CN103560936A - 一种pon系统中计算onu平均队列长度的方法 - Google Patents
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Abstract
一种PON系统中计算ONU平均队列长度的方法，涉及PON接入领域，包括：将以太网测试仪表分别同OLT网络节点和用户网络接口相连；基于逻辑链路标记或传输容器标示建立上行队列的流；在该条流上发送N个以太网包，其中100<N<10000000，调整帧与帧之间的间隔，流量小于以太网端口总体带宽利用率的20%，测量此时上行最小时延；ONU向OLT发送业务，记录短期平均时延；记录该条流上行流量的接收带宽利用率；通过上行最小时延和短期平均时延计算平均队列时延，根据上行流量接收带宽利用率和平均队列时延计算平均队列长度。本发明根据最小时延、平均时延及接收带宽利用率三个直接测量值，实时计算ONU的平均队列长度。
Description
技术领域
本发明涉及PON接入领域，具体来讲是一种PON系统中计算ONU平均队列长度的方法。
背景技术
测量ONU实际的缓存队列长度等值，对于提升PON系统的性能及远程调度DBA（Dynamically Bandwidth Assignment，动态带宽分配）的效率有较好的促进作用。
现有的以太网测试仪表，仅能根据发送的以太网报携带的signature字段计算包传输时延。目前没有任何仪表能够直接测量ONU的实际平均队列长度；也没有10G以上速率的PON侧仪表能够截取ONU的上行PON报文，并分析ONU的DBRU（带宽报告，DynamicBandwidth Report upstream）或者其它队列长度值。
申请号为201010534821.5，题目为《计算上行队列的上报长度的方法》的专利介绍了一种ONU侧根据缓存状态计算上行队列的方法；这种方法已知ONU内部缓存状态后计算出ONU的队列报告，并不是从系统测量角度，在缓存状态未知时，根据实际性能测量结果反过来推算ONU的队列长度及缓存大小。
申请号为200910215831.X，题目为《缓存队列长度测量方法及网络》的专利提出一种发送突发流测量路由器缓存状态的方法，被测对象包括单个路由器，而不是由OLT和ONU共同组建的PON接入系统。
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PON系统中计算ONU平均队列长度的方法，可以根据最小时延、平均时延及接收带宽利用率这三个直接测量值，实时计算ONU的平均队列长度，也可与ONU上报的实际队列长度的统计平均值进行比较，判断ONU上报的实际队列长度是否正确。
为达到以上目的，本发明采取一种PON系统中计算ONU平均队列长度的方法，包括如下步骤：S1.将以太网测试仪表分别同PON系统的OLT网络节点和ONU的用户网络接口相连，OLT的PON口与多个ONU互通上下行业务；S2.根据流识别，基于逻辑链路标记或传输容器标示建立基于ONU上行队列的流；S3.在固定带宽情况下，在所述流上发送N个以太网包，其中100<N<10000000，调整帧与帧之间的间隔，使该条流的流量小于以太网端口总体带宽利用率的20%，测量此时的上行最小时延；S4.ONU向OLT发送业务，等待链路稳定之后，记录该业务流的短期平均时延；同时记录该条流上行流量的接收带宽利用率；S5.通过所述上行最小时延和短期平均时延计算平均队列时延，根据所述上行流量接收带宽利用率和平均队列时延计算平均队列长度。
在上述技术方案的基础上，将所述流的上行流量调至拥塞状态，在S3中，ONU向OLT发送拥塞业务，此时测量出来的平均队列长度是本逻辑链路标记或传输容器标示最大队列长度，即本逻辑链路标记或传输容器标示能利用的有效缓存深度。
在上述技术方案的基础上，所述S2中，根据pri或者vlan流识别标识，建立基于ONU上行队列的流，其中1G/10G上行速率的10GEPON系统基于逻辑链路标记建立，1.25G/2.5G/10G上行速率的10GGPON系统基于传输容器标识建立。
在上述技术方案的基础上，所述上行总时延=线路与器件总时延+ONU用户网络接口侧接收端口队列时延+ONU PON口上行发送队列时延+OLT上行队列时延+OLT端口组帧队列时延+PON系统其它电路处理时延；其中线路是光纤线路，器件是以太网光模块、PON侧光模块以及serdes模拟器件。
在上述技术方案的基础上，所述S4中短期平均时延是一种每秒至少计算一次，并且实时显示的平均时延。
在上述技术方案的基础上，所述S4中所述带宽利用率为去除前导码和最小帧与帧之间间隔的以太网净荷速率。
在上述技术方案的基础上，所述S5中的平均队列时延=短期平均时延-上行最小时延。
在上述技术方案的基础上，所述S5中的平均队列长度=平均队列时延×上行流量的接收带宽利用率。
