CN101399758B - 一种千兆无源光网络上行带宽管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种千兆无源光网络(GPON)上行带宽管理方法，通过设置四种基本类型的传输容器(T-CONT)，将一个光网络单元(ONU)的若干个具有相同或不同类型的T-CONT创建为族，使T-CONT族成为逻辑上的带宽管理单元，T-CONT族与T-CONT族内部的T-CONT都设置用户业务等级约定(SLA)参数，执行两级动态带宽分配(DBA)调度，T-CONT族从逻辑上整合内部的不同类型T-CONT所承载的业务流以体现GPON为用户提供多业务和全业务的能力，并且使DBA可以参与ONU内部不同数据队列的调度，从而有助于缩减ONU自身的内部队列调度功能，降低DBA策略的复杂性。

Description

一种千兆无源光网络上行带宽管理方法

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)的上行带宽管理方法。

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业务的宽带全业务接入。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的下行数据传送方式为广播方式，所有ONU都能在其物理PON口上接收到全部的下行数据帧，ONU通过选择只获取属于自己的数据帧，因此，下行带宽的管理相对简单，它根据用户业务等级约定(SLA)参数与其他策略，由一个OLT执行出口调度策略来完成。而上行则采用时分多址(TDMA)方式，每个ONU只在OLT为其分配的上行授权时隙内发送上行数据，简单的授权时隙分配方式是为ONU在固定的时间间隔内分配固定长度的时隙，也就是采用所谓的固定带宽分配(SBA)的带宽管理方式，为ONU分配的带宽保持一个合适的峰值以适应业务可能出现的峰值流量。

但是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的使用效率低下，常用的解决办法是采用动态带宽分配(DBA，dynamic bandwidth allocation)的策略管理上行带宽。DBA的优势在于它能充分挖掘多路复用技术的潜能并提供各种服务质量(QoS)的保证，这极大的优化了GPON全业务接入所需的上行带宽能力。

在GPON中，带宽分配的管理实体是传输容器(T-CONT，Transmission Container)，也是GPON上行流量管理的基本单元。一个ONU中可以包含多个T-CONT，每个T-CONT承载一条或多条业务流，并保证各业务流的不同QoS要求。根据对不同QoS的适应能力，G.983.4协议利用所规定的四种基本带宽类型将T-CONT定义为五种：T-CONT1、T-CONT2、T-CONT3、T-CONT4和T-CONT5。其中，T-CONT1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；T-CONT2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；T-CONT3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T-CONT2的基础上增加一个非保证带宽的要求以适应突发需要；T-CONT4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；T-CONT5型是前四种T-CONT类型的超集，可以提供所有类型的带宽，支持所有类型的业务。但对于DBA策略来说，通过T-CONT5方式支持多类型综合业务时，DBA无法区分T-CONT5上各个业务流的实际带宽需求，只能对所有业务的总带宽进行控制。也就是说，如果某两个用户的业务流都在T-CONT5上承载，那么，DBA在进行带宽调度时无法做到针对某一个用户做调整。

T-CONT类型的本质是OLT采用DBA或SBA策略的带宽管理器，为该T-CONT所承载的业务分配不同类型的带宽。根据G.983.4协议定义的五种T-CONT所使用的四种基本带宽类型，即固定带宽、保证带宽、非保证带宽、尽力而为带宽，各种T-CONT被规定支持上述一种或几种基本带宽，从而将业务类型与T-CONT类型对应起来。这种通过T-CONT类型体现业务类型的方式，很好地描述了GPON的全业务接入能力，并提供了一个切合实际的系统实现的参考。但由于各T-CONT类型中支持的带宽所包含的基本带宽类型出现重叠，给DBA的实现带来很多困难。这种带宽管理方式缺乏针对用户具体需求进行带宽分配的灵活性，因为这种方式直接通过一条业务流提供了用户的多业务需求，DBA管理的仅仅是一个T-CONT上若干用户业务的总带宽，用户级的带宽调度还需要由ONU上的队列调度机制配合来完成。实际应用中，更合理的是需要为一个用户提供若干条单一类型业务流，通过组合不同类型业务提供全业务或者多业务的能力，但目前尚不能实现。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种面向用户的GPON上行带宽管理方法，以便为GPON上行带宽的管理提供一种直接面向用户的模式，并且使DBA可以参与ONU内部不同数据队列的调度，从而有助于缩减ONU自身的内部队列调度功能，降低DBA策略的复杂性。

