CN100581294C - 以太网无源光网络多业务动态带宽请求的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种以太网无源光网络多业务动态带宽请求的方法，该方法包括老化周期计时器开始计时、根据写入上行数据缓存队列的字节数对发送速率变量进行累加、老化周期计时器超时后对发送速率变量进行低通平滑滤波计算操作得到低通速率变量、进行压缩操作得到带宽请求信息、对发送速率变量进行老化计算操作、老化周期计时器归零重新开始计时、将带宽请求信息通过上行的MPCPReport帧发送至线路终端设备OLT。采用该以太网无源光网络多业务动态带宽请求的方法，网络通信性能较高，动态带宽分配性能较好，算法的计算难度较小，精确度较高，能够较准确反映ONU上行业务的带宽需求，而且能够全面支持TDM业务和以太网业务，适用范围较为广泛。
Description
技术领域
本发明涉及光纤通信领域，特别涉及以太网无源光网络(EPON)领域，具体是指一种以以太网无源光网络多业务动态带宽请求的方法。
背景技术
当前的网络逐步趋向融合，在同一网络中可以支撑多种业务，包括以太网业务、语音业务等。目前，VoIP还是存在通话质量无法保证等问题，传统电话接入依然是用户的首选。以太网无源光网络(EPON：Ethernet Passive Optical Network)系统作为一种新型的FTTH解决方案，不但要支撑以太网业务需求，而且完全有支持传统语音业务等TDM业务的必要。
但是，目前的802.3ah标准和协议并没有将DBA(Dynamic Bandwidth Allocation，动态带宽分配)作为EPON产品的必选功能，也没有给出DBA具体的、统一的实现方法，实际上这也超出了协议的范围。但是面对用户日益增长的业务和带宽需求，作为最后一英里的解决方案，EPON产品必须能够提供足够的带宽和效率，并支持多种业务类型，充分保护用户的投资和收益。
同时，动态带宽分配功能不能依靠光线路终端设备OLT单独完成，而是需要OLT和光网络单元设备ONU彼此配合、共同实现，OLT的动态带宽分配算法再先进，它也是根据ONU上报的带宽请求信息(Request)，来给各ONU的以太网业务计算和分配动态带宽的，如果ONU上报的带宽请求信息不准确、不及时，或者不能正确反映ONU的业务和带宽需求，那么OLT也无法准确的、有效的实现动态带宽分配，所以说ONU上报的带宽请求信息是动态带宽分配功能的基础。
ONU上报的“带宽请求信息”，在OLT主要用于动态带宽分配功能，所以也叫“动态带宽请求信息”，在802.3ah标准中，已经说明了带宽请求信息的实现方法，大致内容如下：
在Report消息中，ONU指示出它们所需要的每一个802.1Q优先队列的上行带宽，Report消息同时也被用作ONU和OLT之间的心跳维持包，ONU周期性的发出Report消息，用来维护和OLT之间的正常链路连接。另外，OLT也可以主动要求一个Report消息。
其中所谓的Report消息，其表现形式就是MPCP Report帧，用于在上行方向ONU周期性地给OLT上报带宽请求信息，协议中已经说明其帧格式如下表所示：
其中队列#n Report(n＝0～7)表示Report消息产生时队列#n的长度，队列#n Report字段是一个无符号16比特整型数，表示单位时间的传输量请求。
如上所述，802.3ah标准中，ONU将上行数据缓存队列的长度，作为带宽请求信息，通过Report消息(也就是MPCP Report帧)上报给OLT，一个MPCP Report帧最多可以同时上报8个数据队列的长度，对应802.1Q的8个优先级。
但是，将数据缓存队列的长度作为ONU的带宽请求信息，并不是最佳的方法，因为在EPON系统中，上行链路采用时分复用方式，ONU上行业务的数据是突发发送的，加之以太网业务本身的突发特性，导致ONU上行数据缓存队列的占用情况也是剧烈变化的，而上行带宽分配周期为ms级或亚ms级，Report消息产生、上报的周期更是这个周期的几倍到几十倍，队列长度的稀疏的、偶尔的采样值，并不能准确表示ONU上行业务的带宽需求，这样就给网络对多种业务类型的支持带来一定的困难，同时也难以保证较高的网络服务质量。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种网络通信性能较高、动态带宽分配性能较好、计算难度较小、精确度较高、能够较准确反映ONU上行业务的带宽需求、支持TDM业务和以太网业务、适用范围较为广泛的以太网无源光网络多业务动态带宽请求的方法。
