CN102045606A - 混合无源光网络中提高上行业务服务质量的方法 - Google Patents

Abstract

一种混合无源光网络中提高上行业务服务质量的方法，包括如下步骤：a.当混合无源光网络HPON的光网络单元ONU产生新的上行数据流时，先通过控制信息将该数据流特征上报光线路终端OLT；b.OLT根据预先设定的接纳控制算法对新到达的数据流进行判断，若系统剩余的上行带宽足够，则接纳所述数据流，否则拒绝接纳；c.OLT在每个周期内根据已接纳的数据流参数计算分配给各个ONU的传输时间，即ONU可持续向OLT发送数据的时间，并通过控制信息告知相应的ONU；d、ONU获得控制权后，根据OLT分配的时间传输上行数据，该方法可应用于共享上行波长的HPON系统中以获得确定的QoS，使之可以更好地支持实时服务。

Description

混合无源光网络中提高上行业务服务质量的方法

技术领域

本发明涉及无源光网络(PON)技术领域，具体来讲涉及到波分时分混合无源光网络(WDM-TDM HPON)中如何提高上行业务服务质量(QoS)的方法。

背景技术

随着光纤通信技术的日益成熟，光纤、光器件等成本的大幅下降，基于光纤的无源光网络(PON)受到越来越多的关注。PON的基本结构如图1所示，包括位于中心局(Central Office)的光线路终端(OLT)、位于用户侧的多个光网络单元(ONU)以及用来连接OLT和ONU的光分配网(ODN)。ODN一般只包含无源设备，用来将OLT发来的数据分配给各ONU，它可以是光耦合器或是阵列波导光栅(AWG)。根据具体实现技术的不同，PON可分为TDM-PON、WDM-PON、CDMA-PON以及两种或两种以上所述技术的混合无源光网络(HPON)。

TDM-PON是目前应用得最广泛的PON技术，采用上下行均为时分复用的方式，但由于多用户共享一根光纤，上下行带宽被所有用户共享且所有用户均可接收光纤上传输的下行数据，造成TDM-PON存在每用户可分配带宽资源有限及下行网络用户安全等问题。

WDM-PON采用每ONU占用独立的上下行波长方式，为逻辑上的点对点接入方式，可避免TDM-PON存在的用户带宽不足及网络安全问题。但在发展初期，由于ONU需采用可调激光器等不固定波长激光器，造成成本居高不下，难以满足商用要求。

CDMA-PON采用码分多址(CDMA)技术进行上下行数据传输，也为逻辑上的点对点接入方式，目前有少量厂家及研究机构在进行研究，尚未标准化及规模商用。

HPON是采用以上两种或两种以上技术的PON，目前主要为混合WDM-PON和TDM-PON技术的HPON，HPON在下行方向上采用WDM技术，使每个ONU都拥有独立的下行波长，而上行方向上则采用TDM方式进行复用，一般只使用一个波长。

服务质量(QoS)历来是各种网络中研究的重点课题，良好的QoS可以保证在其上运行而某些实时服的服务拥有较小的延迟(delay)，务如电视电话会议(videoconference)、IP语音聊天(VoIP)、在线游戏(online gaming)等甚至需要确定的QoS(deterministic QoS，即最大延迟不超过某个上限)来保证其性能，否则就会因为丢帧而导致语音/画面不连续。在上述PON系统中，上行业务服务质量一般由动态带宽分配(DBA)算法来保证，算法越优良，上行业务QoS越好。目前适用于HPON的方法仍然较少，且大多数结论是基于排队论(Queueing Theory)计算出来的统计平均值，虽然能保证延迟的平均值，但不能保证延迟的上限，因此并不能保证确定的QoS。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种在混合无源光网络中提高上行业务服务质量的方法，可应用于共享上行波长的HPON系统中以获得确定的QoS，使之可以更好地支持实时服务。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种混合无源光网络中提高上行业务服务质量的方法，包括如下步骤：

a.当混合无源光网络HPON的光网络单元ONU产生新的上行数据流时，先通过控制信息将该数据流特征上报光线路终端OLT；

b.OLT根据预先设定的接纳控制算法对新到达的数据流进行判断，若系统剩余的上行带宽足够，则接纳所述数据流，否则拒绝接纳；

c.OLT在每个周期内根据已接纳的数据流参数计算分配给各个ONU的传输时间，即ONU可持续向OLT发送数据的时间，并通过控制信息告知相应的ONU；

d、ONU获得控制权后，根据OLT分配的时间传输上行数据。

在上述技术方案的基础上，所述步骤b中接纳控制算法对新到达的数据流进行判断为，每一个新的上行数据流都被一个令牌桶所限制，其具有ρ^new和σ^new两个参数，若满足D_i≤d^new＜D_i+1，则将该数据流划分至优先级i，其中D_i为每个优先级i的延迟约束，d^new为新到数据流的延迟约束。

