CN101232326B - 用于无源光网络系统的动态带宽分配装置及其实现方法 - Google Patents

用于无源光网络系统的动态带宽分配装置及其实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于无源光网络系统的动态带宽分配装置,包括:带宽分配子单元,其用于在每个调度周期内依次为无源光网络系统中的每个传输容器分配总的传送字节数,并保存生成的传输容器带宽分配表;以及带宽分布策略控制子单元,其用于在每个调度周期内读取传输容器带宽分配表,然后将总的传送字节数分配到调度周期内的各个定时帧中,最终生成带宽分配图。本发明还提供了该动态带宽分配装置的实现方法。

Description

用于无源光网络系统的动态带宽分配装置及其实现方法
技术领域
本发明涉及通信领域,具体来说,本发明涉及一种用于实现无源光网络系统(XPON)例如千兆比特无源光网络(GPON)的动态带宽分配(DBA)装置及其实现方法。
背景技术
GPON技术是新兴的支持千兆比特速率的宽带无源光网络技术。GPON在物理拓扑上是一对多结构,逻辑上则为一对一结构。其下行数据传送为广播方式,所有光网络终端(ONT)都能在其物理PON口上接收到所有的下行数据帧。而上行则采用时分多址(TDMA)方式,每个ONT只在光线路终端(OLT)为其分配的上行授权时隙内才能发送上行数据。
在GPON中,带宽分配的授权对象是“传输容器”(T-CONT)。一个ONT中可以包含多个T-CONT。T-CONT有5类:T-CONT1、T-CONT2、T-CONT3、T-CONT4和T-CONT5。其中T-CONT类型1为固定带宽类型不需要参与动态带宽分配,其他类型的T-CONT都可以通过动态分配的方式来获取带宽。在OLT处,负责为每个T-CONT分配上行带宽的功能单元称为动态带宽分配(DBA)。GPON的DBA分为两种:状态报告DBA(SR-DBA)和无状态报告DBA(NSR-DBA)。SR-DBA因更能准确反映T-CONT的带宽需求情况,因而带宽利用率更高。采用SR-DBA时,为T-CONT分配上行带宽时除了考虑每个T-CONT上报的带宽请求(DBRu)外,还要考虑网管为每个T-CONT配置的服务级别约定(SLA)参数。这些参数的内容视不同类型的T-CONT而不同。
作为GPON的关键技术之一,DBA的实现需要权衡各方面的因素,进行仔细设计。一般来说,对带宽分配有吞吐量、时延、抖动和公平性的要求。对算法本身的要求还有算法的运行效率和资源占用率。此外,由于DBA是GPON系统中非常活跃的部分,关系到业务的服务质量(Qos),需要经常调整,因此DBA装置的设计必需考虑到可扩展性。目前,对GPON DBA的研究比较少,而且多数都集中在算法研究上,很少有DBA实现设计方面的研究报道。在已知的研究报道中,“Efficient medium arbitration ofFSAN-compliant GPONs”(作者H.C.Leligou,发表在Int.J.Commun.Syst.2006;19:603-617)提出了一个DBA设计方案。该方案的一个显著特点是将带宽分配与带宽分配图(BWMap)中时隙位置和长度分配在一个算法中实现。这样做的不足之处是两者的耦合较紧,导致可扩展性不强。因此有必要研究新的DBA实现方法。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提供了一种用于无源光网络系统的动态带宽分配装置及其实现方法。
根据本发明的一方面,提供了一种用于无源光网络系统的动态带宽分配装置,包括:带宽分配子单元,其用于在每个调度周期内依次为无源光网络系统中的每个传输容器分配总的传送字节数,并保存生成的传输容器带宽分配表;以及带宽分布策略控制子单元,其用于在每个调度周期内读取传输容器带宽分配表,然后将总的传送字节数分配到调度周期内的各个定时帧中,最终生成带宽分配图。
