CN103441957A - 一种动态带宽分配中对慢速带宽计算电路的适配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种动态带宽分配中对慢速带宽计算电路的适配方法，在10吉比特容量无源光网络中，将动态带宽分配电路的电路架构分成若干电路模块，所述电路模块包括：DBA计算电路，带宽上报电路，带宽下发电路，其中带宽上报电路和带宽下发电路构成带宽下发和上报电路，带宽上报电路经过上报适配电路后输入到DBA计算电路，DBA计算电路经过下发适配电路后输出到带宽下发电路。本发明所述的适配方法，在10吉比特容量无源光网络中，将动态带宽分配电路的电路架构分成若干电路模块，能实现将慢速度、时间不固定的DBA计算电路适配到XG-PON系统中去，并且能得到较好的DBA性能。
Description
技术领域
本发明涉及10吉比特容量无源光网络计算电路，具体说是一种动态带宽分配中对慢速带宽计算电路的适配方法。尤指10吉比特容量无源光网络的动态带宽分配电路中，对慢速带宽计算电路的适配方法。
背景技术
Internet的飞速发展带来了数据业务的迅速增长，对宽带接入技术的需求也越来越高。而PON（Passive Optical Network，无源光网络）因其成本低、可靠性高、维护少、带宽高等优点而得到了广泛的应用。其中XG-PON（10-Gigabit-capable Passive OpticalNetwork，10吉比特容量无源光网络）将数据传输速率提高到了10吉比特等级，具有较好的发展前景。
在XG-PON系统中，OLT（Optical Line Termination，光线路终端）是使用DBA（Dynamic Bandwidth Assignment，动态带宽分配）技术将上行流量发送机会分配给ONU（Optical Network Unit，光网络单元）中的流量承载实体的。
ITU-T（国际电信联盟电信标准化部门，负责制定通信领域的标准，International Telecommunication Union TelecommunicationStandardization Sector）关于XG-PON的G.987.3建议中对于DBA的参考模型进行了明确的定义。定义包括参考模型的输入、输出和计算方法。其中：
输入包括两部分：第一部分为带宽配置参数输入，包含一系列参数用于描述每条上行数据流的带宽配置；第二部分为流量负荷输入，反映流量上报信息，随上行数据流所需要的流量带宽的变化而变化，记为RL(t)，其单位为bit/s。
输出为已分配的带宽，描述DBA经过计算之后，能够分配给该上行数据流的流量带宽，记为R，其单位为bit/s。
计算方法则描述了如何根据输入数据（指带宽配置参数和流量负荷）得出输出数据的计算步骤。对于给定的带宽配置参数和流量负荷，根据建议可以得到确定的带宽输出值（指已分配的带宽）。
对于DBA参考模型计算方法的电路实现，其计算速度反映了由给定的输入数据计算出输出数据所需要耗费的时间，该计算速度有以下特点：
1）DBA参考模型的计算方法十分复杂，具体表现在其步骤较多，同时计算过程中包含较多的乘除法计算，这会导致其计算速度通常较慢；
2）为了增加电路的灵活性，同时针对DBA算法的特点，电路中通常会选择使用嵌入式处理器和软件的方式来实现DBA算法，而软件的计算速度通常远慢于硬件，同时嵌入式处理器的计算能力受面积和频率的限制较大，这进一步减慢了计算速度；
3）和1G速率的G-PON（Gigabit-capable Passive OpticalNetwork，1吉比特容量无源光网络）或EPON（Ethernet PassiveOptical Network，以太网无源光网络）系统相比，10G速率的XG-PON系统需要支持更多条上行数据流，而DBA计算时间和上行数据流的条数正相关，这导致同样条件下XG-PON系统中DBA计算速度会更慢；
4）由于系统中上行数据流的条数是不确定的，因此当系统中注册的上行数据流的条数不同的时候，DBA的计算时间是不确定的，当上行数据流条数较少的时候，计算速度较快，而当上行数据流条数较多的时候，计算速度较慢；
5）即使在上行数据流条数固定的情况下，根据算法定义，如果某些上行数据流的上行流量要求发生的变化，例如从流量为0增加到一个较大的流量，DBA的计算时间也会发生变化。
