（电磁场与微波技术专业论文）基于opnet的gpon系统仿真设计实现.pdf

关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校 攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部 门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论 文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密范围，在上年解密后适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 日期：坦之：兰：! ： 。j t t ，乙 l - “ 、 北京邮电大学硕上学位论文摘要 基于o p n e t 的g p o n 系统仿真设计与实现 摘要 在信息社会对通信网络服务的需求不断增长的今天，接入网越来 越制约着整个网络的发展，成为信息高速公路的瓶颈。千兆比特无源 光网络( g p o n ) 技术由于它的高速率、高效率，和对多业务的透明传输 等优点而被认为是下一代宽带接入网的有效解决方案。 g p o n 标准由i t u tg 9 8 4 系列协议进行规范。g 9 8 4 1 主要规范 了g p o n 系统的总体要求；g 9 8 4 2 主要规范了g p o n 系统的物理媒体 相关层( p m d ) ；g 9 8 4 3 主要规范了g p o n 系统的传输汇聚( t c ) 层； g 9 8 4 4 主要规范了g p o n 系统的管理控制接口。虽然g 9 8 4 系列协 议对g p o n 系统进行了详细的规范，但协议并未规定g p o n 系统的动态 带宽分配方法。高效的动态带宽分配算法可以使系统的带宽得到充分 的利用，同时可以使得各种不同o o s 需求的业务得到合理的带宽分 配。因此，利用网络仿真软件根据协议规范搭建系统平台，并在此平 台上进行网络性能仿真以及算法分析是十分必要。 网络仿真技术是一种通过建立网络设备、链路和协议模型，模拟 网络流量的传输，获取网络设计或优化所需要的网络性能数据的仿真 技术。0 p n e t 网络仿真软件提供了丰富的协议、设备模型库以及功能 强大的网络分析工具，可以方便直观地在仿真平台上分析仿真系统性 能，研究网络技术，并对现有网络进行优化。 论文第一章简述了接入网的发展演变，引出了目前先进的接入网 技术g p o n ，比较了三款网络仿真软件，选择0 p n e t 作为项目的开发 工具。在第二章中，根据协议介绍了g p o n 网络系统的理论基础，分 析了现有的三种动态带宽分配算法的优缺点，参与设计了“直接d b a 分配算法 和“新两层d b a 分配算法”两种改良算法。在第三章中， 分析了g p o n 系统的注册过程，完成了系统组件的流程设计，并针对 不同业务类型的数据源进行了建模，同时描述了动态带宽分配的实现 方法。第四章，也是本文的重点，在对0 p n e t 仿真软件简单介绍后， 详细说明了基于0 p n e t 的g p o n 网络仿真平台搭建过程，并章节最后 给出了几种动态带宽分配算法在仿真平台上的仿真的结果分析。 关键词：无源光网络动态带宽分配测距网络仿真 ， 一 北京邮电大 d e a bs t r a c t w 1 1 i l et h ed e m a n do fi n f 0 1 1 1 1 a t i o n a ls o c i e t yf o ri n t e m e ts e r v i c e si sd r a m a t i c a l l y i n c r e a s i n g a c c e s sn e t w o r kh a sb e c o m eab o r l e n e c kb e t w e e nh i g h c a p a c i t yl o c a la r e a n e t w o r k sa n db a c k b o n en e t w o r k s g i g a b i t p a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k ( g p o n ) t e c h n o l o g yi sb e i n gc o n s i d e r e da sap r o m i s i n gs o l u t i o nf o rn e x t - g e n e r a t i o nb r o a d b a n d a c c e s sn e t w o r kd u et oi t sl l i g l lr a t e s ，h i g l le m c i e n c y , a n dt