- 相關(guān)推薦
物理學(xué)專業(yè)畢業(yè)論文提綱
論文題目:調(diào)諧時間對共享型WDM PON 性能的影響
1 引言
光接入網(wǎng)主要可以分為有源和無源兩類。無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)在光分路/耦合(ODN)處無需應(yīng)用電源設(shè)備,ODN 全部由光分路器(Splitter)等無源器件組成,具有網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本低、系統(tǒng)維護方便等優(yōu)點,相比有源光網(wǎng)絡(luò)更加受到業(yè)界關(guān)注。目前已逐步實現(xiàn)商業(yè)化的PON 技術(shù)主要是以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)(EPON)技術(shù)和吉比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)(GPON)技術(shù)。兩者在上行方向均采用時分復(fù)用技術(shù)共享一個波長上的帶寬,因而限制了用戶的可用帶寬。為了解決用戶高增長的帶寬需求和目前受限的可用帶寬之間的矛盾,波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)(WDMPON)技術(shù)將會成為未來接入網(wǎng)的首選,因此對WDM PON 的研究成為熱門的領(lǐng)域。因為接入網(wǎng)直接面對用戶,所以對成本有較大限制,而在ONU 配置的可調(diào)諧光發(fā)射器在成本中占較大比重,且其成本與調(diào)諧時間的長短密切相關(guān),因此,為了使網(wǎng)絡(luò)在配置較大調(diào)諧時間光發(fā)射器的情況下仍具有較好性能,本文重點研究了WDM PON 中可調(diào)諧器件的調(diào)諧時間對網(wǎng)絡(luò)性能的影響,并通過調(diào)整光信道的分配方法,采取配對措施即在為數(shù)據(jù)分組分配信道之前,盡量采取與前一時隙相同的信道進行分組的傳輸,從而使網(wǎng)絡(luò)參數(shù)獲得較大改善。
2 WDM PON 的訪問控制
WDM PON 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所示,其上行包含多個光信道。其中常見的結(jié)構(gòu)有兩種,一種是獨立型:為每個ONU 都分配一對波長;另一種是共享型:多個ONU 共享有限的幾個上行波長。獨立型的結(jié)構(gòu)較為簡單,但在ONU 相對空閑的情況下,其系統(tǒng)帶寬利用率低下;同時,由于網(wǎng)絡(luò)中波長數(shù)和陣列波導(dǎo)光柵端口數(shù)是固定的,所以可接入ONU 的數(shù)量受到一定限制。因此,共享型的結(jié)構(gòu)是WDM PON 系統(tǒng)的首選,該文的研究也是基于這種結(jié)構(gòu)。
為了使各ONU 能夠共享各上行光信道,在各ONU 需配置可調(diào)諧光發(fā)射器(TT:TunableTransmitter)。由于上行光信道由各ONU 共享,因此需要在各ONU 之間進行上行帶寬分配,一種較常見的操作方法是:先由各ONU 向OLT 上報待傳送數(shù)據(jù)量情況,然后由OLT 在各ONU 之間進行上行帶寬分配,并通過下行信道將分配信息傳送到各ONU,最后由各ONU 在指定時刻通過指定光信道發(fā)送數(shù)據(jù)分組。由于各ONU 可能通過不同的光信道上傳數(shù)據(jù),所以O(shè)NU 的光發(fā)射器需要在不同的光波長之間進行調(diào)諧轉(zhuǎn)換,而在調(diào)諧期間無法進行數(shù)據(jù)發(fā)送,因此,調(diào)諧時間的長短對網(wǎng)絡(luò)性能有較大影響。
