CN101035175B - 节省数字用户线功率的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种节省数字用户线功率的方法，包括：统计数字用户线xDSL上的数据速率；根据统计结果调整所述xDSL上的线路速率和发送功率；根据调整后的线路速率和发送功率更新xDSL收发器的线路速率。本发明还公开了一种节省数字用户线功率的装置，包括：数据速率统计单元、线路速率调整策略单元、线路参数调整单元、xDSL收发器线路速率更新单元。利用本发明，可以有效地降低线路的平均发送功率，节约能源。

Description

节省数字用户线功率的方法及装置
技术领域
本发明涉及数字用户线传输技术，具体涉及一种节省数字用户线功率的方法及装置。
背景技术
xDSL(数字用户线)是一种在电话双绞线上传输的高速数据传输技术，除了IDSL(综合业务数字网数字用户线，传输速率为144kbps)和SHDSL(单线制高比特率数字用户线)等基带传输的DSL外，通带传输的xDSL利用频分复用技术使得xDSL与POTS(传统电话业务)共存于同一对双绞线上，其中xDSL占据高频段，POTS占用4KHz以下基带部分，POTS信号与xDSL信号通过分离器分离。通带传输的xDSL采用DMT(离散多音频)调制。提供多路xDSL接入的系统叫做DSLAM(DSL接入复用器)，其系统参考模型如图1所示：
其中，NMS为网络管理系统；xTU-C为xDSL在接入点的传输单元；xTU-R为xDSL在远端的传输单元；Splitter为分离高频xDSL信号和低频POTS信号的滤波器。
xDSL在开通的时候确定了一定的速率，比如下行2Mbps的线路速率；或是xDSL收发器在训练的时候根据线路情况确定了一个线路速率，比如4Mbps。一旦这个速率确定，在实际的工作过程中，不管业务数据流的速率是多少，线路速率总是不变。从技术上说，要始终维持相同的线路速率，那么线路上的发送功率始终不能改变。
实际上，根据一天的不同时段以及网络上的不同业务，线路上的数据流量有比较大的变化：在大部分情况下，数据平均速率低于线路速率，尤其是当线路空闲的时候，数据速率为零。可见，不管在什么情况下线路的发送功率始终维持不变，这样在线路数据速率比较低或是为零的时候，就存在功率浪费的现象。为了达到降低能耗的目的，现有的DSL标准提供了三种工作模式：L0模式(满功耗模式)、L2模式(低数据速率状态)、L3(休眠状态)模式。
L0模式为正常的工作模式，始终保持线路速率不变，可以提供SRA(Seam-less Rate Adaptation，无缝速率适配)、Bit Swap(比特交换)等适应性功能，但不具有节能功能；L2为低功耗模式，不能提供任何适应性功能；L3为空闲模式，不能提供数据业务服务。当数据传输速率不大的情况下，xTU-C或xTU-R均可以主动要求进入L2模式，进入L2模式后以降低传输速率为代价降低电源的发射功率以达到节能的目的。当进入到L3模式的时候，由于L3是空闲模式，不提供数据传输服务，不需要发送信号，是最节能的一种方式，但也不能提供任何数据传输。例如，当线路工作于全速率状态下时(例如用户正下载一部较大的电影)，为保证快速准确的数据传输，ADSL2系统工作于L0满功耗模式；当线路连接速率较低时(例如用户在线阅读一文档)，收发器功率自动调整到L2低能耗模式；当用户注销连接时，系统快速转换到休眠状态，同时收发器功率调整到L3低能耗模式。总之，根据线路连接的实际数据流量，发送功率可在L0、L2、L3之间灵活切换，其切换时间可在3秒之内完成，以保证业务不受影响。
现有xDSL标准所提供的三种模式的主要目的就是节约能源，但还存在一些不足的地方。首先是模式的划分太简单，不能适应实际的需求，节能的效果不明显。其次，由于L2模式是以降低传输速率为代价来达到节能的目的，因此该模式的适用性不强，大部分业务由于传输速率的要求不能使用此模式。同时，各模式间的转换比较复杂，耗时长。
发明内容
本发明的目的是提供一种节省数字用户线功率的方法，以克服现有技术中xDSL工作模式划分简单、节能效果及适用性差的缺点，进一步提高xDSL线路的节能效果，并使其具有更广泛的应用性。
