【正文】 。ONU根據(jù)授權(quán)消息里的NID識(shí)別此授權(quán)是否是給自己的。本章主要對(duì)EPON帶寬分配算法展開了研究，并對(duì)動(dòng)態(tài)帶寬分配算法進(jìn)行重點(diǎn)闡述。該軟件作為高科技之網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、仿真及分析工具，已將在通信、國防及電腦網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域己經(jīng)被廣泛認(rèn)可和使用。三層模型和實(shí)際的協(xié)議、設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)完全對(duì)應(yīng)，全面反映了網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)特性。這也就意味著當(dāng)以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到接入網(wǎng)（公共通信網(wǎng)的邊緣）中，存在著矛盾沖突。點(diǎn)到點(diǎn)仿真（Point to Point Emulation,P2PE）是指把物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)“虛擬”成邏輯點(diǎn)對(duì)點(diǎn)。該系統(tǒng)模型需要一些基礎(chǔ)模型:一個(gè)Network模型，一個(gè)link模型（實(shí)現(xiàn)單模雙向通信），兩個(gè)Node模型（OLT節(jié)點(diǎn)模型和ONU節(jié)點(diǎn)模型），六個(gè)process模型（分別是ONU三個(gè)數(shù)據(jù)源processor、ONU數(shù)據(jù)緩存queue,并在其中進(jìn)行了隊(duì)列調(diào)度和控制幀的生成和處理、OLT端MPCP與DBA的processor），若干個(gè)MPCP幀(不同算法的幀格式可能不同，可臨時(shí)定義，如Gate幀, Report幀和Data幀等等）。用于定義網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)和描述節(jié)點(diǎn)中模塊間的數(shù)據(jù)流。（a） OLT的節(jié)點(diǎn)模型（星型）（b）OLT的節(jié)點(diǎn)模型（樹形）（c）ONU的節(jié)點(diǎn)模型 OLT與ONU的節(jié)點(diǎn)模型 進(jìn)程建模（Process Modeling）進(jìn)程建模是指模擬單個(gè)對(duì)象，并通過使用有限狀態(tài)機(jī)建立進(jìn)程模型。并未對(duì)模型中的各個(gè)狀態(tài)模塊進(jìn)行語言編輯。 OLT的進(jìn)程模型 鏈路建模（Link Modeling） 這里的鏈路建模指的是為OLT與ONU之間的數(shù)據(jù)的傳輸建立一條通信道路。 網(wǎng)絡(luò)建模（Network Modeling）網(wǎng)絡(luò)建模實(shí)際上是OPNET Modeler在子網(wǎng)、節(jié)點(diǎn)和鏈路三類對(duì)象為基礎(chǔ)上所建立的網(wǎng)絡(luò)模型。圖（b）是一個(gè)OLT中心節(jié)點(diǎn)與4個(gè)ONU子節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的樹形結(jié)構(gòu)。尤其對(duì)于電信運(yùn)營商來說，EPON技術(shù)是個(gè)可以深入研究的技術(shù)。由于條件的限制，本文主要對(duì)基于輪詢機(jī)制的動(dòng)態(tài)帶寬分配方案做了初步研究。在仿真建立模型的過程中，遇到了一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，需要對(duì)進(jìn)程模塊進(jìn)行語言代碼的編寫，而這是一塊全新的知識(shí)領(lǐng)域，需要足夠的時(shí)間去學(xué)習(xí)這塊知識(shí)。如何實(shí)現(xiàn)高的帶寬利用率，低的時(shí)延，低的輪詢消耗，高的網(wǎng)絡(luò)QoS是該技術(shù)得到廣泛應(yīng)用所要努力研究的內(nèi)容。因此本文只是對(duì)EPON系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)帶寬分配系統(tǒng)進(jìn)行了初步研究。成功地在OPNET Modeler中完成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的配置，建立了星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。