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上行带宽管理方法，该方法包括如下步骤：

a、设置传输容器T-CONT类型，每种T-CONT类型承载一种基本带宽类型；

b、根据用户的多业务需求，为所述用户创建T-CONT族，所述T-CONT族包括与所述用户的各个业务分别所需的基本带宽类型一一对应的T-CONT；所述T-CONT族是包括相同或不同类型T-CONT的一个虚拟的逻辑带宽管理单元，一个T-CONT族对应一个具有多业务需求的用户；

c、根据所述T-CONT族所对应用户的带宽需求，配置用户业务等级约定SLA参数；

d、执行基于T-CONT族的动态带宽分配。

其中，步骤a所述基本带宽类型是G.983.4协议所规定的四种基本带宽类型，包括：固定带宽类型、保证带宽类型、非保证带宽类型以及尽力而为带宽类型。

步骤c所述配置用户业务等级约定SLA参数具体为：先配置作为实际带宽分配单元的T-CONT的SLA参数，再配置作为虚拟逻辑带宽管理单元的相应T-CONT族的SLA参数，其中，每个T-CONT族包括以下两个SLA参数：峰值信息速率PIR和维持信息速率CIR。

所述T-CONT的SLA参数包括：T-CONT类型、与所述T-CONT类型对应的带宽值、优先级、权重。

其中，所述步骤d进一步包括步骤：

d1、通过状态报告SR或非状态报告NSR方式确定每个T-CONT的带宽请求；

d2、根据所述T-CONT族所包含的T-CONT的带宽请求确定所述T-CONT族的总体带宽请求；

d3、根据所确定的总体带宽请求及所述T-CONT族的SLA参数为所述T-CONT族分配带宽；

d4、根据T-CONT类型采用不同算法或其组合为所述T-CONT族内部的T-CONT分配带宽。

可选地，所述T-CONT族为一个以上时，步骤d2进一步为：根据其中一个T-CONT族所包含的T-CONT的带宽请求确定该T-CONT族的总体带宽请求；以及在步骤d4后还包括步骤：d5、重复执行步骤d2至d4，直至所有T-CONT族的T-CONT的带宽分配完毕。

可选地，所述T-CONT族为一个以上时，步骤d2进一步为：根据各个T-CONT族所包含的T-CONT的带宽请求确定各个T-CONT族的总体带宽请求；步骤d3进一步为：根据所确定的总体带宽请求及各个T-CONT族的SLA参数为各个T-CONT族分配带宽；步骤d4进一步为：根据T-CONT类型采用不同算法或其组合为各个T-CONT族内部的T-CONT分配带宽，直至所有T-CONT族的T-CONT的带宽分配完毕。

所述步骤d执行完毕，进一步包括：带宽分配完毕后，列出所有T-CONT的带宽分配信息，按照T-CONT的服务质量要求构建带宽分布Bwmap表，将所述Bwmap表封装到下行帧帧头发送给每个ONU，然后由ONU根据Bwmap表中的指示，将上行数据通过分配给自身的指定时隙发送。

其中，步骤d4所述算法包括：绝对优先级算法、轮询算法、权重轮询算法。

本发明所提供的GPON上行带宽管理方法，具有以下优点：

1)本发明在G.983.4协议所规定的四种基本带宽类型的基础上，重新设置了四种基本T-CONT类型，这四种基本T-CONT类型区别于G.983.4协议所描述的那五种T-CONT类型，从而简化了T-CONT类型并利用T-CONT进行上行流量管理，有效地降低了DBA策略实现的复杂性。

2)本发明通过提出传输容器族(T-CONT cluster)的逻辑模型，其中每个T-CONT族均由一个ONU中的若干个具有相同或不同类型的T-CONT组成，并且使T-CONT族成为逻辑上的带宽管理单元，通过这种T-CONT族的逻辑模型来组合T-CONT，并借此提供全业务的方式将带宽分配直接面向用户，使上行带宽管理更为灵活。

3)本发明通过T-CONT族可以直接管理多业务用户的各种分量的带宽需求，这种带宽管理方式可由DBA来控制ONU内部不同数据队列的调度，从而提高了GPON上行带宽的管理效率。

