專利名稱：一種無源光網(wǎng)絡(luò)動態(tài)帶寬分配裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種PON(無源光網(wǎng)絡(luò))通信，更具體地，本發(fā)明涉及一種無源光網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)帶寬分配裝置及方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的PON技術(shù)有基于ATM(異步轉(zhuǎn)移模式)技術(shù)的APON(異步轉(zhuǎn)移模式無源光網(wǎng)絡(luò))、基于以太網(wǎng)的EPON(以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò))和具有吉比特速率的GPON(吉比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò))。圖1是一個典型的PON寬帶接入網(wǎng)絡(luò)，它由局端OLT(光線路終端)10、ODN(光分布網(wǎng)絡(luò))11、以及用戶端ONU(光網(wǎng)絡(luò)單元)12i(i＝a、b、c、d......)組成，各ONU通過ODN中的無源光分束器11a共享傳輸介質(zhì)，該網(wǎng)絡(luò)是一個典型的點對多點的網(wǎng)絡(luò)。其下行數(shù)據(jù)通過廣播方式、上行數(shù)據(jù)通過TDMA(時分復(fù)用訪問)方式進行傳輸，OLT10對各ONU12i進行統(tǒng)一調(diào)度，分配帶寬。當(dāng)ONU12i接收到數(shù)據(jù)流時，根據(jù)數(shù)據(jù)包標(biāo)識只提取發(fā)給自己的數(shù)據(jù)包，將發(fā)給其他ONU的數(shù)據(jù)包丟棄，例如ONU12a接收到具有1、2、3數(shù)據(jù)包標(biāo)識的數(shù)據(jù)包，但只將數(shù)據(jù)包標(biāo)識為1的數(shù)據(jù)包發(fā)送給終端用戶13a。上行數(shù)據(jù)流采用TDMA技術(shù)，每個ONU只能在OLT分配給自己的時隙上向OLT傳送信息，在其它ONU的時隙上，此ONU只能等待。ONU的上行傳輸時隙是由OLT控制的，OLT通過發(fā)送授權(quán)信息給ONU以通知其何時開始傳輸上行數(shù)據(jù)和傳輸時長(對應(yīng)上行帶寬量)。OLT通過對時隙的控制，實現(xiàn)了在各ONU之間的上行帶寬分配。
在PON系統(tǒng)的上行帶寬分配過程中，為有效地利用帶寬并能使各ONU得到公平對待，往往采用DBA(動態(tài)帶寬分配)策略，即OLT根據(jù)ONU的實際業(yè)務(wù)狀態(tài)去動態(tài)調(diào)整分配給ONU的上行帶寬量。DBA帶寬分配過程為首先，OLT需要了解每個ONU的業(yè)務(wù)狀態(tài)，并利用這些狀態(tài)信息完成DBA計算，得到每個ONU應(yīng)獲得的帶寬量；然后，將帶寬量轉(zhuǎn)換成ONU的上行傳輸時隙大小，并通過下行授權(quán)消息通知ONU；ONU根據(jù)該授權(quán)消息在指定的時隙位置按照分配時隙大小傳輸上行數(shù)據(jù)。因此，OLT在完成動態(tài)帶寬分配的前提是獲取ONU的業(yè)務(wù)狀態(tài)信息。
通常，OLT通過兩種方法來獲取各ONU的業(yè)務(wù)狀態(tài)信息第一種方法是OLT自行監(jiān)測ONU的業(yè)務(wù)流，即通過檢測ONU對其時隙的利用情況來判斷各ONU的實際業(yè)務(wù)量，據(jù)此，OLT中的DBA機構(gòu)將完成帶寬分配。這種方法的特點是ONU不必向OLT報告自己的業(yè)務(wù)狀態(tài)信息(即隊列長度信息)，節(jié)省了上行帶寬，簡化了ONU的設(shè)計，降低其實現(xiàn)復(fù)雜度。同時DBA計算不依賴于ONU的隊列長度報告，因此對ONU可能存在的虛報隊列長度現(xiàn)象，帶寬分配不會受到任何影響。但是，這種方法也存在不足之處，由于監(jiān)測是在OLT中完成的，對于ONU中的業(yè)務(wù)量變化，OLT不太敏感，使帶寬分配不能快速有效地根據(jù)ONU的業(yè)務(wù)變化來進行合理的調(diào)整。這將影響PON網(wǎng)絡(luò)中上行帶寬的使用效率，也影響PON網(wǎng)絡(luò)上行業(yè)務(wù)的傳輸質(zhì)量。例如OLT已經(jīng)分配給每個ONU相應(yīng)的帶寬，當(dāng)某個ONU接受到大量的突發(fā)業(yè)務(wù)而需要更多的帶寬時，而其它ONU的業(yè)務(wù)量沒有增加，甚至有減少的趨勢。如果OLT不能及時監(jiān)測到這一情況來重新調(diào)整帶寬分配，則那個ONU將得不到足夠的帶寬，而此時，其它的ONU卻可能在浪費帶寬。
第二種方法是ONU主動地向OLT報告自己的隊列長度信息，OLT將利用這些報告信息完成上行帶寬分配。如圖2所示的ONU業(yè)務(wù)監(jiān)測和控制部分結(jié)構(gòu)示意圖，其中隊列監(jiān)測單元122檢測ONU緩沖區(qū)121業(yè)務(wù)隊列；ONU解復(fù)用單元125從OLT下行數(shù)據(jù)流獲得本ONU授權(quán)消息，其傳輸控制單元124根據(jù)該授權(quán)消息，等待它自己的時隙，在ONU上行數(shù)據(jù)流中插入包含業(yè)務(wù)隊列信息在內(nèi)的帶寬請求報告和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。在圖3所示的OLT動態(tài)帶寬分配結(jié)構(gòu)示意圖中，OLT解復(fù)用單元101從ONU上行數(shù)據(jù)流中獲得各ONU帶寬請求報告并提供給動態(tài)帶寬分配單元106，該動態(tài)帶寬分配單元106生成包括時隙位置、分配時隙大小等在內(nèi)的帶寬分配授權(quán)消息，通過OLT復(fù)用單元107復(fù)用到OLT下行數(shù)據(jù)流中。這種結(jié)構(gòu)的特點是由于ONU能夠及時報告自己的隊列長度信息，使OLT總能對ONU的業(yè)務(wù)變化作出快速的反應(yīng)，及時有效地調(diào)整上行帶寬分配，使上行帶寬能夠得到有效而公平的利用。但是，這種動態(tài)帶寬分配存在一個嚴重的問題，即如何保證各ONU帶寬請求報告中業(yè)務(wù)隊列信息的準(zhǔn)確性。
