專利名稱：以太網無源光網絡多業(yè)務動態(tài)帶寬分配的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光纖通信領域，特別涉及以太網無源光網絡(EPON)領域，具體是指一種以以太網無源光網絡多業(yè)務動態(tài)帶寬分配的方法。
背景技術：
當前的網絡逐步趨向融合，在同一網絡中可以支撐多種業(yè)務，包括以太網業(yè)務、語音業(yè)務等。目前，VoIP還是存在通話質量無法保證等問題，傳統電話接入依然是用戶的首選。以太網無源光網絡(EPONEthernet Passive Optical Network)系統作為一種新型的FTTH解決方案，不但要支撐以太網業(yè)務需求，而且完全有支持傳統語音業(yè)務等TDM業(yè)務的必要。
但是，目前的802.3ah標準和協議并沒有將DBA(Dynamic Bandwidth Allocation，動態(tài)帶寬分配)作為EPON產品的必選功能，也沒有給出DBA具體的、統一的實現方法，實際上這也超出了協議的范圍。但是面對用戶日益增長的業(yè)務和帶寬需求，作為最后一英里的解決方案，EPON產品必須能夠提供足夠的帶寬和效率，并支持多種業(yè)務類型，充分保護用戶的投資和收益。
同時，動態(tài)帶寬分配功能不能依靠光線路終端設備OLT單獨完成，而是需要OLT和光網絡單元設備ONU彼此配合、共同實現，OLT的動態(tài)帶寬分配算法再先進，它也是根據ONU上報的帶寬請求信息(Request)，來給各ONU的以太網業(yè)務計算和分配動態(tài)帶寬的，如果ONU上報的帶寬請求信息不準確、不及時，或者不能正確反映ONU的業(yè)務和帶寬需求，那么OLT也無法準確的、有效的實現動態(tài)帶寬分配，所以說ONU上報的帶寬請求信息是動態(tài)帶寬分配功能的基礎。
ONU上報的“帶寬請求信息”，在OLT主要用于動態(tài)帶寬分配功能，所以也叫“動態(tài)帶寬請求信息”，在802.3ah標準中，已經說明了帶寬請求信息的實現方法，大致內容如下在Report消息中，ONU指示出它們所需要的每一個802.1Q優(yōu)先隊列的上行帶寬，Report消息同時也被用作ONU和OLT之間的心跳維持包，ONU周期性的發(fā)出Report消息，用來維護和OLT之間的正常鏈路連接。另外，OLT也可以主動要求一個Report消息。
其中所謂的Report消息，其表現形式就是MPCP Report幀，用于在上行方向ONU周期性地給OLT上報帶寬請求信息，協議中已經說明其幀格式如下表所示 其中隊列#n Report(n＝0～7)表示Report消息產生時隊列#n的長度，隊列#n Report字段是一個無符號16比特整型數，表示單位時間的傳輸量請求。
如上所述，802.3ah標準中，ONU將上行數據緩存隊列的長度，作為帶寬請求信息，通過Report消息(也就是MPCP Report幀)上報給OLT，一個MPCP Report幀最多可以同時上報8個數據隊列的長度，對應802.1Q的8個優(yōu)先級。
但是，現有技術中根據ONU的帶寬請求信息進行以太網動態(tài)帶寬分配的算法并不是最佳的，同時也不能匹配ONU上行業(yè)務的帶寬需求，這樣就給網絡對多種業(yè)務類型的支持帶來一定的困難，同時也難以保證較高的網絡服務質量。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服了上述現有技術中的缺點，提供一種網絡通信性能較高、動態(tài)帶寬分配性能較好、計算難度較小、精確度較高、能夠與ONU上行業(yè)務的帶寬請求信息較好匹配、支持TDM業(yè)務和以太網業(yè)務、適用范圍較為廣泛的以太網無源光網絡多業(yè)務動態(tài)帶寬分配的方法。
為了實現上述的目的，本發(fā)明的以太網無源光網絡多業(yè)務動態(tài)帶寬分配的方法如下該以太網無源光網絡多業(yè)務動態(tài)帶寬分配的方法，其主要特點是，包括光線路終端設備OLT和數個光網絡單元設備ONU，所述的光線路終端設備OLT的上行鏈路接口和下行鏈路接口通過光分布網路和分光器分別與所述的各個光網絡單元設備ONU的上行鏈路接口和下行鏈路接口相連接，所述的光線路終端設備OLT中具有帶寬分配和帶寬授權分發(fā)裝置和業(yè)務節(jié)點接口，且該帶寬分配和帶寬授權分發(fā)裝置與所述的光線路終端設備OLT的上行鏈路接口和下行鏈路接口均相連接，所述的帶寬分配和帶寬授權分發(fā)裝置包括動態(tài)帶寬請求信息接收與解析單元、統計與預處理單元和靜態(tài)與動態(tài)帶寬分配單元，所述的光線路終端設備OLT的上行鏈路接口的信號依次通過所述的動態(tài)帶寬請求信息接收與解析單元、動態(tài)帶寬請求信息統計單元和靜態(tài)與動態(tài)帶寬分配單元，所述的動態(tài)帶寬分配的方法包括以下步驟(1)動態(tài)帶寬請求信息接收與解析單元中的帶寬分配周期計時器開始計時；(2)判斷帶寬分配周期計時器是否超時；(3)如果未超時，則