以太无源光网动态带宽分配算法设计与仿真

论文摘要

以太无源光网(EPON)被认为是下一代接入技术的最佳之选。EPON综合了PON接入技术和以太网技术,具有多方面的优势,诸如巨大的带宽与低廉的价格、升级和维护简便,非常适于承载IP业务等。关系到EPON性能的关键技术之一是上行信道的统计复用方法,被称为动态带宽分配(DBA)算法。IEEE制定了EPON的标准802.3ah,引入“多点控制协议”对EPON上行通信进行管理和控制。多点控制协议(MPCP)指明了上行信道主从式时分复用的机制,是DBA的基础。国内外研究者提出了许多DBA算法,但大多不支持用户服务等级协约(SLA),因而不适用于现阶段我国的EPON应用。本文对几种典型的DBA算法作了较深入的分析,指出了它们的优点和缺陷。在继承国内外研究成果的基础上,本文总结了DBA算法的性能目标,针对这些目标,开创性地提出了算法设计准则以及可采取的措施。通过对影响信道利用率的各种因素的分析,本文提出分组交织以消除DBA延时、授权基于以太帧边界以消除授权时隙末的空闲、采用恰当的轮询周期长度等三项措施,使信道利用率达到理论最大值。本文对EPON环境的公平性作了定义,认为存在ONU之间、业务优先级之间和用户之间三个方面的公平性。鉴于我国目前很可能多个用户合用一个光网络单元(ONU)的国情,保证用户间的公平性具有十分重要的意义。我们主张采用两层结构的DBA机制、为各优先级业务分别授权,创新性地提出按用户SLA带宽比例授权,支持QoS的同时实现用户之间和优先级业务之间的公平。遵循这些设计准则,本文设计了一种新算法SOABR,并对其性能作了理论分析。通过同三种典型算法,IPACT算法、ChadiAssi算法和HPFCT算法,进行对比分析,论证了SOABR算法的优良性能——信道利用率最高,支持用户SLA,实现了用户间公平,并能保证各种业务的服务质量。采用当今主流的网络仿真软件OPNET,作者建立了EPON系统模型,仿真了SOABR算法、两种做过小改动的SOABR算法——去除交织机制的SOABR算法、采用严格优先级调度机制的SOABR算法,还仿真了作为对比的三种典型算法。文中给出了详细的仿真参数、仿真结果及分析。对三种不同SOABR算法的仿真实验证明了本文总结的DBA算法设计准则的正确性。与其他算法仿真结果的对比证实了理论分析的结论——SOABR算法性能最佳,支持用户SLA。

论文目录

• 目录
• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 以太无源光网及其动态带宽分配
• 1.2 作者的研究工作
• 1.3 论文组织结构
• 2 EPON接入技术
• 2.1 PON的系统结构和优势
• 2.2 EPON的系统结构和优势
• 2.3 EPON的关键技术
• 2.4 DBA的意义及研究现状
• 2.5 本章小结
• 3 MPCP协议与动态带宽分配
• 3.1 多点控制协议MPCP
• 3.1.1 多点MAC控制
• 3.1.2 多点控制协议MPCP
• 3.2 DBA原理
• 3.3 现有DBA算法及其特点
• 3.3.1 IPACT及其改进
• 3.3.2 Cyclic Polling-Based DBA
• 3.3.3 Chadi Assi的算法
• 3.3.4 多阈值报告法
• 3.3.5 HPFCT算法
• 3.3.6 现有算法小结
• 3.4 本章小结
• 4 支持用户SLA的高效DBA算法设计
• 4.1 DBA算法设计准则
• 4.2 效率
• 4.2.1 确定适当的轮询周期长度
• 4.2.2 消除DBA延时
• 4.2.3 避免授权时隙末的空闲
• 4.2.4 最高信道利用率
• 4.3 公平性
• 4.4 QoS
• 4.5 新算法SOABR
• 4.5.1 SOABR算法描述
• 4.5.2 SOABR算法特点
• 4.5.3 与几种典型算法相比较
• 4.6 本章小结
• 5 仿真实验
• 5.1 网络仿真软件OPNET简介
• 5.2 EPON系统模型
• 5.3 仿真实验参数
• 5.4 实验结果及分析
• 5.4.1 第一个实验结果
• 5.4.2 第二个实验结果
• 5.5 结论
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 下一步的工作
• 参考文献
• 致谢