（光学工程专业论文）10gepon系统的动态带宽分配算法研究.pdf

蒯盹大学学位论燃性声明嬲 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表 示了谢意。 研究生签名：蓥咀狐日期：圣! 么竺二笸，哆 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文 的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以 公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权南京邮电大学研 究生部办理。 研究生签名：盎塑竖导师签名：娅日期： m o t o l 6ild 南京邮电大学 硕士学位论文摘要 学科、专业：工学光学工程 研究方向：光纤通信及其接入技术 作者：蔡明珠 指导教师：陈健副教授 题目：1 0 g e p o n 系统的动态带宽分配算法研究 英文题目：s t u d y o f d y n a m i c b 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 s o f10 g - e p o ns y s t e m 主题词：1 0 g e p o n ；时延；动态带宽分配；先进先出 k e y w o r d s ： 10 g e p o n ；d e l a y ；d y n a m i cb a n d w i d t h a l l o c a t i o n ； f i r s t i n f i r s t o u t 南京邮电大学硕士研究生学位论文摘要 摘要 当前，e p o n 作为重要的接入网技术已得到运营商的规模部署。但是随着d t v 、h d t v 、 视频会议、在线游戏等高带宽业务发展，传统的e p o n 将无法满足未来用户1 0 0 m i g 的 带宽需求，作为下一代e p o n 技术的1 0 g e p o n 受到关注。有效的上行链路动态带宽分配 算法决定了1 0 g e p o n 系统的性能，而i e e e 8 0 2 3 a v 标准对1 0 g - e p o n 具体的算法未进行 规定，因此1 0 g e p o n 的m a c 层算法成为目前宽带接入技术中新的研究热点之一。 在此背景下，论文在分析1 0 g e p o n 工作原理和关键技术等基础上，重点对其上行链 路动态带宽分配算法进行研究，给出一个可移植性强、灵活的动态带宽分配算法，为 1 g - e p o n 向1 0 g e p o n 的平滑过渡奠定有利的基础。 通过o p n e tm o d e l e r 仿真软件，论文首先在i g e p o n 中，比较分别采用静态带宽分 配算法、i p a c t 算法、o d b a 算法和s - d b a 算法时系统中业务的平均数据包时延。在此 基础上，将s - d b a 算法应用到1 0 g e p o n 系统中，分析系统存在的o n u 组间公平性问题。 。 为了减小e f 业务、a f 业务的平均数据包时延，并保证o n u 组间公平性，针对上述算法 存在的问题，论文随后根据1 0 g e p o n 系统特性，在现有算法的基础上，给出了s m d b a 2 算法。s m d b a 2 算法一方面支持e f 业务的先进先出，支持a f 业务、b e 业务的严格带 一 宽调度，另一方面可以根据1 0 go n u 的构成比例变化，灵活调节各类型o n u 的最小传输 窗口。 仿真结果表明：s m - d b a 2 算法一方面进一步减小了e f 业务、a f 业务的平均数据包 时延，更好地保证了e f 业务、a f 业务的服务质量。另一方面减小了不同o n u 组的平均 数据包时延差，保证了o n u 组间的公平性。由此可以得出，论文给出的s m d b a 2 算法 可适用于不同部署方式的1 0 g e p o n 系统中，并有助于提高1 0 g - e p o n 系统的性能。 关键词：1 0 g e p o n ；时延；动态带宽分配；先进先出 南京邮电大学硕士研究生学位论文 a b s t r a c t n o w a d a y s ，a sa ni m p o r t a n ta c 日眵sn e t w o r kt e c h n i q u e , 1 g b i t se t h e r n e tp a s s i v eo p t i c a l n e t w o r k ( ig e p o n ) h a sb e e nm a s s i v e l yd e p l o y e db ys e r v i c ep r o v i d e r s n e v e r t h e l e s s ，w i t ht h e d e v e l o p