基于吉比特无源光网络中多等级服务的动态带宽分配方法

摘要

公开了一种GPON(吉比特无源光网络)系统中使用的动态带宽分配方法。在从ONU收到包含在多个DBRu信息中的队列请求信息时，OLT调度程序执行调度，并且使用USBWmap信息，传输一个与ONU及所属队列相关的调度结果。在接收到OLT分配的带宽时，ONU调度程序执行调度，给它自己的队列分配传输带宽。

说明书

技术领域

本发明属于吉比特无源光网络(ITU-T G.984.1 GPON)技术领域，是一种在G.984.1网络中提供分级服务的动态带宽分配方法。

技术背景

因为增长的带宽需求和因特网的使用，FTTH(光纤到家庭)技术和PON(无源光网络)系统已经得到了广泛的发展。典型的PON系统具有点对多点的拓扑结构，该结构允许多个ONU(光网络单元)与OLT(光线路终端)经由一根光纤进行共享。根据与用户通信的数据传输方式，将这种PON分为ATM-PON(下文称为APON)，Ethernet PON和Gigabit-capablePON(下文称为GPON)系统。

APON系统的带宽范围具有局限性，并且最大带宽为622Mbps。APON系统也需要执行IP包分段。而EPON系统具有1Gbps的带宽，另外，EPON系统具有低生产成本，由此通常认为EPON系统优于APON系统。虽然GPON系统的网络体系结构同所有的无源光网络接入系统相同，但它却有着其他接入网所没有的优越特性：采用GEM封装格式，提高了数据封装的效率，最高可达97％。对高层各种不同类型，不同速率的业务进行封装后利用PON透明传输，支持现有的各种语音、数据及视频业务。网络覆盖范围广。各ONU之间的物理距离最远可达20km，ONU与OLT之间的最大逻辑距离可达60km。可支持对称和不对称的多种线路速率，最大支持速率可达2.5Gb/s，能满足现有及未来可能出现的各种业务对带宽的需要。

图1是常规GPON系统的结构图。GPON系统包括一个OLT01、ODN02和多个ONU03-1、ONU03-2……ONU03-N。OLT01经由ODN02连接到ONU03-1-ONU03-N。OLT01位于树结构的通道上，并且在存取网络中给用户提供信息方面起到重要作用。GPON具有树状机构，OLT01连接到ODN02，ODN02将从OLT01接收的下行数据帧分配给ONU03-1-ONU03-N，或根据TDM(时分多路复用)模式，从ONU03-1-ONU03-N接收上行数据帧，传输给OLT01。ONU03-1-ONU03-N接收下行数据帧，将它们传输给终端用户04-1、04-2、……04-N，并经由ODN02将终端用户的数据传输给OLT01，作为上行帧，采用GEM封装格式，支持可变长度的各种语音、数据及视频业务数据帧。

在点对多点的GPON结构中，可以使用GPS(广义处理机共享)系统来分享OLT01和连接到OLT01的ONU03之间的资源。更详细地说，点对多点GPON系统修改GPS系统来支持公平队列运算法则。通过在GPON系统上应用这种基于GPS的运算法则，位于OLT01端的调度程序来调度位于ONU端的各种队列。然而，当存在过多带宽请求时，调度程序不可能成功地执行这种公平队列法则。

图2描绘了GPON系统中基于GPS的带宽分配算法的单个调度程序。参考图1和图2，OLT01根据自动发现机制确定ONU03-1-ONU03-N的位置，并分配给它们不同的ID。OLT01为ONU03-1-ONU03-N分配上行数据传输时隙。ONU03-1-ONU03-N统计它们队列中的数据量，将统计的队列值插入带宽请求域中，在自己的传输时隙中发送带宽请求给OLT01。

在从ONU03-1-ONU03-N中接收到带宽请求时，OLT01的调度程序按一定算法分配适当的传输带宽给ONU03-1-ONU03-N，并将分配结果插入下行帧中传输给ONU03-1-ONU03-N。带宽分配信息由表示数据传输的起始时间信息和表示数据传输的结束之间信息构成。接收带宽分配信息的ONU03-1-ONU03-N在它们唯一的时隙内传输数据给OLT01。

本发明内容

本发明的一个目的为用户提供一种具有服务质量保证的动态带宽分配方法，其提高了带宽利用率，满足不用业务的不用时延要求，并且对不同用户和不同等级的业务都具有很好的公平性。

本发明的一个实施例为GPON系统提供一种动态带宽分配方法——基于QoS(服务质量)的二级动态带宽分配法。该系统包括一个OLT(光线路终端)和经由ODN(光分配网)连接到OLT的多个ONU(光网络单元)，OLT与ONU之间的最大距离为20km。该方法用来控制OLT根据带宽请求信号给每个ONU分配带宽用于传输ONU数据。

