（通信与信息系统专业论文）pon无源光接入网上行链路调度算法研究.pdf

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。p o n 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。m a c 层上 行链路的多址接入访问控制机制和带宽分配算法在p o n 网络技术中占有重要 地位，是决定p o n 性能以及实现多业务接入的关键。本文即在介绍p o n 接入 网技术的基础上，重点研究能支持多种业务、并可提供o o s 保证的p o nm a c 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e p o n 技术标准和基本原理，特别是m p m c 多点m a c 控制子层和 m p c p 协议进行了较为深入的分析介绍，重点分析和研究了e p o n 上行链路的 d b a 算法，提出了一种综合增强的基于混合带宽分配的e p o n 上行链路d b a 算法，也即i e h g d b a 。i e h g - d b a 算法，采用了g a r 和g b r 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q o s 保证 支持，对e f 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a f 和b e 类业务的所获得的带宽分配。此外，m h g - d b a 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a f 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i e h g d b a 算法的有效性和优越性。 本文对g p o n 技术标准和基本原理，特别是g t c 层上行链路d b a 机制进 行了较为深入的分析介绍。在此基础上，遵照i t u - t 规范，提出了一种基于周 期轮询的公平迭代g p o n 上行链路d b a 算法。这种g p o n 上行链路d b a 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o p n e tm o d e l e r 对g p o n 上行链路d b a 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。 s u c c e s s h p o n 是s t a n f o r d 大学提出的一种下一代t d m w d m 混合p o n 技术，具有实现成本较低，可兼容现有t d m p o n ，并可实现从t d m p o n 向 w d m p o n 平滑过渡等优点。本文在对s u c c e s sh p o n 架构和基本原理进行 介绍的基础上，重点研究了其m a c 层协议和调度算法，设计了一种既可实现 对d w d m 调谐器件和波长资源高效动态利用，又可提供公平性和o o s 支持的 m a c 调度算法。并且，这种m a c 调度算法，可以很容易的进行修改，以实现 更复杂精细的o o s 支持。 关键词：以太无源光网、吉比特无源光网、波分复用无源光网、多址访问 控制、动态带宽分配算法、服务质量、周期轮询 a b s t r a c t u n d e rt h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o na n dc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g i e si n m o d e ms o c i e t y , c o p p e ra c c e s sn e t w o r k sa r en ol o n g e rt om e e tp e o p l e sg r o w i n g d e m a n df o rb r o a d b a n da c c e s sa n dd e p l o y i n go p t i c a la c c e s sn e t w o r k sb e c o m em o r e a n dm o r ei m p e r a t i v e f u t h e r m o r e ，b e c a u s ep o nh a v es e v e r a li n t r i n s i ca d v a n t a g e s ，i t i st h ei n e v i t a b l ec h o i c eo fo p t i c a la c c e s sn e t w o r k u p s t r e a mm u l t i p l ea c c e s sc o n t r o l m e c h a n i s ma l o n gw i t hr e l e v a n tb a n d w i d t ha l l o c a t i o na l g o r i t h ma tm a cl a y e r o c c u p yav e r yi m p o r t a n tp o s i t i o ni np o nt e c h n o l o g i e sa n dp l a yak e yr o l ei n d e c i d i n gp o np e r f o r m a n c ea sw e l la sr e a l i z i n gm u l t i s e r v i c ea c c e 鼹s u p p o r t a tt h e b a s e o fi n t r o d u c i n gp o nt e c h n o l o g i e s , t