m e n to fh i 曲b a n d w i d t hs e r v i c e si n c l u d i n gi p h d t v , v i d e oc o n f e r e n c i n gs y s t e m ， o n l i n eg a m i n ga n ds oo n ，t h et r a d i t i o n a le p o nw i l lf a i lt om e e tt h er e q u i r e m e n to f10 0 m 一1g b a n d w i d t ho nt h ep a r to fu s e r si nt h ef u t u r e 1 0 g - e p o nk n o w na st h en e x tg e n e r a t i o no fe p o n a t t a i l 岱m o r ea t t e n t i o n e f f e c t i v eu p l i n kd 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 md e t e r m i n e st h e 10 g e p o ns y s t e mp e r f o r m a n c e h o w e v , a , i e e e8 0 2 3 a vs t a n d a r dd o e sn o ts p e c i f yt h e ，。 i d i o g r a p h i ca l g o r i t h mf o r1 0 g - e p o ns y s t e m a c c o r d i n g l y , 1 0 g e p o nm a cl a y e ra l g o r i t h m h a sb e c o m eo n eo f n e wr e s e a r c hh o t s p o t so f b r o a d b a n da c i c e s st e c h n o l o g i e s ， u n d e rs u c hc i r c u m s t a n c e s ，t h i sd i s s e r t a t i o nm a k e sam a j o rr e s e a r c ho nu p l i n kd y n a m i c b 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 so f1 0 g - e p o ns y s t e ma f t e ra n a l y z i n gt h e10 g - e p o ns y s t e m t h e o r ya n dk e yt e c h n o l o g i e s a n dw ep r o p o s e af l e x i b l ea l g o r i t h mw i t hg o o dp o r t a b l i t i l yt oh e l p s m o o t hm i g r a t i o nf r o m1g e p o nt o10 ( 3 - e p o n t h r o u g ho p n e tm o d e l e r , t h i sd i s s e r t a t i o nf i r s t l yc o m p a r e sa v e r a g ep a c k e td e l a y so f s e r v i c e sa c h i e v db ys t a t 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 ，i p a c ta l g o r i t h m ，o - d b aa l g o f i t h r a a n ds - d b a a l g o r i t h mi n1g - e p o ns y s t e m o nt h eb a s i so ft h a t , i ta p p l i e ss - d b aa l g o r i t h m si n 10 g - e p o ns y s t e m , a n da n a l y z e st h ef a i r n e s si s s u eb e t w e e no n ug r o u p si n10 g - e p o n f o l l o w i n gt h a t , a c c o r d i n gt ot h ep r o b l e m so ft h ea b o v ea l g o r i t h m sa n dt h ec h a r a c t e r i s t i co f 10 g - e