论文研究-基于EPON的动态带宽分配算法研究 .pdf

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基于EPON的动态带宽分配算法研究,陈存康,,本论文展示了一种基于以太网的下一代无源光网络(EPON)。并且提出了一种称为固定周期流水线轮询(CPP)的动态带宽分配算法(DBA)��
山国武技论文在线 R( ATE C EG TH F or H Cl RED E EC 图 算氵 和之间的控制信息交工图 图是基丁流水线的固定周期轮询()动态带宽分配算法()在和 之问周期性信令交互的示意图。 中引入了多点控制协议( 来实现控制信息的 交互。为了支持动态的进入和离开拓扑,该协议定义了的两种⊥作模式: 初始化模式和运行模式。在初始化模式中,和之间通过交互 和 帧,即使用了类似于三序 握于协议的方式使得能够被动态发现和动态进入拓扑。运行模式中定义了支持 算法实现的所有的控制帧格式。首先各个在周期通过依次向上报各自的各个优 先级业务队列的缓冲长度也即下一周期的带宽需求量。在完成对拓扑中所有的的带宽 请求消息的收集之后,运行算法对各个各个优先级队列进行动态带宽分配, 并在周期结束之前将分配结果矩阵以广播的形式发送给各个以便其能够在第 期按在第周期的分阻结果进行上行流量的传输。 山国武技论文在线 动态带宽分配算法 基于对 结构深入的研究,我们提出了一种新型的称为基于流水线的固定周期轮 旬()动态带宽分配()算法。该算法以流水线的方式周期性的轮询各个的 带宽申请信息,完成运算之后将运行结果以广播形式发送给各个完成下一周期 带宽的动态分配。算法中使用了二级带宽分配机制、业务带宽预申请机制等·系列 方法保障各个业务的不同的需求。 首宄,算法进行如公式()所示的优先级间带宽初次分配。由于业务在运行 之前一般由用户向运营商进行带宽申请和注册,所以其带宽需求非常稳定且具有可测性。并 且由于该业务对时延和抖动的要求极高,所以在对业务采用完全满足其带宽申请的 分配的策略。公式中是系统中总的可以分的带宽资源, 分别是带宽初次分 配后 所分配的带宽大小, 是对各各优先级的带宽 申请做出的最终的带宽分配结果数组, 是各 各业务的带宽中请数组, 是拓扑中节点的数量。对和业务的优先级间带宽分配采用如公式() 的带宽申请量比值和优先级参数共同调节的分配策略。值的大小由公式()计算大小, 其中的值大小决定了相对业务优先占有的带宽资源。通过设置参数平衡了 和业务带宽分配的优先性和相对公平性。 ∑[] ∑[] ∑[] 完成带宽的优先级间分配之后,对各的业务进行带宽分配。由于业务 主要为语音、等恒定比特流等时延和抖动敏感的业务,所以在优先级内分配时采用公 式(),即完全满足其带宽需求。为充分利用其恒定比特流的特性和满足业务的需求, 使用了一种带宽预中请机制,即以木周期的带宽中请量作为卜周期带宽中请量的预测 值。即对业务采用即到即传输类似电路交换的一种转发模式,消除了普通周期轮询业 务由于流水线轮询造成的业务的固定一个周期时延,有效的提高了业务的性能。 再次,对各个的业务进行带宽。在分配业务时采用了一和称为最小 带宽申请优先的机制,其具体的带宽分配过程如图所示。若业务的总申请量小于 所有的带宽申请将被完全满足。若申请量超过了,则按照图中的最小带宽优先算法进 行各个的业务的带宽分配。这种机制有效的保证了有限的带宽资源不会被一个或 者几个大申凊量的占有而造成其余正常运行的不能够得到足够的带宽情况的发 生,保证了各个同优先级业务之间享有带宽的公平性。 最后进行业务的带宽分配,其分配过程与业务相同。 山国武技论文在线 当完成过程之后,带宽分配结果矩阵 将被广播给各个 作为下一周期上行信道带宽分配的结果 START p≤ Find the minimum value BrLA] in array BF for i=l-M mp[]= W4[=B4[l []=B[k] I1: Fru END 图 对各个的业务进行带宽分配的流程图 性能研究 为验证文章提出的 算法的性能,我们将 算法在 上运行的性 能进行了仿真。