CN101753421B - 一种吉比特无源光网络中动态带宽分配方法及装置 - Google Patents

一种吉比特无源光网络中动态带宽分配方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种吉比特无源光网络中动态带宽分配方法及装置,所述方法首先预测当前Alloc-ID的带宽,将预测值作为令牌桶的输入速度;然后计算当前Alloc-ID所需的DBA带宽,并与所述令牌桶的当前令牌数做比较,若所述DBA带宽小于所述令牌数,则分配相应的带宽给当前Alloc-ID,并将分配的带宽写入BWMAP表;将所述BWMAP表发送给光网络单元;所述装置包括T-CONT流量策略表模块、流量统计模块、DBRu表模块、带宽预测模块、令牌桶流量控制模块、带宽分配模块、BWMAP表配置模块、BWMAP表发送模块以及调度周期控制模块。本发明提高了T-CONT的带宽分配响应速度。

Description

一种吉比特无源光网络中动态带宽分配方法及装置
技术领域
本发明涉及吉比特无源光网络(Gigabit-capable Passive OpticalNetwork,GPON)领域,具体地说,涉及一种GPON中动态带宽分配(DynamicBandwidth Assignment,DBA)方法及装置。
背景技术
GPON是一种吉比特光接入网,由OLT(Optical Line Terminal,光线路终端)、ODN(Optical Distribution Network,光分配网络)和ONU(Optical NetworkUnit,光网络单元)组成。GPON在物理连接上是一对多的树形结构,通过ODN连接,数据传输采用下行(OLT到ONU)广播、上行(从ONU到OLT)时分复用(TDM)的方式,为了避免冲突,OLT为每个ONU分配一个上行时隙,ONU只能在被授权的时隙内传送数据,OLT为ONU安排时隙的过程就是GPON中上行DBA过程,动态主要表现为,根据ONU的活动状态、流量报告和配置参数分配的带宽是动态变化的。
GTC(GPON Transmission Convergence)层是GPON的核心层,主要完成上行业务流的媒质接入控制和ONU注册这两个关键功能。GTC层包括两个子层:GTC成帧子层和TC适配子层。
GTC系统根据T-CONT管理业务流,每个T-CONT由Alloc-ID标识。一个T-CONT可包含一个或多个GEM Port-ID。OLT监控每个T-CONT的流量负载,并调整带宽分配来更好地分配PON(无源光网络)带宽资源。
典型的上行DBA方法有两种:一是SR(Status reporting,,状态报告)模式,OLT要求ONU提交缓存占用报告;二是TM(Traffic monitoring,流量监控)模式,OLT监测上行GTC帧的IDLE帧(即空闲帧)和带宽映射。
以下从DBA方法中计算带宽时需要用到的主要变量及计算公式做简单介绍:
1、主要变量说明
C:上行GTC帧容量;
RF:固定带宽,即分配给T-CONT的静态、独立的带宽,该带宽不会随着整个PON的负载情况变化;
RA:保证带宽,即在Alloc-ID有未满足的流量要求时,期待分配的带宽;
RM:最大带宽,即为T-CONT可以获得的最大的带宽。
RNA:非保证带宽,即OLT动态指定给授权Alloc-ID的一种附加带宽,按照RF和RA的比例进行折算;
RBE:尽力而为带宽,即OLT动态指定给授权Alloc-ID的一种附加带宽,按照RF和RA的比例折算;
χAB:附加带宽指示,用来说明附加带宽类型:{None,NA,BE}
2、主要计算公式
每个T-CONT的流量描述符包含三个带宽参数:RF、RA和RM,及一个附加带宽指示参数χAB。附加带宽指示参数标记附加带宽的共享方式,为非保证带宽共享、尽力而为共享或者没有共享方式。
RF与RA需要满足以下条件:
R M i ≥ R F i + R A i
χ AB i = NA , only if R M i > R F i + R A i > 0
(1)
χ AB i = BE , only if R M i > R F i + R A i ≥ 0
另外RF与RA的总和需要满足以下条件
Σ i ( R F i + R A i ) ≤ C - - - ( 2 )