同任何其它網(wǎng)絡(luò)一樣，PON網(wǎng)絡(luò)也面對很多威脅，這些威脅會破壞其正常的網(wǎng)絡(luò)操作。比如，惡意用戶可能會竊取網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，或破壞其它合法用戶的正常工作。不象OLT位于局端，可以得到網(wǎng)絡(luò)管理者的有效保護，ONU位于用戶端，它可以輕易地被訪問或被控制，從而有可能成為網(wǎng)絡(luò)攻擊的一個薄弱環(huán)節(jié)。通過控制或修改ONU的隊列長度報告消息，惡意用戶就可以影響DBA算法，從而達到非法占有網(wǎng)絡(luò)帶寬或破壞網(wǎng)絡(luò)帶寬分配機制的目的。由于DBA分配算法是根據(jù)各ONU的業(yè)務(wù)狀態(tài)來分配上行帶寬的，一般具有較長隊列長度的ONU將獲得更多的帶寬，這樣可以實現(xiàn)帶寬在ONU之間的按需分配，不僅保證了上行傳輸?shù)姆?wù)質(zhì)量，也提高了帶寬利用率。如果惡意用戶報告的隊列長度比其實際的隊列長度大，他們就有可能欺騙DBA機構(gòu)而非法占用更多的帶寬。其結(jié)果是，該ONU可以傳輸更多的業(yè)務(wù)，也可以提高其對業(yè)務(wù)變化的反應(yīng)能力，獲得更好的服務(wù)質(zhì)量。但是如果此惡意用戶在騙取了多余的帶寬又沒有那么多的業(yè)務(wù)需要傳輸，則會造成一部分帶寬浪費。此外，由于惡意用戶騙取了更多的帶寬，必然使其它合法ONU獲得的帶寬減小，進而影響這些ONU上行傳輸?shù)姆?wù)質(zhì)量?？梢姡ㄟ^虛報隊列長度，惡意用戶就可以達到破壞帶寬分配，獲取非法帶寬，或影響合法用戶正常工作的目的。
PON系統(tǒng)除了受到可能來自惡意用戶攻擊的威脅外，某些ONU故障和傳輸故障也會引起ONU隊列長度報告信息的錯誤。另外，不同設(shè)備商的ONU設(shè)備可能具有不同的隊列長度報告機制，如隊列長度整形或帶寬預(yù)留操作。這些情況會引起不一致的隊列長度報告，其結(jié)果與虛假隊列長度報告相同，會導(dǎo)致DBA機構(gòu)的不正常工作，引起不合理帶寬分配。
下面通過一個實例分析來說明錯誤或虛假隊列長度報告信息是如何影響DBA帶寬分配的以及產(chǎn)生了怎樣的后果我們做如下一些假設(shè)1)系統(tǒng)中共有4個ONU-i(i＝1，2，3，4)，其中，ONU-4向OLT虛報隊列長度，即報告的隊列長度總是大于其實際的隊列長度值。
2)對于OLT DBA算法，參考2002年12月ETRI(Electronics andTelecommunications Research Institute)雜志第24卷6期第465-468頁公開的一篇作者為Su-il Choi and Jae-doo Huh、文章標(biāo)題為“EPON中多業(yè)務(wù)動態(tài)帶寬分配算法”(Dynamic bandwidth allocation algorithm for multimedia services over EthernetPONs)中給出的根據(jù)隊列長度按比例分配帶寬的算法，不僅具有很好的分配效率，也可以保證各ONU之間的公平性BONU-i=RQLONU-IΣj=1nRQLONU-j×Btotal·······(1)]]>其中BONU-i表示第i個ONU獲得的帶寬；Btotal表示總的上行可用帶寬；RQLONU-i表示第j個ONU報告的隊列長度。
3)PON系統(tǒng)Btotal為1.24416Gbps，OLT帶寬分配周期為125微秒，在一個帶寬分配周期中，可傳輸19440字節(jié)的業(yè)務(wù)量(這里忽略各種協(xié)議開銷)。這里以在一個帶寬分配周期(125微秒)內(nèi)ONU可以傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)代表其獲得的帶寬量。
4)每個ONU實際的隊列長度為RQLONU-1為6000字節(jié)，RQLONU-2為4000字節(jié)，RQLONU-3為5000字節(jié)，RQLONU-4為5000字節(jié)；總的業(yè)務(wù)量為20000字節(jié)，大于一個調(diào)度周期中的帶寬量。
首先，如果每個ONU的隊列長度報告信息都是正確的，則根據(jù)參考的DBA算法(1)各ONU在一個調(diào)度周期中獲得的帶寬量為BONU-1＝5832字節(jié)，BONT-2＝3888字節(jié)，BONU-3＝4860字節(jié)，BONU-4＝4860字節(jié)。此時ONU-3和ONU-4獲得相同的帶寬，帶寬分配是公平的；全部上行帶寬都被利用了，沒有帶寬被浪費，分配也是高效的。
但是，如果此時ONU-4報告的隊列長度信息不正確，報告12000字節(jié)，大于其實際的隊列長度5000字節(jié)。在這種情況下，根據(jù)DBA算法(1)各ONU獲得的帶寬為BONU-1′＝4320字節(jié)；BONT-2′＝2880字節(jié)；BONU-3′＝3600字節(jié)；BONU-4′＝8640字節(jié)。顯然，ONU-4獲得的帶寬遠大于ONU-3，甚至大于ONU-1，帶寬分配非常不公平。另外，在ONU-4的傳輸時隙中，只有5000字節(jié)的業(yè)務(wù)量，其余的帶寬將被浪費掉，可見，帶寬分配的效率也是非常低的。