但是对于整个XG-PON系统的电路实现来说，DBA的计算速度是一个十分重要的问题。根据G.987.3建议，XG-PON电路对DBA的带宽下发存在一些限制和要求，这主要表现在以下几个方面：
1）G.987.3建议规定XG-PON系统的上行和下行物理帧的帧长为125us，同时一些相关的时间参数也基本处于同一数量级，因此DBA的带宽下发的周期不能和这一水平差的太远；
2）G.987.3建议中对DBA存在性能方面的要求，而如果DBA的计算速度太慢，会导致带宽下发对于流量上报的响应速度过慢，而导致电路无法达到性能要求；
3）DBA在XG-PON系统中对上行流量起到调度作用，作为调度器，其调度周期最好能较为固定，这样能带来更好的业务延时和抖动等性能；因此DBA的带宽下发的间隔最好不要随上行数据流的条数以及流量情况而变化。
因此如何解决这一矛盾，是电路实现必须考虑的问题。
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动态带宽分配中对慢速带宽计算电路的适配方法，在10吉比特容量无源光网络中，将动态带宽分配电路的电路架构分成若干电路模块，能实现将慢速度、时间不固定的DBA计算电路适配到XG-PON系统中去，并且能得到较好的DBA性能。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种动态带宽分配中对慢速带宽计算电路的适配方法，其特征在于：在10吉比特容量无源光网络中，将动态带宽分配电路的电路架构分成若干电路模块，所述电路模块包括：
DBA计算电路，DBA计算电路完成一次计算的时间为“DBA计算周期”，DBA计算周期为一个不固定的值，随数据流的条数和每条数据流的带宽需求变化，
带宽上报电路，
带宽下发电路，
其中带宽上报电路和带宽下发电路构成带宽下发和上报电路，带宽下发和上报电路下发带宽的周期为“带宽下发和上报周期”，带宽下发和上报周期为一个确定的数值，
带宽上报电路经过上报适配电路后输入到DBA计算电路，
DBA计算电路经过下发适配电路后输出到带宽下发电路。
在上述技术方案的基础上，按G.987.3建议规定的DBA流量模型实现DBA计算电路，DBA计算电路的输入和输出分别对应于DBA流量模型的输入和输出；
输入为流量负荷输入，记之为RLDBA(t)；
输出为已分配的带宽，记之为RDBA(t)；
DBA计算周期记为TDBA(t)，这是一个随时间变化的值；
对于时刻t0，RLDBA(t0)应该反映TDBA(t0)这一周期内的流量负荷输入，而计算结果RDBA(t0)则应该指导下一个DBA计算周期内的带宽下发。
在上述技术方案的基础上，带宽下发电路将DBA计算电路输出的已分配带宽插入到XG-PON带宽下发帧格式中去，
带宽上报电路将XG-PON数据流中的流量信息提取并转换为DBA计算电路的流量负荷输入。
在上述技术方案的基础上，带宽下发电路实现的是周期性的带宽下发，设带宽下发周期为TBW，该参数的选择将依据XG-PON电路对DBA的带宽下发存在的限制和要求，设带宽下发电路每个TBW中下发的带宽为RBW(t)。
在上述技术方案的基础上，带宽下发周期TBW选择数值上为下行物理帧周期的数倍的一个不随时间变化的定值。
在上述技术方案的基础上，带宽上报电路实现的是周期性的带宽需求上报，上报信息何时到达由以前的带宽下发决定，因此带宽上报电路为一个被动的接收电路，其周期应该和TBW一致，将其对应于每个TBW输出的上报信息记为RLBW(t)。
在上述技术方案的基础上，带宽下发方向，DBA计算电路的输出为已分配的带宽RDBA(t)，每隔DBA计算周期TDBA(t)输出一次，而带宽下发电路每隔带宽下发周期TBW下发一次，下发带宽为RBW(t)，下发带宽RBW(t)应该受到已分配的带宽RDBA(t)的指导，具体来说：在某个DBA计算周期TDBA(t)内，下发带宽RBW(t)应该由上一个DBA计算周期中DBA计算电路输出的已分配的带宽RDBA(t)来决定，下发适配电路完成二者之间的适配。
在上述技术方案的基础上，在带宽上报方向，带宽上报电路每个带宽下发周期TBW输出上报信息RLBW(t)，而DBA计算电路需要每个DBA计算周期TDBA(t)输入流量负荷RLDBA(t)，上报适配电路将完成二者之间的适配。