r a n s p a r e n tt r a n s m i s s i o no f m u l t i s e r v i c e s g p o nn e t w o r ki s s p e c i f i e db yas e r i e so fi t u tg 9 8 4r e c o m m e n d a t i o n s q 9 8 4 1r e c o m m e n d a t i o nd e s c r i b e st h eb a s i cr e q u i r e m e n t so fg p o ns y s t e m g 9 8 4 2 r e c o m m e n d a t i o nd e s c r i b e st h ep h y s i c a lm e d i al a y e ro fg p o ns y s t e m g 9 8 4 3 r e c o m m e n d a t i o nd e s c r i b e st h et r a n s m i s s i o nc o n v e r g e n c el a y e ro fg p o ns y s t e m ( 2 9 8 4 4r e c o m m e n d a t i o nd e s c r i b e st h em a n a g e m e n ta n dc o n t r o li n t e r f a c eo fg p o n s y s t e m n l o u g hm o s to ft h ed e t a i l e di n f o r m a t i o ni ss p e c i f i e di nt h es e r i e so fi t u t g 9 8 4r e c o m m e n d a t i o n s ，i td o e s n ts p e c i f yt h eb a n d w i d t ha l l o c a t i o ns c h e m e w h i c h i st h ek e yp o i n to ft h em a c p r o t o c 0 1 w i t he f f i c i e n td y n a m i cb a n d w i d t ha l l o c a t i o n a r i t h m e t i c ，r e a s o n a b l eb a n d w i d t hc a nb eg o tb ys e r v i c e so fd i f f e r e n tq o s t h u s c o n s t r u c tag p o ns y s t e ms i m u l a t i o np l a t f o r i l la c c o r d i n gt ot h ep r o t o c o l sa n dd o r e s e a r c h i n ga n ds i m u l a t i n go fm a cp r o t o c o lb a n d w i d t ha l l o c a t i o ns c h e m eo nt h i s s i m u l a t i o np l a t f o r mh a v ea p r a c t i c a lm e a n i n g b yu s i n gn e t w o r ke q u i p m e n tm o d e l ，l i n km o d e la n dp r o t o c o lm o d e l n e t w o r k s i m u l a t i o n t e c h n o l o g yc a ns i m u l a t e t r a f f i ct r a n s m i s s i o na n dg e tt h en e t w o r k p e r f o r m a n c ed a t aw h i c hc a nb eu s e dt od e s i g no ro p t i m i z en e t w o r k 0 p n e tp r o v i d e s p r o t o c o la n de q u i p m e n tm o d e lb a s e ，b e s i d e s ，i ta l s op r o v i d e sp o w e r f u ln e t w o r k s i m u l a t i o nt o o l sw h i c hc a na n a l y z et h en e t w o r ks i m u l a t i o np e r f o r m