通過以上的分析可知，對ONU業(yè)務(wù)狀態(tài)報告信息的管理控制是非常必要的。防止PON系統(tǒng)中存在的隊列長度虛報現(xiàn)象，是保證DBA算法公平性和有效性的前提，也是保證PON系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性的前提。
相反，如果ONU報告的隊列長度小于其實際的隊列長度，其對PON系統(tǒng)的動態(tài)帶寬分配影響不大，并且只影響其自身獲得的帶寬量，對其它ONU業(yè)務(wù)的傳輸質(zhì)量和整個PON系統(tǒng)的帶寬分配效率都不會產(chǎn)生太大的影響。
針對OLT獲取ONU業(yè)務(wù)狀態(tài)信息的兩種方法，在國際電信聯(lián)盟ITU-T G.983.4標(biāo)準(zhǔn)中，給出了APON的三種DBA策略。這些策略也被應(yīng)用到GPON和EPON系統(tǒng)中。這三種DBA策略分別是NSR(無狀態(tài)報告型)策略，SR(狀態(tài)報告型)策略和Hybrid(混合型)策略。在NSR策略中，DBA算法利用OLT監(jiān)測得到的ONU業(yè)務(wù)流狀態(tài)信息來完成帶寬分配計算。在SR策略中，DBA算法按照ONU報告的隊列長度信息來完成帶寬分配計算。而在Hybrid策略中，對一部分ONU，DBA算法利用它們的隊列長度報告信息；而對另一部分ONU，DBA算法則利用OLT對它們的監(jiān)測結(jié)果，通過這種混合方式DBA算法完成帶寬分配計算。在ITU-T G.983.4中給出了Hybrid策略的使用方式，即使ONU向OLT報告了其隊列長度信息，OLT也可以不使用這些信息而自行監(jiān)測ONU的業(yè)務(wù)狀態(tài)信息來完成動態(tài)帶寬分配。
顯然，Hybrid策略是比較靈活的DBA策略，通過網(wǎng)絡(luò)管理員的事先設(shè)定，它可以有選擇性地使用不同ONU的隊列長度信息，因此在一定程度上可以防止ONU虛報隊列長度對DBA帶寬分配的影響?？梢姡琀ybrid策略對ONU報告的隊列長度報告信息具有一定的選擇能力。但是，Hybrid策略所具有對ONU隊列長度信息的選擇技術(shù)是一種靜態(tài)控制機制，需要PON系統(tǒng)管理員事先設(shè)定。它沒有相應(yīng)的動態(tài)監(jiān)測和機構(gòu)，不能確定哪個ONU何時報告的隊列長度與其實際隊列長度不相符，PON系統(tǒng)管理員只能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的流量記錄來大致判斷是否存在有虛報隊列長度的ONU，以采取相應(yīng)的控制措施。因此，Hybrid策略具有的對ONU隊列長度信息的選擇技術(shù)不能及時有效地找出虛報隊列長度的ONU，不能實時地保護PON系統(tǒng)的動態(tài)帶寬分配，對只在某一時間段上虛假隊列長度的ONU也是無能為力。在某一時間段上，此類ONU仍然能達到騙取更多的帶寬或攻擊破壞系統(tǒng)正常工作的目的。另外，Hybrid策略對那些報告虛假隊列長度的ONU只是簡單的拒絕，而沒有進一步的控制甚至懲罰措施。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種無源光網(wǎng)絡(luò)動態(tài)帶寬分配裝置，光線路終端(OLT)根據(jù)各光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)的帶寬分配請求報告、各ONU實際發(fā)送業(yè)務(wù)量將光線路終端(OLT)與各光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)之間的帶寬公平地分配各光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)，它包括業(yè)務(wù)測量單元根據(jù)被測ONU帶寬分配請求報告內(nèi)容，測量所述ONU實際發(fā)送業(yè)務(wù)量，并將該測量結(jié)果、帶寬分配請求報告中的隊列長度輸出給信譽評估單元；信譽評估單元其包括比較控制單元和用于存儲各ONU的信譽等級記錄的信譽表，其中該比較控制單元將ONU實際發(fā)送業(yè)務(wù)量測量結(jié)果與ONU帶寬請求報告中的隊列長度進行比較，根據(jù)比較結(jié)果，作降低或維持或提高該ONU信譽等級記錄的處理，更新或維持所述信譽表內(nèi)該ONU信譽等級記錄；動態(tài)帶寬分配單元在一個帶寬分配周期內(nèi)，OLT根據(jù)生成的各ONU信譽等級記錄、ONU帶寬分配請求報告完成動態(tài)帶寬分配，輸出帶寬分配授權(quán)消息。
上述的無源光網(wǎng)絡(luò)動態(tài)帶寬分配裝置，其中，業(yè)務(wù)測量單元采用輪循的方式分別對各ONU實際發(fā)送業(yè)務(wù)量進行測量。
上述的無源光網(wǎng)絡(luò)動態(tài)帶寬分配裝置，其中，信譽評估單元作降低或維持或提高該ONU信譽等級記錄處理的原則是，如果ONU帶寬分配請求報告中的隊列長度大于該ONU實際發(fā)送業(yè)務(wù)量測量結(jié)果，則降低該ONU信譽等級記錄，否則，維持或提高該ONU信譽等級記錄。
上述的無源光網(wǎng)絡(luò)動態(tài)帶寬分配裝置，其中，比較控制單元對具有最低信譽等級記錄的ONU向無源光網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)發(fā)出告警信息。