重復上述步驟(1)；(4)如果超時，則統計與預處理單元對各個ONU上報的帶寬請求信息進行預處理操作，并得到動態(tài)帶寬請求信息變量；(5)統計與預處理單元對該動態(tài)帶寬請求信息變量進行總和計算操作，并得到動態(tài)帶寬請求信息總和變量；(6)靜態(tài)與動態(tài)帶寬分配單元進行動態(tài)帶寬基數初始值計算操作，并得到動態(tài)帶寬基數變量；(7)靜態(tài)與動態(tài)帶寬分配單元對各個ONU進行MPCP帶寬、TDM帶寬和以太網靜態(tài)帶寬的分配操作，分別得到各個ONU的MPCP帶寬值、TDM帶寬配置值和以太網靜態(tài)帶寬配置值；(8)靜態(tài)與動態(tài)帶寬分配單元進行動態(tài)帶寬基數計算操作，并得到動態(tài)帶寬基數變量；(9)靜態(tài)與動態(tài)帶寬分配單元對各個ONU進行以太網動態(tài)帶寬的計算和分配操作，并得到以太網動態(tài)帶寬變量；(10)在帶寬授權計算、安排和分發(fā)操作完成后，將動態(tài)帶寬請求信息接收與解析單元中的帶寬分配周期計時器歸零，并重新開始計時；(11)重復上述步驟(1)。
該以太網無源光網絡多業(yè)務動態(tài)帶寬分配的方法的帶寬分配周期超時時間為250微秒～1毫秒。
該以太網無源光網絡多業(yè)務動態(tài)帶寬分配的方法的帶寬分配周期超時時間為500微秒。
該以太網無源光網絡多業(yè)務動態(tài)帶寬分配的方法的對ONU上報的帶寬請求信息進行預處理操作為根據帶寬請求信息、帶寬分配周期、圓整因子、老化周期、老化因子、以太網靜態(tài)帶寬配置值和動態(tài)帶寬權重并按照以下計算規(guī)則計算動態(tài)帶寬請求信息變量如果系數K×帶寬請求信息＞以太網靜態(tài)帶寬配置值則動態(tài)帶寬請求信息變量＝(系數K×帶寬請求信息-以太網靜態(tài)帶寬配置值)×動態(tài)帶寬權重；否則動態(tài)帶寬請求信息變量＝0；其中系數K＝((圓整因子×帶寬分配周期)/(老化因子×老化周期))。
該以太網無源光網絡多業(yè)務動態(tài)帶寬分配的方法的圓整因子的值為2的整數次冪，所述的老化周期的值為250微秒～1毫秒，所述的老化因子的值為2～16。
該以太網無源光網絡多業(yè)務動態(tài)帶寬分配的方法的圓整因子的值為16，所述的老化周期的值為500微秒，所述的老化因子的值為4。
該以太網無源光網絡多業(yè)務動態(tài)帶寬分配的方法的對該動態(tài)帶寬請求信息變量進行總和計算操作為根據各個ONU的動態(tài)帶寬請求信息變量并按照以下公式計算動態(tài)帶寬請求信息總和變量動態(tài)帶寬請求信息總和變量＝∑ONU(動態(tài)帶寬請求信息變量)。
該以太網無源光網絡多業(yè)務動態(tài)帶寬分配的方法的動態(tài)帶寬基數初始值計算操作為根據上行線路總帶寬和各ONU的開銷帶寬授權總和并按照以下公式計算動態(tài)帶寬基數變量動態(tài)帶寬基數變量＝上行線路總帶寬-各ONU的開銷帶寬授權總和。
該以太網無源光網絡多業(yè)務動態(tài)帶寬分配的方法的動態(tài)帶寬基數計算操作為根據MPCP帶寬值、TDM帶寬配置值和以太網靜態(tài)帶寬配置值并按照以下公司計算動態(tài)帶寬基數變量動態(tài)帶寬基數變量＝動態(tài)帶寬基數變量-∑ONU(MPCP帶寬值+TDM帶寬配置值+以太網靜態(tài)帶寬配置值)。
該以太網無源光網絡多業(yè)務動態(tài)帶寬分配的方法的對ONU進行以太網動態(tài)帶寬的計算和分配操作為
根據動態(tài)帶寬請求信息變量、動態(tài)帶寬基數變量和動態(tài)帶寬請求信息總和變量并按照以下公式計算以太網動態(tài)帶寬變量以太網動態(tài)帶寬變量＝動態(tài)帶寬請求信息變量×動態(tài)帶寬基數變量/動態(tài)帶寬請求信息總和變量。
采用了該發(fā)明的以太網無源光網絡多業(yè)務動態(tài)帶寬分配的方法，由于按照特定的帶寬分配周期根據ONU的帶寬請求信息并根據特定的算法計算得到所需要進行分配的以太網動態(tài)帶寬信息，從而使得網絡通信性能較高，動態(tài)帶寬分配性能較好，算法的計算難度較小，精確度較高，并且能夠與ONU上行業(yè)務的帶寬請求信息較好匹配；不僅如此，采用上述方法，能夠全面支持TDM業(yè)務，如TDM Service，包括POTS、E1、T1等，同時較好的支持以太網業(yè)務，如Ethernet Service，包括VoIP、IPTV、視頻點播等；而且適用范圍較為廣泛，對光纖通信網絡和寬帶通信技術的發(fā)展打下了良好的基礎。


圖1為以太網無源光網絡系統周期性帶寬分配機制示意圖。
圖2為光線路終端設備OLT進行帶寬分配、帶寬授權的完整工作流程圖。
圖3為本發(fā)明的以太網無源光網絡多業(yè)務動態(tài)帶寬分配的方法的流程圖。
具體實施例方式
為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的技術內容，首先介紹一些專業(yè)術語，如下表所示


