面向光子网格应用的上行多波长动态调度无源光网络

为了充分利用光纤接入局域网络内可获取的资源，集成大规模虚拟计算平台，满足光子网格等宽带应用需求，本项目提出一种新型的上行多波长动态调度无源光网络(UMW-DS-PON)。下行方向采用波分复用虚拟点对点连接，上行方向采用光网络单元(ONU)自激励多波长动态调度技术，使ONU共享所有上行波长资源，打破现有PON中ONU固定上行波长的限制，从而大大扩增ONU可用带宽，且提高了波长利用率、降低了网络建设和升级成本。针对光子网格应用，研究新的集成任务调度和带宽/波长资源动态分配算法(ITSDBA)，实现ONU上行带宽和传输任务的合理调度，缩短网格应用的整体完成时间，使资源效率和网络成本都达到最优化。本项目将在现有研究基础上，探索和验证UMW-DS-PON关键技术，发展一种性能优越并易于实现平滑升级的低成本PON解决方案，满足网格应用及其它带宽密集型业务的需求，推动新型光接入网技术的研发和应用。

为充分利用光纤接入局域网络内可获取的资源，集成大规模虚拟计算平台，满足光子网格等宽带应用需求，本项目提出了一种新颖的上行多波长动态调度无源光网络(UMWS-PON)方案。UMWS-PON系统与现有PON系统兼容、带宽能够平滑升级，实现了上行多波长共享和灵活调度，大大提升了上行传输能力，具有较高的性价比。本项目提出将光接入网与网格应用相结合，实现了大数据量文件的资源调度算法。研究工作主要涉及以下几方面：1）创新性地设计了三种光网络单元ONU结构，即基于F-P激光器自激励方案的上行发射器结构。实验研究了可调自激励FP-LD模块的输出及传输性能，包括单模激励的边模抑制比、波长和功率稳定性、可调谐范围和1.25Gbit/s上行数据的误码率传输性能等。2）基于经典的动态带宽分配算法IPACT，针对光子网格应用的上行高带宽要求，将该算法中上行传输的单波长通道扩展成多波长通道，提出了一种新型的时隙、波长双资源动态调度分配算法（WDM-IPACT）。仿真研究了上行波长共享的性能增益及波长通道切换延迟对网络性能的影响，如对数据包延迟、丢包率、ONU缓存大小和波长资源利用率的影响。仿真实验结果表明，在ONU业务负载的异构性较大或通道切换时间较小的情况下，提出的UMWS-PON的性能优势变得更加明显。3）将光接入网UMWS-PON与网格应用相结合，实现了大数据量文件的资源调度算法：分析及建模大文件汇聚的数学问题，提出“最大文件优先和首次合适优先机制”算法，有效地提升PON系统的吞吐率和最小化文件汇聚的完成时间。4）确定了搭建上行多波长动态调度无源光网络UMWS-PON演示系统的实现方案：在商用EPON系统设备和器件的基础上，研制了一种新型的ONU，即在每一个原始ONU设备前外加一块光路板，使其升级为一个上行多波长动态调度光网络单元UMWS-ONU。构建了具有1个OLT节点和4个新型的UMWS-ONU模块的UMWS-PON原理实验系统。5）研究演示了UMWS-ONU的输出和传输性能，如输出光谱和反馈光谱特性、自激励单纵模边模抑制比和功率特性、UMWS-ONU的可调范围及传输特性等；6）使用支持局域网及外网通信的多媒体软件，演示了在两个ONU之间，ONU与OLT之间的视频、语音及文件的传输。UMWS-PON平台的成功演示，证明了该网络结构的可行性，对应用于实际通信系统具有重要的指导借鉴作用。