无源光网络系统仿真及其动态带宽分配算法的研究

论文摘要

无源光网络（PON, Passive Optical Network）技术是光接入网的主要解决方案之一,具有成本低、可靠性高、维护简单等优点。随着用户宽带业务需求的不断增长,现有EPON（Ethernet PON）和GPON（Gigabit PON）技术均难以满足业务长期发展的需求,因此发展下一代的无源光网络技术已成为国内外的研究热点。本论文从高带宽、长距离、大容量以及本地化组网等方面,对下一代无源光网络系统架构及其媒质接入控制（MAC, Media Access Control）协议进行了系统地研究,并对相关的动态带宽分配（DBA, Dynamic Bandwidth Allocation）算法进行了仿真与分析。主要研究成果如下：（1）针对各种树型无源光网络,提出了一种通用的网络建模与算法仿真的方法。主要基于Opnet Modeler仿真软件,实现了光线路终端（OLT, Optical Line Terminal）、光网络单元（ONU, Optical Network Unit）、业务源等节点模型,从而搭建了一个PON网络的仿真平台,为网络带宽分配算法的深入研究奠定了基础。（2）针对波分复用无源光网络（WDM-PON）,提出了一种高效的带宽分配策略。在固定服务、限制服务、开门服务三种带宽分配策略下对Online算法的性能进行了测试,结果表明开门服务策略可以有效减小数据传输延时。（3）针对长距无源光网络（LR-PON）,提出了一种基于流水周期轮询的动态带宽分配算法,能够有效消除周期间的调度间隙,降低数据包的端到端延时；并且能够有效支持各种不同等级的业务,特别是实时性较高的语音业务。（4）针对提供本地互联功能的副载波复用无源光网络,提出了分布式的多点接入协议和DBA算法。在所提算法下,各个ONU利用远端节点处3×N耦合器或者光纤布拉格光栅（FBG）对上行光信号的反射作用,实现光域的互联互通,从而使得整个带宽分配过程无需OLT介入,仅由各个ONU协调完成,从而有效降低了控制平面延时；另外所提算法在ONU处对局域网（LAN）业务与上行业务进行了分离,分别采用无线（RF, Radio Frequency）信号与基带信号进行同步传输,从而提高了上下行信道的可用带宽。（5）针对基于周期阵列波导光栅（AWG）的波分时分混合复用无源光网络（Hybrid WDM/TDM-PON）,提出了物理子PON与逻辑子PON的概念；针对单个逻辑子PON,基于最早可利用时间调度机制,提出了两种动态带宽分配算法,从而有效地避免了资源竞争,实现了OLT与ONU之间的双向数据传输。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 无源光网络的研究背景
• 1.2 无源光网络的基本原理
• 1.3 无源光网络的发展趋势
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 2 波分复用无源光网络模型建立及算法仿真
• 2.1 引言
• 2.2 波分复用无源光网络架构
• 2.3 联合时隙波长分配算法
• 2.4 基于OPNET网络建模
• 2.5 仿真结果及其性能分析
• 2.6 本章小结
• 3 长距无源光网络流水周期轮询带宽分配算法
• 3.1 引言
• 3.2 长距无源光网络架构及其技术挑战
• 3.3 长距无源光网络动态带宽分配算法
• 3.4 DBAPCP算法对区分服务的支持
• 3.5 仿真结果及其性能分析
• 3.6 本章小结
• 4 提供本地互联功能的副载波复用无源光网络
• 4.1 引言
• 4.2 两种支持物理层LAN仿真的网络架构
• 4.3 分布式的多点接入协议
• 4.4 仿真结果及其性能分析
• 4.5 本章小结
• 5 基于周期阵列波导光栅的波分时分混合复用无源光网络
• 5.1 引言
• 5.2 基于周期阵列波导光栅的混合复用无源光网络架构
• 5.3 可扩展波分多址与时分多址协议
• 5.4 算法仿真及其相关分析
• 5.5 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读博士学位期间发表论文目录