p o ns y s t e m ，t h i sd i s s e r t a t i o np r e s e n t san e ws o r to fb 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 n a m e ds m - d b a 2a l g o r i t h mt or e d u c ea v e r a g ep a c k e td e l a yo fe f ( e x p e d i t e df o r w a r d i n g ) a n d a f ( a s s u r e df o r w a r d i n g ) s e r v i c ea n de n s u r et h ef a i r n e s sb e t w e e no n ug r o u p s o no n e h a n dt h i s a l g o r i t h ms u p p o r t sf i r s ti nf i r s to u to fe fs e r v i c ea n ds u p p o r t sa s t r i c tb a n d w i d t ha l l o c a t i o nf o r a f , b e ( b e s te 筋r t ) s e r v i c e ，o nt h eo t h e rh a n dc o u l df l e x i b l ya d j u s tm i n i m u mt r a n s m i s s i o n w i n d o wo fd i f f e r e n tt y p e so fo n ua c c o r d i n gt ot h ec h a n g eo ft h ec o m p o s i t i o nr a t i oo fio g o n u t h i ss i m u l a t i o nv e r i f i e st h a ts m - d b a 2a l g o r i t h mc o u l df u r t h e rr e d u c et h ed e l a yo fe f 、a f s e r v i c e ，t h e r e f o r ee n s u r e st h eq o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) o fe fa n da fs e r v i c eb e t t e r b e s i d e s ，t h i s a l g o r i t h mr e d u c e sa v e r a g ep a c k e td e l a yd i f f e r e n c eb e t w e e no n ug r o u p s ，w h e r e f o r e ，e n s u r e st h e 重室堡皇奎兰堡主堑壅生学位论文a b s t m d f a i r n e s so fo n u g r o u p s a c c o r d i n g i n gt ot h e s e , t h ep r o p o s e ds m d b a 2a l g o r i t h mc o u l db e a p p l i e di n t od i f f e r e n td i s p o s i t i o nm o d e so f10 g - e p o ns y s t e m , a n dh e l p st oi m p r o v et h e p e r f o r m a n c eo f10 g e p o ns y s t e m k e yw o r d s ：io g - e p o n ；d e l a y ；, d y n a m i cb a n d w i d t ha l l o c a t i o n ；f i r s t - i n - f i r s t - o u t i i i 2 3 1 测距技术、同步技术、时延补偿8 2 3 2 d b a 9 2 3 3 安全机制1 0 2 4 】岫c l 11 2 4 1 报告帧1 1 2 4 2 授权帧1 2 2 4 3 注册请求帧1 4 2 4 4 注册帧1 5 2 4 5 注册确认帧1 6 2 4 6m p c p 的变化1 7 2 5 上行周期的时隙损耗因素1 7 2 5 1 保护带宽时隙损耗1 7 2 5 2r e p o r t 帧占用时间时隙损耗1 8 2 5 3 未利用时隙碎片损耗1 9 2 5 4 未利用时隙损耗1 9 i v 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章 2 5 5 闲置时间时隙损耗 2 5 6f e c 时隙损耗21 2 6 本章小结2 1 第三章带宽分配算法2 2 3 1 带宽分配算法的评价指标2 2 3 2 静态带宽分配算法2 3 3 3 d b a 算法2 3 3 3 1 i p a c t 算法。