專利名稱：基于以太網無源光網絡上行鏈路帶寬動態分配方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及帶寬動態分配方法和實現該方法的裝置，具體地，涉及千兆級的基于以太網無源光網絡(EPON)中實現上行鏈路帶寬的動態分配方法和在該網絡的光線路終端內實現上述方法的裝置。
背景技術：
基于以太網的無源光網絡(EPON)是由一個位于局端的光線路終端設備(OLT)和若干個位于遠端的光網絡單元(ONU)以及無源光分配網(ODN)組成，典型拓撲結構如圖1所示。其中ODN采用具有無源光分路器的無源光網絡(PON)結構，一根主干光纖通過無源光分路器(splitter)連接多根光纖，與多個ONU通信。
在ODN內兩個方向傳輸的光信號分別位于兩個波長上，其中從OLT到ONU方向上傳播的光信號為下行鏈路方向，采用廣播方式傳送，從ONU到OLT方向上傳播的光信號為上行鏈路方向，采用時分多址(TDMA)方式傳送。
在圖1所示的光傳輸系統中，EPON內的所有信號都是在OLT和ONU之間進行傳輸。在EPON系統下行方向上，EPON是一個廣播媒質，由OLT發出的以太網幀通過一個1∶N的無源光分路器(splitter)到達每一個ONU。ONU只接收目的地是本地的數據幀并交付給用戶終端設備，將其它數據幀丟棄。在EPON系統上行方向上，EPON又可以看作是多點到點的網絡。多個ONU共享一條上行信道，因此需要特殊的帶寬仲裁機制來調度ONU的上行發送，以避免各個ONU之間的數據沖突。
在具體實現上很容易看到，如果由OLT對ONU靜態地分配帶寬，可以很簡易地實現各個ONU之間的數據無沖突接入的。但是如果考慮到以太網中的數據/視頻流具有很強的突發性，EPON中如果用帶寬靜態分配，對數據通信這樣的變速率業務很不適合，如按峰值速率靜態分配帶寬，則整個系統帶寬很快就被全部占用，系統整體的帶寬利用率很低。由此可見，應當由OLT對ONU動態分配帶寬，以便使系統帶寬利用率大幅度提高。
動態帶寬分配就是實時地(ms/s量級)改變EPON的各ONU上行帶寬的機制，通過DBA，我們可以根據ONU突發業務的要求，動態調節各個ONU的帶寬來提高PON上行帶寬效率。由于能更有效地利用帶寬，網絡管理員可以在一個已有的PON上增加更多用戶，終端用戶也可以享有更好的服務，如用戶可以用到的帶寬峰值可以超過傳統的固定分配方式的帶寬。根據EPON的特點及IEEE 802.3ah、ITU-TG.983建議，可以得出對動態帶寬分配設計的具體要求有業務透明、高帶寬利用率、低時延和低時延抖動、公平分配帶寬、健壯性好、實時性強。根據現有的文獻資料記載，采用動態帶寬分配(DBA)算法，帶寬利用率最高可達80％，而沒有采用DBA算法時的帶寬利用率卻只有40％，并且平均傳輸時延在不采用DBA時一般為100ms，而用DBA時通常小于10ms。
目前在EPON中所采用的上行鏈路動態帶寬分配方案或算法，一般為分布式控制和集中控制兩類。由于分布式實現起來比較復雜，業界絕大部分廠商是利用集中控制方式的。集中控制方式的一種最常見模式是基于GATE/REPORT機制。在這種機制中，無論采用何種DBA算法，一般都周期性地計算分配給ONU的帶寬，例如PASSAVE公司所發布的EPON芯片，各個廠家芯片的區別僅在于帶寬分配周期是否可變。
