CN101686417B - 分布式控制型被动光网络系统与频宽控制方法 - Google Patents

Abstract

一种分布式控制型被动光网络系统与频宽控制方法，此系统包含多个客户端、一局端、和一分光暨组合器。每一客户端备有—第一发送暨接收器，分别传送和接收一数据上行通道与一数据下行通道上的数据封包，且另有一第二发送暨接收器，传送和接收一控制通道上的控制信号。每一客户端的上传数据由数据上行通道载送，并通过分光暨组合器被送至局端；局端的下传数据由数据下行通道载送，并通过分光暨组合器被送至相对应的客户端。通过由控制通道载送的控制信号，以提供客户端之间所需的网络状态信息。

Description

分布式控制型被动光网络系统与频宽控制方法

技术领域

本发明是关于一种分布式控制型被动光网络系统(DistributedControlled Passive Optical Network System)与频宽控制(BandwidthControl)方法。

背景技术

现行的网络接取(Network Access)技术主要是以异步数字用户线(Asymmetric Digital Subscriber Line，ADSL)以及缆线调制解调器(CableModem)等技术为主。近年来，有越来越多的光纤到府(Fiber To The Home，FTTH)的接取网络建置在进行中。被动光网络(Passive Optical Network，PON)是近年来快速发展的一种宽频接取网络，其网络结构为一树状拓扑(Tree-Based Topology)，树的一端是一个局端设备(Terminal Device)，称为局端(Optical Line Terminal，OLT)，树的另一端包含多个分枝，分枝的尽头为用户设备，称为客户端(Opt ical Network Unit，ONU)。被动光网络的局端与客户端之间的连接所使用的光元件都是不需要供电的被动元件。被动光网络的下行封包传送(Downlink Packet Transmission)采用广播(Broadcast)的方式进行，意即由局端送出的封包可被所有客户端所接收。

上行封包传送(Uplink Packet Transmission)则采用分时多任务(Time Division Multiple Access，TDMA)的方式。被动光网络中必须有适当的控制机制来避免两个以上的客户端同时送出封包而造成碰撞(Collision)。为了增进网络使用效率，通常是使用动态频宽分配(DynamicBandwidth Allocation，DBA)的方式来分派给每一客户端可用的频宽。

分时多任务的被动光网络的频宽分配方式基本上是由局端对客户端进行轮询(Polling)或由客户端利用回传(Piggyback)的方式于上传封包的末尾将积存未送完的数据库存量夹带回报给局端。然而由于局端与客户端之间的距离可长达30公里，每次轮询单是信号(Signalling)来回传递时间就高达数百个微秒(μsec)，此外即便是使用回传方式，在多用户同时上线的情形下，同一个客户端其相邻两次状态回报间隔也会高达数个毫秒(msec)。

分布式控制型的被动光网络最常见的方法为使用多重存取/碰撞侦测(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection，CSMA/CD)技术。图1是分布式控制型的被动光网络的一个范例结构图。图1的范例结构中，下传(Downstream)数据由波长λ2载送，信号于星状耦合器(Star Coupler，SC)101处进行分光，以广播方式传送至所有客户端。上传数据(UpstreamData)由波长λ₁载送，并于星状耦合器101处将信号同时往局端以及所有客户端进行广播，因此其它客户端可由监听波长λ₁得知是否有其它用户端正在进行上行数据传送。若有则避开以免碰撞发生。

此种方式仍然可能发生多个客户端发现无人上传数据而同时启动而造成碰撞。当此种情形发生时，各个客户端使用指数后退(ExponentialBackoff)算法来进行随机延迟，以解决碰撞问题。

图2是另一分布式控制型的被动光网络的一个范例结构图。图2的范例中，最大的特点为在远程节点(Remote Node)201处增加了N个2×2分光器。分光器k的一个输出将客户端k的上行数据送往局端，而另一个输出将信号分送至下一个客户端k+1。因此每一客户端可由监听得知上一个客户端是否正在进行数据上传的动作，当上一个客户端传完数据时再进行数据传送，以避免碰撞的发生。也就是说每一客户端必须听到上一个客户端有数据上传，然后进行等待，直到侦测到上一个客户端传完后才可进行本身的传送动作。

