光接入网作为连接用户的“最后一公里”,是通信网络系统中重要组成部分。近年来,随着云存储/云计算、视频直播、视频会议、高清电视、网络游戏、大文件共享等网络服务的兴起,宽带接入用户的数量以及带宽需求呈现爆发式的增长,驱使运营商铺设更多地网络设施以满足相应的需求。随着光接入网规模的不断扩大以及网络业务需求的不断变化,通信系统中各个主体,运营商、用户和服务提供商,都面临着不同的挑战及问题。接入网的大量部署增加了运营商的运维成本,而业务收入却没有显著的提升,利润不断下滑;简单地增加接入带宽并没有给用户带来业务服务质量上的提升;传统接入网开放性较弱,使得服务提供商无法在网络系统层面有效地保证其业务质量。当前,由于软件定义网络在简化网络管理及提供网络可编程性上的优势,人们尝试通过SDN将可编程的带宽控制引入到光接入网中,实现对接入网系统高效、灵活、绿色的带宽管理,以解决接入网中面临的上述问题。当前,国内外主要研究机构针对软件定义光接入网进行了大量研究,主要包括软件定义光接入网整体方案设计、业务管理方案以及协议扩展等三个方面,但仍然存在许多需要解决的问题:1)接入网中带宽分配策略相对固化,且无法根据实时情况对不同ONU进行差异化调度,导致用户服务质量降低,无法实现高效的带宽管理。2)不同运营商各自建网,网络资源无法有效的共享,造成网络资源的浪费,增加运营商的前期投入,同时服务提供商对资源的管控能力差,无法实现灵活的资源管理与分配。3)ONU在线时长远大于其传输时隙,如何在保证网络延时性能的前提下让ONU进入睡眠状态进行节能,降低运营商的运维成本。针对上述问题和要求,本论文做的主要研究内容如下:1.软件定义光接入网中高效的带宽调度传统光接入网的带宽调度策略是烧制在专用芯片中,无法有效地根据实时网络情况对不同用户的带宽策略进行动态调整,造成用户服务质量的降低。为此,我们在光接入网中引入可编程带宽调度模块,其将传统带宽调度解耦成控制器和OLT两个维度,在保证PON信令交互效率的同时实现策略的实时配置。同时设计相应的带宽管理策略,在控制器内通过简单的匹配规则对不同ONU进行差异化带宽调度。实验结果表明,提出可编程带宽控制策略能够更有效的适应动态网络变化,降低网络延时,提高网络资源利用率,提供更精细灵活的区分业务能力。2.软件定义光接入网中灵活的资源虚拟化传统接入网中,运营商需要建造自己的网络基础设施来服务其用户。然而对于固定宽带接入网络,由于其用户数量相对固定,不同运营商在一个区域建设各自的光接入网一方面浪费网络带宽资源,另一方面增加运营商的投资风险。针对这个问题,我们提出了基于MAC层的接入网资源虚拟化方案,将PON MAC帧视作资源切片,并在控制器内引入切片调度器将资源有序地分配给不同的运营商。我们对系统中资源共享问题进行了建模,并提出相应的资源共享策略。实验结果表明,相比于传统接入网,我们提出的灵活虚拟化方案能够保证不同虚拟子网间资源的独立性、子网内调度的可定制化以及整体网络的利用率最大化。3.软件定义光接入网中绿色的带宽调度由于无源光网络系统中的ONU数量巨大,其能耗占整个PON网络能耗的一大部分。同时ONU通过时分复用的方式共享网络资源,每个ONU实际传输时隙只占整个网络传输时隙很小的一部分。针对这个问题,我们引入基于睡眠ONU的MAC控制机制,使得OLT可以在调度周期内将空闲状态的ONU睡眠以节省能耗。我们对系统中带宽调度问题进行建模,并提出了相应的绿色节能带宽调度策略。实验结果表明,提出的带宽管理策略能够在保证网络性能不受影响的情况下,最小化ONU的总工作时长,节省能耗。