多制式融合VPON中模式转换机制及其算法研究

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网络流量的爆炸式增长和网络应用场景的层出不穷对现有网络架构造成了新一轮的冲击。4K高清视频、移动设备、高速下载、VR/AR等新兴技术的出现都对固定网络和移动网络提出了更高的带宽要求。从网络架构上面来说,为了满足新的网络环境的需要,网络扁平化势必成为电信网络发展的主流。这就预示着光城域网三层网络架构(核心层、汇聚层和接入层)将向二层网络架构演进。以至于,光城域网的汇聚层和接入层实现一体化,即形成“汇聚-接入层”。另一方面,针对当前接入网面临的带宽挑战,基于软件定义网络的宽带接入解决方案已被提出,用于满足未来接入网全业务、高带宽、易运维的发展需求。而要实现接入网范围内的软件定义网络,必须先实现光接入网的虚拟化,即虚拟无源光网络(Virtual Passive Optical Network,VPON)。考虑到网络的平滑演进特点,汇聚-接入层上势必存在多种接入制式技术。多种制式融合虚拟化不仅可以实现带宽资源在多个运营商间共享,还可以与软件定义网络对接。如何实现多种制式技术的虚拟化将成为光接入网虚拟化的重要环节。因此,如何实现ONU工作制式转换(即模式转换)进而实现带宽资源统一管控不仅具有重要的理论意义,同时具有较高的实用价值。本文主要针对汇聚-接入一体化多制式融合光接入网环境下的模式转换机制及其算法设计展开深入分析与研究,给出了一种支持多制式融合的VPON功能架构及其联合控制机制;结合不同的应用场景提出了三种模式转换算法,并对每种算法进行了详细的仿真和验证。本文主要研究内容如下:1)针对汇聚-接入一体化多制式融合光接入网环境,提出了一种支持多制式融合的VPON功能架构及其联合控制机制。并在此基础上设计了一种跨TWDM/OFDM制式调度的联合多点控制协议及其控制流程。该协议及其控制流程不但可以完成对应制式技术的带宽调度,同时支持ONU的模式转换。2)首次提出单ONU模式转换算法,对其中的每种情况设计了对应的模式转换策略。该算法提高了整个系统的带宽利用率,并降低了过载系统时延。利用WDM-EPON和OFDM-PON仿真系统分析论证了所提算法在系统承载量、带宽利用率、系统时延方面的有效性和正确性。3)为实现多制式系统间带宽资源的加载均衡,提出了基于步长可变0/1背包问题的多ONU模式转换算法。该算法不但可以一次性作出多个ONU模式转换的决策,还可以实现整个系统的加载均衡。另外,我们还提出带宽转换比的概念来分析算法的带宽转换能力。4)由于带宽调度算法需要考虑优先级业务,而模式转换算法又是其上层算法。文中完备地分析了优先级业务的模式转换适用场景,并据此设计了考虑优先级业务公平性的模式转换算法。最后,通过仿真验证了该算法在提高业务公平性方面的正确性和有效性。
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