为了实现上述的目的，本发明的以太网无源光网络多业务动态带宽请求的方法如下：
该以太网无源光网络多业务动态带宽请求的方法，其主要特点是，包括光线路终端设备OLT和数个光网络单元设备ONU，所述的光线路终端设备OLT的上行链路接口和下行链路接口通过光分布网路和分光器分别与所述的各个光网络单元设备ONU的上行链路接口和下行链路接口相连接，所述的光网络单元设备ONU中具有动态带宽请求和带宽授权执行装置和用户网络接口，且该动态带宽请求和带宽授权执行装置与所述的光网络单元设备ONU的上行链路接口和下行链路接口均相连接，所述的动态带宽请求和带宽授权执行装置包括上行业务速率采样与统计单元、动态带宽分配请求信息计算单元、MPCP Report帧产生与发送单元，所述的用户网络接口的上行信号通过上行业务速率采样与统计单元、动态带宽分配请求信息计算单元、MPCP Report帧产生与发送单元，传送至光网络单元设备ONU的上行链路接口，所述的动态带宽请求的方法包括以下步骤：
(1)上行业务速率采样与统计单元中的老化周期计时器开始计时；
(2)上行业务速率采样与统计单元根据通过用户网络接口写入上行数据缓存队列的字节数对发送速率变量进行累加；
(3)判断老化周期计时器是否超时；
(4)如果未超时，则重复上述步骤(2)；
(5)如果超时，则动态带宽分配请求信息计算单元对发送速率变量进行低通平滑滤波计算操作，并得到低通速率变量；
(6)动态带宽分配请求信息计算单元将该低通速率变量进行压缩操作，并得到带宽请求信息；
(7)动态带宽分配请求信息计算单元对发送速率变量进行老化计算操作；
(8)上行业务速率采样与统计单元中的老化周期计时器归零，并重新开始计时；
(9)MPCP Report帧产生与发送单元将上述带宽请求信息通过上行的MPCP Report帧发送至光线路终端设备OLT；
(10)重复上述步骤(2)。
该以太网无源光网络多业务动态带宽请求的方法的老化周期超时时间可以为100微秒～1毫秒。
该以太网无源光网络多业务动态带宽请求的方法的老化周期超时时间为500微秒。
该以太网无源光网络多业务动态带宽请求的方法的低通平滑滤波计算操作为：
根据发送速率变量和低通因子按照以下公式计算低通速率变量：
低通速率变量＝低通速率变量+(发送速率变量-低通速率变量)/低通因子。
该以太网无源光网络多业务动态带宽请求的方法的低通因子的值可以为4～256。
该以太网无源光网络多业务动态带宽请求的方法的低通因子的值为64。
该以太网无源光网络多业务动态带宽请求的方法的对该低通速率变量进行压缩操作为：将低通速率变量的最高16位赋值给带宽请求信息。
该以太网无源光网络多业务动态带宽请求的方法的对该低通速率变量进行压缩操作为：
根据低通速率变量和圆整因子按照以下公式计算带宽请求信息：
带宽请求信息＝低通速率变量/圆整因子。
该以太网无源光网络多业务动态带宽请求的方法的圆整因子的值为2的整数次幂。
该以太网无源光网络多业务动态带宽请求的方法的圆整因子的值可以为1～256。
该以太网无源光网络多业务动态带宽请求的方法的圆整因子的值为16。
该以太网无源光网络多业务动态带宽请求的方法的对发送速率变量进行老化计算操作为：
根据老化因子按照以下公式计算发送速率变量：
发送速率变量＝发送速率变量-发送速率变量/老化因子。
该以太网无源光网络多业务动态带宽请求的方法的老化因子的值可以为2～16。
该以太网无源光网络多业务动态带宽请求的方法的老化因子的值为4。
采用了该发明的以太网无源光网络多业务动态带宽请求的方法，由于使用ONU上行业务速率(或上行业务带宽)经周期性采样再使用特定的算法进行计算后的结果，作为带宽请求信息，从而使得网络通信性能较高，动态带宽分配性能较好，算法的计算难度较小，精确度较高，能够较准确反映ONU上行业务的带宽需求；不仅如此，采用上述方法，能够全面支持TDM业务，如TDM Service，包括POTS、E1、T1等，同时较好的支持以太网业务，如Ethernet Service，包括VoIP、IPTV、视频点播等；而且适用范围较为广泛，对光纤通信网络和宽带通信技术的发展打下了良好的基础。