由于客户端是客户终端设备(Customer Premises Equipment，CPE)，客户端有权决定何时开机与何时关机，所以图2的被动光网络中客户端k若关机，则客户端k+1将听不到客户端k有任何数据传送，因此会持续等待，如此可能造成整个网络的数据皆无法上传。

图3是另一分布式控制型的被动光网络的一小范例结构图图3的范例中，远程节点上配备有一个3×N分光器301，用来将上行信号广播至下行给每一客户端。通过分光器301，每一客户端可以收到其它客户端的信息。此被动光网络系统中用到两个频道，1550nm频道用来传送局端下行至客户端的信号；而1310nm频道用来传送客户端上行以及广播控制信号给其它客户端，也就是1310nm频道为上行数据以及控制数据共享频道。客户端的系统中共需要两个高速接收器(用来收1550nm频道和1310nm频道)以及一个高速传送器(送1310nm频道)。由于控制以及客户端上传是共享同一频道，因此每一个客户端还是必须等到所有客户端都传送完数据后才能进行新的状态广播。

现有的被动光网络中，集中式的网络存取控制由局端全权掌握客户端的网络接取时间点以及使用时间长短，客户端无法及时通知局端它在等待传送的数据量。相对于分布式控制型的被动光网络在客户端间，其频宽利用率低、高延迟、也没有保证服务品质。

发明内容

根据本发明所揭露的实施范例中，可提供一种分布式控制型被动光网络系统与频宽控制方法。

在一实施范例中，所揭露的是有关于一种分布式控制型被动光网络系统。此被动光网络系统包含多个客户端、一个局端、以及一个分光暨组合器(Splitter with Combiner)。每一个客户端备有一第一发送暨接收器(Transceiver)，分别传送和接收一数据上行通道(Data Channel)与一数据下行通道上的数据封包，且另有一第二发送暨接收器，传送和接收一控制通道(Control Channel)上的控制信号。其中，每一客户端的上传数据由此数据上行通道载送，并通过分光暨组合器被传送至局端；而局端的下传数据由此数据下行通道载送，并通过分光暨组合器被传送至每一客户端。通过由控制通道载送的控制信号，以提供客户端之间所需的网络状态信息。

在另一实施范例中，所揭露的是有关于一种频宽控制方法，是应用在备有多个客户端的一种分布式控制型被动光网络系统上。此频宽控制方法包含：每一客户端在控制通道上，分别于一对应的迷你时槽送出各自的控制信息；该各自控制信息经组合后，广播给每一客户端；以及在一时槽开始前，每一客户端执行同一动态频宽分配算法后，依据执行结果决定此多个客户端的其中一客户端具有此时槽的使用权。

附图说明

以下配合下列图标、实施范例的详细说明及权利要求范围，将上述及本发明的其它特征与优点详述于后，其中：

图1是一分布式控制型的被动光网络的一个范例结构图。

图2是另一分布式控制型的被动光网络的一个范例结构图。

图3是又一分布式控制型的被动光网络的一个范例结构图。

图4是分布式控制型被动光网络系统结构的一个范例示意图，并且与本发明的某些揭露的实施范例一致。

图5是客户端原形系统结构的一个范例示意图，并且与本发明的某些揭露的实施范例一致。

图6是局端系统结构的一个范例示意图，并且与本发明的某些揭露的实施范例一致。

图7是一个范例示意图，说明于每一个时槽开始前，每一客户端皆运作一次频宽分配算法，并且与本发明的某些揭露的实施范例一致。

图8a是继图7的范例，说明每一客户端在控制通道上，分别于一对应的迷你时槽送出各自的控制信息，并且与本发明的某些揭露的实施范例一致。

图8b说明各自的控制信息经组合后，广播给每一客户端，并且与本发明的某些揭露的实施范例一致。

图8c说明于每一个时槽开始前，每一客户端执行相同的动态频宽分配算法，依据执行结果决定该多个客户端的其中一客户端具有该时槽的使用权，并且与本发明的某些揭露的实施范例一致。

