CN102396189B - 动态带宽分配设备和方法以及pon中的光线路终端 - Google Patents

Abstract

本发明的动态带宽分配设备(12)安装在PON系统的光线路终端(1)上，其例如将从光网络单元(2)接收的上行帧(F1，F2)中继到上层网络(6)。动态带宽分配设备(12)基于来自光网络单元(2)的上行帧(F1，F2)的接收速率、上行帧(F1，F2)的中继目的地的发送速率和在中继上行帧(F1，F2)时发生的数据量的变化来计算分配带宽上限(max_bw)，在该分配带宽上限，即使数据量增加，上行帧(F1，F2)仍可被中继；并在计算的分配带宽上限(max_bw)的范围内动态地分配各光网络单元2的上行传输量。

Description

动态带宽分配设备和方法以及PON中的光线路终端

技术领域

本发明涉及一种动态带宽分配设备和针对用户侧的端节点动态地分配上行带宽的方法，以及使用动态带宽分配设备的PON（无源光网络）系统中的光线路终端。

背景技术

已经实现了这样的PON系统，其包括：光线路终端；形成下述构造的光纤网络，在该构造中连接到光线路终端的光纤通过光耦合器被分割为多个光纤；和光网络单元，其连接到分开的光纤的各端部。

PON光线路终端按时分方式在上行方向将带宽动态地分配到多个光网络单元，从而防止上行信号之间干扰。根据执行时分的方式，为通信信道设置的上行信号通信带被动态地分配到每个光网络单元。

具体地说，光线路终端预先从各光网络单元接收针对将在上行方向发送的数据量的带宽请求，响应于该请求确定将被分配给各光网络单元的上行带宽，并提供发送许可带宽的通知（授权）。

由于每个授权包括发送开始时间和发送许可的长度（与一段时间对应的值），因此每个光网络单元可在该授权中指定的预定的时间段中在上行方向发送预定量的数据（例如，见专利文献1和2）。

同时，关于上行传输带宽怎样响应于来自多个光网络单元的带宽请求进行分配，例如有如下方式：分散式DBA（动态带宽分配），其中，当来自一个光网络单元的请求到达时，在需要时将带宽分配到该光网络单元；集中式DBA，其中以预定周期收集来自多个（通常，所有）光网络单元的带宽请求，并且基于这些带宽请求按集成的方式分配带宽。

在它们中，在集中式DBA中，基于用于上行方向的一个带宽分配周期（授权周期），服务类别被分为低延迟类别，其中设置了延迟的最大值；和普通延迟类别，其中没有设置这种最大值。然后，通过将用于低延迟类别的带宽分配周期设置为小于用于普通延迟类别的带宽分配周期，实现低延迟和带宽的有效使用之间的协调性（见专利文献2）。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利No.3768421

专利文献2：日本专利No.3734732

发明内容

技术问题

在上述PON系统中的光线路终端用作中继设备，该中继设备通过应用服务器-网络接口（SNI）或网络-网络接口（NNI）将从光网络单元接收的上行帧中继到上层网络。

但是，在常规PON系统中的动态带宽分配中，针对每个光网络单元分配上行传输的量是基于PON侧的接收速率（从光网络单元的上行传输的速率）以及光网络单元做出的带宽请求所要求的数据量来确定的。

因此，例如，在诸如以下(1)至(3)的情况中，在中继上行帧时，在用于发送到光线路终端的上侧的队列中可能发生缓存器溢出，并且因此上行帧的一部分可能被丢弃并因此不被发送到上侧。

(1)当由于在光线路终端上进行中继时将VLAN标签提供给上行帧导致上行帧的数据量增加时；

(2)当由于在光线路终端上进行中继时上行帧的MAC中的MAC封装导致上行帧的数据量增加时；以及

(3)当SNI侧的发送速率低于PON侧的接收速率时。

在这种情况下，当上行帧是诸如VoIP（因特网协议语音）或视频的高优先级帧时，发生诸如通话或视频中断的有害效果，损害了由光网络单元设置的QoS（服务质量）。

同时，对于用于解决上述不方便的方法，考虑通过在上侧的传输队列中采用大容量缓存器来增加上行帧的数据的累积量的部件。但是，这种部件具有导致设备的尺寸增加和成本增加的缺点。

鉴于这种常规问题，本发明的目的是提供一种动态带宽分配设备等，其避免了由于缓存器溢出而导致的上行帧的丢弃，并且能够因此执行允许上行帧被可靠地中继到上侧的带宽分配。

问题的解决方案

根据本发明的一方面，提供了一种动态带宽分配设备，其设置在执行与多个端节点的双向通信的中继节点中，其基于每个端节点的带宽请求动态地分配每个端节点的上行传输量，所述设备包括：管理单元，其针对每个端节点管理来自端节点的上行帧的接收速率、上行帧的中继目的地的发送速率、以及在进行中继时在上行帧中发生的数据量的变化；计算单元，其基于接收速率、发送速率和数据量的变化来计算分配带宽上限，在该分配带宽上限，即使数据量增加，上行帧也能被中继；以及分配执行单元，其在所计算的分配带宽上限的范围内，动态地分配端节点的上行传输量。

