光汇聚接入网动态资源调度等关键技术的研究

发布时间：2020-11-14 10:04

　　 随着视频应用的迅速普及和新兴业务的开展,用户的带宽需求持续增加。一方面,为了满足带宽需求的快速增长,接入网的容量需大幅提升。另一方面,网络容量增加的同时,投资成本(capital expenditure, CAPEX)和运营成本(operating expense, OPEX)的增加速度却明显快于运营收入的增加速度,并导致运营商的利润空间缩小。因此,针对带宽需求的持续增长和利润空间的不断缩小,宽带光接入网正向着更大容量、更广覆盖和更高成本效益发展,并将融合城域汇聚网和接入网形成光汇聚接入网。 本文针对光汇聚接入网中的网络结构、生存性保证机制、动态资源调度机制与算法和节能机制与算法等关键技术进行了相关研究,并取得了一定的创新性研究成果。本文的主要创新点和研究工作包括： 1)针对光接入网的“大容量、广覆盖与扁平化”、动态调度波长和时隙两维资源、后向兼容、强生存性和低能耗等演进需求,本文提出了一种基于远端节点(remote node, RN)波长选择变换的环树型时分和波分复用光汇聚接入网网络结构。所提网络结构基于RN的光放大和光电光中继提升网络容量和覆盖范围,通过节点归并和城域接入融合降低CAPEX和OPEX,利用共路和随路信令集中动态地控制RN并通过光开关切换选择上下路波长和控制光网络单元(optical network unit, ONU)的上下行带宽以实现全网波长和时隙两维资源的动态调度,通过RN的波长变换实现后向兼容,利用环树型网络拓扑实现具有成本效益的生存性保证,并通过中心站(central office,CO)集中控制全网休眠以降低网络能耗。仿真结果表明,所提网络结构具备320Gbps总容量,在单波长10Gbps速率和采用前向纠错条件下可以具备“100kmm城域汇聚和20km接入”的覆盖范围,承载25个RN和3200个ONU。 2)在波长动态调度的光汇聚接入网络结构中如何正确定位故障并进行保护倒换以保证强生存性是需要解决的关键技术问题；此外,现有生存性评价方法未考虑光纤链路长度差异所致的故障概率差异,未综合定量评价成本和生存性保证性能。为解决上述问题,本文提出了一种具有成本效益基于控制信道故障定位和动态波长调度的生存性保证方案,并对所提方案进行了考虑链路长度的全网生存性和成本综合定量分析。所提生存性保证方案利用光纤环对故障影响最大的城域汇聚主干光纤进行保护,利用控制信道定位和检测故障,通过CO和RN分别切换起保护作用的光开关完成保护倒换。同时,所提方案利用波长动态调度能力转移故障CO业务线卡的业务。分析计算表明所提方案最优时只需付出1%的生存性保证成本,就能带来54%的生存性提高,并且保护倒换能控制在50ms内完成。 3)为了降低网络单位带宽成本,延长光开关等器件的使用寿命,减轻波长动态调度网络中掺铒光纤放大器瞬态增益效应对传输性能的影响,本文提出了一种动态波长和时隙调度(dynamic wavelength and bandwidth allocation, DWBA)机制和最小切换次数启发式算法所提DWBA机制和算法通过均衡不同波长上的负载提高资源利用率,通过优先沿用前次波长分配结果延长光开关等器件的使用寿命,通过限制波长数的变化幅度和增加保护间隔减轻瞬态增益效应。仿真结果表明,所提DWBA机制和算法与静态波长分配相比能带来32.9%的网络带宽利用率提高,平均减少5.1个工作波长,使单位带宽成本至少降低28.7%,并且可以支撑10年的器件使用寿命。 4)针对现有主流的休眠类节能方案大多只在小负载下有效,CO进入多周期休眠会影响RN和ONU的周期内休眠效果,使全网很难达到最佳节能效果的问题,本文提出了一种混合周期内和多周期休眠的全网节能方案。所提节能方案中在大负载下CO、RN和ONU利用发送和接收业务窗口间的空闲时隙执行短暂的周期内休眠；在小负载下RN和ONU执行长时间的多周期休眠,以减小不必要的开销时间,而CO依然进行周期内休眠,以提高RN和ONU的节能效果,实现全网节能效果最优。仿真结果表明在包括大负载在内的不同负载下,所提方案至少能节省54.0%的能量消耗,并适用于不同流量分布场景。所提方案在不同负载下平均可以比业内已有休眠方案多减少41.6%的功率消耗。与CO采取混合周期内和多周期休眠的方案相比,通过CO只进行周期内休眠所提方案最好时全网可以多节能3.5%。
【学位单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TN915.6
【部分图文】：

