隨著視頻應(yīng)用的迅速普及和新興業(yè)務(wù)的開展,用戶的帶寬需求持續(xù)增加。一方面,為了滿足帶寬需求的快速增長(zhǎng),接入網(wǎng)的容量需大幅提升。另一方面,網(wǎng)絡(luò)容量增加的同時(shí),投資成本(capital expenditure, CAPEX)和運(yùn)營(yíng)成本(operating expense, OPEX)的增加速度卻明顯快于運(yùn)營(yíng)收入的增加速度,并導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)商的利潤(rùn)空間縮小。因此,針對(duì)帶寬需求的持續(xù)增長(zhǎng)和利潤(rùn)空間的不斷縮小,寬帶光接入網(wǎng)正向著更大容量、更廣覆蓋和更高成本效益發(fā)展,并將融合城域匯聚網(wǎng)和接入網(wǎng)形成光匯聚接入網(wǎng)。 本文針對(duì)光匯聚接入網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、生存性保證機(jī)制、動(dòng)態(tài)資源調(diào)度機(jī)制與算法和節(jié)能機(jī)制與算法等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)研究,并取得了一定的創(chuàng)新性研究成果。本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)和研究工作包括： 1)針對(duì)光接入網(wǎng)的“大容量、廣覆蓋與扁平化”、動(dòng)態(tài)調(diào)度波長(zhǎng)和時(shí)隙兩維資源、后向兼容、強(qiáng)生存性和低能耗等演進(jìn)需求,本文提出了一種基于遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)(remote node, RN)波長(zhǎng)選擇變換的環(huán)樹型時(shí)分和波分復(fù)用光匯聚接入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。所提網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基于RN的光放大和光電光中繼提升網(wǎng)絡(luò)容量和覆蓋范圍,通過(guò)節(jié)點(diǎn)歸并和城域接入融合降低CAPEX和OPEX,利用共路和隨路信令集中動(dòng)態(tài)地控制RN并通過(guò)光開關(guān)切換選擇上下路波長(zhǎng)和控制光網(wǎng)絡(luò)單元(optical network unit, ONU)的上下行帶寬以實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)波長(zhǎng)和時(shí)隙兩維資源的動(dòng)態(tài)調(diào)度,通過(guò)RN的波長(zhǎng)變換實(shí)現(xiàn)后向兼容,利用環(huán)樹型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)具有成本效益的生存性保證,并通過(guò)中心站(central office,CO)集中控制全網(wǎng)休眠以降低網(wǎng)絡(luò)能耗。仿真結(jié)果表明,所提網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具備320Gbps總?cè)萘?在單波長(zhǎng)10Gbps速率和采用前向糾錯(cuò)條件下可以具備“100kmm城域匯聚和20km接入”的覆蓋范圍,承載25個(gè)RN和3200個(gè)ONU。 2)在波長(zhǎng)動(dòng)態(tài)調(diào)度的光匯聚接入網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中如何正確定位故障并進(jìn)行保護(hù)倒換以保證強(qiáng)生存性是需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題；此外,現(xiàn)有生存性評(píng)價(jià)方法未考慮光纖鏈路長(zhǎng)度差異所致的故障概率差異,未綜合定量評(píng)價(jià)成本和生存性保證性能。為解決上述問(wèn)題,本文提出了一種具有成本效益基于控制信道故障定位和動(dòng)態(tài)波長(zhǎng)調(diào)度的生存性保證方案,并對(duì)所提方案進(jìn)行了考慮鏈路長(zhǎng)度的全網(wǎng)生存性和成本綜合定量分析。所提生存性保證方案利用光纖環(huán)對(duì)故障影響最大的城域匯聚主干光纖進(jìn)行保護(hù),利用控制信道定位和檢測(cè)故障,通過(guò)CO和RN分別切換起保護(hù)作用的光開關(guān)完成保護(hù)倒換。同時(shí),所提方案利用波長(zhǎng)動(dòng)態(tài)調(diào)度能力轉(zhuǎn)移故障CO業(yè)務(wù)線卡的業(yè)務(wù)。分析計(jì)算表明所提方案最優(yōu)時(shí)只需付出1%的生存性保證成本,就能帶來(lái)54%的生存性提高,并且保護(hù)倒換能控制在50ms內(nèi)完成。 3)為了降低網(wǎng)絡(luò)單位帶寬成本,延長(zhǎng)光開關(guān)等器件的使用壽命,減輕波長(zhǎng)動(dòng)態(tài)調(diào)度網(wǎng)絡(luò)中摻鉺光纖放大器瞬態(tài)增益效應(yīng)對(duì)傳輸性能的影響,本文提出了一種動(dòng)態(tài)波長(zhǎng)和時(shí)隙調(diào)度(dynamic wavelength and bandwidth allocation, DWBA)機(jī)制和最小切換次數(shù)啟發(fā)式算法所提DWBA機(jī)制和算法通過(guò)均衡不同波長(zhǎng)上的負(fù)載提高資源利用率,通過(guò)優(yōu)先沿用前次波長(zhǎng)分配結(jié)果延長(zhǎng)光開關(guān)等器件的使用壽命,通過(guò)限制波長(zhǎng)數(shù)的變化幅度和增加保護(hù)間隔減輕瞬態(tài)增益效應(yīng)。仿真結(jié)果表明,所提DWBA機(jī)制和算法與靜態(tài)波長(zhǎng)分配相比能帶來(lái)32.9%的網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率提高,平均減少5.1個(gè)工作波長(zhǎng),使單位帶寬成本至少降低28.7%,并且可以支撐10年的器件使用壽命。 4)針對(duì)現(xiàn)有主流的休眠類節(jié)能方案大多只在小負(fù)載下有效,CO進(jìn)入多周期休眠會(huì)影響RN和ONU的周期內(nèi)休眠效果,使全網(wǎng)很難達(dá)到最佳節(jié)能效果的問(wèn)題,本文提出了一種混合周期內(nèi)和多周期休眠的全網(wǎng)節(jié)能方案。所提節(jié)能方案中在大負(fù)載下CO、RN和ONU利用發(fā)送和接收業(yè)務(wù)窗口間的空閑時(shí)隙執(zhí)行短暫的周期內(nèi)休眠；在小負(fù)載下RN和ONU執(zhí)行長(zhǎng)時(shí)間的多周期休眠,以減小不必要的開銷時(shí)間,而CO依然進(jìn)行周期內(nèi)休眠,以提高RN和ONU的節(jié)能效果,實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)節(jié)能效果最優(yōu)。仿真結(jié)果表明在包括大負(fù)載在內(nèi)的不同負(fù)載下,所提方案至少能節(jié)省54.0%的能量消耗,并適用于不同流量分布場(chǎng)景。所提方案在不同負(fù)載下平均可以比業(yè)內(nèi)已有休眠方案多減少41.6%的功率消耗。與CO采取混合周期內(nèi)和多周期休眠的方案相比,通過(guò)CO只進(jìn)行周期內(nèi)休眠所提方案最好時(shí)全網(wǎng)可以多節(jié)能3.5%。
【學(xué)位單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TN915.6
【部分圖文】：