图8d说明可传送数据的客户端依续送出数据封包，并立即被上传至局端，并且与本发明的某些揭露的实施范例一致。

图9是一个范例示意图，说明动态频宽分配算法的两个主要动作，并且与本发明的某些揭露的实施范例一致。

图10是一个范例流程图，说明说明于每一个时槽开始前，每一客户端中，动态频宽分配算法的细部运作，并且与本发明的某些揭露的实施范例一致。

图11是执行动态频宽分配算法的一个工作范例，并且与本发明的某些揭露的实施范例一致。

图12是比较集中式控制的动态频宽分配、循环为基础的动态频宽分配、以及本发明的分布式控制的动态频宽分配的效能的仿真结果的一个范例。

图13是闲置时间的预设门槛对延迟/抖动的效应的一个范例示意图，并且与本发明的某些揭露的实施范例一致。

具体实施方式

根据本发明的实施范例可提供一种分布式控制型被动光网络系统与频宽控制方法。在其设计上，所揭露的实施范例考量了网络的存取可由客户端间自行决定，不需要将控制信号传递至远方的局端去进行。让对时间敏感的讯务(traffic)数据能够快速的上传至局端，不需要受限于客户端必须等待较长的时间才能上报等待传送的数据量。另外，也考量了可以采用低成本的机制来实现。

图4是分布式控制型被动光网络系统结构的一个范例示意图，并且与本发明的某些揭露的实施范例一致。

参考图4，被动光网络系统结构400包含多个客户端(1至N)、一个局端41、以及一个分光暨组合器42。客户端401至40n中每一个客户端备有一第一发送暨接收器，可分别传送和接收数据通道λ_u与λ_d上的数据封包，且另有一第二发送暨接收器，可传送和接收一控制通道λ_c上的控制信号。其中，λ_u表示数据上行(客户端→局端)通道，而λ_d表示数据下行(局端→客户端)通道。

被动光网络系统结构400中，每一客户端的上传数据由数据通道λu载送，并通过分光暨组合器42被传送至局端41；而局端41的下传数据由数据通道λ_d载送，并通过分光暨组合器42被传送至每一客户端。通过由控制诵道λ_c载送的控制信号，可提供N个客户端之间所需的网络状态信息。

承上述，被动光网络系统结构400的实施范例中，将光波道分成控制通道与数据通道，其中可选用一个低速的独立控制通道，来传送/接收控制信号；而选用高速的数据通道来传送/接收数据封包。例如，于控制通道中，控制信号的传送速率为125Mbps；而于数据通道中，数据封包的传送速率为1.25Gbps。由于控制信号独立于上传数据通道外，因此提高更新控制状态的频率。当有时效性数据等待时，也可以通过控制信号的传达，得知最新的频宽控制状态，而快速获得被传送的机会。

根据本发明，被动光网络系统结构400的实施范例中，网络的存取可由客户端间自行决定，不需要将控制信号传至局端去进行。换句话说，被动光网络系统基于控制通道λ_c提供客户端之间所需的网络状态信息，采用一种分布式的频宽控制，局端不需要参与频宽控制。

图5是多个客户端形成的客户端原型系统结构的一个范例示意图，并且与本发明的某些揭露的实施范例一致。参考图5，客户端原形系统500可分成控制部分510以及数据封包收送部分520。控制部分510主要包含一发送暨接收器模块510a与一动态频宽分配(Dynamic BandwidthAllocation，DBA)模块510b。控制部分510在于实现对于低速如125Mbps的独立的控制通道上的数据传送的控制及数据通道上的数据传送的控制。数据封包收送部分520则依照和局端的关系可分为下传方向(局端->客户端)的部分520a和上传方向(客户端->局端)的部分520b。