2 3 3 3 2 o - d b a 算法2 4 3 3 3 s - d b a 算法2 7 3 41 g - e p o n 系统中算法的仿真与分析3 0 3 4 1 系统及数据源模型3 0 3 4 2 各算法实现的1 g - e p o n 系统性能比较3 7 3 4 3 各种算法性能总结4 0 3 5 本章小结4 1 第四章1 0 g - e p o n 系统d b a 研究4 2 4 1s m - d b a 2 算法原理。4 2 4 1 1 灵活地分配最小传输窗口4 2 4 1 2 支持e f 业务先进先出4 3 4 1 3 对a f 业务及b e 业务实行严格带宽分配4 6 4 1 4 带宽分配原理。4 7 4 2 仿真结果与性能分析4 9 4 3 s m d b a 2 算法的优缺点及其应用价值5 5 4 4 本章小结5 6 第五章总结与展望5 7 致谢5 9 参考文献。6 0 附录i 注释表一6 4 附录i i 攻读学位期间发表的学术论文6 6 v 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 11 0 g - e p o n 的发展历程及趋势 在光纤传输技术飞速发展的同时，骨干网的光纤化已经在大面积地实现。网络宽带的 瓶颈出现在接入网这部分，也就是“最后一公里问题。接入网的宽带化和口化将是接 入网发展的主要趋势，是广大研究人员研究的重点问题【l 捌。 无源光网络技术( p a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k , p o n ) 采用光纤作为传输媒介，没有有源节 点，具有对业务透明、运行维护费用低和易于升级等优点，是三网( 电话网、电视网、因特 网) 融合的理想平台。其中以太无源光网络( e t h e m e tp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k ，e p o n ) 技术 融合了低成本、高带宽的以太网设备和低成本的光纤网技术，具有与p 业务紧密结合等诸 多优势，是解决“最后一公里 的一种非常经济的宽带接入解决方案闷。目前，1 g - e p o n 在日本、韩国、中国等各地运营商中得到一定规模地部署，成为f t t x 最佳的接入解决方 案之一。在国内由于布线和部署家庭网络成本较高等原因，e p o n 主要采用 f t r b + d s l l a n 的模式【7 1 。 随着在线视频、玎p 1 v 、视频点播、口电话等综合业务的迅速发展，未来用户的带宽需 求将达到1 0 0 m i g b i t s 。面对如此大的带宽需求，1 g - e p o n 将无法满足业务的服务质量 要求，具有更高带宽的1 0 g e p o n 系统将发挥重要的作用【8 - 9 】。 为了满足更高带宽的需要，寻求i g - e p o n 向1 0 g - e p o n 低成本平滑过渡的解决方案， i e e e 于2 0 0 6 年成立了新的研究小组，研究和制定下一代e p o n 技术1 0 g - e p o n 的标准即 i e e e8 0 2 3 a v 。为了尽可能减少升级成本，它对原有标准的改动较少，改动主要集中在物 理层，重点对实现1 g e p o n 与1 0 g - e p o n 兼容的技术进行规范【协1 4 1 。经过3 年多的时间， i e e e8 0 2 3 a v 于2 0 0 9 年9 月正式公布。 自1 0 g e p o n 提出之后，国内外众多学者对1 0 g - e p o n 进行了研究。g l e nk r a m e r 和 t e k n o v u s 论述了1 0 g - e p o n 的市场驱动力，讨论了1 g e p o n 向1 0 g e p o n 演进存在的问 题，并提出了解决方案【”】。m a r e kh a j d u c z e n i a 等人介绍了1 0 g e p o n 的接入模式和波 长情况，并对i g 1 0 ge p o n 共存系统物理层的协议栈进行探讨，分析双速率o l t 的内 部结构【1 6 】。y o s h i f u m ih o t t a 等人通过现场可编程门阵列( f i e l dp r o g r a m m a b l eg a t e a r r a y ，f p g a ) 平台建立了1 0 g 1 0 ge p o n 和1 g e p o n 共存的系统的模型，通过实验验 证了系统的可行性，得出了1 0 g 光网络单元( o p t i c a ln e t w o r ku n i t o n u ) 、1 go n u 最大的上行吞吐量分别为8 4 6 g ，9 4 0 8 m | 1 7 】。