根据本发明的动态带宽分配设备，所述计算单元基于来自端节点的上行帧的接收速率、上行帧的中继目的地的发送速率以及在进行中继时在上行帧中发生的数据量的变化，计算分配带宽上限，在所述分配带宽上限，即使数据量增加，上行帧也能被中继。

然后，分配执行单元在所计算的分配带宽上限的范围内动态地分配每个端节点的上行传输量。因此，当中继节点将上行帧中继到上侧时，不发生由于缓存器溢出导致的上行帧的丢弃。

因此，根据本发明的动态带宽分配设备，在不需要增加中继节点的上侧的缓存器容量的情况下，上行帧可被可靠地中继到上侧，使得能够以低成本制造确保上行方向的通信质量（QoS）的中继节点。

在本发明的动态带宽分配设备中，中继节点的上侧的中继目的地的数量不限于一个而可以是多个。

在这种情况下，管理单元管理相应的多个中继目的地的发送速率，并且计算单元针对多个中继目的地的每个，基于接收速率中对应的一个、相应的多个中继目的地的发送速率中对应的一个以及数据量的变化中对应的一个来计算分配带宽上限，在所述分配带宽上限，即使数据量中对应的一个增加，上行帧中对应的一个也能被中继。

然后，在这种情况下，分配执行单元允许在针对中继目的地所计算的分配带宽上限的范围内动态地分配去往该中继目的地的每个端节点的上行传输的量，从而对于所述多个中继目的地的全部，不发生由于缓存器溢出而导致的上行帧的丢弃。

因此，对于所述多个中继目的地的全部，在不需要增加中继节点的上侧的缓存器容量的情况下，上行帧可可靠地被中继到上侧。

在本发明的动态带宽分配设备中，优选地，假设在进行中继时在上行帧中发生数据量的增加和减少，管理单元管理数据量的变化。

在这种情况下，对于假设仅有上行帧的数据量增加的情况，能够准确地计算分配带宽上限。因此，防止分配带宽上限过度地减少，使得能够准确地分配每个端节点的上行传输量。

注意，如上所述，在进行中继时上行帧的数据量增加的情况包括将VLAN标签提供到上行帧的情况和执行上行帧的MAC中MAC封装的情况。

还注意，在进行中继时上行帧的数据量减少的情况包括例如对通过前向纠错（FEC）编码的上行帧执行FEC解码的情况。

根据本发明的另一方面，提供了一种通过上述动态带宽分配设备执行的动态带宽分配方法，所述方法提供与通过所述动态带宽分配设备提供的那些功能和效果相同的功能和效果。

具体地说，本发明的动态带宽分配方法是一种用于基于来自多个端节点的带宽要求动态地分配每个端节点的上行传输量的动态带宽分配方法，所述方法包括：基于来自每个端节点的上行帧的接收速率、上行帧的中继目的地的发送速率和在进行中继时在上行帧中发生的数据量的变化，计算分配带宽上限，在所述分配带宽上限，即使数据量增加，上行帧也能被中继；以及在所计算的分配带宽上限的范围内，动态地分配端节点的上行传输量。

根据本发明的又一方面，提供了一种光线路终端，在该光线路终端上安装有上述动态带宽分配设备，该光线路终端用作PON中继设备，其提供与由所述动态带宽分配设备提供的功能和效果相同的功能和效果。

具体地说，本发明的光线路终端是一种PON系统中的光线路终端，所述终端通过无源分光节点执行与多个光网络单元的双向光通信，并且将从每个光网络单元接收的上行帧中继到上层网络，所述终端包括：上述管理单元、上述计算单元和上述分配执行单元。

本发明的有益效果

如上所述，根据本发明，当中继节点将上行帧中继到上侧时，不发生由于缓存器溢出导致的上行帧的丢弃。因此，在不需要增加中继节点的上侧的缓存器容量的情况下，上行帧可被可靠地中继到上侧。

因此，可以以低成本制造能够确保上行方向的通信质量的中继节点（PON光线路终端等）。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的PON系统的示意性构造图。

图2是示出由光线路终端执行的上行信号复用控制功能的时序图。

图3(a)是报告帧的帧构造图，图3(b)是选通帧的帧构造图。

图4是示出集中式DBA的时序图。

图5是示出光线路终端的内部构造的功能框图。

具体实施方式

[PON系统的整体构造]

图1是根据本发明实施例的PON系统的示意性构造图。

在图1中，光线路终端（OLT）是上层网络和PON系统之间的中继节点，并且其被安装在电信运营商的中心局等作为多个光网络单元（ONU）2A和2B的中心站。

光网络单元2A和2B的每一个是PON系统中的本地侧的端节点，并被安装在PON系统用户本地。

作为光线路终端1的PON侧的传输线路的单个光纤3（主线路）通过用作无源分光节点的光耦合器4被分为多个光纤（支线路）5。光网络单元2A和2B连接到分开的光纤5的各端部。