本发明的另一个目的是提供一种节省数字用户线功率的装置，使xDSL线路更好地适应各种业务速率的要求，并降低其能源消耗。
为此，本发明提供如下的技术方案：
一种节省数字用户线功率的方法，所述方法包括：
A、统计预定时间段内空闲数据字节ID与非空闲数据字节UD，并计算在该预定时间段内的数据速率
Figure GDA0000055673470000031
其中，Rline为当前线路速率；
B、根据所述数据速率调整数字用户线xDSL上的线路速率和发送功率；
C、根据调整后的线路速率和发送功率更新xDSL收发器的线路速率。
所述步骤A进一步包括：
将连续的预定次数的数据速率的平均值作为当前数据速率。
所述步骤B包括：
B1、设定线路速率调整策略；
B2、当所述数据速率满足设定的线路速率调整策略时，更新所述线路对应的比特表项和增益表项。
可选地，所述步骤B1包括：周期地对数据速率进行统计，根据周期地对数据速率的统计结果，
当所述当前数据速率小于当前线路速率时，降低当前线路速率；
当所述当前数据速率大于或等于当前线路速率时，增加当前线路速率。
可选地，所述步骤B1包括：
设定下调容限和上调容限，所述下调容限小于所述上调容限，并且均小于当前线路速率；
当所述当前数据速率小于所述下调容限且持续预定时间以上时，降低当前线路速率；
当所述当前数据速率大于或等于所述上调容限、小于或等于当前线路速率，并且持续所述预定时间以上时，增加当前线路速率。
优选地，所述降低当前线路速率的步骤包括：
当所述当前数据速率为0，且当前线路速率大于预先设定的线路的最低速率Rlow时，降低线路速率至Rlow；
当所述当前数据速率大于0且小于第一预定值时，按第一预定倍数降低线路速率。
优选地，所述增加当前线路速率的步骤包括：
统计xDSL的传输通信层给上层实体所发送的停止写入信息的次数；
当所述停止写入信息的次数大于或等于预先设定的停止写入次数阈值时，增加线路速率至该xDSL可能的最大线路速率；
当所述停止写入信息的次数小于预先设定的停止写入次数阈值时，按第二预定倍数增加线路速率。
所述步骤C具体为：
利用在线重配置功能按照调整后的线路速率和发送功率更新xDSL收发器的线路速率。
一种节省数字用户线功率的装置，包括：
数据速率统计单元，用于统计预定时间段内空闲数据字节ID与非空闲数据字节UD，并计算在该预定时间段内的数据速率
Figure GDA0000055673470000041
其中，Rline为当前线路速率；
线路速率调整策略单元，用于设定线路速率调整策略；
线路参数调整单元，用于根据所述数据速率统计单元的统计结果及线路速率调整策略单元设定的线路速率调整线路速率和发送功率；
xDSL收发器线路速率更新单元，利用在线重配置功能按照调整后的线路速率和发送功率更新xDSL收发器的线路速率。
所述数据速率统计单元包括：
字节数统计子单元，用于统计预定时间段内空闲数据字节ID与非空闲数据字节UD；
数据速率计算子单元，用于根据所述字节数统计子单元统计的空闲数据字节ID与非空闲数据字节UD计算在所述预定时间段内的数据速率。
所述线路参数调整单元包括：
比较子单元，用于比较所述数据速率统计单元的统计结果是否满足所述线路速率调整策略单元设定的线路速率调整策略；
调整执行子单元，用于根据所述比较子单元的比较结果更新比特表项和增益表项。
由以上本发明提供的技术方案可以看出，本发明在xDSL收发端正常工作状态下，实时进行数据流量的统计，并根据统计结果，利用其OLR(在线重配置)特性，动态地更新线路发送功率和线路速率，使线路发送功率始终保持在合适的水平。由于xDSL在大部分情况下，其平均数据速率要远低于开通时的线路速率，因此利用本发明，可以在满足用户体验不改变的前提下，有效地降低发送功率，即降低了功耗，节约了能源；而且在降低发送功率、节约能源的同时，还降低了对其他线路的串扰。
附图说明
图1是xDSL系统参考模型示意图；
图2是本发明方法的实现流程图；
图3是本发明方法中线路速率调整第一示意图；
图4是本发明方法中线路速率调整第二示意图；
图5是本发明装置的原理框图。
具体实施方式