下面首先介紹一下EPON系統1.EPON系統基本構成一套典型的EPON系統主要由3部分構成光線路終端(Optical Line Terminal，OLT)、光分布網絡(Optical Distribution Network，ODN)和光網絡單元/光網絡終端(Optical NetworkUnits/Terminal，ONU/ONT)。其中OLT位于局端，負責分配和控制信道的連接，并對整個EPON網絡進行實時監(jiān)控、管理及維護；ONU/ONT位于用戶端(或者說用戶駐地側)，實現用戶終端的接入；ODN由無源分光器(Passive Optical Splitter，POS，又叫無源光纖分支器、無源光分路器)和光纖線路構成，實現OLT和各ONU之間的網絡連接，802.3ah工作組EFM(Ethernet in the First Mile Study)確定無源分光器的分光比在1∶16到1∶128之間。ONU與ONT的區(qū)別在于ONT直接位于用戶端，而ONU與用戶間還有其它的網絡，但在本專利族中不做區(qū)分，一律用ONU表示。
EPON采用樹形拓撲結構，OLT位于根節(jié)點，通過ODN與各個ONU相連，光纖線路單一且共享，并使用成本低廉的無源分光器，把信號從單一光纖分散至獨立的用戶，之所以被稱呼為“無源光網絡”是因為有別于傳統的電信機房局端及客戶端的連接，這其中并沒有一個有源電子設備裝置介于該接入網絡之間，這樣的優(yōu)勢大大的簡化了網絡系統的操作、維護及成本，另一個優(yōu)點為相比于一個點對點的光纖網絡中，其所使用的光纖并不需要很多。
2.EPON系統基本原理EPON系統使用波分復用技術(WDMWavelength Division Multiplexer)，上下行信號分別使用不同的波長、但在同一根光纖中傳送，速率對稱(均為1Gbit/s)，傳輸距離可達20km。從OLT到ONU的方向稱為下行方向(或下行鏈路，Downstream Link)，反之稱為上行方向(或上行鏈路，Upstream Link)。
下行鏈路，OLT以單發(fā)送復制廣播(SCBSingle Copy Broadcast)的方式向所有的ONU發(fā)送以太協議分組(也就是以太網幀)。通過發(fā)現和注冊過程(Discovery and Registeredprocess)，OLT給成功完成注冊的ONU分配LLID(Logical Link ID，邏輯鏈路標識)，一個ONU至少支持一個LLID，然后OLT把下行發(fā)送的以太網幀的目的ONU的LLID放在幀前導符(Preamble)中。待幀數據到達ONU后，所有ONU都會根據前導符中所含的LLID和自己的LLID進行判斷，以決定是否接收該幀，這樣就保證了只有目的ONU會正確接收該幀。
上行鏈路可以采用多種接入技術頻分多址復用(FDMA)、時分多址復用(TDMA)、波分多址復用(WDMA)、碼分多址復用(CDMA)等。其中時分多址復用相對于其它復用技術有幾個明顯的優(yōu)勢全部ONU只需要一個OLT轉發(fā)器；整個EPON系統上行鏈路只需要一個波長；技術簡單，成本低廉?，F有的EPON系統和產品幾乎都是使用時分復用接入技術。時分復用的工作原理是OLT安排好各ONU發(fā)送上行信號的時隙，并發(fā)出時隙分配幀(也就是MPCP Gate幀，內含給ONU分配的帶寬授權或帶寬許可)；ONU接收并解析此帶寬授權，根據OLT分配給自己的時隙，通過上行發(fā)送窗口，向OLT發(fā)送上行信號、傳輸業(yè)務數據，這樣眾多的ONU就可以共享上行信道和有限的帶寬。
在下行方向，OLT提供面向無源光纖網絡的光纖接口；在上行方向，OLT提供千兆以太網(Gigabit Ethernet，GE)業(yè)務節(jié)點接口(Service Node Interface，SNI)。將來10Gbit/s的以太網技術標準定型后，OLT也會支持類似的高速接口。為了支持其他流行的協議，OLT還可支持ATM、FR以及OC3/12/48/192等速率的SDH/SONET的接口標準。OLT還可通過支持E1接口來實現傳統的TDM話音的接入。在EPON的統一網管方面，OLT是主要的控制中心，實現網絡管理的主要功能。此外EPON還需通過已定義的接口與電信管理網相連，進行配置管理、性能管理、故障管理、安全管理及計費管理，完成操作維護管理(Operations Administrationand Maintenance，OAM)功能。
3.EPON系統關鍵技術由于EPON的上行信道采用時分多址(TDMA)接入方式，各ONU的上行數據以突發(fā)方式通過共同的無源光網絡傳輸到OLT，多點接入以及各ONU與OLT之間的距離差異，導致各ONU的發(fā)送數據延時不同(20km光纖傳輸時延可達0.1ms)，OLT接收信號功率也各不相同，因此要求OLT接收激光器能實現突發(fā)接收，OLT必須能在很短的時間內(幾個比特)實現相位的同步，進而接收數據；為了防止數據時域碰撞，還必須引入測距和時延補償技術實現全網時隙同步，使數據按帶寬分配的指定時隙到達。下行方向因為是連續(xù)的比特流，所以ONU的接收激光器不需要快速重新調整。