a n c ep a r a m e t e r s ， g e tag e n e r a lu n d e r s t a n d i n go fc u l t e n tt e c h n o l o g ya n do p t i m i z et h en e t w o r k i nc h a p t e r1 t h ee v o l u t i o no fa c c e s sn e t w o r ki si n t r o d u c e da n da d v a n c e dg p o n n e t w o r kt e c h n o l o g yi si n d u c e d t h r e en e t w o r ks i m u l a t i o ns o f t w a r ea r ec o m p a r e da n d o p n e ti ss e l e c t e da st h ed e v e l o p i n gt o o lo ft h eg p o ns i m u l a t i o ns y s t e m i nc h a p t e r 2 ，t h ek e yp o i n to fg p o np r o t o c o l sa r ed e s c r i b e d ，t h ea d v a n t a g ea n dd i s a d v a n t a g eo f t h r e ec u r r e n td y n a m i cb a n d w i d t ha l l o c a t i o na l g o r i t h m sa r ea n a l y z e da n d t w o i m p r o v e da l g o r i t h m sa r eg i v e n i nc h a p t e r3 ，t h er e g i s t r a t i o np r o c e s so fg p o n s y s t e mi sa n a l y z e d ，f l o wc h a r t so fs y s t e mm o d u l e sa r ec o m p l e t e d ，d a t as o u r c e so f d i f f e r e n tk i n do fs e r v i c e sa r ea l s om o d e l e d i m p l e m e n to fd y n a m i cb a n d w i d t h a l l o c a t i o nm e t h o di se x p l a i n e d i nc h a p t e r4 a f t e rs i m p l yi n t r o d u c i n gs i m u l a t i o n 一 北京 2 2 1 标准8 2 2 2 系统结构”9 2 2 3 速率等级l o 2 2 4 g p o n 的复用结构1 0 2 3 g p o n 系统的传输汇聚层( g t c ) 1 1 2 3 1 协议栈1 1 2 3 2 g t c 实现的功能1 1 2 3 3 帧结构1 2 2 4 g p o n 系统的关键技术1 4 2 4 1 g e m 1 4 2 4 2 测距1 5 2 5 g p o n 系统的动态带宽分配算法研究1 6 2 6 本章小结l7 g p o n 系统仿真平台设计18 3 1 g p o n 系统注册过程及流程图1 8 3 1 1 g p o n 系统注册过程简介l8 3 1 2 o n u 的注册过程及流程图1 9 3 1 3 o l ，t 的注册过程及流程图2 0 3 1 4 o d n 数据处理过程2 0 3 _ 2 数据源的建模2 0 3 2 1 在o p n e t 中语音业务源的建模2 0 3 2 2 在o p n e t 中对于o n o f j f 源的建模”2 1 3 2 3 在o p n e t 中自相似源建模一2 1 3 3 动态带宽分配实现方法2 2 3 3 1 o n u 带宽上报法2 2 3 - 3 2 o l l 带宽分配法2 3 北京邮电大学硕士学位论文 目录 3 4 本章小结2 4 4 基于o p n e t 的g p o n 系统仿真平台实现”2 5 4 1 引言2 5 4 2 o p n e t 网络仿真平台简介2 5 4 2 1 o p n e t 产品“2 5 4 2 2 o p n e t 的通信仿真机制2 5 4 3 g p o n 系统软件在o p n e t 上的实现2 8 4 3 1 创建新的链路模型2 8 4 3 2 创建网络模型2 9 4 3 3 创建节点模型”3 0 4 3 4 创建进程模型3 3 4 3 5 使用到的核心函数- 3 6 4 3 6 变量选择3 7 4 3 7 计时器的实现3 7 4 3 8 延时的实现“3 8 4 4 g p o n 系统在o p n el 平台上的仿真”3 8 4 4 1 利用统计量收集仿真数据”3 8 4 4 2 仿真结果分析3 9 4 5 本章小结4 2 结束语4 3 参考文献4 4 附勇匙4 5 致谢4 8 v 目前，通信网在城域网、骨干网上普遍采用了以光缆为传输介质，以波分复 用( w d m ) 技术和同步数字体系( s d h ) 技术为基础的网络传输技术，数据的传输速率 已经远远超过了现阶段数据传输的要求。