圖2為基于GATE/REPORT機制的上行帶寬動態分配方案原理圖。一個帶寬分配周期可以分為兩個階段REPORT消息收集階段和帶寬授權階段。在REPORT消息收集階段中，OLT要求ONU發送上行帶寬需求報告，ONU將所需要上行帶寬，例如根據ONU中用戶數據排隊情況估計的需要帶寬，通過REPORT消息向OLT報告。在帶寬授權階段，OLT對收集到的REPORT消息分析后，再根據某種DBA算法對上行帶寬的分配狀況進行調整，并通過GATE消息將調整后的上行帶寬分配信息告訴給ONU。
在目前所使用的GATE/REPORT機制中，OLT通過ONU發送的上行REPORT消息來了解ONU中數據包排隊的情況，然后做出帶寬分配的決定。這種方案要求所有的ONU都必須對自己的排隊狀況進行實時準確的監控，一旦某一個ONU的狀態報告功能失效，或者報告信息在傳輸過程中丟失，就會影響到整個系統上行帶寬分配的準確性。而且REPORT消息的產生，傳輸和收集處理都需要占用時間，這也會影響到帶寬調整的響應速度，降低網絡性能。
這種機制對系統中所有ONU設備的硬件處理能力要求非常高。如果某一個ONU的硬件發生故障，或者局端設備丟棄了某些ONU的報告信息時，會影響整個系統上行帶寬分配的響應速度和準確度。而且這種機制容易被惡意用戶所利用，做虛假的帶寬請求報告，過渡占用上行帶寬，造成帶寬分配的不公平。而且，由于不同的算法可能需要的參數不同，因此REPORT消息攜帶的內容或格式要受到算法的限制，容易造成不同廠家的遠端設備所發送REPORT消息內容和格式不同。這就影響了不同廠家設備的互連互通。
圖3為PASSAVE公司的EPON芯片采用蘇格拉底(Socrates)算法(該算法由NTT公司提出)時，就要求ONU產生該廠家自定義的REPORT幀格式的例子。使用該算法不要求ONU報告其每一個優先級隊列的總長度，而是對ONU中每一個優先級隊列都設置了一個刻度線(watermark)，并要求ONU分別報告各優先級隊列中在刻度線以上和以下的隊列長度。因此，REPORT消息格式必須從圖4A所示的普通REPORT消息格式改變為圖4B所示符合蘇格拉底算法的REPORT消息特殊格式。
因此，需要一種不依賴ONU設備的帶寬需求報告并且不受各個廠家的REPORT消息格式限制的帶寬動態分配方法。
發明內容
本發明的目的就是提出了一種對基于以太網無源光網絡上行鏈路帶寬進行動態分配的方法以及實現該方法的裝置，可以克服現有技術方法對光網絡單元(ONU)報告的依賴和對REPORT消息格式的嚴格限制問題，并簡化了光網絡單元設備的功能。
本發明給出了對所有ONU的上行流量進行實時統計和采樣的光線路終端設備的硬件裝置，同時還給出了以此裝置為基礎的兩種基于流量統計的帶寬分配算法比例加權算法和帶寬利用率調整算法。使用本發明中給出的硬件裝置和算法，可以不受遠端設備的性能限制，不需要依賴上行REPORT消息所報告的信息，因而可以忽略REPORT消息格式或內容上的差異。通過局端設備OLT實時統計所有在線ONU所發送的上行流量大小，周期性地對統計情況進行采樣，就可以根據采樣結果再采取比例加權算法或帶寬利用率調整算法，及時地調整上行帶寬的分配情況。不僅可以提高上行帶寬動態調整的響應速度，還可以根據遠端設備上行業務流大小或上行帶寬利用率的大小來分配遠端設備所應得到的上行帶寬，還能防止惡意用戶通過虛假帶寬需求報告過量占用上行帶寬而對網絡資源惡意侵占，有效提高網絡性能。并且支持不同廠家設備的兼容，保護了運營商和用戶的投資成本。由于不需要遠端設備報告帶寬需求信息，因而可以簡化遠端設備的硬件和軟件功能，降低遠端設備成本，推動光纖到戶的進程。這在具有眾多家庭或個人用戶的接入網環境中是非常具有競爭力的。本發明方法所采用的采樣周期是可配可調的，可以實時地反映網絡上行流量大小或擁塞情況。
