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1、密级： 保密期限： 硕士研究生学位论文 题目： OFDM-PON媒质接入控制 协议的研究 学 号： 105210 姓 名： 丁福玲 专 业： 通信与信息系统 导 师： 乔耀军 学 院： 信息与通信工程 2012 年 12 月 23 日独创性（或创新性）声明本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不
2、实之处，本人承担一切相关责任。本人签名： 日期： 关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后遵守此规定）保密论文注释：本学位论文属于保密在 年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。本人签名： 日期： 导师签名： 日期： OFDM-PON媒质接入控制协议的
3、研究摘 要无源光网络（PON）可以为更多种类的通信业务提供更高的带宽支持，无源光网络技术近年来受到了各界的广泛关注。由于正交频分复用接入（OFDMA）的诸多优点，正交频分复用接入（OFDMA）与无源光网络（PON）结合的方案在下一代接入网技术中体现出极大的优势。文章首先对正交频分复用无源光网络（OFDM-PON）系统尤其是其MAC层的关键技术进行了简单的阐述，对目前比较成熟的无源光网络的媒质接入控制进行研究，深入研究目前已有的一些动态带宽分配算法。其次提出了一种称为提供服务质量（QoS）保障的特殊情况下区别用户服务等级的动态带宽分配算法。该算法引入两级调度的机制，将带宽资源的分配分为不同优先级
4、业务的调度和同类型业务下不同等级的光网络单元（ONU）调度。提出的算法适用于OFDM-PON的网络架构，很好的实现了对各业务的服务质量保障。采用带宽申请比例分配结合固定参数调节的机制，使得 AF、BE业务的带宽分配在保障业务优先级和公平性之间取得了较好的平衡；采用最小带宽申请优先方法结合固定参数调节的机制为不同等级ONU的在同优先级业务的带宽分配上提供的等级保障和相对公平。仿真结果显示，新提出的算法提供了很好的服务质量保障，符合多业务接入对服务质量等的需求。关键词：媒质接入控制（MAC）；服务质量（QoS）；动态带宽分配算法（DBA）；正交频分复用无源光网络MEDIA ACCESS CONTR
5、OL PROTOCAL RESEARCH ON OFDM-PONABSTRACTPassive optical network has been widely focused on by researchers and industry field because of its high bandwidth and supporting more kinds of communication services. A novel passive optical network (PON) named OFDM-PON which combined orthogonal frequency div
6、ision multiplexing access (OFDMA) with passive optical network is proposed and widely discussed in all fields.At first, the thesis introduces the key technologies in OFDM-PON, especially these in MAC layer. Then the thesis researched the media access control mechanisms in passive optical network and
7、 analyzed existing dynamic bandwidth allocation algorithms. A novel DBA algorithms is proposed in the thesis, which not only supports multi-service access but also ensure QoS distinguishing user level at special case. The proposed algorithm uses two-level mechanisms during the allocating progress. I
8、n intra-priority allocation, the DBA algorithms applied bandwidth pre-allocation mechanism to ensure the quality of EF service and the applying of proportional allocation mechanism plays an excellent balance between the priority of different services and fairness between the higher and lower priorit
9、y service. During the allocation of inter-priority, the principle of smallest bandwidth request allocated first combined with proportional allocation mechanism is used between ONU among the same priority. The simulation results show that, compared with traditional DBA algorithms, the proposed algori
10、thm guarantees the QoS requirements of different type of services excellently. KEY WORDS: Media Access Control (MAC); Quality of Service (QoS); Dynamic Bandwidth Allocation (DBA); OFDM-PON 目 录第一章绪论11.1引言11.2 OFDM-PON系统的应用背景和研究现状21.2.1 OFDM-PON系统的应用背景21.2.2 OFDM-PON的研究现状31.3 本论文的结构安排31.4 本章小结4第二章OFDM
11、-PON的系统结构和关键技术52.1 OFDM-PON系统的结构52.1.1 OFDM-PON的网络结构52.1.2 OFDM-PON的工作原理62.2 OFDM-PON的关键技术92.2.1 测距和同步92.2.2 服务质量保障102.2.3 动态带宽分配（DBA）算法112.2.4 操作管理维护（OAM）功能112.2.5 安全性122.3 本章小结12第三章 无源光网络的媒质接入控制133.1 TDM-PON的媒质接入控制133.1.1 EPON133.1.2 GPON193.2 无源光网络的上行带宽分配算法分析233.2.1 静态带宽分配算法233.2.2 恒定比特率算法233.2.3
12、 基于比例分配的动态带宽分配算法243.3 OFDM-PON现有媒质接入控制方案263.3.1 NEC实验室263.3.2 赫特福得大学LANE学院283.3.3 Athens信息技术中心293.3.4 国内研究机构313.4 本章小结35第四章 OFDM-PON的媒质接入控制协议设计364.1 OFDM-PON的协议栈364.2 OFDM-PON的媒质接入控制协议设计384.2.1 帧结构设计404.2.2 多点控制协议的控制过程及执行方式414.2.3业务优先级设置454.2.4 EF业务的预分配机制464.3 OFDM-PON的评价参数464.4 OFDM-PON的动态带宽分配算法及仿真
13、分析474.4.1 不同优先级的业务资源调度484.4.2 ONU的带宽资源分配504.4.3 仿真实验以及性能分析514.5 本章小结54第五章 总结55参考文献56致 谢59攻读硕士学位期间发表的学术论文及专利60第一章 绪论1.1引言近年来，光纤通信技术的发展对信息技术产业起到了极大的推动作用。随着网络规模的迅速扩大，光接入网已经成为整个网络最大的投资部分。无源光网络和有源光网络近来年均有所发展，光网络的发展得到了更多国家和ITU-T的重视1。ITU-T 早在1996年就已经通过了首个关于无源光网络的国际建议 G.9822，很多国家也开始在接入网的规划设计实施中引入光接入网。光纤接入网(
14、OAN)技术比其他接入技术有更大的可用带宽；此外，光纤接入技术还有很多巨大潜力有待我们去开发3。光纤接入网（OAN）在系统性能上有许多其他系统不具备的优势，对无源光网络(Passive Optical Network，PON)技术的进行学习和研究有着非常重要的意义。光接入网由每个用户平均的分摊接入设备的成本，光节点离用户近时，每个用户平均分摊的成本比较高。此外，光纤接入网还需要管道资源，这就使得很多运营商在选择光纤接入技术时有所顾虑，正是因此，虽然看好光纤接入，但其中的不少运营商最终还是选择了无线接入技术。但是从长远的观点来看，光纤接入技术在传输性能上有极大的优势，而且有很强的支持长远发展的能
15、力，这是其他接入技术所没有的优势4-6。作为光接入网的一项主要技术，无源光网络技术的研究也同样非常有意义。在无源光网络中不需要造价相对较高的有源电子设备。无源光网络的户外不需要配置有源设备，在交换机或者用户宅内进行信号处理。与有源光纤接入系统相比，无源光网络的传输距离短，覆盖范围小；但是无源光网络的造价比较低，不需要另设机房，可以极大的降低维护成本。正是如此，无源光网络的结构适合提供居家用户的服务7-8。在上行方向，各个 ONU 必需要采用多址接入协议完成上行共享信道的信息传输，常用的接入协议有时分多址接入（TDMA）、正交频分复用接入（OFDMA）协议。在下行方向，交换机以广播的方式将信号发给所有用户。