用户侧终端的速率也在突飞猛进，从电 子邮件到w e b 浏览乃至多媒体业务，带宽要求正在激增。但是作为通信最后一公 里的接入网，与核心网侧和用户侧的发展趋势很不协调，在接入网方面，目前占 主导地位的接入方式为数字用户线( x d s l ) 技术、混合光纤电缆( h f c ) 技术等，这 些技术能够提供几兆的接入速率，其优势是可以充分利用现有铜线资源，以较少 的网络铺设成本为用户提供一定程度的宽带化服务，但是，以其几兆的接入速率 却不能为新业务，如视频点播( v o d ) 或双向的可视会议等，提供足够的带宽，这 些带宽资源将被很快地消耗殆尽。可见，接入网己经成为了高容量l a n 或家庭网 络和核心网之间的瓶颈。因此接入网的宽带化和i p 化将成为本世纪初接入网发 展的主要趋势。 1 2 接入网技术的演进 所谓接入网是指交换局到用户终端之间的所有机线设备，其中主干系统为传 统的电缆和光缆，一般长数公里，配线系统也可能是电缆和光缆，其长度一般为几 百米，而引入线通常长几米到几十米。接入网的分类方法有很多种，但常用的主 要有下面几大类：金属用户线上的x d s l ，同轴电缆，光纤接入系统和无线接入 系统。 随着多种数据业务的飞速发展，大容量、宽带化的接入网成为发展的必然趋 势，而光纤特有的巨大容量，使得人们普遍认为光纤接入网是宽带接入的最终解 决方案。光纤接入网是指接入网中传输媒介为光纤的接入网，泛指本地交换机或 远端模块与用户之间采用光纤通信或部分采用光纤通信的系统。光纤接入网从技 术上可分为两大类：有源光网络( a o n ，a c t i v eo p t i c a ln e t w o r k ) 和无源光网络 ( p o n ，p a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k ) 。 与a o n 相比，p o n 由于消除了局端与用户端之间的有源设备，从而使得维护 北京邮电大学硕士学位论文第一章绪论 简单、可靠性高、成本低，而且能节约光纤资源，成为光纤接入的主要解决方案。 a o n 又可分为基于s d h 的a o n 和基于p d h 的a o n 。p o n 又可分为基于a t m 的 p o n ( a p o n ) 、基于以太网的p o n ( e p o n ) 以及全业务接入的p o n ( g p o n ) 。 1 3 无源光网络p o n 无源光网络( p o n ) 技术是为了支持点到多点应用而发展起来的光接入技术。 由于采用光纤作为传输媒质，并使用无源光分配网，p o n 避免了外部设备的电磁 干扰和环境影响，减少了线路和外部设备的故障率，提高了系统的可靠性，同时 节约了维护成本。p o n 还因其对业务透明、易于升级和管理等突出优势而倍受欢 迎，目前标准化工作已经完成，有些商用系统已经投入网络运行。 1 3 1 p o n 的技术优势 灵活的组网结构：p o n 可组成总线型、分支型、树型等多种拓扑结构，特别 适合接入网复杂多变的地形结构。 系统安装维护成本低：由于p o n 的传输环节采用无源分路器件，故障率低， 维护量少；无需专门建设机房和提供供电系统，基于f t t h 的p o n 在系统运营和 降低建设成本方面具有明显优势。而另一方面，目前的光接口无论使用s d h 传输 还是以太网路由器交换机光传输，都可直接驱动2 0 公里左右。 节省光缆资源：p o n 最典型的网络拓扑结构为树形分支状，主系统只采用一 对光线甚至一根光纤，与接入网大量采用星形拓扑结构相比，实施p o n 系统可以 节省光缆资源，尤其是在光缆紧缺的场合，受现有线路资源限制，p o n 会成为唯 一的接入选择 综合的业务接入平台：在目前的宽带接入手段中，p o n 是为数不多的可提供 综合业务接入的技术之一，a p o n 、g p o n 可提供所有业务的综合接入，e p o n 产品 除i p 业务外，也可利用p o n 特有帧结构来支持传统的t d m 电路业务接入。 良好的用户扩展能力：p o n 采用一个局端o l t 带多个o n u 的组网结构，每增 加用户节点时，无需重新调度全程光纤，无需增加局侧设备接口，只在用户端增 加设备即可实现用户扩容，具有较强的可扩展能力。 