基于OpnetModeler的EPON建模和带宽分配算法仿真研究

### 基于OpnetModeler的EPON建模和带宽分配算法仿真研究 #### 概述 本文介绍了一种适用于Interleaved Polling with Stop（IPS）方式带宽分配算法的EPON（Ethernet Passive Optical Network）系统仿真模型。通过此模型可以有效地模拟最大端到端延迟、平均端到端延迟和业务吞吐量等关键性能指标。在此基础上，进一步仿真了一种基于QoS（Quality of Service）的区分优先级的带宽分配算法，并提供了相应的仿真结果。 #### EPON系统与MPCP协议 ##### EPON系统结构 EPON是一种点到多点的无源光网络结构，其特点是光信号在光线路终端（OLT）和光网络单元（ONU）之间传输时，信号通道上没有任何有源电子设备。OLT通常位于中心局，负责管理整个EPON系统。由于以太网的广播特性，在下行方向，OLT向各个ONU广播IEEE 802.3帧；而在上行方向，则采用TDMA（Time Division Multiple Access）机制，OLT根据ONU的请求为其分配时隙，确保各ONU间能够互不冲突地共享信道资源。 ##### MPCP协议 为了适应EPON的点到多点传输结构，IEEE 802.3ah工作组制定了MPCP（Multi-Point Control Protocol）协议。该协议规定了两种主要消息类型：GATE和REPORT。GATE消息由OLT发送给ONU，用于授权带宽；REPORT消息则由ONU发送给OLT，用于请求带宽。MPCP协议并未明确规定如何使用这两种消息，但在实际应用中，最常见的有以下三种方式： 1. **Poll-and-stop Polling**：OLT发送GATE消息后，会等待相应ONU的REPORT消息回馈后再发送下一个GATE消息。这种方式实现简单，但信道利用率较低。 2. **Interleaved Polling**：OLT发送GATE消息后，不必等待ONU的REPORT消息即可发送下一个GATE消息。这种方式提高了信道利用率，但不易实现带宽的统计复用。 3. **Interleaved Polling with Stop (IPS)**：OLT在收到所有ONU的REPORT消息后，再向所有ONU发送GATE消息。这种方式信道利用率较高，易于实现带宽的统计复用，但OLT在计算分配ONU带宽时需要引入一段DBA（Dynamic Bandwidth Allocation）计算时间。 #### 构建EPON仿真系统 在OpnetModeler平台上构建EPON仿真系统的主要目的是为了验证不同的带宽分配算法的效果。通过模拟真实的EPON网络环境，研究人员可以对不同的带宽分配策略进行评估和优化。此仿真模型不仅可以模拟网络的基本运行情况，还可以针对特定的服务质量需求进行调整。 ##### 仿真模型特点 - **模型灵活性**：仿真模型允许对EPON系统中的各种参数进行调整，包括但不限于最大端到端延迟、平均端到端延迟和业务吞吐量。 - **算法仿真**：基于QoS的带宽分配算法可以通过调整ONU的优先级来实现更高效的资源分配。 - **结果分析**：通过对仿真结果的分析，可以直观地比较不同带宽分配算法之间的性能差异，进而选择最优方案。 #### 结论 本文详细介绍了一种基于OpnetModeler的EPON系统仿真模型及其在带宽分配算法仿真实验中的应用。通过构建该仿真模型，不仅能够深入理解EPON的工作原理和关键技术，还能够为设计更加高效、灵活的带宽分配算法提供有力的支持。这对于提高EPON网络的整体性能和服务质量具有重要意义。