本发明的核心在于在xDSL收发端在正常工作状态下，利用其具有的OLR(在线重配置)特性，根据数据的流量动态地更新线路发送功率和线路速率，使线路发送功率始终保持在合适的水平而不是始终以最大的功率发送。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
参照图2，图2示出了本发明方法的实现流程，包括以下步骤：
步骤201：统计数字用户线xDSL上的数据速率。
xDSL收发器的协议模型在物理媒质之上分为三个子层：TPS-TC(传输协议相关汇聚子层)、PMS-TC(物理媒质相关汇聚子层)、PMD(物理媒质子层)。其中，TPS-TC子层提供对上层传送协议的适配功能，包括STM(同步传送模式)、ATM(异步传送模式)和PTM(分组传送模式)三种模式，主要功能有速率适配、帧定界、错误监视等。该子层只与上层协议相关而与物理媒质上的信号特性无关。PMS-TC子层用于加强xDSL数据流在物理媒质上的传送能力，主要包括帧同步、扰码、前向纠错(FEC)、交织等功能。该子层只与物理媒质相关而与应用(上层协议)无关。PMD子层包括发送信号的电气特性、编码、调制、双工方式等。
本技术领域人员知道，在xDSL上，当数据速率低于线路速率时，需要在xDSL的TPS-TC层根据不同的数据传输协议插入不同的空闲数据，以使线路上始终有数据在传输。因此，可以根据在一段时间t内空闲数据字节ID与非空闲数据字节UD的比例来统计数据速率。如果使用ATM协议的数据时，由于每帧包含的字节数目相同，只需要统计空闲帧的数目即可。
假设当前线路速率为Rline，那么统计的数据速率为：
Figure GDA0000055673470000061
实际上如果ID＝0的时候，有可能Rdata＞Rline。为了不会使速率调整引起振荡，可以将连续的预定次数(比如，3次)的数据速率的平均值作为当前数据速率。
当Rdata＞Rline时，xDSL收发器会给上层实体发送一个停止写入信息，请求停止往缓冲区写入数据；当数据缓冲区的数据比较少的时候，又会往上层实体发送一个允许写入信息，允许往缓冲区写入数据。这样就可以根据在一段时间t内，TPS-TC给上层实体所发送的停止写入信息的次数1来粗略估计Rdata高于Rline的程度。
步骤202：根据统计结果调整xDSL上的线路速率和发送功率。
可以预先设定线路速率调整策略，实时地对线路速率进行统计，然后判断得到的统计结果是否满足设定的线路速率调整策略，如果满足，则按照该调整策略更新线路对应的比特表项和增益表项，从而达到改变线路速率和发送功率的目的。线路速率调整策略可以根据需要来设定，设定原则是使线路发送功率与实际传送的数据速率相适应，使其始终保持在合适的水平。
比如，周期地对数据速率进行统计，根据统计结果，如果当前数据速率小于当前线路速率时，则降低当前线路速率；如果当前数据速率大于或等于当前线路速率时，增加当前线路速率。
再比如，还可以设定一个下调容限和一个上调容限，所述下调容限小于所述上调容限，并且均小于当前线路速率；实时地对数据速率进行统计，当当前数据速率小于设定的下调容限且持续预定时间以上时，降低当前线路速率；当当前数据速率大于或等于所述上调容限、小于或等于当前线路速率，并且持续预定时间以上时，增加当前线路速率。
还可以对降低当前线路速率的情况作进一步的划分：
当前数据速率为0，且当前线路速率大于预先设定的线路的最低速率Rlow时，降低线路速率至Rlow；当前数据速率大于0且小于0.9*Rline(第一预定值)时，按第一预定倍数(比如，在原来的基础上降低0.5倍)降低线路速率。
当然，也可以对增加当前线路速率的情况作进一步的划分：
统计xDSL的传输通信层给上层实体所发送的停止写入信息的次数；当停止写入信息的次数大于或等于预先设定的停止写入次数阈值时，增加线路速率至该xDSL可能的最大线路速率；当停止写入信息的次数小于预先设定的停止写入次数阈值(比如3次)时，按第二预定倍数(比如，在原来的基础上增加0.7倍)增加线路速率。
这样，可以使得线路速率的调整不会过于频繁而引起不必要的负面影响，也能有效地降低发送功率。