1 3 2 a p o n a p o n 是上世纪9 0 年代中期就被i t u 和全业务接入网论坛( f s a n ) 标准化的 p o n 技术，f s a n 在2 0 0 1 年底又将a p o n 更名为b p o n ，a p o n 的最高速率为6 2 2 m b p s ， 二层采用的是a t m 封装和传送技术。 2 北京邮电大学硕士学位论文 第一章绪论 1 3 3 e p o n 为更好适应i p 业务，第一英里以太网联盟( e f m a ) 在2 0 0 1 年初提出了在二 层用以太网取代a t m 的e p o n 技术，i e e e8 0 2 3 a h 工作小组对其进行了标准化， e p o n 可以支持1 2 5 g b p s 对称速率，将来速率还能升级到l o g b p s 。e p o n 产品得 到了更大程度的商用，由于其将以太网技术与p o n 技术完美结合，因此成为了非 常适合i p 业务的宽带接入技术。对于g b i t s 速率的e p o n 系统也常被称为 g e p o n 。 1 3 4 g p o n 在e f m a 提出e p o n 概念的同时，f s a n 又提出了g p o n ，f s a n 与i t u 已对其进 行了标准化，其技术特色是在二层采用i t u - t 定义的g f p ( 通用成帧规程) 对 e t h e r n e t 、t d m 、a t m 等多种业务进行封装映射，能提供1 2 5 和2 5 g b s 下行速 率和所有标准的上行速率，并具有强大o h m 功能。 1 3 5 三种p o n 技术的比较 a p o n 早期的窄带p o n 是基于t d m 的，性能价格比低，已经自然消亡。a t m 化的无 源光网络宽带无源光网络( a p o n b p o n ) 可以利用a t m 的集中和统计复用功能， 再结合无源分路器对光纤和光线路终端的共享作用，使性能价格比有很大改进， 目前在美国和日本等国已经开始商用，在日本已经敷设了约5 0 万线。然而，目 前实际a p o n b p o n 的业务适配提供却很复杂，业务提供能力有限，数据传送速率 和效率不高，成本较高，其市场前景由于a t m 的衰落而变得很不确定。从长远的 业务发展趋势看，a p o n 的可用带宽仍然不够。以f t t c 为例，尽管典型主干下行 速率可达6 2 2m b i t s ，但分路后实际可分到每个用户的带宽将大大减小。按3 2 路计算，每一个分支的可用带宽仅剩1 9 5m b i t s ，再按1 0 个用户共享计算， 则每个用户仅能分到约2m b i t s 。显然，这样的性能价格比无法满足网络和业 务的长远发展需要。 e p o n e p o n 即以以太网代替a t m 作为链路层协议，构成一个可以提供更大带宽、更 低成本和更宽业务能力的新的结合体。这一思想在以太网界得到了积极响应，在 i e e e8 0 2 3 的旗帜下已经形成了初步标准千兆以太网无源光网络( g e p o n ) 。在 实际中，e p o n 和g e p o n 的基本差别就是标准化，前者往往指非标设备，后者指 符合i e e e8 0 2 3 a h 规范的设备。另外，g e p o n 的传输距离和分路比均比e p o n 有 3 北京邮电大学硕士学位论文第一章绪论 所减小。从e p o n g e p o n 的结构看，其关键优点是极大地简化了传统的多层重叠 网络结构，主要特点有：消除了a t m 和s d h 层，从而降低了初始成本和运行成本； 下行业务速率高达1 gb i t s ，允许支持更多用户，每用户带宽可以更高，并能 提供视频业务能力和较好的q o s ；硬件简单，无须室外电子设备，使安装部署工 作得以简化：改进了电路的灵活指配以及业务的提供和重配置能力。 e p o n g e p o n 的主要缺点是效率低和难以支持以太网以外的业务。前者是由于 采用8 b l o b 的线路编码，有2 0 的带宽损失，而a p o n 和g p o n 都采用不归零( n r z ) 扰码为线路码，因此没有带宽损失。再加上承载层、传输汇聚层、业务适配效率 等原因，使得e p o n 总的传输效率很低，大约仅为千兆无源光网络的一半。 g p o n 2 0 0 1 年，在i e e e 积极制订e p o n 标准的同时，全业务接入网络( f s a n ) 组织 开始发起制订速率超过1g b i t s 的p o n 网络标准g p o n 。随后，i t u _ t 也介 入到这一新标准的制订工作中来，并于2 0 0 3 年1 月通过两个有关g p o n 的新标准 g 9 8 4 1 和g 9 8 4 2 ( 速率提高到2 5 gb i t s ) 。