附图说明
图1为本发明的以太网无源光网络多业务动态带宽请求的方法的流程图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，首先介绍一些专业术语，如下表所示：
| PON | Passive Optical Network | 无源光网络 |
| EPON | Ethernet Passive OpticalNetwork | 以太网无源光网络 |
| MPCP | Multi-Point Control Protocol | 多点控制协议 |
| FTTH | Fiber To The Home | 光纤到户 |
| FTTB | Fiber To The Building | 光纤到楼 |
| OLT | Optical Line Terminal | 光线路终端 |
| ONU | Optical Network Units | 光网络单元 |
| POS | Passive Optical Splitter | 无源分光器 |
| ODN | Optical Distribution Network | 光分布网络 |
| SBA | Static Bandwidth Allocation | 静态带宽分配 |
| DBA | Dynamic BandwidthAllocation | 动态带宽分配 |
| DA | Destination Address | 目的地址 |
| SA | Source Address | 源地址 |
| MAC | Media Access Control | 媒体接入控制 |
| SNI | Service Node Interface | 业务节点接口 |
| UNI | User Network Interface | 用户网络接口 |
| Ethernet | 以太网 | |
| Frame | 帧，或报文，本文不做区分 | |
| MPCP Frame | 多点控制协议帧 | |
| Ethernet Service、EthernetFrame、Ethernet Data | 以太网业务、以太网帧、以太网数据含义雷同，本文不做区分 | |
| Transmission Window | 传输窗口，或发送窗口，本文不做区分 | |
| Grant | 带宽授权，或带宽许可，本文不做区分 | |
| Request | 请求(也就是ONU的动态带宽请求信息) | |
| Report | 报告(ONU上行动态带宽请求信息上报) |
下面首先介绍一下EPON系统：
1.EPON系统基本构成
一套典型的EPON系统主要由3部分构成：光线路终端(Optical Line Terminal，OLT)、光分布网络(Optical Distribution Network，ODN)和光网络单元/光网络终端(Optical NetworkUnits/Terminal，ONU/ONT)。其中：OLT位于局端，负责分配和控制信道的连接，并对整个EPON网络进行实时监控、管理及维护；ONU/ONT位于用户端(或者说用户驻地侧)，实现用户终端的接入；ODN由无源分光器(Passive Optical Splitter，POS，又叫无源光纤分支器、无源光分路器)和光纤线路构成，实现OLT和各ONU之间的网络连接，802.3ah工作组EFM(Ethernet in the First Mile Study)确定无源分光器的分光比在1∶16到1∶128之间。ONU与ONT的区别在于ONT直接位于用户端，而ONU与用户间还有其它的网络，但在本专利族中不做区分，一律用ONU表示。
EPON采用树形拓扑结构，OLT位于根节点，通过ODN与各个ONU相连，光纤线路单一且共享，并使用成本低廉的无源分光器，把信号从单一光纤分散至独立的用户，之所以被称呼为“无源光网络”是因为有别于传统的电信机房局端及客户端的连接，这其中并没有一个有源电子设备装置介于该接入网络之间，这样的优势大大的简化了网络系统的操作、维护及成本，另一个优点为相比于一个点对点的光纤网络中，其所使用的光纤并不需要很多。
2.EPON系统基本原理
