基于软件定义的智能光接入网关键技术研究

作     者：王家伟 

作者单位：河南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：秦攀科;李忠献

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：软件定义网络 TWDM-PON ONU 时间序列 区块链 

摘      要：光接入网作为连接用户的“最后一公里网络,在架构的灵活性、宽带利用率和数据资源的安全可靠性等方面面临着越来越多的挑战。软件定义光接入网(SDN)有效地解决了上述问题,然而其仍面临着以下难题:第一,不同的光接入网设备间的差异性导致网络资源难以统一管理;第二,传统的光网络单元(ONU)自动迁移方案在ONU数据收集上存在较大的误差;第三,过于注重提升ONU在SDN中的注册效率,从而忽视了系统可能存在的安全隐患问题。本文从构建基于SDN的TWDM-PON架构以及提升用户端ONU注册的效率等方面进行了如下研究工作:(1)针对传统的TWDM-PON网络设备的不兼容以及资源分配不灵活的问题,本文分析了离线资源分配和在线资源分配的技术特点,设计一种基于SDN的TWDM-PON跨层控制的网络架构。此架构首先扩展了Open Flow协议,描述了该网络架构中的信息交互过程。然后将该架构与传统的两种网络架构方案进行对比,并阐明该架构运用分层控制思想,通过在光网络终端部署Open Flow代理器的方式让OLT获得部分控制器权限,并延长控制纵深到光网络单元,以此增强架构的稳定性。(2)针对TWDM-PON网络中ONU个数预测不准确的问题,本文设计了一种基于时间序列的ONU迁移的方案。首先,重新定义了ONU达到迁移的条件,然后结合光纤到户(FTTH)拓扑结构设计了一个ONU可迁移注册模型,并对自适应算法进行了分析;其次,引入三次平滑预测算法预测ONU数量;最后,仿真实验对比结果证明了基于时间序列中的三次平滑预测方案能有效地解决ONU迁移方案中ONU数据不够准确的问题,进而提升ONU注册开窗的精度,为ONU注册效率的研究提供了强有力的支撑。(3)针对时间序列模型中ONU数据的收集和保护问题,本文设计了一个基于区块链的网络在线数据存储方案。首先,分析了区块链的分布式结构、可信性、不可篡改性、可追溯性等特性;其次,设计了一个基于区块链的系统模型。该模型采用链路层发现协议(LLDP)收集全局网络链路状态信息的方式,使用SDN网络中的控制器来执行链路的发现过程,加入伪代码来构建区块模型,并概述SDN和TWDM-PON系统与区块链结合时,ONU数据存储的过程;最后,阐述ONU数据获取的过程。该方案不仅保障了数据的完整性,也弥补了时间序列模型中有关ONU数据的问题。