一种应用于EPON系统的上行带宽动态分配方法

摘要

一种应用于EPON系统的上行带宽动态分配方法，基于此算法可以实现对多个ONU上行带宽的精确控制，具有带宽控制精度高，带宽配置颗粒度小，带宽利用率高，易于实现的应用于EPON系统的上行带宽动态分配方法；本发明可以实现对多个ONU上行带宽的精确控制，单个ONU的上行带宽可以达到960Mbps,带宽精度在95%以上，最小可配带宽为512Kbps,颗粒度为256Kbps；它具有带宽控制精度高，带宽配置颗粒度小，带宽利用率高，易于实现等特点。

说明书

技术领域

本发明涉及光纤通信领域，特别涉及EPON领域，具体是指一种上行带宽的动态分配方法。

背景技术

基于以太网的无源光网络，简称EPON是一种采用点到多点（P2MP）结构的单纤双向光接入网络。EPON系统由局侧的光线路终端、简称OLT、用户侧的光网络单元、简称ONU和光分配网络、简称ODN组成，为单纤双向系统。EPON系统作为一种主要的FTTH解决方案，目前得到了广泛的应用，EPON系统的示意如附图1所示。

EPON系统中，上行传输(ONU-OLT)采用时分复用的方式(TDMA)。由OLT来统一分配各个ONU上行传输的时隙。各个ONU在属于自己的时隙里采用突发传输的方式完成数据传输；时隙分配的算法和实现方式在IEEE802.3ah标准里并没有做出具体的规定，目前主要有静态带宽分配(SBA)和动态带宽分配(DBA)两种方法。静态带宽分配的主要思想是，根据系统管理员对各个ONU的带宽配置情况，进行固定的带宽分配，并不考虑ONU的业务负载情况；动态带宽分配与静态带宽分配的区别在于，在带宽的分配过程中，需要考虑ONU具体的业务负载情况；ONU的业务负载情况通过MPCP Report帧来报告需要上传的数据量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种动态带宽分配的算法，基于此算法可以实现对多个ONU上行带宽的精确控制，具有带宽控制精度高，带宽配置颗粒度小，带宽利用率高，易于实现的应用于EPON系统的上行带宽动态分配方法。

    本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，所述的方法包括：1、自动发现部分，自动发现完成自动发现时隙的申请，从而使得未注册ONU可以动态加入EPON系统；2、带宽配置部分：该带宽部分主要用于和CPU进行通信的带宽配置部分，以获取各个在线ONU的带宽配置参数，时隙分配周期，自动发现的周期值，最大支持的ONU数量；3、带宽计算部分：带宽计算完成对各个在线ONU的时隙分配和离线ONU的自动发现时隙分配。

    本发明在上述自动发现部分中，还包括：a、自动发现定时器，定时器计到发现周期后，向带宽计算模块发起一次自动发现时隙申请，同时将定时器清零，开始新的一轮计时过程；b、自动发现周期调整器，自动发现的初始周期从CPU获取，随着ONU数量的增加，自动发现的周期会动态调整，当在线ONU的数量达到系统所能支持的最大ONU个数后，将会停止自动发现。

    本发明所述的上述带宽配置部分中，还包括：a、APB_SLAVE，与CPU的交互，完成对各个参数的动态配置。本发明选用的CPU总线是AMBA总线，带宽配置部分挂在APB Bus上。但本发明并不限制带宽配置部分仅能挂在APB Bus上；b、配置参数寄存器，完成对各个参数的存储。主要参数包括：各个ONU的FIR，CIR，PIR，自动发现周期的初始值，自动发现时隙长度的配置值，注册响应时隙长度的配置值，时隙分配周期，支持最多ONU的个数，时隙保护带配置值，支持最远RTT配置值。

    本发明在上述带宽计算部分中，还包括：a、自动发现时隙计算，完成自动发现时隙的开始时间，结束时间的计算，这个时隙窗口用于ONU发送注册请求帧；b、自动发现时隙计算，完成自动发现时隙的开始时间，结束时间的计算，这个时隙窗口用于ONU发送注册请求帧；b、注册响应时隙计算，完成对正在MPCP发现过程中的ONU的时隙窗口计算，这个时隙窗口用于ONU发送注册响应帧；c、传输窗口计算，完成对已经完成MPCP发现的ONU的时隙窗口计算；

基于本发明的上述部分，在实现动态带宽分配时，主要包括两个过程：自动发现时隙申请，动态带宽计算。

    所述的自动发现时隙申请过程包含两个状态：一是在S0状态下，自动发现定时器正常计时，当定时器到达动态调整后的自动发现周期时，进入S1状态；二是在S1状态下，将自动发现定时器清0，发出自动发现时隙申请，返回S0状态；