本发明将所考虑的GPON网络业务模型分为三种：电话业务，视频业务和以太网业务，分别对应于高、中、低三个优先级，对于电话业务分配固定带宽，视频业务分配确保带宽，而以太网业务分配尽力而为带宽。本发明要求维护ONU中的三个等级的数据队列，这三个队列分别装有电话数据，视频数据和以太网数据。OLT在下行帧中为每个ONU的每个队列分配带宽，ONU在指定的时隙发送数据给OLT，并将下一周期每个队列需要的带宽报告给OLT，这里每个队列需要的带宽就是当ONU发送完上行数据后队列里剩余的数据量。

本发明的带宽分配方法包括以下步骤：

步骤S1：OLT接收所有ONU发出的带宽申请；

步骤S2：从全部可用带宽中为每个ONU中的高优先级队列分配固定带宽；

步骤S3：若ONU中，中、低优先级队列申请的带宽总和小于或等于最大确保带宽，则分配所需带宽，若中、低优先级队列申请的带宽总和大于最大确保带宽，则分配最大确保带宽；

步骤S4：若可用带宽有剩余，则首先按比例为步骤S3中未能得到满足的中等优先级队列分配带宽；

步骤S5：在进行步骤S4后若可用带宽还有剩余，则按比例为步骤S3中未能得到满足的低优先级队列分配带宽；

附图说明

图1是常规GPON系统拓扑图；

图2描绘了在GPON系统中使用的基于GPS的带宽分配方法的单调度；

图3是基于QoS的动态带宽分配方法的一级带宽分配流程图；

图4是基于QoS的动态带宽分配方法的二级带宽分配流程图；

具体实施方式

GPON网络中分级服务的动态带宽分配方法，其中图3描述了基于QoS的动态带宽分配方法的第一级带宽分配。图3中各事件的处理步骤如下：

S3.1：OLT为每个ONU中的高优先级队列分配固定带宽BW_i^FIX；

S3.2：从全部可用带宽中减去已经为每个ONU中的高优先级队列分配的总的固定带宽，将得到的带宽值平均分成N份，作为最大确保带宽BW_i^MAX；

S3.3：判断每个ONU中的中等优先级队列申请的带宽是否小于最大确保带宽，若是，则进入S3.4，否则转到S3.8；

S3.4：当ONU中的中等优先级队列申请的带宽小于或等于最大确保带宽时，则分配给它所需的带宽R_i^M；

S3.5：经过步骤S3.4后，分配给每个ONU的最大确保带宽应该还有剩余或正好等于0。这时判断每个ONU中的低优先级队列的请求带宽是否小于这个剩余带宽，若是，则进入S3.6，否则转到S3.11；

S3.6：当ONU中的低优先级队列的请求带宽小于或等于剩余带宽时，则分配给它所需的带宽R_i^L；

S3.7：若ONU中的中、低优先级队列都分配完带宽后，最大确保带宽仍有剩余，则统计剩余带宽BW_i^unused；

S3.8：当ONU中的中等优先级队列申请的带宽大于最大确保带宽时，则为中等优先级队列分配最大确保带宽；

S3.9：当ONU中的中等优先级队列申请的带宽大于最大确保带宽时，统计中等优先级队列的请求带宽大于最大确保带宽的部分；

S3.10：经过步骤S3.8，给ONU中的低优先级队列分配零带宽；

S3.11：经过步骤S3.5，若ONU中的低优先级队列的请求带宽大于剩余带宽时，则将剩余带宽全部分配给这个低优先级队列；

S3.12：统计每个ONU中的低优先级队列的请求带宽超出所得带宽的部分。

图4描述了基于QoS的动态带宽分配方法的第二级带宽分配。图4中各事件的处理步骤如下：

S4.1：经过一级带宽分配后，统计剩余的可用带宽BW_total^unused；

S4.2：经过一级带宽分配后，统计所有中等优先级队列的请求带宽大于最大确保带宽的部分的总和RW_exceed^M；

S4.3：判断剩余的可用带宽BW_total^unused是否小于RW_exceed^M，若是，则进入S4.4，否则转到S4.6；

S4.4：判断剩余的可用带宽是否为零，若是，则结束带宽分配，否则转到S4.5；

S4.5：若剩余可用带宽不为零，则按照各个ONU中的中等优先级队列的请求带宽超出最大确保带宽的部分的比例分配剩余带宽；

S4.6：剩余的可用带宽BW_total^unesed大于RW_exceed^M，则分配给中等优先级队列所需带宽；

S4.7：统计所有低优先级队列的请求带宽大于经过第一级分配所得带宽的部分的总和RW_exceed^L；

S4.8：经过步骤S4.6后，在剩余可用带宽中，按比例为低优先级队列分配带宽(方法同S4.5)。