h i st h e s i sf o c u s e so nt h er e s e a r c ho f u p s t r e a mm u l t i p l ea c c e s sc o n t r o lm e c h a n i s ma n dr e l e v a n t b a n d w i d t ha l l o c a t i o n a l g o r i t h mo fp o nm a c t h a tc a ns u p p o r tm u l t i s e r v i c ea c c e s sa n dp r o v i d e0 0 s g u a r a n t e e s t h em a i nw o r ka n ds t u d ya r ea sf o l l o w s t h i st h e s i sg i v e sa ni n - d e p t hi n t r o d u c t i o na n da n a l y s i so fe p o nt e c h n o l o g y s t a n d a r d sa n dp r i n c i p l e s , e s p e c i a l l yt h em u l t i p o i n tc o n t r o ls u b l a y e ra n dm u l t i p o i n t c o n t r o lp r o t o c 0 1 i tf o c u s e so nt h es t u d yo fe p o nu p s t r e a md y n a m i cb a n d w i d t h a l l o c a t i o na l g o r i t h ma n dp r o p o s e sai n t e g r e a t e de n h a n c e de p o nu p s t r e a md b a a l g o r i t h mb a s e d o nh y b r i db a n d w i d t ha l l o c a t i o n ，n a m e l yi e h g - d b a i e h g d y n a m i cb a n d w i d t ha l g o r i t h mu t i l i z e sh y b r i dg a r g b rb a n d w i d t ha l l o c a t i o n m e t h o d , r e a l i z e so o sg u a r a n t e e sf o rd i f f e r e n t i a t e ds e r v i c e sa n do p t i m i z e sf o re f s e r v i c e s m o r e v o e r , t h i sa l g o r i t h mc a l lf l e x i b l l ya d j u s tb a n d w i d t ha l l o c a t i o nr a t i o b e t w e e na fa n db es e r v i c e sb ys e tr e l e v a n tw e i g h t s f u r t h e r m o r e ，i e h g d b a i m p r o v e st h e o v e r a l lp e r f o r m a n c eb yu t i l i z i n gi t e r a t i v ee x c e s s i v eb a n d w i d t h a l l o c a t i o n ，o p t i m a l l ya r r a n g i n gp o l l i n go r d e ra n dp r e d i c t i n gu p c o m i n ga fs e r v i c e p a c k e t sw h i l eg e n e r a t i n gs t a t u sr e p o r t so fa fs e r v i c e a tl a s t ，h i st h e s i sg i v e st h e c o m p t e rs i m u l a t i o nr e s u l t sa n da n a l y z e st h e s er e s u l t s ，v e r i f y i n gt h ee f f e t i v e n e s sa n d s u p e r i o r i t yo ft h ep r o p o s e da l g o r i t h m t h i st h e s i sg i v e sa ni n - d e p t hi n t r o d u c t i o na n da n a l y s i so fg p o nt e c h n o l o g y s t a n d a r d sa n dp r i n c i p l e s ，e s p e c i a l l yt h eg t cl a y e ru p s t r e a md b am e c h a n i s m s a f t e rt h a tt h i st h e s i ss t u d i e st h eg p o nu p s t r e a md b a a l g o t i t h ma n dp r o p o s e saf a i r a n di t e r a t i v eu p s t r e a md b aa l g o r i t h mb a s e do nc y c l i cp o l l i n gf o l l o w i n gt h e1 