在上述技术方案的基础上，具体适配方法为：下发适配电路记录已分配的带宽RDBA(t)，并使用周期性的下发电路在下一个DBA计算周期结束前持续的自动以带宽下发周期TBW为周期下发已分配的带宽RDBA(t)。
在上述技术方案的基础上，具体适配方法为：在本轮DBA计算周期开始之后，到下一个DBA计算周期开始之前，上报适配电路记录所有的上报信息RLBW(t)，并做平均，得出的平均值作为流量负荷RLDBA(t)上报。
本发明所述的动态带宽分配中对慢速带宽计算电路的适配方法，在10吉比特容量无源光网络中，将动态带宽分配电路的电路架构分成若干电路模块，能实现将慢速度、时间不固定的DBA计算电路适配到XG-PON系统中去，并且能得到较好的DBA性能。
附图说明
本发明有如下附图：
图1本发明提出方案的电路功能结构示意图，
图2本发明实施例的电路模块框图，
图3本发明实施例中上报适配模块框图，
图4本发明实施例中下发适配模块框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明所述的动态带宽分配中对慢速带宽计算电路的适配方法，是10吉比特容量无源光网络的动态带宽分配电路中对慢速带宽计算电路的适配方法，基本思路是：
第一，设置“DBA计算周期”和“带宽下发和上报周期”两个概念，并将二者独立开来。
第二，同时在电路方面将DBA计算电路和带宽下发和上报电路独立设计。
“DBA计算周期”为DBA计算电路完成一次计算的时间，为一个不固定的值，随数据流的条数和每条数据流的带宽需求变化。
“带宽下发和上报周期”为带宽下发和上报电路下发带宽的周期，为一个确定的数值。
第三，然后使用一些设计在这两部分电路之间进行适配。
本发明所述的动态带宽分配中对慢速带宽计算电路的适配方法，包括以下步骤：
按G.987.3建议规定的DBA流量模型实现DBA计算电路，DBA计算电路的输入和输出分别对应于DBA流量模型的输入和输出；即：
输入为流量负荷输入，记之为RLDBA(t)；
输出为已分配的带宽，记之为RDBA(t)；
DBA计算周期记为TDBA(t)，这是一个随时间变化的值；
因此，对于时刻t0，RLDBA(t0)应该反映TDBA(t0)这一周期内的流量负荷输入，而计算结果RDBA(t0)则应该指导下一个DBA计算周期内的带宽下发；
带宽下发和上报电路，分为带宽下发电路和带宽上报电路两部分，其中带宽下发电路将DBA计算电路输出的已分配带宽插入到XG-PON带宽下发帧格式中去，而带宽上报电路将XG-PON数据流中的流量信息提取并转换为DBA计算电路的流量负荷输入。带宽下发电路和带宽上报电路两部分相对独立，同时根据G.987.3建议中规定的带宽上报机制，每一条数据流的带宽需求信息的上报是和该数据流所得到的带宽分配下发一一对应的，因此实际的带宽下发电路的带宽下发周期和带宽上报电路的带宽需求上报周期基本一致；
带宽下发电路实现的是周期性的带宽下发，假设带宽下发周期为TBW，该参数的选择将依据XG-PON电路对DBA的带宽下发存在的限制和要求，可以选择数值上为下行物理帧周期的数倍的一个不随时间变化的定值，这样如果按照TBW来进行带宽下发，就能满足XG-PON电路对DBA的带宽下发的限制和要求，假设带宽下发电路每个TBW中下发的带宽为RBW(t)。
带宽上报电路实现的是周期性的带宽需求上报，上报信息何时到达由以前的带宽下发决定，因此带宽上报电路为一个被动的接收电路，其周期应该和TBW一致，将其对应于每个TBW输出的上报信息记为RLBW(t)。
实际情况中，DBA计算周期TDBA(t)可能远大于带宽下发周期TBW，因此，DBA计算电路和带宽上报电路间需要通过一个上报适配电路来进行适配，DBA计算电路和带宽下发电路间需要通过一个下发适配电路来进行适配。
在带宽下发方向，DBA计算电路的输出为已分配的带宽RDBA(t)，每隔DBA计算周期TDBA(t)输出一次，而带宽下发电路每隔带宽下发周期TBW下发一次，下发带宽为RBW(t)，根据前面的描述下发带宽RBW(t)应该受到已分配的带宽RDBA(t)的指导，具体来说：在某个DBA计算周期TDBA(t)内，下发带宽RBW(t)应该由上一个DBA计算周期中DBA计算电路输出的已分配的带宽RDBA(t)来决定，下发适配电路完成二者（指下发带宽RBW(t)和已分配的带宽RDBA(t)）之间的适配，具体适配方法为：下发适配电路记录已分配的带宽RDBA(t)，并使用周期性的下发电路在下一个DBA计算周期结束前持续的自动以带宽下发周期TBW为周期下发已分配的带宽RDBA(t)。
