CN104469557B - 一种提高无源光网络的上行带宽的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在光线路终端中提高无源光网络的上行带宽的方法，其中，在所述无源光网络中光线路终端具有可配置参数N，允许最多N个光网络单元注册，并且在所述无源光网络中具有数量为n的未注册光网络单元，所述光线路终端周期性发送用于光网络单元注册的发现窗口，在所述发现窗口中，每个光网络单元被分配了用于该光网络单元注册的发现时隙，所述方法包括：当N≥n>0时，所述光线路终端打开所述发现窗口，以用于所述各个光网络单元的注册；并且当n=0时，所述光线路终端关闭所述发现窗口，以用于所述各个光网络单元的上行数据的传输。而且发现窗口的大小会随着未注册光网络单元数目的减少而动态减少。

Description

一种提高无源光网络的上行带宽的方法

技术领域

本发明涉及光通信技术，尤其涉及一种提高无源光网络的上行带宽的方法。

背景技术

在光网络单元自动发现的过程中，在光线路终端上的动态带宽分配(DynamicBandwidth A11ocation)算法定期地发送MPCP发现报文来检查新连入的光网络单元，并且同时分配发现窗口。在发现窗口期间，已注册的光网络单元不允许发送上行数据。

对于10G的PON，光线路终端目前能够支持的分光比为1：128。考虑到光线路终端与每个光网络单元之间的距离在间隔0km与20km(这相应于0至200微秒的往返时间)之间是随机分布的，因此发现窗口必须考虑最大的往返时间(round-trip time)，从而引起了上行带宽的过多开销。

在现有技术中，为了解决上述问题，总是分配尽可能小的发现窗口或者尽可能大地增加发现周期。然而，一方面，发现窗口的长度是固定的，并且PON信道在自动发现期间不允许用户发送上行数据。另一方面，发现窗口越小，光网络单元的注册消息越可能碰撞。这是因为多个光网络单元会同时尝试注册。因此，这使得光网路单元的成功注册时间变长。

发明内容

基于上述考量，本发明提出了一种在光线路终端中提高无源光网络的上行带宽的方法，其中，在所述无源光网络中光网络终端具有参数N，允许最多N个光网络单元注册，并且在所述无源光网络中具有数量为n的未注册光网络单元，所述光线路终端周期性地发送用于各个光网络单元注册的发现窗口，在所述发现窗口中，每个光网络单元被分配了用于该光网络单元注册的发现时隙，所述方法包括：当N≥n>0时，所述光线路终端打开所述发现窗口，以用于各个光网络单元的注册；并且当n＝0时，所述光线路终端关闭所述发现窗口，以用于各个光网络单元的上行数据的传输。

由此减小发现窗口的时间以最小化整个信道的不可用性，也即增加了上行带宽用于传输上行数据的时间，从而相应地增加上行带宽。

在本发明的一个实施例中，数量n决定了所述发现窗口的长度W。具体地，发现时隙的长度由未注册的光网络单元的数量n所决定，而所述发现窗口的长度W等于所述发现时隙的长度S与其保护段E之和。由此，随着未注册的光网络单元的数量n的减少，发现时隙的长度S也将减少，由此发现窗口的长度W也会减少，从而使得更多的带宽被用于光网络单元的上行数据的传输。

此外，本发明还提供了如下优点：

1)因为发现窗口能够被关闭，上行带宽能够被显著地增加；

2)本发明仍遵循了IEEE802.3ah／802.3av的框架并且优化了DBA算法；

3)实现发现窗口的状态机非常容易。

4)本发明应用领域广泛，可以用于EPON和GPON。

本发明的各个方面将通过下文中的具体实施例的说明而更加清晰。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更加明显：

图1示出了发现窗口与发现时隙的关系示意图；

图2示出了为了避免碰撞而使用的随机延迟；

图3示出了发现周期的示意图；

图4示出了发现时隙的长度与未注册的光网络单元的数量的关系；

图5示出了发现窗口的状态机；以及

图6示出了发现窗口的开销与未注册的光网络单元的数量的关系。

在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示相同或相对应的部件或特征。

具体实施方式

在此先对本发明的背景做介绍。根据IEEE802.3ah／802.3av标准，光网络单元的自动发现使用多点控制协议(Multi-Point Contro1 Protoco1)的消息：GATE，REGISTER_REQ，REGISTER和REGISTER_ACK。