t u t s t a n d a r d s t h ep r o p o s e da l g o r i t h mh a st h ef o l l o w i n ga d v a n t a g e s ：1 ) b a s e do nc y c l i c p o l l i n g , e a s yt oi m p l e m e n t ；2 ) g u a r a n t e e sf a i r n e s s ，f a i r l ym a k ed y n a m i cb a n d w i d t h a l l o c a t i o n ；3 ) d y n a m i cb a n d w i d t ha l l o c a t i o ni si t e r a t i v ea n di n c r e a s en e t w o r k b a n d w i d t hu t i l i z a t i o n t h i st h e s i sa l s og i v e st h em e t h o do fh o wt om o d e l i n gg p o n u p s t r e a md b a m e c h a n i s m su s i n go p n e tm o d e l e ra n dt h e na n a l y z e sa n dv e r i f i e s t h ep r o p o s e da l g o r i t h mt h r o u g hc o m p u t e rs i m u l a t i o n s u c c e s s - h p o ni san e x tg e n e r a t i o nt d m w d mh y b r i dp o nt e c h n o l o g i e s p r o p o s e db ys t a n f o r du n i v e r s i t y , w h i c hh a sl o w e rn e t w o r kc o s t s ，i sc o m p a t i b l ew i t h l e g a c yt d m - p o na n dc a l lu p g r a d ef r o mt d m p o ns m o o t h l y t h i st h e s i s i n t r o d u c e st h ea r c h i t e c t u r ea n dp r i n c i p l e so fs u c c e s s - h p o n ，f o c u s e so nt h es t u d y o fm a c p r o t o c o la n ds c h e d u l i n ga l g o r i t h mo fs u c c e s s i - i p o na n dp r o p o s e sa n e wm a c s c h e d u l i n ga l g o r i t h mw h i c hc a nn o to n l yr e a l i z ee f f i c i e n tu t i l i z a t i o no f d w d mt u n a b l ed e v i c e sa n dw a v e l e n g t hr e s o u r c e s ，b u tc a np r o v i d ef a i r n e s sa n dq o s g u a r a n t e e s f u t h e r m o r e ，t h i sa l g o r i t h mc a nb ee a s i l yr e v i s e dt or e a l i z eb e t t e rq o s c o n t r o la n ds u p p o r t k e y w o r d s ：e p o n ，g p o n , w d m - p o n , m u l t i p l ea c c , e 8 8c o n t r o l ，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 ，q o s ，c y c l i cp o l l i n g i v 缩略语 英文全拼 a s s u r e df o r w a r d i n g a l l o c a t i o ni d e n t i f i e r a s y n c h o n o u st r a n f e rm o d e a t mp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k a r r a y e dw a v e g u i d eg r a t i n g b e s t e 黝 b a n d w i d t hg u a r a n t e e d p o l l i n g b r o a d b a n dp a s s i v eo p t i m a ln e t w o r k b a n d w i d t h c o n n e c t i o na d m i s s i o nc o n t r o l c o n s t a n tb i tr a t e c o a r s ew a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g d i f f e r e n t i a t e ds e r v i c e s d y n a m i cb a n d w i d t ha l l o c a t i o n d y n a m i cb a n d w i d t hr e p o r tu p