光接入网中基于组合配对机制的动态带宽分配算法研究.pdf

摘要 摘要 近年来，科学技术的不断进步推动了电信行业的飞速发展，急速扩张的网络用户规 模以及网络数据量对网络传输延迟提出了严峻的要求，同时也致使系统能耗呈现指数式 的增长。因此，革新接入网网络架构成为了必然趋势。基于以太网的无源光接入网 （Ethernet passive optical network, EPON ）以其数据传输快、能耗花费低、组网灵活等特 点成为了下一代带宽接入网的最佳选择。其中，带宽分配算法是 EPON 系统中的核心技 术之一。高效的动态带宽分配算法能够提高带宽资源的利用率、缩短数据传输延迟以及 降低系统的能耗。本文针对光接入网中基于组合配对机制的动态带宽分配算法展开了研 究。 首先，本文提出了基于组合配对机制的带宽分配算法的实现方案，并且该方案在考 虑上下行带宽请求差异的基础之上，最大程度上优化数据延迟以及节能效率两项重要网 络性能指标。通过离散事件仿真库构造了仿真网络模型，设计了光网络单元和光线路终 端的调度算法，构建了数据传输时间窗口的分配策略以及建立了通用的能量节约模型。 最后给出了系统的周期长度、数据延迟以及节能效率等仿真结果与分析。 其次，建立了基于组合配对机制的带宽分配算法的数值模型。通过引入 M/M/1 排队 论模型，详细地推导出周期长度公式、上行延迟公式，下行延迟公式等，并且从数学模 型的角度来分析了该带宽调度算法的各种网络性能。将仿真结果与数值结果进行了对比， 以此表明仿真方案与数值模型的正确性。 最后，通过将基于组合配对机制的带宽分配算法与传统的带宽分配算法进行全方位 的网络性能对比，可以得出本文所提出的基于组合配对机制相比不管是在数据延迟性能， 还是在节能方面都有明显的成效。 本论文为 EPON 系统中带宽分配算法的研究给出了重要的调度方案以及节能策略， 在延迟和节能方面都取得了不错的成果，为进一步优化带宽分配算法给出了相应的方案 参考，具有重要的理论指导和现实应用价值。 关键词：以太网无源光网络，动态带宽分配算法，节能，数据延迟 I Abstract Abstract In recent years, the continuous progress of science and technology has promoted the rapid development of the telecommunications industry. The rapid expansion of the network user size and network data volume has put forward severe requirements for network transmission delay, but also led to an exponential increase in system energy consumption. Therefore, the innovation of access network architecture has become an inevitable trend. Ethernet-based passive optical network (EPON) has become the best choice for next generation bandwidth access network because of its fast data transmission, low energy consumption and flexible networking. Among them, bandwidth allocation algorithm is one of the core technologies in EPON system. Efficient dynamic bandwidth allocation algorithm can improve the utilization of bandwidt