專利名稱：一種消除空閑時(shí)間的epon信道傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種EPON信道傳輸方法，尤其涉及一種能夠消除空閑時(shí)間的EPON信 道傳輸方法，屬于光通信、光接入網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)(EPON，Ethernet Passive Optical Network)是接入網(wǎng)中的主 要技術(shù)，EPON上/下行分別使用1310/1490nm波長進(jìn)行傳輸。EPON的上行方向由多個(gè)用戶 側(cè)光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU，Optical Network Unit)共同使用一個(gè)波長(1310nm)并采用時(shí)分多址 (TDMA,Time Division MultipleAddress)方式共享上行帶寬，因此需要采用動(dòng)態(tài)帶寬分配 算法(DBA, Dynamic Bandwidth Allocation)對(duì) EPON 上行帶寬進(jìn)行調(diào)度。DBA 算法是 EPON 的關(guān)鍵技術(shù)，效率和公平性是評(píng)價(jià)DBA算法的主要性能參數(shù)。經(jīng)典的DBA算法有G. Kramer 等人提出的IPACT算法和S. Choi提出的Cycle-Polling DBA算法等。IPACT算法采用的是交互式的接入控制帶內(nèi)信令處理方式，在光線路終端(0LT， Optical Line Terminal)和ONU之間交換控制信息。OLT以先到先處理為原則處理從ONU 發(fā)來的請(qǐng)求。OLT中保存一個(gè)輪詢表，其記錄了每個(gè)ONU的緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)量和往返時(shí)延 (RTT, Round Trip Time)大小。若某一時(shí)刻OLT收到ONU發(fā)來的請(qǐng)求，則即時(shí)處理，根據(jù) 請(qǐng)求的信息更新信息表，并立即向ONU發(fā)送一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，準(zhǔn)許其在指定時(shí)刻發(fā)送一定大 小的數(shù)據(jù)。一旦ONU接收到該授權(quán)信息，便開始上行發(fā)送數(shù)據(jù)包，各個(gè)ONU都必須在其欲 發(fā)送的數(shù)據(jù)幀的尾部附加上請(qǐng)求信息，用于向OLT申請(qǐng)后續(xù)帶寬。在OLT給第一個(gè)ONU發(fā) 送授權(quán)之后，在接收數(shù)據(jù)的同時(shí)，又給第二個(gè)ONU發(fā)送授權(quán)，而不是等到接收完第一個(gè)ONU 的數(shù)據(jù)才給第二個(gè)ONU發(fā)送授權(quán)，每兩個(gè)ONU上傳的數(shù)據(jù)之間僅相隔保護(hù)時(shí)間Tpjmd,從而 充分禾丨J用了上行帶寬[Kramer G, Mukherjee B, Pasavento G. Interleaved Polling with Adaptive Cycle Time(IPACT) :A Dynamic Protocol for an Ethernet PON(EPON)[J], IEEE Communication,2002,40(2) :74_80]。IPACT算法雖然可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的上行帶寬分配，但因輪詢周期不固定存在較大的 時(shí)延抖動(dòng)，系統(tǒng)在輕負(fù)載時(shí)還會(huì)導(dǎo)致下行帶寬浪費(fèi)。針對(duì)IPACT算法的缺點(diǎn)，S. Choi等人提 出了改進(jìn)的Cycle-Polling DBA算法[S. Choi. Cyclic Polling-Based Dynamic Bandwidth Allocation for Differentiated Classes of Service in Ethenret Passive Optical Networks [J], Photonic Netw, 2004, 7 (1) =87-96] 其與 IPACT 算法主要的不同的是采用了 固定時(shí)間的周期輪詢機(jī)制。