r y o g ok u b o 等人结合睡眠和链路速率控 l 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一荤绪论 制机制，提出一种可以减少l o g e p o n 系统功率损耗的混合控制机制【1 8 】。m a r e k h a j d u c z e n i a 等人分析了1 0 g e p o n 系统存在的开销，并通过实验得出在不同的分光比 和轮询周期的条件下，1 0 g e p o n 系统分别实现的吞吐量。如当分光比为l ：3 2 ，轮 询周期为l m s 时，1 0 g e p o n 系统实现的净吞吐量为8 4 7 g i ”】。 近年来，国内学者关于1 0 g e p o n 的研究成果也不断出现。张锦程等人综述了 1 0 g e p o n 的实现原理，对国内外目前关于1 g e p o n 与1 0 g e p o n 共存的解决方案如 全模式波分、按速率的波分、上行时分进行了总结与评述【2 0 1 。王琳等人在2 0 0 8 年中 国通信学会第五届学术年会上，对i g e p o n 至0 1 0 g e p o n 演进的关键技术进行了综述 分析【2 1 1 。周筠等人在2 0 0 9 年5 月的光网络期刊上，对1 0 g e p o n 标准进展情况进行介 绍，分析了1 0 g e p o n 的技术特点和1 g 1 0 ge p o n 共存系统的分层结构【2 2 1 。熊念等人 提出了三种基于1 0 g e p o n 技术的组网模式，分别应用于家庭、企业和移动基站的接 入【2 3 1 。韩盛杰等人在f p g a 平台上，设计出1 0 g e p o n q 了的o n u 模型，并通过实验验 证其对o n u 基本功能的支持【2 4 1 。周宇等人对高级加密标准( a d v a n c e de n c r y p t i o n s t a n d a r d ，a e s ) 算法在1 0 g e p o n 中的应用进行了研究，并提出了1 0 g e p o n 下行帧 传输的加密解决方案【2 5 1 。 1 0 g e p o n 技术的理论研究对其实践具有一定的指导意义。目前，1 0 g e p o n 无论是在 运营商、芯片、模块等方面都已经做好积极地准备，产业链也日趋成熟 2 6 - 2 r l 。i e e e i 作小 组在制定8 0 2 3 a v 标准时考虑了1 0 g e p o n 与1 g e p o n 的兼容，引起了运营商对 1 0 g e p o n 系统地青睐。中国电信在全球首家启动1 0 g - e p o n 互通性测试，法国电信也 完成了1 0 g e p o n 系统的测试。在已部署1 g - e p o n 系统的区域，为了保护运营商的投资， 1 0 g - e p o n 系统的建设需要经历一个i g - e p o n 系统向1 0 g - e p o n 系统过渡的阶段，过渡阶 段的系统称之为1 6 1 0 6e p o n 共存系统。目前，在国内的部分省份如江苏、广东均部署了 这样的系统。运营商对1 0 g e p o n 的需求推动了l o g e p o n 技术的发展，各厂家加快了对 标准细节的理解统一。 在媒体接入控$ 1 j ( m e d i aa c c e s sc o n t r o l ，m a c ) 芯片进展方面，1 g e p o n 系统的芯片厂家 全面启动1 0 g e p o nm a c 芯片研发，并纷纷推出样品。而国内芯片研发力量的聚集，也将 进一步推动下一代p o n 的发展。预计至u 2 0 l o 年，多家o n u o l t 专用集成电路( a p p l i c a t i o n s p e c i f i ci n t e r g r a t e dc i r c u i t s ，a s i c ) 斟i 将上市。国内设备商华为、中兴和烽火均实现了1 0 g e p o 州e 对称技术，中兴在今年5 月推出了全球首台对称1 0 g e p o n 设备样机 2 s 】。 虽然目前对1 0 g 1 0 ge p o n 系统的建设较少，但随着1 0 g 光模块技术的成熟以及成本 的不断降低，网络中将直接采用1 0 g 1 0 ge p o n 系统，不但可以解决高端用户的下行带宽 2 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 需求，还为满足高质量的上行业务需求做好准备【2 9 】。 1 2 论文问题的提出 随着i p t v 、h d t v 、视频会议、在线游戏等高带宽业务的发展，具有高带宽的1 0 g e p o n 成为最有前途的下一代接入网技术。