附图说明

图1为本发明T-CONT族模型的总体结构示意图；

图2为本发明中T-CONT族之间的带宽分配功能的结构示意图；

图3为本发明中T-CONT族内部各个T-CONT之间的带宽分配功能结构示意图；

图4为本发明的GPON上行带宽管理方法的流程图；

图5为本发明实施例的基于T-CONT族的两级DBA过程示意图。

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。

本发明的核心思想是：在G.983.4协议所描述的四种基本带宽类型的基础上，针对所支持的基本带宽类型不同重新设置了四种基本T-CONT类型，所设置的四种T-CONT类型只支持各自分别对应的基本带宽；并提出了T-CONT族的概念，其中，每个T-CONT族均由一个ONU中的若干个具有相同或不同类型的T-CONT组成。T-CONT族成为逻辑上的带宽管理单元，T-CONT族与族内部的T-CONT都设置用户SLA参数，执行两级DBA调度。且规定一个T-CONT族内部的每个T-CONT承载面向单一用户的单一业务流，这些单一业务流组成用户实际需要的综合业务流，也就是说，T-CONT族从逻辑上整合内部不同类型T-CONT所承载的业务流，以体现GPON为用户提供多业务和全业务的能力。

图1为本发明T-CONT族模型的总体结构示意图，如图1所示，T-CONT族是一个虚拟的实体，实际的带宽管理单元仍然是T-CONT，但本发明重新设置了T-CONT的类型，重新设置的四种T-CONT类型有别于G.983.4协议所定义的五种类型，本发明设置的四种类型的T-CONT分别只支持单一基本带宽类型，即固定(Fixed)带宽、保证(Assured)带宽、非保证(Non-assured)带宽和尽力而为(Best-effort)带宽，这些都是G.983.4协议所描述的基本带宽类型。由属于同一ONU的若干相同类型或不同类型的T-CONT组成一个T-CONT族，其中，每个T-CONT承载一种面向同一用户的单一业务，这些单一业务的组合就是用户所要求的综合业务类型，如固话业务、internet服务、视频业务等，用户可以根据实际需要来选择业务类型组合。这里，把综合业务流所占用的逻辑上的上行带宽通道称为多业务通道(Multi-Service Pipe)，这条虚拟的多业务通道被一个用户所独占，也就是说，T-CONT族使带宽管理在逻辑上是面向每个用户的。

所述的T-CONT和T-CONT族有各自的SLA参数：

T-CONT的SLA参数包括：T-CONT类型、带宽值、优先级、权重等，其中，带宽值根据类型的不同而有所差别，举例来说，如果T-CONT支持固定带宽，那么带宽值就是固定带宽的大小；如果T-CONT支持保证带宽，那么带宽值就是固定带宽的大小；如果T-CONT支持保证非带宽或者尽力而为带宽，那么带宽值就带宽的最大值。T-CONT类型本身就为T-CONT定义了严格的优先级，如果有需要，也可以在同一种类型T-CONT之间定义优先级和权重，以配合不同的DBA算法。

T-CONT族的SLA参数只有两个：保证带宽维持速率(CIR)和最大带宽峰值速率(PIR)，各T-CONT族之间优先级相同。CIR等于该T-CONT族内部所有配置的保证带宽之和，PIR等于CIR并等于该T-CONT族内部所有配置的最大带宽之和。

这种模型下的DBA在T-CONT族之间和T-CONT族内部的T-CONT之间进行两级带宽分配。以下分别对所述两级带宽分配进行进一步说明。

图2为本发明中T-CONT族之间的带宽分配功能的结构示意图，如图2所示，DBA针对通过T-CONT族的综合业务流进行第一级带宽分配。

第一级带宽分配包括如下两部分工作：

一个是获取多业务通道所承载业务的带宽请求，T-CONT族所对应的带宽请求实际上就是T-CONT族中每个T-CONT对应的业务带宽请求之和；

另一个是执行第一级DBA算法，如轮询(RR)算法，根据T-CONT族的带宽请求，为每个T-CONT族分配带宽，所分配带宽之和即为T-CONT族中所有T-CONT的总带宽。

图3为本发明中T-CONT族内部各个T-CONT之间的带宽分配功能结构示意图，如图3所示，实际上，针对一个用户的多业务通道所承载的业务，其中的各个单一业务流均通向各自的T-CONT。DBA根据各个单一业务流对所需带宽的请求，在已经分配给T-CONT族的总带宽的基础上为各个T-CONT之间分配带宽，即进行第二级带宽分配。

第二级带宽分配可以分为如下两部分工作：

一是获得T-CONT族中每个T-CONT的带宽请求，这一请求获取采用状态报告(SR)方式时使用动态带宽报告(DBRu)字段，或者采用非状态报告(NSR)方式由DBA自身通过统计T-CONT的上行流量来预测带宽请求。