準確測量各個ONU到OLT的距離，并精確調整ONU的發(fā)送時延，可以減小ONU發(fā)送窗口間的間隔，從而提高上行信道的利用率并減小時延。另外，測距技術必須支持ONU的即插即用，測距過程應充分考慮整個EPON的配置情況，例如，若系統在工作時加入新的ONU，此時的測距就不應對其它ONU有太大的影響。
影響傳統業(yè)務(話音和圖像)在EPON中傳輸的性能指標主要是延時和丟幀率。無論EPON的上行信道還是下行信道都不應發(fā)生丟幀，因此EPON所要考慮的重點是保證面向連接業(yè)務的低延時。低延時由EPON的DBA算法和時隙劃分的“低顆粒度”(Tin Ganularity)保障，而對傳統業(yè)務端到端的QoS支持則由現存的協議如虛擬局域網(VLAN)、IP-VPN、多協議標簽交換(MPLS)來實現，其中VLAN和MPLS是被看好的應用于EPON的QoS協議。
實現帶寬動態(tài)分配的關鍵在于如何獲得ONU的實際狀態(tài)，各種DBA算法獲得ONU狀態(tài)的手段不同，目前MAC層爭論的焦點就是DBA算法和802.3.ah標準中是否確定統一的DBA算法。目前的方案是基于輪詢的帶寬分配方式，即OLT采用輪轉的方式對各ONU進行輪詢，ONU根據其緩沖區(qū)內等待發(fā)送的以太網業(yè)務報文，通過Report message向OLT上報帶寬請求信息，OLT對各個ONU根據其帶寬請求信息按照帶寬分配算法分別進行授權。
4.EPON系統對TDM業(yè)務的支持盡管數據業(yè)務的帶寬需求正快速增長，但現有的電路業(yè)務還有很大的市場，在短期內仍將發(fā)揮其巨大的作用，在今后幾年內仍是業(yè)務運營商的主要收入來源。所以在EPON系統中承載電路交換網業(yè)務，將分組交換業(yè)務與電路交換業(yè)務結合有利于EPON的市場應用，并滿足不同業(yè)務的需要。因此現在大家談論的EPON實際都是考慮網絡融合需求的多業(yè)務系統。EFM對TDM在EPON上如何承載，在技術上沒有作具體規(guī)定，但必須兼容以太網幀格式。如何保證TDM業(yè)務的質量實際上也就成為多業(yè)務EPON的關鍵技術之一。
5.多點控制協議(MPCP)EPON系統通過一條共享光纖將多個DTE(Data Terminal Equipment，數據終端設備)連接起來，其拓撲結構為不對稱的基于無源光分路器的樹形分支結構。多點控制協議(Multi-Point Control Protocol，MPCP)就是使這種拓撲結構適用于以太網的一種控制機制，該協議位于MAC控制子層，EPON作為EFM討論標準的一部分，就是建立在MPCP基礎上的。
MPCP使用消息、狀態(tài)機和定時器來控制訪問點到多點的拓撲結構。MPCP涉及的內容包括ONU發(fā)送時隙(也就是帶寬授權或帶寬許可)的分配，ONU的自動發(fā)現(Discovery)和注冊(Registered)，向高層報告擁塞情況以便動態(tài)分配帶寬。P2P(Point to Point，點對點)仿真子層是EPON/MPCP協議中的關鍵組件，通過給每個數據幀增加一個LLID(Logical LinkID，邏輯鏈路標識)并替換幀前導符(Preamble)中的2個字節(jié)，它可使P2MP(Point to Multi-Point，點對多點)網絡拓撲對于高層來說表現為多個點對點鏈路的集合。在點到多點拓撲中的每個ONU都包含一個MPCP的實體，用以和OLT中的MPCP實體相互通信。
EPON將拓撲結構中的根節(jié)點認為是主設備，即OLT，將位于邊緣部分的多個節(jié)點認為是從設備，即ONU。MPCP在點對多點的主從設備之間規(guī)定了一種控制機制，以協調數據有效地發(fā)送和接收。系統運行過程中上行方向在一個時刻只允許一個ONU發(fā)送，位于OLT的高層負責處理發(fā)送的定時和不同ONU的擁塞報告，從而優(yōu)化PON系統內部的帶寬分配。
EPON系統通過MPCP幀來實現OLT與ONU之間的帶寬請求、帶寬授權和測距補償等功能。802.3ah標準中定義了5種MPCP幀格式，如下表所示。

其中最經常用到的就是下行方向的MPCP Gate幀和上行方向的MPCPRPT幀。
請參閱圖1所示，EPON系統基于TDM業(yè)務支持的帶寬分配算法，是周期性執(zhí)行計算并安排分發(fā)帶寬授權的，帶寬計算和分配周期也就是上行TDM周期。在每個周期中，OLT都要計算下一個周期的帶寬和帶寬授權，并通過MPCP Gate幀(MPCP Gate Frame)在下行方向發(fā)送給各ONU，而這些帶寬授權將在下一個周期生效并被執(zhí)行，周而復始。