此外，光线路终端1的上侧接口是能够以不同的传输速率与多个上层网络6A和6B建立连接的多端口接口。光网络单元2A和2B连接到它们各自的用户网络7。

注意，在下文中，当多个光网络单元2A和2B被总体表示时，它们被称作“光网络单元2”，并且当所述多个上层网络6A和6B被总体表示时，它们被称作“上层网络6”。

还注意，虽然图1示出了三个光网络单元2，但是，可以例如通过单个光耦合器4获得32个分开的光纤以连接32个光网络单元2。此外，虽然在图1中仅用了一个光耦合器4，但是通过沿纵向提供多个光耦合器4，更多的光网络单元2A和2B可连接到光线路终端1。

在图1的示例中，光网络单元2A的传输速率是10Gbps，并且光网络单元2B的传输速率是1Gbps，因此，该系统具有这样的构造，其中GE-PON和10G-EPON在现有的光传输线路上共存。

在这种情况下，需要复用和传输1G传输信号和10G传输信号。作为这种复用和传输之一，对于下行复用和传输，以不同的波长复用和传输10G传输信号和1G传输信号，并且对于上行复用和传输，以相同的波长时分复用1G传输信号和10G传输信号。

具体地说，对于光线路终端1和光网络单元2之间的上行方向通信，使用一类波长为λu的激光，而对于下行方向的通信，使用两种类型的波长的激光，波长λd1用于10G并且波长λd2用于1G。

因此，本实施例的PON系统是多速率PON系统，其中通过在从光线路终端1至光网络单元2发送的下行光信号DO上执行波分复用（WDM），具有不同传输速率的光网络单元2A和2B在单个光线路终端1的控制下以混合方式来适应。

因此，WDM滤波器设置在PON系统的介质（光纤3和5）与光线路终端1和每个光网络单元2的发送器和接收器之间。仅那些将被接收的波长分量被发送到PON侧的接收器，并且从PON侧发送器输出的光信号与通过WDM滤波器接收的光进行波长复用，并且所得信号被发送到光纤3和5。

此外，在本实施例的PON系统中，光线路终端1和上层网络6A之间的传输速率为10Gbps，并且光线路终端1和上层网络6B之间的传输速率为1Gbps。

[光线路终端的示意性构造]

如图1所示，光线路终端1包括PON发送和接收单元10、SNI发送和接收单元11和执行这些单元的通信控制的控制单元12。

在它们中，PON发送和接收单元10在其中包括E/O转换装置，并通过该装置将以光网络单元2为目的地的数据发送到光纤3作为时分复用的下行光信号DO。下行光信号DO被光耦合器4分割并随后由各个光网络单元2接收。每个光网络单元2仅对以光网络单元2为目的地的下行光信号DO中含有的数据执行接收处理。

此外，PON发送和接收单元10在其中包括O/E转换装置，并通过该装置接收从相应的光网络单元2发送到光纤5的上行光信号UO。

当来自相应的光网络单元2的上行光信号UO被光耦合器4光复用并随后被传输到单个光纤3时，光线路终端1的控制单元12以时分方式执行传输时序的复用控制，使得信号UO彼此不冲突。

因此，如图1所示，从相应的光网络单元2发送出的上行光信号UO布置在时间轴上，在信号之间插入保护时间。注意到，将在随后描述通过光线路终端1执行的时分复用控制。

注意到，虽然在本实施例的光线路终端1中，SNI发送和接收单元11被举例为与上层网络6A和6B通信的上侧接口的示例，但是上侧接口可为NNI发送和接收单元。

[PON系统的基本功能]

在本实施例的PON系统中，通过光线路终端1的控制单元12在光网络单元2A和2B上执行的介质访问控制是根据GE-PON标准（IEEE标准802.3）和10G-EPON标准（IEEE标准802.3）来执行的。

将在以下描述在所述标准中提出的各种基本功能，其通过光线路终端1的控制单元12来执行。

<通过LLID的识别功能>

在PON系统中，存在用作MAC（介质访问控制）层和物理层之间的中介的RS（调和子层）。为了识别在光线路终端1和光网络单元2之间的以太网（“以太网”是注册商标，下同）帧，在RS定义的前导的一部分中嵌入了标识符。

具体地说，在PON系统中，由于相同的下行信号以广播格式抵达所有光网络单元2，因此每个光网络单元2需要通过确定接收到的帧是否是以其为目的地的帧来做出选择。

因此，在PON系统中，利用称为LLID（逻辑链路ID）的标识符执行该确定。LLID被包含在以太网帧的前导中。

注意，LLID的值在光网络单元2注册时由光线路终端1确定（将在稍后描述该发现），并且光线路终端1的控制单元12管理LLID，以使得在其控制下的光网络单元2之间不发生LLID的重叠。

这里，在下行方向通信（在从OLT至ONU方向的通信）中，光线路终端1的控制单元12针对每个发送帧确定所述发送帧将被发送到哪个光网络单元2，并且将用于光网络单元2的LLID嵌入到发送帧中，然后将发送帧发送到光网络单元2。

