EPON上行带宽动态分配算法的研究

论文摘要

EPON将成熟的以太网技术与无源光网络相结合,具有高带宽、低成本、易扩展、兼容性好等特点,是实现综合业务接入、全光网络的重要技术手段,是新一代接入网的最佳选择之一。EPON的拓扑结构是典型的树形结构,多个ONU通过ODN与OLT相连并采用TDMA方式共享上行带宽,因此需采用带宽分配算法协调ONU的上行数据传输。在避免上行数据冲突的同时也要保证上行信道得到公平、高效的利用,各业务的QoS。动态带宽分配算法是EPON的研究热点之一,也是本文的研究重点。通过对多点控制协议MPCP和动态带宽分配算法实现过程的分析,对经典的EPON动态带宽分配算法的研究,最后总结出经典算法存在的问题和算法的设计原则。针对EBA算法及所有固定周期算法所存在的空闲时间问题,采用提前授权机制有效地利用了空闲时间,并将提前授权机制应用到EBA算法中,提出了N-EBA算法。在ONU间的调度问题上,对符合条件的ONU按照优先级进行提前授权,充分有效地利用空闲时间浪费的带宽来传输数据。在ONU内部队列调度问题上,克服了严格优先级调度中低优先级业务在系统负载重时得不到传输机会的缺点,采用有效的内部队列调度机制对低优先级业务加以考虑,既保证了高优先级业务的QoS,也有效减少了低优先级业务的包时延,提高系统的整体性能。在MPCP协议的基础上,设计了满足N-EBA算法的REPORT和GATE消息的帧格式。依据EPON的参考模型和ONU、OLT的工作流程,在OPNET平台上对EPON通信模型进行了网络建模、节点建模、进程建模。在同参数的条件下与EBA算法进行了比较,仿真结果表明N-EBA算法具有高的带宽利用率、良好的平均包时延、保证了不同业务的QoS、较小的延时抖动等特性。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 引言
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 EPON 的发展现状
• 1.2.1 EPON 的国外发展现状
• 1.2.2 EPON 的国内发展现状
• 1.3 EPON 在应用中存在的问题
• 1.4 论文的内容安排
• 2 以太无源光网络（EPON）
• 2.1 EPON 基本结构和各部分功能
• 2.1.1 OLT
• 2.1.2 ONU
• 2.1.3 ODN
• 2.2 EPON 工作原理和帧结构
• 2.2.1 EPON 的工作原理
• 2.2.2 EPON 的帧结构
• 2.3 多点控制协议
• 2.3.1 MAC 控制帧
• 2.3.2 GATE 帧和REPORT 帧
• 2.3.3 点到点仿真
• 2.4 EPON 关键技术及存在的问题
• 2.4.1 测距
• 2.4.2 动态带宽分配算法（DBA）
• 2.4.3 TDM 业务的承载
• 2.4.4 实时业务的QoS 问题
• 2.4.5 安全问题
• 2.5 本章小结
• 3 EPON 上行信道接入技术
• 3.1 静态带宽分配算法
• 3.2 动态带宽分配算法（DBA）
• 3.2.1 IPACT 算法
• 3.2.2 BGP 算法
• 3.3 DBA 算法存在的问题及其设计原则
• 3.3.1 DBA 算法存在的问题
• 3.3.2 DBA 的设计原则
• 3.3.3 DBA 协议的鲁棒性
• 3.4 本章小结
• 4 一种改进的动态带宽分配算法
• 4.1 EBA 算法
• 4.2 空闲时间产生原理
• 4.3 提前授权机制
• 4.4 N-EBA 算法
• 4.4.1 ONU 之间带宽分配
• 4.4.2 ONU 内部带宽分配
• 4.4.3 REPORT/GATE 帧的设计
• 4.5 N-EBA 算法分析
• 4.6 本章小结
• 5 基于 OPNET 的EPON 建模仿真
• 5.1 OPNET 简介
• 5.1.1 三层建模机制
• 5.1.2 离散仿真机制
• 5.1.3 OPNET 通信机制
• 5.1.4 仿真流程
• 5.2 基于OPNET 的建模
• 5.2.1 Network 模型
• 5.2.2 Node 模型
• 5.2.3 Process 模型
• 5.3 仿真与结果分析
• 5.3.1 ONU 内部队列分析
• 5.3.2 延时抖动分析
• 5.3.3 带宽利用率分析
• 5.3.4 平均包延时分析
• 5.4 本章小结
• 6 结束语
• 6.1 本文完成的主要工作
• 6.2 未来展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集
• 详细摘要