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在国家关于信息化带动工业化发展战略实施的重要时期,EPON因其高带宽、低损耗、低成本和易于维护等优点,已成为加快信息高速公路建设的具有竞争力的宽带接入技术。EPON是典型的点到多点网络结构,上行方向多个用户共享带宽资源。因此如何公平有效地协调EPON系统上行带宽资源分配,提高带宽利用率,同时兼顾多业务多用户的QoS保证,是本文的研究方向。
本文首先描述了EPON系统的体系结构,分析了其上下行数据传输原理。重点研究了IEEE802.3ah技术标准中支撑带宽分配的MPCP协议以及各种关键技术。其次,分别介绍了间插轮询方案的算法和周期轮询方案的算法;通过分析比较两类带宽分配方案,总结了评价一个优秀的带宽分配算法需要从带宽利用率、ONUs公平享受带宽资源保证和多业务多用户QoS支持,方案可行性等多方面考虑。然后,本文在其基础上,给出了一种综合两种轮询方案的改进带宽分配算法,并图文并茂地对其设计原理进行了阐释。其设计思路是基于空闲时隙和模拟授权带宽的大小,将轮询周期划分为安全轮询区、警戒区、危险区;OLT根据系统时刻所处区域和模拟授权带宽大小,提前授权部分ONU,其发送时隙将填补因在轮询周期结束时刻对剩余ONU分配带宽所产生的空闲时隙。通过这种方式可以完全消除周期轮询方案造成的空闲时隙,提高了周期轮询的带宽利用率;在授权过程中,该算法引入了剩余带宽重分配机制,保证了ONUs公平享受带宽资源;同时,为了提供更好的多业务QoS支持,降低ONU的设计复杂度,OLT为不同的业务授权并对等待时间里即将到达的EF业务数据量进行了预测。最后,运用Opnet Modeler仿真平台搭建了简易的EPON网络,并从业务模型设计、节点模型设计以及进程模型设计等多方面,对IPACT算法和改进的算法进行编码实现。通过仿真发现,当网络负载较轻时,改进算法的EF和AF业务平均包时延较低,带宽利用率能够达到与IPACT相当的水平;当网络负载较重时,改进算法在平均包时延性能、带宽利用率以及丢包率上具有较好的性能。