CN100388742C - 以太网无源光网络的流量控制方法和该方法所使用的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在以太网无源光网络(EPON)中的流量控制方法和该方法所使用的装置，该方法和装置可以控制光线路终端设备(OLT)与光网络单元设备(ONU)之间的点到多点的流量，有效防止因OLT或ONU存储器容量而产生的帧丢失问题，本发明在EPON系统中引入一种拓展的暂停(PAUSE)机制，从而实现了OLT与ONU之间的流量控制。

Description

以太网无源光网络的流量控制方法和该方法所使用的装置

技术领域

本发明涉及以太网的无源光网络(EPON)的流量控制方法和该方法所使用的装置，具体涉及到基于千兆以太网的无源光网络中光线路终端设备(OLT)和光网络单元设备(ONU)之间进行流量控制的一种实现方法。

背景技术

EPON是由一个位于局端的光线路终端设备(OLT)和若干个位于远端的光网络单元设备(ONU)以及无源光分配网(ODN)组成。在ODN内两个光传输方向分别使用两个波长传输，其中信号从OLT到ONU定义为下行方向，以广播方式发送，采用时分复用(TDM)技术；而信号从ONU到OLT定义为上行方向，采用时分多址(TDMA)技术。

图1为EPON网络的层次模型与OSI参考模型各层的对应关系。如图1所示，EPON在体系结构上对802.3没有很大的变动，EPON的分层模型仍然由物理层、媒质无关接口和数据链路层构成，其中数据链路层由协调子层(RS)、MAC子层、MAC控制子层和MAC客户子层组成。考虑到点到多点的拓扑结构(PTMP)，以太网最后一公里(EFM)小组对现有802.3分层功能的改动主要在MAC控制子层上增加多点控制协议(MPCP)，在协调子层(RS)上增加点对点(PTP)仿真功能。

由图1的协议层次可以看出，IEEE 802.3ah关于EPON方面主要是制定了多点控制协议(MPCP)。该协议解决了下列问题：OLT如何在现有的以太网协议的基础上对散布在不同地点的ONU进行控制，如何实现ONU的自动发现和注册；如何将上行发送带宽分配给每一个ONU；ONU通过怎样的方式向OLT报告自己的状态，以便支持ONU的统计复用和动态带宽分配等。

基于千兆以太网的无源光网络EPON将以太网与PON的优势相结合，实现了低成本、远距离的高速接入，目前被认为是宽带接入的主流发展方向。现在已经有多家公司推出了相关的商用芯片，例如PASSAVE，TEKNOVUS等，它们的芯片在PON接口侧能够很好的实现IEEE802.3ah制定的EPON协议草案中的相关功能。但是仔细分析发现这些芯片都有一个缺点，就是在PON接口侧缺少一种流量控制机制。在PASSAVE公司的芯片中虽然在它工作在点到点模式下时存在流量控制机制功能，但是工作在EPON接口模式下时，不存在流量控制机制功能。由于在IEEE 802.3ah建议中，没有规定在EPON系统如何实现流量控制机制，所以这些芯片中没有这项功能也是可以理解的。但是，没有流量控制机制的EPON系统存在下面几个问题：

第一，以太网是个无连接的网络，因而以太网帧传输可靠性是没有什么保证的，在数据位出错、接收器的缓冲区不能满足或其它异常情况下，以太网接收器会简单地丢弃帧。而EPON系统的物理媒质采用的是光纤，所以在EPON系统中帧无错传输的概率很高，由传输错误引起丢弃帧的概率已经低到可以忽略不计的地步。然而，在EPON系统中由于数据帧处理速度或者硬件成本等问题的限制，接收缓冲区拥塞造成丢帧的可能性是很大。例如，如图2所示的EPON系统中，如果用户使用的终端与EPON网络中第n个光网络单元设备ONUn之间有流量控制机制，而OLT和所有ONU之间没有流量控制机制的话，当用户的终端例如计算机性能较差，在用户终端和ONU之间将可能通过802.3中定义的暂停(PAUSE)机制来进行流量控制，这时用户终端会要求下行方向的流量要减少，即ONU到终端方向的流量减少。但是由于在OLT和ONU之间没有一个流量控制机制，OLT是不知道ONU的状态，OLT可能会继续往这个ONU发送数据帧，所以可能由于ONU上缓存空间不足而出现大量的丢帧现象。在上行方向也可能出现类似的丢帧现象，这些现象的出现就是由于在OLT和ONU之间缺乏一种状态报告机制。

第二，在EPON系统中丢帧的问题，如果用高层协议来解决，会严重影响网络吞吐量。帧丢失会导致高层协议的确认定时器超时，超时引发对丢失帧的重传。例如传输层协议TCP使用“肯定确认与重传”算法，两个站中一方发送的数据，由另一方负责确认，直到接收到了确认，发送站才认为数据已成功发送。如果在某个预定的时间内没有收到确认，发送站则认为数据在途中丢失，于是又重发刚才的数据。确认定时器设定的值必须考虑到整个网络上端到端的传输延迟，加上处理与延迟间隔时间。一般的协议以秒为量级设置定时器以保证在互连网上运行，因此如果丢帧的问题由高层协议来解决，将引起数据传输间断几秒钟，这会严重影响网络吞吐量。

