CN101753412B - 动态带宽处理方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动态带宽处理方法和装置，其中，该方法包括：光纤线路终端根据光网络单元上报的当前时刻的缓冲数据量大小和当前时刻的上一时刻的缓冲数据量大小的差值，以及在从上一时刻到当前时刻的当前时间间隔内接收到的来自光网络单元的信号输入量统计值，得到光网络单元在当前时间间隔内输入的信号流量的估计值；光纤线路终端根据当前时刻的缓冲数据量大小和信号流量的估计值，确定为光网络单元分配的带宽。借助于本发明的技术方案，光纤线路终端通过根据当前时刻光网络单元的缓冲数据量大小和当前时间间隔的信号流量的估计值来确定为光网络单元分配的带宽，能够同时保证光纤线路终端对光网络单元进行带宽分配时的快速性和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种动态带宽处理方法和装置。
背景技术
千兆无源光网络(Gigbit-capable Passive Optical Network，简称为GPON)是ITU-TG.984中规定的无源光网络的通讯协议，根据该通讯协议，在下行方向，数据传输的速率是2.488Gbps，在上行方向，数据传输的速率是1.244Gbps。
图1示出了GPON网络拓扑的结构示意图，如图1所示，GPON网络是一个一对多的拓扑结构，其中，GPON网络包括一个居中的光纤线路终端(Optical Line Terminal，简称为OLT)和位于客户端的多个光网络单元(Optical Network Unit，简称为ONU)。
这种一对多的网络的一个关键特性是多达64个(协议规定可以支持128个)ONU会共享同一条上行光纤信道，然而，多个ONU共享同一条光纤需要OLT仔细地调配各ONU的上行带宽，即动态带宽分配(Dynamic Bandwidth Allocation，简称为DBA)，在GPON的动态带宽分配中，OLT决定了各ONU发送上行流量的起始时刻和终结时刻，让各ONU实现了在时间域上共享同一个上行带宽。
目前，光纤线路终端为光网络单元进行带宽分配时，不能同时满足快速性和稳定性，且二者的得兼是互相矛盾的，现有技术(例如G.984.3协议)对该问题也没有提出明确的方案。
发明内容
考虑到相关技术中存在的光纤线路终端为光网络单元进行带宽分配时，不能同时满足快速性和稳定性的问题而提出本发明，为此，本发明的主要目的在于提供一种动态带宽处理方法及装置，以解决上述问题。
根据本发明的一个方面，提供一种动态带宽处理方法。
根据本发明的动态带宽处理方法包括：光纤线路终端根据光网络单元上报的当前时刻的缓冲数据量大小和当前时刻的上一时刻的缓冲数据量大小的差值，以及在从上一时刻到当前时刻的当前时间间隔内接收到的来自光网络单元的信号输入量统计值，得到光网络单元在当前时间间隔内输入的信号流量的估计值；光纤线路终端根据当前时刻的缓冲数据量大小和信号流量的估计值，确定为光网络单元分配的带宽。
根据本发明的另一个方面，提供一种动态带宽处理装置，该装置可以位于光纤线路终端中。
根据本发明的动态带宽处理装置包括：第一接收模块，用于接收光网络单元上报的缓冲数据量大小；减法器，用于计算当前时刻的缓冲数据量大小和当前时刻的上一时刻的缓冲数据量大小的差值；第二接收模块，用于统计接收到的来自光网络单元从上一时刻到当前时刻的当前时间间隔内的信号输入流量；处理模块，用于根据减法器中的差值和第二接收模块中的信号输入流量的统计值，得到光网络单元在当前时间间隔内从信号发生器输入的信号流量的估计值；确定模块，用于根据第一接收模块中的缓冲数据量大小和处理模块中光网络单元信号流量的估计值，确定为光网络单元分配的带宽。
