宽带接入网的网络规划与网络管理关键技术研究

摘要

可视电话、IPTV和视频点播等宽带应用业务的推动，刺激了全球对宽带接入网发展的需求。同时，网络融合已经成为电信业的必然趋势。EPON系统由于其高带宽、低成本的优点成为有线接入的最佳选择之一，WiMAX系统由于其部署和接入的便捷性、相对其他无线接入较高的带宽成为无线接入的最佳选择之一。EPON和WiMAX融合接入系统可以融合这两种系统各自的优点，因此成为宽带接入网领域的研究热点之一。随着宽带接入网部署规模的扩大，对网络进行合理规划从而有效地控制建网的工程投入具有重要意义，如果采用人工规划的方式，在网络规模较大时，效率低下，因此研究网络规划算法，并在此基础上开发网络规划工具具有重要的现实意义。目前已有的PON网络规划研究主要考虑单个PON的规划，针对PON和WiMAX这两种网络的融合规划研究还很少。融合系统中网络管理复杂，融合网络特有的QoS保证机制以及业务的动态变化，使得如何进行有效的管理也是一个新的研究课题。针对这些问题，本文对PON网络规划、PON与WiMAX融合接入网络规划、PON与WiMAX融合接入网络管理关键技术进行了深入研究，设计实现了EPON与WiMAX融合接入网网管软件，完成了相关算法验证工作。本论文的主要研究内容及创新性工作总结归纳如下：
　　 1）针对目前已有的PON网络规划研究主要考虑单个PON的规划，研究了大规模用户接入需求下的多PON网络规划，提出了一种基于多级聚类与最短光纤路由结合的多级分光PON网络规划算法。该算法根据ONU的分布计算PON网络的最佳分光级数、多个PON的划分和考虑城市街区区域约束的光纤选路进行多PON的规划。仿真结果表明在较大规模具有区域约束条件的PON网络规划中新算法明显降低了PON网络的部署成本。
　　 2）针对PON和WiMAX融合接入网的规划，提出了一种基于混合整数规划模型的网络规划方法，同时考虑用户覆盖率、融合型ONU覆盖半径、ONU可选位置、载噪比、信道分配、无线用户与ONU及OLT PON端口间的带宽约束等规划变量，通过寻找这些变量的最佳组合来达到成本最优的网络规划。仿真结果表明运用该方法进行PON WiMAX融合接入网规划可以比贪婪算法降低大约20％的成本，在考虑频率成本的情况下，运用该方法时采用最佳的频率资源使用可以达到最小的网络部署总成本。
　　 3）针对EPON和WiMAX融合接入网中PON链路和WiMAX无线链路统一的QoS和带宽管理，提出了一种基于多粒度参数管理的层级约束带宽配置算法，使得不仅有线接入各种业务在PON链路中的优先级和带宽可管理和无线接入各种业务在无线链路中的优先级和带宽可管理，同时，有线接入业务和无线接入业务在PON链路中可统一进行管理。在EPON与WiMAX融合接入网实验系统的网络管理软件中设计实现了该带宽配置算法，实现了对该融合接入网实验系统进行有效的QoS和带宽管理。
　　 4）在EPON和WiMAX融合接入网中，设备的多样性，网络的复杂性对运维监控和故障定位提出了更高的要求，对设备进行充分的测试更加重要，针对EPON的多点控制协议在网络运行中的重要性，提出了一种基于简化有限状态机的多点控制协议一致性测试算法。通过对OLT和ONU建立简化有限状态机模型，比较由捕获的协议报文计算出的状态机与标准状态机的一致性来被动测试多点控制协议的一致性。设计实现了该多点控制协议一致性测试算法，可以检测出实验系统多点控制协议实现与IEEE802.3ah标准的不一致，并给出不一致原因的初步分析。

目录

文摘

英文文摘

图表目录

第一章 绪论

1.1 宽带接入网发展趋势

1.1.1 研究背景及意义

1.1.2 宽带接入网关键技术

1.1.3 宽带接入网的网络规划和网络管理研究现状与挑战

1.2 论文主要研究内容和结构

参考文献

第二章 PON网络规划研究

2.1 引言

2.2 多级分光PON网络规划算法

2.2.1 MHMP算法的提出

2.2.2 MHMP算法原理

2.3 光纤选路优化算法

2.3.1 MFR算法的提出

2.3.2 MFR算法原理

2.3.3 MFR算法的优化

2.4 算法仿真与结果分析

2.5 本章小结

参考文献

第三章 PON和WIMAX融合接入网的网络规划研究

3.1 引言

3.2 WIMAX网络规划特点和流程

3.3 基于启发式算法的PON和WIMAX融合网络规划

3.3.1 WiMAX小区划分

3.3.2 PON组划分

3.3.3 仿真分析

3.4 基于混合整数规划模型的PON和WIMAX融合网络规划

3.4.1 规划场景分析

3.4.2 混合整数规划模型建立

3.4.3 模型求解

3.4.4 仿真分析

3.5 本章小结

参考文献

第四章 EPON和WIMAX融合接入网业务管理研究

4.1 引言

4.2 EPON和WIMAX融合方案

4.3 EPON和WIMAX融合接入网QoS实现方案

4.3.1 EPON的QoS实现机制

4.3.2 WiMAX的QOS实现机制

4.3.3 EPON和WiMAX融合接入网QoS实现机制

4.4 EPON和WIMAX融合接入网管理系统总体设计

4.4.1 系统功能

4.4.2 系统结构

4.5 EPON和WIMAX融合接入网的业务管理研究和实现

4.5.1 基于多粒度参数管理的层级约束带宽配置算法

4.5.2 保护倒换和加密管理

4.6 EPON和WIMAX融合接入网基于策略的QOS和带宽管理研究

4.6.1 基于策略的网络管理

4.6.2 EPON和WLMAX融合接入网基于策略的QoS管理

4.7 本章小结

参考文献

第五章 EPON多点控制协议一致性测试研究

5.1 引言

5.2 简化有限状态机模型介绍

5.3 基于简化有限状态机的多点控制协议一致性测试算法

5.3.1 算法描述

5.3.2 算法复杂度分析

5.3.3 不一致根源定位

5.4 EPON多点协议一致性测试实现与验证

5.5 本章小结

参考文献

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 进一步工作的展望

附录 缩略词

致 谢

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