在上述技术方案的基础上，当所述上行数据流(ρ^new，σ^new)满足

和

时，则接纳该数据流，其中

为ONU j中已经被接纳的属于优先级i的数据流的令牌桶之和，N_w为该组中ONU的总数，j为任意整数，且1≤j≤N_w

在上述技术方案的基础上，ONU j中的优先级i应分配的传输时间

由算式

确定，其中L为所有ONU传输完全部数据所需时间。

在上述技术方案的基础上，所述传输时间

确定后，按照优先级由高到低的顺序通知ONU上传数据。

在上述技术方案的基础上，所述步骤c中的控制信息中包含指定ONU的标示。

本发明的有益效果在于：一种在混合无源光网络中提高上行业务服务质量的方法，通过OLT所设定的接纳控制算法来获得HPON系统中确定的QoS，从而提高在HPON系统中的上行业务QoS，且该方法结合了无色ONU，因此可以保证系统在不更换用户侧设备的情况下进行升级，保护了运营商的投资并降低了成本。

附图说明

图1为背景技术中PON的系统结构图；

图2为本发明实施例HPON的系统图；

图3为每组ONU中传输顺序的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。

如图2所示，本发明的混合无源光网络中提高上行业务服务质量的方法，适用于多种HPON系统，如图2所示为实施例HPON的系统图，其采用了无色OUN，从逻辑上将所有ONU分为k组，每组ONU将使用一个上行波长。OLT中的下行发射机产生n个下行波长(λ_D1～λ_Dn)，且每个波长分别对应于1个ONU，这n个波长经过调制后进入耦合器。与此同时上行发射机产生k个上行波长(λ_U1～λ_Uk)进入所述耦合器中，所不同的是上行波长并未经过调制，即空白未携带任何数据，而下行波长经过调制。上述所有波长经过馈线光纤传输到达远程节点(RN)，RN中包括合/分波器和多个合/分频器，按照不同的分组，将合/分波器每一组中的上行波长平均分为n路，再结合多个合/分频器将每一组的下行波长和上行波长合并到同一根光纤中传输，送至相应的不同组的每个ONU中。相应波长到达ONU后，同样使用合/分频器将下行波长和上行波长分离，上行波长则经由反射型半导体光放大器(RSOA)调制后携带该ONU的上行数据沿来时的路径返回，这些上行波长进入OLT后被环形器导向一个分支器，由该分支器将波长分开后进入各自对应的上行接收机接收。

如图2和图3所示，在所述系统中，为了提高上行业务服务质量，OLT对每一组ONU创建一个算法实例来进行控制，这些算法实例彼此之间是相互独立的，即某一组中的ONU增加上行数据流只会减少该组可用的上行带宽，而不会影响到其他组的可用带宽。由于每组ONU共享一个上行波长，其上行总带宽等于该波长具有的带宽，该提高上行业务服务质量的方法包括如下步骤：

a.当HPON的ONU产生新的上行数据流时，先通过控制信息将该数据流特征上报OLT。

b.OLT根据预先设定的接纳控制算法对新到达的数据流进行判断，确定系统剩余的上行带是否宽足够。所述接纳控制算法为：假设每一个进入ONU的上行数据流都被一个令牌桶所限制，该令牌桶具有令牌到达率ρ和令牌桶深度σ两个参数。ONU中有M个优先级，且1为最高级而M为最低级，每个优先级i享有一部分总带宽，其比例为α_i，且

同时，每个优先级i有一个延迟约束D_i，且满足i＜j(i，j为任意整数)，则D_i＜D_j。假设上行总带宽为C，每个优先级i的令牌桶应按照如下公式分配：

ρ_i＝α_iC                    (1)

${\mathrm{\σ}}_i=D_i(C-\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ρ}}_j)-\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\σ}}_j---\left(2\right)$

当一个新的上行数据流(ρ^new，σ^new)到达ONU后，是否将其接纳将由如下步骤判定：

①首先通过下式将该数据流划分至合适的优先级：

D_i≤d^new＜D_i+1               (3)