通过本发明的上述至少一个技术方案，光纤线路终端通过根据当前时刻光网络单元的缓冲数据量大小和当前时间间隔的信号流量的估计值来确定为光网络单元分配的带宽，相比于现有技术，能够同时保证光纤线路终端对光网络单元进行带宽分配时的快速性和稳定性。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是根据相关技术的GPON网络拓扑的结构框架图；
图2是根据本发明方法实施例的动态带宽处理方法的流程图；
图3是根据本发明装置实施例的动态带宽处理装置的结构框图；
图4是根据本发明装置实施例的动态带宽处理装置的结构框图；
图5是根据本发明实施例的OLT和ONU进行通讯的结构示意图；
图6是根据本发明实施例的OLT和ONU进行通讯的时序示意图；
图7是根据本发明实施例的算法的流程图；
图8是根据图7所示的算法在100M稳定流量(CBR)下延时分布的直方图；
图9是根据图7所示的算法的在100M稳定流量(CBR)下ONU上行流量的示意图；
图10是根据图7所示的算法的在100M突发流量(VBR)下延时分布的直方图；
图11是根据图7所示的算法的在100M突发流量(VBR)下ONU上行流量的示意图。
具体实施方式
功能概述
本发明的基本思路是：光纤线路终端为光网络单元进行带宽分配时，目前的动态带宽分配算法不能同步满足快速性和稳定性，即快速性和稳定性二者不能得兼，本发明提供了一种动态带宽处理方案，光纤线路终端依据光网络单元上报的当前时刻的缓冲数据量大小和当前时刻的上一时刻的缓冲数据量大小的差值，及从上一时刻到当前时刻的当前时间间隔内接收到的信号输入量的统计值，获取光网络单元在当前时间间隔内输入的信号流量的估计值，光纤线路终端根据当前时刻的缓冲数据量大小和上述估计值来确定为光网络单元分配的带宽，通过本发明的技术方案，能够保证光纤线路终端对光网络单元对带宽分配的快速性和稳定性。
在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将结合附图详细描述本发明。
方法实施例
根据本发明实施例，提供了一种动态带宽处理方法。
需要说明的是，为了便于描述，在下文中以步骤的形式示出并描述了本发明的方法实施例的技术方案，在下文中所示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。虽然在相关的附图(例如，本发明实施例中的附图7)中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图2是根据本发明实施例的动态带宽处理方法的流程图，如图2所示，该方法包括以下步骤(步骤S202至步骤S204)。
步骤S202，光纤线路终端根据光网络单元上报的当前时刻的缓冲数据量大小和当前时刻的上一时刻的缓冲数据量大小的差值，以及在从上一时刻到当前时刻的当前时间间隔内接收到的来自光网络单元的信号输入量的统计值，得到光网络单元在当前时间间隔内输入的信号流量的估计值；
步骤S204，光纤线路终端根据当前时刻的缓冲数据量大小和信号流量的估计值，确定为光网络单元分配的带宽。
在具体实施过程中，在执行步骤S202之前，可以预先设置时间间隔大小，其中，该时间间隔表示一个动态带宽分配的周期；光网络单元接收来自信号发生器(例如，该信号发生器可以是方波发生器)的信号输入量，并将在每个时间间隔的起始点接收到的信号输入量大小上报给光纤线路终端。
在步骤S202中，可以利用下述公式确定光网络单元在当前时间间隔内输入信号流量的估计值Est(n)，且该公式Est(n)适合于任意形式的输入信号：Est(n)＝DBRU(n-1)-DBRU(n-2)+pm(n-1)，其中，DBRU(n-1)为光网络单元上报的当前时刻的缓冲数据量，DBRU(n-2)为当前时刻的上一时刻的缓冲数据量、pm(n-1)为在当前时刻和上一时刻的当前时间间隔内接收到的来自光网络单元的信号输入量的统计值。
