多业务类型动态带宽分配方法和装置以及光线路终端

摘要

本发明提供一种用于无源光网络的动态带宽分配装置，位于所述光线路终端的中央控制单元中，包括：第一光网络单元传输调节器，与第一光网络单元对应，至少包括：第一信用度产生器，用于为所述第一光网络单元计算和保存第一业务类型累积信用度；一个带宽评估装置，用于在收到所述第一光网络单元的第一业务类型带宽请求量时，从所述第一光网络单元传输调节器中的所述第一信用度产生器读取所述第一业务类型累积信用度，并且根据所述第一业务类型带宽请求量和所述第一业务类型累积信用度，计算将要分配给所述第一光网络单元的第一业务类型带宽分配量。根据本发明的装置，可以对每个光网络单元的不同业务类型进行单独的带宽计算和分配。

说明书

技术领域

本发明涉及光通信，尤其涉及无源光网络中的动态带宽分配方法和装置以及光线路终端。

背景技术

无源光网络(PON)系统的一个主要技术问题是为上行通信分配带宽。由于所有光网络单元(ONU)的上行通信共享一个到光线路终端(OLT)的无源光分布网络，所以在PON中分配带宽是复杂的。因此，必须由一个通常位于OLT中的中央控制器(本文中称为中央控制单元)进行带宽分配。OLT将为每个ONU给定一个时间周期(时间窗)用于发送它的上行数据包。在给定时间窗之外，不允许ONU发送。所有上行数据包将不得不等待(即被缓冲)所调度的下一个时间窗。

现在的问题是如何保证每个ONU的公平地共享带宽。已知的最简单的方法是以轮询方式(即以固定间隔)为每个ONU调度并分配相等的时间窗宽度。但是这种方法的资源利用率低，需要较长的等待时间，并且不能公平地分配带宽。

更有效的方法是动态分配带宽。动态分配带宽要求中央控制单元能够以快速简单的握手方式定期更新每个ONU的通信状态，以便降低延迟。而且，除了动态性之外，分配算法还必须克服由于数据包和数据包长度的突发造成的带宽分配不足和分配过剩，以提高系统带宽利用率。由于中央控制单元需要大量的信息才能精确得控制每个ONU的最佳带宽分配量，因此，唯一可行的方案是由OLT向ONU分配其所请求的带宽量。

但是，仅分配所请求量的带宽在分配公平性方面存在严重的问题。例如，中央控制单元可能总是为发出大量分配请求的高负载ONU分配大量带宽。长时间后，轻负载ONU将最终不得不等待很长时间后才能得到服务。这不仅增加了轻负载ONU的通信延迟，而且使其难以获得带宽。

除此以外，多类型的通信业务正迅速进入家庭。每个ONU处的不同业务类型需要不同量的带宽和不同级别的服务。这使得前述所有问题变得更加错综复杂。

因此，需要提供一种动态带宽分配方法、装置以及光线路终端，它们能为每个ONU及其各个业务类型提供公平和适当的传输带宽，而且具有最小的或合理的延迟性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在无源光网络中对多类型业务进行动态带宽分配的装置和方法以及光线路终端。

为实现上述目的，本发明提供一种用于无源光网络的动态带宽分配装置，该无源光网络包括一个光线路终端和多个光网络单元，所述动态带宽分配装置位于所述光线路终端的中央控制单元中，其特征在于包括：

第一光网络单元传输调节器，与第一光网络单元对应，至少包括：第一信用度产生器，用于为所述第一光网络单元计算和保存第一业务类型累积信用度；

一个带宽评估装置，用于在收到所述第一光网络单元的第一业务类型带宽请求量时，从所述第一光网络单元传输调节器中的所述第一信用度产生器读取所述第一业务类型累积信用度，并且根据所述第一业务类型带宽请求量和所述第一业务类型累积信用度，计算将要分配给所述第一光网络单元的第一业务类型带宽分配量。