EPON系统使用波分复用技术(WDM：Wavelength Division Multiplexer)，上下行信号分别使用不同的波长、但在同一根光纤中传送，速率对称(均为1Gbit/s)，传输距离可达20km。从OLT到ONU的方向称为下行方向(或下行链路，Downstream Link)，反之称为上行方向(或上行链路，Upstream Link)。
下行链路，OLT以单发送复制广播(SCB：Single Copy Broadcast)的方式向所有的ONU发送以太协议分组(也就是以太网帧)。通过发现和注册过程(Discovery and Registeredprocess)，OLT给成功完成注册的ONU分配LLID(Logical Link ID，逻辑链路标识)，一个ONU至少支持一个LLID，然后OLT把下行发送的以太网帧的目的ONU的LLID放在帧前导符(Preamble)中。待帧数据到达ONU后，所有ONU都会根据前导符中所含的LLID和自己的LLID进行判断，以决定是否接收该帧，这样就保证了只有目的ONU会正确接收该帧。
上行链路可以采用多种接入技术：频分多址复用(FDMA)、时分多址复用(TDMA)、波分多址复用(WDMA)、码分多址复用(CDMA)等。其中时分多址复用相对于其它复用技术有几个明显的优势：全部ONU只需要一个OLT转发器；整个EPON系统上行链路只需要一个波长；技术简单，成本低廉。现有的EPON系统和产品几乎都是使用时分复用接入技术。时分复用的工作原理是：OLT安排好各ONU发送上行信号的时隙，并发出时隙分配帧(也就是MPCP Gate帧，内含给ONU分配的带宽授权或带宽许可)；ONU接收并解析此带宽授权，根据OLT分配给自己的时隙，通过上行发送窗口，向OLT发送上行信号、传输业务数据，这样众多的ONU就可以共享上行信道和有限的带宽。
在下行方向，OLT提供面向无源光纤网络的光纤接口；在上行方向，OLT提供千兆以太网(Gigabit Ethernet，GE)业务节点接口(Service Node Interface，SNI)。将来10Gbit/s的以太网技术标准定型后，OLT也会支持类似的高速接口。为了支持其他流行的协议，OLT还可支持ATM、FR以及OC3/12/48/192等速率的SDH/SONET的接口标准。OLT还可通过支持E1接口来实现传统的TDM话音的接入。在EPON的统一网管方面，OLT是主要的控制中心，实现网络管理的主要功能。此外EPON还需通过已定义的接口与电信管理网相连，进行配置管理、性能管理、故障管理、安全管理及计费管理，完成操作维护管理(Operations Administrationand Maintenance，OAM)功能。
3.EPON系统关键技术
由于EPON的上行信道采用时分多址(TDMA)接入方式，各ONU的上行数据以突发方式通过共同的无源光网络传输到OLT，多点接入以及各ONU与OLT之间的距离差异，导致各ONU的发送数据延时不同(20km光纤传输时延可达0.1ms)，OLT接收信号功率也各不相同，因此要求OLT接收激光器能实现突发接收，OLT必须能在很短的时间内(几个比特)实现相位的同步，进而接收数据；为了防止数据时域碰撞，还必须引入测距和时延补偿技术实现全网时隙同步，使数据按带宽分配的指定时隙到达。下行方向因为是连续的比特流，所以ONU的接收激光器不需要快速重新调整。
准确测量各个ONU到OLT的距离，并精确调整ONU的发送时延，可以减小ONU发送窗口间的间隔，从而提高上行信道的利用率并减小时延。另外，测距技术必须支持ONU的即插即用，测距过程应充分考虑整个EPON的配置情况，例如，若系统在工作时加入新的ONU，此时的测距就不应对其它ONU有太大的影响。
影响传统业务(话音和图像)在EPON中传输的性能指标主要是延时和丢帧率。无论EPON的上行信道还是下行信道都不应发生丢帧，因此EPON所要考虑的重点是保证面向连接业务的低延时。低延时由EPON的DBA算法和时隙划分的“低颗粒度”(Tin Ganularity)保障，而对传统业务端到端的QoS支持则由现存的协议如虚拟局域网(VLAN)、IP-VPN、多协议标签交换(MPLS)来实现，其中VLAN和MPLS是被看好的应用于EPON的QoS协议。