在步骤S203中，在光纤线路终端得到信号流量的估计值之后，如果信号流量的估计值满足以下条件之一，则确定信号流量发生跳变：Est(n-1)小于预先设置的门限值的同时，Est(n)大于或等于预先设置的门限值；或者，Est(n-1)大于或等于预先设置的门限值的同时，Est(n)小于预先设置的门限值。
在步骤S204中，在满足预定条件一的情况下，可以利用下述公式确定为光网络单元分配的带宽：Grant(n)＝DBRU(n-1)+coef1*Est(n)，其中，预定条件一包括以下之一：Est(n-1)小于预先设置的门限值的同时，Est(n)大于或等于预先设置的门限值；或者，Est(n-1)大于或等于预先设置的门限值的同时，Est(n)小于预先设置的门限值；另外，在Est(n-1)和/或Est(n)不满足预定条件一的情况下，可以利用下述公式确定为光网络单元分配的带宽：Grant(n)＝alpha*grant(n-1)+(1-alpha)*Est(n)。
通过本发明实施例提供的技术方案，光纤线路终端通过当前时刻的缓冲数据量大小和当前时间间隔的信号流量估计值来确定为光网络单元分配的带宽，相比于现有技术，能够同时保证光纤线路终端对光网络单元对带宽分配的快速性和稳定性。
装置实施例
图3示出了根据本发明实施例的动态带宽处理装置的结构框图，该带宽处理装置可以位于光纤线路终端中，如图3所示，该动态带宽处理装置包括第一接收模块10、减法器20、第二接收模块30、处理模块40和确定模块50。
第一接收模块10，用于接收光网络单元上报的缓冲数据量大小；减法器20，连接至第一接收模块10，用于计算当前时刻的缓冲数据量大小和当前时刻的上一时刻的缓冲数据量大小的差值；第二接收模块30，用于统计接收到的来自光网络单元从上一时刻到当前时刻的当前时间间隔内的信号输入流量；处理模块40，连接至减法器20和第二接收模块30，用于根据减法器20中的差值和第二接收模块30中的信号输入量，得到光网络单元在当前时间间隔内的信号流量的估计值；确定模块50，连接至第一接收模块10和处理模块40，用于根据第一接收模块10中的当前时刻的缓冲数据量大小和处理模块40中的信号流量的估计值，确定为光网络单元分配的带宽。
其中，处理模块40用于根据公式获取当前时间间隔内的信号流量估计值Est(n)：Est(n)＝DBRU(n-1)-DBRU(n-2)+pm(n-1)，其中，DBRU(n-1)为光网络单元上报的当前时刻的缓冲量，DBRU(n-2)为当前时刻的上一时刻的缓冲数据量，pm(n-1)为在当前时刻和上一时刻的当前时间间隔内接收到的来自光网络单元的信号输入量的统计值。
确定模块50用于根据下述公式确定为光网络单元分配的带宽Grant(n)：Grant(n)＝DBRU(n-1)+coef1*Est(n)，其中，DBRU(n-1)为光网络单元上报的当前时刻的缓冲数据量，Est(n)为光网络单元当前时间间隔内的信号流量的估计值，或者，确定模块50用于根据下述公式确定为光网络单元分配的带宽Grant(n)：Grant(n)＝alpha*grant(n-1)+(1-alpha)*Est(n)确定为光网络单元分配的带宽，其中，Est(n)为当前时间间隔内的信号流量的估计值。
通过本发明实施例提供的动态带宽处理装置，通过根据当前时刻的缓冲数据量大小和当前时间间隔的信号流量估计值来确定为光网络单元分配的带宽，能够同时保证光纤线路终端对光网络单元对带宽分配的快速性和稳定性。
下面结合附图对本发明所提出的算法进行说明。
图4示出了根据本发明实施例的动态带宽处理装置的详细结构框图，如图4所示，该装置包括带宽估计模块401、带宽计算模块402、BWMAP表条目生成模块403、主控模块404、配置模块405和保存模块406，其中，图3所示的装置所实现的功能与图4所示的带宽估计模块401所实现的功能相同，本专利实现的算法在带宽估计模块401中实现。
下面对各模块的功能进行详细说明。