在带宽上报方向，带宽上报电路每个带宽下发周期TBW输出上报信息RLBW(t)，而DBA计算电路需要每个DBA计算周期TDBA(t)输入流量负荷RLDBA(t)，上报适配电路将完成二者（指上报信息RLBW(t)和流量负荷RLDBA(t)）之间的适配，具体适配方法为：在本轮DBA计算周期开始之后，到下一个DBA计算周期开始之前，上报适配电路记录所有的上报信息RLBW(t)，并做平均，得出的平均值作为流量负荷RLDBA(t)上报。
按本发明所述方式实现的电路结构参见图1所示。使用这种方案，可以实现将慢速的DBA计算电路适配到支持快速带宽下发的XG-PON系统中去。
本发明存在以下优点：
（1）本发明提出的电路架构能够允许在XG-PON系统中使用慢速的DBA计算电路，这样就在DBA计算电路的实现方面提供了更大的选择空间，提供了选择更低功耗、更简化、更低成本的DBA计算电路实现的可能性。
（2）本发明提出的电路架构并不要求DBA计算电路在固定时间内完成DBA计算，而允许DBA的计算时间随数据流的条数以及流量情况随时变化，这样可以进一步简化DBA计算电路的设计。
（3）本发明出的电路架构在使用慢速DBA计算电路的情况下，由于带宽下发的周期仍然很快并且周期固定，因此仍然能够获得较好的业务延时和抖动等性能。
（4）带宽下发周期可以完全根据业务性能要求来灵活配置，完全不用考虑DBA计算电路的限制。
（5）在该架构下上报适配电路和下发适配电路易于较为精确的实现，整个信息流上并不会引入额外的误差，因此该电路架构仍能得到较高的动态带宽分配精度。
（6）该架构中DBA计算电路这一部分非常独立，和其它电路接口清晰简单，考虑到DBA计算本身功能比较复杂，因此本架构中DBA计算电路非常适合于作为单独模块开发。
本发明的一个具体实施例如图2、3、4所示，具体包括以下电路模块：
模块1：带宽上报模块。主要完成从XG-PON上行数据流中提取并计算出上行流量需求的功能。其主要包含两部分电路：XG-PON封装模式帧头中上行动态带宽报告提取电路解析XG-PON上行数据成帧，最终解析出XG-PON封装模式帧头，提取出其中的上行动态带宽报告字段，上行动态带宽报告的数值记为DBRu；上行流量计算电路计算DBRu/TBW，得出上报流量需求RLBW输出给后级上报适配模块。
模块2：上报适配模块。本模块主要完成前面描述的流量上报适配功能。其电路结构图如图3所示。来自带宽上报模块的上报流量需求RLBW被同时送入一个累加器和一个计数器，累加器对RLBW的值进行累加，累加结果记为RA；计数器对RLBW的个数进行计数，计数结果记为N。然后RA和N送入一个计算电路，计算出RA/N作为RLBW的平均值，该平均值应该为当前的DBA计算周期内的平均值，因此计数器的累加器在当前DBA计算周期结束的时刻需要被清零。该平均值即流量负荷输入RLDBA，将被输出给后级DBA计算模块。
模块3：DBA计算模块。该模块的实现选择嵌入式处理器运行DBA计算软件的方式，因此该模块为一个标准的嵌入式处理器子系统。
模块4：下发适配模块。本模块主要完成前面描述的带宽下发适配功能。其电路结构图如图4所示。来自DBA计算电路的输出已分配的带宽RDBA将首先被一个存储器记录下来，然后模块中存在一个周期性自动下发电路，能自动以TBW为周期从存储器中取出RDBA的数值并下发，该数值即为每个带宽下发周期应该下发的带宽RBW。该结果将输出给后级带宽下发模块。因为下发适配模块需要在当前DBA计算周期内重复下发上一次DBA计算模块输出的RDBA，因此每当DBA计算周期结束的时刻，RDBA被刷新，本模块也将开始下发新的数值。
模块5：带宽下发模块。主要完成将下发带宽插入到XG-PON下行数据流中去的功能。本模块首先将来自于下发适配模块的RBW输出乘以TBW，将带宽转换为时隙长度，然后由专门的电路插入到XG-PON传输汇聚层帧头中的带宽映射字段中去。
在该实施例的实际测试中，选择了低成本的嵌入式处理器子系统，实测DBA计算周期远大于带宽下发周期。在这种情况下，经测试DBA带宽分配工作正常，业务吞吐量、时延、抖动等指标全部满足要求。
