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1引言
EPON(Ethernet Passive Optical Network)綜合了低成本的以太網(wǎng)技術(shù)和低費用的光纖基礎(chǔ)設(shè)施，被認(rèn)為是下一代接入網(wǎng)技術(shù)的首選[1]。EPON由OLT(OpticalLine Terminator)、ONU(Optical Network Unit)和POS(Passive Optical Splitter)三部分組成，OLT通過POS與多個ONU相聯(lián)。EPON上行鏈路(從ONU到OLT)是多點到點結(jié)構(gòu)，多個ONU共用一個信道，主要采用TDMA數(shù)據(jù)傳輸方式，利用Gate和Report機制實現(xiàn)動態(tài)帶寬分配，在OLT中控制各個ONU的上行數(shù)據(jù)傳輸。
經(jīng)典的EPON動態(tài)帶寬分配算法是IPACT[2]算法，此后也陸續(xù)提出了一些其它的算法．比如支持服務(wù)等級協(xié)議(SLA)的固定比特速率CBR [3]算法：能根據(jù)SLA提供給高級用戶保證帶寬而對其它用戶提供相應(yīng)服務(wù)的BGP[4]算法。這些算法都存在著一些問題，如輕負(fù)荷惡化問題，實時業(yè)務(wù)的OoS保證問題，公平性問題，帶寬利用率問題等等；文獻(xiàn)[5，6，7]中提到的算法由于idle time問題的存在影響了EPON系統(tǒng)上行鏈路帶寬利用率。本文提出一種減小idle time以提高帶寬利用率的動態(tài)帶寬分配算法，并構(gòu)建了基于OPNET的系統(tǒng)仿真模型，利用此模型對該算法進(jìn)行仿真試驗。仿真結(jié)果表明算法具有高帶寬利用率，低EF等級時延抖動。
2一種改進(jìn)的動態(tài)帶寬分配方案
EPON系統(tǒng)一般采用固定的輪詢周期，將各0NU端的業(yè)務(wù)劃分為三個等級：EF、AF和BE[8]。EF對應(yīng)語音業(yè)務(wù)，是固定比特速率的數(shù)據(jù)流，必須保證有較小的時延和時延抖動；AF對應(yīng)視頻業(yè)務(wù)，是可變比特速率的數(shù)據(jù)流，需要一定帶寬保證；BE對應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)對時延和抖動沒有要求，需要提供盡力而為的服務(wù)。
為保證各類業(yè)務(wù)的OoS，DBA1算法為每個0NU的EF類業(yè)務(wù)固定分配帶寬，而其它兩種業(yè)務(wù)可根據(jù)帶寬利用情況采取按需分配或按比例分配。帶寬分配過程可分為兩部分，首先是OLT給每個ONU分配帶寬；其次是各ONU將得到的帶寬分配給各個優(yōu)先級隊列。
為有效解決ONU之間的公平性問題，可以采取為每個ONU設(shè)定最大授權(quán)窗口的方法，當(dāng)某ONU的請求超過最大窗口時，以最大窗口授權(quán)。每個ONU的最大授權(quán)帶寬為：其中Tcycle為固定的授權(quán)周期，N為ONU的個數(shù)，G為ONU上行數(shù)據(jù)間的保護時隙，R為EPON上行鏈路速率，Wi為各ONU的SIA因子，
令Ri為各ONU的請求帶寬大小，Gi為各ONU的授權(quán)帶寬大小。低負(fù)載ONU Ri M表示低負(fù)載ONU。則低負(fù)載ONU的授權(quán)帶寬為Gi=Ri，而高負(fù)載ONU的授權(quán)帶寬為：其中J為高負(fù)載ONU[9]。
當(dāng)OLT給ONU分配了一定帶寬后，ONU需要把這些帶寬再分配給各個優(yōu)先級隊列。各ONU的總請求Ri＝Hi+Mi+Li，其中Hi、Mi、Li分別為EF、AF、BE業(yè)務(wù)請求帶寬大小。其中分別為EF、AF、BE業(yè)務(wù)的帶寬授權(quán)大小。為了避免剩余帶寬被AF業(yè)務(wù)完全耗盡，本文采取了按需分配的原則，各ONU的AF、BE業(yè)務(wù)分配帶寬分別為：DBA1算法保證了EPON系統(tǒng)各類業(yè)務(wù)的QoS，滿足了不同業(yè)務(wù)的不同要求，同時保證帶寬的公平分配。但在DBA1算法中，從OLT接收完所有ONU的Report幀，到下一個周期的第一個ONU接收到Gate幀這段時間。上行信道沒有充分利用，將產(chǎn)生idle time，原理如圖1所示。
idle time由動態(tài)帶寬分配(DBA)時問和往返時延(RTT)組成。如果使用高速的CPU，DBA時間是可以忽略的。在EPON系統(tǒng)中，當(dāng)OLT與ONU相距20km時，RTT可達(dá)200μs，這通常占輪詢周期的10％，極大地降低了EPON系統(tǒng)上行鏈路的帶寬利用率。
對于EF業(yè)務(wù)，它傳送的是固定比特速率的數(shù)據(jù)流，由于它的確定性，不需要對EF業(yè)務(wù)進(jìn)行Report信息的傳送，也不需要對EF類業(yè)務(wù)進(jìn)行動態(tài)帶寬分配。因此可在idle time時間內(nèi)傳送各個ONU下一周期的EF業(yè)務(wù)，進(jìn)而提高上行鏈路的帶寬利用率，并且由于對EF業(yè)務(wù)進(jìn)行集中發(fā)送，也降低了EF等級業(yè)務(wù)時時延抖動。本義將減小了idle time后的改進(jìn)的算法稱為DBA2算法。
