專利名稱：一種消除空閑時間的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波長進行傳輸。EPON的上行方向由多個用戶 側(cè)光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU，Optical Network Unit)共同使用一個波長(1310nm)并采用時分多址 (TDMA,Time Division MultipleAddress)方式共享上行帶寬，因此需要采用動態(tài)帶寬分配 算法(DBA, Dynamic Bandwidth Allocation)對 EPON 上行帶寬進行調(diào)度。DBA 算法是 EPON 的關(guān)鍵技術(shù)，效率和公平性是評價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)來的請求。OLT中保存一個輪詢表，其記錄了每個ONU的緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)量和往返時延 (RTT, Round Trip Time)大小。若某一時刻OLT收到ONU發(fā)來的請求，則即時處理，根據(jù) 請求的信息更新信息表，并立即向ONU發(fā)送一個應(yīng)答信號，準許其在指定時刻發(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ONU都必須在其欲 發(fā)送的數(shù)據(jù)幀的尾部附加上請求信息，用于向OLT申請后續(xù)帶寬。在OLT給第一個ONU發(fā) 送授權(quán)之后，在接收數(shù)據(jù)的同時，又給第二個ONU發(fā)送授權(quán)，而不是等到接收完第一個ONU 的數(shù)據(jù)才給第二個ONU發(fā)送授權(quán)，每兩個ONU上傳的數(shù)據(jù)之間僅相隔保護時間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算法雖然可以實現(xiàn)動態(tài)的上行帶寬分配，但因輪詢周期不固定存在較大的 時延抖動，系統(tǒng)在輕負載時還會導(dǎo)致下行帶寬浪費。針對IPACT算法的缺點，S. Choi等人提 出了改進的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 固定時間的周期輪詢機制。OLT在收到某個ONU發(fā)來的請求并更新輪詢表后，并不會立即向 這個ONU發(fā)送授權(quán)信息，而是等待本周期最后一個ONU的數(shù)據(jù)(DATA)和帶寬請求(REPORT) 上傳結(jié)束后，OLT才會調(diào)用DBA模塊，將所有ONU上報的請求帶寬進行匯總，一次性為所有 ONU統(tǒng)籌分配帶寬，而后窗口信息(GATE)會由OLT集中發(fā)送到各0NU，每個ONU在收到授權(quán) 信息后按照規(guī)定的時間窗口和長度發(fā)送數(shù)據(jù)。這種固定時間的周期輪詢機制，使得輪詢周期不會隨負載的變化而變化，解決了 輕負載下輪詢周期自適應(yīng)收縮導(dǎo)致的下行帶寬浪費問題；另一方面，固定的輪詢周期使得輕負載和重負載下時延和時延抖動基本保持恒定，解決了 IPACT算法的時延抖動問題。但 該算法仍然存在一個顯著的上行帶寬浪費的問題。OLT完成DBA計算和生成授權(quán)表需要一定的時間，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 時間，ONU 1接受到Grant信息后立即上傳數(shù)據(jù)和請求信息，經(jīng)過RTT/2的時間后抵達0LT。 在這一過程中相鄰兩個周期之間存在一段空閑時間Tidle，在這段時間內(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20km，RTT可達0. 2ms,周期輪詢機制中通常取輪詢周期Teyele = 2ms，空閑時間占 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，周期空閑時間是 不容忽視的問題，如果將這10%的空閑時間利用起來，系統(tǒng)的上行帶寬利用率將顯著地提
尚ο針對空閑時間浪費上行帶寬問題，目前有以下兩種解決方法一將每個上行周期劃分為兩個子周期，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)到達的空閑時間上傳EF類業(yè) 務(wù)。為使ONU所得帶寬與所需帶寬基本相符，每個周期OLT對各ONU需要授權(quán)兩次，這就額 外消耗了下行帶寬。而且當EF類業(yè)務(wù)極少時，空閑時間仍然存在[曹宇.EPON動態(tài)帶寬分 配算法研究[D].天津天津大學電子信息工程學院，2008]。方法二 采取對輕負載先授權(quán)，先傳送，重負載在接收到所有REPORT幀之后統(tǒng) 一計算帶寬并授權(quán)，相當于在等待OLT授權(quán)到達的空閑時間上傳輕負載業(yè)務(wù)。當輕負 載較少或是輕負載分布在周期的后半段時間上傳時，空閑時間仍是存在的[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)先級進行隊列以對上行帶寬進行最大程度的公平合理的分配，避 免了輕負載帶寬有剩余而重負載業(yè)務(wù)得不到滿足的問題，但現(xiàn)有方法僅是針對OLT模塊帶 寬分配流程的設(shè)計，而忽略了周期輪詢機制存在時隙浪費的問題。

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間的EPON信道傳輸 方法，解決周期輪詢機制下的空閑時間問題，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，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)到達的空閑時間上傳另類ONU的數(shù)據(jù)幀，從 而消除空閑時間。具體而言，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種消除空閑時間的EPON信道傳輸方法，采用固定周期的輪詢機制，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ONU在收到授權(quán)信息后按照規(guī)定的時間和長度發(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開始進行帶寬分配作為輪詢周期的起止 時刻，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)時上行的空閑等待時間， 本發(fā)明方法也可以說是推遲了另類ONU的DATA幀上傳時間。