调整线路速率主要是调整BIT表项，调整发送功率主要是调整GAIN表项或使用PBO(power back off，功率下调)等功率调整手段。
BIT表项如下表1所示：
表1：
 TONE1   TONE2   TONE3   TONE4 ...  TONENSC-1
 b1   b 2   b 3   b4 ...  bNSC-1
其中，每个比特表项b表示xDSL线路上对应的子频段TONE所能承载的比特数目，标准规定每项不能超过15。该比特数目的大小决定了对应子频段的线路速率，调整比特表项的大小，即可改变该子频段的线路速率。
实际过程中，一个BIT表项确定一个唯一的线路速率，反之线路速率可以通过多个不同的BIT表项获得。
GAIN表项如下表2所示：
表2：
 TONE1   TONE2   TONE3   TONE4 ...  TONENSC-1
 g1   g2   g3   g4 ...  gNSC-1
其中，每个增益表项g表示xDSL线路上对应的子频段TONE的数据发送功率。该功率的大小决定了对应子频段承载的数据量，调整增益表项的大小，即可改变该子频段的数据发送功率。
步骤203：根据调整后的线路速率和发送功率更新xDSL收发器的线路速率。
本技术领域人员知道，在ADSL、ADSL2、ADSL2+、VDSL2等标准中都详细地描述了OLR(on-line reconfiguration，在线重配置)过程，OLR主要包含bit-swapping(比特交换)，DRR(dynamic rate repartitioning，动态速率重配)和SRA(seamless rate adaptation，无缝速率调整)三种主要功能。在本发明中，可以按照这些标准规定过程通过更新BIT(比特)表项和GAIN(增益)表项来达到更新xDSL收发器的线路速率的目的。
首先收发器的一方根据某些条件和一些准则，比如，上述线路速率调整策略，确定出一组更优化的BIT和GAIN表项，通过OLR命令通知对方收发器，最后根据更新时序关系使收发器双方在同一时刻切换到新的BIT和GAIN表项上来，实现xDSL收发器线路速率的调整。
当然，也可以采用其他所有适用于更新xDSL收发器线路速率的方法。
下面举例详细说明本发明方法中根据数据流程统计调整线路速率和发送功率的过程。
根据目前的运营模式，大部分情况下xDSL线路以一个固定的速率开通；也有少数的根据线路所能提供的最大速率开通。在这里，把线路上在使用本方法前的线路速率定义为Rtarget，与其对应的BIT表项为BITprim。设定一个线路所能提供的比较低速率为Rlow。当前的线路速率定义为Rline。
根据m次的统计数据结果，假设P为m次的统计结果
Figure GDA0000055673470000091
的平均值。
使用如下表3所示的准则来决定新的线路速率，从而决定BIT表项、GAIN表项的更新。
表3：
Figure GDA0000055673470000101
其中，a取值0.85，也可以根据不同的要求取值；b取值20，根据时间t的不同可以取不同的值；c取值1.1，也可以根据不同的要求取值。
上述的调整准则可以通过图3更为形象地描述：
在图3中，T＝mt为测试时间，tOLR为系统速率更新时间。每个更新过程分别与表3中的更新准则相对应。
由该图可见，在数据速率下降到更新2的位置时，满足表3中更新方法2，因此，此时降低线路速率；当数据速率低至0(更新3的位置)时，如果当前线路速率大于该线路所能提供的最低速率Rlow，则降低线路速率至Rlow；经过一段时间后，该线路上又有数据流传输，根据xDSL收发器给上层实体发送的停止写入信息的次数来估计，当数据速率达到一定程度(图中更新6的位置)后，增加线路速率；如果xDSL收发器给上层实体发送的停止写入信息的次数超过一定的值(图中更新5的位置)后，一次增加线路至该线路所能提供的最大线路速率Rtarget。但在增加线路速率至Rtarget后，数据速率增加不明显，满足表3中更新方法2的条件，此时，降低线路速率至一定值；然后，数据速率继续缓慢下降，但仍处在一定范围内，满足图3中更新1的条件，此时，保持原有线路速率不变。