在上述的动态带宽分配装置中,带宽分配子单元与带宽分布策略控制子单元相互独立,分别运行不同的算法。
在上述的动态带宽分配装置中,带宽分配子单元用于运行带宽分配算法,根据上行带宽请求信息和用户配置的传输容器服务级别约定信息,计算出总的传送字节数。
在上述的动态带宽分配装置中,带宽分布策略控制子单元用于在考虑开销安排的基础上应用网管配置的带宽分布策略,以将总的传送字节数分配到各个定时帧中,以得到各个定时帧的时隙位置和长度。
在上述的动态带宽分配装置中,还包括:带宽请求和统计查询子单元,其用于查询上一个周期内光线路终端接收到的各个传输容器发送来的上行带宽请求信息,以及查询上一个周期的各个传输容器实际发送的非空闲字节数统计,并对其进行处理,然后通过数据维护子单元提供的接口保存起来供带宽分配子单元使用;数据维护子单元,其用于向带宽请求和统计查询子单元提供接口以保存上行带宽请求信息,用于向带宽分配子单元提供接口以保存传输容器带宽分配表,以及用于向带宽分布策略控制子单元提供接口以供其访问传输容器带宽分配表;以及定时服务子单元,用于为动态带宽分配装置中的各个子单元提供定时服务。
在上述的动态带宽分配装置中,还包括:配置接口子单元,用于为用户提供对动态带宽分配相关参数、传输容器服务级别约定参数以及带宽分布策略的配置接口;以及开销处理子单元,用于计算一个调度周期内总的可用带宽以及该周期内各帧需要传送的上行开销。
在上述的动态带宽分配装置中,所述无源光网络系统是千兆比特无源光网络系统。
根据本发明的另一方面,提供了一种动态带宽分配装置的实现方法,动态带宽分配装置用于无源光网络系统的动态带宽分配,其包括带宽分配子单元、带宽分布策略控制子单元、配置接口子单元、开销处理子单元、带宽请求和统计查询子单元、数据维护子单元和定时服务子单元,包括以下步骤:定时服务子单元提供定时中断以产生周期;带宽请求和统计查询子单元在每个调度周期内查询上一个周期内光线路终端接收到的各个传输容器发送来的上行带宽请求信息,以及查询上一个周期的各个传输容器实际发送的非空闲字节数统计,并对其进行处理,然后通过数据维护子单元提供的接口保存起来供带宽分配子单元使用;带宽分配子单元在每个调度周期内依次为无源光网络系统中的每个传输容器分配总的传送字节数,并保存生成的传输容器带宽分配表;以及带宽分布策略控制子单元在每个调度周期内读取传输容器带宽分配表,然后将总的传送字节数分配到调度周期内的各个定时帧中,最终生成带宽分配图;以及动态带宽分配装置在每个调度周期内通知底层MAC硬件带宽分配图已更新,MAC硬件将带宽分配图通过下行帧发送给各个光网络终端。
在上述的实现方法中,带宽分配子单元与带宽分布策略控制子单元相互独立,分别运行不同的算法。
在上述的实现方法中,带宽分布策略控制子单元用于在考虑开销安排的基础上应用网管配置的带宽分布策略,以将总的传送字节数分配到各个定时帧中。
在上述的实现方法中,还包括以下步骤:通过配置接口对每个传输容器的服务级别约定参数、动态带宽分配装置自身参数以及带宽分布策略进行配置。
在上述的实现方法中,所述无源光网络系统是千兆比特无源光网络系统。
因此,可以看出采用本发明的方法及装置可以提高XPON例如GPON中DBA功能的配置灵活性和可扩展性。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是根据本发明的实施例的GPON拓朴图;
图2是根据本发明的实施例的DBA功能单元的结构示意图;
图3是根据本发明的实施例的DBA装置工作流程图。
具体实施方式
下面参考附图,详细说明本发明的具体实施方式。
本发明要解决的技术问题是为了克服了现有技术不灵活且可扩展性较差的缺点,提出了一种GPON的DBA功能的实现方法。
本发明所述GPON的DBA功能实现方法如下:
第一步:将DBA功能单元划分为几个子单元:带宽分配子单元、带宽分布策略控制子单元、配置接口子单元、开销处理子单元、DBRu和统计查询子单元、数据维护子单元和定时服务子单元。
第二步:DBA装置按周期性运行。当定时服务子单元提供定时中断时,DBRu和统计查询子单元首先查询上一个周期内OLT接收到的所有T-CONT发送来的上行DBRu信息,并对其进行处理,然后通过数据维护子单元提供的访问接口保存起来供带宽分配子单元使用。此外,还要查询上一个周期的各个T-CONT实际发送的非IDLE字节数统计。
第三步:DBA带宽分配子单元运行带宽分配算法。它根据DBRu信息和用户配置的T-CONT SLA信息,在调度周期内依次为每个T-CONT分配总的传送字节数,并通过数据维护子单元提供的接口保存生成的T-CONT带宽分配表;
第四步:带宽分布策略控制子单元随后运行,通过数据维护子单元提供的访问接口读取带宽分配子单元生成的带宽分配表,然后在考虑开销安排的基础上应用网管配置的带宽分布策略,将每个T-CONT的总的传送字节分配到调度周期内的各个125us帧中去,最终生成BWmap;
第五步:DBA装置通知底层MAC硬件BWMap已更新,MAC将该BWMap通过下行帧发送给各个ONT;
第六步:重复执行第三步到第六步;以及
第七步:网管可以通过配置接口对每个T-CONT的SLA、DBA装置自身参数以及带宽分布策略进行配置;
其中,上述第一步又可以包括以下步骤:
1.带宽分配子单元运行带宽分配算法在一个调度周期内为每个T-CONT分配可发送的总的字节数;
2.带宽分布策略控制子单元应用带宽分配策略来分配每个T-CONT在一个调度周期各个125us帧内的时隙位置和长度;
3.配置接口子单元用于为用户提供对DBA相关参数、T-CONTSLA参数的以及带宽分布策略的配置接口;
4.开销处理子单元用来计算一个调度周期内总的可用带宽以及该周期内各帧需要传送的上行开销;
5.DBRu和统计查询子单元用来查询并整理每个T-CONT上报的自身队列占用情况以及实际的上行流量统计;
6.数据维护子单元用于维护所有其他子单元需要数据表格并提供访问接口;以及
7.定时服务子单元用于为其他子单元提供必要的定时同步服务。
以下将参照图1-3更详细的介绍本发明的基本思想。图1介绍了与本发明方法相关的GPON网络拓朴图。
从图1中可以看出,一个OLT PON口下可以通过分光器连接多个ONT。从OLT到ONT的下行数据传送方式为时分复用且物理层广播方式,即每一个下行帧会发送到所有的ONT的PON端口。从ONT到OLT的上行数据传送方式为TDMA方式。每个ONT可包含多个T-CONT,上行带宽的分配由OLT处的DBA功能单元来实现,并以T-CONT为授权对象来进行。
图2为本发明技术方法中DBA装置200的结构示意图。如图2所示,DBA装置200被划分为带宽分配子单元202、带宽分布策略控制子单元204、配置接口子单元206、开销处理子单元208、DBRu和统计查询子单元210、数据维护子单元212和定时服务子单元214。
各个子单元的功能如下:
(1)带宽分配子单元202用来在一个调度周期内为每个T-CONT分配总的可传送字节数。其输入参数包括:总的可用带宽、每个T-CONT的SLA、DBRu信息、类型、前一个周期的统计信息以及带宽分配颗粒度等。其输出为每个T-CONT在本调度周期所得到的总的字节数,称为“T-CONT带宽分配表”,其表项为T-CONT在本周期内可发送的总字节数。在本实施例中带宽分配子单元202所使用的带宽分配算法与整个DBA装置200的实现无关,可以做为一个独立的动态连接库提供。
