CN101141410B - 一种千兆无源光网络系统中下行流控信息的传递方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种千兆无源光网络(GPON)系统中下行流控信息的传递方法，当光线路终端(OLT)的媒介访问控制(MAC)芯片接收到流控信息后，通过动态调整为各个光网络单元(ONU)准备的传输容器(T-CONT)带宽，使各个ONU的T-CONT所获得的上行授权时隙减少即减少了上行带宽，于是引起ONU的上行数据流的降低，这又使ONU内部缓队列的不断增长，进而产生流控帧，当ONU的流控帧通过用户网络接口(UNI)通知用户，使用户在发送上行数据时按照一定策略在UNI入口之前将数据包丢弃，从而有效地减少了ONU的上行带宽从而消除了OLT上联口的数据流拥塞现象。

Description

一种千兆无源光网络系统中下行流控信息的传递方法 

技术领域

本发明涉及光通信领域的无源光网络(PON)传输技术，尤其涉及一种千兆无源光网络(GPON，Gigabit-capable Passive Optical Network)的下行流控信息的传递方法。 

背景技术

GPON是国际电信联盟电信标准化管理局(ITU-T)提出的一种灵活的千兆光纤接入网，它以异步传输模式(ATM)信元和吉比特无源光网络封装模式(GEM，GPON Encapsulated Mode)帧承载多业务，并支持商业和住宅用户的宽带全业务接入。GPON在物理上是树型的拓扑结构，一个光线路终端(OLT)对应多个光网络单元(ONU)，ONU受OLT集中控制。 

GPON的下行数据流传送方式为广播方式，所有ONU都能在其物理PON口上接收到所有的下行数据帧，ONU通过选择可获取属于自己的数据帧。GPON的上行数据采用时分多址(TDMA)方式传送，每个ONU只在OLT为其分配的上行授权时隙内才能发送上行数据。为了解决在具有突发流的情况下为各种业务分配峰值带宽势必导致带宽使用率低的问题，上行带宽管理采用动态带宽分配(DBA)方式。GPON中的DBA不但充分挖掘了多路复用技术的潜能，而且提供各种服务质量(QoS)保证，这极大的优化了GPON全业务接入所需的上行带宽能力。 

为了便于集中接入层的业务流量和降低成本，目前不少GPON的OLT采用收敛结构设计，即：使OLT的上联口带宽小于所有OLT的PON口上行带宽的总和。采用这种结构在所有ONU的传输容器(T-CONT)发送的上行流量超过上联口的可用带宽时，不可避免地会出现数据流拥塞现象。而当拥塞现象发生时，OLT只是简单地将从ONU接收到的数据帧按一定规则丢弃，这种做法对网络拥塞敏感度较高的业务极为不利，如低时延的电路业务，一旦发生丢包则该业务下的用户终端只能被动地进行超时重传，因而降低了整个网络的吞吐量。

有关无源光网络系统中采用下行流控信息解决数据流拥塞的技术，在中国专利申请号为CN200410070719.9的专利申请文件中已有披露，该专利申请文件的技术方案是将以太网的流控机制引入到OLT媒介访问控制(MAC)中，通过OLT的MAC发送扩展暂停(pause)帧到ONU来实现下行流控信息的传递。由于该发明的实现还需要通过特定的硬件和外加的协议，因而限制了设备的通用性。 

因此，为现有的OLT设备提供一种通用的、能够反压下行流控信息到ONU的消息机制，以此解决OLT设备上联口的拥塞现象是尤为必要的。 

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种千兆无源光网络系统中下行流控信息的传递方法，以解决GPON系统不能将从OLT上联口传来的下行流控信息传递到ONU的问题，以及利用下行流控信息达到减少GPON的上行带宽的分配以消除ONU上行数据流超过上联口带宽时引起的上联口拥塞现象。 

