基于流量监控的动态带宽分配装置及其实现方法

摘要

本发明公开了一种基于流量监控的动态带宽分配装置及其实现方法，该方法包括：配置数据平滑时间窗口Ntime和初始门限参数；获取上行流量信息；计算最近Ntime和2Ntime～Ntime+1个时隙内上行流量信息的平均值；根据上报模式对所需的上行流量进行预测或者调整；根据所需的上行流量计算每个ALLOC-ID的带宽分配长度，并转换成带宽分配结构下发到ONU；缓存下发的授权长度，在对应的上行突发到来时，将授权长度信息反馈给上行流量收集单元。本发明，可以将具备和不具备DBRU报告能力的ONU同时接入到同一PON系统中，减少DBA系统对ONU上报方式的依赖，提高OLT的兼容性和健壮性，特别适用于需要兼容多个厂商ONU的OLT系统。

说明书

技术领域

本发明涉及光网络管理，具体涉及基于流量监控的动态带宽分配装置 及其实现方法，适用于GPON(Gigabit-capable passive optical  networks)、XG-PON(10-Gigabit-capable passive optical networks) 以及NG-PON2(40-Gigabit-capable passive optical networks)等无源 光网络系统。

背景技术

近年来，PON(Passive Optical Network，无源光网络)作为一种高 速带宽接入技术得到了快速发展。

PON(Passive Optical Network，无源光网络)系统一般由OLT(Optical  Line Terminal:光线路终端)、ODN(Optical Distribution Network:光分 配网络)和ONU(Optical Network Unit:光网络单元)组成。在下行方向， OLT将数据通过ODN广播到所有的ONU；在上行方向，为了避免光冲突，则 采用时分复用的方式，每个ONU只在被OLT授权的时隙进行数据传输，这 种时隙的分配过程就是OLT的动态带宽分配(DBA)过程。

现有的DBA实现技术通常采用的是基于状态报告的SR(status report) 模式，如：中国发明专利CN101753421A(一种吉比特无源光网络中动态带 宽分配方法及装置，申请号：200810217747.7)，中国发明专利CN 101232326 (用于无源光网络系统的动态带宽分配装置及其实现方法，申请号 200710000359)等。SR模式的优点在于技术实现相对简单，但是，在这种 模式，DBA能否有效工作，很大程度上取决于ONU上报或者OLT预测ONU 缓存占用的准确性。也就是说，DBA能够有效工作的前提是ONU能够支持 SR报告并且SR报告是准确的，因此，SR模式中DBA对ONU上报的依赖性 很大，如果ONU的部分ALLOC-ID(Allocation Identifier分配标识符)、 部分ONU或者全部ONU不具备SR上报能力，或者在SR上报不准确的PON 系统中，或者存在流氓ONU恶意上报的PON系统中，SR模式会导致大量带 宽的浪费，从而降低整个系统的吞吐量和QOS(Quality of Service，服务 质量)。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是DBA对ONU的SR报告依赖性大的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种基于流 量监控的动态带宽分配实现方法，包括以下步骤：

步骤10：配置数据平滑时间窗口Ntime和初始门限参数，所述初始门 限参数包括：授权长度与空闲帧长度比值门限的上限GDIVIth_h、授权长度 与空闲帧长度比值门限的下限GDIVIth_l、有效帧长度与SR上报长度比值 门限的上限SDIVVth、有效帧长度与SR上报长度比值门限的下限VDIVSth；

步骤20：解析上行突发帧，获取上行流量信息，所述上行流量信息包 括当前ALLOC-ID实际发送的有效帧长度Validsize_i、空闲帧长度 Idlesize_i和SR状态报告长度srdbru_i；同时从上行带宽分配缓存单元 中读取当前ALLOC-ID带宽分配表中的带宽分配值Grantsize_i；