在 OLT 進行帶寬分配時需完成兩項任務(wù):隊列調(diào)度、信道分配。隊列調(diào)度就是選擇要服務(wù)的對象(確定哪個ONU 的哪個數(shù)據(jù)隊列),信道分配就是給選定的服務(wù)對象確定上傳信道及時間。常見的隊列調(diào)度方法有RR(Round Robin)、WRR(Weighted Round Robin)、EDF(Earliest Deadline First)等等,對于信道分配方法,主要有隨機分配、FF(First Fit)、LU(LeastUsed)、MU(Most Used)、LL(Least Load)等等。
3 調(diào)諧時間
對網(wǎng)絡(luò)性能的影響在共享型 WDM PON 中,為使各ONU 用戶能夠共享所有光信道,因而需要在ONU 處配置可調(diào)諧光發(fā)射機。而當(dāng)可調(diào)諧發(fā)射機在相鄰的一段時間需要傳輸在不同的信道時,各發(fā)射機需要一段時間用于調(diào)諧。雖然可調(diào)諧光發(fā)射器使得各ONU 可通過多個光信道發(fā)送數(shù)據(jù),具有提高光信道使用效率等優(yōu)點,但是由于存在調(diào)諧,使得一部分時間無法進行數(shù)據(jù)傳輸,對網(wǎng)絡(luò)吞吐率、時延等參數(shù)都有影響,而且隨著調(diào)諧時間的增加,這種影響會逐漸增強。另一方面,可調(diào)諧光發(fā)射器的成本與調(diào)諧時間有密切關(guān)系,調(diào)諧時間越短成本越高。由此可以看出,調(diào)諧時間越短,對網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的影響越小,但成本較高,反之亦然。因此,如何減少調(diào)諧次數(shù)(使系統(tǒng)的帶寬更多地用來傳輸數(shù)據(jù))就成為關(guān)鍵。為保證各個ONU 之間具有較好的公平性,人們在進行帶寬分配時一般采取輪詢的方式遍歷各請求,再結(jié)合隊列的優(yōu)先級與隊列請求大小,選出服務(wù)隊列分組后依次安排在相應(yīng)的波長上進行傳輸。而本文在分配帶寬時通過與前一時隙的信息進行對比,盡量使相鄰時隙中屬于同一ONU 的數(shù)據(jù)分組在相同的信道上進行傳輸,從而達到減少調(diào)諧次數(shù)的目的。為此,本文通過仿真模型,在采用基于優(yōu)先級隊列調(diào)度的情況下,對下面兩種信道分配方法進行了對比研究。
A. 當(dāng)選中一個服務(wù)隊列后,依次放入相應(yīng)的信道上進行傳輸;B. 當(dāng)選中一個服務(wù)隊列后,通過與前一時隙的多個波長上傳輸?shù)腛NU 編號的比較,使該隊列的分組數(shù)據(jù)盡量安排在與前一個時隙中同屬于該ONU 的數(shù)據(jù)分組相同的信道中進行傳輸。
3.1 仿真模型
為了對上述兩種信道分配方法進行對比,基于OPNET 仿真平臺建立了仿真模型。在仿真模型中包含1 個OLT 和7 個ONU,配置4 個上行數(shù)據(jù)信道,各ONU 配置1 個可調(diào)諧光發(fā)射器,ONU 可通過任意一個光信道上傳數(shù)據(jù),光信道的傳輸速率為2.5Gb/s。
光信道按幀劃分,幀長為125 微秒,每幀又進一步劃分為多個時隙,每個時隙長度為100 字節(jié)(一個數(shù)據(jù)分組)這樣,如果采用方式A 進行信道分配,當(dāng)屬于同一個ONU 的數(shù)據(jù)分組在相鄰的時隙上進行傳輸時,就很可能需要調(diào)諧,從而使系統(tǒng)的利用率下降。如果采用方式B 進行信道分配,當(dāng)屬于同一個ONU 的數(shù)據(jù)分組在相鄰的時隙上進行傳輸時,就不需要調(diào)諧,從而減少了調(diào)諧次數(shù),使系統(tǒng)具有更高的吞吐率。
各ONU 按照業(yè)務(wù)屬性將其分為高、中、低三個優(yōu)先級,各優(yōu)先級數(shù)據(jù)在ONU 中分別排隊,各隊列狀態(tài)信息分別上報給OLT,在進行仿真時,三個優(yōu)先級業(yè)務(wù)均勻分配。當(dāng)OLT在進行隊列調(diào)度時,首先選擇高優(yōu)先級隊列,在全部高優(yōu)先級隊列服務(wù)完后,再選擇中優(yōu)先級隊列,以此類推,在相同優(yōu)先級情況下,先服務(wù)較長的隊列。
