以太無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）MAC層算法優(yōu)化研究.pdf

1、在信息社會(huì)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求不斷增長的今天，骨干網(wǎng)上的帶寬已經(jīng)基本可以滿足高帶寬業(yè)務(wù)的需要，但是接入網(wǎng)技術(shù)卻成了寬帶網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的瓶頸，制約了信息高速公路的發(fā)展。以太無源光網(wǎng)絡(luò)(Ethemet-based Passive Optical Network，EPON)是基于以太網(wǎng)的無源光纖接入網(wǎng)，由于目前寬帶骨干網(wǎng)大多基于以太網(wǎng)協(xié)議，EPON本身也具有高帶寬，性能穩(wěn)定，低故障率，低維護(hù)成本等優(yōu)點(diǎn)，EPON技術(shù)成為寬帶業(yè)務(wù)綜合接入的重要手段，也

2、被普遍認(rèn)為是最有前途的下一代寬帶接入網(wǎng)技術(shù)。 IEEE正式提出的EPON802.3ah標(biāo)準(zhǔn)[1]對(duì)EPON MAC層定義了多點(diǎn)控制協(xié)議(Multiple Points Control Protocol，MPCP)，但并沒有進(jìn)一步對(duì)具體的算法進(jìn)行規(guī)定，因此EPON的MAC層算法優(yōu)化研究成為目前寬帶接入技術(shù)最有意義的研究熱點(diǎn)之一。EPON系統(tǒng)具有一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在EPON MAC層，上行鏈路通信采用TDMA[2]的方式避免

3、不同用戶數(shù)據(jù)的沖突，因此有效的上行鏈路帶寬分配算法決定了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能[3]。如何在 802.3ah的基礎(chǔ)上對(duì)EPON MAC層算法進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)出高帶寬利用率，低端到端延遲和延遲抖動(dòng)，支持業(yè)務(wù)QOS[4]，公平分配帶寬，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，可移植性強(qiáng)的上行鏈路帶寬分配算法，成為決定下一代寬帶接入網(wǎng)性能的關(guān)鍵。 在這種背景下，本文針對(duì)EPON MAC層算法的優(yōu)化進(jìn)行研究。在介紹EPON的體系結(jié)構(gòu)，MPCP協(xié)議控制幀格式，EPON系統(tǒng)同步，

4、測距，延遲補(bǔ)償，ONU注冊(cè)，QoS保證等關(guān)鍵技術(shù)和EPON上行鏈路帶寬分配原理的基礎(chǔ)上，本文首次全面具體地分析了EPON上行鏈路通信周期中的各種時(shí)隙損耗因素，從而闡明了EPON MAC層上行鏈路帶寬分配算法優(yōu)化所要削弱和消除的幾個(gè)具體的時(shí)隙損耗因素；在介紹經(jīng)典的EPON上行鏈路動(dòng)態(tài)分配算法IPACT [5]的基礎(chǔ)上，提出了兩種新的IPACT的優(yōu)化方案：1.IPACT在下載模式的優(yōu)化與改進(jìn)，該優(yōu)化方案解決了傳統(tǒng)IPACT算法下載模式中可能

5、存在的一些問題；2.基于先產(chǎn)生先發(fā)送的IPACT算法，該優(yōu)化算法減小了傳統(tǒng)IPACT算法的最大端到端延遲，同時(shí)減小了傳統(tǒng)IPACT算法的端到端延遲抖動(dòng)，提高了IPACT算法支持業(yè)務(wù)QoS的能力；本文還首次對(duì)IPACT算法不同用戶之間數(shù)據(jù)的端到端延遲的比較做了分析。另外，對(duì)于區(qū)分業(yè)務(wù)等級(jí)的EPON上行鏈路帶寬分配算法，本文在詳細(xì)總結(jié)和分析近年來主流的基于比例分配的帶寬分配算法的基礎(chǔ)上，介紹了一種基于令牌轉(zhuǎn)換的帶寬分配算法，并且通過仿真結(jié)果

6、對(duì)比例分配算法和令牌轉(zhuǎn)換算法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了全面的分析。為了向終端用戶提供更好的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)QoS，本文對(duì)目前處理實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的最新研究成果——混合授權(quán)方式算法(Hybrid Granting Algorithm，HG)和高帶寬利用率混合授權(quán)方式算法(High Utilization and Hybrid Granting Algorithm，HUHG)進(jìn)行了介紹和分析，并在此基礎(chǔ)上提出了一種全新的基于令牌轉(zhuǎn)換的高帶寬利用率混合授權(quán)方式算法(To

7、ken Switching-based High Utilization and Hybrid Granting Algorithm，TSHUHG)。TSHUHG是一種高帶寬利用率且能滿足特定實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)QOS要求的性能優(yōu)越的算法。該算法不僅能提供非常良好的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)端到端延遲和延遲抖動(dòng)性能，符合特定的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)QoS需要，還能最大限度的消除上行鏈路通信周期中的閑置時(shí)間和未利用時(shí)隙碎片，從而具有較高的帶寬利用率。另外，本文將自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)流量預(yù)測的