本發明采用了兩種動態帶寬分配(DBA)算法比例加權算法和帶寬利用率調整算法。前者是局端設備根據每一個ONU在單位時間內的上行業務量，占總上行流量的比例，來分配該ONU所贏得的帶寬份額；后者是根據每一個ONU的上行帶寬利用率的大小來迅速的調整分配給ONU的上行帶寬。使得網絡性能保持在最佳狀態。另外，本發明中給出的硬件裝置還可以支持其他的DBA算法，具有很強的可擴展性。
本發明的一種對基于以太網無源光網絡上行鏈路帶寬的動態分配方法，該方法包括對光線路終端設置帶寬分配周期；在帶寬分配周期內由光線路終端對所連接的所有光網絡單元向光線路終端傳輸的上行鏈路數據幀的長度以16比特為單位分別進行統計；以比例加權算法計算分配帶寬，即將所有光網絡單元傳輸給光線路終端的全部數據幀長度求和，以計算整個上行鏈路傳輸數據幀的總長度；計算出每個光網絡單元傳輸給光線路終端的上行鏈路數據幀的長度；以每個光網絡單元傳輸給光線路終端的數據幀長度除以所有光網絡單元傳輸給光線路終端的全部數據幀總長度，獲得每個光網絡單元所傳輸數據幀占所有光網絡單元所傳輸數據幀的比例；將光線路終端總上行鏈路帶寬按照每個光網絡單元所傳輸數據幀占所有光網絡單元所傳輸數據幀的比例分配給每個光網絡單元；分配給每個光網絡單元的帶寬不得低于每個光網絡單元的規定最小帶寬和不得高于每個光網絡單元的規定最大帶寬；每個光網絡單元按照光線路終端所分配的上行鏈路帶寬向光線路終端傳輸數據幀。
本發明的另一種對基于以太網無源光網絡上行鏈路帶寬的動態分配方法，該方法包括對光線路終端設置帶寬分配周期；在帶寬分配周期內由光線路終端對所連接的所有光網絡單元傳輸向光線路終端傳輸的上行鏈路數據幀的長度以16比特為單位分別進行統計；以帶寬利用率算法計算分配帶寬，即由光線路終端計算出每個光網絡單元當前上行鏈路帶寬可以容納的數據幀長度；將統計出的每個光網絡單元實際傳輸數據幀長度除以每個光網絡單元當前上行鏈路帶寬可以容納的數據幀長度，獲得每個光網絡單元的帶寬利用率；將每個光網絡單元的實際帶寬利用率與預先設置的帶寬利用率上、下限閾值進行比較，如果某個光網絡單元實際統計的帶寬利用率高于預先設置的帶寬利用率上限則提高分配給該光網絡單元的上行鏈路帶寬一個預定增量，如果某個光網絡單元實際統計的帶寬利用率低于預先設置的帶寬利用率下限則降低分配給該光網絡單元的上行鏈路帶寬一個預定增量，如果某個光網絡單元實際統計的帶寬利用率高于預先設置的帶寬利用率下限而低于預先設置的帶寬利用率上限則保持原來分配給該光網絡單元的上行鏈路帶寬；每個光網絡單元按照光線路終端所分配的上行鏈路帶寬向光線路終端傳輸數據幀。