在更新2、更新6的情况下，线路速率通过与一个比例因子相乘而发生改变。对于BIT表项来说，将BIT表项加载BIT的总和乘以比例因子得到所需的BIT表总数；然后在当前BIT表的基础上增加、减少某些TONE上的BIT加载数目或增加、关闭某些TONE，以满足所需要的BIT表总数。(也可以每一次都以原始BIT表项BITprim为基础，在BITprim上减少某些TONE的BIT加载数目或是关闭某些TONE以使新的BIT表项所承载的总BIT数满足要求)。
当BIT表项发生更新后，GAIN表项也要发生相应的更新。在更新的过程中需要注意满足标准所规定的误码率、信噪比容限等要求。
或者使用如下表4所示的准则来决定新的线路速率，从而决定BIT表项、GAIN表项的更新。
表4：
Figure GDA0000055673470000121
其中，c取值1.1，也可以根据不同的要求取值；e为速率下调容限。可取值0.85，亦可根据具体情况取其他值；f为速率上调容限。可取值0.95，亦可根据具体情况取其他值；τ为持续时间。
上述的调整准则可以通过图4更为形象地描述：
由图4可以看出，数据速率比实际线路速率低过下调容限时间超过一定的时间后，应下调线路速率；数据速率接近实际线路速率范围，虽然达到上调容限但没有超过一定的时间，不应调整线路速率；数据速率比实际线路低超过一定的时间，但没有超过下调容限时，不应调整线路速率；数据速率接近实际线路速率范围，且达到上调容限超过一定的时间，应上调线路速率。
参照图5，图5示出了本发明装置的原理框图：
该装置包括：数据速率统计单元S1、线路速率调整策略单元S2、线路参数调整单元S3、xDSL收发器线路速率更新单元S4。其中，数据速率统计单元S1用于统计数字用户线xDSL上的数据速率；线路速率调整策略单元S2用于设定线路速率调整策略；线路参数调整单元S3用于根据所述数据速率统计单元的统计结果及线路速率调整策略单元设定的线路速率调整线路速率和发送功率；xDSL收发器线路速率更新单元S4利用在线重配置功能按照调整后的线路速率和发送功率更新xDSL收发器的线路速率。
数据速率统计单元S1实时统计xDSL上的数据速率，然后由线路参数调整单元S3判断该统计结果是否满足线路速率调整策略单元S2中设置的调整策略，比如前面表3或表4描述的调整策略。当满足该策略中的条件时，调整相应线路速率及发送功率；然后由xDSL收发器线路速率更新单元S4利用在线重配置功能更新相应的xDSL收发器的线路速率。
为了实现对数据速率的实时统计，可以通过在一段时间内线路上传输的空闲数据字节与非空闲数据字节的比例来统计。当然，也可以采用其他的方式来获得当前数据速率。
在图5中示出了一种实现方式，即在数据速率统计单元S1中设置：字节数统计子单元S11和数据速率计算子单元S12。其中，字节数统计子单元S11用于统计预定时间段内空闲数据字节ID与非空闲数据字节UD；数据速率计算子单元S12用于根据所述字节数统计单元统计的空闲数据字节ID与非空闲数据字节UD计算在所述预定时间段内的数据速率。
当采用其他统计方式估计当前数据速率时，数据速率统计单元S1可以有不同的实现方式。
同样，线路速率及发送功率的调整也可以通过多种不同的方式来实现。比如，最常用的是调整BIT表项和GAIN表项的方式。为此，在该实施例中，参数调整单元S3包括：比较子单元S31和调整执行子单元S32。其中，比较子单元S31用于比较数据速率统计单元的统计结果是否满足线路速率调整策略单元设定的线路速率调整策略；调整执行子单元S32用于根据比较子单元的比较结果更新比特表项和增益表项。
这样，通过对BIT表项和GAIN表项的实时调整，使xDSL收发器线路速率更新单元S4可以按照更新后的BIT表项和GAIN表项更新xDSL收发器的线路速率，使其适应数据速率的变化，有效地降低发送功率。
虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。

Claims (11)

1.一种节省数字用户线功率的方法，其特征在于，所述方法包括：
A、统计预定时间段内空闲数据字节ID与非空闲数据字节UD，并计算在该预定时间段内的数据速率