图2-16城域汇聚环段BER曲线如图2-16所示，通过对比上述传输1)和2)，我们可以发现100km的色散代价为2dB。通过传输3)可以看出，在无色散传输和误码率优于1E-3的条件下，城域汇聚环上最多部署8个EDFA。综上，考虑色散代价网络城域汇聚环上最多能支持的远端节点个数为：（8x25dS-100km x0.32dB/km - 2dB)/6.5d5 ? 25。这个结论与上节理论分析相同。29

其中，B! : f k\ + k，kj k” — {N — 1 — h — k-^ )A/ + f + A + 女2 + 介3 + 々4。综上，rn (mk2)点故障下，网络的平均残余通信容量是C(m)=1 min {w-/,A^-l} min{"j-/-A，AA/}X X X^iPi 、o /??a”、/=0 k=0 々1=0 ’”12 Z o (:5-Z2)min{/?，/V} iV—1 min{〃/-/./,} min{"，-/-々”AZ/f} min{N~\-fum-f-k^-A^} niin{m—/-人-丨-人‘】-人+ ￡ Z Z Z Z ZC2P2./=2 li=f-\ k、=0 k2=0 A-,=0 々4=03. 3. 2. 2 各种生存性保证方案的生存性计算我们在表3-6所示的网络配置下利用3.3.2.1节的生存性公式对各种生存性保证方案的网络生存性随ONU总数的变化进行了计算和分析。根据表3-6所示，假设远端节点间的距离相等，则在计算网络生存性时需要用到以下参数：7V = 8 +1 = 9, M =8,16,32,64,128,256, L,^ = \]. 1km , L, = 19.5km , ■L; = 0.5km。

第二章光汇聚接入M生存件保iiK机制研究线保护方案，网络的生存性越来越高。造成上述现象的原因是，1)全网共有城域汇聚主干光纤100km,接入段馈线光纤156km或312km，而随ONU总数增加，接入段分配线光纤的总数由32km增加到1024km。所以，ONU总数少时，网络故障多发生在城域汇聚主干光纤和接入段馈线光纤，故障影响大，故障后网络生存性差；ONU总数多时，情况相反，网络生存性变好。2)三种方案的差别主要在于是否对城域汇聚主干光纤和接入段馈线光纤进行保护，而接入段分配线段都没有采用保护。所以，随ONU增多，故障主要发生在生存性保证方案上没有区别的接入段分配线上后，三种方案的差别变小。3)所提方案虽然未对接入段馈线光纤进行保护，但针对故障影响最大的城域汇聚环光纤故障进行了保护。与城域主干接入馈线保护方案相比，尤其是ONU数较多、故障多发生在接入段分配线光纤时，所提方案未保护的接入馈线很少发生故障，而且即使发生故障也对全网生存性的影响较小，生存性接近城域主干接入馈线保护方案。4)从无保护方案到城域主干接入馈线保护方案，网络中受保护的位置逐渐增多。
【参考文献】

相关期刊论文 前3条

1 皇甫伟,容鹏,曾烈光;SDH自愈环生存性定量分析[J];电子学报;2001年11期

2 陈孝信;;再论“零”的突破——洪耀“观念·弹线”的原创性与文化意义[J];中国艺术;2010年01期

3 彭德;;石虎[J];中国艺术;2013年03期

本文编号：2883356