OLT在收到某個(gè)ONU發(fā)來的請(qǐng)求并更新輪詢表后，并不會(huì)立即向 這個(gè)ONU發(fā)送授權(quán)信息，而是等待本周期最后一個(gè)ONU的數(shù)據(jù)(DATA)和帶寬請(qǐng)求(REPORT) 上傳結(jié)束后，OLT才會(huì)調(diào)用DBA模塊，將所有ONU上報(bào)的請(qǐng)求帶寬進(jìn)行匯總，一次性為所有 ONU統(tǒng)籌分配帶寬，而后窗口信息(GATE)會(huì)由OLT集中發(fā)送到各0NU，每個(gè)ONU在收到授權(quán) 信息后按照規(guī)定的時(shí)間窗口和長度發(fā)送數(shù)據(jù)。這種固定時(shí)間的周期輪詢機(jī)制，使得輪詢周期不會(huì)隨負(fù)載的變化而變化，解決了 輕負(fù)載下輪詢周期自適應(yīng)收縮導(dǎo)致的下行帶寬浪費(fèi)問題；另一方面，固定的輪詢周期使得輕負(fù)載和重負(fù)載下時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)基本保持恒定，解決了 IPACT算法的時(shí)延抖動(dòng)問題。但 該算法仍然存在一個(gè)顯著的上行帶寬浪費(fèi)的問題。OLT完成DBA計(jì)算和生成授權(quán)表需要一定的時(shí)間，記為Tdba ；隨后，OLT再集中將所 有授權(quán)發(fā)送給各0NU。以O(shè)NU 1為例，授權(quán)信息(Grant)下行發(fā)送到ONU 1需要RTT/2的 時(shí)間，ONU 1接受到Grant信息后立即上傳數(shù)據(jù)和請(qǐng)求信息，經(jīng)過RTT/2的時(shí)間后抵達(dá)0LT。 在這一過程中相鄰兩個(gè)周期之間存在一段空閑時(shí)間Tidle，在這段時(shí)間內(nèi)上行信道處于空閑 狀態(tài)，這種現(xiàn)象被稱為周期間空閑損失，空閑時(shí)間Tidle可以表示為Tidle = Tdba+RTT(1)如果使用高速的CPU，則Tdba是可以忽略的；在EPON系統(tǒng)中，極端情況下OLT與ONU 相距可達(dá)20km，RTT可達(dá)0. 2ms,周期輪詢機(jī)制中通常取輪詢周期Teyele = 2ms，空閑時(shí)間占 輪詢周期的10%，極大地降低了 EPON系統(tǒng)上行鏈路的帶寬利用率，可見，周期空閑時(shí)間是 不容忽視的問題，如果將這10%的空閑時(shí)間利用起來，系統(tǒng)的上行帶寬利用率將顯著地提
尚ο針對(duì)空閑時(shí)間浪費(fèi)上行帶寬問題，目前有以下兩種解決方法一將每個(gè)上行周期劃分為兩個(gè)子周期，EF子周期(上傳EF類業(yè)務(wù))和AB 子周期(上傳AF/BE類業(yè)務(wù)和REPORT幀)。在等待OLT授權(quán)到達(dá)的空閑時(shí)間上傳EF類業(yè) 務(wù)。為使ONU所得帶寬與所需帶寬基本相符，每個(gè)周期OLT對(duì)各ONU需要授權(quán)兩次，這就額 外消耗了下行帶寬。而且當(dāng)EF類業(yè)務(wù)極少時(shí)，空閑時(shí)間仍然存在[曹宇.EPON動(dòng)態(tài)帶寬分 配算法研究[D].天津天津大學(xué)電子信息工程學(xué)院，2008]。方法二 采取對(duì)輕負(fù)載先授權(quán)，先傳送，重負(fù)載在接收到所有REPORT幀之后統(tǒng) 一計(jì)算帶寬并授權(quán)，相當(dāng)于在等待OLT授權(quán)到達(dá)的空閑時(shí)間上傳輕負(fù)載業(yè)務(wù)。當(dāng)輕負(fù) 載較少或是輕負(fù)載分布在周期的后半段時(shí)間上傳時(shí)，空閑時(shí)間仍是存在的[N.A.Radzi， Μ. D. Norashidah, Μ. H. Al-Mansoori, S. Μ. Intan, K. S. Sajaa. Intelligent Dynamic Bandwidth Allocation Algorithm in Upstream EPONs. [J].Opt. Commun. Netw,2010, 2(3) :148-158]。