第三，对于EPON系统的上行带宽分配，EFM小组所定义的EPON标准已经规定了常规的GATE/REPORT机制。图2所示为GATE/REPORT机制工作原理的示意图。在上行方向上，多个ONU共享一条上行信道，ONU根据OLT发出的GATE信息帧来调度ONU的上行发送，避免各个ONU之间的数据冲突。在GATE/REPORT机制中，OLT将授权(GRANT)通过GATE帧发送给ONU，ONU则通过REPORT帧向OLT报告自己的状态，并请求自己所需要的带宽。OLT则先产生时间标记，并给每个ONU分配一个初始带宽，通过GATE帧发给ONU，然后根据ONU的状态和请求的带宽再发出GRANT，从而建立连接。OLT侧是接收来自多个ONU的汇总容量，总的上行带宽不会超过1Gbit/s。但是OLT的接收存储器还是可能出现拥塞。如果使用EFM小组已经规定的常规GATE/REPORT机制解决上行方向上出现的拥塞问题，例如可以缩小总的上行带宽以减少了ONU的发送机会，并且在出现拥塞时，再进一步减少ONU的发送机会。但是常规的GATE/REPORT机制应用的结果将使得上行带宽利用率下降了，并且还会在拥塞时出现大量丢帧现象。因为在出现拥塞时，通过GATE消息限制ONU向OLT发送数据有一段生效时间，在这一段时间中ONU仍然继续发送数据而使OLT因为出现拥塞而大量丢帧。

因此，需要一种比常规GATE/REPORT机制更有效的机制，解决现有技术所存在的上述问题。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种以太网无源光网络的流量控制方法，本发明的另一个目的在于提供该方法所使用的装置，该方法和装置可以控制OLT与ONU之间的点到多点的流量，有效防止因OLT或ONU存储器容量而产生的帧丢失问题。本发明在EPON系统中引入一种拓展的PAUSE机制，以实现OLT与ONU之间的流量控制。下面详细介绍本发明的技术原理。

由于在EFM小组中在RS子层增加了点到点(PTP)仿真功能，MPCP能够和现有的以太网兼容，传统的以太网帧格式仍然保留，这样就可以使用以太网的暂停(PAUSE)帧。PAUSE帧属于媒质访问控制(MAC)帧的一种，PAUSE帧的具体格式为，7个字节的前导码、1个字节的帧起始定界符、6个字节的目的地址、6个字节的源地址、2个字节的类型码、2个字节MAC控制操作代码、MAC控制参数、帧校验序列。为在MAC层上仿真PTP传输，OLT为每个ONU分配一个逻辑链路标识LLID作为地址，这样每个ONU都会分配到不同的LLID作为自己的地址，OLT还将所有ONU的地址存储在一个地址表中。

为了设定缓冲区上下限，需要计算采用本发明的拓展PAUSE机制后对缓冲区深度的需要。在EPON中，所有的信号传输都是在OLT和ONU之间完成的，由于在OLT和ONU双方之间存在着传播延迟和响应时间延迟，而且在上行方向上还存在授权的提前量和授权时间的问题，所以一方发送PAUSE帧后，不会立刻终止另一方发出的数据流。因此发送方必须考虑到还要接收附加的数据，并应在缓冲区溢出之前提前发送PAUSE帧。在请求MAC层进行流量控制后，可能接收的最大数据量，即为发送PAUSE后需要的缓冲区上界。这个参数的确定对于PAUSE机制能否有效实现流量控制有着重要的作用。在例如帧最大长度为1522字节、接入距离为20公里情况下，所需要的缓冲区深度为16K字节。如果上、下行缓冲区大小均为80K字节，缓冲区的上限应当设置为64K字节(80K字节减16K字节的深度)，而下限容量为一个可以比较自由设定的容量，为了提高在缓冲区的利用率，设置为48K字节。在缓冲区中数据容量超过上限时启动PAUSE机制，当在缓冲区超过下限时，停止PAUSE机制。

本发明的一种用于以太网无源光网络的上行流量控制方法，包括步骤：

在光线路终端设备(OLT)内的上行接收帧缓冲区没有发生溢出时，光网络单元设备(ONU)按照具有本光网络单元设备(ONU)的选通(GATE)帧中的开始时间和持续发送长度发送上行数据帧和控制帧；

当在光线路终端设备(OLT)内的上行接收帧缓冲区中数据已经超过了预定的上限时，送出控制信号到暂停(PAUSE)组帧模块；

暂停组帧模块形成具有组播地址和控制参数代表各个光网络单元设备暂停发送数据帧的暂停帧；

在下行方向上的复用模块中，暂停(PAUSE)帧被插入在下行通道上，这时暂停(PAUSE)帧中的目的地址为保留的组播地址：01-80-C2-00-00-01，媒介访问控制(MAC)控制参数FF-FF，该参数代表各个光网络单元设备(ONU)暂停发送数据帧；

由光线路终端设备(OLT)发出的该组播暂停(PAUSE)帧通过无源光分配网(ODN)传输给所有的光网络单元设备(ONU)；

在光网络单元设备(ONU)内由去复用模块对下行通道上数据流去复用，并由暂停(PAUSE)解帧模块将该暂停(PAUSE)帧解析，并产生禁止发送数据信号给上行发送控制模块；

