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文檔簡介
1、本論文是作者在參與了北京市科委“點到點的FTTH設備研發(fā)與應用”(Z0005170041321)項目的科研與開發(fā)工作的背景下,寫作而成的。該項目的目的是實現(xiàn)可實用化的EPON和GPON系統(tǒng)及設備。本文主要對GPON的媒體接入控制(MAC)層(包括MAC控制子層和RS子層)中的若干關鍵問題進行了深入的研究。 本文的工作集中于吉比特無源光網絡系統(tǒng)媒質接入控制(MAC)協(xié)議的研究和設計、協(xié)議性能分析以及其它與MAC協(xié)議相關內容的研究。
2、作為媒質共享的樹型網絡,GPON需要媒質接入控制(MAC)協(xié)議協(xié)調各終端對上行信道的訪問,避免沖突。MAC協(xié)議在整個通信系統(tǒng)中扮演著重要的角色,對系統(tǒng)的性能有著深刻的影響,在GPON系統(tǒng)中居于核心地位。ITU-T建議G984.1,G.984.2、G984.3和G.984.4的形成使GPON的發(fā)展走上了標準化之路,但它們未對MAC協(xié)議作出明確規(guī)定,并未指定具體的帶寬分配算法,并指明尚需要進一步研究,因此本文的工作具有現(xiàn)實意義。 與
3、其他媒質共享網絡相比,PON的樹型結構具有特殊性,這對MAC協(xié)議提出了特殊要求。隨機接入控制方法雖然具有簡單和易于擴展的特點,但是無法滿足電信級的時延和吞吐量要求,因而不適合PON系統(tǒng)。中央控制基于預約的帶寬分配算法是PON的首選,它具有良好的時延和吞吐量特性。 論文的主要創(chuàng)新點有:①.在吉比特光網絡(GPON)中,針對OLT提出了一種支持多種DBA算法的上行帶寬分配系統(tǒng)的分層模型。設計了一個硬件支持層,包括授權實體隊列狀態(tài)收集
4、模塊、尾部編號帶寬映射表和時隙轉換模塊。該分層系統(tǒng)將具體的DBA算法與帶寬的管理和發(fā)放機制相分離,不受具體的帶寬分配算法的限制,能夠支持多種帶寬分配算法,使得系統(tǒng)能夠有效地支持多種不同的應用場合或不同的業(yè)務對帶寬分配的要求;②.針對具有同類用戶的GPON系統(tǒng)提出了一種面向多業(yè)務等級的動態(tài)帶寬分配算法;③.設計了一種新的M_AC協(xié)議來解決GPON用戶之間的公平性問題,并基于該MAC協(xié)議對ONU中的隊列調度系統(tǒng)進行了設計;④.在③基礎上,針
5、對具有不同類型用戶的GPON系統(tǒng)提出了一種基于認購速率和QoS等級的動態(tài)帶寬分配算法,有效地解決了由于某些用戶惡意產生大量高優(yōu)先級數據而影響其他用戶使用網絡的問題;⑤.提出了組播協(xié)議在GPON系統(tǒng)中的實現(xiàn)方案,包括ONU加入、離開組播組的方法以及OLT對下行數據的處理方法。歸納起來,論文主要包括以下三個方面: (1)在有關上行帶寬分配的控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結構方面,本文針對OLT提出了一個支持上行帶寬分配功能的分層模型。將OLT的上行
6、帶寬分配功能劃分為三層:參數管理層、帶寬分配算法層以及硬件支持層。將具體的DBA算法同上行報告信息的處理以及帶寬的管理和發(fā)放機制相分離,前者由軟件實現(xiàn),后者全部由硬件完成。采用了這種分層模型的設計后,OLT可以支持多種帶寬分配算法,并且?guī)挿峙涞捻憫俣纫膊皇苘浖駽PU性能的限制。從而使得系統(tǒng)可以適應多種場合或業(yè)務的需求; (2)在動態(tài)帶寬分配(DBA)算法方面,本文提出了不同情況下的兩種DBA算法。首先,當GPON系統(tǒng)中的所
7、有用戶屬于同一級別時,提出了一種面向多業(yè)務等級業(yè)務的動態(tài)帶寬分配算法。該算法可分為兩步:第一步,OLT最大限度地滿足每個ONU的帶寬請求,即設一個最大確保帶寬,若ONU的請求帶寬(固定帶寬除外)沒有超過確保帶寬,則按需分配,否則,為該ONU分配的帶寬就是該確保帶寬;第二步,若帶寬還有剩余,則按比例以及業(yè)務的優(yōu)先級別為未能得到帶寬滿足的ONU中的不同等級的業(yè)務分配帶寬。理論分析和仿真試驗證明,這種算法可以提高網絡的吞吐量,滿足各種業(yè)務的時
8、延要求,并且對不同用戶和不同等級的業(yè)務都具有很好的公平性。 考慮到不同用戶對于網絡的服務質量可能存在著不同的需求,本文設計了一種新的ONU端的MAC協(xié)議,即用戶可以預先申購不同的網絡帶寬,ONU會按照用戶的認購速率為其上傳的業(yè)務選擇適當的隊列,利用嚴格的隊列調度機制保證用戶之間的公平性?;谶@種MAC協(xié)議,本文提出了一種基于認購速率和QoS等級的動態(tài)帶寬分配算法。該算法在網絡負載較小時,即總的請求帶寬小于可用帶寬時,按需分配;在
9、網絡負載較大時,首先按照用戶的認購速率分配帶寬,若帶寬還有剩余,則比例分配給尚需帶寬的ONU。通過OPNET仿真結果可以看出,這種算法在嚴格控制數據傳輸延時的前提下,能夠保證多用戶之間帶寬分配的公平性。 (3)組播協(xié)議在吉比特無源光網絡中的應用方面,本文提出了組播協(xié)議在GPON中的實現(xiàn)方案,包括ONU加入、離開組播組的方法以及OLT對下行數據的處理方法。通過OPNET仿真平臺對組播協(xié)議進行了測試,考察GPON網絡對IGMPv2的
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