下传方向的部分520a包含通过光接收接口、被动光网络媒介存取控制(MAC)机制和相关的缓冲器(Buffer)，并经由媒介独立接口(MediaIndependent Interface，MII)将收到的数据组成帧(Frame)，例如以太网络(Ethernet)帧，再通过网络实体层如以太网络实体层(Ethernet PHY)，传送至终端使用者(End User)。上传方向的部分520b则将终端使用者的帧，经由MII接口送至如以太网络媒介存取控制机制，再经帧器(Framer)后存于缓冲器，听候动态频宽分配模块510b的控制，将帧送往局端。

客户端原型系统500的实作范例：例如使用Xilinx FPGA XC4VLX60，整个系统使用的闸数目(Gate count)为上传方向是12864，下传方向是10517。

图6是局端系统结构的一个范例示意图，并且与本发明的某些揭露的实施范例一致。参考图6，上行方向的帧由被动光网络处理器610接收并重组回网络帧后，例如以太网络帧，分别送入对应的局端缓冲器中，再经由一多任务器620将网络帧送至如Gigabit帧器，经由GMII可将网络帧送到后端网络。下行方向因不需重组则较为简单，仅需适当填入客户端识别码(ONU Identity)即可送至被动光网络端。

根据本发明，每一个客户端通过动态频宽分配模块510b的频宽控制皆采用相同的频宽分配算法，虽然频宽控制上是由每一个客户端独立计算，但客户端彼此之间可以做成一致性且精确的决策。为了获得精确的频宽控制，被动光网络系统结构400的实施范例中，于每一个光波道上依照时间切割成多个固定长度的时槽(Slot)，而每一个时槽就运作一次频宽分配算法，并且以权重为基础来决定可传送数据的客户端，以进行频宽分配。本发明也将接取网络高度暴增的讯务流量纳入考量，来满足及时性讯务的延迟与抖动需求，以及短期公平性与长期公平性的需求。接下来说明此动态频宽分配算法。

首先，定义权重w_i为配置给每一个客户端的频宽比例，且所有客户端的权重总和为1。在每一个客户端内部的动态频宽分配模块510b里有一表格记录着所有客户端的状态信息，包含两个字段(Q_i，S_i)，其中字段Q_i记录着客户端i内的数据数量(Current Queue Size)，而字段S_i记录着客户端i的潜能值(Current Potential Value)以提供动态频宽分配算法来进行比对，并决定出可传送的客户端。

每一数据通道上，每一时槽可以包含一个数据封包；而控制通道上，每一时槽被分成多个控制迷你时槽(Control Mini Slot)，每一个客户端i被分配到一个控制迷你时槽来广播自己的控制信息(Q_i，S_i)。图7是一个范例示意图，说明于每一个时槽开始前，每一客户端皆运作一次频宽分配算法，并且与本发明的某些揭露的实施范例一致。图7的范例中，控制通道上，每一时槽被分成3个控制迷你时槽，客户端1、客户端2、客户端3分别被分配到迷你时槽1、迷你时槽2、迷你时槽3来广播自己的控制信息，于每一个时槽开始前，客户端1、客户端2、客户端3皆运作一次动态频宽分配算法，来决定出可传送的客户端。

继图7的范例，图8a至图8c以一范例说明本发明的被动光网络系统中，其频宽控制方法的步骤流程，并且与本发明的某些揭露的实施范例一致。图8a说明每一客户端在控制通道上，分别于一对应的迷你时槽送出各自的控制信息，并且与本发明的某些揭露的实施范例一致。如图8a的范例所示，客户端1、客户端2、客户端3在控制通道上，分别于迷你时槽l、迷你时槽2、迷你时槽3将自己的控制信息送至一分光暨组合器，例如3×N分光暨组合器。图8b说明各自的控制信息经组合后，广播给每一客户端，并且与本发明的某些揭露的实施范例一致。如图8b的范例所示，这些控制信息经由此分光暨组合器组合后，广播给客户端1、客户端2、客户端3。这些控制信息不需要传递至远方的局端去进行。