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的： 

一种千兆无源光网络GPON系统中下行流控信息的传递方法，该方法包括： 

a、检测光线路终端OLT的上联口，并判断上联口处是否有数据流拥塞，若有，则执行步骤b；否则，执行正常的ONU上行带宽分配； 

b、根据OLT上联口的拥塞情况生成流控信息，并确定所要限制的光网络单元ONU的PON链路，将流控信息通知PON链路对应的OLT媒介访问控制MAC芯片； 

c、所述OLT MAC芯片收到流控信息后，减少为所辖ONU分配的T-CONT上行带宽，并根据带宽分配变化触发ONU向用户网络接口UNI发送流控帧，具体过程为： 

c1、OLT MAC芯片接收来自上联口的流控信息； 

c2、判断为ONU分配的带宽中是否有尽力而为型带宽，若有，则执行步骤c3；否则，返回步骤c4； 

c3、调整动态带宽分配DBA策略，减少为ONU分配尽力而为型带宽，分配完毕后返回步骤c1； 

c4、判断为ONU分配的带宽中是否有非保证型带宽，如果有，则执行步骤c5；否则，执行步骤c6； 

c5、调整DBA策略，减少为ONU分配非保证型带宽，分配完毕后返回步骤c1； 

c6、判断为ONU分配的带宽中是否有保证型带宽，如果有，则执行步骤c7；否则，退出本轮带宽分配过程； 

c7、调整DBA策略，减少为ONU分配保证型带宽，分配完毕后返回步骤c1。 

所述步骤c之后进一步包括： 

d、检测拥塞状态是否已经解除，若拥塞状态未解除，则执行步骤b；否则执行正常的ONU上行带宽分配。 

进行动态带宽分配DBA时，步骤c3所述减少为ONU分配尽力而为型带宽，通过逐量降低尽力而为带宽分配类型的传输容器T-CONT的最大带宽值参数MAX的方法实现。 

进行动态带宽分配DBA时，步骤c5所述减少为ONU分配非保证型带宽具体为：在系统已完全剥夺完所有尽力而为型带宽后，采用逐量降低非保证带宽分配类型的T-CONT的最大带宽值参数MAX的方法来实现，直至MAX值为保证带宽ASSURED值为止。 

进行动态带宽分配DBA时，步骤c7所述减少为ONU分配保证型带宽具体为：在尽力而为型带宽和非保证型带宽已完全被剥夺，且系统允许不确保设定的保证带宽值能得到完全分配时，采用逐量降低保证带宽分配类型的T-CONT的参数ASSURED的值的方法来实现，直至ASSURED值为0。 

步骤c所述根据带宽分配变化触发ONU向用户网络接口UNI发送流控帧，具体为： 

所述OLT MAC芯片为所辖ONU分配的带宽减少使ONU上行带宽降低，ONU内部的缓存队列随ONU上行带宽降低而增长；当所述缓存队列溢出时，触发ONU向UNI发送流控帧。 

本发明所提供的千兆无源光网络系统中下行流控信息的传递方法，具有以下优点： 

1)本发明通过下行流控信息使GPON的设备能够支持从OLT到ONU的下行流控信息的传递，提高了GPON系统对上行数据流的控制能力，有效地解决了OLT上联口发生上行数据流拥塞的现象。 

2)本发明方法结合动态带宽分配(DBA)策略和对ONU的T-CONT按其重要性进行分类处理，既保证了固定带宽的业务又兼顾了保证带宽、非保证带宽以及尽力而为型带宽的业务，增强了GPON系统上行数据流的传输效率和灵活性。 

3)本发明方法方法不需要特定的硬件和外加的协议支持，因此具有良好的通用性。 

附图说明

图1为现有千兆无源光网络系统拓扑图； 

图2为本发明实施例收敛型千兆无源光网络光纤线路终端结构图； 

图3为本发明实施例下行流控信息传递过程示意图； 

图4为本发明下行流控信息的传递方法流程图； 

图5为本发明减少为ONU分配上行带宽的具体方式流程图。 

具体实施方式

下面结合附图及本发明的实施例对本发明的方法作进一步详细的说明。 

 图1为现有千兆无源光网络系统拓扑图，如图1所示，OLT的PON口可 以通过分光器下联多个ONU，每个ONU可以承载若干个传输容器(T-CONT)，其中，T-CONT是GPON系统中上行流量控制及带宽分配的基本单元。根据对不同服务质量的要求，GPON将业务带宽分配方式规定为四种基本类型，其优先级从高到低依次是固定带宽(Fixed)、保证带宽(Assured)、非保证带宽(Non-Assured)和尽力而为带宽(BestEffort)。 