上述的無源光網(wǎng)絡(luò)動態(tài)帶寬分配裝置，其中，動態(tài)帶寬分配單元包括第一加權(quán)控制單元根據(jù)各ONU信譽等級記錄，選擇與其信譽等級記錄相應(yīng)的加權(quán)因子對各ONU帶寬請求報告中的隊列長度進行加權(quán)處理；第一DBA計算單元根據(jù)加權(quán)處理后的ONU隊列長度進行動態(tài)帶寬分配，產(chǎn)生各ONU的帶寬分配授權(quán)消息。
上述的無源光網(wǎng)絡(luò)動態(tài)帶寬分配裝置，其中，動態(tài)帶寬分配單元也可以包括第二加權(quán)控制單元根據(jù)各ONU信譽等級記錄，選擇與其信譽等級記錄相應(yīng)的加權(quán)因子；第二DBA計算單元根據(jù)各ONU帶寬請求報告進行動態(tài)帶寬分配，并予以加權(quán)后，產(chǎn)生各ONU的帶寬分配授權(quán)消息。
此外，本發(fā)明還提供一種無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)動態(tài)帶寬分配方法，以確保各ONU帶寬分配請求報告的真實性，使上行帶寬得到公平有效的分配利用，包括如下步驟a)、業(yè)務(wù)測量步驟OLT根據(jù)被測ONU帶寬分配請求報告內(nèi)容，測量所述ONU實際發(fā)送業(yè)務(wù)量，輸出該ONU帶寬分配請求報告中的隊列長度、測量結(jié)果；b)、信譽評估步驟將步驟a)中輸出的ONU帶寬分配請求報告隊列中的長度與該ONU實際發(fā)送業(yè)務(wù)量測量結(jié)果進行比較如果ONU帶寬分配請求報告中的隊列長度大于實際發(fā)送業(yè)務(wù)量測量結(jié)果，則降低該ONU信譽等級記錄，否則，維持/提高該ONU信譽等級記錄，并用該信譽等級記錄來更新或維持該ONU原信譽等級記錄；c)、帶寬分配步驟在一個帶寬分配周期內(nèi)，OLT根據(jù)b)信譽評估步驟生成的各ONU信譽等級記錄、ONU帶寬分配請求報告完成帶寬分配，并輸出帶寬分配授權(quán)消息。
優(yōu)選地，所述的a)業(yè)務(wù)測量步驟中，對各ONU實際發(fā)送業(yè)務(wù)量的測量是采用輪循的方式逐一進行的。
優(yōu)選地，所述的b)信譽評估步驟中，對最低信譽等級記錄的ONU向無源光網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)發(fā)出告警信息。
優(yōu)選地，所述c)帶寬分配步驟中，完成帶寬分配是根據(jù)各ONU信譽等級記錄對各ONU帶寬分配請求報告中的隊列長度分別進行加權(quán)處理后，再對經(jīng)加權(quán)處理過的隊列長度的計算來完成動態(tài)帶寬分配。
優(yōu)選地，所述c)帶寬分配步驟中，完成帶寬分配是根據(jù)各ONU帶寬分配請求報告中的隊列長度和各ONU信譽等級記錄對各ONU授權(quán)帶寬分別進行加權(quán)計算后，來完成動態(tài)帶寬分配。
本發(fā)明中，OLT監(jiān)測的結(jié)果不直接用于DBA計算，而只作為判斷ONU隊列長度報告信息可信度的依據(jù)，可以防止惡意用戶對系統(tǒng)和合法用戶的影響，保護系統(tǒng)的正常工作和合法用戶的服務(wù)質(zhì)量要求，保證系統(tǒng)上行帶寬的利用率和帶寬分配的公平性。
另外，本發(fā)明可以保證個別ONU的操作故障和PON系統(tǒng)傳輸故障不會影響整個系統(tǒng)的帶寬分配。并能使不同生產(chǎn)廠商的ONU公平有效地工作在同一個PON系統(tǒng)上。
而且，PON網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)通過各ONU信譽等級記錄，可以及時發(fā)現(xiàn)和控制惡意用戶，ONU操作故障和PON系統(tǒng)傳輸故障，以及新加入ONU隊列長度報告機構(gòu)的不一致等問題。
與現(xiàn)有的混合型DBA策略下的ONU隊列長度信息選擇技術(shù)相比在混合型DBA策略下，只能由PON系統(tǒng)管理員事先判斷哪些ONU的隊列長度信息是不可信的，對于不可信的ONU，在帶寬分配過程中不使用它們的隊列長度報告信息，由OLT自行監(jiān)測它們的業(yè)務(wù)流，獲取業(yè)務(wù)狀態(tài)信息，完成DBA運算。而本發(fā)明是動態(tài)判斷每個ONU隊列長度信息是否真實可信，對不可信的隊列長度信息進行加權(quán)處理，將處理后的隊列長度信息送給DBA算法完成帶寬分配計算。
在混合型DBA策略下，DBA算法使用一部分ONU的隊列長度報告信息，同時也使用另外一部分ONU的業(yè)務(wù)流監(jiān)測信息，以這種混合方式來完成帶寬分配。而本發(fā)明下，DBA算法只使用ONU隊列長度信息(盡管有些是經(jīng)過加權(quán)處理過的)作為其輸入條件，保證了使帶寬分配對ONU的業(yè)務(wù)變化作出快速響應(yīng)。
在混合型DBA策略下，OLT需要同時監(jiān)測多個ONU的業(yè)務(wù)流，而在本發(fā)明中，OLT以輪循方式來監(jiān)測ONU的業(yè)務(wù)流，在任意時刻OLT只監(jiān)測一個ONU的業(yè)務(wù)流。