(2)带宽分布策略控制子单元204用来将带宽分配子单元生成的T-CONT的总的可发送字节数按指定的分布策略分配到调度周期内的各个帧中去,并结合开销处理子单元208指定的开销分布和ONT发现窗口分布情况,进而构造出符合ITU-T G.984.3标准的BWMap,通知OLT MAC216将新的BWMap在下行帧中发送给各个ONT。这里的带宽分布策略实际上是Qos实现策略,可以由网管配置,比如:采用“吞吐量优先”的分布策略,就需要考虑尽可能将属于一个ONT的T-CONT的发送时隙安排在一起,以尽可能减少开销。除此之外还会有诸如“延时优先”和“抖动优先”等策略。该子单元是整个DBA装置200中最灵活的部,其策略控制算法也可以作为动态连接库提供,以利于更新和维护。
(3)配置接口子单元206负责为网管用户提供对DBA和T-CONT SLA的配置接口,可配置项包括:
A.T-CONT SLA:固定带宽、保证带宽、非保证带宽、最大带宽、最大突发包大小和权重等;
B.DBA装置参数:调度周期、带宽分配颗粒度、ONT发现流程的频率以及最大可用带宽等;以及
C.带宽分布策略;
(4)开销处理子单元208负责处理来自GPON OLT状态机提供的上行开销发送请求。据此计算出调度周期内可用的总上行带宽,并将其传递给带宽分配子单元202。此外,它还将开销的发送请求提供给带宽分布策略控制子单元204用于在BWMap中为开销提供发送时隙。
(5)带宽请求和统计查询子单元(即,如图2所示的DBRu和统计查询子单元)210实际上分两部分:一是查询上一个周期各个T-ONT实际发送的字节数,进而计算带宽利用情况,输出“T-CONT带宽利用率表”,其表项为T-CONT的带宽利用率,可用于对T-CONT使用上行带宽情况进行监控;另一部分是用来查询上一个周期内从各个T-CONT接受到的DBRu信息,输出“T-CONT带宽申请表”,其表项为T-CONT请求发送的字节数。
(6)数据维护子单元212用于为DBA装置所有的可配参数和数据表提供访问接口,并做互斥保护处理。但该子单元不负责维护BWMap表,该表是DBA装置的最终输出,为OLT MAC硬件216所使用。
(7)定时服务子单元214通常由硬件来实现,可以做得很简单,如提供125us的定时服务,并在调度周期到来时给出中断,从而启动DBA的周期性运行。
图3为本发明技术方法中DBA装置一个周期内完整的处理流程图,以下将结合图2的装置200描述如图3所示的方法。如图3所示,在接收到定时服务子单元提供的中断后,DBA运行开始一个周期的运行。
步骤S302,DBRu和统计查询子单元210通过硬件查询前一个周期各个T-CONT的上行DBRu请求以及实际发送流量的统计并进行处理,生成“T-CONT带宽利用率表”和“T-CONT带宽申请表”。开销处理子单元208则随后计算出本周期可用的总的上行带宽。
步骤S304,带宽分配子单元202开始运行带宽分配算法,为每个T-CONT分配总的可发送字节数,并生成“T-CONT带宽分配表”。然后,带宽分布策略控制子单元204首先为本周期内需要发送的开销安排具体的发送时隙,
步骤S306,按当前指定的分布策略在本周期内各个125us帧内为各个T-CONT分配实际的发送时隙,进而构造出最终的BWMap,并通知硬件更新。
步骤S308,OLT MAC硬件216将该BWMap通过下行帧发送给所有的ONT。
此外,还包括以下步骤:通过配置接口对每个传输容器的服务级别约定参数、动态带宽分配装置自身参数以及带宽分布策略进行配置。
另外,需要指出的是,带宽分配子单元202与带宽分布策略控制子单元204相互独立,分别运行不同的算法;并且,带宽分布策略控制子单元204用于在考虑开销安排的基础上应用网管配置的带宽分布策略,以将总的传送字节数分配到各个定时帧中。
如上所述,可以看出本发明实现了以下技术效果:
采用本发明的方法及装置,可将带宽分配部分和调度周期内带宽分布控制部分在实现上分离开,使得独立调整带宽分配算法和带宽分布策略算法成为可能,并提供了对DBA相关参数的配置接口。该方法实现简单,可由硬件实现也可由软件实现。由于采取了上述的DBA实现方法,提高了XPON例如GPON中DBA功能的配置灵活性和可扩展性。