步骤30：分别计算最近Ntime个和2Ntime～Ntime+1个时隙内的上行 流量信息的平均值，所述上行流量信息的平均值包括带宽分配平均值 Grantsize_m1、Grantsize_m2，有效帧长度平均值Validsize_m1、 Validsize_m2，空闲帧长度平均值Idlesize_m1、Idlesize_m2，和SR状态 报告长度平均值srdbru_m1、srdbru_m2；

步骤40：根据ALLOC-ID标识的不同上报模式及对应的初始门限参数对 ALLOC-ID所需的上行流量进行预测或者调整；

步骤50：根据ALLOC-ID所需的上行流量和G984.3或者G987.3中的 DBA算法模型计算得到每个ALLOC-ID的带宽分配长度；

步骤60：将分配的带宽转换成带宽分配结构BWMAP；

步骤70：将带宽分配结构BWMAP通过下行帧下发到ONU，同时将下发 的授权长度发送到上行带宽分配缓存单元；

步骤80：将已经下发的授权长度进行缓存，并在对应的上行突发帧到 来时，将相应的授权长度信息反馈给上行流量收集单元。

在上述方法中，在步骤A40中，ALLOC-ID的上报模式为SR模式， ALLOC-ID所需的上行流量通过如下方法获得：

判断最近Ntime个时隙内的SR状态报告长度平均值srdbru_m1是否大 于空闲帧长度平均值Idlesize_m1，如果srdbru_m1>Idlesize_m1,则 ALLOC-ID所需的上行流量＝(srdbru_m1-Idlesize_m1)；否则，ALLOC-ID 所需的上行流量＝0。

在上述方法中，在步骤A40中，ALLOC-ID的上报模式为TM模式， ALLOC-ID所需的上行流量Rsr通过如下方法获得：

步骤4021：分别计算最近Ntime个时隙内的授权长度GdivI_m1和最近 2Ntime～Ntime+1个时隙内的空闲帧长度GdivI_m2的比值：

GdivI_m1＝(Idlesize_m1＝＝0)？

Grantsize_m1:Grantsize_m1/Idlesize_m1；

GdivI_m2＝(Idlesize_m2＝＝0)？

Grantsize_m2:Grantsize_m2/Idlesize_m2；

步骤4022：判断GdivI_m1是否大于GDIVIth_h，如果是,则令 Rtm＝Grantsize_m1×(1+GdivI_m1/GdivI_m2),转步骤4025；否则,转步骤 4023；

步骤4023：判断GdivI_m1是否小于GDIVIth_l,如果是,则转步骤4024, 否则令Rtm＝(Grantsize_m1×2+Grantsize_m2)/3,转步骤4025；

步骤4024：判断Grantsize_m1是否大于Idlesize_m1× (GdivI_m2/GdivI_m1),如果是,则令Rtm＝Grantsize_m1-Idlesize_m1× (GdivI_m2/GdivI_m1),转步骤4025；否则,令Rtm＝0,转步骤4025；