由于多个未注册的光网络单元可以对相同的发现GATE消息做出反应，因此各个光网络单元的REGISTER_REQ消息可能相互碰撞。在这种情况下，REGISTER_REQ消息碰撞的光网络单元不会获得REGISTER消息。如果一个光网络单元在其接收到另一发现GATE消息之前没有接收到REGISTER消息，则该光网路单元将推断发生了碰撞并且将尝试下一次注册。

图1示出了发现窗口与发现时隙的关系示意图。如图1所示，发现时隙是授予所有未注册的光网络单元进行注册的长度，也即各个光网络单元可以进行注册的时间长度。而发现窗口是光线路终端的DBA配置的时间间隔。通常而言，发现窗口的大小可以遵循下述规则：

discoveryWindoW≥discoveryS1ot+maxRTT-minRTT=discoverySlot+200μs

为了避免持久的碰撞，光线路终端分配了发现时隙，使得光网络单元足够用来传输一个REGISTER_REQ消息。每个未注册的光网络单元在发现时隙内随机延迟，然后发送REGISTER_REQ消息，例如如图2所示。

图3示出了发现周期的示意图。该发现周期是两个连续的发现窗口之间的间隔。基于网络运行配置，通常大约为10至100ms。每个发现周期由用于上行数据传输的时间段和发现窗口组成。

以上是对现有的一些理论知识的介绍，下文将详述本发明。通过上述描述可以发现，由于发现周期一般是周期性的，从而发现窗口也是周期性打开的。因此在一些情况下(例如在全部的光网络单元都已经注册的情况下)，仍旧打开发现窗口是低效的。因为在打开发现窗口期间将禁止上行数据的传输，从而影响上行带宽的利用效率。

简而言之，根据IEEE802.3ah／802.3av标准，发现窗口应当被周期性地打开来广播发现GATE消息至新连接的光网络单元。然而，发现窗口在以下情况下是不需要的：

1.已注册的光网络单元的数量达到了光线路终端的分光比。

2.网络运营商配置了N个光网络单元，并且这N个光网络单元都已经注册并且运作在正常工作模式。

通过本发明，当上述情形出现时，光线路终端的DBA可以停止广播所有的发现窗口，因为所有的光网络单元已经注册了。由此，原本的发现窗口的时间可以被用来增加上行带宽。

在其他情形下，光线路终端的DBA仍将遵循IEEE的标准将发现GATE消息广播至待注册的光网络单元。此外，依据本发明的一个实施例，随着需要注册的光网络单元数量的减少，发现时隙的长度也将变小，从而发现窗口也将相应地减少。当发现窗口的长度减少时，上行带宽将会相应增加。

在实际中，网络运营商知道在无源光网络中配置有多少个光网络单元，并且其中多少个光网络单元注册了。这两个数量的差就是在发现周期中尝试进行注册的光网络单元的数量。如果所有配置的光网络单元都已经完成注册，则光线路终端当然可以关闭发现窗口。否则，发现窗口将被周期性地广播。

下文将导出发现窗口与尝试注册的光网络单元(也即未注册的光网络单元)的数量的关系：

S：发现时隙的长度(时间)

n：未注册的光网络单元的数量

E：发现时隙的保护段。这个保护段不小于最大的往返时间(200微秒)

M：光网络单元在注册期间传输注册请求数据包(REGISTER_REQ消息)的时间M。优选地，M可以根据下式得出：

M=T_ON+T_AGC+T_CDR+|MPCPDU|+|preamble|+|IFG|+T_OFF+T_{code_group_align}。其中，T_ON表示光网络单元的激光器的打开时间，T_AGC表示自动增益控制的时间，T_CDR表示时针数据恢复时间，|MPCPDU|表示MPCP的PDU的传输时间，|preamble|表示前导序列的传输时间，|IFG|表示帧间间隔的大小，T_OFF表示光网络单元的激光器的关闭时间，以及T_{code_group_align}表示码组对齐时间。

