PON无源光接入网上行链路调度算法研究

论文摘要

在当今社会信息通信技术迅猛发展的趋势下,铜线接入网已经不能满足人们日益增长的宽带接入需求,部署光纤接入网已经是势在必行。PON无源光网由于其本身具有的一系列优点,是光接入网技术当仁不让的选择。MAC层上行链路的多址接入访问控制机制和带宽分配算法在PON网络技术中占有重要地位,是决定PON性能以及实现多业务接入的关键。本文即在介绍PON接入网技术的基础上,重点研究能支持多种业务、并可提供Qos保证的PON MAC层上行链路控制机制和带宽分配算法。论文的主要工作和研究内容如下:本文对EPON技术标准和基本原理,特别是MPMC多点MAC控制子层和MPCP协议进行了较为深入的分析介绍,重点分析和研究了EPON上行链路的DBA算法,提出了一种综合增强的基于混合带宽分配的EPON上行链路DBA算法,也即IEHG-DBA。IEHG-DBA算法,采用了GAR和GBR相结合的混合带宽分配方法。并且,在整个网络级别内实现了基于区分业务模型的Qos保证支持,对EF类业务进行了优化支持,并可通过设置不同的权重值,来灵活的调节AF和BE类业务的所获得的带宽分配。此外,IEHG-DBA还通过采用迭代方式进行额外带宽分配,优化安排轮询调度次序以及对所需产生的AF类业务状态报告进行预测修正等方法对算法性能进行了优化。最后,论文通过仿真实验和分析,验证了IEHG-DBA算法的有效性和优越性。本文对GPON技术标准和基本原理,特别是GTC层上行链路DBA机制进行了较为深入的分析介绍。在此基础上,遵照ITU-T规范,提出了一种基于周期轮询的公平迭代GPON上行链路DBA算法。这种GPON上行链路DBA算法,具有如下特点优点:1)基于周期轮询,实现复杂度较低;2)保证公平性,公平进行动态带宽分配;3)动态带宽分配采用多次迭代进行分配,可提高带宽利用率避免浪费。本文还给出了利用OPNET Modeler对GPON上行链路DBA机制进行仿真模型构建的具体方法,并通过仿真实验,验证和分析了算法有效性和算法性能。SUCCESS-HPON是Stanford大学提出的一种下一代TDM/WDM混合PON技术,具有实现成本较低,可兼容现有TDM-PON,并可实现从TDM-PON向WDM-PON平滑过渡等优点。本文在对SUCCESS HPON架构和基本原理进行介绍的基础上,重点研究了其MAC层协议和调度算法,设计了一种既可实现对DWDM调谐器件和波长资源高效动态利用,又可提供公平性和Qos支持的MAC调度算法。并且,这种MAC调度算法,可以很容易的进行修改,以实现更复杂精细的Qos支持。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略语
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 论文的主要贡献
• 1.3 论文的结构和安排
• 第二章 光接入网和PON无源光网络
• 2.1 光接入网
• 2.1.1 定义
• 2.1.2 光接入网网络架构
• 2.1.3 光接入网参考配置
• 2.2 PON无源光网络
• 2.2.1 PON光接入网的优点
• 2.2.2 PON的传输原理
• 2.2.3 PON技术标准概览
• 2.2.3.1 A/BPON标准
• 2.2.3.2 EPON标准
• 2.2.3.3 GPON标准
• 2.3 小结
• 第三章 EPON上行链路DBA算法研究
• 3.1 EPON技术标准和基本原理
• 3.1.1 EPON体系架构
• 3.1.2 EPON与现有协议的兼容
• 3.1.3 测距和定时同步
• 3.1.4 多点MAC控制协议（MPCP）
• 3.1.4.1 MPCP协议数据单元（MPC PDU）
• 3.1.4.2 MPCP消息
• 3.2 EPON上行链路带宽分配算法研究
• 3.2.1 轮询机制设计
• 3.2.2 动态带宽分配
• 3.2.3 Qos支持
• 3.2.4 EPON上行链路DBA算法综述
• 3.2.5 一种综合增强的基于混合带宽分配的EPON上行链路DBA算法——IEHG-DBA
• 3.2.5.1 算法描述
• 3.2.5.2 算法仿真
• 3.3 小结
• 第四章 GPON上行链路DBA算法研究
• 4.1 GPON技术标准和基本原理
• 4.1.1 GPON标准体系
• 4.1.2 GPON物理媒质相关层
• 4.1.3 GPON传输汇聚层
• 4.1.3.1 C/M平面协议栈
• 4.1.3.2 U平面协议栈
• 4.1.3.3 下行GTC帧结构
• 4.1.3.4 上行GTC帧结构
• 4.1.3.5 GEM封装
• 4.1.3.6 T-CONT类型
• 4.1.3.7 DBA机制
• 4.2 GPON上行链路DBA算法研究
• 4.2.1 相关研究综述
• 4.2.2 基于周期轮询的公平迭代GPON上行链路DBA算法
• 4.2.2.1 算法描述
• 4.2.2.2 算法特点分析
• 4.3 计算机建模仿真
• 4.3.1 仿真模型构建
• 4.3.1.1 OLT节点模型
• 4.3.1.2 ONU节点模型
• 4.3.1.3 光分路器节点模型
• 4.3.2 仿真实验与分析
• 4.3.2.1 总体架构及参数设定
• 4.3.2.2 仿真实验分析
• 4.4 小结
• 第五章 SUCCESS WDM-PON调度算法研究
• 5.1 SUCCESS-HPON网络体系架构和基本原理
• 5.2 SUCCESS WDM-PON的MAC协议和调度算法
• 5.2.1 SUCCESS WDM-PON的MAC协议
• 5.2.2 SUCCESS WDM-PON的MAC层调度算法研究
• 5.3 小结
• 第六章 结论和未来的工作
• 6.1 结论
• 6.2 未来的工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间所撰写的论文