CN104735555A

CN104735555A - 一种无源光网络的带宽分配方法

Info

Publication number: CN104735555A
Application number: CN201510101142.1A
Authority: CN
Inventors: 张民; 刘晶丹; 王丹石; 杨洋; 张治国
Original assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2015-03-06
Filing date: 2015-03-06
Publication date: 2015-06-24
Anticipated expiration: 2035-03-06
Also published as: CN104735555B

Abstract

本发明公开一种无源光网络的带宽分配方法，所述方法包括：光链路终端OLT在接收到中心光网络单元CONU发送的请求带宽分配数据包之后，根据预设的动态带宽分配DBA规则进行带宽分配；光链路终端OLT根据请求带宽分配数据包，得到请求带宽分配数据包中的第一逻辑链路标识LLID1和第二逻辑链路标识LLID2；光链路终端OLT利用LLID1和LLID2，将带宽分配的结果封装为带宽分配结果数据包；光链路终端OLT将带宽分配结果数据包发送到CONU。本发明的方法适用于长距离PON，通过对ONU进行分组、ONU采用双重逻辑链路标识LLID1和LLID2以及利用智能ODN通过两级控制机制完成动态带宽分配，可以保证用户的带宽需求，提高带宽利用率，降低延时。

Description

一种无源光网络的带宽分配方法

技术领域

本发明涉及光纤通信技术领域，具体涉及一种无源光网络的带宽分配方法。

背景技术

随着全业务运营的进一步推进和用户对语音视频数据需求的爆发式增长，城域网在迅速改革，而接入网作为最靠近用户端的部分受到了极大的冲击。光纤已成为毋庸置疑的通信介质，无源光网络(Passive Optical Network，PON)作为接入网的主流技术担负着重大的责任，但是运营商在部署接入网的时候遇到了许多无法回避的问题，比如，在节省设备投入的前提下，如何利用有限的带宽资源改善用户体验，如何在用户密度比较低的地方(如农村)合理布局光网络单元(Optical Network Unit，ONU)。

现有PON技术针对长距离无源光网络PON范围内接入大量光网络单元ONU的情况，在传统的多点控制协议(Multi-Point Control Protocol，MPCP)下，光链路终端(Optical Line Terminal，OLT)利用多点控制协议(Multi-Point Control Protocol，MPCP)直接控制大量的ONU，例如，OLT控制100个ONU，下行方向广播式发送包时OLT要复制100份下行包，并将复制后的下行包发送到每个ONU，然后每一个ONU都要去检查该包是否是发送给自己的。

现有PON技术存在的问题是：OLT在复制下行包的时候会因为大量复制增加下行包数目导致发送延时增加，并且由于大部分复制后的下行包只是针对一个ONU有效，如OLT定期发给所有ONU的注册授权信息除外，所以也造成了带宽的不必要的浪费。并且对于长距离PON中接入大量ONU，现有技术没有分组处理，利用传统的动态带宽分配方案延时较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有PON技术针对长距离无源光网络PON范围内接入大量光网络单元ONU的情况，通过OLT在复制下行包的时候会因为大量复制且依次发送导致延时增加，同时也会造成带宽的不必要的浪费的问题。