步骤4025,ALLOC-ID所需的上行流量＝Rtm。

在上述方法中，在步骤A40中，ALLOC-ID的上报模式为自适应模式， 当SR上报有效时，采用SR模式；否则采用TM方式。

在上述方法中，通过以下a)或b)中任一种情况判定ALLOC-ID的SR上 报是否为无效上报：

a)分别计算最近Ntime个和2Ntime～Ntime+1个时隙内SR上报长度与 有效帧长度比值SdivV_m1和SdivV_m2；

SdivV_m1＝srdbru_m1/Validsize_m1；

SdivV_m2＝srdbru_m2/Validsize_m2；

如果SdivV_m1和SdivV_m2都大于SR上报长度与有效帧长度比值门限 的上限SDIVVth，则认为SR上报值太大，属于无效的SR上报；

b)分别计算最近Ntime个和2Ntime～Ntime+1个时隙内计算有效帧长 度与SR上报长度比值VdivS_m1和VdivS_m2；

VdivS_m1＝Validsize_m1/srdbru_m1；

VdivS_m2＝Validsize_m2/srdbru_m2；

如果VdivS_m1和VdivS_m2大于有效帧长度与SR上报长度比值门限的 下限VDISIth，则认为SR上报值太小，属于无效的SR上报。

本发明还提供了一种基于流量监控的动态带宽分配装置，包括：

上报模式配置单元，用于配置ALLOC-ID的上报模式，所述上报模式为 SR、TM或自适应模式；

上行流量收集单元，通过解析上行突发帧获取上行流量信息，所述上 行流量信息包括当前ALLOC-ID实际发送的有效帧长度Validsize_i、空闲 帧长度Idlesize_i和SR状态报告长度srdbru_i；同时从上行带宽分配缓 存单元中读取当前ALLOC-ID带宽分配表中的带宽分配值Grantsize_i；

均值流量计算单元，分别计算最近Ntime个和2Ntime～Ntime+1个时 隙内的上行流量信息的平均值，所述上行流量信息的平均值包括带宽分配 平均值Grantsize_m1、Grantsize_m2，有效帧长度平均值Validsize_m1、 Validsize_m2，空闲帧长度平均值Idlesize_m1、Idlesize_m2，和SR状态 报告长度平均值srdbru_m1、srdbru_m2；

上行动态缓存预测单元，根据ALLOC-ID标识的不同上报模式及对应的 初始门限参数对ALLOC-ID所需的上行流量进行预测或者调整；

动态带宽计算单元，根据ALLOC-ID所需的上行流量和G984.3或者 G987.3中的DBA算法模型计算得到每个ALLOC-ID的带宽分配长度；

带宽适配单元，将分配的带宽转换成带宽分配结构BWMAP；

带宽下发单元，将带宽分配结构BWMAP通过下行帧下发到ONU，同时将 下发的授权长度发送到上行带宽分配缓存单元；

上行带宽分配缓存单元，将已经下发的授权长度进行缓存，并在对应 的上行突发帧到来时，将相应的授权长度信息反馈给上行流量收集单元。

与现有技术相比，本发明存在以下优点：

(1)给出了TM方式下ONU流量预测的具体算法，并且将协议标准中 的SR方式和TM方式进行有效结合，能对纯SR方式下ONU上报的准确性进 行有效判定，可以提升带宽分配的效率和带宽分配的响应速度，从而提升 整个PON系统的吞吐量和QOS；

(2)可以将具备DBRU报告能力和不具备DBRU报告能力的ONU同时接 入到同一PON系统，减少DBA系统对ONU上报方式的依赖，提高OLT的兼 容性；

(3)可以有效隔离PON系统中存在恶意上报的流氓ONU或者错误上报 的ONU，提高了OLT的健壮性；

(4)全部在OLT侧实现，可以采用硬件逻辑(如FPGA或者ASIC)或 者软件实现，不需要在ONU侧增加额外的设计，进一步提升PON系统对ONU 的兼容性，特别适用于需要兼容多个厂商ONU的OLT系统。

附图说明

图1为本发明提供的基于流量监控的动态带宽分配装置示意图；

图2为本发明提供的基于流量监控的动态带宽分配实现方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做出详细的说明。

如图2所示，本发明提供的基于流量监控的动态带宽分配实现方法包 括以下步骤：

步骤10：配置数据平滑时间窗口Ntime和初始门限参数GDIVIth_h、 GDIVIth_l、SDIVVth、VDIVSth。

GDIVIth_h表示授权长度与空闲帧长度比值门限的上限；

GDIVIth_l表示授权长度与空闲帧长度比值门限的下限；

SDIVVth表示有效帧长度与SR上报长度比值门限的上限；

VDIVSth表示有效帧长度与SR上报长度比值门限的下限。

步骤20：解析上行突发帧，获取上行流量信息。

上行流量信息包括当前ALLOC-ID实际发送的有效帧长度 Validsize_i、空闲帧长度Idlesize_i和SR状态报告长度srdbru_i；同时 从上行带宽分配缓存单元中读取当前ALLOC-ID带宽分配表中的带宽分配值 Grantsize_i。