每个光网络单元2相对它的从光线路终端1预先通知的LLID来检查接收到的帧的LLID。如果它们匹配，则光网络单元2确定接收到的帧是以其为目的地的，并因此接受所接收到的帧。如果它们不匹配，则光网络单元2确定接收到的帧不是以其为目的地的，并因此丢弃所接收到的帧。

另一方面，在上行方向的通信（在从ONU至OLT方向的通信）中，每个光网络单元2将向其分配的LLID嵌入到发送帧中并将该发送帧发送到光线路终端1。光线路终端1通过接收到的帧的LLID的值确定该帧是从哪个光网络单元2发送来的。

因此，通过执行通过LLID的识别，可执行在物理上具有P2MP（一点对多点）拓扑构造但在逻辑上具有P2P（点对点）构造的通信。因此，该功能有时被称作P2PE（点对点模拟）。

注意到，作为P2PE的例外，对于下行方向通信而言，可定义被称作广播LLID的特定LLID。在这种情况下，当接收到的帧具有广播LLID时，光网络单元2无条件地接受该帧。

<时间同步功能>

在PON系统中，为了执行来自各光网络单元2的上行信号的时分复用，需要在光线路终端1和光网络单元2之间实现时间同步。

因此，在标准中阐述的同步系统中，利用嵌入于向光网络单元2发布的用于发送许可的选通帧中的时间戳，光线路终端1保持光网络单元2和光线路终端1之间的同步状态。

具体地说，光线路终端1将其主计数器的当前值发送到每个光网络单元2作为时间戳信息，并且光网络单元2根据接收到的时间戳值更新其主计数器值。

通过该系统，光网络单元2可在独立的同步系统中操作。因此，不需要主从同步设备所需要的高精度PLL，使得有利于成本降低。

<MPCP功能>

PON系统还采用多点MAC控制子层，多点MAC控制子层包括作为光线路终端1和光网络单元2之间的控制协议的MPCP（多点控制协议）。MPCP功能包括随后的功能1)至3)。

1)发现功能，光线路终端1识别连接到PON的多个光网络单元2，并执行在光网络单元2和光线路终端1之间执行通信所需的RTT测量和LLID的提供。

2)上行信号复用控制功能，时隙被分配给每个光网络单元2，并且来自相应的光网络单元2的上行信号在时间轴上被复用。

3)上述时间同步功能。

<发现功能>

当光网络单元2连接到PON时，光线路终端1自动地发现光网络单元2并将LLID提供给光网络单元2，并随后自动地建立通信链路。这是上述发现功能。

具体地说，在P2MP发现期间，光线路终端1测量连接的光网络单元2和光线路终端1之间的RTT（往返时间：帧往返时间）。此时，光网络单元2执行与光线路终端1的时间同步。

注意在光线路终端1和光网络单元2的每个上每16ns增加的计数器来表示时间，并且所述时间在PON系统中同步；但是上述RTT测量和时间同步定期地执行，并且如果发生时滞，则在必要时纠正该时滞。

<上行方向的复用控制功能>

在PON系统中，由于来自各光网络单元2的上行光信号UO通过光耦合器4合并到单个光纤3中，因此需要执行控制以使得上行光信号UO在合并之后不彼此冲突。

因此，在PON系统中，光线路终端1用作上行信号控制的指挥者，并向每个光网络单元2通知发送许可，从而来自相应的光网络单元2的上行信号暂时彼此分离并避免冲突。

图2是示出由光线路终端1执行的上行信号复用控制功能的时序图。

如图2所示，当光网络单元（ONU）2从其用户网络7接收上行数据时，光网络单元2在其队列中临时累积数据，并在报告帧中指定在所述队列中累积的数据量，然后将报告帧发送到光线路终端1。

接收到报告帧的光线路终端（OLT）1的控制单元12根据在报告帧中指定的数据量和其它光网络单元2使用的带宽来计算将被分配到光网络单元2的上行数据传输的量（与一段时间对应的值）和发送开始时间（动态带宽分配），并在选通帧中指定计算的值，并将选通帧发送到光网络单元2。

然后，接收到所述选通帧的光网络单元2根据选通帧的指令在指定的发送开始时间发送上行数据。注意，在发送上行数据时，光网络单元2可将报告帧与其一起发送，以通知在队列中累积的上行数据的量，用于下一次带宽分配。

通过重复上述过程步骤，光线路终端1的控制单元12在知道每个光网络单元2的上行传输情况的同时，可将用于上行传输的带宽适当地分配到每个光网络单元2。

图3(a)是示出从光网络单元2发送的报告帧（在下文中，可被称作报告）R的示例性帧构造的示图，图3(b)是示出从光线路终端1中发送的选通帧（在下文中，可被称作授权）G的示例性帧构造的示图。