1 0 g e p o n 系统具有点对多点的网络拓扑结构，在 m a c 层，上行链路通信采用时分多址接入( t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，t d m a ) 的方式 避免不同数据的冲突，因此有效的上行链路动态带宽分配( d y n a m i cb a n d w i d t h a l l o c a f i o n , d b a ) 算法决定了1 0 g e p o n 系统的性能。i e e e8 0 2 3 a v 标准未对1 0 g - e p o n 具体的算法进行规定，因此研究1 0 g - e p o n 系统的d b a 算法成为目前宽带接入技术中新 的研究热点。如何在8 0 2 3 a v 的基础上，设计出高带宽利用率、小端到端时延和时延抖动、 保证业务的服务质量( q u a l i t yo fs e r v i c e ，q o s ) 、公平分配带宽、实时性强、可移植性强 的上行链路带宽分配算法，决定着1 0 g - e p o n 系统性能。目前研究的现状包括： 文献 3 0 】中，作者提出了联合带宽分配算法，可支持区分业务类型及多重服务提供者 的接入，并通过实验验证该算法分别在1 0 g e p o n 系统与1 g e p o n 系统中实现的性能。虽 然该算法可以减小语音业务等的平均数据包时延，但是算法忽略了1 0 g e p o n 系统中主要 的f e c 开销，且未考虑1 g 1 0 ge p o n 共存系统的算法要求，因此算法的可移植性不强。文 献【3 l 】也存在同样的问题。文献 3 2 】中，作者针对1 g 1 0 ge p o n 共存系统的d b a 设计要求， 提出w o c e d b a 算法。虽然在一定程度上，w o c e - d b a 算法保证了各类型o n u 组间的公 平性，提高了饱和吞吐量，但是它存在了未利用时隙碎片损耗和闲置时间时隙损耗等，降 低了系统的性能。 论文针对上述文献中算法存在的问题并根据1 0 g e p o n 系统的特性，对1 0 g e p o n 系统 的d b a 算法进行了研究。在现有算法的基础上，给出了s m d b a 2 算法。该算法可以解决 系统存在的o n u 组间公平性问题，减小系统存在的时隙损耗，从而提高1 0 g e p o n 系统的 性能。 1 3 论文的篇章结构 论文篇章结构如下： 第一章介绍1 0 g e p o n 的发展历程及趋势，提出论文研究的问题。 第二章首先分析了1 0 g e p o n 的链路特点，随后总结了它的工作原理及关键技术，最 后分析了它的上行周期时隙损耗因素。 3 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 第三章首先分析t d b a 算法的评价指标；随后比较静态带宽分配算法、交织轮询自适 应周期( i n t e r l e a v e dp o l l i n gw i t ha d a p t i v ec y c l et i m e , i p a c t ) 算法、o d b a 算法、s - d b a 算法在1 g e p o n 系统中实现的平均数据包时延，并对各算法实现的系统性能进行总结。得 出s d b a 算法是几个算法中最优的算法。 第四章根据1 0 g e p o n 系统的特性，在现有的算法基础上，给出一种新的算法 s m d b a 2 算法。该算法一方面支持e f 业务的先进先出，支持a f 业务、b e 业务的严格 带宽调度，其目的是进一步减小e f 业务、a f 业务的平均数据包时延。另一方面它根据1 0 g o n u 的构成比例变化，灵活调节各类型o n u 的最小传输窗口，其目的是减小o n u 组的 平均数据包时延差，保证o n u 组间的公平性。并通过实验验证算法实现的性能。 第五章对本文进行了总结，简要说明论文算法研究尚待解决的问题，同时对1 0 g e p o n 系统进行了展望。 4 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章l o g e p o n 技术及时隙损耗分析 第二章1 0 g - e p o n 技术及时隙损耗分析 1 0 g e p o n 系统采用的是点到多点的无源光网络，主要由光线路终端( o p t i c a ll i n e a l ：t e r m i n a l ，o l t ) 、光分配网( o p t i c a ld i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，o d n ) 、o n u 组成。o l t 使用单 ! 光纤收发器，通过p o s 构建的树形或者总线网络为不同用户提供服务。