G983.4协议利用四种基本带宽类型分别定义了相应的多种T-CONT使之与各种带宽类型相适应，即类型1、类型2、类型3、类型4和类型5。其中，类型1对应固定(Fixed)带宽分配，用来承载实时性比较强的业务，适合需要占用固定带宽和低时延、低抖动的实时性较强的业务，如：北美标准的基群速率电路(T1)、  欧洲标准的基群速率电路(E1)数字电路业务；类型2对应保证(Assured)带宽分配，用来承载实时性不强，需要保证带宽，但对延时要求不太高的业务，如：语音、视频业务；类型3对应非保证(Non-Assured)带宽分配，用来承载需要一定保证带宽，并有突发请求需要的业务，它可以看作是在类型2的基础上增加一个非保证带宽的要求以适应突发需要；类型4对应尽力而为(Best Effort)带宽分配，用于承载无保证带宽的业务，只能做到尽力而为，它对时延限制没有要求或要求很低，如超文本传输协议(HTTP)、文件传输协议(FTP)业务等；类型5是组合类型，在分配完保证和非保证带宽后，额外的带宽需求尽力而为地进行分配。 

图2为本发明实施例收敛型千兆无源光网络光纤线路终端结构图，如图2所示，一台OLT设备同时支持四个OLT MAC芯片，每个OLT MAC芯片只提供一个PON口，通过PON口的链路即PON链路需要通过交换芯片(SW)才能上联到业务网络。OLT MAC芯片与交换芯片之间的接口称为千兆媒体独立接口(GMII)，GMII属于网络节点接口(NNI)。交换芯片与业务网络侧的接口也是GMII接口，通常称为上联口。当每个OLT MAC芯片通过PON口向交换芯片发送的数据流总流量超过1Gpbs时，交换芯片的上联口处将会发生拥塞现象。如果启动所有交换芯片的下行流控功能，此时交换芯片将会因上行数据流发生拥塞而生成流控帧，并反压给对应的OLT MAC芯片进行ONU的上行流量 控制。 

图3为本发明实施例下行流控信息传递过程示意图，如图3所示，当OLT的NNI口收到流控信息后，暂停向交换芯片发送数据，这将引起OLT内部的缓存队列的增长和占用率的增加，当缓存队列增长到一定门限时OLT将会发出下行流控信息，OLT MAC芯片接收到流控信息后，通过动态调整为各个ONU准备的T-CONT带宽使各个ONU的T-CONT所获得的上行授权时隙减少，即减少了上行带宽，以此降低上行流量来缓解和解除拥塞现象。 

ONU上行带宽的降低即ONU发送的上行数据流降低，将会直接引起ONU内部缓队列的增长，进而产生流控帧，然后将流控帧通过用户网络接口(UNI)发送给用户，从而使用户在发送上行数据时按照一定策略在UNI入口之前将数据包丢弃，从而有效地实现了从OLT的NNI发出的下行流控信息到ONU的UNI的传递。其具体表现出的效果是减少了ONU的上行带宽从而缓解或消除了OLT上联口的数据流拥塞现象。 

图4为本发明下行流控信息的传递方法流程图，如图4所示，该方法包括如下步骤： 

步骤401：系统检测OLT的上联口。 

检测的依据主要是上联口的缓冲区的队列占有率、丢包情况等情况，这与具体的设备实现有关。 

步骤402：判断OLT上联口处是否有数据流拥塞，若有，则执行步骤403；否则，执行步骤407。 

对于OLT上联口处是否发生拥塞的判定，可采用拥塞检测机制，即由硬件触发或软件扫描方式来实现。这里，所述硬件触发方式，是指一旦缓存队列操作设定的上限或者溢出，置某个硬件寄存器的指示标志位。所述软件扫描方式，是指通过一段特定功能的程序定时扫描缓存队列的使用情况，将使用情况上报系统。 

步骤403：OLT设备根据上联口缓存队列的拥塞情况来确定需要对哪些PON链路进行上行数据流量限制，并将流控信息通知与PON链路对应的OLT MAC芯片。 

所述将流控信息通知与PON链路对应的OLT MAC芯片，一般通过如下方式获得：一是通过OLT MAC对外提供一个接口接收流控信息；二是通过OLTMAC主动查询得到。 