若满足式(3)则表明该数据流应划分至优先级i。

②通过下述式子进一步判断：

${\mathrm{\ρ}}^{\mathrm{new}}+\underset{j=1}{\overset{N_w}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ρ}}_i^j\≤{\mathrm{\ρ}}_i---\left(4\right)$

${\mathrm{\σ}}^{\mathrm{new}}+\underset{j=1}{\overset{N_w}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\σ}}_i^j\≤{\mathrm{\σ}}_i---\left(5\right)$

若满足式(4)、式(5)，则接纳所述数据流，否则拒绝接纳。其中

为ONU j中已经被接纳的属于优先级i的数据流的令牌桶之和，而N_w为该组中ONU的总数。

c.OLT在每个周期内根据已接纳的数据流参数计算分配给各个ONU的传输时间，即ONU可持续向OLT发送数据的时间，并通过控制信息告知相应的ONU。所述分配给各个传输时间由式(6)决定：

$T_i^j=\frac{{\mathrm{\ρ}}_i^{j}L+{\mathrm{\σ}}_i^j}{C}---\left(6\right)$

其中L为传输周期，即该组中所有ONU传输完全部数据所需时间。

d、ONU获得控制权后，根据OLT分配的时间传输上行数据。如图3所示，为每组ONU中传输顺序示意图。以该组包含2个ONU，每个ONU中包含3个优先级为例，图中RTT₁，RTT₂，…是从OLT到ONU1，ONU2，…的往返时间，为ONU分配到的传输时间，其下标x为优先级，上标y为ONU序号，例如

为ONU1中优先级1分配到的传输时间，

为ONU1中优先级2分配到的传输时间，以此类推。OLT根据式(6)计算出传输时间后，首先轮询所有ONU中的最高优先级(即优先级1)，通知其开始传输上行数据。控制信息中包含指定ONU的标识，因此同组其他ONU收到信息后不会同时开始传输。如图3所示，首轮传输时间顺序是

当该优先级完成传输后，且传输不得超过分配的时间，OLT接着轮询下一优先级(优先级2)，第二轮传输时间顺序是

如此循环直到所有优先级的数据都完成传输，这样就完成了一个传输周期，下一传输周期中OLT将重复相同的步骤。OLT可提前一点时间发送控制信息(例如GATE信息)，由于中间间隔一个保护时间g，因此到达该ONU后前一轮传输刚好完成，可更好地利用带宽，避免浪费。

本发明不仅局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本发明相同或相近似的技术方案，均在其保护范围之内。

Claims (6)

1.一种混合无源光网络中提高上行业务服务质量的方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.当混合无源光网络HPON的光网络单元ONU产生新的上行数据流时，先通过控制信息将该数据流特征上报光线路终端OLT；

b.OLT根据预先设定的接纳控制算法对新到达的数据流进行判断，若系统剩余的上行带宽足够，则接纳所述数据流，否则拒绝接纳；

c.OLT在每个周期内根据已接纳的数据流参数计算分配给各个ONU的传输时间，即ONU可持续向OLT发送数据的时间，并通过控制信息告知相应的ONU；

d、ONU获得控制权后，根据OLT分配的时间传输上行数据。

2.如权利要求1所述的混合无源光网络中提高上行业务服务质量的方法，其特征在于：所述步骤b中接纳控制算法对新到达的数据流进行判断为，每一个新的上行数据流都被一个令牌桶所限制，其具有ρ^new和σ^new两个参数，若满足D_i≤d^new＜D_i+1，则将该数据流划分至优先级i，其中D_i为每个优先级i的延迟约束，d^new为新到数据流的延迟约束。

3.如权利要求2所述的混合无源光网络中提高上行业务服务质量的方法，其特征在于：当所述上行数据流(ρ^new，σ^new)满足

和

时，则接纳该数据流，其中

为ONU j中已经被接纳的属于优先级i的数据流的令牌桶之和，N_w为该组中ONU的总数，j为任意整数，且1≤j≤N_w。

4.如权利要求3所述的混合无源光网络中提高上行业务服务质量的方法，其特征在于：ONU j中的优先级i应分配的传输时间

由算式确定，其中L为所有ONU传输完全部数据所需时间。

5.如权利要求4所述的混合无源光网络中提高上行业务服务质量的方法，其特征在于：所述传输时间

确定后，按照优先级由高到低的顺序通知ONU上传数据。

6.如权利要求1所述的混合无源光网络中提高上行业务服务质量的方法，其特征在于：所述步骤c中的控制信息中包含指定ONU的标示。

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