圖1是典型的PON寬帶接入網(wǎng)絡(luò)；圖2是ONU業(yè)務(wù)監(jiān)測和控制部分結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是典型的OLT動態(tài)帶寬分配結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明OLT動態(tài)帶寬分配裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是ONU在分配得到的時隙上業(yè)務(wù)傳輸?shù)姆绞?；圖6是根據(jù)本發(fā)明動態(tài)帶寬分配裝置的信譽評估單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明動態(tài)帶寬分配裝置的DBA分配單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明動態(tài)帶寬分配裝置的DBA分配單元另一結(jié)構(gòu)示意圖；以及圖9是本發(fā)明OLT動態(tài)帶寬分配流程圖。
具體實施例方式
下面，結(jié)合附圖對本發(fā)明技術(shù)內(nèi)容作進一步說明。
一、本發(fā)明無源光網(wǎng)絡(luò)動態(tài)帶寬分配裝置如圖4所示，本發(fā)明OLT動態(tài)帶寬分配裝置包括業(yè)務(wù)測量單元102、信譽評估單元103、帶寬分配單元106’。
在業(yè)務(wù)測量單元102中，OLT以輪循方式測量每個ONU的業(yè)務(wù)流。業(yè)務(wù)測量單元102先獲取被測ONU最新的帶寬分配請求報告，然后，根據(jù)該報告開始記錄該ONU的實際發(fā)送業(yè)務(wù)流。對每個ONU業(yè)務(wù)流的監(jiān)測時間取決于帶寬分配請求報告中的隊列長度信息和該ONU的實際突發(fā)業(yè)務(wù)長度(即不間斷傳輸?shù)淖止?jié)數(shù))。進一步參見圖5ONU在分配得到的時隙上業(yè)務(wù)傳輸?shù)姆绞綀D5(a)中ONU1的一次突發(fā)傳輸在一個時隙內(nèi)完成，那么，一次測量可能在此ONU的一個傳輸時隙內(nèi)完成；圖5(b)中，ONU1的一次突發(fā)傳輸跨越2個時隙，那么，一次測量也必須跨越2個時隙。其中，調(diào)度周期是指一次帶寬分配周期，在此時間段內(nèi)，所有ONU都獲得一個傳輸時隙，傳輸時隙的長短取決于OLT帶寬分配單元106’分配給相應(yīng)ONU的帶寬。在PON系統(tǒng)工作過程中，調(diào)度周期一般是固定不變的。當(dāng)一次突發(fā)業(yè)務(wù)結(jié)束或記錄的字節(jié)數(shù)達到該ONU報告的隊列長度時，則本次業(yè)務(wù)測量結(jié)束。測量結(jié)果--實際發(fā)送業(yè)務(wù)量和寬分配請求報告中的隊列長度信息將被送給信譽評估單元103以待進一步處理。然后開始對下一個ONU進行測量。
在信譽評估單元103中，OLT將來自業(yè)務(wù)測量單元102被測ONU實際發(fā)送業(yè)務(wù)量和寬分配請求報告中中隊列長度信息進行比較，并更新該ONU信譽等級記錄。假設(shè)信譽等級具有N個等級0、1......N級，0級為最高信譽等級。當(dāng)系統(tǒng)上電啟動，ONU注冊加入PON系統(tǒng)后，每個ONU的信譽等級處于最高級(0級)。當(dāng)ONU帶寬分配請求報告中隊列長度小于或等于該ONU實際發(fā)送業(yè)務(wù)量，說明此ONU報告的隊列長度是可信的，將該ONU的信譽等級減1，以提高其信譽級別，如果信譽等級減1操作的結(jié)果小于0，則將其信譽級別維持為0；當(dāng)ONU帶寬分配請求報告中的隊列長度大于該ONU實際發(fā)送業(yè)務(wù)量，說明此ONU虛報了其隊列長度，該ONU是不可信的，將該ONU的信譽值加1，以降低信譽等級，如果信譽值加1操作的結(jié)果大于N，則將其信譽級別維持為N。當(dāng)一個ONU出現(xiàn)信譽等級等于M(由OLT系統(tǒng)設(shè)定)的情況，信譽評估單元103將向PON網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)(NMS)發(fā)出報警信息，以通知網(wǎng)絡(luò)管理員系統(tǒng)中存在虛報隊列長度的ONU，由網(wǎng)絡(luò)管理員進行相應(yīng)的處理。信譽評估單元103輸出的各ONU信譽等級將作為OLT帶寬分配單元106’對各ONU帶寬分配進行控制管理的依據(jù)。
在DBA分配單元106’中，OLT根據(jù)信譽評估單元103生成的各ONU信譽記錄對各ONU帶寬分配請求報告中的隊列長度分別進行加權(quán)處理，根據(jù)加權(quán)后各ONU隊列長度進行帶寬分配，產(chǎn)生各ONU的帶寬分配授權(quán)消息。
如圖6所示，信譽評估單元103可以包括比較控制單元103a、信譽表103b，信譽表103b存放著當(dāng)前PON系統(tǒng)所有ONU的信譽等級，假設(shè)信譽等級具有3個等級0、1、2級，0級為最高信譽等級。當(dāng)系統(tǒng)上電啟動，ONU注冊加入PON系統(tǒng)后，每個ONU的信譽等級處于最高級(0級)。比較控制單元103a接收當(dāng)前ONU隊列報告、業(yè)務(wù)測量結(jié)果并進行比較。當(dāng)ONU帶寬分配請求報告中的隊列長度小于或等于該ONU實際發(fā)送業(yè)務(wù)量，說明此ONU報告的隊長度是可信的，將信譽表103b中該ONU的信譽等級減1，以提高其信譽級別，如果信譽等級減1操作的結(jié)果小于0，則將其信譽級別維持為0；當(dāng)ONU帶寬分配請求報告中的隊列長度大于該ONU實際發(fā)送業(yè)務(wù)量，說明此ONU虛報了其隊列長度，該ONU是不可信的，將信譽表103b中存放的該ONU的信譽值加1，以降低信譽等級，如果信譽值加1操作的結(jié)果大于2，則將其信譽級別維持為2。當(dāng)一個ONU出現(xiàn)信譽等級等于2的情況，比較控制單元103a將向PON網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)(NMS)發(fā)出報警信息，以通知網(wǎng)絡(luò)管理員系統(tǒng)中存在虛報隊列長度的ONU，由網(wǎng)絡(luò)管理員進行相應(yīng)的處理。
