CN102710362A - 多波长共享型wdm-pon系统中的下行动态波长分配方法 - Google Patents

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沈建华
邢盈盈
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Abstract

本发明公开了一种多波长共享型WDM-PON系统中的下行动态波长分配方法，属于光通信技术领域。所述多波长共享型WDM-PON系统包括光线路终端及经由光纤与所述光线路终端连接的多个光网络单元，各光网络单元均分配有一个专用波长，各光网络单元可使用其专用波长以及至少一个共享波长接收下行数据；业务被预先分为高和低两种优先级；当新的业务包到达时，按照专用波长优先的原则进行波长分配；OLT定期轮询各波长的队列情况，根据并根据各个波长队列状况进行波长重新分配，重新分配波长按照高优先级业务优先占用专用波长的原则。本发明通过引入波长重分配机制保证不同业务的QoS，能够更好地适应不同用户业务需求的多样性。

Description

多波长共享型WDM-PON系统中的下行动态波长分配方法
技术领域
本发明涉及一种无源光网络中的波长分配方法，尤其涉及一种多波长共享型WDM-PON（波分复用的无源光网络）系统中的下行动态波长分配方法，属于光通信技术领域。
背景技术
无源光网络(PON)是光接入网的重要实现技术之一，与现今广泛使用的基于时分复用的无源光网络(TDM-PON)而言，WDM-PON具有结构简单和带宽分配灵活等优点，是未来PON系统主要的发展方向。随着包括高清晰度电视(HDTV)等高带宽业务需求的快速发展，接入网络中的流量需求大幅提升，易导致网络负荷增加和网络拥塞，继而影响用户的服务质量(QoS)水平。传统的WDM-PON系统采取为每个ONU固定分配一对波长，适用于业务需求固定或变化较少的网络环境。网络业务研究表明：当WDM-PON系统中出现业务需求波动较大或业务需求超出预设的固定线路传输速率时，将无法保证业务的服务质量。一篇文献中(Huang Song and Biswanath Mukherjee. Shared-Wavelength WDM-PON Access Network for Supporting Downstream Traffic with QoS[C]. Optical Society of America,2006.060.4250)对传统的WDM-PON网络进行了改进，提出了一种多波长共享型WDM-PON网络系统，在现有WDM-PON网络中，OLT为每个ONU分配一对专用波长的基础上，增加若干个共享波长信道，来提高WDM-PON网络的承载能力。多波长共享型WDM-PON的网络结构如附图1所示，网络中专用波长与共享波长分别采用C-band(1530nm-1560nm)和L-band(1560nm-1600nm)。在ONU端采用无色ONU技术，使ONU可接收专用波长和共享波长信道上的数据。
在PON网络中，常用的保证QoS的算法有BGP算法、DEB-GPS算法。其中BGP (Bandwidth Guaranteed Polling)算法是将所有ONU划分为两个不相交的子集：带宽保证ONU子集和尽力而为ONU子集。每个带宽保证ONU都与网络提供商之间有事先达成的SLA服务等级协定，SLA指定了ONU可享有的带宽保证。BGP算法即依据所有事先达成的SLA，确定如何进行上行链路带宽分配。尽力而为ONU则与网络服务提供商之间不存在SLA，也就不享有任何带宽保证。BGP算法的优势是引入了一定的QoS保证，可以根据不同SLA，为ONU提供不同的带宽保证；而DEB (Deterministic Effective Bandwidth，确定有效带宽)-GPS算法，利用了确定性有效带宽用于接纳控制和资源分配，此外还采用GPS类调度算法。在DEB-GPS机制中，ONU可以有多个队列，每个队列对应一个业务源或者一类业务，每个队列根据需求划分为QoS队列或尽力而为队列。QoS队列的输入源，符合漏桶参数限制，包括峰值速率、最大突发长度以及平均速率等QoS描述参数。每个源可以指定其能容忍的最大时延。漏桶业务流参数以及时延限制用于确定在不违反时延限制的条件下，系统是否可以支持在所有ONIJ包含的这些QoS队列业务流，所采用的方法是确定性有效带宽理论。 DEB带宽分配方法的优点在于可以给队列业务流提供确定性QoS保证。此外，尽力而为业务流也可利用QoS业务流不使用的带宽传输数据，提高了带宽利用率。但是以上两种算法仅适用于PON 网络上行带宽的动态分配。
在WDM-PON网络为每个ONU分配一对波长，实现虚拟点到点通信，上行方向上有富裕的带宽资源，随着IPTV等宽带业务的应用及用户需求的日益多样化，来自骨干网的突发业务使得WDM-PON 网络下行方向的动态波长分配算法的技术研究显得尤为迫切。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种多波长共享型WDM-PON系统中的下行动态波长分配方法，可以支持不同服务质量等级(QoS)业务的需求。
本发明具体采用以下技术方案：
一种多波长共享型WDM-PON系统中的下行动态波长分配方法，所述多波长共享型WDM-PON系统包括光线路终端及经由光纤与所述光线路终端连接的多个光网络单元，各光网络单元均分配有一个专用波长，各光网络单元可使用其专用波长以及至少一个共享波长接收下行数据；业务被预先分为高（HP）和低（BE）两种优先级；
当新的下行业务包到达时，光线路终端根据其所属业务类别对其标记优先级，然后查询该业务的目标光网络单元所对应的专用波长上的业务队列长度是否小于预设的该专用波长的队列长度上限阈值                                                
Figure 2012102029147100002DEST_PATH_IMAGE001
，如是，则将该业务放入相应的专用波长业务队列中；如否，则接着查询共享波长上的业务队列长度是否小于预设的共享波长队列长度阈值
Figure 767602DEST_PATH_IMAGE002
，如是，则将该业务放入共享波长业务队列中，如否，则丢弃该业务包；
光线路终端定期对各波长上的业务队列进行轮询，并根据各个波长队列状况进行波长重新分配，具体如下：首先轮询各专用波长上的业务队列，如专用波长上的业务队列长度小于预设的该专用波长的队列长度下限阈值
Figure 2012102029147100002DEST_PATH_IMAGE003
，则查询共享波长上的业务队列中是否存在与该专用波长对应的业务，如存在，则将该业务转入专用波长队列；如不存在，则本次轮询结束；如专用波长上的业务队列长度大于该专用波长的队列长度上限阈值，则将该专用波长上的业务队列中的低优先级业务转入共享波长队列；如专用波长上的业务队列长度介于
Figure 875421DEST_PATH_IMAGE001
与
Figure 161040DEST_PATH_IMAGE003
之间，则不进行波长重新分配；其中,<
Figure 576551DEST_PATH_IMAGE001
。
优选地，所述阈值
Figure 863176DEST_PATH_IMAGE001
、满足以下条件：
Figure 84390DEST_PATH_IMAGE004
 