所述DBRu是GPON上行帧结构中用于向OLT报告ONU带宽分配情况的指示字段，其中u代表上行方向。

所述SR、NSR方式是G.983.4协议所规定的，其实质是被作为DBA算法进行带宽调整的依据，SR-DBA可以直接从DBRu字段获得ONU的待发送数据的正确情况，NSR-DBA需要DBA去估计ONU的待发送数据的情况。

另一个是执行第二级DBA算法，由于已经规定T-CONT具有不同优先级、不同权重，所以，二级DBA算法需要综合采用多种算法，如：绝对优先级(SP)、权重轮询(WRR)等算法，对T-CONT族内部的T-CONT之间的带宽进行合理分配。具体是：首先分配预留固定(Fixed)带宽，接着按实际请求分配保证(Assured)带宽，再接着根据T-CONT的保证(Assured)带宽的比例分配非保证(non-assured)带宽，最后分配尽力而为(best-effort)带宽。

图4为本发明的GPON上行带宽管理方法的流程图，如图4所示，本发明包括如下步骤：

步骤401：设置T-CONT类型，使每种T-CONT类型承载一种基本带宽类型。

基本带宽类型是G.983.4协议所规定的四种基本带宽类型，包括：固定带宽类型、保证带宽类型、非保证带宽类型以及尽力而为带宽类型。

步骤402：根据用户的多业务需求，为用户创建T-CONT族，该T-CONT族包括与用户的各个业务分别所需的基本带宽类型一一对应的T-CONT。

每个T-CONT族针对一个具有多业务需求的特定用户，其包括一个ONU中的若干个具有相同或不同类型的T-CONT，是一个虚拟的逻辑带宽管理单元，不对应具体的物理实体。

步骤403：根据T-CONT族所对应用户的带宽需求配置SLA参数，这里SLA表现为两部分：先配置实际的带宽分配单元T-CONT的SLA参数，进而配置T-CONT族的SLA参数。

具体为：所述T-CONT SLA参数包括T-CONT的类型与类型对应带宽值、优先级、权重等，其中，T-CONT的类型使用所设置的四种类型之一。

然后，根据T-CONT族中每个T-CONT的SLA参数，调整T-CONT族的SLA参数，所有T-CONT族之间相互平等，T-CONT族具有两个带宽参数：PIR和CIR。

步骤404：执行基于T-CONT族的DBA。

基于T-CONT族的DBA在逻辑上可以分为两级，首先根据T-CONT族的SLA参数以及T-CONT族的带宽请求执行第一级DBA算法为一个T-CONT族分配带宽，然后根据该T-CONT族分配的带宽和内部的所有T-CONT的SLA参数执行第二级DBA算法，重复执行上述过程直至最终为每个T-CONT族的T-CONT分配带宽，从而完成带宽分配过程。

图5为本发明基于T-CONT族的两级DBA过程示意图，如图5所示，步骤404所述的DBA过程具体分为如下步骤：

步骤4041：通过SR或者NSR方式确定每个T-CONT的带宽请求。

具体为：SR方式下，DBA可以直接使用DBRu字段；NSR方式下，需要根据对T-CONT进行统计得到的当前流量再预测下一阶段的带宽请求。

其中，SR、NSR方式是根据G.983.4协议规定的，其作用是被作为DBA算法进行带宽调整的依据，SR方式的DBA可以直接从DBRu字段获得ONU待发送数据的正确情况；NSR方式的DBA需要DBA去预测ONU的待发送数据的情况。

步骤4042：根据其中一个T-CONT族所包含的T-CONT的带宽请求确定该T-CONT族的总体带宽请求。

步骤4043：根据所确定的总体带宽请求和该T-CONT族的SLA参数为该T-CONT族分配带宽。

步骤4044：分别采用SP、RR、WRR等不同算法为该T-CONT族内部的T-CONT分配带宽。

其中，使用何种算法由T-CONT的类型决定，具体为：首先使用SP算法在不同优先级T-CONT之间分配带宽，继而使用RR或WRR在同优先级T-CONT之间分配带宽。

步骤4045：重复执行步骤4042至4044，直至所有T-CONT族的T-CONT的带宽分配完毕。

步骤4046：带宽分配完毕后，列出所有T-CONT的带宽分配信息，按照T-CONT的QoS要求构建Bwmap表，将Bwmap表封装到下行帧帧头发送给每个ONU，然后由ONU根据Bwmap表中的指示，将上行数据通过分配给自身的指定的时隙发送。