在光网络单元设备(ONU)接收到选通(GATE)帧解析后，当在光网络单元设备(ONU)被授权允许发送的时间段内，该光网络单元设备(ONU)内的上行发送控制模块允许发送控制帧和运行管理维护(OAM)帧；这时由于禁止发送数据信号有效，所以禁止该光网络单元设备(ONU)内的上行发送控制模块发送数据帧；

当在光线路终端设备(OLT)内的上行接收帧缓冲区已经超过了预定的下限时，送出控制信号到暂停(PAUSE)组帧模块；

暂停组帧模块形成具有组播地址和控制参数代表各个光网络单元设备恢复发送数据帧的暂停帧；

在下行方向上的复用模块中，暂停(PAUSE)帧被插入在下行通道上，这时暂停(PAUSE)帧中的目的地址为保留的组播地址：01-80-C2-00-00-01，媒介访问控制(MAC)控制参数00-00，该参数代表恢复发送数据帧；

该组播暂停(PAUSE)帧通过无源光分配网(ODN)被所有的光网络单元设备(ONU)接收；

在光网络单元设备(ONU)内该暂停(PAUSE)帧被解析，并产生恢复发送数据信号。

本发明的上述上行流量控制方法，其特征在于：为保证每个光网络单元设备(ONU)确实接收到光线路终端设备(OLT)用组播地址发送的具有恢复发送数据帧参数的暂停(PAUSE)帧，在下行通道上插入该暂停(PAUSE)帧并以组播地址发送的步骤重复三次。

本发明的上述上行流量控制方法，其特征在于：上行接收缓冲区中数据超过预定上限时发给暂停(PUASE)组帧模块的控制信号为几乎满(AFF)信号。

本发明的一种用于以太网无源光网络的上行流量控制装置，由光线路终端设备(OLT)和光网络单元设备(ONU)组成，

其中光线路终端设备(OLT)具体包括：

上行接收缓冲模块，用于当模块内所缓存的数据超过预定上限或下限时发出控制信号给暂停(PAUSE)组帧模块；

暂停(PAUSE)组帧模块，用于形成暂停发送的暂停(PAUSE)帧，该帧中的目的地址为保留的组播地址01-80-C2-00-00-01，媒介访问控制(MAC)控制参数FF-FF，该参数代表各个光网络单元设备(ONU)暂停发送数据帧；暂停组帧模块还用于形成恢复发送的暂停帧，该帧中的目的地址为保留的组播地址01-80-C2-00-00-01，媒介访问控制(MAC)控制参数00-00，该参数代表各个光网络单元设备(ONU)恢复发送数据帧；

复用模块，用于将暂停(PAUSE)帧复用到下行通道数据流中；

其中光网络单元设备(ONU)具体包括：

去复用模块，用于将下行通道数据流去复用，并将获得的暂停(PAUSE)帧传送给暂停(PAUSE)解帧模块；

暂停(PAUSE)解帧模块，用于发出禁止发送数据帧信号给上行发送控制模块，还用于发出恢复发送数据帧信号给上行发送控制模块；

上行发送控制模块，组织上行发送的数据帧，仅在缓存的数据超过预定的上限时只允许发送控制帧和运行管理维护(OAM)帧。

本发明的上述上行流量控制装置，其特征在于：

光线路终端设备(OLT)中还包括下行发送缓冲模块和去复用模块，前者用于缓存传输给下行通路的数据流，后者对来自上行通路的数据流去复用；

光网络单元设备(ONU)中还包括下行接收缓冲模块和复用模块，前者用于缓存来自下行通路上的数据流，后者用于复用发送到上行通路上的数据流。

本发明的一种用于以太网无源光网络的下行流量控制方法，包括步骤：

光线路终端设备(OLT)接收数据帧；

查找数据帧的目的光网络单元设备(ONU)地址，把数据帧分为多个逻辑子队列，共同存储在下行发送帧缓冲区；

当光线路终端设备(OLT)内的暂停(PAUSE)解帧模块没有收到暂停(PAUSE)帧时，队列调度按照数据帧优先级和到达顺序进行下行带宽安排；

当所接收的数据帧中没有包含目的地址时，使用广播地址进行广播发送；

当某个光网络单元设备(ONU)内的下行接收缓冲区超过了上限时，送出控制信号到暂停(PAUSE)组帧模块；

暂停组帧模块形成具有组播地址和控制参数代表该光网络单元设备暂停接收数据帧的暂停帧；

该光网络单元设备(ONU)根据所接收的选通(GATE)帧解析后的信息，等待到该光网络单元设备(ONU)的发送窗口到来；

发送窗口到来后，在上行方向上的上行发送控制模块中将暂停(PAUSE)帧插入在上行通道上，这时的帧内源地址为该光网络单元设备(ONU)在注册时由光线路终端设备(OLT)分配的地址；暂停(PAUSE)帧目的地址为保留的组播地址：01-80-C2-00-00-01，帧内控制参数为FF-FF，该参数表示暂停接收数据帧；

当光线路终端设备(OLT)内的暂停(PAUSE)解帧模块收到暂停(PAUSE)帧时，根据暂停(PAUSE)帧的源地址值，暂停(PAUSE)解帧模块将产生以该源地址为参数的控制信号，并将控制信号发送到下行发送缓冲模块中；

下行发送缓冲模块按照控制信号的参数，可以控制在这个信号有效时间段，在下行方向上仅仅安排具有其他目的地的数据帧的发送，不调度发送到该光网络单元设备(ONU)地址的帧，同样也不发送那些广播帧；