本发明的有益效果在于：
1、采用对每一个LLID（Logical Link Identifier，逻辑链路标记）/TCONT ID（Transmission Containers Identifier，传输容器标识）的连续实时流直接测量时延及带宽利用率，测量时不需要关心系统是否处于临界丢包状态，然后用平均队列时延及接收带宽利用率计算ONU的平均队列长度，对于PON系统的DBA性能的调测与优化有辅助的推进作用。
2、在以太网测试仪表可以分析DBRu（Dynamic Bandwidth Reportupstream，带宽报告）时，也能对ONU的DBRu的统计平均值是否正确做一个评估。例如一个包括128个ONU，1024个TCONT ID的XGPON系统，每个队列都能用本方法计算平均队列长度，对于提高上行调度DBA（动态带宽分配）系统性能，判断及定位OLT/ONU的故障，有较明显的推进作用，间接促进10G GPON/EPON系统的普及。
附图说明
图1为本发明PON测试系统连接示意图；
图2为本发明PON系统中计算ONU平均队列长度的方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明PON系统中计算ONU平均队列长度的方法，包括如下步骤：
S1.如图1所示，将以太网测试仪表分别同PON系统的OLT NNI（Network Node Interface，网络节点接口）以及ONU的UNI（UserNetwork Interface，用户网络接口）相连；PON系统中OLT的PON口与多个ONU互通上下行业务。
S2.根据pri或者vlan等流识别标识，用户在以太网测试仪表上建立基于ONU上行队列的流。其中1G/10G上行速率的10G EPON系统基于LLID建立，1.25G/2.5G/10G上行速率的10G GPON系统基于TCONT ID建立。
S3.在固定带宽情况下，在所述流上发送N个以太网包，其中100<N<10000000。因为以太网的帧长在64～1518字节之间，统计平均帧长是791字节，这样即使以端口最大速率10Gbps发送1千万个随机长帧，采集最小时延样本的时间也可以控制在6秒以上，得到的最小时延具有较好的稳定性。调整IPG间隔（Inter-Packet Gap，帧与帧之间间隔）使本条流的流量小于以太网端口总体带宽利用率的20%，以保证发送不拥塞，无轻载惩罚；轻载惩罚指的是在系统负载较低的情况下，业务的转发平均时延反而会显著增加的异常现象。进而保证OLT芯片内部时延以处理时延为主，排队时延最小，测量得到此时的上行最小时延（Tmin）。
一般情况下，如图1所示，上行方向的总时延可以近似用下式来表达：上行总时延=线路与器件总时延+ONU用户网络接口侧接收端口队列时延+ONU PON口上行发送队列时延+OLT上行队列时延+OLT端口组帧队列时延+PON系统其它电路处理时延；其中线路是光纤线路，器件是以太网光模块、PON侧光模块以及serdes等模拟器件；PON系统中的其它电路，包括加密解密等电路；OLT上行队列时延为图1中OLT帧重组缓存的排队时延。
S4.ONU向OLT发送的正常业务，等待链路稳定之后，记录该条流业务流的短期平均时延（short term average latency）；short termaverage latency是一种每秒至少计算一次，并且实时显示的平均时延。同时记录该条流上行流量的接收带宽利用率（Bandwidth_up），单位为bps，带宽利用率为去除前导码和最小IPG间隔的以太网净荷速率，以太网测试仪表，如testcenter等仪表带宽利用率的采样周期为1ms。
S5.通过所述上行最小时延（Tmin）和short term average latency计算平均队列时延（Tqueue），Tqueue=short term averagelatency-Tmin。根据所述上行流量的接收带宽利用率Bandwidth_up和Tqueue计算平均队列长度（avarage_Queue_length）；avarage_Queue_length=Tqueue×Bandwidth_up。
上述步骤中，由于ONU任意一个队列的平均队列长度小于或者等于ONU该队列的分配缓存大小值，当平均队列长度到达最大值，则该队列对应的上行流量接近或者处于拥塞状态。以所述流的上行流量为拥塞状态为一个特例，S3中ONU向OLT发送拥塞业务。ONU上行PON口该LLID/TCONT ID队列会出现拥塞。由于此时ONU UNI侧的接收端口队列时延在总体时延占用比例较小，按照上述步骤计算出来的平均队列长度接近本TCONT/LLID最大队列长度，即本LLID/TCONT ID所能利用的有效缓存深度，这一个参数和被测PON系统各条流的带宽时延积BDP密切相关。
