一種混合復(fù)用pon中基于業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)的波長時(shí)隙分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種混合復(fù)用Ρ0Ν中基于業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)的波長時(shí) 隙分配方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會(huì)信息化程度的不斷提高及大量智能終端的涌現(xiàn)，用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬需求不 斷加大，"三網(wǎng)融合"儼然成為發(fā)展趨勢。毫無疑問，"光進(jìn)銅退"成為運(yùn)營商部署接入網(wǎng)的必 要選擇。而具有接入帶寬高、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)的無源光網(wǎng)絡(luò)(Passive Optical Network, PON)成為解決"最后一公里"接入最為理想的技術(shù)方案。PON技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)歷了 20多年，其 技術(shù)演進(jìn)過程可分為用于窄帶接入的窄帶Ρ0Ν和用于寬帶接入的寬帶Ρ0Ν，其中寬帶Ρ0Ν包 括基于異步傳輸模式傳送的ΒΡ0Ν( ΑΡΟΝ)、基于以太網(wǎng)分組傳送的ΕΡ0Ν及兼顧ATM/ Ethernet/TDM綜合化的GP0N技術(shù)。
[0003] 用戶帶寬需求將呈長期快速增長的趨勢，而現(xiàn)有的基于時(shí)分復(fù)用的無源光網(wǎng)絡(luò) (Time Division Multiplexed Passive Optical Network,TDM-P0N)均無法滿足未來各種 寬帶業(yè)務(wù)發(fā)展的需求。對(duì)此，有必要推進(jìn)下一代無源光網(wǎng)絡(luò)（Next Generation Passive Optical Network,NG-P0N)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究和制定，以解決現(xiàn)有Ρ0Ν技術(shù)出現(xiàn)的帶寬瓶頸問 題。而TWDM-P0N由于具有大容量、高帶寬、長距離等優(yōu)勢，是廣受青睞的接入網(wǎng)解決方案，得 到了廣泛的研究。而資源分配對(duì)TWDM-P0N的傳輸性能至關(guān)重要，由于多波長的引入，使得網(wǎng) 絡(luò)進(jìn)行資源分配需同時(shí)考慮波長和時(shí)隙，即資源分配具有二維性。在資源分配過程中，為避 免不同光網(wǎng)絡(luò)單元（Optical Network Unit, 0NU)之間的上行傳輸沖突，光線路終端 (Optical Line Terminal，0LT)基于多點(diǎn)控制協(xié)議（Multi-Point Control Protocol, MPCP)與各個(gè)0NU進(jìn)行信息交互，但往返時(shí)延(Round Trip Time,RTT)的存在會(huì)導(dǎo)致上行信 道經(jīng)常出現(xiàn)空閑狀態(tài)，造成數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延大且信道利用率低。因此，如何高效地實(shí)現(xiàn)波長時(shí) 隙的二維分配，提高信道利用率的同時(shí)又兼顧0NU端多業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量（Quality ofServi ce，QoS)保證，已成為研究資源分配方法的熱點(diǎn)。
[0004] 目前，根據(jù)授權(quán)方式的不同，TWDM-P0N資源分配可分為在線分配和離線分配。在線 分配指0LT收到0NU的報(bào)告消息（REPORT幀）后立即進(jìn)行資源分配計(jì)算，即0LT為任意波長λ, 維護(hù)一個(gè)時(shí)間變量氣，表示截止到該時(shí)刻波長λ,已經(jīng)分配完成。為獲得較高的上行信道高 利用率及較低的傳輸時(shí)延，現(xiàn)有算法曾提出基于最早波長可用的在線資源分配方法，即0LT 一般選擇較小的& (如最早可用波長原則），緊接著已經(jīng)分配的時(shí)隙來分配下一時(shí)隙。這種 分配方式能夠有效降低幀隊(duì)列的排隊(duì)時(shí)延，但不能充分挖掘多波長的信道優(yōu)勢，傳輸效率 不高。離線分配是指0LT收到所有或部分0NU的報(bào)告消息后進(jìn)行統(tǒng)一帶寬分配。這是一種基 于輪詢周期的請求授權(quán)方式，能夠較為公平地實(shí)現(xiàn)資源分配且信道利用率高，已成為目前 帶寬分配的主要方式?，F(xiàn)有算法針對(duì)剩余帶寬的分配問題，提出三種動(dòng)態(tài)波長時(shí)隙分配機(jī) 制，較好地實(shí)現(xiàn)剩余帶寬的公平分配。然而，這種方式由于要等待所有0NU的報(bào)告消息到達(dá) 0LT才統(tǒng)一進(jìn)行帶寬計(jì)算，直到0NU收到0LT的授權(quán)信息后才開始發(fā)送數(shù)據(jù)，這就會(huì)產(chǎn)生一段 閑置時(shí)間，造成上行帶寬的浪費(fèi)，同時(shí)也增加了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。此外，該類資源分配方式由于未 基于業(yè)務(wù)多樣性進(jìn)行考慮，無法滿足多業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量需求。