如圖7所示，DBA分配單元106’包括第一加權(quán)控制單元106a，對進入DBA分配單元的各個ONU的隊列長度進行加權(quán)處理。第一DBA計算單元106b，根據(jù)加權(quán)處理后的隊列長度進行帶寬分配。
加權(quán)處理的方法是根據(jù)為每個信譽等級提供一個加權(quán)因子，假設(shè)信譽等級具有3個等級，加權(quán)因子選擇如表1所示表1

其中，加權(quán)因子P1和P2是一個可設(shè)置的變量，由PON系統(tǒng)管理員控制。加權(quán)控制單元106a將根據(jù)ONU的信譽等級選擇加權(quán)因子，用加權(quán)因子乘上ONU報告的隊列長度信息，完成加權(quán)控制。信譽等級為0級的ONU，由于加權(quán)因子為1，經(jīng)過加權(quán)控制單元106a后，其送給DBA計算單元106b的隊列長度值不變。而信譽等級為1或2級的ONU，經(jīng)過加權(quán)單元后，其送給DBA計算單元106b的隊列長度值將變小。經(jīng)過加權(quán)處理后，將會把ONU虛報隊列長度對DBA帶寬分配的影響降為最低。
作為DBA分配單元另一實施例，如圖8所示，DBA分配單元106’包括第二加權(quán)控制單元106a’，對根據(jù)各ONU信譽等級選擇相應(yīng)的加權(quán)因子，第二DBA計算單元106b’，根據(jù)各ONU帶寬分配隊列報告、加權(quán)因子進行帶寬分配，它在DBA計算中綜合考慮加權(quán)因子，以實現(xiàn)高效公平的帶寬分配。
二、本發(fā)明無源光網(wǎng)絡(luò)動態(tài)帶寬分配方法圖9是本發(fā)明OLT動態(tài)帶寬分配方法流程圖，它包括業(yè)務(wù)測量步驟201、信譽評估步驟202和帶寬分配步驟203，其中步驟201，OLT根據(jù)被測ONU帶寬分配請求報告內(nèi)容，測量所述ONU實際發(fā)送業(yè)務(wù)量。OLT可以從ONU上行數(shù)據(jù)流獲取被測ONU最新的帶寬分配請求報告，然后，根據(jù)該報告開始記錄該ONU的實際發(fā)送業(yè)務(wù)流，對每個ONU業(yè)務(wù)流的監(jiān)測時間取決于帶寬分配請求報告中的隊列長度信息和該ONU的實際突發(fā)業(yè)務(wù)長度(即不間斷傳輸?shù)淖止?jié)數(shù))。每次ONU測量結(jié)束時，其測量結(jié)果--實際發(fā)送業(yè)務(wù)量和寬分配請求報告中的隊列長度信息將被輸出。然后開始對下一個ONU進行測量。
步驟202包括步驟2021和步驟2022。在步驟2021，OLT將ONU帶寬分配請求報告中的隊列長度與步驟201該ONU實際發(fā)送業(yè)務(wù)量測量結(jié)果進行比較，之后，步驟2022根據(jù)比較結(jié)果更新或維持該ONU信譽等級記錄。如果ONU帶寬分配請求報告中的隊列長度大于實際發(fā)送業(yè)務(wù)量測量結(jié)果，則降低該ONU信譽等級，否則，維持/提高該光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)信譽等級。該信譽評估步驟可進一步包括對最低信譽等級的光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)就向無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)發(fā)出告警信息的步驟。
步驟203，在一個帶寬分配周期內(nèi)，OLT根據(jù)步驟2022生成的各ONU信譽等級記錄、ONU帶寬分配請求報告完成帶寬分配，并輸出帶寬分配授權(quán)消息。作為帶寬分配一實施方式，在步驟2031中，OLT根據(jù)步驟2022生成的各ONU信譽等級記錄對各ONU帶寬分配請求報告中的隊列長度分別進行加權(quán)處理，之后，在步驟2032中，DBA計算根據(jù)這些經(jīng)加權(quán)處理過的隊列長度完成帶寬分配，輸出帶寬分配授權(quán)消息。作為帶寬分配另外一種實施方式，在步驟2031中，OLT根據(jù)步驟2022生成的各ONU信譽等級記錄進行加權(quán)因子選擇，之后，在步驟2032中，DBA計算根據(jù)這些加權(quán)因子、各ONU帶寬分配請求報告中的隊列長度信息完成帶寬分配，輸出帶寬分配授權(quán)消息。
根據(jù)本發(fā)明用于無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)的動態(tài)帶寬分配方法及其裝置，下面分三種情況來分析本發(fā)明對PON系統(tǒng)帶寬分配所產(chǎn)生的效果這里，我們先做如下一些假設(shè)1)系統(tǒng)中共有4個ONU-i(i＝1，2，3，4)，其中ONU-4為惡意用戶，向OLT虛報隊列長度，即報告的隊列長度總是大于其實際的隊列長度值。
2)OLT DBA算法上述等式(1)3)PON系統(tǒng)上行帶寬1.24416Gbps，OLT帶寬分配周期為125微秒，在一個分配周期中，可傳輸19440字節(jié)的業(yè)務(wù)量(這里忽略各種協(xié)議開銷)。這里以在一個分配周期(125微秒)內(nèi)ONU可以傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)代表其獲得的帶寬量。
第一種情況在一個帶寬分配周期內(nèi)，系統(tǒng)當(dāng)前ONU實際業(yè)務(wù)量的總和小于上行帶寬，即系統(tǒng)處于欠負荷狀態(tài)。而所有ONU報告的隊列長度之和也小于上行帶寬。
表2

