無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)及其光子網(wǎng)格應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著帶寬密集型應(yīng)用，如互動(dòng)視頻和多媒體業(yè)務(wù)的普及，網(wǎng)絡(luò)帶寬需求不斷增長(zhǎng)，波分復(fù)用無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(WDM-PON)被視為實(shí)現(xiàn)下一代光接入網(wǎng)很有潛力的備選方案之一。WDM-PON提供給每一個(gè)用戶專用的波長(zhǎng)帶寬，并具有靈活帶寬管理能力。本論文的前半部分將涉及到WDM-PON中三種技術(shù):組播傳送機(jī)制、保護(hù)切換機(jī)制和可調(diào)FP-LD自激勵(lì)技術(shù)。后半部分，我們提出將波分復(fù)用光接入網(wǎng)與網(wǎng)格應(yīng)用相結(jié)合，利用光接入網(wǎng)來(lái)連接廣泛分布在網(wǎng)絡(luò)中豐富的計(jì)算資源，作為網(wǎng)

2、格應(yīng)用的虛擬計(jì)算平臺(tái)，形成所謂的“光子網(wǎng)格”系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)大規(guī)?？茖W(xué)、工程或商業(yè)網(wǎng)格計(jì)算應(yīng)用。網(wǎng)格應(yīng)用可以是大數(shù)據(jù)量的簡(jiǎn)單匯聚傳輸，也可以是一組相互關(guān)聯(lián)任務(wù)集的復(fù)雜執(zhí)行。由于光子網(wǎng)格系統(tǒng)涉及到許多不同種類異構(gòu)的網(wǎng)格資源和網(wǎng)絡(luò)資源，這些資源發(fā)生故障似乎不可避免。本論文也研究了在實(shí)時(shí)的光子網(wǎng)格系統(tǒng)中資源容錯(cuò)的調(diào)度技術(shù)，最大化網(wǎng)格應(yīng)用的可靠性。
　　 具體研究工作可分為以下幾個(gè)方面:
　　 1.光組播傳送機(jī)制
　　 在W

3、DM-PON系統(tǒng)中，光組播傳送機(jī)制是在光物理層上建立一對(duì)多的光路徑，這不僅降低了網(wǎng)絡(luò)層中電的網(wǎng)絡(luò)處理器或路由器的處理負(fù)載，還可以達(dá)到較高的處理速率。本論文提出兩種新穎的光組播傳送機(jī)制:
　　 1)基于波長(zhǎng)反射器的動(dòng)態(tài)波長(zhǎng)偏射機(jī)制。該機(jī)制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在每一個(gè)波長(zhǎng)通道中配置一個(gè)波長(zhǎng)反射器，選擇性疊加組播數(shù)據(jù)。在OLT處完成動(dòng)態(tài)、快速、有效的組播重配置操作，對(duì)所有ONU完全透明，管理方便。而且ONU采用重調(diào)制機(jī)制，避免了使用光源和有色器

4、件，大大降低網(wǎng)絡(luò)成本和設(shè)備復(fù)雜度。
　　 2)基于集成的DPMZM的射頻信號(hào)控制機(jī)制。通過(guò)簡(jiǎn)單的打開或關(guān)閉每一個(gè)波長(zhǎng)通道中施加在DPMZM一個(gè)驅(qū)動(dòng)臂上的射頻控制信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、靈活的組播傳送技術(shù)，也便于集中式管理。由于下行單播和組播信號(hào)分別承載于同一波長(zhǎng)通道中的不同子載頻，這不僅消除了可能的瑞利反射效應(yīng)，而且不需要射頻信號(hào)的相位精確匹配，容易控制，大大降低了配置成本和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。
　　 2.自動(dòng)保護(hù)切換機(jī)制

5、r>　　 具有自動(dòng)保護(hù)切換功能的WDM-PON系統(tǒng)可以避免由于光線鏈路故障而導(dǎo)致的巨大數(shù)據(jù)損失，增強(qiáng)了PON體系結(jié)構(gòu)的生存性能。本論文設(shè)計(jì)并實(shí)驗(yàn)演示了兩種新穎的自動(dòng)保護(hù)切換機(jī)制，一個(gè)應(yīng)用在單PON結(jié)構(gòu)中，另一個(gè)適用于雙PON系統(tǒng):
　　 1)單PON系統(tǒng)中集中式控制的智能保護(hù)切換機(jī)制。它同時(shí)監(jiān)控著工作路徑和保護(hù)路徑上的光功率，并對(duì)兩路檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行邏輯判斷，這使得該保護(hù)切換機(jī)制能夠應(yīng)用在更加實(shí)際的操作環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)有效的保護(hù)切換操