于每一个迷你时槽时，当各个客户端接收到控制信息时，则参照此控制信息立即更新表格内容。广播信息于客户端之间完全同步。

于每一个时槽开始前，每一客户端执行相同的动态频宽分配算法，依据执行结果决定此多个客户端的其中一客户端具有此时槽的使用权。依此，客户端1、客户端2、客户端3利用表格内的信息，执行相同的动态频宽分配算法，来决定出可传送数据的客户端，而依续送出数据封包。如图8c所示，客户端1、客户端2、客户端3执行相同的动态频宽分配算法后，依据执行结果决定各自客户端所能传送的时间点。其中，依续地客户端1先传送一个数据封包、客户端2再传送一个数据封包、的后客户端1传送一个数据封包、最后客户端3传送一个数据封包。

所以，从图8a至图8c可以看出本发明的被动光网络系统中，其频宽控制采用一种分布式的频宽控制，局端不需要参与此频宽控制。

之后，如图8d所示，此四个数据封包通过此分光暨组合器，也立即被上传至局端。

接下来说明于每一个时槽开始前，每一个客户端如何执行一次动态频宽分配算法。图9是一个范例示意图，说明此动态频宽分配算法的两个主要动作，并且与本发明的某些揭露的实施范例一致。

参考图9，步骤910中，在还有数据数量(Q_i＞0)且未闲置的客户端的中选出潜能值最小的客户端_k，成为此时槽传送封包的候选人。步骤920中，更新系统相关参数，这些参数至少包括客户端_i的潜能值S_i、系统潜能值(Global System Potential)S、客户端_i已闲置时间(Idle PeriodLength)t-idle_i。

图10是一个范例流程图，说明于每一个时槽开始前，每一客户端_i中，动态频宽分配算法执行的细部运作，并且与本发明的某些揭露的实施范例一致。

S_i的更新系由两种事件所引发，事件一为客户端_i等于客户端_k，且当客户端_i封包传送完成时；事件二为当客户端_i的闲置时间t-idle_i超过其预设门槛T_i且由闲置回到忙碌状态(亦即有新的封包产生)时。如图10所示，一开始时，先检查客户端i是否由闲置状态回到忙碌状态，如步骤1010所示。是的话，检查闲置时间t-idle_i是否大于预设门槛T_i，如步骤1020所示。当闲置时间t-idle_i大于预设门槛T_i时，则以系统潜能值S与S_i中较大者为参考值来更新S_i，如步骤1030所示。换句话说，当客户端_i是由闲置状态回到忙碌状态，且其闲置时间大于其预设门槛时，则以系统潜能值S与S_i中较大的来更新S_i。

而当客户端_i不是由闲置状态回到忙碌状态，或是其闲置时间超过其预设门槛但回到忙碌状态时，则在还有数据数量且未闲置的客户端的中选出潜能值最小的客户端_k，如步骤1040所示。如果客户端_i等于客户端_k，则客户端_i送出一数据封包，且S_i进行累加1/w_i的动作来递增其潜能值，如步骤1050所示。如果客户端_i不是客户端_k，或是S_i进行累加1/w_i后，则系统潜能值S进行修正，取S_k与原S值两者较大的，如步骤1060所示。步骤1060的修正是在每一个时槽结束时进行。

如果目前客户端_i的数据数量大于0，则将客户端_i的已闲置时间t-idle_i更新为0，否则的话，将客户端_i的已闲置时间t-idle_i累加1。

承上述，图11是执行动态频宽分配算法的一个工作范例，并且与本发明的某些揭露的实施范例一致。图11的范例中，假设配置给未闲置的客户端1、客户端2、客户端3的频宽比例分别为0.25、0.25、0.5，亦即设定客户端1、客户端2、客户端3的权重为{w₁，w₂，w₃}＝{0.25，0.25，0.5}，并且也设定其预设门槛为{T₁，T₂，T₃}＝{0，0，2}。