目前，EPON技術(shù)的廣泛應(yīng)用還是受到帶寬分配問題的限制。從工業(yè)界的角度來說，EPON成為了第一個(gè)可以低成本而又大規(guī)模應(yīng)用的光接入技術(shù)。通過編輯網(wǎng)絡(luò)，將模型庫中的各種通信實(shí)體拖放至工作區(qū)，從而方便配置網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，并進(jìn)行設(shè)備屬性的設(shè)置。通過設(shè)置鏈路類型，上行方向和下行方向的傳送字節(jié)參數(shù)（一般在34Bytes和1518Bytes之間）。st_1用來進(jìn)行初始化，st_2用來等待其它模塊的初始化，進(jìn)行模塊間的協(xié)調(diào)。由于在建立進(jìn)程模型的過程中，需要寫入OPNET MODELER的語言代碼，需要進(jìn)行專業(yè)地系統(tǒng)地學(xué)習(xí)。此次建模，建立了星形和樹形兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的仿真模型，其中OLT與ONU的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)分別1個(gè)和16個(gè)。ONURxTx 處 理 器TxRxRxTx下行隊(duì)列 處 理 器上行隊(duì)列下行隊(duì)列上行隊(duì)列TxRxOLT OLT和ONU模型結(jié)構(gòu)（Node Modeling）節(jié)點(diǎn)建模是指由相應(yīng)協(xié)議模型構(gòu)成節(jié)點(diǎn)模型。OLTONUONUONUONUONUOLTONUONUONUONUONU點(diǎn)的“虛擬”仿真： P2PE“虛擬”拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（配置拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)）OPNET Modeler建模機(jī)制主要有進(jìn)程建模（Process Modeling）、節(jié)點(diǎn)建模(Node Modeling)、網(wǎng)絡(luò)建模(Network Modeling)和鏈路建模(Link Modeling)構(gòu)成。為了融合PON點(diǎn)對(duì)點(diǎn)物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)到以太網(wǎng)框架中以滿足實(shí)際應(yīng)用的需求，需要把EPON仿真成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)邏輯拓?fù)?。但是，這與以太網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同。OPNET Modeler除了在網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)以及對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)性能分析和評(píng)估上有著出色表現(xiàn)，也在通信協(xié)議和路由算法的研究中提供了與真實(shí)網(wǎng)絡(luò)的相近環(huán)境，使得仿真結(jié)果與真實(shí)情況相當(dāng)符合。并在基于IPACT方法的DBA算法的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了EPON動(dòng)態(tài)帶寬分配算法的設(shè)計(jì)，分別從輪詢機(jī)制和最大傳輸窗口算法兩個(gè)方面的做出了詳細(xì)介紹內(nèi)容，了解了動(dòng)態(tài)帶寬分配的具體要求?？傊?由式(1)和式(2)可以看出,Ru和MTW決定了分配的帶寬和包延遲。 ONU標(biāo)識(shí)(NID)最大傳輸窗口(WS)優(yōu)先權(quán)123...i...n......012...P...q表1 最大傳輸窗口分配表授權(quán)和請(qǐng)求消息包括兩部分:ONU的標(biāo)識(shí)(NID , ONU Identification)和窗口大小(WS ,Window Size)。在此引用了ONU的優(yōu)先權(quán)的概念,我們知道在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中,不同的用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求程度不同,對(duì)帶寬要求也不同,對(duì)按時(shí)和不按時(shí)交納帶寬費(fèi)用的用戶也要區(qū)別對(duì)待,這樣給予用戶優(yōu)先級(jí)不僅有利于網(wǎng)絡(luò)配置的靈活性,而且有助于維護(hù)運(yùn)營商的利益。