在所述光网络单元设备(ONU)发送暂停(PAUSE)帧后，当该光网络单元设备(ONU)的下行接收缓冲区超过了下限时，发送出控制信号到暂停(PAUSE)组帧模块；

暂停组帧模块形成具有组播地址和控制参数代表各个光网络单元设备恢复接收数据帧的暂停帧；

该光网络单元设备(ONU)根据所接收的选通(GATE)帧解析后的信息，等待到该光网络单元设备(ONU)的发送窗口到来；

发送窗口到来后，在上行方向上的上行发送控制模块中将暂停(PAUSE)帧插入在上行通道上，这时的帧内源地址为该光网络单元设备(ONU)在注册时由光线路终端设备(OLT)分配的地址；暂停(PAUSE)帧目的地址为保留的组播地址：01-80-C2-00-00-01，帧内控制参数为00-00，该参数表示恢复接收数据帧；

当光线路终端设备(OLT)内的暂停(PAUSE)解帧模块收到暂停(PAUSE)控制帧时，根据暂停(PAUSE)帧的源地址值，暂停(PAUSE)解帧模块将产生以该源地址为参数的控制信号，并发送到下行发送缓冲模块中；

下行发送缓冲模块重新允许安排发送到该光网络单元设备(ONU)的帧。

本发明的上述下行流量控制方法，其特征在于：光网络单元设备(ONU)内下行接收缓冲区超过上限时发送给暂停(PAUSE)组帧模块的控制信号为几乎满(AFF)信号。

本发明的上述下行流量控制方法，其特征在于：为保证光线路终端设备(OLT)确实接收到光网络单元设备(ONU)用组播地址发送的具有恢复接收数据帧参数的暂停(PAUSE)帧，在上行通道上插入该暂停(PAUSE)帧并以组播地址发送的步骤重复三次。

本发明的一种用于以太网无源光网络的下行流量控制装置，由光网络单元设备(ONU)和光线路终端设备(OLT)组成，

其中光网络单元设备(ONU)具体包括：

下行接收缓冲模块，用于当下行接收缓冲区缓存的该光网络单元设备(ONU)所接收数据流超过预定上限或下限时，发出控制信号给暂停(PAUSE)组帧模块；

暂停(PAUSE)组帧模块，用于形成暂停发送的暂停(PAUSE)帧，该帧内源地址为该光网络单元设备(ONU)在注册时由光线路终端设备(OLT)分配的地址；暂停(PAUSE)帧目的地址为保留的组播地址：01-80-C2-00-00-01，帧内控制参数为FF-FF，该参数表示该光网络单元设备(ONU)暂停接收数据帧；暂停组帧模块还用于形成恢复发送的暂停(PAUSE)帧，该帧内源地址为该光网络单元设备(ONU)在注册时由光线路终端设备(OLT)分配的地址；暂停(PAUSE)帧目的地址为保留的组播地址：01-80-C2-00-00-01，帧内控制参数为00-00，该参数表示该光网络单元设备(ONU)恢复接收数据帧；

复用模块，用于将暂停(PAUSE)帧复用到上行通道数据流中；

上行发送控制模块，用于在接收到本光网络单元设备(ONU)的选通(GATE)帧时，按照分配给本光网络单元设备(ONU)的时隙发送暂停(PAUSE)帧；

其中的光线路终端设备(OLT)具体包括：

去复用模块，用于将上行通道数据流去复用，获得暂停(PAUSE)帧并传送给暂停(PAUSE)解帧模块；

暂停(PAUSE)解帧模块，用于解析暂停(PAUSE)帧中的源地址，识别出下行接收缓冲区已经超过上限的光网络单元设备(ONU)，并向下行发送缓冲模块发出指令；暂停(PAUSE)解帧模块还用于解析暂停(PAUSE)帧中的源地址，识别出下行接收缓冲区已经超过下限的光网络单元设备(ONU)，并向下行发送缓冲模块发出指令；

下行发送缓冲模块，用于停止发送给下行接收缓冲区已经超过上限的光网络单元设备(ONU)的数据帧；下行发送缓冲模块还用于恢复发送给下行接收缓冲区已经超过下限的光网络单元设备(ONU)的数据帧。

本发明的上述下行流量控制装置，其特征在于：

光网络单元设备(ONU)中还包括：去复用模块，用于接收下行通路上的数据流并对各个帧去复用，上行发送缓冲模块，用于缓存发送到上行通路上的数据；

光线路终端设备(OLT)中还包括：复用模块，用于将下行发送缓冲模块中将发送的各个数据帧复用，上行接收缓冲模块，用于缓存来自上行通道的数据流。

在EPON系统中使用本发明的方法在OLT与ONU之间进行上行、下行流量控制，可以与常规的PAUSE控制机制一起使用，减少在OLT和ONU之间的丢帧，还可以利用本发明的流量控制机制减少了高层协议操作和不必要的重发操作，从而提高网络的吞吐量和OLT与ONU之间的带宽利用率。