6、作。根據(jù)功率檢測(cè)單元記錄的檢測(cè)結(jié)果，可以具體了解哪一根光纖鏈路發(fā)生故障，這有利于實(shí)現(xiàn)快速的故障修復(fù)。ONU采用重調(diào)制技術(shù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉。
　　 2)雙PON系統(tǒng)中分布式控制的互保護(hù)機(jī)制。它能夠提供1+1下行保護(hù)和1(∶)1上行保護(hù)能力，并利用鄰近PON中的光纖鏈路和RN處的AWG同時(shí)保護(hù)饋入光纖和分布光纖的鏈路故障。相比于其他的保護(hù)結(jié)構(gòu)，該雙PON體系結(jié)構(gòu)使用的額外的保護(hù)光纖數(shù)量最少，波長(zhǎng)資源利用率最高。
　　 3

7、.上行多波長(zhǎng)共享PON系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其應(yīng)用
　　 基于我們?cè)O(shè)計(jì)的可調(diào)FP-LD自激勵(lì)模塊，提出了一種新穎的UMWS-PON系統(tǒng)方案，實(shí)現(xiàn)了上行多波長(zhǎng)共享和靈活調(diào)度，大大提升了上行傳輸能力，并提出將光接入網(wǎng)與網(wǎng)格應(yīng)用相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)量文件的資源調(diào)度算法。本研究工作涉及到三個(gè)方面:
　　 1)可調(diào)自激勵(lì)FP-LD模塊的輸出及傳輸性能:實(shí)驗(yàn)研究了單模激勵(lì)的邊模抑制比，波長(zhǎng)和功率穩(wěn)定性，可調(diào)諧范圍等。實(shí)驗(yàn)測(cè)量了1.25Gbit/s

8、上行數(shù)據(jù)的誤碼率傳輸性能。
　　 2)上行波長(zhǎng)共享的性能增益及波長(zhǎng)通道切換延遲對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響:仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在ONU業(yè)務(wù)負(fù)載的異構(gòu)性較大或通道切換時(shí)間較小的情況下，提出的UMWS-PON的性能優(yōu)勢(shì)變得更加明顯。
　　 3)將光接入網(wǎng)UMWS-PON與網(wǎng)格應(yīng)用相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)量文件的資源調(diào)度算法:分析及建模大文件匯聚的數(shù)學(xué)問(wèn)題，提出“最大文件優(yōu)先和首次合適優(yōu)先機(jī)制”算法，有效地提升PON系統(tǒng)的吞吐率和最小化文件匯聚

9、的完成時(shí)間。
　　 4.光子網(wǎng)格系統(tǒng)中的資源容錯(cuò)調(diào)度技術(shù)
　　 光子網(wǎng)格一直被視為支持大規(guī)模分布式計(jì)算應(yīng)用很有潛力的虛擬計(jì)算平臺(tái)。本研究工作分別針對(duì)網(wǎng)絡(luò)鏈路故障和網(wǎng)格資源故障，提出了兩種資源容錯(cuò)調(diào)度算法:
　　 1)基于光鏈路保護(hù)的可靠性驅(qū)動(dòng)調(diào)度算法。提出的調(diào)度算法在滿足DAG應(yīng)用實(shí)時(shí)性要求的前提下，試圖用一種成本有效的方式不斷迭代地提升應(yīng)用的可靠性。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法在應(yīng)用可靠性、網(wǎng)絡(luò)資源利用率等方面都取

10、得良好的性能，并對(duì)DAG應(yīng)用最晚完成時(shí)間要求具有一定的自適應(yīng)性。特別是在應(yīng)用有著較高的實(shí)時(shí)性要求時(shí)，該算法可以給光子網(wǎng)格系統(tǒng)帶來(lái)更多的性能增益。
　　 2)基于網(wǎng)格資源保護(hù)的容錯(cuò)性調(diào)度算法。采用主、備保護(hù)方法，將一個(gè)計(jì)算任務(wù)的兩個(gè)拷貝同時(shí)分配到兩個(gè)不同的網(wǎng)格資源節(jié)點(diǎn)上。這大大提升了應(yīng)用的可靠性，并且仿真表明在可利用的網(wǎng)絡(luò)資源較多的情況下，引入的調(diào)度長(zhǎng)度開銷也較小。論文最后，總結(jié)了主要的研究成果及其創(chuàng)新點(diǎn)，提出了還有待進(jìn)一步研究的