步骤30：分别计算最近的数据平滑时间窗口Ntime个和2Ntime～ Ntime+1个时隙内的上行流量信息的平均值。

上行流量信息的平均值包括最近的Ntime个和2Ntime～Ntime+1个时 隙内的上行流量信息的带宽分配平均值Grantsize_m1、Grantsize_m2，有 效帧长度平均值Validsize_m1、Validsize_m2，空闲帧长度平均值 Idlesize_m1、Idlesize_m2，和SR状态报告长度平均值srdbru_m1、 srdbru_m2。

步骤40：读取ALLOC-ID的上报模式，并根据ALLOC-ID标识的不同上 报模式及对应的初始门限参数对ALLOC-ID所需的上行流量Ri进行预测或 者调整。

本发明支持3种ALLOC-ID上报模式：SR模式、TM模式和自适应模式；

(1)SR模式：

ALLOC-ID所需的上行流量Ri通过如下方法获得：

判断srdbru_m1是否大于Idlesize_m1，如果srdbru_m1>Idlesize_m1, 则Rsr＝srdbru_m1-Idlesize_m1；否则，Rsr＝0。

ALLOC-ID所需的上行流量Ri＝Rsr。

(2)TM模式：

ALLOC-ID所需的上行流量Ri通过如下方法获得：

步骤4021：计算授权长度GdivI_m1和空闲帧长度GdivI_m2的比值：

GdivI_m1＝(Idlesize_m1＝＝0)？Grantsize_m1:

(Grantsize_m1/Idlesize_m1)；

式中：当Idlesize_m1为0时，不能作为被除数，Idlesize_m1＝＝0是 判断条件。

GdivI_m2＝(Idlesize_m2＝＝0)？Grantsize_m2:

(Grantsize_m2/Idlesize_m2)；

式中：当Idlesize_m2为0时，不能作为被除数，Idlesize_m1＝＝0是 判断条件。

步骤4022：判断GdivI_m1是否大于GDIVIth_h，如果是,则令 Rtm＝Grantsize_m1×(1+GdivI_m1/GdivI_m2),转步骤4025；否则,转步骤 4023；

步骤4023：判断GdivI_m1是否小于GDIVIth_l,如果是,则转步骤4024, 否则令Rtm＝(Grantsize_m1×2+Grantsize_m2)/3,转步骤4025；

步骤4024：判断Grantsize_m1是否大于Idlesize_m1× (GdivI_m2/GdivI_m1),如果是,则令Rtm＝Grantsize_m1-Idlesize_m1× (GdivI_m2/GdivI_m1),转步骤4025；否则,令Rtm＝0,转步骤4025；