再請參閱圖2和圖3所示，該以太網無源光網絡多業(yè)務動態(tài)帶寬分配的方法，包括光線路終端設備OLT和數個光網絡單元設備ONU，所述的光線路終端設備OLT的上行鏈路接口和下行鏈路接口通過光分布網路和分光器分別與所述的各個光網絡單元設備ONU的上行鏈路接口和下行鏈路接口相連接，所述的光線路終端設備OLT中具有帶寬分配和帶寬授權分發(fā)裝置和業(yè)務節(jié)點接口，且該帶寬分配和帶寬授權分發(fā)裝置與所述的光線路終端設備0LT的上行鏈路接口和下行鏈路接口均相連接，所述的帶寬分配和帶寬授權分發(fā)裝置包括動態(tài)帶寬請求信息接收與解析單元、統計與預處理單元和靜態(tài)與動態(tài)帶寬分配單元，所述的光線路終端設備OLT的上行鏈路接口的信號依次通過所述的動態(tài)帶寬請求信息接收與解析單元、動態(tài)帶寬請求信息統計單元和靜態(tài)與動態(tài)帶寬分配單元，所述的動態(tài)帶寬分配的方法包括以下步驟(1)動態(tài)帶寬請求信息接收與解析單元中的帶寬分配周期計時器開始計時；(2)判斷帶寬分配周期計時器是否超時；(3)如果未超時，則重復上述步驟(1)；(4)如果超時，則統計與預處理單元對各個ONU上報的帶寬請求信息進行預處理操作，并得到動態(tài)帶寬請求信息變量，該預處理操作為根據帶寬請求信息、帶寬分配周期、圓整因子、老化周期、老化因子、以太網靜態(tài)帶寬配置值和動態(tài)帶寬權重并按照以下計算規(guī)則計算動態(tài)帶寬請求信息變量如果系數K×帶寬請求信息＞以太網靜態(tài)帶寬配置值則動態(tài)帶寬請求信息變量＝(系數K×帶寬請求信息-以太網靜態(tài)帶寬配置值)×動態(tài)帶寬權重；否則動態(tài)帶寬請求信息變量＝0；其中系數K＝((圓整因子×帶寬分配周期)/(老化因子×老化周期))；(5)統計與預處理單元對該動態(tài)帶寬請求信息變量進行總和計算操作，并得到動態(tài)帶寬請求信息總和變量，該總和計算操作為根據各個ONU的動態(tài)帶寬請求信息變量并按照以下公式計算動態(tài)帶寬請求信息總和變量動態(tài)帶寬請求信息總和變量＝∑ONU(動態(tài)帶寬請求信息變量)；(6)靜態(tài)與動態(tài)帶寬分配單元進行動態(tài)帶寬基數初始值計算操作，并得到動態(tài)帶寬基數變量，該計算操作為根據上行線路總帶寬和各ONU的開銷帶寬授權總和并按照以下公式計算動態(tài)帶寬基數變量動態(tài)帶寬基數變量＝上行線路總帶寬-各ONU的開銷帶寬授權總和；(7)靜態(tài)與動態(tài)帶寬分配單元對各個ONU進行MPCP帶寬、TDM帶寬和以太網靜態(tài)帶寬的分配操作，分別得到各個ONU的MPCP帶寬值、TDM帶寬配置值和以太網靜態(tài)帶寬配置值；(8)靜態(tài)與動態(tài)帶寬分配單元進行動態(tài)帶寬基數計算操作，并得到動態(tài)帶寬基數變量，該計算操作為根據MPCP帶寬值、TDM帶寬配置值和以太網靜態(tài)帶寬配置值并按照以下公司計算動態(tài)帶寬基數變量動態(tài)帶寬基數變量＝動態(tài)帶寬基數變量-∑ONU(MPCP帶寬值+TDM帶寬配置值+以太網靜態(tài)帶寬配置值)；(9)靜態(tài)與動態(tài)帶寬分配單元對各個ONU進行以太網動態(tài)帶寬的計算和分配操作，并得到以太網動態(tài)帶寬變量，該計算和分配操作為根據動態(tài)帶寬請求信息變量、動態(tài)帶寬基數變量和動態(tài)帶寬請求信息總和變量并按照以下公式計算以太網動態(tài)帶寬變量以太網動態(tài)帶寬變量＝動態(tài)帶寬請求信息變量×動態(tài)帶寬基數變量/動態(tài)帶寬請求信息總和變量；(10)在帶寬授權計算、安排和分發(fā)操作完成后，將動態(tài)帶寬請求信息接收與解析單元中的帶寬分配周期計時器歸零，并重新開始計時；(11)重復上述步驟(1)。
上述方法中使用了如下幾個參數

同時，對于帶寬分配周期ba_interval(單位秒，s)還必須滿足TDM周期的如下要求這個TDM周期(用ΔTTDM表示)直接影響到TDM幀長(Frame length)、TDM業(yè)務延時(Delay)、TDM數據傳輸效率和TDM數據緩存容量，同時ΔTTDM也是整個EPON系統上行帶寬計算和分配的周期，所以ΔTTDM的選擇和取值必須綜合考慮TDM業(yè)務和以太網業(yè)務，根據實際業(yè)務需求和性能指標，在效率、延時、性能之間進行折衷?？紤]到2ME1的1個幀＝125us(也就是8KHz語音采樣、量化的時間間隔)，所以ΔTTDM最好等于這個時間的整數倍ΔTTDM＝NTDM×125us(NTDM為正整數)在本發(fā)明的系統中，通常取NTDM＝4，也就是ΔTTDM＝4×125us＝500us但這并不表明ΔTTDM只能有這一個取值，比如下面幾個取值也是完全可行的，只是折衷考慮的側重點不同罷了ΔTTDM＝2×125us＝250us(取NTDM＝2)ΔTTDM＝3×125us＝375us(取NTDM＝3)ΔTTDM＝6×125us＝750us(取NTDM＝6)ΔTTDM＝8×125us＝1ms(取NTDM＝8)在實際應用中，本發(fā)明的方法包括以下幾個步驟