Figure 2012102029147100002DEST_PATH_IMAGE005
其中，
Figure 870818DEST_PATH_IMAGE006
为第
Figure 2012102029147100002DEST_PATH_IMAGE007
个专用波长的业务队列中第
Figure 151015DEST_PATH_IMAGE008
个业务的最大速率，C为专用波长信道最大线路输出速率，
Figure 2012102029147100002DEST_PATH_IMAGE009
是轮询时间，
Figure 394914DEST_PATH_IMAGE010
为系统允许的最大包时延，为属于
Figure 961418DEST_PATH_IMAGE012
的比例系数。
本发明对现有多波长共享型WDM-PON系统中的下行波长分配方法进行改进，通过引入波长重分配机制保证不同业务的QoS，能够更好地适应不同用户业务需求的多样性。
附图说明
图1为多波长共享型WDM-PON系统的结构示意图；
图2为本发明方法中新到达业务包的波长分配流程；
图3为本发明方法中动态波长重分配流程。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
仍以附图1所示的多波长共享型WDM-PON系统为例，假定多波长共享WDM-PON结构中有4个专用波长信道，1个共享波长信道及4个ONU；OLT 端输入端输出端线路速率相等(1Gbps)；专用波长与共享波长分别采用C-band(1530nm-1560nm)和L-band(1560nm-1600nm)，在ONU端采用无色ONU技术，使ONU可接收专用波长和共享波长信道上的数据。
在传统的WDM-PON网络结构中，每个波长业务队列应满足以下关系式：
Figure 2012102029147100002DEST_PATH_IMAGE013
                                        
在多波长共享型WDM-PON网络中，每个专用波长对列满足以下关系式：
   
Figure 798924DEST_PATH_IMAGE014
                                   
其中，
Figure 2012102029147100002DEST_PATH_IMAGE015
为专用波长信道上第i个ONU的第
Figure 738936DEST_PATH_IMAGE008
个业务流的平均速率，
Figure 853654DEST_PATH_IMAGE016
 代表专用波长信道上第i个ONU第
Figure 2012102029147100002DEST_PATH_IMAGE017
个业务包的平均速率，
Figure 602778DEST_PATH_IMAGE018
为波长共享率（即共享波长数与专用波长数n的比值）。我们可以将定义为业务承载，传统的WDM-PON的业务承载小于1，而多波长共享WDM-PON结构因共享波长信道的存在，理论上，业务承载可以达到(1+1/
Figure 865263DEST_PATH_IMAGE020
)，从而提高了WDM-PON网络对突发业务的承载能力，降低了网络时延。
本发明的下行动态波长分配方法包括两个阶段：新到达业务包的波长分配和动态波长重分配。其中，新到达业务包的波长分配流程如图2所示，包括以下步骤：
步骤1、当来自核心网的业务包到达OLT端，OLT端记录业务包的类型等相关信息，并标记相关的优先级；
步骤2、OLT端查询该业务的目标光网络单元所对应的专用波长上的业务队列长度是否小于预设的该专用波长的队列长度上限阈值，如是，则转步骤3；如否，则转步骤4； 
步骤3、将该业务放入相应的专用波长业务队列中；
步骤4、查询共享波长上的业务队列长度是否小于预设的共享波长队列长度阈值
Figure 561878DEST_PATH_IMAGE002
，如是，则将该业务放入共享波长业务队列中，如否，则丢弃该业务包。
本发明还采用动态波长重分配机制来对各波长队列进行重新调整，其流程如图3所示，包括以下步骤：
步骤1、OLT定期轮询各专用波长队列的情况，如专用波长上的业务队列长度小于预设的该专用波长的队列长度下限阈值
Figure 358933DEST_PATH_IMAGE003
，则转至步骤2；如专用波长上的业务队列长度大于预设的该专用波长的队列长度上限阈值
Figure 843135DEST_PATH_IMAGE001
，则转至步骤3；如专用波长上的业务队列长度介于与之间，则转至步骤4；
步骤2、查询共享波长上的业务队列中是否存在与该专用波长对应的业务，如存在，则将该业务转入专用波长队列，并转至步骤4；如不存在，则转至步骤4；
步骤3、将该专用波长上的业务队列中的低优先级业务转入共享波长队列，转至步骤4；
步骤4、本次轮询结束。 
为了尽可能减少突发业务造成的网络阻塞而导致的业务QoS的下降，同时，减少频繁的波长重选造成的不必要开销，系统应合理设置各个波长队列长度阈值，本发明中
阈值
Figure 185145DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 343594DEST_PATH_IMAGE003
满足以下条件：
Figure 366782DEST_PATH_IMAGE004
 