仿真场景设置如下:)拓扑设置为一个和个构成的一个 的 的速率的时分多址复用()进行上行流量的传输;)每个优 先级的带宽分配方式妇公式()和()所示,并且为保讦业务占有带宽的相对优先性, 值设置为了;)每个中的各个优先级的缓存人小均为 )轮询周期为 )控制帧大小均为,即以太网的最小帧长。 为了对比算法的性能,一个经典的基于而设计的称之为恒定比特流() 的算法在冋一场景下进行了仿真。与类似,也是一种二级带宽分配算法 但是,与不同的是,算法中各个仪向报告队列总长度进行带宽申请, 完成带宽分配之后,根据分配的带宽再次对各个不同优先级的业务进行带宽 分配。也即将一部分的带宽分配功能转移到了中实现。并且 算法与在具 体的各个优先级的带宽分配策略上也有很大不同 本次仿真主要考察和动态带宽分配算法的性能,所以主要关注了丢包率 ()、平均包时延()和系统性能密切相关的性能参数。 图是和算法在 中的丢包率性能仿真图。图()是和各 业务的丢包率仿真结果图。从图中可以看出,和两种算法的业务的丢包率在 不同的系统流量下均为,所以和算法都有效的保障了这种最高优先级业务 山国武技论文在线 在系统中的带宽需求ε而两种算法的和业务均在定的系统流量卜开始有了丢包率, 并且业务的丢包率性能均要好于业务。这是由于优先级高的业务相对于优先级低的 业务能够相对的占有更多的带宽资源。算法的和业务的丢包率在相同的系统流 量下均要比算法的要小,所以算法在丢包率性能上比算法优秀,这是由于 算法使用集中智能控制方式,在端完成了所有的资源调度工作。图()和图 ()是的不同中的同优先级业务的性能曲线,不同间的同优先级业 务的曲线高度重合,表明了在处理不同间同优先级业务的高度公平性。 Packet Loss Rate AF-FCPp Packet Loss Rate BE-FCPP Packet Loss Rate I-EF-FCPP -BECBR Trafic Lead 各业务的性能图 各个的业务性能图 各个的业务性能图 图 和在中的去包率()性能仿真图 图是和算法的平均包时延性能的仿貞结果图。图()是和算 法的性能仿真结果图。首先,算法业务的为 满足了 中关于语音和接入业务的时延小于的建议。这是由于根据恒定比特 流特性的业务性质采用了带宽预申请机制进行动态带宽分配的结果,消除了普迸业务由于問 期轮询产生的一个周期的固定时延,相比算法业务的的性能有了显著的提高。 并且的业务和业务的性能比算法也有一定程度的提高。图() 和图()是的不同中同优先级业务的性能由线,结果显小曲线高度重合 表明了在处理不同 之间的同优先级业务的高度公平性。在低系统流量条件下,各 个的业务和业务的平均包时延在至 问均匀分布,这是由周期轮询 机訇下的报的队刎状态时刻不同而造成的各个的附加时延并不同而引起 AF-FCPP Packet Average Delay E· FCPP Facet Auerage Delay 旺FP PBE-CBR !。 Traffic Load affie Load 客业务的性能图 各个的业务性能图 各个的业务性能图 和在 中的半均包时延()性能仿真图 结论 本文提出了一种新型的基于架构称为的算 具有高带宽、高 带宽效率和高性价比等优点,被认为是下一代有线接入网的主要解决方案之 算法不仅良好的适配了 架构的特点,充分利用了其独特的信道特性,而且对各个业 山国武技论文在线 务实现了良好的保障。保障了最高优先级的业务的、和抖动性能其 性能符合 的相关标准的建议。通过带宽申请比例分配和固定参数调节机制为和 业务分配旹宽,不仅保证了高优先级业务的优先性,同时也保障了低优先级带宽分配的 相对公平性。通过最小带宽申请优先原则保证了不同的同优先级业务之间带宽分配的 公平性,防止了一个或者几个大带宽申请占据大部分带宽资源的情况。运行效率 高,算法复杂度低,并目有效的保障了不同优先级业务的不同需求,良好的适配了 网络。 参考文献

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