按照这一最新标准的规定，g p o n 可以提供1 2 4 4g b i t s 和2 4 8 8g b i t s 的下行速率以及所有标准的上行速率， 传输距离至少达到2 0k m ，具有高速高效传输的特点。而且，g p o n 还在传输汇聚 层采用了一个全新的标准g f p ，这是一种可以透明高效地将各种数据信号封装进 现有网络的、开放的、通用的标准信号适配映射技术，可以适应任何用户信号格 式和任何传输网络制式，全面体现了业务提供商对业务提供的灵活要求，而 a p o n b p o n 和e p o n g e p o n 对每种特定业务都需要提供特定的适配方法。由于采 用g f p 映射，g p o n 的传输汇聚层本质上是同步的，并使用标准s d h 的1 2 5ps 帧，因而使得g p o n 可以直接支持t d m 业务。 从提供的业务看，g p o n 不仅可以提供1 0 1 0 0m b i t s 、lg b i t s 的业务，而 且可以提供v l a n 业务和语音业务，事实上可以适应任何现有业务和未来新业务 的适配要求。g p o n 不是制造商驱动的技术标准，而是一种运营商驱动的标准， 因此具有更周到的运营利益考虑，速率更高，可达2 4g b i t s ；具有通用的映 射格式，可适应任何新老业务：具有丰富的运行、管理、维护和配置( o 搬p ) 特点；对各种业务均具有很高的传输效率，即便对于t d m 业务也能高效无开销地 传送。 由于三种p o n 技术的主要成本都是来自光接口的成本，因而其硬件成本相差 不多，传输效率是关键。g p o n 在扰码效率、传输汇聚层效率、承载协议效率和 业务适配效率等方面都是最高的，因此其总效率最高，等效系统成本最低。例如， 假设t d m 业务占l o ，数据业务占9 0 ，则g p o n 的总效率为9 4 ，而a p o n 和 e p o n 分别为7 2 和4 9 。总的来看，g p o n 似乎应该具有更广阔、更长远的应用 4 北京邮电大学硕士学位论文 第一章绪论 前景。 1 4 g p o n 系统的网络仿真工具 目前，通信网络规模日趋庞大，技术日趋复杂，网络的性能也变得越来越不 可预测，有效评估和研究网络技术、协议、性能成了迫切的需求。一般研究使用 现场实验、数学分析、仿真模拟3 种方法。在仿真模拟中，计算机可追踪网络设 计方案中的每一个细节，显示各细节变动所带来的结果，同其他形式的分析相比 仿真模拟更加现实和便捷，仿真结果也更直观和易于理解。随着通信网络的日益 复杂和计算机硬件能力的提高，通信网络仿真分析软件在网络设计、优化和评估 中将会占有越来越重要的地位。目前，比较优秀的、常用的仿真软件有：m i l3 公 司的o p n e t 、c a d e n c ed e s i g ns y s t e m s 公司下属a l t a 小组开发的b o n e s 和c a c i 公司的c 0 心e t 。 o p n e t o p n e t 是目前业界公认的最优秀的通信网络、设施、协议的仿真及建模工具。 它面向对象的建模方式和图形化的编辑器能够真实地反映实际网络及各网络成 分的结构，系统可以直接映射到模型上。它无与伦比的灵活性使得它几乎能够支 持所有类型的网络和网络技术，被广泛地用作网络的决策支持工具，用来对现有 的或设计中的网络、系统或进程的性能和行为进行细致洞察和分析。o p n e t 提供 了一些有效的工具帮助用户完成建模和仿真过程，从整体上可以分为：模型建立 和配置、仿真运行和结果分析3 部分。 b o n e s b o n e s ( b l o c ko r i e n t e dn e t w o r ks i m u l a t i o n d e s i g n e r ) 是一个交互式的通 信系统体系结构和协议的设计、仿真及分析软件，功能强大并且十分灵活，适用于 无线通信、多媒体、网络、计算机体系结构以及其他电子系统。 c 0 州e t c o m n e ti l l 也具有图形化的界面，使用也很方便，它适用于从简单的局域网到 复杂的企业级网络系统的性能分析和评估。 c o m n e t 能够分析诸如连接和节点利用率、消息延迟以及大型网络中的拥 塞点等问题；能够分析或预计现有网络拓扑结构的平均流量；能够对网络的性能 评估。 三种仿真软件比较 3 种通信网络仿真软件各有自己的特点和优势。下面给出它们的比较表。可 以看出无论是在仿真功能、面向对象的建模方式、模型库的扩展、继承性和可重 用性方面，还是动态监视和统计分析方面o p n e t 都更胜一筹，因此，我们选择 5 北京邮电大学硕士学位论文第一章绪论 o p n e t 作为g p o n 系统仿真的软件平台。 