如图3(a)所示，在从光网络单元2发送的报告R中，在单个报告R中做出带宽请求的数据量由以16ns为单位的数字值来表达（在图3(a)中，队列#0至#7）。在另一方面，如图3(b)中所示，在从光线路终端1发送的授权G中，每个光网络单元2的发送许可长度（与一段时间对应的值）由以16ns为单位的数字值来表达（在图3(b)中，授权#1至#4）。

<动态带宽分配功能>

PON系统中的光线路终端1利用上述报告帧和选通帧来分配用于在其控制下的光网络单元2的带宽，但是用于分配的带宽的运算算法在上述标准之外。

注意，将随后描述本实施例的由光线路终端1的控制单元12（具体地说，图5中所示的DBA处理单元21中的分配执行单元25）执行的动态带宽分配。

<OAM功能>

PON系统也是一种类型的以太网，并因此具有符合以太网标准的OAM（操作、管理和维护）功能。这里OAM指对通信网络中的设备和线路的维护和监测控制。

例如，在GE-PON标准（IEEE标准802.3）中，新定义了OAM子层。该子层定义OAM帧的帧结构和使用该帧的控制功能。

此外，在PON系统中，OAM帧用于光线路终端1和光网络单元2之间。利用OAM帧的主要功能包括故障通知、回路测试、链路监测等等。

除了在标准中定义的那些功能之外，当必要时不足的OAM功能当然可通过系统开发者来扩展。

[集中式DBA]

如上所述，通过光线路终端1响应于来自光网络单元2的带宽请求而执行的动态带宽分配方法包括分散式DBA和集中式DBA。在本实施例中，光线路终端1的控制单元12被构造为执行集中式DBA的动态带宽分配设备。

当光线路终端1的控制单元12执行分散式DBA时，当然也可应用本发明。

图4是示出集中式DBA的时序图。

在图4中，时间从左至右行进，并且光网络单元2分别通过标号X至Z来指示。

此外，作为光线路终端1的带宽控制周期的授权周期由参考标记T来指示，当前授权周期由参考标记Tc（下标c代表“当前”）指示，而下一授权周期由Tn（下标n代表“下一”）指示。

如图4所示，在集中式DBA中，在当前授权周期Tc中，来自光网络单元X至Z的报告R首先以集中的方式被接收。然后，在完成对报告R的接收的时间点，开始针对下一周期的分配计算。

光线路终端1的控制单元12随后产生指定在当前授权周期Tc中获得的计算结果的授权G，并将授权G发送到相应的光网络单元X至Z，以通知光网络单元X至Z用于下一次报告R和数据（上行用户数据）D的带宽分配。

具体地说，在集中式DBA中，基于在当前授权周期Tc中从多个光网络单元X至Z收集的报告R，针对将在下一授权周期Tn中被光线路终端1接收的光网络单元X至Z的上行数据D，以集成的方式执行带宽分配，并且向相应的光网络单元X至Z授权下一次报告R和上行数据D的发送时间。

此时，光线路终端1的控制单元12管理用于光网络单元X至Z的各LLID的分配的累积量，并减少对被确定将被分配超过其分配带宽上限（max_bw）的这种LLID的分配的量。

[光线路终端的内部构造]

图5是示出执行上述动态带宽分配的光线路终端1的内部构造的功能性框图。注意，在图5中，加粗实线箭头指示用于10Gbps的帧路由，而加粗空心箭头指示用于1Gbps的帧路由。

如图5所示，在从PON侧至SNI侧的上行方向，光线路终端1的控制单元12包括FEC解码单元14、用于10G的帧中继单元15、用于1G的帧中继单元16、VLAN标签提供单元17和MAC中MAC（MACin MAC）封装单元18。

此外，在从SNI侧至PON侧的下行方向，光线路终端1的控制单元12包括用于10G的帧中继单元19和用于1G的帧中继单元20。

光线路终端1的控制单元12还包括：DBA处理单元21，其执行用于上述动态带宽分配（图4）的运算算法；和LLID管理表（管理单元）22和SNI端口信息管理表（管理单元）23，它们在其中记录了通过处理单元21分配带宽所需的参考信息。

[上行帧中继处理]

由PON发送和接收单元10接收的10Gbps上行帧（以下，被称作10G上行帧）F1被FEC解码单元14解码，并且解码的10G上行帧F1被输入到用于10G的帧中继单元15。

如果10G上行帧F1是报告R，则用于10G的帧中继单元15将F1发送到DBA处理单元21。如果10G上行帧F1是数据帧，则用于10G的帧中继单元15将F1发送到VLAN标签提供单元17。

在另一方面，通过PON发送和接收单元10接收的1Gbps上行帧（以下，称为1G上行帧）F2被输入到用于1G的帧中继单元16。

如果1G上行帧F2是报告R，则用于1G的帧中继单元16将其发送到DBA处理单元21。如果1G上行帧F2是数据帧，则用于1G的帧中继单元16将其发送到VLAN标签提供单元17。