(1)對各ONU上報的帶寬請求信息進行預處理ONU上報的帶寬請求信息是OLT進行動態(tài)帶寬分配的參考依據，所以在周期性執(zhí)行的動態(tài)帶寬分配算法的開始，需要對各ONU的帶寬請求信息進行預處理。EPON系統中沒有注冊的ONU是不會進行TDM業(yè)務和以太網業(yè)務帶寬分配的，所以如果沒有特別說明，“各ONU”、“全部ONU”、“所有ONU”均指已經注冊的ONU，不包括沒有注冊(也就是處于注銷狀態(tài))的ONU。
在ONU動態(tài)帶寬請求過程中，使用到了以下兩個變量

ONU中，在每個老化周期結束時，就要對發(fā)送速率add_rate進行低通平滑濾波計算，得到低通速率lp_add_ratelp_add_rate+＝(add_rate-lp_add_rate)/lp_factor低通速率lp_add_rate的含義、位寬和單位都與發(fā)送速率add_rate相同，只是更加平滑，并綜合了發(fā)送速率add_rate的當前和歷史數值，具有一定的統計特性。
并且在發(fā)送Report消息時，將低通速率lp_add_rate壓縮到16位寬作為帶寬請求信息bandwidth_request，即bandwidth_request＝lp_add_rate/round_factor其中round_factor為圓整因子，用于將低通速率lp_add_rate的最高16位賦值給bandwidth_request，通過Report message周期性上報給OLT。
而發(fā)送速率add_rate和ONU上行業(yè)務速率Rup(單位bps)的關系為add_rate＝age_factor×Rup×age_interval/8也就是說lp_add_rate～add_rate～Rup這樣OLT就可以通過ONU上報的帶寬請求信息，分析計算得出ONU上行業(yè)務需要占用的帶寬Rup＝(8×round_factor×bandwidth_request)/(age_factor×age_interval)老化周期age_interval、老化因子age_factor和圓整因子round_factor是ONU動態(tài)帶寬請求算法中的幾個參數。
OLT分配給每個ONU的以太網業(yè)務帶寬，可以分為靜態(tài)帶寬和動態(tài)帶寬兩部分，靜態(tài)帶寬是由軟件根據用戶和業(yè)務的實際需求配置的，動態(tài)帶寬則是根據ONU的帶寬請求信息從預留的的可用帶寬中額外分配的，如果該ONU配置的靜態(tài)帶寬，已經大于或等于其上行業(yè)務需要占用的帶寬，說明靜態(tài)帶寬已經可以滿足其上行業(yè)務需求，那么OLT就無需再給此ONU分配動態(tài)帶寬了；反之，如果該ONU配置的靜態(tài)帶寬小于其上行業(yè)務需要占用的帶寬，說明靜態(tài)帶寬不能完全滿足其上行業(yè)務，那么OLT還需要給該ONU分配動態(tài)帶寬，以滿足超出部分業(yè)務的帶寬需求。
假設OLT的帶寬分配周期為ba_interval(單位秒，s)，該ONU的靜態(tài)帶寬配置值為cfg_sba(單位字節(jié)/帶寬分配周期，byte/ba_interval)，則分配給該ONU的靜態(tài)帶寬為BWs＝8×cfg_sba/ba_interval那么判斷Rup＞BWs，也就等價于判斷(8×round_factor×bandwidth_request)/(age_factor×age_interval)＞(8×cfg_sba)/ba_interval或者說等價于K×bandwidth_request＞cfg_sba其中系數K為K＝((round_factor×ba_interval)/(age_factor×age_interval))K可以通過軟件基于各ONU分別配置，也可以固化在算法硬件電路中。
在本發(fā)明的動態(tài)帶寬分配算法中，軟件還可以對每個ONU分別設定動態(tài)帶寬權重dba_weight，用于調整各ONU之間進行動態(tài)帶寬分配的比例關系。這樣各ONU的預處理后的動態(tài)帶寬請求信息dba_request為if(K×bandwidth_request＞cfg_sba)dba_request＝(K×bandwidth_request-cfg_sba)×dba_weightelsedba_request＝0然后還要計算出全部ONU的dba_request的總和total_dba_requesttotal_dba_request＝∑ONU(dba_request)之后OLT再根據上述計算出的dba_request和total_dba_request，對各ONU進行以太網業(yè)務動態(tài)帶寬分配。
(2)給各ONU分配MPCP帶寬、TDM帶寬和靜態(tài)帶寬MPCP帶寬由MPCP硬件(邏輯電路)按需占用，TDM業(yè)務帶寬和以太網業(yè)務靜態(tài)帶寬均由軟件根據用戶和業(yè)務的實際需求給各ONU分別配置，所以在這一步給各ONU分配的帶寬如下

上述幾個帶寬的單位均為字節(jié)/帶寬分配周期(byte/ba_interval)，其中帶寬分配周期ba_interval(單位秒，s)必須滿足前面所述的TDM周期的要求。
