TWDM-PON能满足日益增长的带宽需求,能兼容现在广泛部署的TDM-PON以实现网络平滑升级,又能从时隙和波长两个维度上进行资源的调度,因此TWDM-PON被认为是最有应用前景的光接入解决方案之一。2012年FSAN明确TWDM-PON是未来NG-PON2的技术选择。对于TWDM-PON这一新型的光接入网方案,提出适用于系统且充分利用波长维度可调度这一重要特性的算法具有重要意义。本文结合软件定义和网络编码思想,提出灵活高效的TWDM-PON系统架构,并在控制层面和数据层面分别对系统进行了优化。在控制层面上提出了波长调度算法,通过仿真可以验证算法为系统带来的流量疏导和节省、能源节省等效果;在数据转发面上实现了数据转发硬件加速和流的经济化处理,提高了数据转发速度。本文具体研究工作如下:(1)提出灵活高效的TWDM-PON系统架构。灵活高效TWDM-PON系统是基于OVS实现的软件定义TWDM-PON系统(SD-TWDM-PON)。系统灵活性体现在引入软件定义实现系统的灵活智能管控,使得全网设备可控:OLT、ONU、ODN均可被中心控制器控制。通过控制器对OLT和ONU的统一管理,可以灵活调度上下行波长;通过组建OLT资源池和ONU资源池,OLT资源池与ONU资源池之间通过灵活光配线网连接,灵活光配线网由控制器可以动态改变ONU与OLT的连接关系。系统高效性体现在,将网络编码技术加入TWDM-PON系统中,当OLT下存在ONU的对等通信时,可以通过网络编码实现下行带宽的节省。另外将数据转发面通过硬件实现,大大加快了数据转发速度。(2)提出控制面上的波长调度算法。由于软件定义思想的引入,在控制层面上控制器可以灵活调度ONU上下行波长,可以控制ODN动态改变ONU与OLT的连接关系。根据系统这一特性,本文提出了 OLT间的调度算法和OLT内的调度算法。OLT间的调度主要利用了 ODN的灵活可控和网络编码的高效安全性,使得能针对ONU的对等流量进行流量的高效疏导和QOS保障。OLT内的波长调度,利用了系统中波长灵活可分配的特性,控制器能获得所有ONU和OLT的状态信息,实现复杂多变网络状态的OLT下波长调度,达到负载均衡和能源节省目标。通过仿真验证,可以看到算法能充分利用网络编码带来带宽的节省,能实现系统负载的均衡,并能带来可观的能源节省。(3)数据转发面上实现硬件加速。对于越来越庞大、复杂的网络,流表也变得复杂庞大起来,软件实现的流表查询,速率存在瓶颈,在数据转发面上,通过将OVS核心态数据转发面用硬件实现,实现数据转发面的加速,提高数据转发速率。数据转发为基于流的转发,转发规则存储在流表中。数据转发可以制定详细的转发规则,实现流的经济化处理。