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随着移动互联、云计算等新兴互联网业务的蓬勃发展,人们对光纤通信网络的性能提出更高的要求。光轨网络以其灵活、高效的组网能力成为提高城域光网络吞吐量的可行解决方案之一。本文以适用于网状拓扑结构的光轨网络节点为网元基础,深入地研究了光轨网络中的媒质介入控制(MAC)协议。本文的主要工作包括:1)设计了一种适用于网状拓扑结构的光轨网络节点,这种新型节点既支持全局波长交换,也支持本地波长交换,具有较低的网元成本。建立了密集波分复用条件下的光轨网络通信系统仿真平台,详细仿真了节点数为3到6的光轨网络通信系统的主要性能指标。仿真结果表示:利用所设计的新型光轨节点可以构建最大节点数为5的光轨网络。在此条件下,光监测信道的误码率为1.73e-015,Q因子为7.86;本地信道的误码率为1.84e-016,Q因子为8.14;全局信道的误码率为3.53e-015,Q因子为7.78。以上性能指标均满足城域光网络物理层通信需求。2)为了解决经典的自适应往返时间MAC协议(ART MAC)在估算实际令牌持有时间方面的性能不足,通过引入时延感知思想,提出时延感知自适应往返时间MAC协议(DAART MAC)。DAART利用时延感知理论估计光轨节点的实际令牌持有时间。在三种不同的业务量模型条件下,对分别采用ART与DAART的光轨网络进行了性能仿真。仿真结果表示:与ART相比,DAART显著地提高光轨网络的吞吐量。3)为了进一步提高光轨网络的吞吐量,在DAART MAC协议的基础上,通过引入分离光轨策略,提出了针对分离光轨的MAC协议——分离光轨时延感知自适应往返时间MAC协议(DAARTS MAC)。给出了针对三种不同的业务量模型的分离光轨方法,并且仿真了分别采用ART、DAART和DAARTS的光轨网络性能。仿真结果表示:在第一类和第二类业务量模型下,与DAART相比,DAARTS能够分别获得40.83%和106.64%的吞吐量提升。