對于第一種情況，如果按ONU-4虛報的隊列長度分配帶寬而沒有任何加權(quán)處理，ONU-4會獲得比其它ONU更多的帶寬，如ONU-4獲得5718字節(jié)，而ONU-3僅獲得3430字節(jié)(如果ONU-4不虛報隊列長度，它們應(yīng)該獲得相同的帶寬)。ONU-4獲得更多的帶寬，就可以使它有機會傳輸更多的業(yè)務(wù)，并獲得更好的傳輸特性。例如當(dāng)ONU-4向OLT報告隊列長度信息之后，馬上又接送到來自UNI接口上的突發(fā)業(yè)務(wù)，那么其獲得的上行傳輸時隙中，這些新到的突發(fā)業(yè)務(wù)也有機會被傳輸出去，獲得很好的傳輸特性。而對于其它ONU來說，就沒有這種優(yōu)勢，顯然這是不公平的。
但是，如果OLT采用了加權(quán)機制對ONU-4的隊列長度報告信息進行控制，則DBA的帶寬分配就會變得比較公平，并接近無虛報隊列長度下的正常值。而如果加權(quán)因子比較大，甚至可以達到懲罰惡意用戶的目的，使其僅獲得有限的帶寬。
第二種情況在一個帶寬分配周期內(nèi)，系統(tǒng)當(dāng)前ONU實際業(yè)務(wù)量的總和小于上行帶寬，而ONU報告的隊列長度之和大于上行帶寬。
表3

在這種情況下，如果ONU-4不虛報隊列長度信息，那么每個ONU都可以得到足夠的帶寬去傳送自己的業(yè)務(wù)。
但是，當(dāng)ONU-4報告虛假隊列長度時，而OLT又沒有采取任何加權(quán)措施，則ONU-4將獲得更多的帶寬分配。這將導(dǎo)致其它ONU獲得的帶寬減少，使它們不能及時傳輸當(dāng)前隊列中的業(yè)務(wù)。如ONU-4的實際業(yè)務(wù)量只有5000字節(jié)，但它獲得了7953字節(jié)，這些多余的帶寬有可能被浪費掉。而此時，ONU-1，ONU-2和ONU-3都沒獲得足夠的帶寬去傳輸它們的業(yè)務(wù)。此時的帶寬分配是不公平的也是低效的。
如果在ONU-4報告虛假隊列長度時，OLT采用加權(quán)控制機制，帶寬分配的效果就會改善，帶寬分配就會趨于公平，效率也會有所提高。在加權(quán)因子等于P2＝0.50時，惡意用戶所獲得的帶寬量將被限制在一個較低的水平上，保證了合法用戶的正常工作。當(dāng)選擇適當(dāng)?shù)募訖?quán)因子后，可以達到無虛報隊列長度時的分配效果。
第三種情況在一個帶寬分配周期內(nèi)，系統(tǒng)中ONU當(dāng)前的實際業(yè)務(wù)量的總和大于上行帶寬，而ONU報告的隊列長度之和也大于上行帶寬。
表4

在這種情況下，由于系統(tǒng)中ONU的實際業(yè)務(wù)量之和大于上行帶寬，所以每個ONU獲得的帶寬都滿足不了其當(dāng)前的帶寬需求。如果沒有ONU虛報隊列長度，則DBA算法將按比例分配給各ONU相應(yīng)的帶寬。這是一種公平的帶寬分配方案。
但是，如果ONU-4虛報隊列長度信息而不采取加權(quán)控制，則上述公平的帶寬分配就實現(xiàn)不了。在上表中，ONU-4獲得了比它實際需求多得多的的帶寬，可能會造成了帶寬浪費，相反其它合法ONU獲得的帶寬則非常少。顯然，在這種情況下，ONU-4強占了其它ONU應(yīng)得的帶寬，這極大地影響了其它合法ONU的工作。
當(dāng)系統(tǒng)采用加權(quán)控制后，情況得到了極大改善，在加權(quán)因子為P2＝0.50的情況下，帶寬分配幾乎達到了無虛報隊列長度情況下的分配效果，保證了系統(tǒng)帶寬分配的公平性和有效性。
通過以上的分析，說明本發(fā)明對系統(tǒng)動態(tài)帶寬分配的保護作用，使系統(tǒng)帶寬分配在受到惡意用戶攻擊或其它存在虛報隊列長度的情況下仍能達到理想的分配效果。
以上結(jié)合實施例對本發(fā)明的裝置及方法進行了詳細說明，本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員根據(jù)以上說明能對本發(fā)明作出種種變化和修改，因此，所描述的細節(jié)不應(yīng)當(dāng)構(gòu)成對本發(fā)明的限定。本發(fā)明應(yīng)以所附權(quán)利要求書加以限定。
權(quán)利要求
1.一種用于無源光網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)帶寬分配裝置，用于OLT根據(jù)各ONU帶寬分配請求報告、各ONU實際發(fā)送業(yè)務(wù)量將OLT與各ONU之間的帶寬公平地分配給各ONU，其特征在于它包括業(yè)務(wù)測量單元根據(jù)被測ONU帶寬分配請求報告內(nèi)容，測量所述ONU實際發(fā)送業(yè)務(wù)量，并將該測量結(jié)果、帶寬分配請求報告中的隊列長度輸出給信譽評估單元；信譽評估單元其包括比較控制單元和用于存儲各ONU的信譽等級記錄的信譽表，其中該比較控制單元將ONU實際發(fā)送業(yè)務(wù)量測量結(jié)果與ONU帶寬請求報告中的隊列長度進行比較，根據(jù)比較結(jié)果，作降低或維持或提高該ONU信譽等級記錄的處理，更新或維持所述信譽表內(nèi)該ONU信譽等級記錄；動態(tài)帶寬分配單元在一個帶寬分配周期內(nèi)，OLT根據(jù)生成的各ONU信譽等級記錄、ONU帶寬分配請求報告完成動態(tài)帶寬分配，輸出帶寬分配授權(quán)消息。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于無源光網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)帶寬分配裝置，其特征在于所述業(yè)務(wù)測量單元采用輪循的方式分別對各ONU實際發(fā)送業(yè)務(wù)量進行測量。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于無源光網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)帶寬分配裝置，其特征在于所述信譽評估單元作降低或維持或提高該ONU信譽等級記錄處理的原則是，如果ONU帶寬分配請求報告中的隊列長度大于該ONU實際發(fā)送業(yè)務(wù)量測量結(jié)果，則降低該ONU信譽等級記錄，否則，維持或提高該ONU信譽等級記錄。