为此目的，本发明提出一种无源光网络的带宽分配方法，所述方法包括：

光链路终端OLT在接收到中心光网络单元CONU发送的请求带宽分配数据包之后，根据预设的动态带宽分配DBA规则进行带宽分配；

光链路终端OLT根据所述请求带宽分配数据包，得到所述请求带宽分配数据包中的第一逻辑链路标识LLID1和第二逻辑链路标识LLID2；

光链路终端OLT利用所述LLID1和所述LLID2，将所述带宽分配的结果封装为带宽分配结果数据包；

光链路终端OLT将所述带宽分配结果数据包发送到所述CONU。

可选的，所述LLID1为所述CONU所在光网络单元分组中的光网络单元ONU对请求带宽分配数据包添加的LLID1；

所述LLID2为所述CONU在接收到ONU发送的添加了LLID1的请求带宽分配数据包之后，对所述请求带宽分配数据包添加的LLID2。

可选的，所述LLID2采用多点控制协议MPCP中的16位二进制数的逻辑链路标签标识；所述LLID1采用m位二进制数标识，m为预设值。

可选的，所述光网络单元分组通过以下方式确定：

光链路终端OLT根据OLT与光网络单元ONU之间的距离以及ONU的物理位置，对所述ONU进行分组，得到光网络单元分组。

可选的，所述中心光网络单元CONU发送的请求带宽分配数据包，包括：

中心光网络单元CONU通过光配线网络ODN发送的请求带宽分配数据包；

其中，所述CONU为有源光网络单元；

其中，所述ODN包括：阵列波导光栅AWG和无源分光器；

其中，所述AWG用于对预设波长资源解复用，得到波长，所述波长的个数由所述AWG确定；

其中，所述无源分光器用于将所述光链路终端OLT发送的数据包和/或控制包发送到所述CONU，以及将所述CONU发送的数据包和/或控制包发送到所述光链路终端OLT。

可选的，所述光链路终端OLT将所述带宽分配结果数据包发送到所述CONU，包括：

光链路终端OLT将所述带宽分配结果数据包复制N份，N为所述CONU的个数；

光链路终端OLT将N份所述带宽分配结果数据包发送到所述光配线网络ODN；

相应地，所述ODN向所述CONU广播所述带宽分配结果数据包；

相应地，每一个光网络单元分组的CONU通过验证LLID2确定所述带宽分配结果数据包为发送到本组的带宽分配结果数据包之后，根据LLID1将所述带宽分配结果数据包通过点对点方式发送到相应的ONU处。

可选的，所述CONU包括：

第一先入先出FIFO存储器，用于存储第一业务数据；

第二先入先出FIFO存储器，用于存储第二业务数据；

第三先入先出FIFO存储器，用于存储第三业务数据；

其中，所述第一业务数据、第二业务数据以及第三业务数据的优先级依次降低。

可选的，所述根据预设的动态带宽分配DBA规则进行带宽分配，包括：

首先根据请求带宽分配数据包及预设的第一业务数据保证带宽，分配所述第一业务数据的带宽；

其次根据请求带宽分配数据包，分配所述第二业务数据的带宽；

再次分配所述第三业务数据预设基本带宽，并根据请求带宽分配数据包，分配所述第三业务数据的带宽。

可选的，所述光链路终端OLT到所述CONU采用多点控制协议MPCP，所述CONU到所述CONU所在光网络单元分组中的光网络单元ONU采用PPPoE协议。

相比于现有技术，本发明的无源光网络(PON)的带宽分配方法适用于长距离PON，通过对光网络单元ONU进行分组，每一个组包括一个CONU和若干个ONU，CONU处于每一个分组区域的中心。CONU的特点是不产生数据，只是汇聚上行信息，点到点发送下行信息。确定每个分组的中心光网络单元CONU、ONU采用双重逻辑链路标识LLID1和LLID2以及利用智能光配线网络通过两级控制机制完成动态带宽分配，其中智能光配线网络由光配线网络(Optical Distribution Network，ODN)和CONU组成，可以保证用户的带宽需求，在有限的资金投入和带宽资源条件下，提高带宽利用率，降低延时。

附图说明

图1示出了一种无源光网络的带宽分配方法流程图；

图2示出了双重逻辑链路标识和两级控制机制流程图；

图3示出了一种光网络单元分组结构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例公开一种无源光网络PON的带宽分配方法，所述方法可包括以下步骤：

S1、光链路终端OLT在接收到中心光网络单元CONU发送的请求带宽分配数据包之后，根据预设的动态带宽分配DBA规则进行带宽分配；

S2、光链路终端OLT根据所述请求带宽分配数据包，得到所述请求带宽分配数据包中的第一逻辑链路标识LLID1和第二逻辑链路标识LLID2；所述LLID1为所述CONU所在光网络单元分组中的光网络单元ONU对请求带宽分配数据包添加的LLID1；所述LLID2为所述CONU在接收到ONU发送的添加了LLID1的请求带宽分配数据包之后，对所述请求带宽分配数据包添加的LLID2；

S3、光链路终端OLT利用所述LLID1和所述LLID2，将所述带宽分配的结果封装为带宽分配结果数据包；

S4、光链路终端OLT将所述带宽分配结果数据包发送到所述CONU，具体地：

相应地，所述ODN向所述CONU广播所述带宽分配结果数据包；

本实施例中，所述LLID2采用多点控制协议MPCP中的16位二进制数的逻辑链路标签标识；所述LLID1采用m位二进制数标识，m为预设值。

本实施例中，所述光网络单元分组通过以下方式确定：

本实施例中，所述中心光网络单元CONU发送的请求带宽分配数据包，包括：

其中，所述CONU为有源光网络单元；

其中，所述ODN包括：阵列波导光栅AWG和无源分光器；

本实施例中，所述CONU包括：

第一先入先出FIFO存储器，用于存储第一业务数据；

第二先入先出FIFO存储器，用于存储第二业务数据；

第三先入先出FIFO存储器，用于存储第三业务数据；

在具体应用中，无源光网络PON可同时承载包括TDM数据专线，VoIP语音，IPTV视频和Internet上网业务在内的多种业务。ONU会根据业务类型的不同通过802.1P技术为数据帧添加不同的优先级标识。本实施例的CONU会根据数据帧中不同的优先级标识将数据放入相应的队列中。如语音业务对延时具有严格要求，数据帧中优先级标识为0，Web浏览类延时要求次之，数据帧中优先级标识为1，电子邮件类延时要求更次，数据帧中优先级标识为2。

