調諧時間對共享型WDM PON 性能的影響

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　　1 引言光接入網主要可以分為有源和無源兩類。無源光網絡（pon）在光分路/耦合(odn)處無需應用電源設備，odn 全部由光分路器（splitter）等無源器件組成，具有網絡建設成本低、系統維護方便等優點，相比有源光網絡更加受到業界關注。目前已逐步實現商業化的pon 技術主要是以太網無源光網絡（epon）技術和吉比特無源光網絡（gpon）技術。兩者在上行方向均采用時分復用技術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，波分復用無源光網絡（wdmpon）技術將會成為未來接入網的首選，因此對wdm pon 的研究成為熱門的領域。因為接入網直接面對用戶，所以對成本有較大限制，而在onu 配置的可調諧光發射器在成本中占較大比重，且其成本與調諧時間的長短密切相關，因此，為了使網絡在配置較大調諧時間光發射器的情況下仍具有較好性能，本文重點研究了wdm pon 中可調諧器件的調諧時間對網絡性能的影響，并通過調整光信道的分配方法，采取配對措施即在為數據分組分配信道之前，盡量采取與前一時隙相同的信道進行分組的傳輸，從而使網絡參數獲得較大改善。

　　2 wdm pon 的訪問控制wdm pon 系統結構所示，其上行包含多個光信道。其中常見的結構有兩種，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。獨立型的結構較為簡單，但在onu 相對空閑的情況下,其系統帶寬利用率低下；同時，由于網絡中波長數和陣列波導光柵端口數是固定的，所以可接入onu 的數量受到一定限制。因此，共享型的結構是wdm pon 系統的首選，該文的研究也是基于這種結構。

　　為了使各onu 能夠共享各上行光信道，在各onu 需配置可調諧光發射器（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 上報待傳送數據量情況，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送數據分組。由于各onu 可能通過不同的光信道上傳數據，所以onu 的光發射器需要在不同的光波長之間進行調諧轉換，而在調諧期間無法進行數據發送，因此，調諧時間的長短對網絡性能有較大影響。

　　在 olt 進行帶寬分配時需完成兩項任務：隊列調度、信道分配。隊列調度就是選擇要服務的對象（確定哪個onu 的哪個數據隊列），信道分配就是給選定的服務對象確定上傳信道及時間。常見的隊列調度方法有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 調諧時間對網絡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 處配置可調諧光發射機。而當可調諧發射機在相鄰的一段時間需要傳輸在不同的信道時，各發射機需要一段時間用于調諧。雖然可調諧光發射器使得各onu 可通過多個光信道發送數據，具有提高光信道使用效率等優點，但是由于存在調諧，使得一部分時間無法進行數據傳輸，對網絡吞吐率、時延等參數都有影響，而且隨著調諧時間的增加，這種影響會逐漸增強。另一方面，可調諧光發射器的成本與調諧時間有密切關系，調諧時間越短成本越高。由此可以看出，調諧時間越短，對網絡參數的影響越小，但成本較高，反之亦然。因此，如何減少調諧次數（使系統的帶寬更多地用來傳輸數據）就成為關鍵。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，再結合隊列的優先級與隊列請求大小，選出服務隊列分組后依次安排在相應的波長上進行傳輸。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 的數據分組在相同的信道上進行傳輸，從而達到減少調諧次數的目的。為此，本文通過仿真模型，在采用基于優先級隊列調度的情況下，對下面兩種信道分配方法進行了對比研究。