在时槽0一开始前，假设客户端1、客户端2、客户端3的数据数量分别为10、10、1，并且系统潜能值S＝0。然后，根据前述的动态频宽分配算法的范例流程运算后，如图11所示，可得S＝0，S₁＝0(+1/0.25)，S₂＝0(+1/0.25)，S₃＝0(+1/0.5)，因此潜能值最小的客户端3送出一数据封包P3，其数据数量由1减为0。

在时槽1一开始前，S＝0，S₁＝0(+1/0.25)，S₂＝0(+1/0.25)，S₃＝2，再据前述的动态频宽分配算法，如图11所示，还有数据数量且潜能值最小的客户端1送出一数据封包P1，且S₁进行累加1/0.25，亦即更新S₁＝4(+1/0.25)。客户端3已闲置时间t-idle₃＝1。

在时槽2一开始前，S＝0，S₁＝4(+1/0.25)，S₂＝0(+1/0.25)，S₃＝2，再据前述的动态频宽分配算法，如图11所示，还有数据数量且潜能值最小的客户端2送出一数据封包P2，且S₂进行累加1/0.25，亦即更新S₂＝4(+1/0.25)。S亦同步更新为max{S，S₂}＝4。客户端3已闲置时间t-idle₃＝2。

在时槽3一开始前，S＝4，S₁＝4(+1/0.25)，S₂＝4(+1/0.25)，S₃＝2，再据前述的动态频宽分配算法，如图11所示，还有数据数量且潜能值最小的客户端1送出一数据封包P1，且S₁进行累加1/0.25，亦即更新S₁＝8(+1/0.25)。

在时槽4一开始前，客户端3收到两个P3的数据封包，由闲置状态回到忙碌状态，检查闲置时间t-idle₃＝3大于其预设门槛T₃＝2，因此更新S₃为S₃与S值的较大的，亦即更新S₃＝max{S，S₃}＝max{4，2}。S＝4，S1＝8(+1/0.25)，S₂＝4(+1/0.25)，而S₃进行累加1/0.5，亦即S₃＝4(+1/0.5)，再据前述的动态频宽分配算法，如图11所示，还有数据数量且潜能值最小的客户端3送出一数据封包P3，且S₃进行累加1/0.5，亦即更新S₃＝6(+1/0.5)。

在时槽5一开始前，S＝4，S₁＝8(+1/0.25)，S₂＝4(+1/0.25)，S₃＝6(+1/0.5)，再据前述的动态频宽分配算法，如第十一图所示，还有数据数量且潜能值最小的客户端2送出一数据封包P2，且S₂进行累加1/0.25，亦即更新S₂＝8(+1/0.25)。

在时槽6一开始前，S＝6，S₁＝8(+1/0.25)，S₂＝8(+1/0.25)，S₃＝6(+1/0.5)，再据前述的动态频宽分配算法，如图11所示，还有数据数量且潜能值最小的客户端3送出一数据封包P3。于任何时槽开始前任何时间点的动态频宽分配算法运算，决策该时槽的使用权也在此列。后续与前述雷同，不再重复。

承上述，可以了解此动态频宽分配算法通过系统潜能值S和客户端_i的潜能S_i的交互更新，来避免客户端可能发生的长时间垄断频宽，以达到根据权重w_i的比例公平分配频宽。另一方面，通过客户端_i的已闲置时间t-idle_i和其预设门槛T_i的设计，对于讯务量(throughput)变化率极大的客户端，可维持长期公平性(Long-Term Fairness)的效果，以调适暴增的交通流量(Bursty Traffic Adaptation)。因此，可根据不同的讯务类型设定适当的T_i而达到各类服务品质的需求。