实现带宽动态分配的关键在于如何获得ONU的实际状态，各种DBA算法获得ONU状态的手段不同，目前MAC层争论的焦点就是DBA算法和802.3.ah标准中是否确定统一的DBA算法。目前的方案是基于轮询的带宽分配方式，即OLT采用轮转的方式对各ONU进行轮询，ONU根据其缓冲区内等待发送的以太网业务报文，通过Report message向OLT上报带宽请求信息，OLT对各个ONU根据其带宽请求信息按照带宽分配算法分别进行授权。
4.EPON系统对TDM业务的支持
尽管数据业务的带宽需求正快速增长，但现有的电路业务还有很大的市场，在短期内仍将发挥其巨大的作用，在今后几年内仍是业务运营商的主要收入来源。所以在EPON系统中承载电路交换网业务，将分组交换业务与电路交换业务结合有利于EPON的市场应用，并满足不同业务的需要。因此现在大家谈论的EPON实际都是考虑网络融合需求的多业务系统。EFM对TDM在EPON上如何承载，在技术上没有作具体规定，但必须兼容以太网帧格式。如何保证TDM业务的质量实际上也就成为多业务EpON的关键技术之一。
5.多点控制协议(MPCP)
EPON系统通过一条共享光纤将多个DTE(Data Terminal Equipment，数据终端设备)连接起来，其拓扑结构为不对称的基于无源光分路器的树形分支结构。多点控制协议(Multi-Point Control Protocol，MPCP)就是使这种拓扑结构适用于以太网的一种控制机制，该协议位于MAC控制子层，EPON作为EFM讨论标准的一部分，就是建立在MPCP基础上的。
MPCP使用消息、状态机和定时器来控制访问点到多点的拓扑结构。MPCP涉及的内容包括ONU发送时隙(也就是带宽授权或带宽许可)的分配，ONU的自动发现(Discovery)和注册(Registered)，向高层报告拥塞情况以便动态分配带宽。P2P(Point to Point，点对点)仿真子层是EPON/MPCP协议中的关键组件，通过给每个数据帧增加一个LLID(Logical LinkID，逻辑链路标识)并替换帧前导符(Preamble)中的2个字节，它可使P2MP(Point toMulti-Point，点对多点)网络拓扑对于高层来说表现为多个点对点链路的集合。在点到多点拓扑中的每个ONU都包含一个MPCP的实体，用以和OLT中的MPCP实体相互通信。
EPON将拓扑结构中的根节点认为是主设备，即OLT，将位于边缘部分的多个节点认为是从设备，即ONU。MPCP在点对多点的主从设备之间规定了一种控制机制，以协调数据有效地发送和接收。系统运行过程中上行方向在一个时刻只允许一个ONU发送，位于OLT的高层负责处理发送的定时和不同ONU的拥塞报告，从而优化PON系统内部的带宽分配。
EPON系统通过MPCP帧来实现OLT与ONU之间的带宽请求、带宽授权和测距补偿等功能。802.3ah标准中定义了5种MPCP帧格式，如下表所示。
| MPCP类型(MPCP Type) | 操作码(op-code) | 上/下行(Up/Down) | 功能描述 |
| MPCP Gate | 0x00_02 | 下行 | OLT下行发送带宽授权(Grant)给各ONU |
| MPCP RPT | 0x00_03 | 上行 | ONU上行发送带宽请求信息(Report)给OLT |
| MPCP REQ | 0x00_04 | 上行 | 在注册过程中，ONU发送注册请求(或注销请求)给OLT |
| MPCP REG | 0x00_05 | 下行 | 在注册过程中，OLT发送注册许可(或注销许可)给ONU |
| MPCP ACK | 0x00_06 | 上行 | 在注册过程中，ONU发送注册应答(或注销应答)给OLT |
其中最经常用到的就是下行方向的MPCP Gate帧和上行方向的MPCP RPT帧。
请参阅图1所示，该以太网无源光网络多业务动态带宽请求的方法，其中的硬件部分包括光线路终端设备OLT和数个光网络单元设备ONU，所述的光线路终端设备OLT的上行链路接口和下行链路接口通过光分布网路和分光器分别与所述的各个光网络单元设备ONU的上行链路接口和下行链路接口相连接，所述的光网络单元设备ONU中具有动态带宽请求和带宽授权执行装置和用户网络接口，且该动态带宽请求和带宽授权执行装置与所述的光网络单元设备ONU的上行链路接口和下行链路接口均相连接，所述的动态带宽请求和带宽授权执行装置包括上行业务速率采样与统计单元、动态带宽分配请求信息计算单元、MPCP Report帧产生与发送单元，所述的用户网络接口的上行信号通过上行业务速率采样与统计单元、动态带宽分配请求信息计算单元、MPCP Report帧产生与发送单元，传送至光网络单元设备ONU的上行链路接口，所述的动态带宽请求的方法包括以下步骤：