3.2 性能分析
基于上述仿真模型,分別對ONU 各隊列的排隊等待時延及網(wǎng)絡(luò)的吞吐率進行了仿真,在仿真過程中,調(diào)諧時間T 分別選擇320ns、640ns、960ns,分別對應(yīng)1、2、3 個數(shù)據(jù)分組的傳輸時間。需要說明的是,對于已建成的網(wǎng)絡(luò),信道的傳輸時延是確定值,為了突出兩種分配方式的差異,這里僅對ONU 各數(shù)據(jù)隊列的排隊等待時延進行了對比。仿真結(jié)果如圖2-圖5 所示,其中分別是高、中、低三個優(yōu)先級數(shù)據(jù)隊列的排隊等待時延曲線,是兩種信道分配方式下不同調(diào)諧時間的網(wǎng)絡(luò)吞吐率曲線。
可以看出,如果采用方式A 進行信道分配,高、中、低三個優(yōu)先級數(shù)據(jù)隊列的時延在隨著業(yè)務(wù)量的增加而不斷加大的同時,還會隨著調(diào)諧時間T 的變大而逐漸加大,以至于當(dāng)負載加大到一定程度時,低、中優(yōu)先級數(shù)據(jù)隊列的時延已無法穩(wěn)定(因數(shù)值較大,未在圖中顯示)。另一方面,當(dāng)采用方式B 時,高、中、低三個優(yōu)先級數(shù)據(jù)隊列的時延要小于采用方式A 時的情況,而且受調(diào)諧時間T 的影響較方式A 的要小。這主要是因為在方式A 中,ONU 在每發(fā)送一個數(shù)據(jù)分組前,往往需要調(diào)諧,而在方式B 中,ONU可能在同一信道的多個連續(xù)時隙上發(fā)送屬于同一個隊列的數(shù)據(jù)分組,這使得方式B 在一幀中的調(diào)諧次數(shù)能夠減少,從而使總調(diào)諧時間縮短,時延減小。
為了進一步對比這兩種分配方式對網(wǎng)絡(luò)性能的影響,以調(diào)諧時間T 為參量,通過仿真模型獲得的吞吐率曲線 所示。 可以看出,由于方式B 受調(diào)諧的影響較小,其吞吐率較方式A 有較大的提高,而對于方式A,由于調(diào)諧次數(shù)較多,在一幀中有較多的時間用于調(diào)諧,減少了數(shù)據(jù)分組的傳輸時間,導(dǎo)致吞吐率會隨著調(diào)諧時間T 的變化而變化的比較明顯,而且當(dāng)業(yè)務(wù)量達到一定程度后,網(wǎng)絡(luò)就會過載,吞吐率就不再增加。
4 結(jié)束語
目前主要的接入網(wǎng)方案有ADSL、HFC、PON 等,在這三種方案中,PON 由于其帶寬、維護成本等方面的優(yōu)勢,正受到業(yè)界的廣泛關(guān)注,并已有較大規(guī)模的應(yīng)用?紤]到終端用戶對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求將與日俱增,WDM PON 將有可能成為未來的接入網(wǎng)解決方案。
由于接入網(wǎng)直接面對終端用戶,成本成為一個關(guān)鍵因素。WDM PON 要實用化需選用低成本器件,因此在ONU 只能選擇調(diào)諧時間較長的光發(fā)射器。本研究通過適當(dāng)調(diào)整上行光信道的分配方式,盡量采用將同一隊列的待傳數(shù)據(jù)安排在同一光信道中連續(xù)傳輸?shù)姆椒ǎ筄NU 的調(diào)諧次數(shù)減少,從而提高了光信道的利用率。在滿足低成本的條件下,不僅使網(wǎng)絡(luò)吞吐率、時延等指標(biāo)均有較大改善,而且較大程度減弱了調(diào)諧時間的變化對網(wǎng)絡(luò)性能的影響。
【物理學(xué)專業(yè)畢業(yè)論文提綱】相關(guān)文章:
數(shù)學(xué)專業(yè)的畢業(yè)論文提綱10-08
數(shù)學(xué)專業(yè)畢業(yè)論文提綱10-08
英語專業(yè)畢業(yè)論文提綱11-15
畢業(yè)論文提綱07-23
畢業(yè)論文提綱范例11-14
畢業(yè)論文提綱格式11-13