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以太网无源光网络EPON(Ethemet Passive Optical Network)系统因为其接入距离长、可用带宽高,成为最终用户电信业务接入平台。EPON作为一种突破性接入方式,不但可以解决宽带数据业务接入,还可以支持多业务服务质量(Quality of Service,QoS),从而能够实现数据、语音和视频等多种业务的综合接入支持。 然而,在这种基于以太网传送技术的接入系统提供多业务服务质量保障机制是一项巨大的挑战,需要EPON系统在数据链路层具备以下几项能力: 1)多业务传输能力 目前主要的业务可分为IP类业务、语音业务和TDM(Time Division Multiplex)专线类型业务等3大类,其业务特性各不相同。为满足各种业务的接入需求,需要分别提供与业务特性相匹配的(逻辑)通道。 2)灵活的桥接模式 现有以太网网络中广泛采用了虚拟局域网(VLAN)技术,如IEEE802.1Q网桥等。虚拟局域网与采用点到多点(Point-To-Multipoint,PTMP)拓扑的EPON对接将存在着最佳匹配问题。需要研究业务流在OLT的桥接方式以实现链路的高效利用和安全特性。 3)动态带宽分配(DBA)机制 典型的EPON系统是局端集中控制的远程接入网络架构,采用静态带宽分配不能满足业务公平而合理地应用系统带宽的需求,需要在控制平面和数据平面传输延迟较大的情况下;设计合理的动态带宽分配算法,提高可用带宽的利用率并保证QoS。 针对上述问题,本文以设计多业务EPON系统为目标,以优化EPON的链路结构、增强用于链路控制的动态带宽分配能力为手段,研究EPON支持多业务接入时的数据链路层实现技术。本文主要从以下3个方面进行探索和研究:(1)支持多业务的EPON系统应具有的特性分析;(2)EPON支持多业务所需的组网形态、EPON的数据链路结构及其与现有以太网桥对接问题;(3)为满足各种业务的服务质量,提出新的支持绝对QoS特性的DBA算法。 本文的主要研究成果如下: 1)研究EPON局端光线路终端OLT(Optical Line Termination)系统从以太网界面到无源光网络媒体的桥接优化问题,提出了按照对等网络模型来分析EPON局端桥接的方法。提出的方法支持现有EPON桥接方法分析和分类,还可推导出9种新的桥接方式。 2)总结了EPON在DBA算法网络结构上的特点,系统地提出了这类远程调度系统问题的基本假设和基本思路,并分析了DBA算法的关键指标,提出了DBA算法的分类方法,形成了DBA算法较为系统的理论。 3)面向具有绝对QoS保障的需求,研究并提出新的DBA算法,该算法为具有特定指标要求的业务提供服务质量的定量保证,即对每个连接(或流或对话)的关键参数提供一定极限值的能力。 4)研究并提出了支持QoS的分级加权调度HWQ(Hierarchy Weighted scheduling with QoS Approach)算法。HWQ算法具有分级化的带宽授权实体BGE(Bandwidth Grant Entity)、灵活的带宽发放操作、带宽的预算和计量相分离和保证轮询周期等突出特点。计算机仿真表明,HWQ算法既保证了时延敏感型业务的延迟要求,又同时具有足够的灵活性,保持了较高的带宽利用率。