步骤4025,ALLOC-ID所需的上行流量Ri＝Rtm。

上述方法的运行程序如下：

(3)自适应模式：

当SR上报有效时，采用SR模式(Ri＝Rsr)；否则采用TM方式(Ri＝Rtm)。

通过下列任何一种情况判定ALLOC-ID的SR上报是否为无效上报：

a)分别计算最近Ntime个和2Ntime～Ntime+1个时隙内SR上报长度 与有效帧长度比值SdivV_m1和SdivV_m2。

SdivV_m1＝srdbru_m1/Validsize_m1；

SdivV_m2＝srdbru_m2/Validsize_m2；

如果SdivV_m1和SdivV_m2都大于SR上报长度与有效帧长度比值门限 的上限SDIVVth，则认为SR上报值太大，属于无效的SR上报。

b)分别计算最近Ntime个和2Ntime～Ntime+1个时隙内计算有效帧长 度与SR上报长度比值VdivS_m1和VdivS_m2；

VdivS_m1＝Validsize_m1/srdbru_m1；

VdivS_m2＝Validsize_m2/srdbru_m2；

如果VdivS_m1和VdivS_m2大于有效帧长度与SR上报长度比值门限的 下限VDISIth，则认为SR上报值太小，属于无效的SR上报。

步骤50：根据ALLOC-ID所需的上行流量Ri和G984.3或者G987.3中 的DBA算法模型进行计算，得到每个ALLOC-ID的带宽分配长度；

步骤60：将分配的带宽转换成G984.3或者G987.3协议要求的带宽分 配结构BWMAP；

步骤70：将带宽分配结构BWMAP通过下行帧下发到ONU，同时将下发 的授权长度发送到上行带宽分配缓存单元；

步骤80：将已经下发的授权长度进行缓存，并在对应的上行突发帧到 来时，将相应的授权长度信息反馈给上行流量收集单元。

如图1所示，本发明提供的基于流量监控的动态带宽分配装置包括： 上行流量收集单元10、均值流量计算单元20、上行动态缓存预测单元30、 上行动态带宽计算单元40、带宽适配单元50、带宽下发单元60、上行带宽 分配缓存单元70、上报模式配置单元80。

其中：

上行流量收集单元10用来进行上行流量收集，通过解析上行突发帧获 取上行流量信息，上行流量信息包括当前ALLOC-ID实际发送的有效帧长度 Validsize_i、空闲帧长度Idlesize_i、SR状态报告长度srdbru_i；同时 从上行带宽分配缓存单元中读取当前ALLOC-ID带宽分配表中的带宽分配值 Grantsize_i。

均值流量计算单元20用来计算最近Ntime个和2Ntime～Ntime+1个时 隙内的上行流量信息的平均值，上行流量信息的平均值包括最近Ntime个 和2Ntime～Ntime+1个时隙内的上行流量信息的带宽分配平均值 Grantsize_m1、Grantsize_m2，有效帧长度平均值Validsize_m1、 Validsize_m2，空闲帧长度平均值Idlesize_m1、Idlesize_m2，和SR状态 报告长度平均值srdbru_m1、srdbru_m2。通过计算Ntime个和2Ntime～ Ntime+1个时隙内的流量信息的平均值，能及时获取流量变化的趋势，从而 进行有效的流量预测，并能对ONU的突发上行流量进行有效平滑。

上行动态缓存预测单元30用来根据ALLOC-ID标识的不同上报模式及 对应的初始门限参数预测或者调整ALLOC-ID所需的上行流量，能同时处理 具备SR上报能力的ALLOC-ID和不具备DBRU上报能力的ALLOC-ID，因此可 以将具备DBRU报告能力和不具备DBRU报告能力的ONU同时接入，能在 ALLOC-ID上报不准确或者存在SR恶意上报行为时，自动进行纠正。

上行动态带宽计算单元40根据ALLOC-ID所需的上行流量Ri和G984.3 或者G987.3中的DBA算法模型计算得到每个ALLOC-ID的带宽分配长度。

带宽适配单元50用来将分配的带宽转换成G984.3或者G987.3协议要 求的带宽分配结构BWMAP。

带宽下发单元60用来将带宽分配结构BWMAP通过下行帧下发到ONU， 同时将下发的授权长度送到上行带宽分配缓存单元。

上行带宽分配缓存单元70用来将已经下发的授权长度进行缓存，并并 在对应的上行突发帧到来时，将相应的授权长度信息反馈给上行流量收集 单元。

上报模式配置单元80用来配置每个ALLOC-ID的上报模式，可以配置3 种工作模式，SR模式、TM模式和自适应模式；

上报模式配置单元同时用来向上行动态缓存预测单元配置下列参数， 并自动调整：

GDIVIth_h：授权长度与空闲帧长度比值门限的上限；

GDIVIth_l：授权长度与空闲帧长度比值门限的下限；

SDIVVth：SR上报长度与有效帧长度比值门限的上限；

VDIVSth：有效帧长度与SR上报长度比值门限的下限；

Ntime：数据平滑时间窗口。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示 下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本 发明的保护范围之内。