本发明还提供一种用于无源光网络的动态带宽分配方法，该无源光网络包括一个光线路终端和多个光网络单元，其特征在于包括以下步骤：

为第一光网络单元计算和保存所述第一光网络单元的第一业务类型累积信用度；

接收所述第一光网络单元的请求，确定第一光网络单元的第一业务类型带宽请求量；

根据所述第一光网络单元的第一业务类型带宽请求量和所述第一光网络单元的第一业务类型累积信用度，计算将要分配给所述第一光网络单元的第一业务类型带宽分配量。

本发明还提供一种用于无源光网络的光线路终端，该无源光网络包括所述光线路终端和多个光网络单元，所述光线路终端的特征在于包括：

第一光网络单元传输调节器，与第一光网络单元对应，至少包括：第一信用度产生器，用于为所述第一光网络单元计算和保存第一业务类型累积信用度；

一个带宽评估装置，用于在收到所述第一光网络单元的第一业务类型带宽请求量时，从所述第一光网络单元传输调节器中的所述第一信用度产生器读取所述第一业务类型累积信用度，并且根据所述第一业务类型带宽请求量和所述第一业务类型累积信用度，计算将要分配给所述第一光网络单元的第一业务类型带宽分配量。

根据本发明的装置、方法和光线路终端，可以对每个ONU的不同业务类型执行单独的带宽计算和分配。在公平和效率方面具有许多优点。但是，实现这一功能的主要因素在于，系统必须真正需要多类型业务和性能，且中央控制单元能够获得每个ONU处每个业务类型的简单而明确的状态信息。

在本发明的装置、方法和光线路终端的实现方式中，调度器/消息产生模块和动态带宽分配装置实际上被分隔为光线路终端中央处理单元中的两个不同部分。因此，可以结合任何调度技术实现本发明体现的算法。本发明不仅适用于GPON，而且适用于EPON。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明的光线路终端及动态带宽分配装置的示意结构图；

图2是本发明的动态带宽分配方法的示意流程图；

图3是与图2的方法配合的信用度产生方法的示意流程图。

具体实施方式

为说明本发明的具体实施方式，对相关的无源光网络系统及其运行方式做如下约定。但是，如下约定不对本发明内容构成约束。

无源光网络PON系统包括光线路终端OLT和至少一个光网络单元ONU。PON系统上行传输的是变长度以太帧，其长度为50字节-1518字节。PON系统通过授权消息和报告消息机制完成OLT对ONU的上行调度和动态带宽分配算法。并且，在OLT的中央控制单元中采用的上行调度算法和消息产生机制与动态带宽分配算法是相互分离的，由OLT的不同模块实现。

在多类型业务环境中，通信业务由业务级别协议SLA划分为多种不同的业务类型。业务按需求分类可分为非保证业务和保证业务。非保证业务没有任何的业务质量要求，系统只在有剩余带宽时才尽力传输相关数据，它在业务级别协议SLA中具有最低的带宽分配级别。保证业务具有特定的业务质量要求。其中，保证业务可以根据业务级别协议SLA细分为多种不同的业务类型。对于不同的业务类型，SLA给出包括该业务类型平均速率和峰值速率的信息。峰值速率可以采用多种形式表示。例如，可以将峰值速率表示为峰值速率与平均速率之差相对于平均速率的百分比。平均速率和峰值速率的不同表示形式，不构成对本发明的限制。当某个业务类型以超过峰值速率的传输速率进行上行传输时，认为其占用了其它业务类型应当享有的网络带宽资源，影响了网络公平性。

为保证语音业务的质量，本发明中要求PON中的每个ONU在125微秒周期内发送一个包含有语音信息的以太帧(通常为最小以太帧长50字节)。因此，本例中PON系统ONU的最大轮询周期为125微秒，即在125微秒之内PON系统的每个有业务需求的ONU都要至少发送一次上行数据。

下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。

图1是本发明的光线路终端及动态带宽分配装置的示意结构图。

在图1中，光线路终端的中央控制单元100可以是PON系统的光线路终端OLT中用来完成PON系统上行调度/消息产生操作和动态带宽分配的装置。调度器/消息产生模块101可以是用来完成PON系统上行调度算法和产生对各个ONU授权消息的装置。其中ONU授权消息包含诸如业务类型标识、开始传输时间、结束传输时间等上行接入信息。

动态带宽分配装置102可以是用来实现包括本发明的PON系统动态带宽分配的装置，其中包括带宽评估模块1022、对应于各个ONU的ONU传输调节器以及带宽代理1021。图1中仅示出两个ONU传输调节器1023、1024作为举例。

