基于GMPLS的智能无源光网络技术研究

论文摘要

无源光网络技术（PON）以其性能优良、价格低廉和部署简便等优点已经成为未来接入网技术的发展方向,PON技术提供的高带宽能够满足未来互联网应用不断增长的需要。但目前PON技术仍然停留在以往接入网带宽管道的技术层面上,对业务数据缺乏良好的感知和控制能力,无法满足用户多样化服务需求以及为运营商带来更多的增值服务。还不具备良好的商业发展模式。从下一代网络（NGN）的发展来看,未来的发展趋势是智能化,即强调网络具有智能性,能够对业务进行智能感知,根据业务需求进行资源的自动管理和分配。因此本文在目前PON技术基础上提出智能光接入网的概念,通过添加智能控制面功能,提高接入网对业务和资源的有效控制和管理,满足用户多样化服务需求并提供良好的接入网商业发展模式。本文首先对PON技术的发展和NGN的演进趋势进行简要回顾,然后在此基础上提出智能光接入网的发展方向,并给出一种具体的实施方案—基于通用多协议标签交换协议（GMPLS）的无源光网络技术（GMPLS PON）。GMPLS作为智能光网络的标准已经得到了广泛的应用,能够提供强大的智能业务和资源控制管理功能。本文提出将GMPLS的核心功能和部分技术向接入网推进,在PON中引入智能控制功能,从而实现对用户业务的感知,并按照业务需求对资源进行自动控制和管理。控制面开辟了用户和运营商之间的控制面通道,用户能够在线提出各种业务请求,系统能够根据用户要求对网络资源进行自动控制以保证不同的服务质量。具备智能控制功能的PON系统能够有效提高运营商的业务和资源控制能力,从而为接入网提供理想的商业发展模式。本文对GMPLS PON的系统构成、功能设计、协议层、成帧、信令和资源动态分配等关键技术都进行了较深入的研究,提出了相应的解决方案,给出了一个完整的系统实现方案。在满足用户多样化需求方面,利用控制面和面向连接的业务管理能够在PON中提供动态服务水平规约（SLA）。本文还对PON中动态SLA的实施方案进行了研究。用户与运营商之间通过控制平面进行动态服务协商,用户可以在线建立或修改SLA。系统按照动态SLA对资源进行实时控制和分配。本文对一种两级动态带宽分配机制进行了研究,结合可配置的ONU内调度器和基于流量预测的动态带宽分配（DBA）算法,能够实现动态SLA的准确执行。本文还对GMPLS PON控制面的一项重要功能-接纳控制（CAC）算法进行了研究,接纳控制能够对网络业务量进行有效控制,避免拥塞,充分保证所有SLA的正常执行。针对GMPLS PON的特点提出了一种改进的最佳CAC算法,通过对业务的时延要求进行分类,减少了计算量使之适合于接入网环境应用。最后,本文对GMPLS PON的媒质接入（MAC）关键控制芯片的设计进行了讨论。MAC芯片的设计关系到整个系统是否能够实现设计要求和检验是否掌握自主知识产权。本文给出了MAC控制芯片的一些关键功能设计,并对部分的模块进行了仿真,为下一步的实际工作打下了基础。同时还对GMPLS PON与目前的两种接入系统（EPON与GPON）的综合性能进行了比较。接入网技术是用户与整个网络联系的“第一公里”或“最后一公里”,在提供端到端应用中起到了“承上启下”的重要作用,如何使接入网顺应未来网络智能化发展的要求是本文的研究重点。本文提出了智能接入网的概念,实现了接入网对用户业务的感知和网络资源的智能管理和控制,对于光接入网的未来发展应具有重要的应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 光接入网发展概述及下一代网络发展趋势
• 1.1 光接入网技术发展概况
• 1.2 下一代网络（NGN）的发展趋势
• 1.3 下一代宽带光接入网应该向智能化方向发展
• 1.4 本文主要内容和创新点
• 第二章 基于通用多协议标签交换协议的无源光网络（GMPLS PON）
• 2.1 通用多协议标签交换（GMPLS）技术及在NGN 中的应用
• 2.2 基于通用多协议标签交换的无源光网络（GMPLS PON）技术
• 2.3 GMPLS PON 的协议层和成帧技术
• 2.4 GMPLS PON 的信令协议与媒质接入控制
• 2.5 GMPLS PON 的智能资源分配体系
• 2.6 本章小结
• 第三章 GMPLS PON 接入允许控制算法研究
• 3.1 接入允许控制（CAC）
• 3.2 GMPLS PON 的CAC 机制
• 3.3 基于PBAC 的GMPLS PON CAC 算法
• 3.4 CAC 算法的仿真与比较
• 3.5 本章小结
• 第四章 无源光网络中动态服务水平规约研究
• 4.1 服务水平规约（SLA）
• 4.2 SLA 的QoS 控制机制
• 4.3 现有PON 技术SLA 方案简要回顾
• 4.4 GMPLS PON 中实现动态服务水平规约的研究
• 4.5 本章小结
• 第五章 GMPLS PON 媒质接入控制芯片设计
• 5.1 OLT 关键模块的设计
• 5.2 ONU 关键模块的设计
• 5.3 GMPLS PON 与其他PON 技术的综合比较
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表论文
• 致 谢