(3)計算動態(tài)帶寬基數動態(tài)帶寬基數dba_base，也就是OLT在執(zhí)行動態(tài)帶寬分配功能時，可供分配的動態(tài)帶寬的總數，或者說預留的(或剩余的)可用帶寬的總額，其計算過程如下首先，dba_base的初始值為dba_base＝line_rate-total_overhead_grantline_rate表示EPON上行線路總帶寬，對千兆EPON系統，其缺省值就等于1Gbps；total_overhead_grant表示每個帶寬分配周期內的全部ONU的開銷帶寬授權的總和，顯然在這里它就表示前一個帶寬分配周期的開銷帶寬授權的總和，同樣地，本帶寬分配周期內計算得到的total_overhead_grant又供下一個帶寬分配周期計算dba_base時使用。
然后，再減去上一步給各ONU分配的MPCP帶寬、TDM業(yè)務帶寬和以太網靜態(tài)帶寬dba_base-＝∑ONU(mpcp_bw+cfg_tdm+cfg_sba)這樣就得到了動態(tài)帶寬分配的可用總額。然后OLT再根據各ONU的預處理后的動態(tài)帶寬請求信息，從dba_base這個總額中，給各ONU按比例分配以太網業(yè)務動態(tài)帶寬。
(4)給各ONU分配動態(tài)帶寬根據前面已經計算出的每個ONU的預處理后的動態(tài)帶寬請求信息dba_request，和全部ONU的dba_request的總和total_dba_request，OLT再給各ONU分配以太網業(yè)務動態(tài)帶寬cal_dbacal_dba＝dba_request×dba_base/total_dba_request上述的動態(tài)帶寬分配算法其實就是OLT的帶寬分配算法，該方法實質上并不是只分配動態(tài)帶寬，而是OLT的全部帶寬分配的功能，也可以說是給各ONU按業(yè)務類型分別計算并分配帶寬。在該帶寬分配機制中，MPCP帶寬由硬件(邏輯電路)按需占用，TDM帶寬和靜態(tài)帶寬由軟件配置，軟件配置多少，就相應的分配多少帶寬，只有動態(tài)帶寬是硬件(邏輯電路)根據各ONU上報的帶寬請求信息計算、分配的，其關鍵是要按業(yè)務類型配置、計算、分配帶寬，并相應的轉換為帶寬授權。
采用了上述的以太網無源光網絡多業(yè)務動態(tài)帶寬分配的方法，由于按照特定的帶寬分配周期根據ONU的帶寬請求信息并根據特定的算法計算得到所需要進行分配的以太網動態(tài)帶寬信息，從而使得網絡通信性能較高，動態(tài)帶寬分配性能較好，算法的計算難度較小，精確度較高，并且能夠與ONU上行業(yè)務的帶寬請求信息較好匹配；不僅如此，采用上述方法，能夠全面支持TDM業(yè)務，如TDM Service，包括POTS、E1、T1等，同時較好的支持以太網業(yè)務，如Ethernet Service，包括VoIP、IPTV、視頻點播等；而且適用范圍較為廣泛，對光纖通信網絡和寬帶通信技術的發(fā)展打下了良好的基礎。
在此說明書中，本發(fā)明已參照其特定的實施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說明書和附圖應被認為是說明性的而非限制性的。
權利要求
1.一種以太網無源光網絡多業(yè)務動態(tài)帶寬分配的方法，其特征在于，包括光線路終端設備OLT和數個光網絡單元設備ONU，所述的光線路終端設備OLT的上行鏈路接口和下行鏈路接口通過光分布網路和分光器分別與所述的各個光網絡單元設備ONU的上行鏈路接口和下行鏈路接口相連接，所述的光線路終端設備OLT中具有帶寬分配和帶寬授權分發(fā)裝置和業(yè)務節(jié)點接口，且該帶寬分配和帶寬授權分發(fā)裝置與所述的光線路終端設備OLT的上行鏈路接口和下行鏈路接口均相連接，所述的帶寬分配和帶寬授權分發(fā)裝置包括動態(tài)帶寬請求信息接收與解析單元、統計與預處理單元和靜態(tài)與動態(tài)帶寬分配單元，所述的光線路終端設備OLT的上行鏈路接口的信號依次通過所述的動態(tài)帶寬請求信息接收與解析單元、動態(tài)帶寬請求信息統計單元和靜態(tài)與動態(tài)帶寬分配單元，所述的動態(tài)帶寬分配的方法包括以下步驟(1)動態(tài)帶寬請求信息接收與解析單元中的帶寬分配周期計時器開始計時；(2)判斷帶寬分配周期計時器是否超時；(3)如果未超時，則重復上述步驟(1)；(4)如果超時，則統計與預處理單元對各個ONU上報的帶寬請求信息進行預處理操作，并得到動態(tài)帶寬請求信息變量；(5)統計與預處理單元對該動態(tài)帶寬請求信息變量進行總和計算操作，并得到動態(tài)帶寬請求信息總和變量；(6)靜態(tài)與動態(tài)帶寬分配單元進行動態(tài)帶寬基數初始值計算操作，并得到動態(tài)帶寬基數變量；(7)靜態(tài)與動態(tài)帶寬分配單元對各個ONU進行MPCP帶寬、TDM帶寬和以太網靜態(tài)帶寬的分配操作，分別得到各個ONU的MPCP帶寬值、TDM帶寬配置值和以太網靜態(tài)帶寬配置值；(8)靜態(tài)與動態(tài)帶寬分配單元進行動態(tài)帶寬基數計算操作，并得到動態(tài)帶寬基數變量；(9)靜態(tài)與動態(tài)帶寬分配單元對各個ONU進行以太網動態(tài)帶寬的計算和分配操作，并得到以太網動態(tài)帶寬變量；(10)在帶寬授權計算、安排和分發(fā)操作完成后，將動態(tài)帶寬請求信息接收與解析單元中的帶寬分配周期計時器歸零，并重新開始計時；(11)重復上述步驟(1)。