下面以ONU-A为例对光线路终端的中央控制单元100的工作过程进行说明。其它ONU(如ONU-B)的处理过程与ONU-A的处理过程并行执行。

当ONU-A的报告消息到达所述中央控制单元100，该报告消息所携带的诸如业务类型标识、请求量的信息立即被传送到带宽评估模块1022。带宽评估模块1022按照不同的业务类型采取不同的带宽分配机制。当该报告消息中包含多业务类型请求且包含非语音保证业务的业务类型1请求时，带宽评估模块1022从ONU-A对应的传输调节器1023中提取业务类型1的累积信用度，按照本发明的带宽分配算法计算出分配给ONU-A中业务类型1的上行带宽，即上行传输时隙，并且作用于业务类型1信用度产生器10231，使业务类型1信用度产生器10231对业务类型1的累积信用度作相应的修改。

业务类型1的累积信用度可以是保存在业务类型1信用度产生器10231的信用变量中，由业务类型1业务级别协议SLA 10232控制，在业务类型1信用度产生器10231中产生的信用度的总和。

与上述处理并行的是，带宽评估模块1022计算出ONU-A报告消息中包含的其它非语音保证业务业务类型的上行传输时隙，并作用于相应业务类型的信用度产生器(例如业务类型2的信用度产生器10233)，使相应业务类型的信用度产生器对相应业务类型的累积信用度作相应的修改。

带宽代理1021管理所有业务类型的业务级别协议SLA并向带宽评估模块1022和各个ONU传输调节器中的各个业务类型业务级别协议SLA(如10232、10234所示)提供相应业务级别信息。而且，带宽代理1021会以某种方式接收ONU指令而更新一个或多个业务类型的业务级别协议SLA的内容。同时，业务类型1业务级别协议SLA10232、业务类型2业务级别协议SLA 10234会相应改变业务类型1的SLA内容。

图2是本发明的动态带宽分配方法的示意流程图，也是图1中的带宽评估模块1022的带宽分配算法的流程图。下面仅以带宽评估模块1022接收到ONU-A的报告消息为例进行说明。

在步骤201中，接收ONU-A的报告消息。在步骤202中判断该报告消息中是否含有多种业务类型请求。若步骤202判断结果为“否”，即报告消息中不包括多种传输请求，则流程转到步骤225。

在步骤225，应用标准的或现有的单种业务类型带宽分配算法计算出相应的分配结果。然后，在步骤226中，将利用标准的或现有的单种业务类型带宽分配算法得出的最终带宽分配结果通知给调度器/消息产生模块101，供其使用。

至此，带宽评估模块1022完成了当ONU-A报告消息中仅含有单种业务类型请求时的一次带宽分配。当再次收到报告消息时，带宽评估模块1022的处理流程转到步骤201，开始新一次的计算。

若步骤202的判断结果为“是”，即ONU-A报告消息包括多种业务类型的请求，则流程转到步骤203。

在步骤203中，检查报告消息的每个信息域，其中每个信息域中至少包括各个业务类型的标识。

然后，在步骤204中判断请求是否为保证业务。若步骤204的判断结果为“否”，即请求为非保证业务，则在步骤223中判断保证业务带宽分配是否完成。

若步骤223的判断结果为“否”，即保证业务带宽分配尚未完成，则继续执行步骤223。若步骤223的判断结果为“是”，即保证业务带宽分配已经完成，则转到步骤224。

若步骤204中的判断结果为“是”，即请求为保证业务，则执行步骤205。

在步骤205中，判断保证业务是否为非语音业务。若步骤205的判断结果为“否”，即请求为语音业务，则在步骤222以125微秒间隔(即频率为8KHz)进行语音业务的带宽分配，然后流程转到步骤221。