带宽估计模块401用于获得ONU当前时刻上报的缓存数据的数量(即DBRU报告)和上行数据流量的统计，并根据ONU当前时刻缓存的数据的数量和带宽估计模块401保存的当前时刻的前一时刻的ONU上报的缓存数据的数量、当前时刻与其前一时刻的时间差内获得的上行数据流量，估算出ONU中的输入的信号流量，并将该信号流量的估算值发送到带宽计算模块402。
具体地，ONU在某时刻缓存的数据的数量可以通过下述公式(1)来确定：
DBRU(n-1)＝DBRU(n-2)+IN(n-1)-pm(n-1) (1)
在(1)中，IN(n-1)表示第(n-1)个DBA周期ONU从503接收到的数据量，pm(n-1)表示第(n-1)个DBA周期的ONU发送给OLT的上行数据流量，DBRU(n-1)和DBRU(n-2)分别表示第(n-1)个DBA周期和第(n-2)个DBA周期时缓存的数据量。之后，可以根据本发明图7所示的方法中的公式确定为ONU分配的带宽，上面的公式可以推出702。
配置软件405用于通过主控模块404配置SLA信息给带宽计算模块402，该SLA信息包括当前ONU可以被分配带宽的最大值和ONU的优先等级等信息。
带宽计算模块402用于根据401和405发送的信息，根据G.984.3协议规定的带宽计算算法来确定各ONU被分配的带宽。
BWMAP表条目生成模块403用于接收带宽计算模块402中确定的被分配的带宽，条目生成模块403在上行帧的带宽内逐一为各ONU安排带宽，生成条目，包括各ONU可以发送上行数据的起始时间与结束时间等信息。
保存模块406保存BWMAP表条目生成模块403中生成的条目，并将该条目作为下行帧的一部分发送给各ONU，以通过各ONU在OLT规定的时间内发送上行的流量。
主控模块404用于负责协调控制其他各模块运行的先后顺序。
图5是示出了根据本发明实施例的OLT和ONU进行通讯的结构示意图，如图5所示，方波发生器503是ONU502的输入信号源，采用方波发生器作为输入信号源是因为ONU从其客户端得到的语音和视频数据流一定是方波，该输入信号源可以是稳定的数据流(Constant Bit Rate，简称为CBR)，也可以是突发的数据流(VariableBit Rate，简称为VBR)，ONU502在接收到503的输入数据后，会将输入数据缓存在BUFFER504中，同时把504输入数据的大小通过DBRU报告上报给OLT501；DBA505在OLT501接收到DBRU报告和ONU上行流量数据后经过DBA算法确定各ONU被分配的上行带宽；ONU502会根据分配的上行带宽和BUFFER504保存的数据量来决定发送一定数量的上行数据，该上行数据的大小是min(OLT分配的上行带宽，BUFFER504当前的全部数据)，即ONU502发送给OLT的上行数据大小取OLT分配的上行带宽和BUFFER504当前的全部数据的最小值。
图6示出了根据本发明实施例的OLT和ONU进行通讯的时序示意图，如图6所示，描述了OLT和ONU通讯的时序关系，在第(n-1)个DBA周期，ONU会向OLT上报DBRU报告并发送上行流量；在第n个DBA周期，将DBRU报告和上行流量的统计值采用DBA算法，进行DBA运算得到各ONU被分配的上行流量以便ONU在第(n+1)个DBA周期发送上行数据；可以看出，ONU上报的DBRU需求要在两个DBA周期后才会得以响应。
下面对上述DBA算法进行详细说明。
图7是根据本发明实施例的DBA算法的流程图，如图7所示，包括以下处理。
步骤S702，估算方波发生器的信号流量，其中，可以根据下述公式确定该信号流量Est(n)，Est(n)＝DBRU(n-1)-DBRU(n-2)+pm(n-1)，其中，DBRU(n-1)为光网络单元上报的当前时刻的缓冲数据量，DBRU(n-2)为当前时刻的上一时刻的缓冲数据量、pm(n-1)为在当前时刻和上一时刻的当前时间间隔内接收到的来自光网络单元的信号输入量的统计。