VLAN标签提供单元17为输入的10G或1G上行帧F1或F2提供用于VLAN的标签。

VLAN标签是添加到MAC帧的固定长度的标签，并用于标识VLAN（虚拟LAN）组。通过添加该标签，所述帧被允许具有该帧所属的VLAN的识别信息。VLAN标签符合IEEE标准802.1Q标准化的通信协议。通过这样，通过单个通信端口实现多个不同VLAN上的通信，但是由于标签添加到帧，因此帧的长度增加。

同时，经过VLAN标签提供单元17的10G或1G上行帧F1或F2被输入到随后的MAC中MAC封装单元18。

MAC中MAC是一种用户MAC帧被封装在用于在运营商网络中传递的MAC帧中并且随后被传递的方案。封装单元18对于10G或1G上行帧F1或F2执行该方案的封装。MAC中MAC符合IEEE标准802.1ah标准化的协议。

根据MAC中MAC，由于在运营商网络中使用了用于网络间传递的封装的MAC地址，因此用户装置的MAC地址不需要被了解、保持或参考，并因此优点在于运营商网络中的资源消耗可被抑制。但是，由于添加了MAC报头，因此帧的长度增加。

从封装单元18输出的10G或1G上行帧F1或F2被输入到SIN发送和接收单元11。SNI发送和接收单元11基于上行帧F1和F2的目的地MAC地址将帧F1和F2发送到上层网络6A和6B。

注意，基本上，10G上行帧F1被发送到10Gbps上层网络6A，而1G上行帧F2被发送到1Gbps上层网络6B，但是取决于上行帧F1和F2的目的地可能存在相反的情况。

[下行帧中继处理]

通过SIN发送和接收单元11接收的10Gbps下行帧（在下文中，称为10G下行帧）被输入到用于10G的帧中继单元19。

用于10G的帧中继单元19将10G下行帧F3传递到PON发送和接收单元10。此外，当DBA处理单元21输出用于对光网络单元2A（因此，10Gbps）授权的选通帧G时，用于10G的帧中继单元19允许该选通帧G被发送到PON发送和接收单元10。

通过SIN发送和接收单元11接收的1Gbps下行帧（在下文中，称为1G下行帧）被输入到用于1G的帧中继单元20。

用于1G的帧中继单元20将1G下行帧F4传递到PON发送和接收单元10。此外，当DBA处理单元21输出用于对光网络单元2A授权（因此，1Gbps）的选通帧G时，用于1G的帧中继单元20允许该选通帧G被发送到PON发送和接收单元10。

[中继上行帧时出现的问题]

如上所述，在本实施例的光线路终端1中，取决于上行帧F1和F2，执行VLAN标签或在MAC中MAC方案的封装的提供，并因此经历这些处理的上行帧F1和F2的帧长度（数据量）增加。

因此，如果DBA处理单元21的动态带宽分配通过采用PON侧的接收速率（从光网络单元2的上行传输速率）和实际上各光网络单元2请求的带宽而被执行，则在SNI侧的传输队列中可能发生缓存器溢出，并因此可能丢弃上行帧F1和F2的一部分。

此外，由于本实施例的光线路终端1具有作为上行帧F1和F2的中继目的地的有着不同传输速率的两个不同类型的上层网络6A和6B，因此，当10G上行帧F1的目的地是1Gbps上层网络6B时，即使DBA处理单元21分配超过在上侧的发送速率（1Gbps）的带宽，对应于超过所述发送速率（1Gbps）的带宽的一部分帧被丢弃。

因此，当上行帧F1和F2是诸如VoIP或视频的高优先级帧时，发生诸如通话或视频中断的有害效果，损害由光网络单元2设置的QoS。

因此，当下面导致上述问题的条件(1)至(3)得到满足时，本实施例的DBA处理单元21具有减小动态带宽分配的最大吞吐量的功能。

(1)当由于在光线路终端1上进行中继时将VLAN标签提供给上行帧F1和F2导致上行帧F1和F2的数据量增加时；

(2)当由于在光线路终端1上进行中继时上行帧F1和F2的MAC中MAC封装导致上行帧F1和F2的数据量增加时；以及

(3)当SNI侧的发送速率低于PON侧的接收速率时。

具体地说，DBA处理单元21包括计算单元24和分配执行单元25，计算单元24基于在上述管理表22和23中保持的值来计算分配带宽上限（max_bw），该带宽上限的值被减小为使得上行帧F1和F2可被可靠地中继；分配执行单元25在计算的分配带宽上限（max_bw）的范围内执行动态带宽分配。

注意，其最大吞吐量将被减小的LLID包括如同对于匹配上述条件(1)至(3)的LLID那样针对同一目的地SNI端口设置的所有那些LLID。

[管理表的记录内容]