这里，所述按照T-CONT的QoS要求构建Bwmap表具体为：根据T-CONT优先级和权重的不同，决定分配给每个T-CONT的上行时隙的大小、位置以及间隔，从而也就决定了每个T-CONT的上行带宽大小、延时与抖动。

所述Bwmap表是一个8字节分配结构的标量数组，该数组的每一项代表一个特殊的T-CONT带宽映射。

上述方案的步骤4042至4045还可以是如下方式：

步骤4042：根据各个T-CONT族所包含的T-CONT的带宽请求确定各个T-CONT族的总体带宽请求；

步骤4043：根据所确定的总体带宽请求及各个T-CONT族的SLA参数为各个T-CONT族分配带宽；

步骤4044：根据T-CONT类型采用不同算法或其组合为各个T-CONT族内部的T-CONT分配带宽，直至所有T-CONT族的T-CONT的带宽分配完毕。具体算法描述同上。

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 (9)

1.一种千兆无源光网络上行带宽管理方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

a、设置传输容器T-CONT类型，每种T-CONT类型承载一种基本带宽类型；

b、根据用户的多业务需求，为所述用户创建T-CONT族，所述T-CONT族包括与所述用户的各个业务分别所需的基本带宽类型一一对应的T-CONT；所述T-CONT族是包括相同或不同类型T-CONT的一个虚拟的逻辑带宽管理单元，一个T-CONT族对应一个具有多业务需求的用户；

c、根据所述T-CONT族所对应用户的带宽需求，配置用户业务等级约定SLA参数；

d、执行基于T-CONT族的动态带宽分配。

2.根据权利要求1所述的上行带宽管理方法，其特征在于，步骤a所述基本带宽类型是G.983.4协议所规定的四种基本带宽类型，包括：固定带宽类型、保证带宽类型、非保证带宽类型以及尽力而为带宽类型。

3.根据权利要求1所述的上行带宽管理方法，其特征在于，步骤c所述配置用户业务等级约定SLA参数具体为：先配置作为实际带宽分配单元的T-CONT的SLA参数，再配置作为虚拟逻辑带宽管理单元的相应T-CONT族的SLA参数，其中，每个T-CONT族包括以下两个SLA参数：峰值信息速率PIR和维持信息速率CIR。

4.根据权利要求3所述的上行带宽管理方法，其特征在于，所述T-CONT的SLA参数包括：T-CONT类型、与所述T-CONT类型对应的带宽值、优先级、权重。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的上行带宽管理方法，其特征在于，所述步骤d进一步包括步骤：

d1、通过状态报告SR或非状态报告NSR方式确定每个T-CONT的带宽请求；

d2、根据所述T-CONT族所包含的T-CONT的带宽请求确定所述T-CONT族的总体带宽请求；

d3、根据所确定的总体带宽请求及所述T-CONT族的SLA参数为所述T-CONT族分配带宽；

d4、根据T-CONT类型采用不同算法或其组合为所述T-CONT族内部的T-CONT分配带宽。

6.根据权利要求5所述的上行带宽管理方法，其特征在于，所述T-CONT族为一个以上时，步骤d2进一步为：根据其中一个T-CONT族所包含的T-CONT的带宽请求确定该T-CONT族的总体带宽请求；以及在步骤d4后还包括步骤：

d5、重复执行步骤d2至d4，直至所有T-CONT族的T-CONT的带宽分配完毕。

7.根据权利要求5所述的上行带宽管理方法，其特征在于，所述T-CONT族为一个以上时，

步骤d2进一步为：根据各个T-CONT族所包含的T-CONT的带宽请求确定各个T-CONT族的总体带宽请求；

步骤d3进一步为：根据所确定的总体带宽请求及各个T-CONT族的SLA参数为各个T-CONT族分配带宽；

步骤d4进一步为：根据T-CONT类型采用不同算法或其组合为各个T-CONT族内部的T-CONT分配带宽，直至所有T-CONT族的T-CONT的带宽分配完毕。

8.根据权利要求5所述的上行带宽管理方法，其特征在于，还包括：

带宽分配完毕后，列出所有T-CONT的带宽分配信息，按照T-CONT的服务质量要求构建带宽分布Bwmap表，将所述Bwmap表封装到下行帧帧头发送给每个ONU，然后由ONU根据Bwmap表中的指示，将上行数据通过分配给自身的指定时隙发送。

9.根据权利要求5所述的上行带宽管理方法，其特征在于，步骤d4所述算法包括：绝对优先级算法、轮询算法、权重轮询算法。

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