綜上所述，現(xiàn)有的EPON信道傳輸方法大多以周期輪詢機(jī)制為基礎(chǔ)，綜合ONU之間 和ONU內(nèi)部的業(yè)務(wù)根據(jù)優(yōu)先級(jí)進(jìn)行隊(duì)列以對(duì)上行帶寬進(jìn)行最大程度的公平合理的分配，避 免了輕負(fù)載帶寬有剩余而重負(fù)載業(yè)務(wù)得不到滿足的問題，但現(xiàn)有方法僅是針對(duì)OLT模塊帶 寬分配流程的設(shè)計(jì)，而忽略了周期輪詢機(jī)制存在時(shí)隙浪費(fèi)的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上，提供一種消除空閑時(shí)間的EPON信道傳輸 方法，解決周期輪詢機(jī)制下的空閑時(shí)間問題，提高EPON鏈路的傳輸效率。本發(fā)明的思路是將ONU分為兩類一類ONU與現(xiàn)有技術(shù)一樣，在上傳時(shí)，REPORT幀 和DATA幀一起傳送，稱之為普通ONU ；另一類ONU上傳數(shù)據(jù)時(shí)采用REPORT幀和DATA幀分 離傳送的方式，稱之為另類0NU，在等待OLT授權(quán)到達(dá)的空閑時(shí)間上傳另類ONU的數(shù)據(jù)幀，從 而消除空閑時(shí)間。具體而言，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種消除空閑時(shí)間的EPON信道傳輸方法，采用固定周期的輪詢機(jī)制，從每一輪詢 周期開始，OLT根據(jù)上一輪詢周期所有ONU發(fā)送的請(qǐng)求一次性為所有ONU統(tǒng)籌分配帶寬，并將授權(quán)信息集中發(fā)送到各0NU，每個(gè)ONU在收到授權(quán)信息后按照規(guī)定的時(shí)間和長度發(fā)送數(shù) 據(jù)，其特征在于將ONU分為兩類普通ONU和另類0NU，普通ONU的REPORT幀和DATA幀一起傳送， 另類ONU的REPORT幀和DATA幀分離傳送；以O(shè)LT開始進(jìn)行帶寬分配作為輪詢周期的起止 時(shí)刻，在每一輪詢周期內(nèi)，首先上傳另類ONU的DATA幀，然后上傳普通ONU的REPORT幀和 DATA幀，最后上傳另類ONU的REPORT幀。由于數(shù)據(jù)幀在上傳之前必然已經(jīng)過OLT的授權(quán)，所以每個(gè)周期首先上傳的另類 ONU的DATA幀都是經(jīng)過上一周期統(tǒng)一授權(quán)的，為了消除下行授權(quán)時(shí)上行的空閑等待時(shí)間， 本發(fā)明方法也可以說是推遲了另類ONU的DATA幀上傳時(shí)間。由于周期循環(huán)的性質(zhì)，首先上 傳與推遲上傳本質(zhì)是一樣的。采用上述技術(shù)方案時(shí)，OLT可使用現(xiàn)有的各種DBA算法進(jìn)行ONU的帶寬分配，記 請(qǐng)求帶寬民(i)為ONU緩存中未上傳的數(shù)據(jù)量，對(duì)于普通ONU，Br (i)即為ONU在本周期上 傳完數(shù)據(jù)后緩存中的數(shù)據(jù)量；對(duì)于另類0NU，記在某一輪詢周期OLT對(duì)此ONU的分配帶寬為 Bg (j)，這個(gè)另類ONU上傳的請(qǐng)求帶寬為B, (j)，此時(shí)對(duì)于另類0NU，緩存中有部分?jǐn)?shù)據(jù)是上一 周期已經(jīng)授權(quán)但還未上傳的，這部分?jǐn)?shù)據(jù)將在REPORT幀上傳后緊接著上傳。所以另類ONU 請(qǐng)求帶寬相當(dāng)于是B' r(j)，這是下一周期帶寬分配的依據(jù)，其計(jì)算公式為B' r(j) = Br(j)_Bg(j)。為了避免消耗不必要的下行帶寬，本發(fā)明技術(shù)方案中，OLT對(duì)另類ONU的REPORT幀 和DATA幀的授權(quán)信息集中在同一個(gè)GATE幀中，另類ONU只需根據(jù)OLT的授權(quán)在不同時(shí)刻 單獨(dú)發(fā)送REPORT幀和DATA幀。由于REPORT幀和DATA幀的分離會(huì)導(dǎo)致在保護(hù)時(shí)隙上消耗帶寬，當(dāng)另類ONU數(shù)量 過多時(shí)，則消耗在保護(hù)時(shí)隙上的帶寬過多；而另類ONU數(shù)量過少時(shí)，空閑時(shí)間又未能得到充 分利用，因此，另類ONU的數(shù)量應(yīng)適當(dāng)。本發(fā)明采用以下公式確定另類ONU的數(shù)量 其中，M表示另類ONU的個(gè)數(shù)，RTT表示周期間空閑時(shí)間，N表示ONU的總個(gè)數(shù)，T。y& 表示輪詢周期，Tguard表示保護(hù)時(shí)間間隔，「一 表示向上取整。本發(fā)明方法在周期輪詢機(jī)制的基礎(chǔ)上，將ONU分為普通ONU和另類0NU，普通ONU 的REPORT幀和DATA幀一起傳送，另類ONU的REPORT幀和DATA幀分離傳送；在等待OLT授 權(quán)到達(dá)的空閑時(shí)間上傳另類ONU的數(shù)據(jù)幀，從而消除空閑時(shí)間。本發(fā)明方法不僅提高了上 行信道的帶寬利用率，還保持了下行信道的帶寬利用率。