步骤404：OLT MAC芯片收到流控信息后，减少为所辖的ONU的上行带宽的分配。 

这里，ONU(T-CONT)上行带宽的减少导致在ONU的缓存队列的增长以至溢出，进而触发ONU MAC芯片。 

步骤405：触发ONU MAC芯片向UNI口发送流控帧。 

所述ONU MAC芯片位于ONU内部，用于通过ONU的UNI口向上发送流控帧，流控帧通过UNI发送给用户，使用户在发送上行数据时按照一定策略在UNI入口之前将数据包丢弃，从而有效地实现了从OLT的NNI发出的下行流控信息到ONU的UNI的传递。 

步骤406：检测拥塞状态是否解除，若拥塞状态已消失，则执行步骤407；否则，返回步骤403。 

步骤407：恢复正常的ONU上行带宽分配策略。 

以上所述为本发明GPON系统中下行流控信息传递方法实现的全过程，通过该方法GPON网元设备能够支持从OLT到ONU的下行流控信息传递。其中，步骤404中减少ONU的上行带宽分配的详细过程如图5所示。 

图5为本发明减少为ONU分配上行带宽的具体方式流程图，如图5所示，用一个具体处理过程来说明GPON的OLT MAC是怎样减少上行带宽分配的。该处理过程是一种较为简单的情况，这种情况下的流控信息仅通知OLT MAC需要对发生拥塞的ONU进行上行数据流量控制而不附带其他更详细的信息，如：何种业务发生拥塞等。这里，上行数据的带宽减少过程还需要借助GPON的动态带宽分配(DBA)技术的配合，在每个DBA调度周期的开始，如果接收到流控信息，则DBA首先减少当前尽力而为(best-effort)类型带宽的分配，如果当前没有best-effort类型带宽的分配，那么进而减少非保证(non-assured) 类型带宽的分配，如过仍有需要还可以继续减少保证(assured)类型带宽的分配。但是不减少固定(fixed)带宽的分配。 

由于GPON带宽分配的基本单元是T-CONT，具体的处理过程是： 

步骤4040：GPON OLT MAC收到来自上联口的流控信息。 

步骤4041：判断为ONU分配的带宽种类中是否有尽力而为型带宽，如果有，则执行步骤4042；否则，执行步骤4043。 

步骤4042：调整DBA策略减少为ONU分配尽力而为型带宽，分配完毕后返回步骤4040。 

所述减少为ONU分配尽力而为型带宽具体为：采用逐量降低该T-CONT的最大带宽值(MAX)这个参数来实现。所述MAX参数，是用户配置到该T-CONT上的一个服务等级约定(SLA)参数。通过DBA动态调整带宽时，每经过一轮调整时都对MAX的值进行缩减，可用公式表述为：MAX＝MAX-X；如果需要，MAX的值可以降至0即完全阻止为ONU分配尽力而为型带宽。其中，X是预先设定的递减量，其取值范围为0到MAX之间的一个常量，需要说明的是此处的X值只在本步骤内有效。 

步骤4043：判断为ONU分配的带宽种类中是否有非保证型带宽，如果有，则执行步骤4044；否则，执行步骤4045。 

步骤4044：调整DBA策略减少为ONU分配非保证型带宽，分配完毕后返回步骤4040。 

所述减少为ONU分配非保证型带宽具体为：OLT MAC收到来自上联口的流控信息，并且当前的尽力而为带宽分配型T-CONT已经被剥夺了所有带宽，此时再采用逐量降低该T-CONT的最大带宽值(MAX)这个参数来实现。DBA动态调整带宽时，每经过一轮调整时都对MAX的值进行缩减，用公式表述为：MAX＝MAX-X；直到MAX值为保证带宽值(ASSURED)，ASSURED也是用户配置到该T-CONT上的一个SLA参数。其中，X是预先设定的递减量，需要说明的是此处的X值只在本步骤内有效。 

步骤4045：判断为ONU分配的带宽种类中是否有保证型带宽，如果有， 则执行步骤4046；否则，退出本轮带宽分配过程。 

步骤4046：调整DBA策略减少为ONU分配保证型带宽，分配完毕后返回步骤4040。 

所述减少为ONU分配保证型带宽具体为：OLT MAC收到来自上联口的流控信息，并且当前尽力而为型带宽和非保证型带宽已经完全被剥夺，而系统又允许在这种特殊情况下不确保设定的保证带宽值能得到完全分配，即违反了协议规定的“只要请求带宽在SLA规定的保证带宽范围内，那么就完全满足保证型带宽的分配”的约定，则此时就减少非保证带宽分配型T-CONT和保证带宽分配型T-CONT的(Assured)带宽分配。 