4.如權(quán)利要求3所述的一種用于無源光網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)帶寬分配裝置，其特征在于所述比較控制單元對具有最低信譽等級記錄的ONU向無源光網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)發(fā)出告警信息。
5.如權(quán)利要求1至4任一權(quán)利要求所述的一種用于無源光網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)帶寬分配裝置，其特征在于所述動態(tài)帶寬分配單元包括第一加權(quán)控制單元根據(jù)各ONU信譽等級記錄，選擇與其信譽等級記錄相應(yīng)的加權(quán)因子對各ONU帶寬請求報告中的隊列長度進行加權(quán)處理；第一DBA計算單元根據(jù)加權(quán)處理后的ONU隊列長度進行動態(tài)帶寬分配，產(chǎn)生各ONU的帶寬分配授權(quán)消息。
6.如權(quán)利要求1至4任一權(quán)利要求所述的一種用于無源光網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)帶寬分配裝置，其特征在于所述動態(tài)帶寬分配單元包括第二加權(quán)控制單元根據(jù)各ONU信譽等級記錄，選擇與其信譽等級記錄相應(yīng)的加權(quán)因子；第二DBA計算單元根據(jù)各ONU帶寬請求報告進行動態(tài)帶寬分配，并予以加權(quán)后，產(chǎn)生各ONU的帶寬分配授權(quán)消息。
7.一種無源光網(wǎng)絡(luò)動態(tài)帶寬分配方法，用于OLT根據(jù)各ONU的帶寬分配請求報告、各ONU實際發(fā)送業(yè)務(wù)量將OLT與各ONU之間的帶寬公平地分配各給ONU，包括如下步驟a)、業(yè)務(wù)測量步驟OLT根據(jù)被測ONU帶寬分配請求報告內(nèi)容，測量所述ONU實際發(fā)送業(yè)務(wù)量，輸出該ONU帶寬分配請求報告中的隊列長度、測量結(jié)果；b)、信譽評估步驟將步驟a)中輸出的ONU帶寬分配請求報告中的隊列長度與該ONU實際發(fā)送業(yè)務(wù)量測量結(jié)果進行比較如果ONU帶寬分配請求報告中的隊列長度大于實際發(fā)送業(yè)務(wù)量測量結(jié)果，則降低該ONU信譽等級記錄，否則，維持/提高該ONU信譽等級記錄，并用該信譽等級記錄來更新或維持該ONU原信譽等級記錄；c)、帶寬分配步驟在一個帶寬分配周期內(nèi)，OLT根據(jù)b)信譽評估步驟生成的各ONU信譽等級記錄、ONU帶寬分配請求報告完成帶寬分配，并輸出帶寬分配授權(quán)消息。
8.如權(quán)利要求7所述的一種無源光網(wǎng)絡(luò)動態(tài)帶寬分配方法，其特征在于，在所述的a)業(yè)務(wù)測量步驟中，對各ONU實際發(fā)送業(yè)務(wù)量的測量是采用輪循的方式逐一進行的。
9.如權(quán)利要求7所述的一種無源光網(wǎng)絡(luò)動態(tài)帶寬分配方法，其特征在于，在所述的b)信譽評估步驟中，對最低信譽等級記錄的ONU向無源光網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)發(fā)出告警信息。
10.如權(quán)利要求7至9任一權(quán)利要求所述的一種無源光網(wǎng)絡(luò)動態(tài)帶寬分配方法，其特征在于，在所述c)帶寬分配步驟中，完成帶寬分配是根據(jù)各ONU信譽等級記錄對各ONU帶寬分配請求報告中的隊列長度分別進行加權(quán)處理后，再對經(jīng)加權(quán)處理過的隊列長度的計算來完成動態(tài)帶寬分配。
11.如權(quán)利要求7至9任一權(quán)利要求所述的一種無源光網(wǎng)絡(luò)動態(tài)帶寬分配方法，其特征在于，在所述c)帶寬分配步驟中，完成帶寬分配是根據(jù)各ONU帶寬分配請求報告中的隊列長度和各ONU信譽等級記錄對各ONU授權(quán)帶寬分別進行加權(quán)計算后，來完成動態(tài)帶寬分配。
全文摘要
一種無源光網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)帶寬分配裝置及方法，包括業(yè)務(wù)測量單元根據(jù)被測ONU帶寬分配請求報告內(nèi)容，測量所述ONU實際發(fā)送業(yè)務(wù)量，并將該測量結(jié)果、帶寬分配請求報告中的隊列長度輸出給信譽評估單元；信譽評估單元比較上述輸出結(jié)果，作降低或維持或提高該ONU信譽等級記錄的處理，動態(tài)帶寬分配單元根據(jù)生成的各ONU信譽等級記錄、ONU帶寬分配請求報告完成動態(tài)帶寬分配，輸出帶寬分配授權(quán)消息。本發(fā)明可以防止惡意用戶對系統(tǒng)和合法用戶的影響，保護系統(tǒng)的正常工作和合法用戶的服務(wù)質(zhì)量要求，保證系統(tǒng)上行帶寬的利用率和帶寬分配的公平性。
文檔編號H04L12/24GK1635739SQ20031012284
公開日2005年7月6日 申請日期2003年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月26日
發(fā)明者冷曉冰, 穆罕默德·倪澤姆, 齊江, 趙巖 申請人:上海貝爾阿爾卡特股份有限公司