光纖接入網(wǎng)帶寬分配和擁塞控制算法研究.pdf

1、光纖接入是下一代網(wǎng)絡中的主要組成，能提供高速大容量傳輸，而流媒體是將來IP網(wǎng)絡的主要應用，由于流媒體數(shù)據(jù)的傳輸有著特別的需求，需要對現(xiàn)有基于IP流的網(wǎng)絡，實施適當?shù)腝oS保證。流媒體在網(wǎng)絡中傳輸時，通過網(wǎng)絡接入層交換設備進入網(wǎng)絡，然后在網(wǎng)絡中傳輸，因此需要在接入層交換設備和傳輸網(wǎng)絡中，根據(jù)其傳輸特點，分別實施有效的QoS控制。
　　 光纖接入網(wǎng)中針對流媒體的QoS保證一直是業(yè)界的熱點問題，本文圍繞光纖接入網(wǎng)絡中擁塞控制和波長帶寬

2、分配的關鍵技術取得了如下成果：
　　 (1)提出了一種基于E-Model傳輸級別的動態(tài)門限控制算法(EDTA)，實現(xiàn)光纖接入交換設備實施有效地緩存管理策略和擁塞控制策略，將交換設備的緩存管理分為全局門限控制和隊列門限控制兩部分。全局門限控制通過判斷不同的傳輸場景，進行門限控制，保證不同傳輸場景下的傳輸性能。隊列門限控制則基于E-Model傳輸級別參數(shù)，進行門限的劃分和調(diào)整，保證流媒體的傳輸質(zhì)量。另外，該算法在流媒體數(shù)據(jù)流傳輸過程

3、中檢測和跟蹤其時延，在轉發(fā)分組數(shù)據(jù)前，根據(jù)容忍時延閥值，丟棄超時數(shù)據(jù)包，減少不必要的帶寬浪費，并且對所到達的數(shù)據(jù)流按照累積時延進行優(yōu)先級分類。理論分析和實驗結果表明，該算法能有效改善流媒體的傳輸性能，對交換設備的緩存資源進行有效控制，并提高網(wǎng)絡流媒體傳輸質(zhì)量。本文基于E-Model傳輸級別的動態(tài)門限控制算法已在交換容量為384Gbps/768Gbps的機架式匯聚交換機平臺(支持IPv4/IPv6雙棧)上實現(xiàn)并得到驗證，并在2011年1月

4、第1期的《計算機研究與發(fā)展》、在2010年7月第7期的《計算機科學》和國際會議SPIE 2009發(fā)表相關論文。
　　 (2)提出了基于門限的動態(tài)帶寬分配算法，實現(xiàn)以太無源光網(wǎng)絡(EPON)中共享上行帶寬的公平和有效分配，該算法根據(jù)一個輪循周期中接收光網(wǎng)絡單元(ONU)數(shù)據(jù)的速率，判斷當前狀態(tài)處于高負載狀態(tài)還是低負載狀態(tài)，進而自適應地調(diào)整光線路終端(OLT)接收ONU發(fā)送數(shù)據(jù)的門限值。高負載時，該算法能延長輪循周期并減少空閑信道周

5、期，從而提高網(wǎng)絡吞吐量；低負載時，該算法能減短輪循周期而加快數(shù)據(jù)的轉發(fā)。對ONU授權帶寬時，根據(jù)ONU的帶寬請求和門限值進行分配。另外文中實現(xiàn)了三種基于反饋控制理論的自適應調(diào)整門限方法并分析其優(yōu)缺點。在10G EPON系統(tǒng)中實驗表明相比其他算法，該算法能減少平均包時延，提高網(wǎng)絡吞吐量。在光纖通信技術和網(wǎng)絡國家重點實驗室(武漢郵電科學研究院)開放基金資助項目“下一代光接入關鍵技術和系統(tǒng)研究”項目中的10G EPON的OLT系統(tǒng)上驗證了基于

6、門限的EPON動態(tài)帶寬分配。該算法即將發(fā)表在《軟件學報》上，另在2011年1月第1期的《重慶大學學報》(英文版)發(fā)表相關論文。
　　 (3)提出了基于歐氏距離的高效用ONU帶寬分配算法，實現(xiàn)波分多路無源光網(wǎng)絡技術(WDM PON)中ONU授權調(diào)度，該算法采用調(diào)度理論的方法來解決授權調(diào)度問題。將授權調(diào)度和波長分配進行結合，并將其形式化為矩形Packing問題，采用擬人的策略，為WDM EPON中ONU授權調(diào)度問題的快速求解提供了一

7、種高效的啟發(fā)式算法。進一步模擬實驗表明，提出的算法可以減少平均包時延，提高網(wǎng)絡帶寬利用率，表明算法對授權調(diào)度的有效性。該算法即將發(fā)表在《通信學報》上。
　　 (4)提出了一種新的光纖接入網(wǎng)絡中組播聚合的雙鄰域查找算法，該算法用于解決光纖接入網(wǎng)中聚合組播問題。使得生成的聚合樹數(shù)量滿足波長約束的前提下，帶寬浪費比率盡可能的小。定義了一種新的優(yōu)先聚合規(guī)則以生成初始解；定義了兩種新的鄰域結構，使鄰域查找具有更高效率；提出了跳躍策略以跳出

8、局部最優(yōu)解并且將查找引向有希望的方向。模擬實驗表明，該算法可有效進行組播組的聚合，有效地減少網(wǎng)絡中的組播樹數(shù)量，而且對不同的應用場景都能獲得較好的性能。已在國際會議WiCOM 2009、CiSE 2009等上發(fā)表相關論文。
　　 本文申請了《適用于多媒體數(shù)據(jù)傳輸門限緩存管理方法》和《一種新型以太無源光網(wǎng)絡動態(tài)帶寬分配方法》兩項發(fā)明專利，共發(fā)表論文16篇，其中以第一作者發(fā)表論文13篇。EDTA算法在吉林、茂名等多個工程應用中，有效