波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究.pdf

1、接入網(wǎng)是解決如何將圖像、數(shù)據(jù)、語音等多種業(yè)務(wù)綜合傳送到用戶的問題，在整個(gè)通信網(wǎng)中占有重要的地位。無源光網(wǎng)絡(luò)(Passiveopticalnetwork，PON)具有寬帶傳送能力，共享傳輸媒質(zhì)，降低接入成本，便于維護(hù)，同時(shí)能夠平滑地過渡到FTTH等優(yōu)點(diǎn)，已成為寬帶接入網(wǎng)的重要方式。 PON可以分為功率分割型無源光網(wǎng)絡(luò)(PowersplitterPON，PSPON)和波分復(fù)用型無源光網(wǎng)絡(luò)(WavelengthDivisionMult

2、iplexingPON，WDMPON)。與PSPON相比WDMPON在帶寬、功率預(yù)算、保密性和用戶數(shù)等方面具有顯著優(yōu)勢，但目前限制WDMPON的是其組網(wǎng)成本較高。隨著Internet的發(fā)展，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以空前的速度增長，特別是以HDTV為代表的視頻技術(shù)的應(yīng)用，用戶對高帶寬的需求會(huì)進(jìn)一步增加。另一方面，隨著WDM技術(shù)的日益成熟，其器件成本逐漸下降，WDM技術(shù)應(yīng)用于接入網(wǎng)將成為PON的必然發(fā)展趨勢。 WDMPON有復(fù)合型PON、光環(huán)回、

3、頻譜分割以及波長共享WDMPON等系統(tǒng)方案，其中頻譜分割WDMPON成本較低，是目前獲得廣泛研究的一種實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，而波長共享WDMPON能夠動(dòng)態(tài)分配上行波長，波長信道利用率高，并且用戶數(shù)可以遠(yuǎn)大于可用波長數(shù)，是WDM光接入網(wǎng)的一個(gè)發(fā)展方向。因此，本文主要針對頻譜分割WDMPON和波長共享WDMPON兩種系統(tǒng)進(jìn)行了較深入和全面的研究。其結(jié)果對WDMPON的發(fā)展和應(yīng)用研究具有一定的理論指導(dǎo)意義和較重要的參考價(jià)值。下面簡要介紹本文所做的主要工作

4、： 第一，本文針對頻譜分割WDMPON，提出一種頻譜分割損耗和串?dāng)_的分析模型，并搭建了一個(gè)頻譜分割損耗和串?dāng)_測試系統(tǒng)，對分析模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。從理論上分析了損耗和串?dāng)_與光源帶寬、復(fù)用器參數(shù)、信道數(shù)以及信道失配系數(shù)等系統(tǒng)參數(shù)的關(guān)系，結(jié)果表明當(dāng)信道間隔一定，光源的半功率點(diǎn)全寬等于信道數(shù)與信道間隔之積時(shí)，頻譜分割損耗最小，損耗隨復(fù)用器參數(shù)的增大而減小，而串?dāng)_隨復(fù)用器參數(shù)的增大而增加，因此需要綜合考慮損耗和串?dāng)_來選擇復(fù)用器參數(shù)。另外，

5、信道失配會(huì)導(dǎo)致?lián)p耗和串?dāng)_進(jìn)一步增加，因此在實(shí)際應(yīng)用中需要消除信道失配的影響。本文的分析說明了如何減小頻譜損耗和串?dāng)_，這對優(yōu)化頻譜分割WDMPON的設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。 第二，提出了波長路由型和廣播選擇型兩種波長共享WDMPON系統(tǒng)方案，并分析了該系統(tǒng)的應(yīng)用。波長共享WDMPON采用兩級光分配網(wǎng)絡(luò)，它的下行傳輸混合了波分復(fù)用和時(shí)分復(fù)用，上行傳輸采用有效的媒質(zhì)接入控制協(xié)議為用戶動(dòng)態(tài)分配波長和時(shí)隙，各用戶共享上行數(shù)據(jù)波長，因此這種

6、系統(tǒng)充分利用了波長資源，不僅增加了系統(tǒng)容量，而且能夠容納更多的用戶，便于光接入網(wǎng)向光纖到戶發(fā)展。在系統(tǒng)方案的基礎(chǔ)上，通過與WDM廣播選擇星型局域網(wǎng)比較，提出了波長共享WDMPON的媒質(zhì)接入控制協(xié)議分析模型。提出了一種新的接入方案——隨機(jī)接入/先到先服務(wù)調(diào)度，該方案實(shí)現(xiàn)簡單，并能有效的安排傳輸，理論分析表明在網(wǎng)絡(luò)輕載時(shí)具有良好的時(shí)延特性。 第三，從波長共享WDMPON系統(tǒng)結(jié)構(gòu)出發(fā)，分析了控制信道與網(wǎng)絡(luò)容量的關(guān)系，指出了系統(tǒng)對控制信

7、道的要求以及怎樣最小化控制信道的帶寬。 第四，WDMPON是一個(gè)多信道系統(tǒng)，波長分配是一個(gè)關(guān)鍵問題。本文研究了WDMPON中波長分配的指導(dǎo)原則，建立了波長分配算法的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。提出了基于幀的最早可用波長分配算法，并與靜態(tài)波長分配和容量相同的單信道系統(tǒng)進(jìn)行比較。通過求解系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)概率分布函數(shù)，我們從理論上研究了采用上述三種策略的系統(tǒng)中請求隊(duì)列長度與系統(tǒng)負(fù)載的關(guān)系，數(shù)值計(jì)算表明與靜態(tài)波長分配相比，基于幀的最早可用波長分配算法明顯減小了

8、請求隊(duì)列長度，接近容量相同的單信道系統(tǒng)。仿真結(jié)果也表明基于幀的最早可用波長分配算法的調(diào)度時(shí)延非常接近單信道系統(tǒng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于靜態(tài)波長分配。 第五，分析了WDMPON分組時(shí)延的組成，研究了發(fā)射機(jī)調(diào)諧時(shí)延對波長分配算法的影響。針對發(fā)射機(jī)調(diào)諧導(dǎo)致信道時(shí)隙浪費(fèi)和引起分組發(fā)送延遲，提出了改進(jìn)的最早可用波長分配算法，仿真結(jié)果表明改進(jìn)的算法明顯減少了發(fā)射機(jī)調(diào)諧的影響。 最后，本文研究了WDMPON中的分組調(diào)度算法。針對在WDMPON接入網(wǎng)

9、中需要為具有不同流量特征和QoS需求的業(yè)務(wù)連接分配網(wǎng)絡(luò)資源，提出了多波長前跳虛時(shí)鐘算法。該算法根據(jù)不同連接的QoS需求動(dòng)態(tài)分配優(yōu)先權(quán)，能夠?yàn)闃I(yè)務(wù)提供確定的時(shí)延保證，在利用分配的帶寬服務(wù)高優(yōu)先級集合的同時(shí)，利用剩余信道服務(wù)低優(yōu)先級集合，提高了波長利用率，與固定優(yōu)先權(quán)調(diào)度相比，改善了低優(yōu)先級業(yè)務(wù)的時(shí)延特性。我們應(yīng)用積壓不等式的概念，從理論上分析了多波長前跳虛時(shí)鐘算法的時(shí)延特性和公平性，說明了該算法具有類似前跳虛時(shí)鐘算法的時(shí)延保證和公平性，仿