圖2-16城域匯聚環(huán)段BER曲線如圖2-16所示，通過(guò)對(duì)比上述傳輸1)和2)，我們可以發(fā)現(xiàn)100km的色散代價(jià)為2dB。通過(guò)傳輸3)可以看出，在無(wú)色散傳輸和誤碼率優(yōu)于1E-3的條件下，城域匯聚環(huán)上最多部署8個(gè)EDFA。綜上，考慮色散代價(jià)網(wǎng)絡(luò)城域匯聚環(huán)上最多能支持的遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為：（8x25dS-100km x0.32dB/km - 2dB)/6.5d5 ? 25。這個(gè)結(jié)論與上節(jié)理論分析相同。29

其中，B! : f k\ + k，kj k” — {N — 1 — h — k-^ )A/ + f + A + 女2 + 介3 + 々4。綜上，rn (mk2)點(diǎn)故障下，網(wǎng)絡(luò)的平均殘余通信容量是C(m)=1 min {w-/,A^-l} min{"j-/-A，AA/}X X X^iPi 、o /??a”、/=0 k=0 々1=0 ’”12 Z o (:5-Z2)min{/?，/V} iV—1 min{〃/-/./,} min{"，-/-々”AZ/f} min{N~\-fum-f-k^-A^} niin{m—/-人-丨-人‘】-人+ ￡ Z Z Z Z ZC2P2./=2 li=f-\ k、=0 k2=0 A-,=0 々4=03. 3. 2. 2 各種生存性保證方案的生存性計(jì)算我們?cè)诒?-6所示的網(wǎng)絡(luò)配置下利用3.3.2.1節(jié)的生存性公式對(duì)各種生存性保證方案的網(wǎng)絡(luò)生存性隨ONU總數(shù)的變化進(jìn)行了計(jì)算和分析。根據(jù)表3-6所示，假設(shè)遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)間的距離相等，則在計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生存性時(shí)需要用到以下參數(shù)：7V = 8 +1 = 9, M =8,16,32,64,128,256, L,^ = \]. 1km , L, = 19.5km , ■L; = 0.5km。

第二章光匯聚接入M生存件保iiK機(jī)制研究線保護(hù)方案，網(wǎng)絡(luò)的生存性越來(lái)越高。造成上述現(xiàn)象的原因是，1)全網(wǎng)共有城域匯聚主干光纖100km,接入段饋線光纖156km或312km，而隨ONU總數(shù)增加，接入段分配線光纖的總數(shù)由32km增加到1024km。所以，ONU總數(shù)少時(shí)，網(wǎng)絡(luò)故障多發(fā)生在城域匯聚主干光纖和接入段饋線光纖，故障影響大，故障后網(wǎng)絡(luò)生存性差；ONU總數(shù)多時(shí)，情況相反，網(wǎng)絡(luò)生存性變好。2)三種方案的差別主要在于是否對(duì)城域匯聚主干光纖和接入段饋線光纖進(jìn)行保護(hù)，而接入段分配線段都沒有采用保護(hù)。所以，隨ONU增多，故障主要發(fā)生在生存性保證方案上沒有區(qū)別的接入段分配線上后，三種方案的差別變小。3)所提方案雖然未對(duì)接入段饋線光纖進(jìn)行保護(hù)，但針對(duì)故障影響最大的城域匯聚環(huán)光纖故障進(jìn)行了保護(hù)。與城域主干接入饋線保護(hù)方案相比，尤其是ONU數(shù)較多、故障多發(fā)生在接入段分配線光纖時(shí)，所提方案未保護(hù)的接入饋線很少發(fā)生故障，而且即使發(fā)生故障也對(duì)全網(wǎng)生存性的影響較小，生存性接近城域主干接入饋線保護(hù)方案。4)從無(wú)保護(hù)方案到城域主干接入饋線保護(hù)方案，網(wǎng)絡(luò)中受保護(hù)的位置逐漸增多。
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 皇甫偉,容鵬,曾烈光;SDH自愈環(huán)生存性定量分析[J];電子學(xué)報(bào);2001年11期

2 陳孝信;;再論“零”的突破——洪耀“觀念·彈線”的原創(chuàng)性與文化意義[J];中國(guó)藝術(shù);2010年01期

3 彭德;;石虎[J];中國(guó)藝術(shù);2013年03期

本文編號(hào)：2883356