若步骤205的判断结果为“是”，即请求为非语音业务，则执行以下所述的步骤。这些步骤，为所有请求的非语音保证业务业务类型进行带宽分配。

以下以业务类型1为例进行说明，其它非语音保证业务业务类型的操作均以并行方式进行。

首先，在步骤206，带宽评估模块1022从ONU-A的报告消息中读取业务类型1的状态信息。其中状态信息可以包括业务类型标识和对应于业务类型1的请求量。

然后，带宽评估模块1022在步骤207中从ONU-A传输调节器1023中获取业务类型1的累积信用度。

由于业务类型1的信用度产生器10231根据图3所示的算法进行工作，所以业务类型1的累积信用度的数值代表了业务类型1带宽可供分配量的多少。

在步骤208中，判断业务类型1的累积信用度是否为正。若步骤208中的判断结果为“否”，即业务类型1的累积信用度为“负”，则流程转到步骤218。在步骤218，将业务类型1的新分配量置为零字节。这里，分配量可以是分配给ONU-A的业务类型1的上行传输字节数。

若步骤208的判断结果为“是”，即业务类型1的累积信用度为“正”，则流程进行到步骤209。在步骤209中，将累积信用度转换为字节数，其目的是利用累积信用度直接衡量业务类型1的分配量。此时转换后的累积信用度则表示业务类型1可供分配的字节数。

由于PON系统用于传输以太帧，当转换为字节数的累积信用度小于最短以太帧长50字节时，带宽评估模块1022也不能进行带宽分配。因此，在步骤210中，判断步骤209输出的转换为字节数的累积信用量是否大于等于50字节。

若步骤210的判断结果为“否”，即累积信用度不足以发送50字节的最小以太帧，则流程转到步骤218，在此将业务类型1的新分配量置为零字节。

若步骤210的判断结果为“是”，即累积信用量大于50字节，则流程转到步骤211。

在步骤211中，对转换为字节数的累积信用度和请求量进行比较。如前所述，转换为字节数的累积信用度代表了业务类型1可供分配的字节数。

在步骤212中，判断累积信用度是否小于请求量。

若步骤212的判断结果为“否”，即累积信用度大于请求量，则流程转到步骤216。在步骤216，将新分配量设置为请求量。

若步骤212的判断结果为“是”，即累积信用度小于请求量，这意味着请求量超过了可供分配的字节数，则流程转到步骤213。在步骤213中，计算业务类型1的峰值累积信用度。峰值累积信用度可以计算为：

峰值累积信用度＝(累积信用度×峰值增量)+累积信用度。

然后，在步骤214中，对峰值累积信用度和请求量进行比较。

在步骤215中，判断峰值累积信用度是否大于等于请求量。若步骤215的判断结果为“是”，即峰值累积信用度大于等于请求量，则流程转到步骤216。在步骤216，将新分配量设置为请求量。

若步骤215的判断结果为“否”，即峰值累积信用度小于请求量，则流程转到步骤217。在步骤217，将新分配量设置为现有的累积信用度。步骤217的效果是，业务类型1的新分配量小于实际的请求量，导致业务类型1此轮传输的上行带宽不足。但是这种不足正是本发明的多业务类型动态带宽算法对超出业务类型1 SLA的峰值要求的上行请求的一种惩罚。

从图2可知，在步骤218或216或217确定新分配量之后，流程转到步骤219。在步骤219，将新分配量转换为传输新分配量的传输时隙。

之后，在步骤220，带宽评估模块1022将累积信用度减少新分配量的值，并使业务类型1信用度产生器10231在信用变量中保存新的累积信用度。

这里需要特别说明，若请求量大于累积信用度且小于峰值累计量时，则按图2流程，新分配量等于请求量且大于累积信用度。执行步骤220之后，信用变量中的累积信用度值将变为负数。这正是之前要在步骤208判断累积信用度正负的原因。若恰好此时有该业务类型的上行请求，则如前所述，使新分配量为零字节，作为该类上一次上行请求量超过应分配带宽的惩罚。所述惩罚直到累积信用度重新增长为正数为止。

与业务类型1并行的其它非语音保证业务业务类型也并行完成了以上各步骤的操作。

至此，本发明的多业务类型动态带宽分配算法完成了对非语音保证业务业务类型的带宽分配。

之后，流程进行到步骤221。

在步骤221，基于步骤222和步骤220的计算结果，进一步计算125微秒周期内的剩余带宽，即剩余时隙。

此时所有保证业务的带宽分配均已完成。

若步骤223的判断结果为“是”，即保证业务带宽分配完成，则流程转到步骤224。在步骤224中，根据步骤221计算的125微秒内的剩余带宽，利用诸如公平比例分配等方法，为非保证业务进行带宽分配。