每个Alloc-ID的动态流量负载:RL(t),被定义为该Alloc-ID的逻辑缓存消耗的平均速率,其中,Δ代表一个系统常数(至少等于1个GTC帧,通常实际上采用8个GTC帧);B(t)表示当前的ONU占用的缓存数,A(t)表示在Δ时间内缓存数的变化情况;
R L ( t ) = B ( t ) + A ( t , t + Δ ) Δ - - - ( 3 )
Alloc-ID的DBA带宽Ri(t)≥0由确保带宽
Figure GSB00000888319800026
和附加带宽组成,附加带宽可以是RNA或者RBE
χ AB i = NA ,
R i ( t ) = R G i ( t ) + R NA i ( t ) - - - ( 4 )
χ AB i = BE ,
R i ( t ) = R G i ( t ) + R BE i ( t ) - - - ( 5 )
确保带宽
Figure GSB00000888319800035
由下面等式决定:
R G i ( t ) = min { R F i + R A i ; max { R F i ; R L i ( t ) } } - - - ( 6 )
χAB=NA时,非确保带宽的总和可以表达为以下等式:
S NA ( t ) = C - Σ i min { R F i + R A i ; max { R F i ; R L i ( t ) } } - - - ( 7 )
为了公平原则,参与分享非保证带宽的任何Alloc-IDs i和j都应该满足:(RG(t)+RNA(t)<min{RM;RL(t)}),同时按照以下等式的比例进行分配:
R NA i ( t ) R F i + R A = R NA j ( t ) R F j + R A j - - - ( 8 )
其他的Alloc-ID需要满足以下恒等式:R(t)=min{RM;RL(t)}。
χAB=BE时,非确保带宽的总和可以表达为以下等式:
S BE ( t ) = C - Σ i ∈ { χ AB i = NA } min { R M i ; max { R F i ; R L i ( t ) } }
- Σ i ∈ { χ AB i ≠ NA } min { R F i + R A i ; max { R F i ; R L i ( t ) } } - - - ( 9 )
为了公平原则,参与分享非保证带宽的任何Alloc-IDs i和j,都应该满足:(RG(t)+RBE(t)<min{RM;RL(t)}),同时按照以下等式的比例进行分配:
R BE i ( t ) R M i - ( R F i + R A i ) = R BE j ( t ) R M j - ( R F j + R A j ) - - - ( 10 )
其他的Alloc-ID需要满足以下恒等式:R(t)=min{RM;RL(t)}。
在GPON系统测试中发现,若分配给ONU上行T-CONT的RM较小,同时在ONU的逻辑缓存中有大数据包存在时,那么就会导致该T-CONT必须获得多次授权才能将该大数据包从ONU上行到OLT,这必然导致较大的包延迟,不利于整个系统的服务质量(Quality of Service,QOS)指标。同时可以看到公式(3)为一个较为短期的速率计算公式,但RF、RA、RM为一个较为长期的流量统计,在实践中,一个数据流可能出现连续的大流量,从较为长期来看,其流量可能远小于长期统计结果。若RNA或者RBE的流量分配按照RF和RA两者的和的大小作为唯一参数,就会导致针对该T-CONT的带宽分配响应太慢。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,提供一种GPON中DBA方法及装置,本发明在提高QOS指标的同时也提高了T-CONT的带宽分配响应速度。
一种吉比特无源光网络中动态带宽分配的方法,包括如下步骤:
步骤一:读取T-CONT流量策略表中当前授权的Alloc-ID的流量分配策略;
步骤二:统计ONU中获得授权的T-CONT的上行流量,并根据统计结果RE和ONU上报的上行动态带宽报告DBRu值预测当前Alloc-ID的带宽,将预测值作为令牌桶的输入速度(所述“输入速度”是指单位时间内令牌桶里增加的令牌数);
步骤三:根据当前Alloc-ID的附加带宽类型计算当前Alloc-ID所需的DBA带宽,并与所述令牌桶的当前令牌数做比较,若所述当前Alloc-ID所需的DBA带宽小于所述令牌桶的当前令牌数,则分配相应的带宽给当前Alloc-ID,执行步骤四;否则,不分配,执行步骤五;
