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(luò)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(luò)的主要應(yīng)用，由于流媒體數(shù)據(jù)的傳輸有著特別的需求，需要對(duì)現(xiàn)有基于IP流的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)施適當(dāng)?shù)腝oS保證。流媒體在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時(shí)，通過網(wǎng)絡(luò)接入層交換設(shè)備進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，然后在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，因此需要在接入層交換設(shè)備和傳輸網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)其傳輸特點(diǎn)，分別實(shí)施有效的QoS控制。
　　 光纖接入網(wǎng)中針對(duì)流媒體的QoS保證一直是業(yè)界的熱點(diǎn)問題，本文圍繞光纖接入網(wǎng)絡(luò)中擁塞控制和波長帶寬

2、分配的關(guān)鍵技術(shù)取得了如下成果：
　　 (1)提出了一種基于E-Model傳輸級(jí)別的動(dòng)態(tài)門限控制算法(EDTA)，實(shí)現(xiàn)光纖接入交換設(shè)備實(shí)施有效地緩存管理策略和擁塞控制策略，將交換設(shè)備的緩存管理分為全局門限控制和隊(duì)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(jìn)行門限控制，保證不同傳輸場景下的傳輸性能。隊(duì)列門限控制則基于E-Model傳輸級(jí)別參數(shù)，進(jìn)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(shí)延，在轉(zhuǎn)發(fā)分組數(shù)據(jù)前，根據(jù)容忍時(shí)延閥值，丟棄超時(shí)數(shù)據(jù)包，減少不必要的帶寬浪費(fèi)，并且對(duì)所到達(dá)的數(shù)據(jù)流按照累積時(shí)延進(jìn)行優(yōu)先級(jí)分類。理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法能有效改善流媒體的傳輸性能，對(duì)交換設(shè)備的緩存資源進(jìn)行有效控制，并提高網(wǎng)絡(luò)流媒體傳輸質(zhì)量。本文基于E-Model傳輸級(jí)別的動(dòng)態(tài)門限控制算法已在交換容量為384Gbps/768Gbps的機(jī)架式匯聚交換機(jī)平臺(tái)(支持IPv4/IPv6雙棧)上實(shí)現(xiàn)并得到驗(yàn)證，并在2011年1月

4、第1期的《計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展》、在2010年7月第7期的《計(jì)算機(jī)科學(xué)》和國際會(huì)議SPIE 2009發(fā)表相關(guān)論文。
　　 (2)提出了基于門限的動(dòng)態(tài)帶寬分配算法，實(shí)現(xiàn)以太無源光網(wǎng)絡(luò)(EPON)中共享上行帶寬的公平和有效分配，該算法根據(jù)一個(gè)輪循周期中接收光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)數(shù)據(jù)的速率，判斷當(dāng)前狀態(tài)處于高負(fù)載狀態(tài)還是低負(fù)載狀態(tài)，進(jìn)而自適應(yīng)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(fù)載時(shí)，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(luò)吞吐量；低負(fù)載時(shí)，該算法能減短輪循周期而加快數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。對(duì)ONU授權(quán)帶寬時(shí)，根據(jù)ONU的帶寬請(qǐng)求和門限值進(jìn)行分配。另外文中實(shí)現(xiàn)了三種基于反饋控制理論的自適應(yīng)調(diào)整門限方法并分析其優(yōu)缺點(diǎn)。在10G EPON系統(tǒng)中實(shí)驗(yàn)表明相比其他算法，該算法能減少平均包時(shí)延，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。在光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(武漢郵電科學(xué)研究院)開放基金資助項(xiàng)目“下一代光接入關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)研究”項(xiàng)目中的10G EPON的OLT系統(tǒng)上驗(yàn)證了基于

6、門限的EPON動(dòng)態(tài)帶寬分配。該算法即將發(fā)表在《軟件學(xué)報(bào)》上，另在2011年1月第1期的《重慶大學(xué)學(xué)報(bào)》(英文版)發(fā)表相關(guān)論文。
　　 (3)提出了基于歐氏距離的高效用ONU帶寬分配算法，實(shí)現(xiàn)波分多路無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(WDM PON)中ONU授權(quán)調(diào)度，該算法采用調(diào)度理論的方法來解決授權(quán)調(diào)度問題。將授權(quán)調(diào)度和波長分配進(jìn)行結(jié)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(quán)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(jìn)一步模擬實(shí)驗(yàn)表明，提出的算法可以減少平均包時(shí)延，提高網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率，表明算法對(duì)授權(quán)調(diào)度的有效性。該算法即將發(fā)表在《通信學(xué)報(bào)》上。
　　 (4)提出了一種新的光纖接入網(wǎng)絡(luò)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(fèi)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(jié)構(gòu)，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(shí)驗(yàn)表明，該算法可有效進(jìn)行組播組的聚合，有效地減少網(wǎng)絡(luò)中的組播樹數(shù)量，而且對(duì)不同的應(yīng)用場景都能獲得較好的性能。已在國際會(huì)議WiCOM 2009、CiSE 2009等上發(fā)表相關(guān)論文。
　　 本文申請(qǐng)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(luò)動(dòng)態(tài)帶寬分配方法》兩項(xiàng)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(gè)工程應(yīng)用中，有效