1 0 ge p o n 协议使 用t d m a ，在此机制下，o l t 不仅将广播下行数据，同时还将与所有o n u 实现信息同步。 o n u 可根据数据包地址信息识别下行数据。在上行方向上，o l t 将为各个o n u 分配传输 数据的时间周则3 3 - 3 5 1 。 2 1 链路特点 l o g e p o n 的物理编码子层( p h y s i c a lc o d i n gs u b l a y e r , p c s ) 采用6 4 b 6 6 b 编码。 它的编码效率达到9 7 ，使1 0 g - e p o n 的链路速率达到1 0 3 1 2 5 g b i t s 。为了与 1 g e p o n 兼容，使1 0 g e p o n 的o n u 可以与i g e p o n 的o n u 共存在一个p o n 平 台上，i e e e8 0 2 3 a v 确定了两种物理层模式。一种是非对称模式1 0 1 g b a s e p r x ， 即1 0 g b i t s 速率下行和1 g b i t s 速率上行，记作1 0 g 1 ge p o n 。另外一种是对称模式 1 0 g b a s e p r ，即上、下行速率均为1 0 g b i t s 【1 3 】，记作1 0 g 1 0 ge p o n 。 2 2 工作原理 由于论文对1 0 g e p o n 系统的带宽分配算法研究主要针对1 0 g 1 0 ge p o n 系统 及i g i o ge p o n 共存系统，因此在这里对1 0 g 1 0 ge p o n 系统及1 g 1 0 ge p o n 共 存系统的原理进行介绍。 2 2 1lo g l o ge p o n 系统 1 0 g 1 0 ge p o n 系统中存在一种o n u ，即1 0 g 1 0 go n u 。如图2 1 所示。 5 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章1 0 g e p o n 技术及时隙损耗分析 图2 11 0 g 1 0 ge p o n 系统的体系结构 3 6 1 在下行方向上，o l t 以广播方式发送数据帧，经1 ：n 的无源分路器传递到各个o n u 。 每个帧都有一个逻辑链路标识( l o g i c a ll i n ki d ，l l i d ) 域来标识不同o n u 。每个o n u 只 接收与其m 相同的分组，其他分组丢弃。例如，所有的分组都以广播的方式发送到o n u l ， o n u l 只接收以其d 相同的l 撑分组，而丢弃其他分组。1 0 g 1 0 ge p o n 系统的下行只有一 种波长窗口，因此不需要采用波分复用( w a v e l e n g t hd i v i t i o nm u l 邱l e x i n g ，w d m ) 技术。 如图2 2 所示。 图2 2 下行数据流示意匿t t 3 6 ) 在上行方向上，1 0 g e p o n 采用较为复杂的时分多址( t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s ，t d m a ) 技术。通过t d m a 技术将上行信道划分为若干时隙，由o l t 安排o n u 在 其分得的时隙内发送数据帧。o n u 在发送的数据帧中加上l l i d ，o l t 就可以获知该数据 帧是由哪个o n u 发送而来。由于p o s 具有方向性，使得来自o n u 的包只能到达o l t ， 而不能到达其他的o n u 。1 0 g e p o n 系统上行传输原理如图2 3 所示。 6 8 利l o g ，1 0 g o n u s 图2 41 g 1 0 ge p o n 共存系统的体系结构f 2 1 1 7 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章l o g e p o n 技术及时隙损耗分析 静 + j 的 d b o g bd s m g 雨甄虱丽 图2 5 具有双速率收发器的o l l 1 习 在下行方向上，o l t 为各个帧增加了l l i d ，然后选择相应的路径发送。速率为1 0 g b i t s 和1 g b i t s 的下行路径具有不同的波长，分别为：1 5 7 7 n m 和1 4 9 0 r i m ，因此o l t 需要采用 w d m 方式将两种速率的信号复用后向下传输给所有类型的o n u 。1 0 g 1 go n u 、l o g 1 0 g o n u 与1 go n u 通过波长过滤器从下行的双波长信号中，提取对应于自己的波长信号， 随后根据l l i d 从相应的波长信号中提取数据帧，并发送到相应的用户网络接口( u s e r n e t w o r ki n t e r f a c a , u n i ) 。 