以上仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于无源光网络系统的动态带宽分配装置,其特征在于,包括:
带宽请求和统计查询子单元,其用于查询上一个周期内光线路终端接收到的各个传输容器发送来的上行带宽请求信息,以及查询上一个周期的各个所述传输容器实际发送的非空闲字节数统计,并对其进行处理,然后通过数据维护子单元提供的接口保存起来供带宽分配子单元使用;
所述数据维护子单元,其用于向所述带宽请求和统计查询子单元提供接口以保存所述上行带宽请求信息,用于向所述带宽分配子单元提供接口以保存传输容器带宽分配表,以及用于向带宽分布策略控制子单元提供接口以供其访问所述传输容器带宽分配表;
定时服务子单元,用于为所述动态带宽分配装置中的各个子单元提供定时服务;
所述带宽分配子单元,其用于在每个调度周期内依次为所述无源光网络系统中的每个传输容器分配总的传送字节数,并保存生成的传输容器带宽分配表;以及
所述带宽分布策略控制子单元,其用于在每个调度周期内读取所述传输容器带宽分配表,然后将所述总的传送字节数分配到所述调度周期内的各个定时帧中,最终生成带宽分配图。
2.根据权利要求1所述的动态带宽分配装置,其特征在于,所述带宽分配子单元与所述带宽分布策略控制子单元相互独立,分别运行不同的算法。
3.根据权利要求2所述的动态带宽分配装置,其特征在于,所述带宽分配子单元用于运行带宽分配算法,根据上行带宽请求信息和用户配置的传输容器服务级别约定信息,计算出所述总的传送字节数。
4.根据权利要求3所述的动态带宽分配装置,其特征在于,所述带宽分布策略控制子单元用于在考虑开销安排的基础上应用网管配置的带宽分布策略,以将所述总的传送字节数分配到所述各个定时帧中,以得到所述各个定时帧的时隙位置和长度。
5.根据权利要求1所述的动态带宽分配装置,其特征在于,还包括:
配置接口子单元,用于为用户提供对动态带宽分配相关参数、传输容器服务级别约定参数以及带宽分布策略的配置接口;以及
开销处理子单元,用于计算一个调度周期内总的可用带宽以及该周期内各帧需要传送的上行开销。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的动态带宽分配装置,其特征在于,所述无源光网络系统是千兆比特无源光网络系统。
7.一种动态带宽分配装置的实现方法,所述动态带宽分配装置用于无源光网络系统的动态带宽分配,其包括带宽分配子单元、带宽分布策略控制子单元、配置接口子单元、开销处理子单元、带宽请求和统计查询子单元、数据维护子单元和定时服务子单元,其特征在于,包括以下步骤:
所述定时服务子单元提供定时中断以产生周期;
所述带宽请求和统计查询子单元在每个调度周期内查询上一个周期内光线路终端接收到的各个所述传输容器发送来的上行带宽请求信息,以及查询上一个周期的各个所述传输容器实际发送的非空闲字节数统计,并对其进行处理,然后通过数据维护子单元提供的接口保存起来供所述带宽分配子单元使用;
所述带宽分配子单元在每个调度周期内依次为所述千兆比特无源光网络系统中的每个传输容器分配总的传送字节数,并保存生成的传输容器带宽分配表;以及
所述带宽分布策略控制子单元在每个调度周期内读取所述传输容器带宽分配表,然后将所述总的传送字节数分配到所述调度周期内的各个定时帧中,最终生成带宽分配图;以及
所述动态带宽分配装置在每个调度周期内通知底层MAC硬件所述带宽分配图已更新,所述MAC硬件将所述带宽分配图通过下行帧发送给各个光网络终端。
8.根据权利要求7所述的实现方法,其特征在于,所述带宽分配子单元与所述带宽分布策略控制子单元相互独立,分别运行不同的算法。
9.根据权利要求7或8所述的实现方法,其特征在于,所述无源光网络系统是千兆比特无源光网络系统。
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