s t r e a m d 磷t a ls u b s c r i b e rl i n e d e n s ew a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g e x p e d i t e df o r w a r d i n g e t h e m e ti nt h ef i r s tm i l e 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 f i r s t - l nf i r s t - o u t f i b r et on e b u i l d i n g f i b r e t 0 1 1 圮c u r b f i b r et 0r 1 1 圮c a b i n e t f b t o t h e h o m e g r a n ta f t e rr e p o r t g r a n tb e f o r er e p o r t g p o n e n c a p s u l a t i o nm o d e g e n e d cf r a m i n gp r o c e d u r e g i g a b i t - c a p a b l ep a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k g e n e r a l i z e dp r o c e s s o rs h a r i n g v 中文 确保转发 分配标识 异步传递模式 a t m 无源光网 阵列波导光栅 尽力而为 确保带宽轮询 宽带无源光网 带宽 连接接纳控制 恒定比特速率 粗波分复用 区分业务 动态带宽分配 上行链路动态带宽报告 数字用户环路 密集波分复用 加速转发 第一英里以太网 以太无源光网 先入先出 光纤到楼 光纤到路边 光纤到交接箱 光纤到家 先授权后报告 先报告后授权 g p o n 封装模式 通用成帧规程 吉比特容量无源光网 通用处理器共享 嬲肚删一一髓哪一lli雠15一一姒一溉一即例一肿一一一一锨弧洲一吣 g p o nt r a n s m i s s i o nc o n v e r g e n c e g p o n 传输会聚 h y b r i dg r a n t i n gp r o t o c o l 混合授权协议 i n s t i t u t eo fe l e c t r i c a la n de l e c t r o n i c se n g i n e e r s 电气和电子工程师协会 i n t e m e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e h m m e t i 程任务组 i n t e r - p a c k e tg a p 帧间距 i n t e r g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a ln e t w o r k 综合业务数字网 i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o n su n i o n国际电信联盟 l o g i c a ll i n kc o n t r o l 逻辑链路控制 l o g i c a ll i n ki d e n t i f i e r 逻辑链路标识 m e d i aa c c e s sc o n t r o l 媒体访问控制 m u l t i p o i n tc o n t r o lp r o t o c o l 多点控制协议 m u l t i p o i n tm a cc o n t r o l 多点m a c 控制子层 m a x i m u mt r a n s m i s s i o nu n i t 最大传输单元 o p e r a t i o n s ，a d m i n s t r a t i o na n dm a i n t e n a n c e 操作管理和维护 0 砸c a la c c e s sn e t w o r k 光接入网 o p t i c a ld i s t n o u t i o nn e t w o r k 光分配网 o v e r h e a d 开销 o p t i c a ll i n et e r m i n a t i o n 光线路终接 o n u m a n a g e m e n ta n dc o n t r o li n t e r f a c e o n u 管理控制接口 o p t i c a ln e t w o r ku n i t 光网络单元 p o i n tt om u l t i - p o i n t 点到多点 p 0 i n t t o p o i n t 点到点 p h y s i c a lc o n t r o lb l o c kd o w n s t r e a m 下行链路物理控制块 p e a kc e l lr a t e 峰值信元速率 p r o t o c o ld a t au n i t协议数据单元 p h y s i c a ll a y e ro a m 物理层o a m p a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k 无源光网络 q u a l i t yo fs e r v i c e 服务质量 r e c o n c i l i a t i o ns u b l a y e r 调和子层 r o u n d - t r i pt i m e 往返时间 s u s t a i n e dc e l lr a t e 可持续信元速率 s t a t i cb a n d w i d t ha l l o c a t i o n静态带宽分配 