DBA动态调整带宽时，采用逐步限制该T-CONT的保证带宽值ASSURED这个参数来实现，在每一轮均对该T-CONT的保证带宽值进行缩减，用公式表述为：ASSURED＝ASSURED-X；如果有需要，可以将ASSURED的值缩减至0，其中，X是预先设定的递减量，此处的X值只在本步骤内有效。 

以上所述为利用下行流控信息减少为ONU分配带宽的详细过程，但该过程有一个前提限制条件，即在为GPON系统设置流量数据时，OLT设备下所有ONU的固定带宽分配型T-CONT的SLA所规定的固定带宽值FIXED之和不能大于OLT设备上联口的可用总带宽。 

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。 

Claims (6)

1.一种千兆无源光网络GPON系统中下行流控信息的传递方法，其特征在于，该方法包括：

a、检测光线路终端OLT的上联口，并判断上联口处是否有数据流拥塞，若有，则执行步骤b；否则，执行正常的ONU上行带宽分配；

b、根据OLT上联口的拥塞情况生成流控信息，并确定所要限制的光网络单元ONU的PON链路，将流控信息通知PON链路对应的OLT媒介访问控制MAC芯片；

c、所述OLT MAC芯片收到流控信息后，减少为所辖ONU分配的T-CONT上行带宽，并根据带宽分配变化触发ONU向用户网络接口UNI发送流控帧，具体过程为：

c1、OLT MAC芯片接收来自上联口的流控信息；

c2、判断为ONU分配的带宽中是否有尽力而为型带宽，若有，则执行步骤c3；否则，返回步骤c4；

c3、调整动态带宽分配DBA策略，减少为ONU分配尽力而为型带宽，分配完毕后返回步骤c1；

c4、判断为ONU分配的带宽中是否有非保证型带宽，如果有，则执行步骤c5；否则，执行步骤c6；

c5、调整DBA策略，减少为ONU分配非保证型带宽，分配完毕后返回步骤c1；

c6、判断为ONU分配的带宽中是否有保证型带宽，如果有，则执行步骤c7；否则，退出本轮带宽分配过程；

c7、调整DBA策略，减少为ONU分配保证型带宽，分配完毕后返回步骤c1。

2.根据权利要求1所述的下行流控信息的传递方法，其特征在于，所述步骤c之后进一步包括：

d、检测拥塞状态是否已经解除，若拥塞状态未解除，则执行步骤b；否则执行正常的ONU上行带宽分配。

3.根据权利要求1所述的下行流控信息的传递方法，其特征在于，进行动态带宽分配DBA时，步骤c3所述减少为ONU分配尽力而为型带宽，通过逐量降低尽力而为带宽分配类型的传输容器T-CONT的最大带宽值参数MAX的方法实现。

4.根据权利要求3所述的下行流控信息的传递方法，其特征在于，进行动态带宽分配DBA时，步骤c5所述减少为ONU分配非保证型带宽具体为：在系统已完全剥夺完所有尽力而为型带宽后，采用逐量降低非保证带宽分配类型的T-CONT的最大带宽值参数MAX的方法来实现，直至MAX值为保证带宽ASSURED值为止。

5.根据权利要求4所述的下行流控信息的传递方法，其特征在于，进行动态带宽分配DBA时，步骤c7所述减少为ONU分配保证型带宽具体为：在尽力而为型带宽和非保证型带宽已完全被剥夺，且系统允许不确保设定的保证带宽值能得到完全分配时，采用逐量降低保证带宽分配类型的T-CONT的参数ASSURED的值的方法来实现，直至ASSURED值为0。

6.根据权利要求1所述的下行流控信息的传递方法，其特征在于，步骤c所述根据带宽分配变化触发ONU向用户网络接口UNI发送流控帧，具体为：

所述OLT MAC芯片为所辖ONU分配的带宽减少使ONU上行带宽降低，ONU内部的缓存队列随ONU上行带宽降低而增长；当所述缓存队列溢出时，触发ONU向UNI发送流控帧。

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