2.根據權利要求1所述的以太網無源光網絡多業(yè)務動態(tài)帶寬分配的方法，其特征在于，所述的帶寬分配周期超時時間為250微秒～1毫秒。
3.根據權利要求2所述的以太網無源光網絡多業(yè)務動態(tài)帶寬分配的方法，其特征在于，所述的帶寬分配周期超時時間為500微秒。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的以太網無源光網絡多業(yè)務動態(tài)帶寬分配的方法，其特征在于，所述的對ONU上報的帶寬請求信息進行預處理操作為根據帶寬請求信息、帶寬分配周期、圓整因子、老化周期、老化因子、以太網靜態(tài)帶寬配置值和動態(tài)帶寬權重并按照以下計算規(guī)則計算動態(tài)帶寬請求信息變量如果系數K×帶寬請求信息＞以太網靜態(tài)帶寬配置值則動態(tài)帶寬請求信息變量＝(系數K×帶寬請求信息-以太網靜態(tài)帶寬配置值)×動態(tài)帶寬權重；否則動態(tài)帶寬請求信息變量＝0；其中系數K＝((圓整因子×帶寬分配周期)/(老化因子×老化周期))。
5.根據權利要求4所述的以太網無源光網絡多業(yè)務動態(tài)帶寬分配的方法，其特征在于，所述的圓整因子的值為2的整數次冪，所述的老化周期的值為250微秒～1毫秒，所述的老化因子的值為2～16。
6.根據權利要求5所述的以太網無源光網絡多業(yè)務動態(tài)帶寬分配的方法，其特征在于，所述的圓整因子的值為16，所述的老化周期的值為500微秒，所述的老化因子的值為4。
7.根據權利要求1至3中任一項所述的以太網無源光網絡多業(yè)務動態(tài)帶寬分配的方法，其特征在于，所述的對該動態(tài)帶寬請求信息變量進行總和計算操作為根據各個ONU的動態(tài)帶寬請求信息變量并按照以下公式計算動態(tài)帶寬請求信息總和變量動態(tài)帶寬請求信息總和變量＝∑ONU(動態(tài)帶寬請求信息變量)。
8.根據權利要求1至3中任一項所述的以太網無源光網絡多業(yè)務動態(tài)帶寬分配的方法，其特征在于，所述的動態(tài)帶寬基數初始值計算操作為根據上行線路總帶寬和各ONU的開銷帶寬授權總和并按照以下公式計算動態(tài)帶寬基數變量動態(tài)帶寬基數變量＝上行線路總帶寬-各ONU的開銷帶寬授權總和。
9.根據權利要求1至3中任一項所述的以太網無源光網絡多業(yè)務動態(tài)帶寬分配的方法，其特征在于，所述的動態(tài)帶寬基數計算操作為根據MPCP帶寬值、TDM帶寬配置值和以太網靜態(tài)帶寬配置值并按照以下公司計算動態(tài)帶寬基數變量動態(tài)帶寬基數變量＝動態(tài)帶寬基數變量-∑ONU(MPCP帶寬值+TDM帶寬配置值+以太網靜態(tài)帶寬配置值)。
10.根據權利要求1至3中任一項所述的以太網無源光網絡多業(yè)務動態(tài)帶寬分配的方法，其特征在于，所述的對ONU進行以太網動態(tài)帶寬的計算和分配操作為根據動態(tài)帶寬請求信息變量、動態(tài)帶寬基數變量和動態(tài)帶寬請求信息總和變量并按照以下公式計算以太網動態(tài)帶寬變量以太網動態(tài)帶寬變量＝動態(tài)帶寬請求信息變量×動態(tài)帶寬基數變量/動態(tài)帶寬請求信息總和變量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以太網無源光網絡多業(yè)務動態(tài)帶寬分配的方法，包括帶寬分配周期計時器開始計時、超時后對ONU上報的帶寬請求信息進行預處理操作、對該動態(tài)帶寬請求信息變量進行總和計算操作、進行動態(tài)帶寬基數初始值計算操作、進行MPCP帶寬、TDM帶寬和以太網靜態(tài)帶寬的分配操作、進行動態(tài)帶寬基數計算操作、對各ONU進行以太網動態(tài)帶寬的計算和分配操作得到以太網動態(tài)帶寬變量、帶寬授權計算、安排和分發(fā)操作完成后將帶寬分配周期計時器歸零重新開始計時。采用該以太網無源光網絡多業(yè)務動態(tài)帶寬分配的方法，動態(tài)帶寬分配性能較好，算法的精確度較高，能與ONU上行業(yè)務帶寬請求信息較好匹配，全面支持TDM業(yè)務和以太網業(yè)務，適用范圍較廣泛。
文檔編號H04L12/24GK1777066SQ20051011111
公開日2006年5月24日 申請日期2005年12月2日 優(yōu)先權日2005年12月2日
發(fā)明者黃世軍, 聶世瑋, 杜春風, 張世卓 申請人:潤欣通信技術(上海)有限公司