s e r v i c el e v e la g r e e m e n t服务等级协定 t r a n s m i s s i o nc o n v e r g e n c e 传输会聚 v l 眦 脚 啦 腓 鹏 一 肌 眦 一 心 一 一 一 洲 删 伽 哪 一 洲 脚 一 弧 聊 哪 嘟；2 m s | 善| 姒 亿 t r a n s m i s s i o nc o n t a i n e r t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s t u n a b l el a s e r v a r i a b l eb i tr a t e v i d e oo nd e m a n d v i r t u a lo u t p u tq u e u e d w a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g w e i g h t e df a i rq u e u e i n g v 传输容器 时分复用 时分多址接入 调谐激光器 可变比特速率 视频点播 虚拟输出排队 波分复用 权重公平排队 一 脒 亿 吼 珊 咖一 哪 声明 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本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中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 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。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 殖垂 日期： 鎏旦2 ：2 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t 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) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密 论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 缢丕 日期：至：! z ：仝 导师签名：日期： 1 1 引言 第一章绪论 在光接入网中，无源光网络( p o n ) 以能经济有效和透明地传输高速数据 而被作为光接入网的首选方案。p o n 无源光网络的构想首次出现在2 0 世纪8 0 年代中期。当时，光纤的质量正处于逐步改进中。并且，高效率的光发射机和 接收器也已经出现。在技术上构建一个基于光技术的接入网是可能。然而，由 于一些经济和技术方面的原因，初始的光接入网并没有得到进一步发展。首先 是，当时的社会信息化程度低，i n t e r a c t 也不象现在这么普遍，应用缺乏，并且 用户还不得不支付较高的宽带接入费用。甚至有人曾设想窄带的i s d n 接入将 足以满足2 0 1 0 年前大多数用户的需要，只有一小部分商业用户才需要真正的宽 带接x 1 4 1 。其次，9 0 年代各种d s l 技术的快速发展和应用也是阻止p o n 技 术发展应用的另一个主要因素。与p o n 相比，d s l 可重用本地环路的铜线资 源，并可提供数m b p s 的传输带宽，成本较低并可满足当时大多数用户的带宽 需求。 近年以来，随着以i n t e r a c t 为代表的信息通信技术迅猛发展和普及，社会 信息化程度不断提高。各种新型多媒体业务，如口、v o d 以及高清数字电 视等，不断涌现，并受到人们越来越多的喜爱，传统的窄带语音和数据业务已 不再能够满足人们需求。要求宽带接入并且愿意为之付费的用户数呈持续稳定 增长【5 8 】。但是，电信领域中，与骨干网相比，处于网络边缘的接入网技术的 发展则相当缓慢，已经成为信息高速公路的最后一公里“瓶颈 ，严重制约着用 户多媒体业务的提供。在接入网领域，部署p o n 无源光接入网向用户提供真正 的宽带接入，已经是大势所趋，势在必行。此外，从技术上看，过去2 0 年来， 电和光信号处理技术领域，都取得了巨大的进步。高质量的光纤也得到普及， 高效率的光源和接收机也可以可接受的合适的价格购买到，电子电路工作速度 也达到了可以与光器件相匹配的程度。这一切使得构建p o n 系统不再象以前那 么昂贵。新的商业模型【9 ，1 0 】显示p o n 系统可获得比d s l 及c a b l e 系统更好的 收益。由于以上原因，从本世纪初以来，p o n 接入技术得到了工业和学术界越 来越多的广泛关注和研究，成为电信网络技术领域的一个研究热点。 从p o n 技术标准发展来看，最早的两个主要的p o n 技术标准是国际电信 联盟( u ) 制定的g p o n a 和g p o n b 标准。g p o n a 支持速率不超过综合 北京邮电大学博士学位论文第一章绪论 业务数字网( i s d n ) 基群速率或其等效速率的业务如模拟话音业务；g p o n b 支持大于i s d n 基群速率的业务如数字视频业务。如前所述，限于当时经济技 术条件，这两种p o n 技术都没有得到普及应用。 二十世纪九十年代初开始，随着宽带综合业务数字网( b 。i s d n ) 异步传 输模式( 鼬眦) 的兴起，基于a t m 的p o n ( a p o n ) 成为接入网的研究热点。 1 9 9 5 年，一些电信运营商成立了全业务接入网组织( f s a n ) ，开始研究a p o n 技术标准，后来为了突出a p o n 全业务宽带接入的优势，f s a n 又把a p o n 改 名为宽带p o n ( b p o n ) 。