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近年来,传送网传输介质由最初的双绞线发展到光纤,接入网也从非对称用户数字环路(ADSL:Asymmetric Digital Subscriber Line)技术发展到先进的无源光接入网络(PON:Passive Optical Network). PON以较低成本为用户提供了高速的语音、视频、数据等多种业务的接入服务。PON网络拓扑多为不对称的点到多点(PTMP:Point to Multi-Point)结构,下行业务传输采用广播方式,上行业务可采取时分复用接入(TDMA:Time Division Multiple Access)、波分复用接入(WDMA:Wavelength Division Multiple Access)、码分复用接入(CDMA:Code Division Multiple Access)等技术共享上行信道。一方面,随着无源光网络传输速度和距离的不断增大,TDM/WDM混合型PON网络拓扑架构成为研究重点。另一方面,支持服务质量(QoS:Quality of Service)的动态带宽分配(DBA:Dynamic Bandwidth Allocation)算法是提升PON网络性能的关键。本论文主要的研究内容如下：(1)根据当前PON的架构从时分复用PON (TDM-PON)向波分复用PON (WDM-PON)演进的发展方向,本文深入研究了一种先进的TDM/WDM混合吉比特无源光网络(HGPON:Hybrid Gigabit Passive Optical Network)、介绍了HGPON的物理层架构和MAC(Medium Access Control)层信令流程,并在OPNET网络平台上实现了对HGPON系统的建模和仿真。HGPON采用先进的无源光器件,可同时调度波长和带宽两种资源,为用户提供灵活、高速的全业务接入。(2)通过对HGPON系统MAC层信令通信过程进行排队论建模和时延分析,提出并研究了HGPON多线程上行带宽分配算法。多线程带宽分配算法利用HGPON中WDM波长资源可调度的结构特点,为上行业务传输提供多个波长线程,以达到降低业务接入时延,缓解拥塞的目的。仿真结果表明多线程带宽分配算法可以成倍的提高业务的处理效率和网络性能。最后,由于多线程算法的复杂度随线程数增多而线形增大,HGPON系统选择最优多线程数时须考虑同时兼顾网络性能和算法代价。(3)由于语音视频等实时接入业务的流量具有突发性和时延敏感性的特点,带宽分配算法的设计目标是尽可能快速地转发上行业务,降低业务的接入等待时延和缓存队列长度。本论文在HGPON排队论理论模型基础上提出了带宽预测算法,并通过仿真评估对比研究了固定带宽预测算法(SEBA:Static Estimated Bandwidth Allocation)和动态带宽预测算法(DEBA:DynamicEstimated Bandwidth Allocation)的网络性能。研究表明DEBA比SEBA具有更好的网络时延性能,且预测带宽值的大小与网络负载相关。最后,DEBA算法可根据网络业务负载的变化动态调整预测带宽值的大小,优化预测带宽分配,提高带宽资源使用效率。(4)针对当前网络中接入业务多样化的特点,本论文的最后研究了HGPON网络多业务区分服务算法和资源调度策略。根据HGPON物理层架构的特点,提出了粒度更为细致的,包括ONU (Optical Network Unit)组间、ONU组内和ONU内部的三层次QoS区分服务算法。并进一步研究了为解决ONU组间调度和ONU组内潮汐效应的二层次资源调度策略。最后通过仿真评估验证了所提出算法的有效性和先进性。