本發明的一種位于基于以太網無源光網絡光線路終端中對上行鏈路帶寬進行動態分配的裝置，該裝置包括采樣周期定時器，用于設置對所有光網絡單元進行帶寬分配的周期，以所設置的該周期統計所有光網絡單元的實際傳輸數據幀長度，并以該周期計算所有光網絡單元應當分配的帶寬；上行流量統計模塊，用于對光線路終端所連接的每個光網絡單元的上行流量數據幀長度進行統計；統計信息采樣模塊，用于按照上述設置周期對上行流量統計模塊的統計數據進行采樣；帶寬分配算法模塊，用于根據預先選擇的特定算法，利用統計信息采樣模塊所提供的數據計算出每個光網絡單元應當被分配的上行鏈路帶寬；授權對象參數表，存儲統計信息采樣模塊所統計的數據和帶寬分配算法模塊所計算出的每個光網絡單元分配上行鏈路帶寬；帶寬分配圖樣輸出模塊，用于從授權對象參數表中提出對所有光網絡單元的帶寬分配圖樣，并將所述帶寬分配圖樣傳輸給帶寬分配表；帶寬分配表，用于存儲所有光網絡單元的帶寬分配數據，并將該帶寬分配數據組裝成GATE消息幀，發送給所有光網絡單元。
在本發明的上述裝置中，采樣周期定時器、統計信息采樣模塊、帶寬分配算法模塊、授權對象參數表、帶寬分配圖樣輸出模塊由現場可編程器件內部嵌入的CPU通過運行相應功能的程序實現，而上行流量統計模塊、帶寬分配表由現場可編程器件實現。
在本發明的上述裝置中，帶寬分配算法模塊利用比例加權算法計算分配帶寬，或帶寬分配算法模塊利用帶寬利用率算法計算分配帶寬。
本發明克服了EPON中現有的基于GATE/REPORT機制來進行動態帶寬分配的缺點或不足。首先，帶寬分配的性能不依賴于ONU的報告，減少了ONU的功能，降低了ONU的成本。在OLT對ONU的比例為1∶N的情況下，ONU成本的降低，對整個系統總成本乃至每個用戶成本的降低起著至關重要的作用，為最終實現FTTH提供了便利條件；第二，OLT能夠根據對ONU上行流量的計數，實時地掌握網絡擁塞程度或帶寬利用率，然后根據每一個ONU的上行流量大小或帶寬利用率的大小來對上行帶寬進行調整。目前EPON的傳輸速率為1.25Gbit/s，OLT中對每一個ONU的上行信號流量的統計完全由硬件完成，能夠適應高速系統對上行帶寬分配的響應速度和準確度的要求。
本發明中的硬件裝置除了能支持所提出的兩種基于流量統計的DBA算法外，還可以支持其他的基于流量統計的DBA算法。此外還可以應用于具有多個業務優先級的系統中。OLT可以根據以太網包的VLAN標記，來統計每一個ONU的上行信號中不同優先級的業務流量。因此，本發明所提出的上行帶寬分配方法和裝置，具有非常好的可擴展性。
圖1是基于以太網無源光網絡的典型拓撲結構示意圖；圖2是基于GATE/REPORT機制的上行鏈路帶寬分配方法原理圖；圖3為PASSAVE公司的EPON芯片采用蘇格拉底(Socartes)算法的刻度線示意圖；圖4A為普通的REPORT消息格式實例；圖4B為采用蘇格拉底(Socartes)算法所定義的特殊REPORT消息格式；圖5實現本發明的上行鏈路帶寬動態分配方法所使用裝置的模塊結構示意圖；圖6為圖5中上行流量統計模塊的輸入/輸出信號示意圖；圖7為圖6中上行流量統計模塊內部各個具體功能模塊的示意圖；圖8為嵌入式CPU與現場可編程器件的其它硬件之間的接口結構示意圖；圖9為現場可編程器件的嵌入式CPU執行主程序與本發明帶寬動態分配程序之間的關系；圖10為現場可編程器件的嵌入式CPU執行本發明的帶寬動態分配程序的簡化流程圖；圖11為應用本發明方法和裝置的EPON系統試驗網的組網圖。
具體實施例方式
下面結合附圖詳細描述本發明的方法和裝置。
本發明中所描述的基于流量統計的上行帶寬分配方法和裝置，通過統計局端設備OLT上接收到的每個ONU發出的上行流量的大小，來決定給ONU分配的上行帶寬的大小。整個技術方案可以分為兩大部分，一部分是OLT中對ONU的上行流量統計和計算帶寬分配的裝置，另一部分是在此裝置基礎上，運行的動態帶寬分配方法。