a p o n 的最高速率为6 2 2 m b i t s ，能支持语音视频数 据等多种业务并具有良好的操作管理与维护( o a m ) 和动态带宽分配( d b a ) 能力。但是，由于b i s d n 筒眦未能如预期的那样成为网络主导技术，p 成为 汇聚各种高层应用业务的承载层面技术，基于a t m 的a p o 卜；p o n 不仅增加 了协议转换开销和网络复杂性，而且实现成本较高、信元开销大、信令操作复 杂，已经逐渐淡出p o n 技术舞台，被新出现的以太网p o n ( e p o n ) 和吉比特 容量p o n ( g p o n ) 所取代。 作为口的自然载体的以太网由于成本低廉、技术成熟可靠、组网简单等优 点，目前已得到大量地普及。2 0 0 0 年底，一些设备制造商成立了第一英里以太 网联盟( e 1 7 m a ) ，提出基于以太网的p o n ( e p o n ) ，并促成电子电气工程师 协会i e e e8 0 2 3 工作组于2 0 0 0 年1 2 月，成立e f m 研究组制定相应的标准以 将以太网的应用范围从局域网扩展至用户接x , l i 圉 2 4 ，2 5 。e p o n 由于能经济 有效和透明地传输高速数据，是e f m 研究组研究的重点之一。e p o n 既解决了 用户对宽带接入的迫切需求又利用了现有的成熟技术，是实现宽带接入的一种 非常有效的p o n 技术标准。 ， 在e f m a 提出e p o n 概念的同时，f s a n 也开始进行1 g b p s 以上p o n 标 准的研究。f s a n 作了“对全部协议开放地进行完全彻底的重新考虑 的决定。 根据一些国家运营商代表提出的一整套“吉比特业务需求 文档提出了吉比特 容量p o n ( g p o n ) 接入方案。g p o n 中所采用的成帧技术为与通用成帧规程 g f p 类似的g p o n 封装机制g e m 【7 1 。目前g p o n 的标准已出台【6 9 7 1 】，能 以最高达2 4 g b i t s 的速率，以原有的数据格式和高于9 0 的封装效率传送语音、 视频、数据等多种业务，是目前最为先进的p o n 接入技术标准。 不论是e p o n 也好，g p o n 也好，其技术实现上的一个关键，就是其m a c 层上行链路的多址接入访问控制机制和带宽分配算法。p o nm a c 层的上行链 路访问控制机制和带宽分配算法，不仅要实现基本的多址接入，更重要的是实 现基于s l a 的q o s 保证支持，以实现对各种新型多媒体业务的提供。本文即在 北京邮电大学博士学位论文第一章绪论 i i 对p o n 接入网技术进行分析讨论的基础上，重点研究能适应多种业务、可提供 o o s 保证支持的e p o n 和g p o n 的m a c 层上行链路控制机制和带宽分配算法。 此外，上述包括e p o n 和g p o n 在内的p o n 技术标准都属于t d m p o n 的技术范畴。在对t d m p o n 技术进行研究和标准化的同时，业界开始从另一 个方向，对基于w d m 的p o n 技术开始了探索研究 8 0 - 8 8 。由于w d m 调谐 器件较为昂贵，w d m p o n 的主要技术难点是要实现降低整个网络成本，并实 现和t d m p o n 的后向兼容。在这方面研究上，s t a n f o r d 大学提出了一种称为 s t a n d f o r d 大学混合w d m 厂m m 无源光接入网( s u c c e s s h p o n ) 的t d m 舰d m 混合p o n 网络技术，实现了w d m 调谐器件的动态共享复用，网络成本较低， 可兼容现有t d m p o n ，并可实现从t d m p o n 平滑过渡演进到w d m p o n ， 是一种非常有前途的w d m p o n 技术。s u c c e s si - i p o n 实现降低网络成本的 一个关键是其w d m p o n 部分的可实现d w d m 调谐器件动态高效共享的 m a c 层协议和调度算法。本文在对s u c c e s sh p o n 基本原理进行分析讨论的 基础上，重点研究其w d m p o n 部分的m a c 层调度算法。 1 2 论文的主要贡献 在对e p o n 技术标准和基本原理进行分析讨论的基础上，对e p o n 上 行链路d b a 算法进行了较为深入的研究，对目前已提出的较有代表性 的e p o n 上行链路d b a 算法，也进行了分析和探讨，并提出了一种综 合增强的基于混合带宽分配的e p o n 上行链路d b a 算法，也即 i e h g d b a 。这种算法，可在整个网络级别内实现基于区分业务模型 的q o s 保证支持，对e f 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a f 和b e 类业务的所获得的带宽分配。此外， i e h g d b a 还从多方面采用多种方法对算法性能进行了优化，使得算 法性能有显著改进。 在对g p o n 技术标准和基本原理，特别是g t c 层上行链路d b a 机制 进行了较为深入的分析讨论的基础上，遵照删- t 规范，提出了一种 基于周期轮询的公平迭代g p o n 上行链路d b a 算法。这种g p o n 上 行链路d b a 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。 分别采用d c + + 和o p n e tm o d e l e r 对e p o n 和g p o n 上行链路d b a 北京邮电大学博士学位论文 第一章绪论 机制进行了严格的建模仿真。所开发的仿真模型基础上，可方便的用 于对各种e p o n 和g p o n 上行链路d b a 算法进行研究、分析和验证。 