附图说明

图1为EPON网络的层次模型与OSI参考模型各层的对应关系示意图；

图2为常规EPON网络中GATE/REPORT机制工作原理的示意图；

图3为EPON网络中各个ONU根据各自的GATE消息授权进行上行传输的示意图；

图4为EPON网络中未启动本发明的上行流量控制方法时各个ONU上行传输时序图；

图5为使用本发明的上行流量控制方法后各个ONU上行传输时序图；

图6为本发明上行流量控制方法所使用装置的示意图；

图7为EPON网络中未启动本发明的下行流量控制方法时下行传输时序图；

图8表示使用本发明的下行流量控制方法OLT所发出的下行传输帧队列中以各个ONU为目的地址的帧排列顺序；

图9为本发明下行流量控制方法所使用装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图详细解释本发明的具体实施例。

在图3和图4中可以看到在GATE/REPORT机制的控制下的上行带宽分配情况，图3中的附图标记G1、G4、G3、G2代表OLT通过GATE帧依次分配给ONU1、ONU4、ONU3、ONU2的带宽，即ONU1至4按照所分配的顺序，向OLT发出上行数据帧。从图4中可以看出，各个ONU在依照授权分配给自己的时间段内发送数据帧。如图3、4中所示，各个ONU按照1、4、3、2的顺序向OLT发送数据帧，而不管OLT内缓冲器是否有足够的容量，因此有可能产生帧丢失。

图6是本发明上行流量控制所使用装置的示意图，其中的OLT由上行接收缓冲模块、去复用模块、PAUSE组帧模块、下行发送缓冲模块和复用模块组成，而ONU由去复用模块、下行接收缓冲模块、PAUSE解帧模块、上行发送缓冲模块、复用模块、上行发送控制模块组成，各个组成模块之间的连接关系如图所示。当OLT侧上行接收缓冲模块将出现溢出的时候，发出几乎满(AFF)信号给OLT内的PAUSE组帧模块，由该PAUSE组帧模块形成一个具有组播地址的PAUSE帧，所有的ONU将收到这个PAUSE帧，在ONU内PAUSE帧控制参数代表的暂停上行传输信号有效期间，尽管ONU内上行控制模块根据GATE帧的授权信息允许ONU发送数据帧，各个ONU也仍然不向OLT发送数据帧，而仅仅发送控制帧或OAM帧。上行流量控制机制整个操作流程如下：在OLT内的上行接收帧缓冲区没有发生溢出时，各个ONU按照各自ONU的GATE帧中的开始发送时间、发送持续时间长度来发送上行数据帧和控制帧等；当OLT内的上行接收缓冲区已经超过了预定的上限时，该上行接收缓冲区送出几乎满(AFF)控制信号到PAUSE组帧模块；在复用模块中通过复用仲裁后，PAUSE帧被插入下行通道上，该帧的目的地址为保留的组播地址：01-80-C2-00-00-01，帧内控制参数字段值FF-FF；从OLT发出的信号通过ODN传输给所有ONU，这样PAUSE帧将被所有的ONU接收到；PAUSE帧被所有ONU内的解帧模块解析出来，该解帧模块产生暂停发送数据帧控制信号(PAUSE_en)控制信号并传输给上行发送控制模块；各个ONU在收到各自GATE帧并解析后，即使被授权允许开始发送，在上行发送控制模块控制下，ONU也仅仅可以能发送控制帧和OAM帧，而禁止向OLT发送数据帧；当OLT内的上行接收帧缓冲区已经超过了预定下限时，上行接收缓冲区发出送出控制信号到PAUSE组帧模块；由PAUSE组帧模块形成组播的PAUSE帧，其中目的地址仍然为保留地址：01-80-C2-00-00-01，但是其中的控制参数字段值为00-00，该参数代表各个ONU恢复发送上行数据帧；为了确保所有ONU接收到恢复发送上行数据帧的信息，表示恢复上行数据帧发送的PAUSE帧一般重复发送三次；这样，各个ONU可以在OLT通过GATE消息分配给自己的时间段内恢复上行数据帧的发送。

图5表示了在应用了本发明的上行流量控制方法后，各个ONU实际发送上行数据帧的时序图，图中ONU1至4的时序中粗体线段表示各个ONU实际发送数据帧的时间段。将图5与图4进行比较可以看出，虽然两图中各个ONU通过GATE消息获得授权发送数据帧的顺序都是ONU1、ONU4、ONU3、ONU2，由于图4所代表的是未启动本发明上行流量控制方法的时序图，图4中的各个ONU都在分配给自己的完整发送时间段内进行发送，而图5中由于启动了本发明的流量控制方法，各个ONU内的解帧模块向上行发送控制模块发出了暂停发送信号PAUSE-en，因此图5中的ONU1、ONU4、ONU3都在分配被自己的时间段内部分时间进行发送，在各自时间段内与PAUSE-en控制信号重叠的时间内不发送数据帧，图5中只有ONU2在分配的时间段内由于不与PAUSE-en控制信号重叠而在整个时间段内进行发送数据帧。由此可见，利用了本发明的上行流量控制方法，可以有效避免OLT内上行缓冲区拥堵。