[0005] TWDM-P0N作為下一代光接入網(wǎng)，其接入用戶數(shù)眾多，業(yè)務(wù)呈多樣化趨勢，不同優(yōu)先 級(jí)業(yè)務(wù)具有不同的QoS需求；同時(shí)其多級(jí)分光的長距離傳輸結(jié)構(gòu)使得0LT與0NU之間信息交 互的往返時(shí)延增大，這都給網(wǎng)絡(luò)資源的高效分配帶來了新的挑戰(zhàn)。由此可見，對(duì)TWDM-P0N來 說，聯(lián)合考慮波長和時(shí)隙的二維資源分配，在提高網(wǎng)絡(luò)的信道利用率，同時(shí)減小傳輸時(shí)延并 滿足不同業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量要求尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種混合復(fù)用Ρ0Ν中基于業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)的波長時(shí) 隙分配方法，該方法在保證不同業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)，有效地提高信道利用率，使其成為具 有較好公平性的高效動(dòng)態(tài)資源分配方法。
[0007] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0008] 一種混合復(fù)用Ρ0Ν中基于業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)的波長時(shí)隙分配方法，本方法包括基于0NU往 返時(shí)間的波長分配、基于業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)的自適應(yīng)子周期劃分、基于空閑時(shí)隙的在線填充和基 于權(quán)重因子的離線剩余帶寬分配四個(gè)步驟：
[0009] 步驟1):0LT實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載與系統(tǒng)，自適應(yīng)動(dòng)態(tài)調(diào)整各光網(wǎng)絡(luò)單元組波長數(shù)， 實(shí)現(xiàn)資源共享；
[0010] 步驟2):根據(jù)不同業(yè)務(wù)帶寬授予量，將輪詢周期自適應(yīng)劃分為兩個(gè)子周期，使得高 優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)總在周期的前段傳輸，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)區(qū)分服務(wù)以滿足多業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量需求；
[0011] 步驟3):設(shè)計(jì)混合資源分配方法，并計(jì)算往返時(shí)延引起的波長空隙，通過在線分配 補(bǔ)償浪費(fèi)帶寬，提高信道利用率；
[0012] 步驟4):計(jì)算額外帶寬請求的權(quán)重因子，并以離線方式進(jìn)行剩余帶寬分配，實(shí)現(xiàn)公 平地資源分配。
[0013] 進(jìn)一步，在步驟1)中，0LT按往返時(shí)延從小到大對(duì)所有0NU排序形成集合，并將排序 后的0NU集合劃分為K (1 < K < Μ)組，其中Μ為波長數(shù);前Z (Z = NmodK，其中N為0NU總個(gè)數(shù)））個(gè) 0NU組含有Λ+1(「#/[])個(gè)0NU，第K-Z個(gè)0NU組含有<[Μ/岌」)個(gè)0冊，且每組分配m(M=K Xm) 條波長，其中m為每個(gè)0NU組的波長數(shù);設(shè)定波長Ak,」為第k個(gè)0NU組第j條波長，每組的共享波 長為{Ak>1，. . .，λ^，. . . ，只能傳輸該0NU組的數(shù)據(jù)；同時(shí)，各組還含有一條組間共享 波長Ak,m( Ak,m為第K個(gè)0NU組的第m條波長），可動(dòng)態(tài)服務(wù)于任意0NU組。
[0014] 進(jìn)一步，在步驟2)中，0LT根據(jù)ONUi的EF業(yè)務(wù)帶寬請求量，計(jì)算該子周期的授權(quán)帶
寬：G;開=顧'?證,其中圮開為〇肌發(fā)送EF業(yè)務(wù)的帶寬請求，幾《為ONUi的最小保 證帶寬；同時(shí)，根據(jù)EF業(yè)務(wù)的帶寬授予量，確定EF子周期大?。?中R為波長傳輸速率，4為0冊之間的保護(hù)時(shí)隙，然后基于EF子周期確定AF/BE子周期大?。?TAF/BE - Tcycle_TEF〇
[0015] 進(jìn)一步，在步驟3)中，0LT跟蹤所有上行波長，設(shè)定每條波長數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠鹗紩r(shí)刻 及結(jié)束時(shí)刻并計(jì)算波長空隙大?。?br>[0016]
，其中t為REPORT幀到達(dá)0LT端的時(shí)間， rtti為ONUi的往返時(shí)間，tc為GATE幀或REPORT幀的傳輸時(shí)間，為第k個(gè)0NU組第j條波長 第y+Ι個(gè)傳輸調(diào)度的開始時(shí)刻，￡>〇為第k個(gè)0NU組第j條波長第y個(gè)傳輸調(diào)度的結(jié)束時(shí)刻;然 后，計(jì)算EF業(yè)務(wù)授權(quán)帶寬，并以此確定EF業(yè)務(wù)傳輸時(shí)間
，其中貧#為第k個(gè)0NU組 中ONUi的EF業(yè)務(wù)授予帶寬；同時(shí)，比較波長Ak,」的空隙大小Δ k,」與傳輸EF業(yè)務(wù)時(shí)間之間 關(guān)系，若滿足為^. +匕，即波長λ?？障赌軌蛉菁{ONUj^EF業(yè)務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，那么此 空隙為合法空隙，并將該波長視為可用于空隙填充的波長;反之，為非法空隙；此時(shí)，0LT將 選擇最早可用合法空隙的波長
和最早可用波長
其中Fk,j第k個(gè)0NU組第j條波長數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y(jié)束時(shí)刻，并比較兩者中最 早可用時(shí)間較小的波長作為傳輸EF業(yè)務(wù)的波長
；同時(shí)，若0LT選擇最早 可用波長作為EF子周期的傳輸波長，
波長最早可用的
調(diào)度順序)在第y+Ι個(gè)分配上傳輸EF業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)；反之 波長空隙填充的調(diào)度順序)在第y+Ι個(gè)分配上傳輸EF業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。
[0017] 進(jìn)一步，在步驟4