在对s t a n f o r d 大学所提出的下一代t d m 腑巾m 混合p o n 技术一 s u c c e s sh p o n 进行分析介绍的基础上，重点研究和讨论了其 w d m p o n 部分的m a c 层协议调度算法，指出了原有m a c 层调度算 法的不足，将周期轮询调度的思想应用于s u c c e s sw d m p o n ，设计 了一种既可实现对d w d m 调谐器件和波长资源高效动态利用，又可 提供公平性和q o s 支持的m a c 调度算法。并且，这种m a c 调度算法， 可以很容易的进行修改，以实现更复杂精细的q o s 支持。 1 3 论文的结构和安排 本文的内容是这样安排的： 第二章对光接入网和p o n 无源光网络的网络架构和基本原理作一个整体 性介绍和分析。 第三章对e p o n 技术标准和基本原理进行了较为深入的分析讨论。在此基 础上，针对e p o n 上行链路d b a 算法机制进行了研究和探讨，提出了一种综 合增强的基于混合带宽分配的e p o n 上行链路d b a 算法，并通过仿真实验对 所提出算法进行了分析验证。 第四章对g p o n 技术标准和基本原理进行了较为深入的分析讨论。在此基 础上，对g p o n 上行链路d b a 算法机制进行了研究和探讨，提出了一种基于 周期轮询的公平迭代g p o n 上行链路d b a 算法。而后，本章采用o p n e t m o d e l e r 对g p o n 上行链路d b a 机制进行了严格的仿真建模，并通过仿真实验 对算法性能进行了分析验证。 第五章对s t a n f o r d 大学所提出的下一代t d m 鹏d m 混合p o n 一一 s u c c e s sh p o n 架构和基本原理进行了分析介绍。在此基础上，重点讨论和 分析了其w d m p o n 部分的m a c 层调度算法。提出了一种可支持区分业务 q o s 保证的基于周期轮询调度的新型m a c 层调度算法。 第六章进行总结并讨论进一步的工作。 第二章光接入网和p o n 无源光网络 本章下面将对光接入网和p o n 无源光网络的基本概念、原理以及标准作一 个整体性的介绍和分析。 2 1 光接入网 2 1 1 定义 所谓光接入网( o 就是采用光纤作为主要的传输媒体取代传统的铜双绞 线的接入网，泛指本地交换机或远端交换模块与用户之间采用光纤通信或部分 采用光纤通信的光传输系统。与传统的光传输系统不同，o a n 是针对接入网环 境所设计的特殊的光传输系统。根据光接入网室外传输设施中是否含有有源设 备，o a n 可以划分为p o n 无源光网络和a o n 有源光网络。 2 1 2 光接入网网络架构 本地接入网的光部分可以是点到点、主动或被动的点到多点的网络架构。 图2 - 1 光接入网网络架构的示意图，涵盖了光纤到家( 盯m ) 、光纤到楼 ( f 1 巾) 、光纤到路边( f 1 1 陀) 以及光纤到交接箱( f - r 】陀a b ) 这几种情况。 f t r c a b 中，o n u 设置在交接箱处，o n u 到用户之间采用双绞线、同轴电 缆等连接。f t r c 相比于f i t c _ , a b ，本地接入网光纤部分又向前延伸，此时o n u 设置在路边的人孔和电线杆的分线盒处，o n u 到用户之间仍是采用双绞线或同 轴电缆等铜缆连接。f t r c 和f t r c a b ，可以利用现有铜缆设施，建网投资小， 具有较好经济性。但这种光缆，铜缆混合系统，最后一段铜缆可提供带宽有限， 同时还造成室外有源设备需要维护，不太理想，只适用于带宽要求较小的用户。 北京邮电大学博七学位论文第二章光接入网和p o n 无源光网络 球一光纤 3 林一纤3 0 l t 林铜线黪 l j l j 一一 家庭网络接入网 光网络单元 光网络终端 光线路终端 网络终端 用户网络接口 业务节点接口 u n is n l 图2 - 1 ：光接入网网络架构 f t r b ，可以看作是f t r c 的一种变形，不同之处在于将o n u 放到楼内， o n u 到用户则可以用双绞线或其他局域网技术连接。f i t b 的光纤化程度比 f i t c 更进一步，光纤敷设到楼，更适合于高密度用户区。删实现了本地接 入网的全光纤化，这时o n u 变为o n t 直接放在用户室内，与终端设备相连。 f t f i - i 的全光纤化，使得本地接入网成为全透明的光网络，因而对于传输制式、 带宽、波长等没有任何限制，易于引入新业务。o n t 放在用户处，环境条件、 供电、安装维护等问题都得到简化。没有铜缆，全光纤化的本地接入网也使得 可提供的更大容量带宽成为可能，是一种理想的宽带光接入方式。 2 1 3 光接入网参考配置 r r u - t 建议g 9 8 2 提出了一个与业务和应用无关的光接入网功能参考配置。 由光接入网的定义可以看到，一般情况下，光接入网是一个点到多点的光传输 系统。从系统配置上，可分为无源光网络( p o n ，也称被动光网络) 和有源光 网络( a o n ，也称主动光网络) ，如图2 2 所示。 北京邮电大学博士学位论文 第二章光接入网和p o n 无源光网络 ，i 。- - _ 。- 。- 。l i _ - _ _ i _ l _ i i ，- - l l _ _ i l i _ - _ - _ - - - _ - - l i i _ 、 口。 ，j l p o n d l j 渊卜_ l。，i 弧， 。厂 i 锦竺 j v 参砖 考点 口。 v o c a o nd l l 1 1o l t 卜气 lo d t 卜 厂 1 l 警卫刊竺 j a 参考点 图2 - 2 ：光接入网参考配置 其中， o d n ：光分配网络，o l t 和o n u 之间的光传输网媒体，由无源光器件组 成。 o l t ：光线路终端，它是o a n 网络侧接口，连接一个或多个o d n 。 o n u ：光网络单元，它提供o a n 用户侧接口，并且连接一个o d n 。 o d t ：光远程终端，由有源光器件组成。 a f ：适配功能 s ：光发送参考点。 r ：光接收