圖1為周期輪詢機(jī)制下空閑時(shí)間示意圖；圖2為本發(fā)明消除空閑時(shí)間的EPON信道傳輸方法的原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明
如附圖1所示，在傳統(tǒng)的周期輪詢機(jī)制下，空閑時(shí)間Tidle可以表示為Tidle = Tdba+RTT如果使用高速的CPU，則Tdba是可以忽略的；在EPON系統(tǒng)中，以極端情況下OLT與 ONU相距20km的情況為例，此時(shí)RTT可達(dá)0. 2ms,如按照周期輪詢機(jī)制中通常的輪詢周期 Tcycle = 2ms計(jì)算，空閑時(shí)間占輪詢周期的10%，在這段時(shí)間內(nèi)，上行信道處于空閑狀態(tài)，無 數(shù)據(jù)傳輸，極大地降低了 EPON系統(tǒng)上行鏈路的帶寬利用率。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來消除空閑時(shí)間的影響，提高EPON系統(tǒng)上行鏈路的帶 寬利用率一種消除空閑時(shí)間的EPON信道傳輸方法，采用固定周期的輪詢機(jī)制，從每一輪詢 周期開始，OLT根據(jù)上一輪詢周期所有ONU發(fā)送的請(qǐng)求一次性為所有ONU統(tǒng)籌分配帶寬，并 將授權(quán)信息集中發(fā)送到各0NU，每個(gè)ONU在收到授權(quán)信息后按照規(guī)定的時(shí)間和長度發(fā)送數(shù) 據(jù)，其特征在于將ONU分為兩類普通ONU和另類ONU，普通ONU的REPORT幀和DATA幀一起傳送， 另類ONU的REPORT幀和DATA幀分離傳送；以O(shè)LT開始進(jìn)行帶寬分配作為輪詢周期的起止 時(shí)刻，在每一輪詢周期內(nèi)，首先上傳另類ONU的DATA幀，然后上傳普通ONU的REPORT幀和 DATA幀，最后上傳另類ONU的REPORT幀。在本具體實(shí)施方式
中，OLT對(duì)另類ONU的REPORT幀和DATA幀的授權(quán)信息集中在同 一個(gè)GATE幀中，另類ONU只需根據(jù)OLT的授權(quán)在不同時(shí)刻單獨(dú)發(fā)送REPORT幀和DATA幀， 從而避免了下行帶寬不必要的消耗；本具體實(shí)施方式
中，為了盡可能減少由于REPORT幀和DATA幀分離傳送而導(dǎo)致的 保護(hù)時(shí)隙上的帶寬消耗，同時(shí)減少對(duì)高優(yōu)先級(jí)ONU的影響，另類ONU通過如下方法選取從所有ONU中選取優(yōu)先級(jí)最低的前M個(gè)作為另類0NU，其余ONU為普通ONU ；另類 ONU的數(shù)量由以下公式確定 其中，M表示另類ONU的個(gè)數(shù)，RTT表示周期間空閑時(shí)間，N表示ONU的總個(gè)數(shù)，Teyele 表示輪詢周期，Tguarf表示保護(hù)時(shí)間間隔，「一 表示向上取整。假設(shè)一個(gè)輪詢周期Teyele = 2ms，ONU個(gè)數(shù)N = 32，保護(hù)時(shí)間間隔Tguarf取1 μ s 5μ s,RTT = 0. 2ms ；根據(jù)上式可得另類ONU數(shù)量為4，即選取所有ONU中優(yōu)先級(jí)最低的4個(gè) 作為另類0NU，其余32個(gè)為普通0NU。在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，在一個(gè)輪詢周期內(nèi)(以O(shè)LT開始進(jìn)行帶寬分配作為輪詢 周期的起止時(shí)刻)，如附圖2所示，在下行信道，首先OLT根據(jù)上一輪詢周期所有ONU發(fā) 送的請(qǐng)求一次性為所有ONU統(tǒng)籌分配帶寬，并將授權(quán)信息集中發(fā)送到各0NU，其中另類 ONU (0NU4-0NU6)的REPORT幀和DATA幀的授權(quán)信息集中在同一個(gè)GATE幀中；同時(shí)，在上傳 信道，另類ONU (0NU4-0NU6)向OLT上傳DATA幀，完成后，普通ONU (0NU1-0NU3)向OLT上傳 DATA幀及REPORT幀，每個(gè)普通ONU的REPORT幀附加于DATA幀的尾部，普通ONU數(shù)據(jù)上傳 完成后，另類ONU向OLT上傳REPORT幀；如此依次循環(huán)，完成EPON上/下行信道的數(shù)據(jù)傳 輸。