上述管理表22和23中的LLID管理表（以下，称为第一表）22可保持以下值：

(a)提供给每个光网络单元2的LLID；

(b)PON端口编号（上行接收端口）；

(c)SNI端口编号（上行发送端口）；

(d)max_bw_usr（用户设置的分配带宽上限）；

(e)max_bw_i（只针对LLID的分配带宽上限（当连接单个光网络单元时=max_bw））；

(f)max_bw（实际分配带宽上限（=min(max_bw_usr,max_bw_sni)））；

(g)在OLT上是否提供用于上行传输的VLAN标签；

(h)在OLT上是否执行用于上行传输的MAC中MAC封装；以及

(i)在OLT上是否执行对上行传输的FEC解码。

上述SNI端口信息管理表（以下，称为第二表）23可保持以下值：

(j)每个SNI端口的端口编号；

(k)端口的传输速率；

(l)其目的地设置到该端口的LLID列表；以及

(m)max_bw_sni（为所有包括在列表中的那些LLID分配的带宽上限）。

[计算分配带宽上限的处理]

DBA处理单元21中的计算单元24通过上述发现功能监视作为动态带宽分配目的地的LLID的添加或取消。每次发生添加或取消时，计算单元24执行计算分配带宽上限（max_bw）的处理。将在下面描述该计算处理。

计算单元24针对给定的LLID计算在PON侧的接收端口的接收速率的上限α，在该上限，基于以下系数αa至αc，当接收端口的最大接收速率（传输速率）为“1”时，可以中继到上层网络6A或6B而不造成分组丢失。

(a)传输速率之间的比例系数αa

系数αa是中继目的地端口（SNI）的传输速率与接收端口（PON）的传输速率之比。因此，当SNI的传输速率和PON的传输速率相等时，αa=1。

当SNI的传输速率为1Gbps并且PON的传输速率为10Gbps时，αa=0.1，并且在相反的情况下，αa=10。

(b)数据量的增加系数αb

系数αb是代表通过对光线路终端1的中继处理而增加到上行帧F1或F2中的数据量的增加程度的系数。

例如，当上行帧F1或F2经受MAC中MAC时，如果用最差值执行计算，则最小帧（64字节）是86字节，并且因此，增加乘度最大为1.3倍，即αb=1.3。当VLAN标签被提供到上行帧F1或F2时，如果同样用最差值执行计算，则αb=68/64。

(c)数据量的减少系数αc

系数αc是代表由对光线路终端1的中继处理而导致的上行帧F1中的数据量的减少程度的系数。

在本实施例中，由于10G上行帧F1经受FEC解码，因此考虑减少系数αc是很重要的。例如，假设符合IEEE标准802.3av的FEC规范，则αc=0.87。

然后，DBA处理单元21中的计算单元24利用系数αa至αc通过以下等式来计算上述上限α：

α=min{1,αa/(αb×αc)}

如上所述，DBA处理单元21中的分配执行单元25对于确定为将向其分配超过其分配带宽上限(max_bw)的LLID执行动态带宽分配，使得分配的量减少（包括分配的量=0的情况）。

因此，DBA处理单元21中的计算单元24监视LLID的分配的累积量并基于以下等式针对其业务被中继到给定发送端口（SNI）的所有那些LLID计算分配带宽上限（max_bw）。

具体地说，计算单元24针对每个LLID利用上述上限α计算以下max_bw_i（i是LLID的自变量）并基于max_bw_i计算以下max_bw_sni和max_bw：

max_bw_i=PON接收端口的传输速率（1G或10G）×α；

max_bw_sni=（那些具有相同目的地SNI端口的LLID的max_bw_i的最小值）；以及

max_bw=min（max_bw_usr，max_bw_sni）。

因此，在上述等式中，max_bw_usr是由用户设置的用于每个LLID的分配带宽上限，并且该值被保持在第一表22中。

当分配执行单元25实际执行带宽分配时，使用分配带宽上限（max_bw）。每次计算单元24计算分配带宽上限（max_bw）时，计算单元24对其进行更新并允许第一表22保持更新后的分配带宽上限。

然后，DBA处理单元21中的分配执行单元25在第一表22中更新的分配带宽上限（max_bw）的范围内动态地将上行传输量分配到各光网络单元2A和2B。

因此，根据本实施例的DBA处理单元21，计算单元24基于来自光网络单元2的上行帧F1和F2的接收速率和上行帧F1和F2的中继目的地的发送速率来计算分配带宽上限（max_bw），在该上限，即使在中继时上行帧F1和F2的数据量增加，上行帧F1和F2仍可被中继。分配执行单元25随后在计算的分配带宽上限（max_bw）的范围内为各光网络单元动态地分配上行传输量。因此，当光线路终端1将上行帧F1和F2中继到上侧时，不发生由于缓存器溢出而导致的上行帧F1和F2的丢弃。

因此，在不需要增加光线路终端1的上侧缓冲器容量的情况下，上行帧F1和F2可被可靠地中继到上侧，使得能够以低成本制造确保上行方向的通信质量（QoS）的光线路终端1。

此外，根据本发明的方案，在该方案中作为带宽分配目的地的LLID的添加或取消触发分配带宽上限（max_bw）的更新，该方案的优点在于，例如相比其中缓存器容量被监视并且当缓存器的量超过某一阈值时执行更新的传统方案，能够减少缓冲器容量。