在上述步骤中，对于10G非对称模式的PON接入系统，上行接入的速率可能为1G/2.5Gbps，一般小于10Gbps。ONU UNI的入口速率较高，但PON口的出口速率较低，这样形成了入口出口速率差，导致ONU的LLID/TCONT ID队列缓存及ONU的PON口发送队列容易出现排队或者拥塞现象。ONU UNI侧的接收端口队列时延的贡献很小；上行拥塞情况下，UNI侧的接收端口队列时延相比PON系统的毫秒数量级的总体时延，可以忽略。
在OLT侧，由于OLT的NNI出口速率较大，从ONU发送至OLT的队列中的帧能很快转发，所以OLT上行的队列时延占实际时延比重较小，OLT上行队列时延在计算ONU队列长度时可以近似忽略。如果OLT的NNI端口出口速率与OLT的PON入口速率接近，则多LLID/TCONT ID的队列时延不可忽略，必须加入补偿考虑。本发明所述的方法适用于OLT的PON入口速率小于NNI出口速率，在OLT内部分组排队较小的情形。在固定带宽上行负载较小的情况下，上行总时延等于线路、器件时延与其它电路处理时延之和，而各种排队时延所占比例不大。最小时延的数量级范围为微秒，可以通过对不同的帧长作测量得到，具体的一组测量值，以XGPON系统为例，如表1所示，表示不同帧长和不同数量TCONT ID的上行最小时延。
表1
一般情况下，上行队列时延在百微秒的数量级。通过表1可以看出，不同长度的帧的最小时延同帧长相关，同TCONT数量无关，本方法中使用了VLAN映射不同的TCONT ID来区分不同的业务流；如帧长为512字节的帧，无论测量对象是多少个TCONT ID，上行最小时延都在6.55us左右，这个值相对固定；且上行最小时延相比上行队列时延的比例较小。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。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 (8)
1.一种PON系统中计算ONU平均队列长度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将以太网测试仪表分别同PON系统的OLT网络节点和ONU的用户网络接口相连，OLT的PON口与多个ONU互通上下行业务；
S2.根据流识别，基于逻辑链路标记或传输容器标示建立基于ONU上行队列的流；
S3.在固定带宽情况下，在所述流上发送N个以太网包，其中100<N<10000000，调整帧与帧之间的间隔，使该条流的流量小于以太网端口总体带宽利用率的20%，测量此时的上行最小时延；
S4.ONU向OLT发送业务，等待链路稳定之后，记录该业务流的短期平均时延；同时记录该条流上行流量的接收带宽利用率；
S5.通过所述上行最小时延和短期平均时延计算平均队列时延，根据所述上行流量接收带宽利用率和平均队列时延计算平均队列长度。
2.如权利要求1所述的PON系统中计算ONU平均队列长度的方法，其特征在于：将所述流的上行流量调至拥塞状态，在S3中，ONU向OLT发送拥塞业务，此时测量出来的平均队列长度是本逻辑链路标记或传输容器标示最大队列长度，即本逻辑链路标记或传输容器标示能利用的有效缓存深度。
3.如权利要求1所述的PON系统中计算ONU平均队列长度的方法，其特征在于：所述S2中，根据pri或者vlan流识别标识，建立基于ONU上行队列的流，其中1G/10G上行速率的10G EPON系统基于逻辑链路标记建立，1.25G/2.5G/10G上行速率的10G GPON系统基于传输容器标识建立。
4.如权利要求1所述的PON系统中计算ONU平均队列长度的方法，其特征在于：所述上行总时延=线路与器件总时延+ONU用户网络接口侧接收端口队列时延+ONU PON口上行发送队列时延+OLT上行队列时延+OLT端口组帧队列时延+PON系统其它电路处理时延；其中线路是光纤线路，器件是以太网光模块、PON侧光模块以及serdes模拟器件。
5.如权利要求1所述的PON系统中计算ONU平均队列长度的方法，其特征在于：所述S4中短期平均时延是一种每秒至少计算一次，并且实时显示的平均时延。
6.如权利要求1所述的PON系统中计算ONU平均队列长度的方法，其特征在于：所述S4中所述带宽利用率为去除前导码和最小帧与帧之间间隔的以太网净荷速率。
7.如权利要求1所述的PON系统中计算ONU平均队列长度的方法，其特征在于：所述S5中的平均队列时延=短期平均时延-上行最小时延。
8.如权利要求1或7所述的PON系统中计算ONU平均队列长度的方法，其特征在于：所述S5中的平均队列长度=平均队列时延×上行流量的接收带宽利用率。
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