表i - i 三种仿真软件比较 o p n e tb o n e sc o m n e t 层次性网络、节点和进通过数据结构编通过子网实现 程，支持无辑器和模块 限嵌套的子网编辑器实现结构 化的层次性 面向对象的建模 是是是 模型库的扩展c p c + + 语言编c p c + + 语言编制在已有模型上修 制，用进程编辑器改，或购买扩展模 编辑全新的进程型库 继承性和重用性对象被创建成类较好较好 的形式，有很好的 继承性和重用性 适用范围几乎适用于各种很广，配合s p w 功一般局域网和各 网络，包括卫星通能进一步扩展，几种复杂的企业网 信和无线网络乎适用于各种网 络 动态观察支持支持支持 统计分析功能全面而强大 较强较强 并发性进程级模块级对象级 时间事件预定 事件预定延时语句 同步共有事件共有事件共有事件 进程间通信数据流 函数调用方法调用 算法结构复杂复杂 简单 使用平台 s o l a r i s h p u xw i n d o w s9 5 w i n d o w s n t4 0 s u n o sw i n d o w s n t4 0 ， h p u xs o l a r is ， s u n o s h p u x 1 5 论文的主要工作和论文结构 g p o n 系统是光接入网未来的发展方向，为了仿真模拟g p o n 系统，进行g p o n 系统的技术研究以及性能性能的分析，我们选择了功能强大的网络仿真软件 6 北京邮电大学硕士学位论文第一章绪论 o p n e t 。 在g p o n 项目中，我的主要工作是与项目组的其它成员合作，在o p n e t 网络 仿真软件平台上搭建g p o n 仿真系统。项目组的另外一些成员进行g p o n 系统动态 带宽分配算法的研究。 论文第一章简述了接入网的发展演变，引出了目前最先进的接入网技术 g p o n ，同时比较了三款网络仿真软件，选择o p n e t 作为项目的开发工具。在第二 章中，根据协议详细介绍了g p o n 网络系统的理论基础，分析了现有的三种动态 带宽分配算法的优缺点，并提出了“直接d b a 分配算法和“新两层d b a 分配算 法”两种改良的分配算法。在第三章中，分析了g p o n 系统的注册过程，完成了 系统组件的软件流程设计，并针对不同业务类型的数据源进行了建模，同时描述 了在软件建模中实现动态带宽分配的方法。第四章，也是本文的重点，在对o p n e t 仿真软件简单介绍后，详细说明了基于o p n e t 的g p o n 网络仿真平台搭建过程， 并章节最后给出了几种动态带宽分配算法在仿真平台上的仿真的结果分析。 7 北京邮电大学硕士学位论文 第二章吉比特无源光网络g p o n 2 1 引言 2 吉比特无源光网络g p o n 面向未来的宽带应用包括语音( v o i p 和视频电话) 、数据( 高速i n t e r n e t 业务) 和视频( i p ，r v ) 三大类。由于每一类宽带应用对接入带宽的需求不同，因 此需要选择不同的宽带接入方式。目前国内绝大多数宽带接入用户的主要应用是 高速互联网接入，选择x d s l 或l a n 即可满足绝大多数普通用户需求。当宽带用 户不仅满足于互联网接入的应用，还需要利用宽带接入实现其他各种宽带应用， 包括各种视频服务( 广播电视、皿t v 、v o d 等) 、视频会议、视频电话、交互网 络游戏等，原有的接入技术在带宽上就显得难以胜任了。随着宽带业务应用的多 元化及带宽需求的不断提高，近两年来全球范围内掀起了光纤接入的热潮。2 0 0 6 年，光纤接入技术( f t t x ) 取得了明显进展，美国、日本等国家的一些著名电信 运营商开始大规模建设光纤接入网。而g p o n 光纤接入方式可提供更高带宽，为 此类高端用户轻松提供充足的带宽享受各类宽带应用。在国内，随着运营商和设 备厂家共同推进的f t t h 试点项目在武汉、杭州、北京等地展开，以g p o n 技术为 代表的f 1 一t h f t t b 应用已从试验阶段进入到试商用阶段。专家预言，作为宽带 接入技术最新发展的g p o n 技术，未来几年内将为电信运营商全面转型提供有力 的支撑。 2 2 g p o n 系统简介 2 - 2 1 标准 1 9 9 5 年，f s a n 联盟成立，其目的是要共同定义一个通用的p o n 设备标准。 从1 9 9 8 年开始已提出了i t u - tg 9 8 3 系列标准，因它是用a t m 作传输协议，所 以名为a p o n ，其最高速率为6 2 2 m b i t s 。目前在北美、日本和欧洲都有a p o n 产 品的实际应用。但由于价格较高，又受到a t m 推广受阻的影响，所以a p o n 在市 场中也受到很大限制。 2 0 0 0 年底另一些设备制造商成立了第一英里以太网联盟( e f m a ) ，提出基于 以太网的p o n 的慨念，e p o n 。