步骤S704，定义方波发生器信号流量的突变信号trans，该trans信号会持续(tran_cnt_th+1)(门限tran_cnt_th的缺省值为1)个DBA周期，其中，嘈声门限th的缺省值为64bytes；需要说明的是，Est的突变也可以补充其他的条件，比如说(Est(n)-Est(n-1))大于某个门限，而不仅仅是Est(n-1)<th&Est(n)>＝th或Est(n)<th)&(Est(n-1)>＝th)两个条件。
If(trans&(trans_cnt<trans_cnt_th))
Trans_cnt＝trans_cnt+1；
Elseif(trans&(trans_cnt>＝trans_cnt_th))
Trans_cnt＝0；
Trans＝0；
If((Est(n-1)<th)&(Est(n)>＝th)
(Est(n)<th)&(Est(n-1)>＝th)
Trans_cnt＝0；
Trans＝1；
步骤S706，OLT对当前ONU需求的带宽的估算，如果有trans突变发生，那么OLT会多分配一些带宽；这是因为从图6可以看出，ONU上报的DBRU需求要在两个DBA周期后才会得以响应，这样的延迟会在ONU的BUFFER504中积累起数据；如果没有trans突变发生，那么ONU从503接收到多少数据就分配多少流量给ONU；在没有Est突变发生的时候，为被分配的流量grant引入了一个一阶低通IIR滤波器，主要是起平滑grant的作用，该滤波器的平滑因子alpha的取值范围为0<＝alpha<＝1，alpha越大，低通滤波器的平滑效果越好。
If(trans)
Grant(n)＝DBRU(n-1)+coef1*Est(n)；
else
Grant(n)＝alpha*grant(n-1)+(1-alpha)*Est(n)；
步骤S708，保存下述信号，DBRU(n-2)＝DBRU(n-1)，即将上一时刻的缓冲数据量大小更新为当前时刻的缓冲数据量大小；Est(n-1)＝Est(n)，即将上一时间间隔的信号流量估计值更新为当前时间间隔的信号流量估计值；Grant(n-1)＝grant(n)，而且通过上面三个步骤，在两个DBA周期以后OLT端就可以响应ONU端输入流量的突变，并且在ONU输入流量稳定后也可以保持分配流量的稳定。
其中，图8是根据图7所示的算法的在100M稳定流量(CBR)下延时分布的直方图；图9是根据图7所示的算法的在100M稳定流量(CBR)下ONU上行流量的示意图；图10是根据图7所示的算法的在100M突发流量(VBR)下延时分布的直方图；图11是根据图7所示的算法的在100M突发流量(VBR)下ONU上行流量的示意图。
如上所述，借助于本发明提供的动态带宽处理方法和/或装置，光纤线路终端通过根据当前时刻的缓冲数据量大小和当前时间间隔的光网络单元输入信号流量估计值来确定为光网络单元分配的带宽，相比于现有技术，能够同时保证光纤线路终端对光网络单元对带宽分配的快速性和稳定性。
以上所述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 (4)
1.一种动态带宽处理方法，其特征在于，包括：
光纤线路终端根据光网络单元上报的当前时刻的缓冲数据量大小和所述当前时刻的上一时刻的缓冲数据量大小的差值，以及在从所述上一时刻到所述当前时刻的当前时间间隔内接收到的来自光网络单元的信号输入量统计值，得到光网络单元在所述当前时间间隔内输入的信号流量的估计值；