(1)上行业务速率采样与统计单元中的老化周期计时器开始计时；
(2)上行业务速率采样与统计单元根据通过用户网络接口写入上行数据缓存队列的字节数对发送速率变量进行累加；
(3)判断老化周期计时器是否超时；
(4)如果未超时，则重复上述步骤(2)；
(5)如果超时，则动态带宽分配请求信息计算单元对发送速率变量进行低通平滑滤波计算操作，并得到低通速率变量，该低通平滑滤波计算操作为：
根据发送速率变量和低通因子按照以下公式计算低通速率变量：
低通速率变量＝低通速率变量+(发送速率变量-低通速率变量)/低通因子；
(6)动态带宽分配请求信息计算单元将该低通速率变量进行压缩操作，并得到带宽请求信息，该压缩操作为：将低通速率变量的最高16位赋值给带宽请求信息，在本实施例中，根据低通速率变量和圆整因子按照以下公式计算带宽请求信息：
带宽请求信息＝低通速率变量/圆整因子；
(7)动态带宽分配请求信息计算单元对发送速率变量进行老化计算操作，该老化计算操作为：根据老化因子按照以下公式计算发送速率变量：
发送速率变量＝发送速率变量-发送速率变量/老化因子；
(8)上行业务速率采样与统计单元中的老化周期计时器归零，并重新开始计时；
(9)MPCP Report帧产生与发送单元将上述带宽请求信息通过上行的MPCP Report帧发送至光线路终端设备OLT；
(10)重复上述步骤(2)。
在实际应用中，上述方法中使用了如下两个变量：
| 变量 | 名称 | 含义 |
| 变量 | 名称 | 含义 |
| add_rate | 发送速率 | 对上行业务速率(也就是每个老化周期中写入上行缓存队列的字节数)进行统计，并在每个老化周期结束时进行老化计算 |
| lp_add_rate | 低通速率 | 在每个老化周期结束时对发送速率add_rate进行低通(Low Pass)计算(在add_rate进行老化计算之前) |
同时，上述方法中还用到了如下几个参数：
| 参数 | 名称 | 缺省值 | 取值范围 | 含义 |
| age_interval | 老化周期 | 500us | 100us～1ms | 上行业务速率统计和计算(老化和低通)的周期，单位：秒(s) |
| round_factor | 圆整因子 | 16 | 1～256，必须是2的整数次幂 | bandwidth_request的圆整系数，用于将低通速率lp_add_rate的最高16位作为带宽请求信息 |
| age_factor | 老化因子 | 4 | 2～16 | 发送速率add_rate的老化计算因子，表征add_rate的老化速度 |
| lp_faetor | 低通因子 | 64 | 4～256 | 低通速率lp_add_rate的低通计算因子，表征lp_add_rate的低通平滑滤波程度 |
假设上行业务速率为Rup(单位：bps)，则每个老化周期中写入上行缓存队列的字节数等于：
add_byte＝Rup×age_interval/8
发送速率add_rate在每个老化周期的过程中都要统计(累加)add_byte：
add_rate+＝add_byte
然后在每个老化周期结束时被老化掉(减去)自身的1/age_factor：
add_rate-＝add_rate/age_factor
所以，当每个老化周期中累加的量和减去的量相等时，发送速率add_rate就会趋于稳定：
add_byte＝add_rate/age_factor
也就是说，发送速率add_rate和上行业务速率Rup的关系为：
add_rate＝age_factor×add_byte＝age_factor×Rup×age_interval/8
不论发送速率add_rate大于或小于这个值，它都会向这个稳定值趋近、靠拢。
对千兆以太网，取Rup为最大值1Gbps，age_interval配置为最大值1ms，则相应的发送速率add_rate的最大值为：
add_ratemax＝age_factor×125,000(单位：字节，Byte)