所述动态带宽计算部分包含如下六个状态：

一是在S0状态下，等待带宽分配的申请，并获取各个ONU的上报情况。如果有自动发现申请，进入S1状态；如果有注册响应时隙的申请，进入S2 状态；如果时隙分配周期定时器超时，进入S3状态；

二是在S1状态，完成自动发现时隙的分配,返回S0状态；

gate_start_time(时隙的开始时刻)=T_scheduled(时隙已分配完毕的时刻)+ T_guard(时隙保护带配置值)；gate_length(时隙的长度)为自动发现时隙长度的配置值；

三是在S2状态，完成注册响应时隙的分配,返回S0状态；

gate_start_time(时隙的开始时刻)=T_scheduled+ T_guard–RTT(ONU的RTT测量值);

gate_length(时隙的长度)为注册响应时隙长度的配置值;

四是在S3状态，完成已完成MPCP注册的ONU的保证带宽时隙分配，如果保证带宽分配完毕后，本轮可分配的剩余时隙为０或者所有ONU上报值都得到满足，则走流程P1进入S5状态；如果保证带宽分配完毕后，还存在ONU的上报值没有完全满足并且本轮分配的剩余时隙不为０，则走流程P2进入S4状态；

    对于本发明所述的保证带宽的分配有如下几种情况：

    当ONU的Report值小于等于FIR时，ONU获得FIR大小的时隙窗口；

    当ONU的Report值大于FIR且小于等于CIR时，ONU获得Report大小的时隙窗口；

    当ONU的Report值大于CIR时，ONU获得CIR大小的时隙窗口，Report-CIR的值参与尽力而为带宽的分配。

五是在S4状态，完成在S3状态中，上报值没有得到完全满足的ONU的尽力而为带宽的分配，进入S5状态；

    如果本轮的剩余窗口无法满足所有参与尽力而为带宽分配的ONU的需求，采用Round-Robin的方法来选择服务的ONU。对于尽力而为带宽的分配有如下2种情况：

当ONU的Report-CIR小于或等于PIR-CIR时，ONU获得Report-CIR大小的时隙窗口；

当ONU的Report-CIR大于PIR-CIR时，ONU获得PIR-CIR大小的时隙窗口；

六是在S5状态，将各个ONU在S3状态和S4状态获得的时隙窗口合并，并顺序的排列在授权时间轴上，同时记录下一轮授权时隙分配计算的开始时刻，返回S0状态。

    在如何确定下一轮授权时隙分配时刻的问题上，本发明在这里引入了一种错位机制，避免了现有机制中，需要获取上一轮所有ONU的上报信息后，才可以发起新的一轮时隙分配计算，从而导致在时隙分配计算过程中,没有ONU发送上行数据的情况，避免了带宽浪费。当本轮授权里第一个ONU的Report帧到达OLT时，即开始进行新的一轮时隙计算，参与计算的Report值是上一轮的Report值和本轮第一个ONU的Report值结合。

本发明可以实现对多个ONU上行带宽的精确控制，单个ONU的上行带宽可以达到960Mbps, 带宽精度在95%以上，最小可配带宽为512Kbps, 颗粒度为256Kbps；它具有带宽控制精度高，带宽配置颗粒度小，带宽利用率高，易于实现等特点。

附图说明

图1是本发明的EPON系统的结构框图。

图2是本发明的动态带宽分配示意框图。

图3是本发明的自动发现时隙申请过程的状态跳变示意框图。

图4是本发明的动态带宽计算的状态跳变示意框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做详细的介绍：本发明所涉及到的专业术语介绍在附表1中，并将其作为本实施方式的内容。

 附表1

英文缩写英文描述中文描述PONPassive   Optical Network无源光网络EPONEthernet   Passive Optical Network基于以太网方式的无源光网络OLTOptical   Line Terminal光线路终端ONUOptical   Network Unit光网络单元ODNOptical   Distribution Network光分布网络SBAStatic   Bandwidth Allocation静态带宽分配DBADynamic   Bandwidth Allocation动态带宽分配MPCPMulti-point   control protocol多点控制协议OAMOperation,   Administration & Maintenance操作、管理和维护P2MPPoint to   Multipoint点到多点QoSQuality of   Service服务质量TDMATime   Division Multiple Access时分多址接入TQTime   Quantum时间量子RTTRound Trip   Time往返时间FIRFixed   Information Rate固定比特率CIRCommitted   Information Rate保证比特率PIRPeak   Information Rate峰值比特率

本发明所述的方法包括如下三个部分：

    1、自动发现部分：自动发现完成自动发现时隙的申请，从而使得未注册ONU可以动态加入EPON系统；

    2、带宽配置部分：带宽配置主要用于和CPU进行通信，获取各个在线ONU的带宽配置参数，时隙分配周期，自动发现的周期值，最大支持的ONU数量等；

    3、带宽计算部分：带宽计算完成对各个在线ONU的时隙分配和离线ONU的自动发现时隙分配；

    本发明在上述所述自动发现部分中，还包括：a、自动发现定时器，定时器计到发现周期后，向带宽计算模块发起一次自动发现时隙申请，同时将定时器清零，开始新的一轮计时过程；b、自动发现周期调整器，自动发现的初始周期从CPU获取，随着ONU数量的增加，自动发现的周期会动态调整，当在线ONU的数量达到系统所能支持的最大ONU个数后，将会停止自动发现；