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，OLT可使用現(xiàn)有的各種DBA算法進行ONU的帶寬分配，記 請求帶寬民(i)為ONU緩存中未上傳的數(shù)據(jù)量，對于普通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；對于另類0NU，記在某一輪詢周期OLT對此ONU的分配帶寬為 Bg (j)，這個另類ONU上傳的請求帶寬為B, (j)，此時對于另類0NU，緩存中有部分數(shù)據(jù)是上一 周期已經(jīng)授權(quán)但還未上傳的，這部分數(shù)據(jù)將在REPORT幀上傳后緊接著上傳。所以另類ONU 請求帶寬相當于是B' r(j)，這是下一周期帶寬分配的依據(jù)，其計算公式為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對另類ONU的REPORT幀 和DATA幀的授權(quán)信息集中在同一個GATE幀中，另類ONU只需根據(jù)OLT的授權(quán)在不同時刻 單獨發(fā)送REPORT幀和DATA幀。由于REPORT幀和DATA幀的分離會導(dǎo)致在保護時隙上消耗帶寬，當另類ONU數(shù)量 過多時，則消耗在保護時隙上的帶寬過多；而另類ONU數(shù)量過少時，空閑時間又未能得到充 分利用，因此，另類ONU的數(shù)量應(yīng)適當。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的個數(shù)，RTT表示周期間空閑時間，N表示ONU的總個數(shù)，T。y& 表示輪詢周期，Tguard表示保護時間間隔，「一 表示向上取整。本發(fā)明方法在周期輪詢機制的基礎(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)到達的空閑時間上傳另類ONU的數(shù)據(jù)幀，從而消除空閑時間。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為周期輪詢機制下空閑時間示意圖；圖2為本發(fā)明消除空閑時間的EPON信道傳輸方法的原理圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明
如附圖1所示，在傳統(tǒng)的周期輪詢機制下，空閑時間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RTT可達0. 2ms,如按照周期輪詢機制中通常的輪詢周期 Tcycle = 2ms計算，空閑時間占輪詢周期的10%，在這段時間內(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間的EPON信道傳輸方法，采用固定周期的輪詢機制，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ONU在收到授權(quán)信息后按照規(guī)定的時間和長度發(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開始進行帶寬分配作為輪詢周期的起止 時刻，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。在本具體實施方式
中，OLT對另類ONU的REPORT幀和DATA幀的授權(quán)信息集中在同 一個GATE幀中，另類ONU只需根據(jù)OLT的授權(quán)在不同時刻單獨發(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 保護時隙上的帶寬消耗，同時減少對高優(yōu)先級ONU的影響，另類ONU通過如下方法選取從所有ONU中選取優(yōu)先級最低的前M個作為另類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的個數(shù)，RTT表示周期間空閑時間，N表示ONU的總個數(shù)，Teyele 表示輪詢周期，Tguarf表示保護時間間隔，「一 表示向上取整。假設(shè)一個輪詢周期Teyele = 2ms，ONU個數(shù)N = 32，保護時間間隔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)先級最低的4個 作為另類0NU，其余32個為普通0NU。在進行數(shù)據(jù)傳輸時，在一個輪詢周期內(nèi)(以O(shè)LT開始進行帶寬分配作為輪詢 周期的起止時刻)，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GATE幀中；同時，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，對于另類0NU，在REPORT幀上傳后和DATA幀上傳前到達的 數(shù)據(jù)，相對于普通ONU數(shù)據(jù)將有不同的延遲，這個延遲由REPORT幀和保護幀產(chǎn)生，對于低優(yōu) 先級的ONU這點是可以接受的，為了進一步確保另類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
一種消除空閑時間的EPON信道傳輸方法，采用固定周期的輪詢機制，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ONU在收到授權(quán)信息后按照規(guī)定的時間和長度發(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開始進行帶寬分配作為輪詢周期的起止時刻，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所述消除空閑時間的EP0N信道傳輸方法，其特征在于，0LT對另類0NU 的REPORT幀和DATA幀的授權(quán)信息集中在同一個GATE幀中。
3.如權(quán)利要求1所述消除空閑時間的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個作為另類0NU，其余0NU為普通0NU ；另類0NU的個數(shù)M 按照如下公式確定 其中，M表示另類ONU的個數(shù)，RTT表示周期間空閑時間，N表示0NU的總個數(shù)，Tcycle表 示輪詢周期，Tguarf表示保護時間間隔，「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)先級最低的前M個作為另類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開始進行帶寬分配作為輪詢周期的起止時刻，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)到達的空閑時間上傳另類ONU的數(shù)據(jù)幀，從而消除了傳統(tǒng)周期輪詢機制下的空閑時間，提高了EPON系統(tǒng)上行鏈路的帶寬利用率。
文檔編號H04B10/12GK101931834SQ20101026846
公開日2010年12月29日 申請日期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 申請人:南京郵電大學