老化因子age_factor决定了发送速率add_rate的老化程度，老化因子age_factor越大，发送速率add_rate的老化速度就越慢，其稳定值也越大，计算难度和代价也越大；反之，老化因子age_factor越小，发送速率add_rate的老化速度就越快，其稳定值也越小，当老化因子age_factor退化为1时，也就失去了老化的意义。所以根据实际性能的需求和设计实现的难度，老化因子age_factor的取值范围介于2～16之间，并且最好等于2的整数次幂，这样电路最优。老化因子age_factor的不同取值，对发送速率add_rate的统计效果和计算精度有一定影响，实践表明，太大或太小均不是最佳，缺省值取4。这时发送速率add_rate的最大值为：
add_ratemax＝4×125,000＝500,000(字节，Byte)
在每个老化周期结束时，还要对发送速率add_rate进行低通平滑滤波计算，得到低通速率lp_add_rate：
lp_add_rate+＝(add_rate-lp_add_rate)/lp_factor
低通速率lp_add_rate的含义、位宽和单位都与发送速率add_rate相同，只是更加平滑，并综合了发送速率add_rate的当前和历史数值，具有一定的统计特性。
设计实现时，低通速率lp_add_rate和发送速率add_rate的取值范围必须要大于其可能的最大值add_ratemax，以保证在计算过程中不会发生溢出错误。但是在802.3ah标准中，MPCPReport帧内的一个队列#n Report域只有16位宽，所以在发送Report消息时，必须将低通速率lp_add_rate压缩到16位宽才能作为带宽请求信息bandwidth_request，即：
bandwidth_request＝lp_add_rate/round_factor
其中round_factor为圆整因子，用于将低通速率lp_add_rate的最高16位赋值给bandwidth_request，其取值必须根据上行业务速率Rup的实际最大值、老化周期age_interval和老化因子age_factor来决定，缺省值为16。
类似的，本发明的动态带宽请求的方法支持对8个优先级的业务的速率单独进行统计和计算，并利用8个队列#n Report域，上报8组动态带宽请求信息。
低通因子lp_factor决定了低通速率lp_add_rate的低通平滑滤波程度，低通因子lp_factor越大，低通速率lp_add_rate的低通效果就越强，因为发送速率add_rate的当前数值的权重比例就越小(1/lp_factor)，但计算难度也越大，精度也越低，低通速率lp_add_rate对业务当前实际速率的响应和体现也就越迟钝和滞后；反之，低通因子lp_factor越小，低通速率lp_add_rate的低通效果就越弱，当低通因子lp_factor退化到1时，低通速率lp_add_rate实际上就等于发送速率add_rate，也就失去了低通的意义，但同时计算难度也越小，精度也越高，低通速率lp_add_rate对业务当前实际速率的响应和体现也就越敏感和及时。所以根据实际性能的需求和设计实现的难度，低通因子lp_factor的取值范围介于4～256之间，并且最好等于2的整数次幂，这样电路最优。低通因子lp_factor的不同取值，对低通速率lp_add_rate的计算效果有一定影响，如前所述，低通因子lp_factor太大或太小，都会表现出明显的缺陷，考虑到动态带宽请求信息上报的周期大约为老化周期(也就是计算周期)的几十倍，低通因子lp_factor的缺省值取64。
采用了上述的以太网无源光网络多业务动态带宽请求的方法，由于使用ONU上行业务速率(或上行业务带宽)经周期性采样再使用特定的算法进行计算后的结果，作为带宽请求信息，从而使得网络通信性能较高，动态带宽分配性能较好，算法的计算难度较小，精确度较高，能够较准确反映ONU上行业务的带宽需求；不仅如此，采用上述方法，能够全面支持TDM业务，如TDM Service，包括POTS、E1、T1等，同时较好的支持以太网业务，如Ethernet Service，包括VoIP、IPTV、视频点播等；而且适用范围较为广泛，对光纤通信网络和宽带通信技术的发展打下了良好的基础。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (14)
