网络编码与无源光网络的融合技术研究

发布时间：2018-10-07 20:26

【摘要】：随着各类P2P业务的兴起及快速增长,无源光网络中ONU间的对等通信也随之不断增加。作为一项可靠的技术,网络编码在最近几年才被引入到无源光网络中,用于高效支持无源光网络中ONU间的对等通信业务。已有研究表明,网络编码技术能够减少ONU间对等通信中因竞争而引起的丢包,有效节省无源光网络中有限的下行带宽,通过流量本地化缓解P2P业务对核心网造成的带宽压力。此外,网络编码技术的引入还能使OLT能够通过减少数据包的发送时间而节省能量,并且能在不改变无源光网络硬件结构的基础上提升网络的下行吞吐量。因此,无源光网络中的网络编码技术使得仅需要进行相对较低成本和较低复杂度的软件升级,就能够显著地提升网络性能,是一项具有实际应用前景的接入网增强技术。如何应对因网络编码机制的引入而给无源光网络中数据上下行发送带来的变化和影响,有效地实现无源光网络中网络编码技术的融合应用,并解决对等通信中多等级业务QoS的支持问题,成为当前需要进一步研究的内容。本文从无源光网络中ONU间日益增长的对等通信需求出发,对网络编码与无源光网络的融合技术进行了研究,具体包括以下内容： (1)对融合有网络编码的无源光网络(NC-PON)中的信令机制进行研究。针对无源光网络因引入网络编码后数据上下行方式发生了变化的问题,提出了一种面向NC-PON的"OLT主导”式信令机制。该信令机制不仅能规避无源光网络下行方向存在的ONU间“窃听”风险以及已有研究方案中某些步骤的不可实现性,还能够降低信令流程的复杂度并减轻ONU的工作负担。本文通过实际搭建的融合有网络编码的10G EPON硬件平台,对所提信令机制的可行性以及在该信令机制协助下无源光网络的基本性能增益进行了探索和分析。实验结果表明：1)本文所提信令机制能有效实现无源光网络中的网络编码；2)当无源光网络中带宽有限的下行信道上产生竞争冲突时,网络编码功能的引入能够在网络负载增大时延缓下行信道上竞争冲突的出现,提升无源光网络的下行吞吐量。 (2)对NC-PON中多等级业务的QoS支持问题进行研究。针对NC-PON中多等级业务的QoS需求,提出了一种面向多等级业务的动态带宽分配算法MSDBA。MSDBA算法首次采用了“不同编码策略子周期”的方案,并将其与不同等级业务的不同调度及带宽分配策略有机结合在一起,实现对ONU对等通信中多等级业务QoS的支持。数值分析和仿真实验的结果表明,与NC-PON中先前仅有的两种动态带宽分配算法IPACT及APS相比,MSDBA算法不仅能降低各等级业务的延时,还能够获得较低等级编码及非编码业务之间最大的端到端延时公平性并且近似为1。此外,MSDBA算法还能够保证高优先级业务的固定轮询顺序及其1.5ms的端到端延时上限,只是需要以牺牲高优先级编码和非编码业务的端到端延时公平性作为折中。 (3)对NC-PON中上行信道“空闲时间”的消除问题进行研究。针对NC-PON中上行信道存在的“空闲时间”问题,提出了一种无缝动态带宽分配算法SDBA。SDBA算法中首次采用了“滑动式REPORT消息上报窗口”的策略以有效地消除上行信道的空闲时间。数值分析和仿真实验的结果表明,与IPACT及APS算法相比,SDBA中各等级编码及非编码业务的排队时延、调度时延、以及端到端时延性能最佳,并且同样能够保证高优先级业务的固定轮询顺序及其1.5ms的端到端延时上限。此外,由于SDBA算法能有效消除上行信道的“空闲时间”,所以与MSDBA算法相比,SDBA算法能降低各等级编码及非编码业务的端到端时延并提升它们之间的公平性。尤其在低网络负载时,SDBA算法中的上行带宽利用率相比于MSDBA算法有比较明显的提升。
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【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN929.1

【参考文献】