    本发明所述的带宽配置部分中，还包括：a、APB_SLAVE，与CPU的交互，完成对各个参数的动态配置。本发明选用的CPU总线是AMBA总线，带宽配置部分挂在APB Bus上；但本发明并不限制带宽配置部分仅能挂在APB Bus上；b、配置参数寄存器，完成对各个参数的存储。主要参数包括：各个ONU的FIR，CIR，PIR，自动发现周期的初始值，自动发现时隙长度的配置值，注册响应时隙长度的配置值，时隙分配周期，支持最多ONU的个数，时隙保护带配置值，支持最远RTT配置值。

    本发明在所述的带宽计算部分中，还包括：a、自动发现时隙计算，完成自动发现时隙的开始时间，结束时间的计算，这个时隙窗口用于ONU发送注册请求帧；b、注册响应时隙计算，完成对正在MPCP发现过程中的ONU的时隙窗口计算，这个时隙窗口用于ONU发送注册响应帧；c、传输窗口计算，完成对已经完成MPCP发现的ONU的时隙窗口计算；

基于本发明的上述部分，在实现动态带宽分配时，主要包括两个过程：自动发现时隙申请，动态带宽计算；

自动发现时隙申请过程包含2个状态，状态跳变过程如附图3所示：a、在S0状态下，自动发现定时器正常计时，当定时器到达动态调整后的自动发现周期时，进入S1状态；b、在S1状态下，将自动发现定时器清0，发出自动发现时隙申请，返回S0状态；

 动态带宽计算部分包含６个状态，状态跳变过程如附图4所示：a、在S0状态下，等待带宽分配的申请，并获取各个ONU的上报情况。如果有自动发现申请，进入S1状态；如果有注册响应时隙的申请，进入S2 状态；如果时隙分配周期定时器超时，进入S3状态；b、在S1状态，完成自动发现时隙的分配,返回S0状态；

gate_start_time(时隙的开始时刻)=T_scheduled(时隙已分配完毕的时刻)+ T_guard(时隙保护带配置值)；

gate_length(时隙的长度)为自动发现时隙长度的配置值；

c、 在S2状态，   完成注册响应时隙的分配,返回S0状态；

gate_start_time(时隙的开始时刻)=T_scheduled+ T_guard–RTT(ONU的RTT测量值);

gate_length(时隙的长度)为注册响应时隙长度的配置值;

d、 在S3状态，完成已完成MPCP注册的ONU的保证带宽时隙分配，如果保证带宽分配完毕后，本轮可分配的剩余时隙为０或者所有ONU上报值都得到满足，则走流程P1进入S5状态；如果保证带宽分配完毕后，还存在ONU的上报值没有完全满足并且本轮分配的剩余时隙不为０，则走流程P2进入S4状态；

对于保证带宽的分配有如下几种情况：

当ONU的Report值小于等于FIR时，ONU获得FIR大小的时隙窗口；

当ONU的Report值大于FIR且小于等于CIR时，ONU获得Report大小的时隙窗口；

当ONU的Report值大于CIR时，ONU获得CIR大小的时隙窗口，Report-CIR的值参与尽力而为带宽的分配；

e、 在S4状态，完成在S3状态中，上报值没有得到完全满足的ONU的尽力而为带宽的分配，进入S5状态；

如果本轮的剩余窗口无法满足所有参与尽力而为带宽分配的ONU的需求，采用Round-Robin的方法来选择服务的ONU。对于尽力而为带宽的分配有如下2种情况：

当ONU的Report-CIR小于或等于PIR-CIR时，ONU获得Report-CIR大小的时隙窗口；

当ONU的Report-CIR大于PIR-CIR时，ONU获得PIR-CIR大小的时隙窗口；

f、 在S5状态，将各个ONU在S3状态和S4状态获得的时隙窗口合并，并顺序的排列在授权时间轴上，同时记录下一轮授权时隙分配计算的开始时刻，返回S0状态。

在如何确定下一轮授权时隙分配时刻的问题上，本发明在这里引入了一种错位机制，避免了现有机制中，需要获取上一轮所有ONU的上报信息后，才可以发起新的一轮时隙分配计算，从而导致在时隙分配计算过程中,没有ONU发送上行数据的情况，避免了带宽浪费。当本轮授权里第一个ONU的Report帧到达OLT时，即开始进行新的一轮时隙计算，参与计算的Report值是上一轮的Report值和本轮第一个ONU的Report值结合。