在信息社会对通信网络带宽的需求不断增长的今天，骨干网上的带宽已经基本可以满足高带宽业务的需要，但是接入网技术却成了宽带网络发展的瓶颈，制约了信息高速公路的发展。以太无源光网络(Ethernet-based Passive Optical Network，EPON)是基于以太网的无源光纤接入网，由于目前宽带骨干网大多基于以太网协议，EPON本身也具有高带宽，性能稳定，低故障率，低维护成本等优点，EPON技术成为宽带业务综合接入的重要手段，也被普遍认为是最有前途的下一代宽带接入网技术。IEEE正式提出的EPON802.3ah标准[1]对EPON MAC层定义了多点控制协议(Multiple Points Control Protocol，MPCP)，但并没有进一步对具体的算法进行规定，因此EPON的MAC层算法优化研究成为目前宽带接入技术最有意义的研究热点之一。EPON系统具有一点对多点的网络拓扑结构，在EPON MAC层，上行链路通信采用TDMA[2]的方式避免不同用户数据的冲突，因此有效的上行链路带宽分配算法决定了整个网络的性能[3]。如何在802.3ah的基础上对EPON MAC层算法进行优化，设计出高带宽利用率，低端到端延迟和延迟抖动，支持业务QoS[4]，公平分配带宽，实时性强，可移植性强的上行链路带宽分配算法，成为决定下一代宽带接入网性能的关键。在这种背景下，本文针对EPON MAC层算法的优化进行研究。在介绍EPON的体系结构，MPCP协议控制帧格式，EPON系统同步，测距，延迟补偿，ONU注册，QoS保证等关键技术和EPON上行链路带宽分配原理的基础上，本文首次全面具体地分析了EPON上行链路通信周期中的各种时隙损耗因素，从而阐明了EPON MAC层上行链路带宽分配算法优化所要削弱和消除的几个具体的时隙损耗因素；在介绍经典的EPON上行链路动态分配算法IPACT[5]的基础上，提出了两种新的IPACT的优化方案：1．IPACT在下载模式的优化与改进，该优化方案解决了传统IPACT算法下载模式中可能存在的一些问题；2．基于先产生先发送的IPACT算法，该优化算法减小了传统IPACT算法的最大端到端延迟，同时减小了传统IPACT算法的端到端延迟抖动，提高了IPACT算法支持业务QoS的能力；本文还首次对IPACT算法不同用户之间数据的端到端延迟的比较做了分析。另外，对于区分业务等级的EPON上行链路带宽分配算法，本文在详细总结和分析近年来主流的基于比例分配的带宽分配算法的基础上，介绍了一种基于令牌转换的带宽分配算法，并且通过仿真结果对比例分配算法和令牌转换算法的优缺点进行了全面的分析。为了向终端用户提供更好的实时业务QoS，本文对目前处理实时业务的最新研究成果——混合授权方式算法(Hybrid GrantingAlgorithm，HG)和高带宽利用率混合授权方式算法(High Utilization and Hybrid Granting Algorithm，HUHG)进行了介绍和分析，并在此基础上提出了一种全新的基于令牌转换的高带宽利用率混合授权方式算法(Token Switching-based High Utilization and Hybrid Granting Algorithm，TSHUHG)。TSHUHG是一种高带宽利用率且能满足特定实时业务QoS要求的性能优越的算法。该算法不仅能提供非常良好的实时业务端到端延迟和延迟抖动性能，符合特定的实时业务QoS需要，还能最大限度的消除上行链路通信周期中的闲置时间和未利用时隙碎片，从而具有较高的带宽利用率。另外，本文将自适应网络流量预测的方法应用到IPACT中，实现和分析了一种基于自适应网络流量预测的DBA算法，并对介绍该自适应网络流量预测方法的原参考文献中对该方法的一些性能指标理论推导不完善的地方进行了重新推导，同时还通过仿真结果对该算法的优缺点进行了全面的评估，补充了原参考文献对预测算法缺点分析的空白。