并促成i e e e 在2 0 0 1 年成立第一英里以太网( e f m ) 小组，开始正式研究包括1 2 5 g b i t s 的e p o n 在内的e f m 相关标准。 2 0 0 1 年底，f s a n 更新网页把a p o n 改名为b p o n ，即搿宽带p o n 。实际上， 在2 0 0 1 年1 月左右e f m a 提出e p o n 慨念的同时，f s a n 集团也开始进行i g b i t s 以上的p o n 标准的研究。除了需要支持更高的比特速率外，f s a n 提出“对全部 8 北京邮电大学硕士学位论文第二章吉比特无源光网络g p o n 协议开放地进行完全彻底地重新考虑 的正确决定，努力寻求一种最佳的、支持 全业务的、效率最高的解决方案。大多数先进国家运营商的代表，提出一整套“吉 比特业务需求( g s r ) 文档，作为提交i t u - t 的标准之一；反过来又成为提议和 开发g p o n 解决方案的基础。不同组织和厂商的推动下，2 0 0 3 年到2 0 0 4 年i t u t 颁布了描述g p o n 总体特性的g 9 8 4 系列标准。 g 9 8 4 1 ( g g p o n g s r ) 该标准的名称为吉比特无源光网络的总体特性，主要规范g p o n 系统的总体 要求，包括o a n 的体系结构、业务类型、s n i 和u n i 、物理速率、逻辑传输距离 以及系统的性能目标。 g 9 8 4 2 ( g g p o n p m d ) 该标准名称为吉比特无源光网络的物理媒体相关( p m d ) 层规范，于2 0 0 3 年定 稿，主要规范了g p o n 系统的物理层要求。g 9 8 4 2 规定了系统上下行速率，定 义了在各种速率等级下o l t 和o n u 光接口的物理特性，提出了1 2 4 4 g b p s 及其以 下各速率等级的o l t 和o n u 光接口参数。 g 9 8 4 3 ( g g p o n g t c ) 该标准名称为吉比特无源光网络的传输汇聚( r c ) 层规范，于2 0 0 3 年完成， 该标准规定了g p o n 的t c 子层、帧格式、封装方法、适配方法、测距机制、o o s 机 制、安全机制、动态带宽分配( d b a ) 和操作维护管理功能等。g 9 8 4 3 引入了一 种新的传输汇聚子层，用于承载a t m 业务流和g e m ( g p o n 封装方法) 业务流。g e m 是一种新的封装结构，主要用于封装那些长度可变的数据信号和t d m 业务。 g 9 8 4 4 ( g g p o n o m c i ) 该标准名称为g p o n 系统管理控制接口规范。2 0 0 4 年6 月正式完成的g 9 8 4 4 规范提出了对o m c l ( 光网络终端管理与控制接口) 的要求，目标是实现多厂家o l t 和o n t 设备之间的互通。该建议指定了协议无关的管理实体，模拟了o l t 和o n u 之间信息交换的过程。 2 2 2 系统结构 g p o n 由光线路终端o l t 、光网络单元光网络终端( o n u o n t ) 及光分配网络 o d n 组成。o l t 位于中心机房，向上提供广域网接口，向下对p o n 可提供光接口。 o n u 0 n t 放在用户侧，为用户提供应用接口，其对p o n 可提供光接口。上下行数 据工作于不同波长，从o l t 到o n u o n t 的方向为下行方向，采用广播发送的数据 流传输方式；反之为上行方向，采用基于统计复用的时分多址接入技术。p o n 一 般采用树形拓扑结构，在需要提供业务保护和通道保护的情况下，可加上保护环， 提供保护功能。 9 北京邮电大学硕士学位论文第二章吉比特无源光网络g p o n 2 2 3 速率等级 g g p o n g s r ( g 9 8 4 1 ) 对g p o n 的传输速率进行了定义，总共定义了7 种类型： 1 ) 1 5 5 5 2 m b s 上行，1 2 4 4 1 6 g b s 下行： 2 ) 6 2 2 0 8 m b s 上行，1 2 4 4 1 6 g b s 下行： 3 ) 1 2 4 4 1 6 g b s 上行，1 2 4 4 1 6 g b s 下行： 4 ) 1 5 5 5 2 m b s 上行，2 4 8 8 3 2 g b s 下行： 5 ) 6 2 2 0 8 m b s 上行，2 4 8 8 3 2 g b s 下行： 6 ) 1 2 4 4 1 6 g b s 上行，2 4 8 8 3 2 g b s 下行： 7 ) 2 4 8 8 3 2 g b s 上行，2 4 8 8 3 2 g b s 下行。 从上述速率等级可以看出，g p o n 将支持对称速率和不对称速率等级，这些速 率等级既考虑了当前的业务需求，也兼顾了将来的带宽需要。g 9