步骤四:将分配给当前Alloc-ID的带宽写入带宽映射BWMAP表;
步骤五:判断当前Alloc-ID是否是所述T-CONT流量策略表中的最后一个授权的Alloc-ID,若是,则将所述BWMAP表发送给ONU;否则,执行步骤一。
所述步骤一前还包括:配置DBA调度周期、T-CONT流量策略表、RF、RA以及RM
所述步骤三前还包括:根据当前Alloc-ID的附加带宽类型计算当前Alloc-ID的确保带宽和附加带宽,若当前Alloc-ID的附加带宽类型为非保证带宽共享,则所述Alloc-ID的附加带宽通过如下公式计算:
R NA i ( t ) DBR u i ( R F i + R A i ) = R NA j ( t ) DBR u j ( R F j + R A j )
其中,
Figure GSB00000888319800051
Figure GSB00000888319800052
表示标识为i的Alloc-ID和标识为j的Alloc-ID的固定带宽;
Figure GSB00000888319800053
Figure GSB00000888319800054
表示标识为i的Alloc-ID和标识为j的Alloc-ID的保证带宽;
Figure GSB00000888319800055
Figure GSB00000888319800056
表示t时刻标识为i的Alloc-ID和标识为j的Alloc-ID的非保证带宽; DBR u i ( R F i + R A i ) , DBR u j ( R F j + R A j ) 表示标识为i的Alloc-ID和标识为j的Alloc-ID的上行缓存状态报告;
若当前Alloc-ID的附加带宽类型为尽力而为带宽共享,则所述Alloc-ID的附加带宽通过如下公式计算:
R BE i ( t ) DBR u i ( R M i - ( R F i + R A i ) ) = R BE j ( t ) DBR u j ( R M j - ( R F j + R A j ) )
其中,
Figure GSB000008883198000510
表示标识为i的Alloc-ID和标识为j的Alloc-ID的最大带宽;
Figure GSB000008883198000512
Figure GSB000008883198000513
表示标识为i的Alloc-ID和标识为j的Alloc-ID的固定带宽;
Figure GSB000008883198000514
表示标识为i的Alloc-ID和标识为j的Alloc-ID的保证带宽;
Figure GSB000008883198000516
Figure GSB000008883198000517
表示t时刻标识为i的Alloc-ID和标识为j的Alloc-ID的尽力而为带宽; DBR u i ( R M i - ( R F i + R A i ) ) , DBR u j ( R M j - ( R F j + R A j ) ) 表示标识为i的Alloc-ID和标识为j的Alloc-ID的上行缓存状态报告。
一种吉比特无源光网络中动态带宽分配装置,包括T-CONT流量策略表模块、流量统计模块、上行动态带宽报告DBRu表模块、带宽预测模块、令牌桶流量控制模块、带宽分配模块、BWMAP表配置模块、带宽映射BWMAP发送模块,其中,
所述T-CONT流量策略表模块用来存储授权的Alloc-ID的流量分配策略;
所述流量统计模块用来统计ONU中获得授权的T-CONT的上行流量;
所述DBRu表模块用来存储ONU上报的DBRu值;
所述带宽预测模块用来根据所述流量统计模块上报的统计结果对当前Alloc-ID进行带宽预测,并将预测值发送给令牌桶流量控制模块;
所述令牌桶流量控制模块用来将所述带宽预测模块发送来的预测值设置成自身令牌桶的输入速率,并将自身令牌桶的当前令牌数发送给所述带宽分配模块;
所述带宽分配模块用来计算当前Alloc-ID所需的DBA带宽,并与所述令牌桶流量控制模块发送来的令牌桶的当前令牌数进行比较,若所述当前Alloc-ID所需的DBA带宽小于所述令牌桶的当前令牌数,则分配相应的带宽给当前Alloc-ID,并将分配的带宽发送给BWMAP表配置模块;否则,不分配;
所述BWMAP表配置模块用来将所述带宽分配模块发送来的当前Alloc-ID的带宽写入BWMAP表中;