1、一种以太网无源光网络多业务动态带宽请求的方法，其特征在于，该以太网无源光网络包括光线路终端设备OLT和数个光网络单元设备ONU，所述的光线路终端设备OLT的上行链路接口和下行链路接口通过光分布网路和分光器分别与所述的各个光网络单元设备ONU的上行链路接口和下行链路接口相连接，所述的光网络单元设备ONU中具有动态带宽请求和带宽授权执行装置和用户网络接口，且该动态带宽请求和带宽授权执行装置与所述的光网络单元设备ONU的上行链路接口和下行链路接口均相连接，所述的动态带宽请求和带宽授权执行装置包括上行业务速率采样与统计单元、动态带宽分配请求信息计算单元、MPCPReport帧产生与发送单元，所述的用户网络接口的上行信号通过上行业务速率采样与统计单元、动态带宽分配请求信息计算单元、MPCP Report帧产生与发送单元，传送至光网络单元设备ONU的上行链路接口，所述的动态带宽请求的方法包括以下步骤：
(1)上行业务速率采样与统计单元中的老化周期计时器开始计时；
(2)上行业务速率采样与统计单元根据通过用户网络接口写入上行数据缓存队列的字节数对发送速率变量进行累加；
(3)判断老化周期计时器是否超时；
(4)如果未超时，则重复上述步骤(2)；
(5)如果超时，则动态带宽分配请求信息计算单元对发送速率变量进行低通平滑滤波计算操作，并得到低通速率变量；
(6)动态带宽分配请求信息计算单元将该低通速率变量进行压缩操作，并得到带宽请求信息；
(7)动态带宽分配请求信息计算单元对发送速率变量进行老化计算操作；
(8)上行业务速率采样与统计单元中的老化周期计时器归零，并重新开始计时；
(9)MPCP Report帧产生与发送单元将上述带宽请求信息通过上行的MPCP Report帧发送至光线路终端设备OLT；
(10)重复上述步骤(2)。
2、根据权利要求1所述的以太网无源光网络多业务动态带宽请求的方法，其特征在于，所述的老化周期超时时间为100微秒～1毫秒。
3、根据权利要求2所述的以太网无源光网络多业务动态带宽请求的方法，其特征在于，所述的老化周期超时时间为500微秒。
4、根据权利要求1至3中任一项所述的以太网无源光网络多业务动态带宽请求的方法，其特征在于，所述的低通平滑滤波计算操作为：
根据发送速率变量和低通因子按照以下公式计算低通速率变量：
低通速率变量＝低通速率变量+(发送速率变量-低通速率变量)/低通因子。
5、根据权利要求4所述的以太网无源光网络多业务动态带宽请求的方法，其特征在于，所述的低通因子的值为4～256。
6、根据权利要求5所述的以太网无源光网络多业务动态带宽请求的方法，其特征在于，所述的低通因子的值为64。
7、根据权利要求1至3中任一项所述的以太网无源光网络多业务动态带宽请求的方法，其特征在于，所述的对该低通速率变量进行压缩操作为：将低通速率变量的最高16位赋值给带宽请求信息。
8、根据权利要求7所述的以太网无源光网络多业务动态带宽请求的方法，其特征在于，所述的将低通速率变量的最高16位赋值给带宽请求信息，具体为：
根据低通速率变量和圆整因子按照以下公式计算带宽请求信息：
带宽请求信息＝低通速率变量/圆整因子。
9、根据权利要求8所述的以太网无源光网络多业务动态带宽请求的方法，其特征在于，所述的圆整因子的值为2的整数次幂。
10、根据权利要求9所述的以太网无源光网络多业务动态带宽请求的方法，其特征在于，所述的圆整因子的值为1～256。
11、根据权利要求10所述的以太网无源光网络多业务动态带宽请求的方法，其特征在于，所述的圆整因子的值为16。
12、根据权利要求1至3中任一项所述的以太网无源光网络多业务动态带宽请求的方法，其特征在于，所述的对发送速率变量进行老化计算操作为：
根据老化因子按照以下公式计算发送速率变量：
发送速率变量＝发送速率变量-发送速率变量/老化因子。
13、根据权利要求12所述的以太网无源光网络多业务动态带宽请求的方法，其特征在于，所述的老化因子的值为2～16。
14、根据权利要求12所述的以太网无源光网络多业务动态带宽请求的方法，其特征在于，所述的老化因子的值为4。
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