所述光纤线路终端根据所述当前时刻的缓冲数据量大小和所述信号流量的估计值，确定为所述光网络单元分配的带宽，其中，利用下述公式确定光网络单元在所述当前时间间隔内的信号流量估计值Est(n)：Est(n)＝DBRU(n-1)-DBRU(n-2)+pm(n-1)，其中，DBRU(n-1)为光网络单元上报的当前时刻的缓冲数据量，DBRU(n-2)为当前时刻的上一时刻的缓冲数据量、pm(n-1)为在当前时刻和上一时刻的当前时间间隔内接收到的来自光网络单元的信号输入量的统计值；在满足预定条件一的情况下，利用下述公式确定为所述光网络单元分配的带宽：Grant(n)＝DBRU(n-1)+coef1*Est(n)，其中，所述预定条件一为：Est(n-1)小于预先设置的门限值的同时，Est(n)大于或等于预先设置的门限值；或者Est(n-1)大于或等于预先设置的门限值的同时，Est(n)小于预先设置的门限值，在满足预定条件二的情况下，利用下述公式确定为所述光网络单元分配的带宽：Grant(n)＝alpha*grant(n-1)+(1-alpha)*Est(n)，其中，0＜＝alpha＜＝1，所述预定条件二为：Est(n-1)和/或Est(n)不满足所述预定条件一。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
预先设置时间间隔大小，其中，所述时间间隔表示一个动态带宽分配的周期；
所述光网络单元接收来自信号发生器的信号输入，并将在每个时间间隔的起始点接收的缓冲数据量大小上报给光纤线路终端。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述光纤线路终端得到所述信号流量的估计值之后，所述方法还包括：
在所述信号流量的估计值满足以下条件之一的情况下确定所述信号流量发生跳变：
Est(n-1)小于预先设置的门限值的同时，Est(n)大于或等于预先设置的门限值；
Est(n-1)大于或等于预先设置的门限值的同时，Est(n)小于预先设置的门限值。
4.一种动态带宽处理装置，位于光纤线路终端中，其特征在于，
所述装置包括：
第一接收模块，用于接收光网络单元上报的缓冲数据量大小；
减法器，用于计算当前时刻的缓冲数据量大小和所述当前时刻的上一时刻的缓冲数据量大小的差值；
第二接收模块，用于统计接收到的来自光网络单元从所述上一时刻到所述当前时刻的当前时间间隔内的信号输入流量；
处理模块，用于根据所述减法器中的所述差值和所述第二接收模块中的信号输入流量的统计值，得到光网络单元在所述当前时间间隔内从信号发生器输入的信号流量的估计值，其中，所述处理模块用于根据公式获取所述当前时间间隔内的信号流量估计值Est(n)：Est(n)＝DBRU(n-1)-DBRU(n-2)+pm(n-1)，其中，DBRU(n-1)为光网络单元上报的当前时刻的缓冲数据量，DBRU(n-2)为当前时刻的上一时刻的缓冲数据量、pm(n-1)为在当前时刻和上一时刻的当前时间间隔内接收到的来自光网络单元的信号输入量的统计值；
确定模块，用于根据所述第一接收模块中的缓冲数据量大小和所述处理模块中光网络单元信号流量的估计值，确定为所述光网络单元分配的带宽，其中，所述确定模块用于根据公式确定为所述光网络单元分配的带宽Grant(n)：Grant(n)＝DBRU(n-1)+coef1*Est(n)，其中，该公式满足预定条件一：Est(n-1)小于预先设置的门限值的同时，Est(n)大于或等于预先设置的门限值；或者Est(n-1)大于或等于预先设置的门限值的同时，Est(n)小于预先设置的门限值，DBRU(n-1)为光网络单元上报的当前时刻的缓冲数据量，Est(n)为所述当前时间间隔内估计的光网络单元输入的信号流量；和/或，所述确定模块用于根据公式确定为所述光网络单元分配的带宽Grant(n)：Grant(n)＝alpha*grant(n-1)+(1-alpha)*Est(n)，其中，该公式满足预定条件二：Est(n-1)和/或Est(n)不满足所述预定条件一，其中，预定条件一为：Est(n-1)小于预先设置的门限值的同时，Est(n)大于或等于预先设置的门限值；或者Est(n-1)大于或等于预先设置的门限值的同时，Est(n)小于预先设置的门限值，0＜＝alpha＜＝1，Est(n)为所述当前时间间隔内的信号流量的估计值。
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