无源光网络系统仿真及其动态带宽分配算法的研究

【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。