی بر راه‌گزینی بسته‌ای[4] است که با استفاده از مجموعه‌ای از فناوری‌ها، سرویس‌های پایدار و همیشه در دسترس به کاربران ارائه می‌کند، امکان دسترسی نامحدود به تامین کنندگان مختلف را فراهم می‌کند و از تحرک عمومی[5] پشتیبانی می‌کند. شبکه نسل آینده یک بستر واحد[6] ارائه می‌نماید که شبکه‌های داده و صوت مجزا را در یک شبکه‌ی انعطاف پذیرتر و ساده‌تر براساس توافقات پروتکل اینترنت[7]، ادغام می‌کند. معماری شبکه نسل آینده به گونه‌ای طراحی شده است که زیرساخت خدمات شبکه‌های ارتباطی آینده باشد و نیازهای جدید را با توجه به ظهور برنامه‌های کاربردی و خدمات جدید برآورده کند. یکی از لایه‌های معماری شبکه‌های نسل آینده، لایه‌ی دسترسی است که شامل انواع تجهیزاتی است که کاربر نهایی را به شبکه متصل می‌کنند. تجهیزات پیاده‌سازی با سیم می‌تواند خط دیجیتال مشترک[8]، سیم مسی[9]، فیبر ترکیبی هم‌محور[10] و فیبر نوری[11] باشد[2].فناوری فیبر نوری راهکاری برای تامین پهنای باند بسیار بالا در شبکه‌های دسترسی است لذا در این شبکه‌ها، فناوری شبکه نوری غیرفعال[12] براساس یک هم‌بندی[13] تک نقطه به چند نقطه‌ای ساخته شده است که از یک ترمینال خط نوری[14]، چندین واحد شبکه نوری[15]، شبکه توزیع نوری[16] و فیبر نوری تشکیل می‌شود. معماری شبکه نوری غیرفعال غالبا براساس هم‌بندی درختی است زیرا این هم‌بندی بیش‌ترین انعطاف پذیری را در وفق پیدا کردن با رشد تعداد کاربران و افزایش درخواست‌های پهنای باند دارد.از میان پروتکل‌های متفاوت لایه‌ی پیوند داده، اترنت مناسب‌ترین گزینه برای استقرار شبکه نوری غیرفعالاست[3]. در شبکه نسل آینده مبتنی بر شبکه نوری غیرفعال اترنت[17] در انتقال ترافیک رو به پایین[18] (از ترمینال به واحدها) فریم‌ها از ترمینال به واحدها فرستاده می‌شوند و هر واحد فریم مربوط به خود را دریافت می‌کند. در مقابل، در انتقال ترافیک رو به بالا[19] (از واحدها به ترمینال) واحدها فریم‌ها را به ترمینال ارسال می‌کنند و از آن جایی که واحدها باید از یک کانال نوری مشترک برای ارسال اطلاعات استفاده کنند، به مکانیزم‌های مناسب مدیریت ترافیک نیاز است[4]. یکی از مهم‌ترین جنبه‌های طراحی و ارزیابی الگوریتم در شبکه‌های دسترسی مبتنی بر شبکه نوری غیرفعال اترنت چگونگی مدیریت پهنای باند به ازای انواع خدمات و برنامه‌های کاربردی است به گونه‌ای که رضایت کاربران جلب شود، کیفیت سرویس تضمین شود و شبکه به خوبی مدیریت شود تا حداقل اتلاف پهنای باند را داشته باشیم. بنابراین کاربران و اپراتورها باید الگوریتم‌های تخصیص پهنای باند مناسب را براساس نیازمندی‌های خود انتخاب کنند[5].در واقع یکی از مهم‌ترین چالش‌ها در شبکه نوری غیر فعال اترنت، زمانبندی انتقال‌ها و تخصیص کارآمد پهنای باند در کانال مشترک رو به بالاست لذا مسئله‌ی توسعه‌ی الگوریتم‌های زمانبندی مناسب، عنوان مهمی برای تحقیق در گذشته بوده است. اهداف زمانبندی عبارتند از کارایی، تامین کیفیت سرویس مناسب برای نیازمندی‌های هر جریان ترافیک، تخصیص پهنای باند عادلانه به تمامی کاربران به علاوه کاهش تاخیر و تغییرات تاخیر به همراه سادگی محاسباتی. در جهت ایجاد کارایی و توسعه پذیری شبکه نوری غیرفعال اترنت از نظر مدیریت منابع، ایده‌های متعددی ارائه شده‌اند که به دو دسته اصلی تخصیص پهنای باند ثابت و پویا تقسیم می‌شوند. روش اول بازه‌های زمانی انتقال یکسانی را به هر واحد شبکه نوری در هر چرخه تخصیص می‌دهد. این روش ساده است اما کارایی آن بهینه نیست. در مقابل رویکرد پویا براساس پهنای باند درخواستی هر واحد، بازه زمانی انتقال را مشخص می‌کند، نتیجتا راهکار پویا تخصیصی انعطاف پذیر، کارآمد و عادلانه را تامین می‌کند[6].با توجه به توضیحات مذکور در این پایان‌نامه روشی کارامد برای تخصیص پهنای باند پویا در شبکه‌های دسترسی نسل آینده مبتنی شبکه‌ی فیبر نوری غیرفعال اترنت ارائه شده است که نسبت به روشهای قبلی، پارامترهای کیفیت سرویس را بهبود می‌بخشد.