所述BWMAP发送模块用来将BWMAP表发送给ONU。
所述装置还包括用于配置DBA调度周期的调度周期控制模块。
所述T-CONT流量策略表模块还用来配置T-CONT流量策略表及RF、RA、RM
本发明通过在值较大的情况下,成倍地提高其获得非保证带宽或者尽力而为带宽的机会,以及增加令牌桶对T-CONT长期速率进行限制,减小了ONU到OLT大数据包延迟时间,加快了响应速度。
与现有技术相比,本发明具有如下特点:
1)大大缩短了小流量大数据包的延迟时间,提高了系统的QOS;
2)缩短了OLT的带宽分配响应时间。
附图说明
图1是本发明所述装置的原理框图;
图2是本发明所述方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图及优选实施例对本发明做进一步详细介绍。
如图1所示,本发明所述装置包括:调度周期控制模块、T-CONT流量策略表模块、流量统计模块、表模块、带宽预测模块、令牌桶流量控制模块、带宽分配模块、BWMAP表配置模块、BWMAP表发送模块,其中,所述调度周期控制模块用于配置DBA调度周期;所述T-CONT流量策略表模块用来存储授权的Alloc-ID的流量分配策略以及配置T-CONT流量策略表、RF、RA、RM;所述流量统计模块用来统计ONU中获得授权的T-CONT的上行流量;所述DBRu表模块用来存储ONU上报的DBRu值;所述带宽预测模块用来根据所述流量统计模块上报的统计结果对当前Alloc-ID进行带宽预测,并将预测值发送给令牌桶流量控制模块;所述令牌桶流量控制模块用来将所述带宽预测模块发送来的预测值设置成自身令牌桶的输入速率,并将自身令牌桶的当前令牌数发送给所述带宽分配模块;所述带宽分配模块用来计算当前Alloc-ID所需的DBA带宽,并与所述令牌桶流量控制模块发送来的令牌桶的令牌数进行比较,若所述当前Alloc-ID所需的DBA带宽小于所述令牌桶的令牌数,则分配相应的带宽给当前Alloc-ID,并将分配的带宽发送给BWMAP表配置模块;否则,不分配;所述BWMAP表配置模块用来将所述带宽分配模块发送来的当前Alloc-ID的带宽写入BWMAP表中;所述BWMAP表发送模块用来将BWMAP表发送给ONU。
如图2所示,是本发明所述方法的流程图,下面结合图1说明本发明所述方法的具体步骤,包括:
步骤(1):所述调度周期控制模块配置DBA调度周期;
所述DBA调度周期一般为GTC帧时间的整数倍,不同的DBA调度周期对系统CPU的处理能力要求不一样,一般来说,处理频度越快,对处理器的要求越高;
步骤(2):所述T-CONT流量策略表模块配置T-CONT流量策略表、RF、RA以及RM
步骤(3):所述T-CONT流量策略表模块读取T-CONT流量策略表中当前授权的Alloc-ID的流量分配策略;
步骤(4):所述流量统计模块在设定时间内统计ONU中获得授权的T-CONT的上行流量,并根据统计结果RE和所述DBRu表模块中存储的ONU上报的DBRu值预测当前Alloc-ID的带宽,将预测结果发送给所述令牌桶流量控制模块;
本步骤一般按照IDLE帧在整个GTC帧中的带宽来统计ONU中获得授权的T-CONT的上行流量的。
步骤(5):所述令牌桶流量控制模块将预测值作为自身令牌桶的输入速度,并将自身令牌桶的当前令牌数发送给所述带宽分配模块;
步骤(6):所述带宽分配模块根据当前Alloc-ID的附加带宽类型计算当前Alloc-ID的确保带宽和附加带宽,若当前Alloc-ID的附加带宽类型为非保证带宽共享,则所述Alloc-ID的附加带宽通过如下公式计算:
R NA i ( t ) DBR u i ( R F i + R A i ) = R NA j ( t ) DBR u j ( R F j + R A j )
其中,
Figure GSB00000888319800083
表示标识为i的Alloc-ID和标识为j的Alloc-ID的固定带宽;
Figure GSB00000888319800084
Figure GSB00000888319800085
表示标识为i的Alloc-ID和标识为j的Alloc-ID的保证带宽;
Figure GSB00000888319800086
Figure GSB00000888319800087
