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以太网无源光网络中媒体接入控制层若干关键技术的研究与实现

杨柳  
【摘要】:本论文是作者在参与了国家“863”与武汉邮电科学研究院签订的编号为No.2001AA122022“基于千兆以太网的无源光网络”项目的科研与开发工作的背景下,写作而成的。该项目的目标是实现可实用化的EPON系统及设备。本文主要对EPON的媒体接入控制(MAC)层(包括MAC控制子层和RS子层)中的若干关键问题进行了深入的研究。 论文的主要创新点有:①提出了利用逻辑链路ID(LLID)网桥来实现点到点LAN仿真和共享LAN仿真的方案。具体地说就是在OLT的MAC层中增加一个仿真(反射)功能,OLT维护一个LLID?MAC地址映射表,动态地学习LLID和用户MAC地址,并且根据LLID进行上行帧的转发和反射。②提出了一个支持多种DBA算法的上行带宽动态分配的系统分层模型。设计了一个硬件支持层,包括尾部坐标带宽分配表和积分式的带宽发放系统。该分层系统将具体的DBA算法与带宽占有量的管理和发放机制相分离,不受具体的带宽分配算法的限制,能够支持多种带宽分配算法,使得系统能够有效地支持多种不同的应用场合或不同的业务对带宽分配的要求。③提出了一种基于带宽优先级分类的上行带宽分配方案,该方案支持多种业务的接入。 归纳起来,论文主要包括以下四个方面: (1)ONU的自动发现以及注册冲突避免。本文给出了ONU的自动发现和注册功能的实现方案。在ONU注册冲突的解决技术方面,本文从理论和实验两方面,比较了随机跳窗方案和窗内随机延时方案,并最终选择了窗内随机延时方案。 (2)ONU上行数据冲突避免。为了提高EPON上行带宽利用率(即尽量缩短相邻ONU时隙之间的保护带长度),同时避免上行数据冲突,OLT在安排给ONU的授权窗口的开始时间和结束时间时,必须要将ONU的距离考虑在内。同时,ONU 必须严格地按照授权来发送数据。在EPON中实现上述目的的技术包括时间标签测距技术,以及上行发送窗口控制技术。本文设计了在基于以太网数据帧格式的PON中实现时间标签测距和环路延时补偿以及ONU上行发送窗口的控制功能的方案。 (3)EPON设备兼容性。本文提出了一种解决EPON设备与现有以太网设备兼容问题的方案。利用OLT的MAC层反射功能的和ONU的RS层的过滤功能将点到多点的EPON模拟成点到点LAN或共享LAN,从而实现兼容性。该方案将OLT看作是一种特殊的逻辑链路ID(LLID)网桥,它至少有两个端口,一个端口提供标准的 WP=4 以太网接口,与核心网的标准的以太网网桥或交换机相连。另一个端口则与PON相连,在此端口上,不再基于MAC地址进行用户数据包(不包括控制帧)的转发和过滤,而是基于ONU的LLID来进行数据的转发、过滤以及反射。同样,ONU是连接用户设备或网络和PON的设备。因此,在UNI侧,如果ONU与多个用户或网络相连,则ONU要提供普通的以太网交换机或网桥功能,或者ONU通过外部的以太网交换机或网桥与多个用户或网络相连;而在PON侧,ONU要根据LLID,将接收到的帧进行过滤。这样不但解决了与现有的符合IEEE 802.1D标准的网桥等设备的兼容性,同时最大限度地利用了EPON的下行广播能力。 (4)在上行带宽的分配方面,本文提出了一个OLT的上行带宽分配功能的分层模型。将OLT的上行带宽分配功能划分为三层:参数管理层、带宽分配算法层以及硬件支持层。将具体的DBA算法同上行报告信息的处理以及带宽占有量的管理和发放机制相分离:前者由软件实现,后者全部由硬件完成。采用了这种分层模型和设计后,OLT可以支持多种带宽分配算法,并且带宽分配的响应速度也不受软件或CPU性能的限制。从而使得系统可以适应多种场合或业务的需求。 (5)支持多种业务的上行带宽分配方案。本文提出了一种在EPON中支持TDM业务传输的带宽分配策略。该方案是基于业务分级以及带宽优先级分类的上行带宽分配方案。首先将EPON中的上行业务划分为若干等级,然后相应地将每一个ONU所分得的带宽划分为高优先级带宽和低优先级带宽等部分。其中高优先级带宽用于对延时和抖动性能要求较严格的TDM业务,而低优先级带宽则用于一般的数据业务。为了满足TDM业务的周期性特性,高优先级带宽将周期性地授权;而低优先级带宽则是按照ONU报告的队列状态,动态地授权。 最后,我们将对本文所做工作进行总结,并讨论将来可能继续的研究方向。


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