图7为EPON系统中下行方向传输的示意图。在图7所示的实施例中，OLT通过无源光分路器与三个ONU连接，三个ONU的编号分别为ONU1、ONU2、ONU3，OLT发出的下行传送帧队列中的顺序为3、2、1、2，即队列中第一帧给ONU3、第二帧给ONU2、第三帧给ONU1、第四帧仍然给ONU2。但是，从OLT侧发送到多个ONU的下行数据流的传输过程与从多个ONU发往OLT的上行数据流传输过程有着本质的区别。在下行方向上，EPON是一个广播媒质，下行数据采用广播连续发送、连续接收的方式，从OLT经一个1:N的无源光分路器分发给各个ONU，ONU根据到达帧的PON标记决定接收或是丢弃该帧。具体地，图7中下行传输帧队列中传输给各个ONU的帧的顺序为3、2、1、2，经过ONU帧解析后，实际接收帧的情况为ONU1接收了1个帧、ONU2接收了两个帧、ONU3接收了一个帧。

在下行方向上，所有ONU都将接收到下行带宽，各个ONU根据到达帧的目的地址是否为自己的地址来决定接收或是丢弃该帧。这种方式下，如果在某个ONU侧下行接收的下行接收缓冲区出现溢出时，直接采用标准的PAUSE控制机制的话，该ONU向OLT发出PAUSE控制帧，OLT将停止所有的下行发送过程，这样一来以来就导致下行带宽的利用率会很低下，并且可能影响其它的OLT和ONU的正常通信进行。而使用本发明的下行流量控制方法既可以防止ONU内下行接收缓冲区溢出造成帧丢失，又可以避免下行带宽利用率下降。

图9为本发明下行流量控制方法所使用装置的示意图，其中OLT由去复用模块、上行接收缓冲模块、PAUSE解帧模块、下行发送缓冲模块、复用模块组成，而ONU由去复用模块、下行接收缓冲模块、PAUSE组帧模块、上行发送缓冲模块、复用模块、上行发送控制模块组成，各个模块相互的连接关系如图所示。当某个ONU侧下行接收缓冲区将出现溢出时，该ONU以自身的地址作为源地址、组播一个PAUSE帧，OLT收到这个带有该ONU源地址的PAUSE帧后，它就知道是发送给那个ONU的数据流量过大了，把这个信息传送给OLT内的下行发送缓冲模块，下行发送缓冲模块根据这些信息来重新调度数据帧的发送。具体步骤为：OLT接收数据帧；查找所接收数据帧的目的地址，把数据帧分为多个逻辑子队列，共同存储在下行发送帧缓冲区；当OLT里面的PAUSE解帧模块没有收到来自ONU的PAUSE帧时，队列调度按照优先级和到达顺序进行下行带宽安排；当OLT所接收数据帧中没有目的地址时，以广播地址发送；当某个ONU内的下行接收缓冲区超过了上限时，下行接收缓冲区通知PAUSE组帧模块形成发给OLT的PAUSE帧；该ONU内的上行发送控制模块还需要根据GATE帧解析后的信息，等待授权给该ONU的发送时间段到来；在该ONU自己的发送时间段上，ONU内上行发送控制模块通过复用仲裁后，将PAUSE帧插入在上行通道上，此PAUSE帧的源地址为该ONU自己的地址，既该ONU在注册时由OLT分配的地址，PAUSE帧的目的地址为保留的组播地址：01-80-C2-00-00-01，PAUSE帧内的控制参数为FF-FF，该参数表示需要OLT暂停向此ONU发送数据帧；当OLT内的PAUSE解帧部收到上述PAUSE帧后，根据PAUSE帧的源地址产生控制信号PAUSE_enX的控制信号，X表示发出PAUSE帧的ONU的序号；该控制信号PAUSE_enX被送给下行发送缓冲模块；下行发送缓冲模块PAUSE_enX信号有效范围内，在下行传输帧队列中仅仅安排发送给其它ONU的数据帧，不调度安排发送到该ONU的数据帧帧，同样也不发送那些广播数据帧；在上述ONU发送PAUSE帧后，如果该ONU的下行接收缓冲区超过了下限时，也通知PAUSE组帧模块；由PAUSE组帧模块形成发给OLT的PAUSE帧；该ONU仍然需要根据GATE帧解析后的信息，等待授权给该ONU的发送时间段到来；在该ONU自己的发送时间段上，ONU内上行发送控制模块中通过复用仲裁后，将PAUSE帧插入在上行通道上，此PAUSE帧的源地址为该ONU自己的地址，既该ONU在注册时由OLT分配的地址，PAUSE帧的目的地址为保留的组播地址：01-80-C2-00-00-01，所不同的是PAUSE帧内的控制参数为00-00，该参数表示需要OLT恢复向此ONU发送数据帧；为保证OLT确实收到请求恢复发送数据帧的PAUSE帧，该请求恢复发送的PAUSE帧可重复发送三次；当OLT内的PAUSE解帧部收到恢复发送数据帧的PAUSE帧时，根据PAUSE帧的源地址，解除对OLT内下行发送缓冲模块的PAUSE_enX的控制信号，使得下行发送缓冲模块可以在下行传输帧队列中调度安排发送给该ONU的数据帧。

图8是采用本发明下行流量控制方法的EPON系统中OLT内PAUSE解帧模块针对各个ONU暂停发送数据帧的PAUSE-enX信号和下行队列中所发送帧对应的ONU的序号，在ONU序号中0代表广播的帧、1代表应当由ONU1接收的帧、2代表应当由ONU2接收的帧、3代表应当由ONU3接收的帧、4代表应当由ONU4接收的帧。在图8中可以看到，在PAUSE_en3控制信号有效期间，由于ONU3内下行缓冲区不足，在OLT下行发送帧队列中没有发送到ONU3的序号为3的数据帧和序号为0的广播数据帧；在图8中PAUSE_en4有效期间，同样由于ONU4内下行缓冲区不足，在OLT的下行发送帧队列中也没有发送到ONU4的序号为4的数据帧和序号为0的广播数据帧。因此，本发明的下行流量控制方法很好的压制针对ONU3和针对ONU4的下行数据流量，达到对各个ONU的下行流量控制的目的。