圖5為實現本發明的上行鏈路帶寬動態分配方法所使用裝置的模塊結構示意圖。圖5中，虛線之上的各種功能模塊由嵌入式CPU所運行各個功能程序實現(在本案例中采用的是FPGA內嵌的CPU，商業名稱為NIOS)。而圖5中虛線之下的各個功能模塊是利用現場可編程器件的硬件支持層實現。在本發明中采用的是周期性的帶寬分配方法，分配周期由采樣定時器來確定，采樣定時器的初始值可以根據需要靈活設置。動態帶寬分配(DBA)算法程序在采樣定時器的驅動下，周期性采樣上行流量統計模塊中的隨機存儲器(RAM)，然后采用本發明中所提出的基于統計的DBA算法，計算本周期內的帶寬分配圖樣，并輸出到帶寬分配表中。硬件支持層由FPGA實現。該層主要功能是采用本發明中所提出的上行流量統計裝置，收集每一個在線ONU的上行流量的統計信息，供DBA程序查詢。該層還提供接口，接收來自DBA算法模塊的運算結果，組裝成GATE幀，發送給ONU。在硬件支持層中的帶寬分配表模塊是負責管理和發放帶寬分配數據模塊。
圖6表示圖5中上行流量統計模塊的輸入/輸出信號示意圖。下面詳細描述該上行流量統計模塊的工作原理。OLT中上行流量統計裝置由現場可編程器件(FPGA)以硬件方式實現。OLT中的該上行流量統計電路的功能是對采樣周期內每一個ONU發送的多點控制協議(MPCP)幀除外的上行數據幀長度以16比特為單位進行分別計數，幫助OLT判斷在過去的采樣周期內，每一個ONU上行的流量大小，并在此基礎上實現帶寬的動態分配。
圖7為圖6中上行流量統計模塊內部各個具體功能模塊的示意圖。參照圖7，該電路主要由一個寬為32比特、長度為64的雙口RAM和一個加法器組成。該雙口RAM通過ONU的標識符邏輯鏈路標識(LLID)尋址。當接收到MPCP幀以外的一個上行數據幀并經過循環冗余校驗(CRC)校驗后，就從雙口RAM中取出與該幀的LLID對應的值，經過加法運算后，將結果再存入RAM的對應單元中。RAM中每一個單元的值在采樣電路采樣后就清零。
雙口RAM還通過數據總線和地址總線與廠商名稱為NIOS的CPU相連，該NIOS是嵌入在FPGA中的CPU。CPU將在采樣周期定時器的驅動下，周期性地對雙口RAM中的數據進行采樣。同樣CPU也是通過ONU的LLID來尋址RAM中對應單元，獲得各個ONU的上行流量統計信息。圖6和圖7中所使用的輸入/輸出信號標記如下llid[5:0]與接收到的上行數據幀(不包括MPCP幀)相對應的LLID，該LLID標識了數據幀的源ONU，作為雙口RAM的尋址信號。
count_cn加法電路的使能信號。當上行接受模塊接收完一個有效的上行數據幀時，該信號觸發10比特鎖存器，將幀接收模塊送來的Fhub_length存放到10比特鎖存器中，作為加法器的一個輸入。同時通過片選信號(llid[5:0])找到RAM中對應條目，鎖存到32比特鎖存器中，作為加法器的另一個輸入。
Fhub_length[9:0]從上行幀接收模塊的包長度計數模塊得到的上行數據幀的有效長度，以16比特為單位。
Fnios_readen來自CPU(NIOS)的讀使能信號。該信號有效后，Tnios_colength[19:0]數據線上輸出雙口RAM的中通過Fnios_addr尋址的單元中的數據。
Fnios addr[5:0]與CPU(NIOS)相連的地址線。CPU(NIOS)想要讀取某一個在線ONU的流量統計情況時，就通過這個地址線輸出該ONU的LLID值，在雙口RAM中查找相應單元中的數值。