图2、3、4所示实施例可采用寄存器传输级逻辑电路设计实现，即通过面向可编程逻辑器件或者专用集成电路的硬件描述语言代码设计实现。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种动态带宽分配中对慢速带宽计算电路的适配方法，其特征在于：在10吉比特容量无源光网络中，将动态带宽分配电路的电路架构分成若干电路模块，所述电路模块包括：
DBA计算电路，DBA计算电路完成一次计算的时间为“DBA计算周期”，DBA计算周期为一个不固定的值，随数据流的条数和每条数据流的带宽需求变化，
带宽上报电路，
带宽下发电路，
其中带宽上报电路和带宽下发电路构成带宽下发和上报电路，带宽下发和上报电路下发带宽的周期为“带宽下发和上报周期”，带宽下发和上报周期为一个确定的数值，
带宽上报电路经过上报适配电路后输入到DBA计算电路，
DBA计算电路经过下发适配电路后输出到带宽下发电路。
2.如权利要求1所述的动态带宽分配中对慢速带宽计算电路的适配方法，其特征在于：按G.987.3建议规定的DBA流量模型实现DBA计算电路，DBA计算电路的输入和输出分别对应于DBA流量模型的输入和输出；
输入为流量负荷输入，记之为RLDBA(t)；
输出为已分配的带宽，记之为RDBA(t)；
DBA计算周期记为TDBA(t)，这是一个随时间变化的值；
对于时刻t0，RLDBA(t0)应该反映TDBA(t0)这一周期内的流量负荷输入，而计算结果RDBA(t0)则应该指导下一个DBA计算周期内的带宽下发。
3.如权利要求2所述的动态带宽分配中对慢速带宽计算电路的适配方法，其特征在于：带宽下发电路将DBA计算电路输出的已分配带宽插入到XG-PON带宽下发帧格式中去，
带宽上报电路将XG-PON数据流中的流量信息提取并转换为DBA计算电路的流量负荷输入。
4.如权利要求3所述的动态带宽分配中对慢速带宽计算电路的适配方法，其特征在于：带宽下发电路实现的是周期性的带宽下发，设带宽下发周期为TBW，该参数的选择将依据XG-PON电路对DBA的带宽下发存在的限制和要求，设带宽下发电路每个TBW中下发的带宽为RBW(t)。
5.如权利要求4所述的动态带宽分配中对慢速带宽计算电路的适配方法，其特征在于：带宽下发周期TBW选择数值上为下行物理帧周期的数倍的一个不随时间变化的定值。
6.如权利要求5所述的动态带宽分配中对慢速带宽计算电路的适配方法，其特征在于：带宽上报电路实现的是周期性的带宽需求上报，上报信息何时到达由以前的带宽下发决定，因此带宽上报电路为一个被动的接收电路，其周期应该和TBW一致，将其对应于每个TBW输出的上报信息记为RLBW(t)。
7.如权利要求6所述的动态带宽分配中对慢速带宽计算电路的适配方法，其特征在于：带宽下发方向，DBA计算电路的输出为已分配的带宽RDBA(t)，每隔DBA计算周期TDBA(t)输出一次，而带宽下发电路每隔带宽下发周期TBW下发一次，下发带宽为RBW(t)，下发带宽RBW(t)应该受到已分配的带宽RDBA(t)的指导，具体来说：在某个DBA计算周期TDBA(t)内，下发带宽RBW(t)应该由上一个DBA计算周期中DBA计算电路输出的已分配的带宽RDBA(t)来决定，下发适配电路完成二者之间的适配。
8.如权利要求6所述的动态带宽分配中对慢速带宽计算电路的适配方法，其特征在于：在带宽上报方向，带宽上报电路每个带宽下发周期TBW输出上报信息RLBW(t)，而DBA计算电路需要每个DBA计算周期TDBA(t)输入流量负荷RLDBA(t)，上报适配电路将完成二者之间的适配。
9.如权利要求7所述的动态带宽分配中对慢速带宽计算电路的适配方法，其特征在于：具体适配方法为：下发适配电路记录已分配的带宽RDBA(t)，并使用周期性的下发电路在下一个DBA计算周期结束前持续的自动以带宽下发周期TBW为周期下发已分配的带宽RDBA(t)。
10.如权利要求8所述的动态带宽分配中对慢速带宽计算电路的适配方法，其特征在于：具体适配方法为：在本轮DBA计算周期开始之后，到下一个DBA计算周期开始之前，上报适配电路记录所有的上报信息RLBW(t)，并做平均，得出的平均值作为流量负荷RLDBA(t)上报。
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