本发明提出的在EPON局端OLT和远端ONU之间采用拓展PAUSE机制进行上、下行流量控制的方法，能够很好和现在IEEE 802.3建议和IEEE 802.3ah制定的EPON协议协作工作。具体地说，本发明的拓展PAUSE机制在OLT与ONU之间进行流量控制，而标准的PAUSE机制作用在OLT与业务节点设备之间以及ONU与用户节点设备之间进行流量控制。将本发明方法所采用的拓展PAUSE机制与标准PAUSE机制结合，可以解决整个EPON系统存在的丢帧问题，并且使的整个系统的性能得到提高。

Claims (10)

1.一种用于以太网无源光网络的上行流量控制方法，包括步骤：

在光线路终端设备内的上行接收帧缓冲区没有发生溢出时，光网络单元设备按照具有本光网络单元设备的选通帧中的开始时间和持续发送长度发送上行数据帧和控制帧；

当在光线路终端设备内的上行接收帧缓冲区中数据已经超过了预定的上限时，送出控制信号到暂停组帧模块；

暂停组帧模块形成具有组播地址和控制参数代表各个光网络单元设备暂停发送数据帧的暂停帧；

在下行方向上的复用模块中，暂停帧被插入在下行通道上，这时暂停帧中的目的地址为保留的组播地址：01-80-C2-00-00-01，媒介访问控制控制参数FF-FF，该参数代表各个光网络单元设备暂停发送数据帧；

由光线路终端设备发出的该组播暂停帧通过无源光分配网传输给所有的光网络单元设备；

在光网络单元设备内由去复用模块对下行通道上数据流去复用，并由暂停解帧模块将该暂停帧解析，并产生禁止发送数据信号给上行发送控制模块；

在光网络单元设备接收到选通帧解析后，当在光网络单元设备被授权允许发送的时间段内，该光网络单元设备内的上行发送控制模块允许发送控制帧和运行管理维护帧；这时由于禁止发送数据信号有效，所以禁止该光网络单元设备内的上行发送控制模块发送数据帧；

当在光线路终端设备内的上行接收帧缓冲区已经超过了预定的下限时，送出控制信号到暂停组帧模块；

暂停组帧模块形成具有组播地址和控制参数代表各个光网络单元设备恢复发送数据帧的暂停帧；

在下行方向上的复用模块中，暂停帧被插入在下行通道上，这时暂停帧中的目的地址为保留的组播地址：01-80-C2-00-00-01，媒介访问控制控制参数00-00，该参数代表恢复发送数据帧；

该组播暂停帧通过无源光分配网被所有的光网络单元设备接收；

在光网络单元设备内该暂停帧被解析，并产生恢复发送数据信号。

2.根据权利要求1的所述上行流量控制方法，其特征在于：为保证每个光网络单元设备确实接收到光线路终端设备用组播地址发送的具有恢复发送数据帧参数的暂停帧，在下行通道上插入该暂停帧并以组播地址发送的步骤重复三次。

3.根据权利要求1的所述上行流量控制方法，其特征在于：上行接收缓冲区中数据超过预定上限时发给暂停组帧模块的控制信号为几乎满信号。

4.一种用于以太网无源光网络的上行流量控制装置，由光线路终端设备和光网络单元设备组成，

其中光线路终端设备具体包括：

上行接收缓冲模块，用于当模块内所缓存的数据超过预定上限或下限时发出控制信号给暂停组帧模块；

暂停组帧模块，用于形成暂停发送的暂停帧，该帧中的目的地址为保留的组播地址01-80-C2-00-00-01，媒介访问控制控制参数FF-FF，该参数代表各个光网络单元设备暂停发送数据帧；暂停组帧模块还用于形成恢复发送的暂停帧，该帧中的目的地址为保留的组播地址01-80-C2-00-00-01，媒介访问控制控制参数00-00，该参数代表各个光网络单元设备恢复发送数据帧；

复用模块，用于将暂停帧复用到下行通道数据流中；

其中光网络单元设备具体包括：

去复用模块，用于将下行通道数据流去复用，并将获得的暂停帧传送给暂停解帧模块；

暂停解帧模块，用于发出禁止发送数据帧信号给上行发送控制模块，还用于发出恢复发送数据帧信号给上行发送控制模块；

上行发送控制模块，组织上行发送的数据帧，在缓存的数据超过预定的上限时只允许发送控制帧和运行管理维护帧。

5.根据权利要求4的所述上行流量控制装置，其特征在于：

光线路终端设备中还包括下行发送缓冲模块和去复用模块，前者用于缓存传输给下行通路的数据流，后者对来自上行通路的数据流去复用；光网络单元设备中还包括下行接收缓冲模块和复用模块，前者用于缓存来自下行通路上的数据流，后者用于复用发送到上行通路上的数据流。