Tnios_colength[19:0]與CPU(NIOS)相連的數據線，CPU(NIOS)可以通過該數據線讀取樣雙口RAM中的數值圖7中上行流量統計模塊內部各個組成部分的工作原理如下上行流量統計處理模塊中有一個寬為32比特，長為64的雙口RAM。雙口RAM中每一個單元對應一個ONU(最多64個ONU)，通過ONU的標識符LLID尋址。其中存放有對應的ONU在單位時間(兩次采樣間隔)內到達OLT的累計幀長度，以16比特計數。當上行接收模塊接收完一個有效的上行數據幀時，將接收模塊統計到的該幀的有效長度存放到10比特鎖存器中，作為加法器的一個輸入；同時通過與這個幀對應的LLID，尋址雙口RAM中相應的單元。一旦在RAM中尋找到相應的單元后，將該單元中的內容鎖存到32比特的鎖存器中，作為加法器的一個另輸入。加法器完成了加法操作后，將結果仍然存入到RAM中，地址不變。
CPU可以在采樣周期定時器的驅動下，周期性地查詢雙口RAM中的值，CPU要讀取RAM中某一個單元的內容時，要通過Fnios_addr[5:0]來尋址(地址線上的值為ONU的LLID)，并使能讀操作，即使Fnios_read_en有效，才能通過Tnios_colength[19∶0]數據線來讀取RAM中的內容。當CPU完成一次讀操作后，對應的RAM單元中的內容自動清零。
圖8表示圖5中嵌入式CPU與現場可編程器件的硬件支持層之間的接口結構。圖8中，CPU為設計的主要部分，包括外部存儲器接口、2個用戶接口電路、1個并行接口PIO。其中外部存儲器接口為通常的NIOS接口，SOPC Builder缺省情況下自動生成，主要包括地址線、數據線以及各種控制線等。該接口用于連接外部RAM和外部Flash。
用戶接口電路1用于連接帶寬配置模塊(BWA)。為了與外部接口，在外部設計了接口模塊帶寬寫模塊和帶寬讀模塊。帶寬寫模塊用于配置64個帶寬寄存器；帶寬讀模塊用于讀取配置的值，以檢驗配置的正確性。兩個模塊都是將CPU輸出的地址線、數據線以及控制線等映射到64個寄存器地址。用戶接口電路完成對上行流量統計模塊的讀寫功能，其結構和原理同用戶接口電路1是一樣的。PIO1是普通的并行外設接口，用于讀入ONU的在線信息。
圖9表示由嵌入式CPU運行的代表本發明帶寬動態分配方法的一部分功能程序(圖9中概括標記為DBA程序)與該CPU運行其它程序之間的關系。從圖9中可見，在系統上電或復位后，主程序負責初始化授權對象參數表，而本發明方法的帶寬動態分配(DBA)程序作為一個中斷函數，在采樣周期定時器驅動模塊產生定時器中斷時，被主程序調用。
圖10為本發明的部分功能程序(DBA程序)的流程圖，其中算法函數1即為本發明所提出的比例加權算法，算法函數2即為本發明所提出的帶寬利用率調整算法。
圖5中的CPU執行的本發明程序中各個功能模塊，例如統計信息采樣模塊、帶寬分配算法模塊、帶寬分配圖樣輸出模塊是相互獨立的，它們之間的聯系是通過授權對象參數表建立起來的。授權對象參數表的結構見表1。這個表存放所有已經注冊的授權實體的相關參數，如LLID、注冊標記(flag)、ONU的統計上行流量(stat、該ONU的最大帶寬(bw_max)、最小帶寬(bw_min)、經過DBA算法后分配給ONU的帶寬(bw)以及ONU的權重(p)等等。
當系統上電或復位時，就要對表格進行初始化操作。在實現時，可以將參數表作為一個全局變量，所有的模塊都可以訪問。