此表列出了OLT給ONU分配的Wimax。忽略延遲 Dqueue , 數(shù)據(jù)包必須等待大約兩倍Tmax的時(shí)間 ,包括兩部分 :在Dpoll 時(shí)間內(nèi) ONU 為此數(shù)據(jù)包發(fā)送請(qǐng)求給 OLT；在 Dgrant 時(shí)間內(nèi) OLT 產(chǎn)生授權(quán)并發(fā)送給 ONU。 ,數(shù)據(jù)包時(shí)延Ddelay 可由3 部分構(gòu)成: （）其中 , Dpoll為從包到達(dá)ONU的時(shí)刻ONU申請(qǐng)下一個(gè)傳輸窗口的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔；Dgrant為從ONU申請(qǐng)傳輸窗口時(shí)刻到ONU收到OLT發(fā)來的授權(quán)時(shí)的時(shí)間間隔；Dqueue為ONU的隊(duì)列延遲即從ONU響應(yīng)OLT發(fā)來的授權(quán)到把數(shù)據(jù)包發(fā)送出去之間的時(shí)間間隔。而Wimax的值的大小也就決定了最大輪詢周期時(shí)間Tmax: （）其中，Wimax是第i個(gè)ONU的最大傳輸窗口長度（bit），GB是保護(hù)時(shí)間間隔（s），n是ONU的總數(shù)量，Rn是EPON的線路速率（bit/s）。ONU收到OLT發(fā)來的授權(quán)后,在授權(quán)的傳輸窗口里發(fā)送上行數(shù)據(jù)和請(qǐng)求信息(R ,Request)來告訴OLT下一次它所需要的傳輸窗口大小。輪詢機(jī)制設(shè)計(jì)一種采用了授權(quán)/ 請(qǐng)求的機(jī)制。為了使各個(gè)用戶能夠按照各自相應(yīng)的服務(wù)等級(jí)協(xié)議 (Service Level Agreement，SLA) 得到 QoS 保證 ,是研究 EPON 技術(shù)的關(guān)鍵之一。原始IPACT使用的控制消息是內(nèi)嵌在數(shù)據(jù)幀或幀間隙中的逃出碼。6） 基于預(yù)測的DBA算法，該算法有效地減小了EPON中ONU隊(duì)列長度和系統(tǒng)中的平均分組傳輸時(shí)延。2） 基于MPCP協(xié)議和突發(fā)業(yè)務(wù)流量預(yù)測的DBA算法，該算法能支持多優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)并有著優(yōu)于已有算法的QoS性能?？梢苑譃閮纱箢?，基于輪詢機(jī)制的DBA算法和具有保證的帶寬分配算法QoS，后者又可以分為具有絕對(duì)QoS保證和相對(duì)QoS保證的帶寬分配算法。因此，研究動(dòng)態(tài)帶寬分配算法非常重要。REPORT消息是ONU用于把本地狀況傳送給OLT的反饋機(jī)制，用來幫助OLT恰當(dāng)?shù)胤峙鋾r(shí)隙。為ONU插入時(shí)延值,其計(jì)算式為： （） 在得到值后，OLT對(duì)ONU進(jìn)行插入延時(shí)補(bǔ)償，解決上行同步問題，實(shí)現(xiàn)在上行信道上的TDMA傳輸。時(shí)間標(biāo)簽法測距的基本工作原理是：時(shí)間標(biāo)簽法測距是基于EPON系統(tǒng)時(shí)間標(biāo)簽同步而進(jìn)行測距的。該幀由ONU發(fā)送給OLT，它是ONU在心建立的邏輯鏈路上傳輸?shù)牡谝粋€(gè)MPCP幀。REGISTER幀是面向單個(gè)ONU的，因此REGISTER幀是唯一用ONU的MAC地址作為目的地址的。 REGISTER_REQ幀結(jié)構(gòu)目的地址（DA）源地址（SA）長度/類型=880816時(shí)間標(biāo)簽操作碼=000416Flags域標(biāo)識(shí)懸掛授權(quán)數(shù)據(jù)域字節(jié)填充=0幀序列校驗(yàn)（FCS）6624211字節(jié)數(shù)384REGISTER_REQ幀:該幀用于未注冊(cè)的ONU來響應(yīng)發(fā)現(xiàn)過程的GATE幀。因此GATE幀可被定義為兩種類型的幀。為了實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)主從設(shè)備之間數(shù)據(jù)的有效發(fā)送和接收，MPCP定義了5種控制幀用于OLT與ONU的信息交互：GATE(授權(quán))幀、REPORT(報(bào)告)幀、REGISTER_REQ（注冊(cè)請(qǐng)求）幀、REGISTER（注冊(cè)）幀和REGISTER_ACK（注冊(cè)確認(rèn)）幀，并且設(shè)定了2種工作模式：在初始化工作模式下，通過REGISTER、REGISTER_REGQUEST和REGISTER_ACK這些控制幀來發(fā)現(xiàn)新加入的ONU，對(duì)新加入的ONU進(jìn)行注冊(cè)分配地址，實(shí)現(xiàn)同步、測距等功能；在正常工作模式下，通過GATE和REPORT兩種控制幀來進(jìn)行帶寬的分配，ONU向OLT發(fā)送REPORT報(bào)告幀報(bào)告隊(duì)列情況請(qǐng)求分配帶寬，OLT以GATE幀應(yīng)答授權(quán)帶寬。