此时，ONU-A报告消息中所有请求的业务类型的带宽均已分配完毕。然后，流程转到步骤226。在步骤226中，向调度器/消息产生模块101通知包含所有请求的业务类型的最终带宽分配结果。

至此，带宽评估模块1022完成了一次含有多种业务类型请求的带宽分配。当再次收到报告消息时，带宽评估模块1022的流程转到步骤201，开始新一轮的计算。

图3是与图2的方法配合的信用度产生方法的示意流程图，也是图1中的信用度产生器(10231或10233)的算法的流程图。以下以ONU-A的业务类型1的信用度产生器10231为例进行说明，其它业务类型的信用度产生器的原理与业务类型1的信用度产生器相同。

首先说明以下两点。

第一，带宽代理1021会以某种方式接收ONU指令而更新一个或多个业务类型的业务级别协议SLA的内容，同时业务类型1业务级别协议SLA 10232会相应改变业务类型1的SLA内容。如图1所示，带宽代理1021与业务类型1信用度产生器10231之间有作用关系。图3所示的流程包括了与SLA内容改变有关的步骤。

第二，为防止对业务类型1上行带宽的过分配，业务类型1信用度产生器10231设置了最大累积信用度。设想如果没有最大累积信用度，则在长时间没有业务类型1上行请求时，按照图3所示的算法，累积信用度将会不断增加。此时，若业务类型1产生连续突发数据，并发出请求，按照图2所示的算法，带宽评估模块1022将会分配给业务类型1超过其业务级别水平的带宽。由此，业务类型1将会挤占其它业务类型应有的带宽，导致网络公平性的破坏。因此图3所示的流程包括了与最大累积信用度有关的步骤。

如图3所示，在步骤301中，业务类型1信用度产生器10231将业务类型1的信用度求和，作为业务类型1的累积信用度，存储于信用变量中。

在步骤302中，判断ONU-A的业务类型1业务级别协议SLA10232是否有更新的平均速率信息。若步骤302的判断结果为“否”，即业务类型1的平均速率信息没有被更新，则跳过最大累积信用度的更新算法过程，转到步骤305。

若步骤302的判断结果为“是”，即业务类型1的平均速率信息被更新，则进行到步骤303。

在步骤303，按照125微秒期间产生的信用度之和估算业务类型1新的最大累积信用度。之后，进行到步骤304。

在步骤304中，判断业务类型1新的平均速率是否大于旧的平均速率。若步骤304判断结果为“是”，即业务类型1新的平均速率大于旧的平均速率，则执行步骤305。

若步骤304的判断结果为“否”，即业务类型1新的平均速率小于等于旧的平均速率，则执行步骤308。

在步骤308中，判断最大累积信用度是否大于等于信用变量中的累积信用度。若步骤308的判断结果为“否”，即新的最大累积信用度小于累计信用度，则转到步骤309。在步骤309中，使信用变量中的累积信用度等于新的最大累积信用度。然后，流程返回到步骤302，开始新一轮的判断。

若步骤308的判断结果为“是”，即信用变量中的累积信用度没有超过新的最大累积信用度，则转到步骤310。在步骤310中，根据业务类型1更新后的平均速率产生信用度。然后，转到步骤301，开始新一轮算法过程。

在步骤302的判断结果为“否”或步骤304的判断结果为“是”的情况下，流程转到步骤305。在步骤305中，判断是否有新分配量。若步骤305的判断结果为“是”，即有新分配量，则转到步骤306。在步骤306中，将信用变量中的累积信用度减少新分配量，并把结果作为累积信用度保存在信用变量中。之后，执行步骤307。

若步骤305的判断结果为“否”，即没有新分配量，则直接执行步骤307。

在步骤307中，判断业务类型1的最大信用度是否大于当前保存在信用变量中的业务类型1的累积信用度。若步骤307的判断结果为“否”，即最大信用度小于等于当前的累积信用度，则流程转到步骤301，开始新一轮算法过程。

若步骤307的判断结果为“是”，即最大信用度大于当前的累积信用度，则流程进行到步骤310。在步骤310中，根据业务类型1的平均速率产生信用度。然后，转到步骤301，开始新一轮算法过程。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域内熟练的技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改。