Figure 294287DEST_PATH_IMAGE005
其中，
Figure 246194DEST_PATH_IMAGE006
为第
Figure 891939DEST_PATH_IMAGE007
个专用波长的业务队列中第个业务的最大速率，C为专用波长信道最大线路输出速率，
Figure 503759DEST_PATH_IMAGE009
是轮询时间，
Figure 626567DEST_PATH_IMAGE010
为系统允许的最大包时延，
Figure 759608DEST_PATH_IMAGE011
为属于
Figure 124599DEST_PATH_IMAGE012
的比例系数。
假定每个专用波长上存在20个业务包，每个业务包的速率为100Mbps，OLT端的输出速率为1Gbps，轮询的时间10msec，该波长信道允许的最大时延为20msec，那么，可以设置为
Figure 2012102029147100002DEST_PATH_IMAGE021
为10Mbps，
Figure 839745DEST_PATH_IMAGE022
为5Mbps，
Figure 2012102029147100002DEST_PATH_IMAGE023
为0.5。

Claims (2)

1.一种多波长共享型WDM-PON系统中的下行动态波长分配方法，所述多波长共享型WDM-PON系统包括光线路终端及经由光纤与所述光线路终端连接的多个光网络单元，各光网络单元均分配有一个专用波长，各光网络单元可使用其专用波长以及至少一个共享波长接收下行数据；其特征在于，业务被预先分为高和低两种优先级；
当新的下行业务包到达时，光线路终端根据其所属业务类别对其标记优先级，然后查询该业务的目标光网络单元所对应的专用波长上的业务队列长度是否小于预设的该专用波长的队列长度上限阈值                                               
Figure 2012102029147100001DEST_PATH_IMAGE002
，如是，则将该业务放入相应的专用波长业务队列中；如否，则接着查询共享波长上的业务队列长度是否小于预设的共享波长队列长度阈值
Figure 2012102029147100001DEST_PATH_IMAGE004
，如是，则将该业务放入共享波长业务队列中，如否，则丢弃该业务包；
光线路终端定期对各波长上的业务队列进行轮询，并根据各个波长队列状况进行波长重新分配，具体如下：首先轮询各专用波长上的业务队列，如专用波长上的业务队列长度小于预设的该专用波长的队列长度下限阈值
Figure 2012102029147100001DEST_PATH_IMAGE006
，则查询共享波长上的业务队列中是否存在与该专用波长对应的业务，如存在，则将该业务转入专用波长队列；如不存在，则本次轮询结束；如专用波长上的业务队列长度大于该专用波长的队列长度上限阈值，则将该专用波长上的业务队列中的低优先级业务转入共享波长队列；如专用波长上的业务队列长度介于
Figure 359673DEST_PATH_IMAGE002
与
Figure 279087DEST_PATH_IMAGE006
之间，则不进行波长重新分配；其中,
Figure 284958DEST_PATH_IMAGE006
<
Figure 998836DEST_PATH_IMAGE002
。
2.如权利要求1所述多波长共享型WDM-PON系统中的下行动态波长分配方法，其特征在于，所述阈值
Figure 857202DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 314728DEST_PATH_IMAGE006
满足以下条件：
Figure 2012102029147100001DEST_PATH_IMAGE008
 
Figure 2012102029147100001DEST_PATH_IMAGE010
其中，为第
Figure 2012102029147100001DEST_PATH_IMAGE014
个专用波长的业务队列中第
Figure 2012102029147100001DEST_PATH_IMAGE016
个业务的最大速率，C为专用波长信道最大线路输出速率，
Figure 2012102029147100001DEST_PATH_IMAGE018
是轮询时间，
Figure 2012102029147100001DEST_PATH_IMAGE020
为系统允许的最大包时延，
Figure 2012102029147100001DEST_PATH_IMAGE022
为属于的比例系数。
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