表1 授權對象參數表結構
如圖10所示，當采樣周期定時器產生中斷，DBA程序開始運行后，統計信息采樣模塊首先讀上行流量統計模塊中的數據，并依次寫讀入到授權對象參數表的stat表項中；然后，按照指定的算法模式調用DBA算法函數(即比例加權算法或帶寬利用率調整算法)，算法函數將計算結果寫入到授權對象參數表的bw表項中；最后，帶寬圖樣輸出模塊將授權對象參數表bw表項中記錄的授權結果轉換成尾部坐標后，依次輸出到硬件的帶寬分配表中。
本發明所使用的帶寬分配算法有兩種比例加權算法和帶寬利用率調整算法。下面對該兩種算法詳細描述。
第一種，比例加權算法OLT按照以下公式來計算ONUi所應得到的上行帶寬BW(ONUi)=MIN{[MAX(Pij×statiΣistati×TOTAL_BW,bw_mini)],bw_maxi}]]>
式中stati為上行流量統計模塊所得到的ONUi在單位時間(兩次采樣間隔)內的流量統計，以16比特為單位；而Pi為ONUi的權重； 為所有在線ONU的上行流量總和；bw_maxi和bw_mini分別是ONUi可以得到的最大帶寬和最小帶寬。
上式的意義是OLT根據某一個ONU的上行流量占所有ONU總的上行流量的比例來分配這個ONU應得到的上行帶寬的份額。也就是說，上行流量大的ONU或權重高的ONU將得到更多的上行帶寬，只受到最大帶寬和最小帶寬的限制。
第二種，帶寬利用率調整算法這個算法根據ONUi的帶寬利用率來決定分配給ONUi的帶寬BW(ONUi)是增加、減少或不變。當帶寬利用率(λ)大于上門限(T+)時，分配給該ONU的帶寬應增加Δ+；當帶寬利用率(λ)小于下門限(T-)時，分配給該ONU的帶寬減少Δ-，當帶寬利用率在上門限與下門限之間時，分配給該ONU的帶寬將保持不變。即①若λi＞＝T+，BWil(ONUi)=MIN{MAX([BWil-l(ONUi)+Δ+],bw_mini),bw_maxi};]]>②若λi＜＝T-，BWil(ONUi)=MIN{MAX([BWil-l(ONUi)-Δ-],bw_mini),bw_maxi};]]>③若T-＜λi＜T+，BWil(ONUi)=BWil-l(ONUi)]]>其中BWl(ONUi)是本周期內ONUi應該得到的上行帶寬，而BWl-l(ONUi)是上一個周期給ONUi分配的上行帶寬。ONUi的帶寬利用率(λi)的計算公式如下λil=statilBWl-1(ONUi)]]>圖11為利用本發明的上行流量統計動態帶寬分配方法的EPON試驗系統的組網圖。ONU為用戶提供上行和視頻點播業務；OLT與網管和視頻點播服務器相連，并將業務接入到互聯網(Internet)中。
權利要求
1.一種對基于以太網無源光網絡上行鏈路帶寬的動態分配方法，該方法包括對光線路終端設置帶寬分配周期；在帶寬分配周期內由光線路終端對所連接的所有光網絡單元傳輸向光線路終端傳輸的上行鏈路數據幀的長度以16比特為單位分別進行統計；以帶寬利用率算法計算分配帶寬，即由光線路終端計算出每個光網絡單元當前上行鏈路帶寬可以容納的數據幀長度；將統計出的每個光網絡單元實際傳輸數據幀長度除以每個光網絡單元當前上行鏈路帶寬可以容納的數據幀長度，獲得每個光網絡單元的帶寬利用率；將每個光網絡單元的實際帶寬利用率與預先設置的帶寬利用率上、下限閾值進行比較，如果某個光網絡單元實際統計的帶寬利用率高于預先設置的帶寬利用率上限則提高分配給該光網絡單元的上行鏈路帶寬一個預定增量，如果某個光網絡單元實際統計的帶寬利用率低于預先設置的帶寬利用率下限則降低分配給該光網絡單元的上行鏈路帶寬一個預定增量，如果某個光網絡單元實際統計的帶寬利用率高于預先設置的帶寬利用率下限而低于預先設置的帶寬利用率上限則保持原來分配給該光網絡單元的上行鏈路帶寬；每個光網絡單元按照光線路終端所分配的上行鏈路帶寬向光線路終端傳輸數據幀。