图12是通过仿真来观察与比较集中式(Centralized Control)控制的动态频宽分配、循环为基础的(Cycle-Based)动态频宽分配、以及本发明的分布式控制的动态频宽分配的效能，其中，横轴代表总交通流量负载(Total Traffic Load)，纵轴代表平均封包延迟(Mean Packet Delay)，而仿真环境的范例说明如下：环境设定为32个客户端，局端与客户端之间的距离为20公里，每一个客户端以等量暴增的讯务流量灌入。

由图12可以看出，在总交通流量负载大于0.9的情况下，集中式控制的动态频宽分配其封包需要40公里的传送时间，相当于两次的来回传递时间(Round Trip Time)，来等待局端轮询信号以及回传需求。再加上如round robin轮询的影响，造成高于0.5ms的延迟。而循环为基础动态频宽分配若其循环设定过小，则控制信息传送成本增大，在高负载时会影响传输效率。本发明的分布式控制的动态频宽分配就算在高负载(例如0.98)情况下，仍旧是低于0.8ms的延迟。

图13是闲置时间的预设门槛T_i对延迟/抖动(Delay/Jitter)的效应的一个范例示意图，并且与本发明的某些揭露的实施范例一致。图13中，假设有两类讯务，一类为数据-客户端(Data-ONU)，另一类为视讯-客户端(Video-ONU)，并且各占一半的讯务量；而讯务突波(Burstiness)的状况分别为30、40、50。如图13所示，对于更需要延迟与抖动保证的视讯-客户端，由提高其预设门槛Ti的设定，可降低其平均延迟以及延迟变化率至所需的服务品质的范围。由于本发明的实施范例的整体结构是工作守恒的(Work Conserving)，因此在调整预设门槛Ti因应各类需求的同时，不会对系统在平均延迟和整体效能上造成不必要的负担。所以，通过适当地调整预设门槛T_i，本发明可用来因应不同服务品质的要求。

综上所述，本揭露的实施范例可提供一种分布式控制型被动光网络系统与频宽控制方法，此被动光网络系统利用一低速且价格低廉的控制通道连接客户端，提供客户端以广播的方式互相传送各自的频宽需求，使得客户端间可快速获取其它客户端的最新状况，再利用所收到的控制信息，并进行分布式的动态频宽分配方法，决定各自的存取时间与网络使用长短。根据验证此动态频宽控制方法的效能的仿真结果显示，此被动光网络系统可达到高频宽使用率，低平均延迟时间。证明了本发明的可行性与优点。

惟，以上所述的仅为本发明的实施范例，当不能依此限定本发明实施的范围。即凡是本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应仍属本发明权利要求涵盖的范围。

Claims (20)

1.一种被动光网络系统，该光网络系统包含：

一个局端；

多个客户端，每一客户端备有一第一发送暨接收器，分别传送和接收一数据上行通道与一数据下行通道上的数据封包，且另有一第二发送暨接收器，传送和接收一独立的控制通道上的控制信号；以及

一个分光暨组合器；

其中，每一客户端的上传数据由该数据上行通道载送，并通过该分光暨组合器被传送至该局端，该局端的下传数据由该数据下行通道载送，并通过该分光暨组合器被传送至每一客户端，通过由该控制通道载送的控制信号，以提供客户端之间所需的网络状态信息，

该被动光网络系统基于该控制通道提供客户端之间所需的网络状态信息，采用一种分布式的频宽控制。

2.如权利要求1所述的被动光网络系统，其中在该数据上行通道上与在该数据下行通道上的传送速率皆高于在该独立的控制通道上的传送速率。

3.如权利要求1所述的被动光网络系统，其中该每一客户端至少备有一动态频宽分配模块来进行频宽控制，通过该动态频宽分配模块，每一客户端采用同一频宽分配算法。

4.如权利要求3所述的被动光网络系统，其中该动态频宽分配模块里有一表格记录着所有客户端的状态信息。

5.如权利要求3所述的被动光网络系统，该光网络系统于每一光波道上依照时间切割成多个固定长度的时槽，而该动态频宽分配模块于每一时槽开始前，就运作一次该频宽分配算法。