該功能由“報(bào)告處理過程“負(fù)責(zé)完成。該功能由“授權(quán)處理過程”負(fù)責(zé)。無源光網(wǎng)絡(luò)媒質(zhì)多點(diǎn)MAC控制MACMACMAC協(xié)調(diào)MAC客戶OAM（可選）MAC客戶OAM（可選）MAC客戶OAM（可選）PCSPMAPMDGMIIMDILAN層次高層OSI參考模型層次 應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳送層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層 多點(diǎn)MAC控制在EPON層次結(jié)構(gòu)中的位置GMII=吉比特媒質(zhì)無關(guān)接口MDI=媒質(zhì)相關(guān)接口OAM=運(yùn)行管理維護(hù)OLT=光線路終端ONU=光網(wǎng)絡(luò)單元PCS=物理編碼子層PMA=物理媒質(zhì)附加子層PMD=物理媒質(zhì)相關(guān)子層 多點(diǎn)控制協(xié)議（MPCP協(xié)議）多點(diǎn)控制協(xié)議（MultiPoint Control Protocol ,MPCP)是為支持點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的EPON結(jié)構(gòu)提出的。多點(diǎn)MAC控制定義了點(diǎn)到點(diǎn)光網(wǎng)絡(luò)的MAC控制方式。由于上行信道采用了TDMA技術(shù)，在傳輸20km光纖時(shí)。上行方向OLT授權(quán)各ONU的發(fā)送時(shí)刻和發(fā)送時(shí)間的長短，在OLT指定的發(fā)送時(shí)間里，ONU也是發(fā)送符合光千兆以太網(wǎng)物流層要求,。這種仲裁機(jī)制可以通過設(shè)計(jì)合適的媒體接入控制(Medium Access Control ,MAC)協(xié)議來實(shí)現(xiàn)。在下行方向 OLT廣播所有下行數(shù)據(jù)分組，各個(gè)ONU選擇性接收屬于自己的分組。它所傳輸?shù)目勺冮L數(shù)據(jù)包可從64bytes到1518bytes。網(wǎng)元管理范圍有故障管理、配置管理、計(jì)費(fèi)管理、性能管理和安全管理。在通信過程中，不需要協(xié)議轉(zhuǎn)換，就可實(shí)現(xiàn)ONU對(duì)用戶數(shù)據(jù)透明傳送。其中時(shí)隙3專門分配給第3個(gè)ONU使用。為了使ONU和OLT保持同步，在每一幀前面都要使用1個(gè)字節(jié)的同步標(biāo)識(shí)符，即每2ms發(fā)送一個(gè)同步標(biāo)識(shí)符。 APON(BPON)、GPON與EPON的比較表2通過工作方式、幀結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)包拆分方式、優(yōu)缺點(diǎn)等方面的內(nèi)容，對(duì)基于TDMA的APON（BPON）、GPON和EPON技術(shù)進(jìn)行了比較。GPON是ITUT提出的一種靈活的每秒吉比特級(jí)光纖接入網(wǎng)，它以ATM信源和GEM幀承載多業(yè)務(wù)，支持商業(yè)和居民業(yè)務(wù)的帶寬全業(yè)務(wù)接入技術(shù)。它代表了OAN的發(fā)展方向，并且適應(yīng)于帶寬接入市場的發(fā)展潮流。EPON由于以太網(wǎng)的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，以太網(wǎng)技術(shù)在LAN（局域網(wǎng)）中得到了大規(guī)模的應(yīng)用。作為面世最早、標(biāo)準(zhǔn)化程度較高的APON技術(shù)，它以ATM為平臺(tái)，以ATM作為通道層協(xié)議，它除了擁具有PON的優(yōu)點(diǎn)外，還能支持各種帶寬速率、各種QoS要求的業(yè)務(wù)等優(yōu)點(diǎn)。 基于TDMA的PON技術(shù)PON一直被認(rèn)為是光接入網(wǎng)中具有發(fā)展前景的接入技術(shù)，現(xiàn)有的PON技術(shù)都是帶寬PON技術(shù)，包括APON、EPON、GPON。因此，PON提供了更寬的帶寬，使得光纖到樓（FTTB）、光纖到家（FTTH）、光纖到計(jì)算機(jī)（FTTPC）達(dá)到了光纖貫穿到用戶所有路徑的目標(biāo)，而光纖到路邊（FTTC）是目前最經(jīng)濟(jì)的。此外，用戶設(shè)備的增加，