6.一种用于以太网无源光网络的下行流量控制方法，包括步骤：

光线路终端设备接收数据帧；

查找数据帧的目的光网络单元设备地址，把数据帧分为多个逻辑子队列，共同存储在下行发送帧缓冲区；

当光线路终端设备内的暂停解帧模块没有收到暂停帧时，队列调度按照数据帧优先级和到达顺序进行下行带宽安排；

当所接收的数据帧中没有包含目的地址时，使用广播地址进行广播发送；

当某个光网络单元设备内的下行接收缓冲区超过了上限时，送出控制信号到暂停组帧模块；

暂停组帧模块形成具有组播地址和控制参数代表该光网络单元设备暂停接收数据帧的暂停帧；

该光网络单元设备根据所接收的选通帧解析后的信息，等待到该光网络单元设备的发送窗口到来；

发送窗口到来后，在上行方向上的上行发送控制模块中将暂停帧插入在上行通道上，这时的帧内源地址为该光网络单元设备在注册时由光线路终端设备分配的地址；暂停帧目的地址为保留的组播地址：01-80-C2-00-00-01，帧内控制参数为FF-FF，该参数表示暂停接收数据帧；

当光线路终端设备内的暂停解帧模块收到暂停帧时，根据暂停帧的源地址值，暂停解帧部将产生以该源地址为参数的控制信号，并将控制信号发送到下行发送缓冲模块中；

下行发送缓冲模块按照控制信号的参数，可以控制在这个信号有效时间段，在下行方向上仅仅安排具有其他目的地的数据帧的发送，不调度发送到该光网络单元设备地址的帧，同样也不发送那些广播帧；

在所述光网络单元设备发送暂停帧后，当该光网络单元设备的下行接收缓冲区超过了下限时，发送出控制信号到暂停组帧模块；

暂停组帧模块形成具有组播地址和控制参数代表各个光网络单元设备恢复接收数据帧的暂停帧；

该光网络单元设备根据所接收的选通帧解析后的信息，等待到该光网络单元设备的发送窗口到来；

发送窗口到来后，在上行方向上的上行发送控制模块中将暂停帧插入在上行通道上，这时的帧内源地址为该光网络单元设备在注册时由光线路终端设备分配的地址；暂停帧目的地址为保留的组播地址：01-80-C2-00-00-01，帧内控制参数为00-00，该参数表示恢复接收数据帧；

当光线路终端设备内的暂停解帧模块收到暂停控制帧时，根据暂停帧的源地址值，暂停解帧模块将产生以该源地址为参数的控制信号，并发送到下行发送缓冲模块中；

下行发送缓冲模块重新允许安排发送到该光网络单元设备的帧。

7.根据权利要求6的所述下行流量控制方法，其特征在于：光网络单元设备内下行接收缓冲区超过上限时发送给暂停组帧模块的控制信号为几乎满信号。

8.根据权利要求6的所述下行流量控制方法，其特征在于：为保证光线路终端设备确实接收到光网络单元设备用组播地址发送的具有恢复接收数据帧参数的暂停帧，在上行通道上插入该暂停帧并以组播地址发送的步骤重复三次。

9.一种用于以太网无源光网络的下行流量控制装置，由光网络单元设备和光线路终端设备组成，

其中光网络单元设备具体包括：

下行接收缓冲模块，用于当下行接收缓冲区缓存的该光网络单元设备所接收数据流超过预定上限或下限时，发出控制信号给暂停组帧模块；

暂停组帧模块，用于形成暂停发送的暂停帧，该帧内源地址为该光网络单元设备在注册时由光线路终端设备分配的地址；暂停帧目的地址为保留的组播地址：01-80-C2-00-00-01，帧内控制参数为FF-FF，该参数表示该光网络单元设备暂停接收数据帧；暂停组帧模块还用于形成恢复发送的暂停帧，该帧内源地址为该光网络单元设备在注册时由光线路终端设备分配的地址；暂停帧目的地址为保留的组播地址：01-80-C2-00-00-01，帧内控制参数为00-00，该参数表示该光网络单元设备恢复接收数据帧；

复用模块，用于将暂停帧复用到上行通道数据流中；

上行发送控制模块，用于在接收到本光网络单元设备的选通帧时，按照分配给本光网络单元设备的时隙发送暂停帧；

其中的光线路终端设备具体包括：

去复用模块，用于将上行通道数据流去复用，获得暂停帧并传送给暂停解帧模块；

暂停解帧模块，用于解析暂停帧中的源地址，识别出下行接收缓冲区已经超过上限的光网络单元设备，并向下行发送缓冲模块发出指令；暂停解帧模块还用于解析暂停帧中的源地址，识别出下行接收缓冲区已经超过下限的光网络单元设备，并向下行发送缓冲模块发出指令；

下行发送缓冲模块，用于停止发送给下行接收缓冲区已经超过上限的光网络单元设备的数据帧；下行发送缓冲模块还用于恢复发送给下行接收缓冲区已经超过下限的光网络单元设备的数据帧。

10.根据权利要求9的所述下行流量控制装置，其特征在于：

光网络单元设备中还包括：去复用模块，用于接收下行通路上的数据流并对各个帧去复用，上行发送缓冲模块，用于缓存发送到上行通路上的数据；

光线路终端设备中还包括：复用模块，用于将下行发送缓冲模块中将发送的各个数据帧复用，上行接收缓冲模块，用于缓存来自上行通道的数据流。

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