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基于EPON的宽带接入网的QoS体系结构与实现机制研究
中文名称: 基于EPON的宽带接入网的QoS体系结构与实现机制研究
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论文编号: 3122363收藏本论文】【我的收藏】【我要投稿
英文名称: Study on EPON QoS Architecture and Implementation Mechanism for Broadband Access Network
学位类型: 博士毕业论文
作者: 涉及隐私,隐去***  作者本人请参看权力声明>>
导师: 涉及隐私,隐去***
毕业学校: 涉及隐私,隐去***
专业: 通信与信息系统
毕业年份: 涉及隐私,隐去***
关键字: 宽带接入网 以太无源光网络(EPON) 服务质量 综合服务 资源预留 分组调度 动态带宽分配
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论文简介:与传统的“尽力而为”服务相比,新涌现的IP应用(多媒体应用、组播应用等)的流量特点正在发生巨大的变化,它们不仅要求巨大的带宽,而且需要严格的端到端延迟保证。因此,仅仅依靠增加网络资源并不能完全满足这些新应用的服务质量要求,还需要新的服务方式,互联网结构本身也需要跟着改变,引入能够支持QoS的一些机制。作为端到端QoS实现的一种重要组成部分,本文重点研究了宽带接入网的QoS体系结构及其实现机制。考虑到以太无源光网络(EthernetPON)融合以太网技术的简单性、光纤传输的高带宽性以及点到多点的PON传送方式,已经成为下一代宽带接入网的发展方向,本文的研究都是基于EPON这一系统传输平台展开的。全文的主要内容由四部分组成,具体如下: 第一部分介绍了IPQoS的两种服务模型以及相应的实现机制,针对IntServ服务适合网络规模小、服务质量要求高的边缘网络的特点,提出了在EPON中采用IntServ模型实现端到端QoS的构想,并设计出面向IntServ的包含管理平面、控制平面和传输平面的EPONQoS整体架构。然后围绕该架构中三个核心模块(资源预留、分组调度和带宽分配)的功能实现铺开全文内容。首先是EPON上资源预留的实现。虽然EPON的协议IEEE802.3ah是在IEEE802.3的基础上发展起来的,但点对多点的主从结构融入了不同于以太网的新特点,为此,本文根据EPON结构的特殊性,对以太网上资源预留的许可控制协议(SBM协议)进行了改进,提出了在EPON上支持SBM的资源预留方案(SOEP方案),其中包括了诸如管理网段的界定、DSBM设备的选择、逐跳路径的建立等问题的解决方案。同时,将面向单个会话的RSVP状态刷新转变为面向LLID的组刷新,并引入确认和重传机制进一步减小消息丢失率。仿真实验不仅证实了SOEP方案的可行性,而且表明了组刷新方式在信令开销和消息丢失率方面的优异性能。 第二部分是面向IntServEPON的分组调度算法的研究。首先介绍了LR服务器理论和RP服务器理论,总结出分组调度算法与端到端延时大小的关系。然后指出在融合实时和非实时业务的IntServ网络中,无论采用何种分组调度算法(帧结构型算法或是排序优先型算法),都无法有效保证实时业务的端到端延时。在深入分析产生这一现象原因的基础上,提出了一种适用于高速分组网络的低复杂度的分组调度架构(ISS架构),以保障资源预留业务的服务质量。ISS架构摒弃了采用统一的调度算法来处理所有业务的传统做法,将整个调度过程分为高优先级调度和低优先级调度两个过程,其中高优先级调度过程采用排序优先型算法处理质量保证业务,低优先级调度过程采用帧结构型算法处理可控负载业务和尽力而为业务。在高优先级调度过程中,提出了一种带约束条件和速率控制因子的排序优先型算法,通过合理调整速率控制因子的大小,可以避免高优先级业务的带宽抢占现象,有效控制它们的服务速率;在低优先级调度过程中,提出了一种改进的帧结构型算法,不仅降低了算法复杂度,减小了硬件实现成本,而且缓解了输出业务流的突发性。最后从数学分析和计算机仿真两方面证实了ISS架构的可行性和实效性。 第三部分是EPON动态带宽分配算法的研究。从静态带宽分配算法和最基本的动态带宽分配算法(IPACT算法)入手,分析了带宽分配过程中所涉及的一些策略问题,诸如Inter-ONU与Intra-ONU调度执行者的确立、优先级队列调度方式的选择以及interleavedpolling轮询方式的确定等对于确保业务服务质量的重要作用。然后全面分析了现有的动态带宽分配算法在支持业务的QoS方面存在的不足,提出了一种支持带宽预分配的快速响应DBA算法(IDBA算法)。该算法能够对高优先级业务进行流量预测,并根据预测结果为它们预先分配带宽,避免了它们的“T+2”排队延时。同时,为了提高信道利用率,IDBA算法还引入了预测修正机制,一旦出现带宽剩余现象,就从下一周期开始对预测流量作进一步修正,使其更加逼近真实流量。仿真实验显示该算法优于现有的DBA算法,不仅能够满足高优先级业务的延时要求,而且有效控制了低优先级业务延时异常现象的发生。 第四部分是EPON核心MAC控制芯片的设计。以EPON为代表的以太接入网与传统以太局域网在通信协议上有很大的不同,市场上现有的以太MAC芯片不能直接用于EPON,因此必须开发EPON专用的MAC控制芯片。考虑到可商用的EPONMAC控制芯片在国内市场仍是一片空白,本文提出了一种EPON核心MAC控制芯片的设计方案,它采用FPGA技术实现了EPON多点接入的所有控制功能,该方案对于我国自主开发MAC控制专用芯片具有实用参考价值。并以临港新城综合业务信息网的建立为背景,描述了一根光纤入户,同时承载数据、电话和电视业务的EPON接入平台的整体设计方案,为数字城市现代信息网的建立提供了参考。
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