在上行方向上，由于波长在1 3 1 0 ：l ：5 0 n m 外的传输窗口存在严重的色散，因此上行信道 上，1 g b i t s 和1 0 g b i t s 突发信号的传输将通过双速率t d m a 方式共享1 3 1 0 a ：5 0 n m 波长信 道。时隙调度器计算各个o n u 获得的时隙，并经过往返时延( r o u n d - t r i pt i m e ，r t t ) 补偿 后发送数据。各个o n u 将自己的l l i d 添加到发送的突发数据中，以便o l t 通过l l i d 识别上行数据来自哪个o n u 。当双速率的上行信号通过3 d b 耦合器传送到1 0 g b i t s 和 1 g b i t s 的光突发接收机后，1 0 g c d r ( c l o c kd a t ar e c o v e r y ) 和i g c d r 将恢复自己的速 率信号【3 7 4 。 2 3 关键技术 2 3 1 测距技术、同步技术、时延补偿 在1 0 g e p o n 系统中，各个o n u 到o l t 的物理距离一般是不相等的。在共用信道时， 为了保证每一个上行数据不受“因物理距离不同而导致的延迟的影响，精确地插入到指 定的时隙且彼此不发生碰撞，1 0 g e p o n 系统需要具备测距的功能，实时地测量每一个 o n u 与o l t 之间距离。在此基础上，o l t 实时地控制每个o n u 的具体发送时间，以 保证各个o n u 的上行数据在o l t 规定的时刻到达共用信道，使之不会相互冲突。利用测 距技术计算i m 原理如图2 6 所示。 j 1 墙p篓翮 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章1 0 g - e p o n 技术及时隙损耗分析 o l t l o c a l陆豫= t oo l t i o c 街憾= 毂 再丽驾fa姻e- 咐 协瞻 0 删 卜- 一卜k 寸一 t i m e 鼬t o n u 嘲钒= 缸洲喇撕：t 1 图2 6 通过测距技术计算r t r 的原理【4 2 】 1 ) o l t 在绝对时间t o 发送一个g a t e ； 2 ) o n u 接收到g a t e 后，将本地计数器调整为t o ； 3 ) o n u 在t t 时刻发送r e p o r t ，r e p o r t 包含o n u 的本地时间t l ； 4 ) o l t 在绝对时间t 2 接收到r e p o r t 。 所以瑚r r - i t d 0 w n s 弧e m + 1 n 鹏1 1 t e 纵= i t r e s p o n s t w h ：( t ：厂嘞) r ( t l i t o ) = t 2 - t l 。 计算r ! r r 的第二步就是一个系统同步的过程，使o n u 实时地与o l t 保持时钟同步。 在1 0 g 1 0 ge p o n 系统中，由于o l t 与o n u 的计数器都是基于相同速率，因此同步实现 的机制与1 g - e p o n 系统相同。在1 g l o ge p o n 共存系统中，用于1 g b i t s 和l o g b i t s 信 号的时钟速率没有整数倍的关系，会导致内部m a c 客户层抖动，因此d b a 必须基于单个 时钟速率。 o l t 一般以离自己最远o n u 的时延为基准，算出各个o n u 的时延补偿，并通知o n u 。 o n u 收到o l t 发送给它的授权信息后，并不是立即就发送信息，而是经过一段时延补偿 后，再发送自己的信息，其发送时刻为丁一尺刀，其中r 为轮询周期。 2 3 2d b a d b a 使o l t 能够根据o n u 的请求信息为o n u 分配带宽。它能灵活地定制网络行为，以 满足不同的载波需求，进而能迅速适应包括阻塞因素在内的各种可能的挑鲥3 3 1 。 9 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章1 0 g e p o n 技术及时隙损耗分析 1 0 g - e p o n 系统是种点到多点的结构，上行信道采用t d m a 方式实现对共享媒质的 访问。如何进行时隙分配，如何充分利用带宽资源，如何根据各个o n u 的服务等级协定保 证业务的q o s 及不同o n u 的公平性就成为d b a 所要解决的问题。d b a 算法的分配方式主要 包括集中式和分布式。 分布式d b a 算法中，o l t 不参与带宽分配，由o n u 决定发送数据的时刻和所发的数 据量。各个o n u 必须在发送数据之前先发送一个特定的消息，告诉其它o n u 它所要传送 的数据量。下一个轮询的o n u 监视前一个o n u 的传输，以便刚好在前一个o n u 数据传 输完毕后开始发送数据。这种方式既能解决冲突问题又充分利用了带宽。但由于它要求各 个o n u 之间互通的消息过多，因此分布式d b a 算