W：发现窗口的长度=S+E。

优选地，根据本发明的一个实施例，对于n个未注册的光网络单元，发现时隙的时间长度等于：

S=M×(n+1／2)+sqrt(M×M×(n×n+n+9／4)+2×M×E×(n-1))，其中E表示所述发现时隙的保护段。优选地，E等于200微秒。并且，在上式中，优选地，

M=T_ON+T_AGC+T_CDR+|MPCPDU|+|preamble|+|IFG|+T_OFF+T_{code_group_align}=512+400+400+672+512+32=2.528微秒。

图4示出了发现时隙的长度与未注册的光网络单元的数量的关系。由图4可见，在本发明中，随着未注册的光网络单元的数量的下降，发现时隙的长度也将动态地下降，由此使得发现窗口长度的下降从而增加了上行带宽。

图5示出了发现窗口的状态机。如图5所示，N表示无源光网路中配置的光网络单元的数量，其小于或等于无源光网络的物理分光比(例如对于10G PON为128)。优选地，N是可配置和更改的。n表示未注册的光网络单元的数量，其将决定自动发现期间的发现窗口的长度。

该状态机运行规则如下：

当N≥n>0时，光线路终端打开发现窗口，以用于各个光网络单元的注册；并且

当n=0时，光线路终端关闭发现窗口，以用于各个网络单元的上行数据的传输。

根据上述发现窗口的状态机，在光线路终端DBA算法中：

1)当所有的光网络单元都已经注册时，停止发现GATE消息的广播并且关闭发现窗口。

2)根据未注册的光网络单元的数量打开并且配置发现窗口。具体地，根据未注册光网络单元的数目来计算发现时隙和发现窗口的长度。

3)无源光网路中可允许注册的光网络单元的数量N是可配置的。

图6示出了发现窗口的开销与未注册的光网络单元的数量的关系。在此，发现窗口的开销表示由于周期性广播发现窗口而造成的带宽损失，即等于发现窗口长度／发现周期。当发现周期减少时，发现窗口的开销将显著增长。例如对于一个具有16个光网络单元的10G无源光网络系统，当发现周期为50ms时，发现窗口的开销大约为0.72％，带宽损失为72M／s。当发现周期为10ms时，发现窗口的开销大约为3.59％，带宽损失为359M／s。

需要说明的是，上述实施例仅是示范性的，而非对本发明的限制。任何不背离本发明精神的技术方案均应落入本发明的保护范围之内，这包括使用在不同实施例中出现的不同技术特征，方法可以进行组合，以取得有益效果。

Claims (5)

1.一种在光线路终端中提高无源光网络的上行带宽的方法，其中，在所述无源光网络中光线路终端具有参数N,允许最多N个光网络单元注册，并且在所述无源光网络中具有数量为n的未注册光网络单元，所述光线路终端周期性地通知用于各个光网络单元注册的发现窗口，在所述发现窗口中，每个光网络单元被分配了用于该光网络单元注册的发现时隙，所述方法包括：

当N≥n>0时，所述光线路终端打开所述发现窗口，以用于所述各个光网络单元的注册；并且

当n＝0时，所述光线路终端关闭所述发现窗口，以用于所述各个光网络单元的上行数据的传输，

其中，数量n决定所述发现窗口的长度W，并且所述发现窗口的长度W等于所述发现时隙的长度S与所述发现时隙的保护段E长度的和，其中

S＝M×(n+1/2)+sqrt(M×M×(n×n+n+9/4)+2×M×E×(n–1))，E表示所述发现时隙的保护段长度，M为光网络单元在注册时的传输时间长度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，参数N是可配置的。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，参数N为所述无源光网络可允许注册的光网络单元的最大数量。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，E等于200微秒。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

M＝T_ON+T_AGC+T_CDR+|MPCPDU|+|preamble|+|IFG|+T_OFF+T_{code_group_align}，其中，T_ON表示所述光网络单元的激光器的打开时间，T_AGC表示自动增益控制的时间，T_CDR表示时针数据恢复时间，|MPCPDU|表示MPCP的PDU的传输时间，|preamble|表示前导序列的传输时间，|IFG|表示帧间间隔的大小，T_OFF表示所述光网络单元的激光器的关闭时间，以及T_{code_group_align}表示码组对齐时间。