2.根據權利要求1的方法，其特征在于計算分配帶寬使用下列公式λil=statilBWl-i(ONUi)]]>公式中，λi為帶寬利用率，BWl(ONUi)是本周期內ONUi應該得到的上行帶寬，而BWl-1(ONUi)是上一個周期給ONUi分配的上行帶寬。
3.一種位于基于以太網無源光網絡光線路終端中對上行鏈路帶寬進行動態分配的裝置，該裝置包括采樣周期定時器，用于設置對所有光網絡單元進行帶寬分配的周期，以所設置的該周期統計所有光網絡單元的實際傳輸數據幀長度，并以該周期計算所有光網絡單元應當分配的帶寬；上行流量統計模塊，用于對光線路終端所連接的每個光網絡單元的上行流量數據幀長度進行統計；統計信息采樣模塊，用于按照上述設置周期對上行流量統計模塊的統計數據進行采樣；帶寬分配算法模塊，用于根據帶寬利用率算法，利用統計信息采樣模塊所提供的數據計算出每個光網絡單元應當被分配的上行鏈路帶寬；授權對象參數表，存儲統計信息采樣模塊所統計的數據和帶寬分配算法模塊所計算出的每個光網絡單元分配上行鏈路帶寬；帶寬分配圖樣輸出模塊，用于從授權對象參數表中提出對所有光網絡單元的帶寬分配圖樣，并將所述帶寬分配圖樣傳輸給帶寬分配表；帶寬分配表，用于存儲所有光網絡單元的帶寬分配數據，并將該帶寬分配數據組裝成GATE消息幀，發送給所有光網絡單元。
4.根據權利要求3的裝置，其特征在于其中的采樣周期定時器、統計信息采樣模塊、帶寬分配算法模塊、授權對象參數表、帶寬分配圖樣輸出模塊由現場可編程器件內部嵌入的CPU通過運行相應功能的程序實現，而其中的上行流量統計模塊、帶寬分配表由現場可編程器件實現。
5.根據權利要求3的裝置，其特征在于所述上行流量統計模塊進一步包括一個32比特寬64比特長的雙口隨機存儲器，用于存儲每個光網絡單元的統計數據；一個加法器，用于將來自10比特鎖存器的上行鏈路數據幀的長度相加；一個10比特鎖存器，用于存儲接收到的每個有效數據幀的長度；一個32比特鎖存器，用于存儲根據邏輯鏈路識別(LLID)從雙口隨機存儲器中提取的數據。
全文摘要
本發明涉及千兆級的基于以太網無源光網絡(EPON)中實現上行鏈路帶寬的動態分配方法和在該網絡的光線路終端(OLT)內實現上述方法的裝置，本發明包括一個上行流量統計和采樣裝置，以及帶寬利用率調整算法，局端設備根據每一個ONU的上行帶寬利用率的大小來迅速的調整分配給ONU的上行帶寬，本發明的裝置的功能是在帶寬分配周期內由光線路終端對所連接的所有光網絡單元向光線路終端傳輸的上行鏈路數據幀的長度以16比特為單位分別進行統計。由現場可編程器件(FPGA)的硬件支持層和該器件內的嵌入式處理器(CPU)實現，不僅支持上述兩種算法，也可以支持其它算法，因而具有很強的可擴展性。
文檔編號H04J14/08GK1983877SQ20061009095
公開日2007年6月20日 申請日期2004年4月14日 優先權日2004年4月14日
發明者楊柳, 何巖, 焦名圣, 楊永勝 申請人:烽火通信科技股份有限公司