表示t时刻标识为i的Alloc-ID和标识为j的Alloc-ID的非保证带宽; DBR u i ( R F i + R A i ) , DBR u j ( R F j + R A j ) 表示标识为i的Alloc-ID和标识为j的Alloc-ID的上行缓存状态报告;
若当前Alloc-ID的附加带宽类型为尽力而为带宽共享,则所述Alloc-ID的附加带宽通过如下公式计算:
R BE i ( t ) DBR u i ( R M i - ( R F i + R A i ) ) = R BE j ( t ) DBR u j ( R M j - ( R F j + R A j ) )
其中,
Figure GSB000008883198000811
Figure GSB000008883198000812
表示标识为i的Alloc-ID和标识为j的Alloc-ID的最大带宽;
Figure GSB000008883198000813
Figure GSB000008883198000814
表示标识为i的Alloc-ID和标识为j的Alloc-ID的固定带宽;
Figure GSB000008883198000815
Figure GSB000008883198000816
表示标识为i的Alloc-ID和标识为j的Alloc-ID的保证带宽;
Figure GSB000008883198000817
Figure GSB000008883198000818
表示t时刻标识为i的Alloc-ID和标识为j的Alloc-ID的尽力而为带宽;
Figure GSB000008883198000819
Figure GSB000008883198000820
表示标识为i的Alloc-ID和标识为j的Alloc-ID的上行缓存状态报告。
无论当前Alloc-ID的附加带宽类型为非保证带宽共享还是尽力而为带宽共享,所述确保带宽均通过公式(6)计算得到;
步骤(7):所述带宽分配模块根据步骤(6)得到的附加带宽值与确保带宽值通过公式(4)或者(5)计算当前Alloc-ID所需的DBA带宽;
步骤(8):所述带宽分配模块用步骤(7)计算得到的当前Alloc-ID所需的DBA带宽与所述令牌桶的当前令牌数做比较,若所述当前Alloc-ID所需的DBA带宽小于所述令牌桶的当前令牌数,则执行步骤(9);否则,执行步骤(10);
步骤(9):分配相应的带宽给当前Alloc-ID,执行步骤(11);
步骤(10):不分配带宽给当前Alloc-ID,执行步骤(12);
步骤(11):所述BWMAP表配置模块将分配给当前Alloc-ID的带宽写入BWMAP表;
步骤(12):所述BWMAP表发送模块判断当前Alloc-ID是否是所述T-CONT流量策略表中的最后一个授权的Alloc-ID,若是,则将所述BWMAP表发送给ONU;否则,执行步骤(3)。

Claims (6)

1.一种吉比特无源光网络中动态带宽分配的方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一:读取T-CONT流量策略表中当前授权的Alloc-ID的流量分配策略;
步骤二:统计光网络单元中获得授权的T-CONT的上行流量,并根据统计结果和光网络单元上报的上行动态带宽报告DBRu预测当前Alloc-ID的带宽,将预测值作为令牌桶的输入速度;
步骤三:根据当前Alloc-ID的附加带宽类型计算当前Alloc-ID所需的动态带宽分配DBA带宽,并与所述令牌桶的当前令牌数做比较,若所述当前Alloc-ID所需的DBA带宽小于所述令牌桶的当前令牌数,则分配相应的带宽给当前Alloc-ID,执行步骤四;否则,不分配,执行步骤五;
步骤四:将分配给当前Alloc-ID的带宽写入带宽映射BWMAP表;
步骤五:判断当前Alloc-ID是否是所述T-CONT流量策略表中的最后一个授权的Alloc-ID,若是,则将所述BWMAP表发送给光网络单元;否则,执行步骤一。
2.如权利要求1所述的吉比特无源光网络中动态带宽分配的方法,其特征在于,所述步骤一前还包括:配置DBA调度周期、T-CONT流量策略表、固定带宽、保证带宽及最大带宽。
3.如权利要求1所述的吉比特无源光网络中动态带宽分配的方法,其特征在于,所述步骤三前还包括:根据当前Alloc-ID的附加带宽类型计算当前Alloc-ID的确保带宽和附加带宽,若当前Alloc-ID的附加带宽类型为非保证带宽共享,则所述Alloc-ID的附加带宽通过如下公式计算:
R NA i ( t ) DBR u i ( R F i + R A i ) = R NA j ( t ) DBR u j ( R F j + R A j )
其中,
Figure FSB00000888319700012
Figure FSB00000888319700013
表示标识为i的Alloc-ID和标识为j的Alloc-ID的固定带宽;
Figure FSB00000888319700014
Figure FSB00000888319700015
表示标识为i的Alloc-ID和标识为j的Alloc-ID的保证带宽;
Figure FSB00000888319700021
Figure FSB00000888319700022
表示t时刻标识为i的Alloc-ID和标识为j的Alloc-ID的非保证带宽; DBR u i ( R F i + R A i ) , DBR u j ( R F j + R A j ) 表示标识为i的Alloc-ID和标识为j的Alloc-ID的上行缓存状态报告;
若当前Alloc-ID的附加带宽类型为尽力而为带宽共享,则所述Alloc-ID的附加带宽通过如下公式计算:
R BE i ( t ) DBR u i ( R M i - ( R F i + R A i ) ) = R BE j ( t ) DBR u j ( R M j - ( R F j + R A j ) )
其中,
Figure FSB00000888319700026
Figure FSB00000888319700027
表示标识为i的Alloc-ID和标识为j的Alloc-ID的最大带宽;
Figure FSB00000888319700028
Figure FSB00000888319700029
表示标识为i的Alloc-ID和标识为j的Alloc-ID的固定带宽;
Figure FSB000008883197000210
Figure FSB000008883197000211
表示标识为i的Alloc-ID和标识为j的Alloc-ID的保证带宽;
Figure FSB000008883197000212
Figure FSB000008883197000213
表示t时刻标识为i的Alloc-ID和标识为j的Alloc-ID的尽力而为带宽; DBR u i ( R M i - ( R F i + R A i ) ) , DBR u j ( R M j - ( R F j + R A j ) ) 表示标识为i的Alloc-ID和标识为j的Alloc-ID的上行缓存状态报告。
4.一种吉比特无源光网络中动态带宽分配装置,其特征在于,包括T-CONT流量策略表模块、流量统计模块、上行动态带宽报告DBRu表模块、带宽预测模块、令牌桶流量控制模块、带宽分配模块、带宽映射BWMAP表配置模块、BWMAP表发送模块,其中,
所述T-CONT流量策略表模块用来存储授权的Alloc-ID的流量分配策略;
所述流量统计模块用来统计光网络单元中获得授权的T-CONT的上行流量;
所述DBRu表模块用来存储光网络单元上报的DBRu值;
所述带宽预测模块用来根据所述流量统计模块上报的统计结果对当前Alloc-ID进行带宽预测,并将预测值发送给令牌桶流量控制模块;
所述令牌桶流量控制模块用来将所述带宽预测模块发送来的预测值设置成自身令牌桶的输入速率,并将自身令牌桶的当前令牌数发送给所述带宽分配模块;
所述带宽分配模块用来计算当前Alloc-ID所需的动态带宽分配DBA带宽,并与所述令牌桶流量控制模块发送来的令牌桶的当前令牌数进行比较,若所述当前Alloc-ID所需的DBA带宽小于所述令牌桶的当前令牌数,则分配相应的带宽给当前Alloc-ID,并将分配的带宽发送给BWMAP表配置模块;否则,不分配;
所述BWMAP表配置模块用来将所述带宽分配模块发送来的当前Alloc-ID的带宽写入BWMAP表中;
所述BWMAP表发送模块用来将BWMAP表发送给光网络单元。
5.如权利要求4所述的吉比特无源光网络中动态带宽分配装置,其特征在于,所述装置还包括用于配置DBA调度周期的调度周期控制模块。
6.如权利要求4所述的吉比特无源光网络中动态带宽分配装置,其特征在于,所述T-CONT流量策略表模块还用来配置T-CONT流量策略表、固定带宽、保证带宽及最大带宽。
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