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EPON授权调度算法和发现过程调度研究

作　者: 施清棋
导　师: 郭薇
学　校: 上海交通大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 以太网无源光网络动态带宽分配算法授权窗口调度自动发现过程
分类号: TN929.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

EPON(Ethernet Passive Optical Networks)光接入技术是下一代接入网的关键技术之一。在EPON系统中,如何合理地使用上下行带宽资源,提高带宽资源的利用率是一个很重要的问题。由于静态的带宽分配方案不能根据光网络单元(Optical Network Units,ONU)的实时的动态带宽请求为每个ONU分配带宽,在以突发性业务为主的接入网中效率会比较低。为了实现上行带宽的统计复用,EPON中主要采用了动态带宽分配的算法。因此,对于如何设计动态带宽的分配算法来提高带宽利用率就是一个很重要的研究问题。特别地,对于动态带宽分配中的授权调度问题,文献中还没有提出一个最优化的调度算法来最小化平均包延时。同时,为了支持对于新接入的ONU和故障修复后需重新接入的ONU进行接入控制与测距的功能,EPON定义了一个自动发现过程来满足此要求。由于自动发现过程也会占用上下行带宽资源,影响正常数据的传输。因此,合理地调度自动发现过程来提高带宽利用率也是一个很重要的研究问题。本文首先对于EPON的系统原理进行介绍,然后对于EPON中的动态带宽分配过程和自动发现过程进行分析和讨论。并在此基础上深入研究了动态带宽分配问题中的授权调度算法和自动发现过程的调度问题。在授权窗口调度算法研究中,本文深入分析了授权调度算法和平均包延时的关系,提出了一种新的综合的授权调度算法来最小化平均包延时。为了实现EPON系统对于QoS和公平性的要求,EPON的动态带宽分配算法通常采用离线的调度框架。在这种框架下,光线路终端(Optical Line Ternimal,OLT)会首先等到收集完所有ONU的带宽请求后,才进行带宽分配和调度。由于考虑到不同ONU的往返时间和带宽分配的大小不一,ONU之间的传输次序会影响到信道的资源利用率和数据的平均传输延时。为了优化ONU之间的调度次序,使得平均的包延时最小化,本文经过严格的理论分析,针对不同的条件,提出了相应的调度策略,并综合这些策略提出了一个综合调度算法。通过仿真结果显示,相比于传统的算法,该算法在不同的条件下,都能得到最小的平均包延时。在自动发现过程调度算法的研究中,本文首先提出了自动发现过程的调度优化问题,进而提出了一种基于仿真的调度优化解决方案,该方案能对ONU的注册请求的延时提供一定的保证,并能减少自动发现过程的带宽使用量。以往关于自动发现过程的研究都是主要集中在自动发现过程实现方法的研究上,主要有随机时延,二进制指数退避,或者是两者的结合。以往的自动发现过程的研究,验证了随机时延的自动发现过程方案可以得到比较好的带宽效率和注册延时。然而,虽然确定了随机时延的方案,然而文献中很少有针对此方案进行自动发现过程的调度研究的。本文将在随机时延的方案下,考虑自动发现过程的调度问题。主要考虑的目标是怎么优化自动发现过程的发起周期和应该使用多大的发现窗口。总之,本文根据EPON标准中的相关技术,针对授权窗口调度和自动发现过程调度进行了深入研究,取得了一定的研究成果。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-18
  1.1 引言  10-11
  1.2 接入网技术的发展  11-14
  1.3 本文的研究背景和内容  14-17
    1.3.1 研究背景  14-16
    1.3.2 本文研究内容  16-17
  1.4 文章内容安排  17-18
第二章 EPON系统原理与关键技术  18-27
  2.1 引言  18-19
  2.2 EPON工作原理  19-22
    2.2.1 基本原理  19-20
    2.2.2 EPON协议分层和帧结构  20-22
  2.3 多点控制协议  22-26
    2.3.1 MPCP帧结构  22-23
    2.3.2 带宽分配过程  23-24
    2.3.3 自动发现过程  24-26
  2.4 本章小结  26-27
第三章授权窗口调度算法研究  27-43
  3.1 引言  27-28
  3.2 系统模型  28-31
    3.2.1 包延时分析  29-31
  3.3 调度策略分析  31-36
    3.3.1 情况一：所有ONU的RTT一样  31-32
    3.3.2 情况二：前两个ONU的RTT差大于保护间隔  32-34
    3.3.3 情况三：所有ONU之间的RTT差小于保护间隔  34-36
  3.4 综合授权窗口调度算法  36-38
  3.5 仿真结果与分析  38-42
    3.5.1 RTT分布比较集中  38-42
    3.5.2 RTT分布中等集中  42
    3.5.3 RTT分布比较分散  42
  3.6 本章小结  42-43
第四章发现过程调度优化研究  43-58
  4.1 引言  43-44
  4.2 自动发现过程模型和问题描述  44-47
    4.2.1 延时限制  46
    4.2.2 稳定性要求  46-47
    4.2.3 目标函数  47
  4.3 碰撞概率分析  47-49
  4.4 最优解分析  49-51
  4.5 仿真实验  51-57
    4.5.1 碰撞概率仿真结果  51-53
    4.5.2 稳定注册ONU数目仿真结果  53-55
    4.5.3 最优解调度仿真结果  55-57
  4.6 本章小结  57-58
第五章全文总结与展望  58-61
  5.1 全文工作总结  58-59
  5.2 研究展望  59-61
参考文献  61-64
致谢  64-65
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  65-67

EPON授权调度算法和发现过程调度研究

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