Figure FDA0000055673460000011
其中，Rline为当前线路速率；
B、根据所述数据速率调整数字用户线xDSL上的线路速率和发送功率；
C、根据调整后的线路速率和发送功率更新xDSL收发器的线路速率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B包括：
B1、设定线路速率调整策略；
B2、当所述数据速率满足设定的线路速率调整策略时，更新所述线路对应的比特表项和增益表项。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤A进一步包括：
将连续的预定次数的数据速率的平均值作为当前数据速率。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤B1包括：周期地对数据速率进行统计，根据周期地对数据速率的统计结果，
当所述当前数据速率小于当前线路速率时，降低当前线路速率；
当所述当前数据速率大于或等于当前线路速率时，增加当前线路速率。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤B1包括：
设定下调容限和上调容限，所述下调容限小于所述上调容限，并且均小于当前线路速率；
当所述当前数据速率小于所述下调容限且持续预定时间以上时，降低当前线路速率；
当所述当前数据速率大于或等于所述上调容限、小于或等于当前线路速率，并且持续所述预定时间以上时，增加当前线路速率。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述降低当前线路速率的步骤包括：
当所述当前数据速率为0，且当前线路速率大于预先设定的线路的最低速率Rlow时，降低线路速率至Rlow；
当所述当前数据速率大于0且小于第一预定值时，按第一预定倍数降低线路速率。
7.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述增加当前线路速率的步骤包括：
统计xDSL的传输通信层给上层实体所发送的停止写入信息的次数；
当所述停止写入信息的次数大于或等于预先设定的停止写入次数阈值时，增加线路速率至该xDSL可能的最大线路速率；
当所述停止写入信息的次数小于预先设定的停止写入次数阈值时，按第二预定倍数增加线路速率。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C具体为：
利用在线重配置功能按照调整后的线路速率和发送功率更新xDSL收发器的线路速率。
9.一种节省数字用户线功率的装置，其特征在于，包括：
数据速率统计单元，用于统计预定时间段内空闲数据字节ID与非空闲数据字节UD，并计算在该预定时间段内的数据速率
Figure FDA0000055673460000021
其中，Rline为当前线路速率；
线路速率调整策略单元，用于设定线路速率调整策略；
线路参数调整单元，用于根据所述数据速率统计单元的统计结果及线路速率调整策略单元设定的线路速率调整线路速率和发送功率；
xDSL收发器线路速率更新单元，利用在线重配置功能按照调整后的线路速率和发送功率更新xDSL收发器的线路速率。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述数据速率统计单元包括：
字节数统计子单元，用于统计预定时间段内空闲数据字节ID与非空闲数据字节UD；
数据速率计算子单元，用于根据所述字节数统计子单元统计的空闲数据字节ID与非空闲数据字节UD计算在所述预定时间段内的数据速率。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述线路参数调整单元包括：
比较子单元，用于比较所述数据速率统计单元的统计结果是否满足所述线路速率调整策略单元设定的线路速率调整策略；
调整执行子单元，用于根据所述比较子单元的比较结果更新比特表项和增益表项。
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