根據(jù)附圖2可以看出，對(duì)于另類0NU，在REPORT幀上傳后和DATA幀上傳前到達(dá)的 數(shù)據(jù)，相對(duì)于普通ONU數(shù)據(jù)將有不同的延遲，這個(gè)延遲由REPORT幀和保護(hù)幀產(chǎn)生，對(duì)于低優(yōu) 先級(jí)的ONU這點(diǎn)是可以接受的，為了進(jìn)一步確保另類ONU的服務(wù)質(zhì)量不受影響，可以分配基 于信用度的預(yù)留帶寬以防止可能存在的帶寬不足和延遲。
權(quán)利要求
一種消除空閑時(shí)間的EPON信道傳輸方法，采用固定周期的輪詢機(jī)制，從每一輪詢周期開始，OLT根據(jù)上一輪詢周期所有ONU發(fā)送的請(qǐng)求一次性為所有ONU統(tǒng)籌分配帶寬，并將授權(quán)信息集中發(fā)送到各ONU，每個(gè)ONU在收到授權(quán)信息后按照規(guī)定的時(shí)間和長度發(fā)送數(shù)據(jù)，其特征在于將ONU分為兩類普通ONU和另類ONU，普通ONU的REPORT幀和DATA幀一起傳送，另類ONU的REPORT幀和DATA幀分離傳送；以O(shè)LT開始進(jìn)行帶寬分配作為輪詢周期的起止時(shí)刻，在每一輪詢周期內(nèi)，首先上傳另類ONU的DATA幀，然后上傳普通ONU的REPORT幀和DATA幀，最后上傳另類ONU的REPORT幀。
2.如權(quán)利要求1所述消除空閑時(shí)間的EP0N信道傳輸方法，其特征在于，0LT對(duì)另類0NU 的REPORT幀和DATA幀的授權(quán)信息集中在同一個(gè)GATE幀中。
3.如權(quán)利要求1所述消除空閑時(shí)間的EP0N信道傳輸方法，其特征在于，所述將0NU分 為兩類是指從所有0NU中選取M個(gè)作為另類0NU，其余0NU為普通0NU ；另類0NU的個(gè)數(shù)M 按照如下公式確定 其中，M表示另類ONU的個(gè)數(shù)，RTT表示周期間空閑時(shí)間，N表示0NU的總個(gè)數(shù)，Tcycle表 示輪詢周期，Tguarf表示保護(hù)時(shí)間間隔，「一 1表示向上取整。
4.如權(quán)利要求3所述消除空閑時(shí)間的EP0N信道傳輸方法，其特征在于，所述將0NU分 為兩類是指從所有0NU中選取優(yōu)先級(jí)最低的前M個(gè)作為另類0NU，其余0NU為普通0NU。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種消除空閑時(shí)間的EPON信道傳輸方法，涉及光通信、光接入網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明方法將ONU分為兩類普通ONU和另類ONU，普通ONU的REPORT幀和DATA幀一起傳送，另類ONU的REPORT幀和DATA幀分離傳送；以O(shè)LT開始進(jìn)行帶寬分配作為輪詢周期的起止時(shí)刻，在每一輪詢周期內(nèi)，首先上傳另類ONU的DATA幀，然后上傳普通ONU的REPORT幀和DATA幀，最后上傳另類ONU的REPORT幀。本發(fā)明利用REPORT幀和DATA幀分離傳送的方式，在等待OLT授權(quán)到達(dá)的空閑時(shí)間上傳另類ONU的數(shù)據(jù)幀，從而消除了傳統(tǒng)周期輪詢機(jī)制下的空閑時(shí)間，提高了EPON系統(tǒng)上行鏈路的帶寬利用率。
文檔編號(hào)H04B10/12GK101931834SQ20101026846
公開日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2010年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月1日
發(fā)明者沈建華, 郭紅梅 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)