6.如权利要求3所述的被动光网络系统，其中该客户端系统分成：

一控制部分，备有一发送暨接收器模块与该动态频宽分配模块，该控制部分在于实现对于该控制通道上的数据传送的控制及数据通道上的数据传送的控制；以及

一数据封包收送部分，依照和该局端的关系分为由局端往客户端的下传方向的部分以及由客户端往局端的上传方向的部分。

7.如权利要求6所述的被动光网络系统，其中该下传方向的部分通过一光接收接口、一被动光网络媒介存取控制机制和相关的缓冲器，并经由一媒介独立接口将收到的数据组成帧，再通过一网络实体层，传送至终端使用者。

8.如权利要求6所述的被动光网络系统，其中该上传方向的部分将终端使用者的帧，经由一媒介独立接口送至一网络媒介存取控制机制，再经一帧器后存于缓冲器，听候该动态频宽分配模块的控制，将帧送往该局端。

9.如权利要求1所述的被动光网络系统，该局端不需要参与频宽控制。

10.如权利要求5所述的被动光网络系统，其中依据该频宽分配算法的执行结果决定该多个客户端的其中一客户端具有该时槽的使用权。

11.一种频宽控制方法，是应用在一被动光网络系统上，该被动光网络系统上至少备有一个局端和多个客户端，该方法包含：

该多个客户端中每一客户端在一控制通道上，分别于一对应的迷你时槽送出自己的控制信息；

该各自控制信息经组合后，广播给该每一客户端；以及

该每一客户端于一时槽开始前，执行同一动态频宽分配算法后，依据执行结果决定该多个客户端的其中一客户端具有该时槽的使用权，该被动光网络系统基于该控制通道提供客户端之间所需的网络状态信息，采用一种分布式的频宽控制。

12.如权利要求11所述的频宽控制方法，其中该动态频宽分配算法主要包括：

在还有数据数量且未闲置的客户端的中选出潜能值最小的客户端，成为该时槽传送封包的候选人；以及

更新多个系统相关参数，该参数至少包括客户端的潜能值、系统潜能值、以及客户端已闲置时间。

13.如权利要求11所述的频宽控制方法，该频宽控制方法为一种分布式的频宽控制方法。

14.如权利要求12所述的频宽控制方法，其中该动态频宽分配算法通过该系统潜能值和该客户端的潜能值的交互更新，来避免客户端可能发生的长时间垄断频宽，以达到根据权重的比例公平分配频宽。

15.如权利要求12所述的频宽控制方法，其中该动态频宽分配算法通过该客户端的已闲置时间和其预设门槛的设计，对于讯务量变化率极大的客户端，来维持长期公平性的效果，以调适暴增的交通流量。

16.如权利要求11所述的频宽控制方法，其中该光网络系统于每一光波道上依照时间切割成多个固定长度的时槽，而于每一时槽开始前，该每一客户端执行一次该动态频宽分配算法。

17.如权利要求14所述的频宽控制方法，其中当一客户端是由闲置状态回到忙碌状态，且其闲置时间大于其预设门槛时，则该客户端更新后的潜能值是系统潜能值与目前潜能值中较大的。

18.如权利要求14所述的频宽控制方法，其中一客户端的潜能值的更新是由两种事件所引发，事件一为该客户端等于该选出的潜能值最小的客户端，且当该客户端封包传送完成时，事件二为当该客户端的闲置时间超过其预设门槛且由闲置回到忙碌状态时。

19.如权利要求18所述的频宽控制方法，其中在该事件一的情况时，该客户端的潜能值进行累加，累加值为1/预设配置给该客户端的一频宽比例。

20.如权利要求18所述的频宽控制方法，其中在该事件二的情况时，该客户端的潜能值是以该系统潜能值与该客户端的潜能值中较大的来更新。

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