此外，根据本实施例的DBA处理单元21，假设在中继时不仅在上行帧F1和F2中发生数据量的增加（上述增加系数αa），而且还发生数据量的减少（上述减少系数αb），则管理在上行帧F1中发生的数据量的变化。因此，对于假设在上行帧的数据量中仅发生增加的情况，能够准确地计算分配带宽上限（max_bw）。

因此，可防止分配带宽上限（max_bw）过多地减少，使得能够为每个光网络单元2准确地分配上行传输量。

[其它变型]

上述实施例是示例性的，并且不是对本发明的限制。本发明的范围通过权利要求而非上述实施例来指示，并且因此落入权利要求的等同物的范围内的所有变化以及构造旨在被包含于本发明中。

例如，在上述实施例中，光线路终端1的SNI发送和接收单元11支持两种类型的传输速率（10Gbps和1Gbps），但是可仅利用一种类型的传输速率来执行发送和接收。此外，PON发送和接收单元10还可利用单一速率而非多种速率来执行与光网络单元2的发送和接收。

附图标记列表

1：  光线路终端

2A： 光网络单元（10Gbps）

2B： 光网络单元（1Gbps）

6A： 上层网络（10Gbps）

6B： 上层网络（1Gbps）

10： PON发送和接收单元

11： SNI发送和接收单元

12： 控制单元（动态带宽分配设备）

21： DBA处理单元

22： LLID管理表（管理单元）

23： SNI端口信息管理表（管理单元）

24： 计算单元

25： 分配执行单元

Claims (8)

1.一种动态带宽分配设备，所述动态带宽分配设备被设置在执行与多个端节点的双向通信的中继节点中，并且基于来自每个端节点的带宽请求动态地分配所述端节点的上行传输量，所述设备包括：

管理单元，所述管理单元针对每个端节点管理来自所述端节点的上行帧的接收速率、所述上行帧的中继目的地的发送速率和通过一定值代表在进行中继时在所述上行帧中发生的数据量的变化程度的系数；

计算单元，所述计算单元基于所述接收速率、所述发送速率和所述系数来计算分配带宽上限，在所述分配带宽上限，即使当所述数据量增加时，所述上行帧也能够被中继；以及

分配执行单元，所述分配执行单元在所计算的分配带宽上限的范围内，动态地分配所述端节点的上行传输量。

2.根据权利要求1所述的动态带宽分配设备，其中

所述管理单元管理相应的多个中继目的地的发送速率，

所述计算单元针对所述多个中继目的地中的每一个，基于所述接收速率中对应的一个、所述相应的多个中继目的地的发送速率中对应的一个和所述系数中对应的一个来计算分配带宽上限，在所述分配带宽上限，即使当所述数据量中对应的一个增加时，所述上行帧中对应的一个也能够被中继，以及

分配执行单元在所计算的所述中继目的地的分配带宽上限的范围内动态地分配去往该中继目的地的、每个端节点的上行传输量。

3.根据权利要求1或2所述的动态带宽分配设备，其中假设在进行中继时在所述上行帧中发生所述数据量的增加和减少这二者，则所述管理单元管理通过一定值代表所述数据量的变化程度的系数。

4.根据权利要求1所述的动态带宽分配设备，其中所述系数包括增加系数，所述增加系数通过一定值来代表由中继处理引起的所述上行帧的所述数据量的增加程度。

5.根据权利要求1所述的动态带宽分配设备，其中所述系数包括比例系数，所述比例系数是中继目的地端口的传输速率与接收端口的传输速率之比。

6.根据权利要求4或5所述的动态带宽分配设备，所述系数包括减少系数，所述减少系数通过一定值来代表由中继处理引起的所述上行帧的所述数据量的减少程度。

7.一种动态带宽分配方法，用于基于来自多个端节点的带宽请求动态地分配每个端节点的上行传输量，所述方法包括：

基于来自每个端节点的上行帧的接收速率、所述上行帧的中继目的地的发送速率和通过一定值代表在进行中继时在所述上行帧中发生的数据量的变化程度的系数来计算分配带宽上限，在所述分配带宽上限，即使当所述数据量增加时，所述上行帧也能够被中继；以及

在所计算的分配带宽上限的范围内，动态地分配所述端节点的上行传输量。

8.一种无源光网络系统中的光线路终端，所述终端通过无源分光节点来执行与多个光网络单元的双向光通信，并且将从每个光网络单元接收的上行帧中继到上层网络，所述终端包括：

管理单元，所述管理单元针对每个光网络单元管理来自所述光网络单元的上行帧的接收速率、所述上行帧的中继目的地的发送速率和通过一定值代表在进行中继时在所述上行帧中发生的数据量的变化程度的系数；

计算单元，所述计算单元基于所述接收速率、所述发送速率和所述系数来计算分配带宽上限，在所述分配带宽上限，即使当所述数据量增加时，所述上行帧也能够被中继；以及

分配执行单元，所述分配执行单元在所计算的分配带宽上限的范围内，动态地分配所述光网络单元的上行传输量。

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