本实施例中，根据预设的动态带宽分配DBA规则进行带宽分配，具体包括：

首先根据请求带宽分配数据包及预设的第一业务数据保证带宽，分配所述第一业务数据的带宽；如果请求带宽分配数据包中请求的带宽小于预设的第一业务数据保证带宽，则可以给第一业务数据分配请求的带宽，如果请求的带宽大于预设的第一业务数据保证带宽，则给第一业务数据分配的带宽为保证带宽；

其次根据请求带宽分配数据包，分配所述第二业务数据的带宽；为了降低第二业务数据时延，在周期K中除了分配周期K-1中未预测分配的带宽请求外，还要加上预测的周期K+1的中优先级带宽请求。虽然业务具有突发性，但是可以对Δ时间内的轮询周期对第二业务数据带宽的分配情况求均值以得出预测带宽；

再次分配所述第三业务数据预设基本带宽，并根据请求带宽分配数据包，分配所述第三业务数据的带宽。本实施例中为了避免第三业务数据由于优先级最低而始终得不到带宽，设置了一个min值(即基本带宽)，在这个基础上根据带宽请求分配带宽。

在具体应用中，每个光网络单元分组的中心是一个CONU，以该CONU为圆心，以D为半径接入M个ONU。每个ONU连接到各个终端用户，为用户提供语音、视频、数据各类业务。即该拓扑中包含一个OLT，N*M个ONU。

本实施例提出一种按照距离和物理位置对ONU进行分组的方法、多点控制协议(Multi-Point Control Protocol，MPCP)+以太网承载点到点协议(Point to Point Protocol over Ethernet，PPPoE)的两级控制机制实现动态带宽分配、双重逻辑链路标识机制，在传统ODN的基础上添加CONU实现了一种智能光配线网络(Optical Distribution Network，ODN)的方案。

(1)本实施例中提出了一种根据OLT和ONU之间的距离以及各个ONU的物理位置对ONU进行分组的方法，具体的分组方法将在下面的实施例中介绍。

(2)本实施例提出的双重逻辑链路标识和两级控制机制如图2所示：

Step1：上行方向的数据包和控制包首先在ONU处添加标签LLID1，然后上传至CONU；

Step2：本分组内的ONU的上行包汇聚到本分组的CONU处，经过统一的封包添加链路标识LLID2，所有包经过传统ODN上传至OLT端；

其中，LLID2用传统MPCP协议中的16位二进制数的逻辑链路标签标识，同时为了节省开销，LLID1用m位二进制数标识(假如每组内的ONU数目是M，2^m≥M，m取满足条件的最小值)。这样就可以区分每一个ONU以及确定该ONU属于哪个分组。

Step3：OLT端收到Report包后进行动态带宽分配(Dynamically Bandwidth Assignment，DBA)算法，向ONU发送Gate包，每一个Gate包同样具有LLID1和LLID2双重链路标识；Gate包被OLT用来向ONU传输带宽分配信息；Report包被ONU用来向OLT传输带宽请求信息；

Step4：OLT发送的Gate包被复制成N份，在传统ODN处广播；每一个分组的CONU接收到Gate包后，通过验证LLID2判断该Gate包是否是发送到本组的Gate包；如果是，则根据LLID1点对点发送到相应的ONU处；如果不是，则丢弃。

(3)本实施例的智能ODN结合了传统ODN设备和CONU设备，在两级控制机制中起着重要作用。MPCP的功能包括ONU的自动发现和加入、ONU发送时隙的分配、向高层报告拥塞情况以便动态带宽分配。从OLT到CONU采用MPCP及其他以太网协议，从CONU到边缘ONU采用点到点方式传输。

本实施例中涉及的传统ODN部分是阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating，AWG)和无源分光器等无源器件，AWG完成了多个波长的解复用，无源分光器的功能是分发下行数据，并集中上行数据；作为在分组拓扑中具有重要作用的CONU则是有源设备，该设备可以实现光电光的转换，因为CONU和ONU之间依然是光纤，所以CONU要实现光电光的转换，CONU与边缘ONU之间采用PPPoE协议。CONU在下行包传输中的作用是分析包的LLID2，如果LLID2与本分组的LLID2一致，那么则根据LLID1点对点将包发送给相应的ONU；如果LLID2与本分组的LLID2不一致，则丢弃。CONU在上行传输中的作用是汇聚分组内的ONU的Report包和Data包，为每一个包添加LLID2，以表明该信息是来自于哪个分组。相对于OLT和传统ODN部分来说，CONU实现了ONU的功能；相对于ONU来说，CONU实现了ODN中对包的控制和分发的功能。

(4)本实施例提出一种在一个OLT和多个ONU的网络中，利用多波长和多频隙进行带宽分配的方案。如(1)中所述将ONU分组后，将m个分组划分为一个群落，每一个波长为一个群落提供带宽资源，在一个群落中利用多频隙进行带宽分配。

本发明提出的方法以多点控制协议(MPCP)为基础，在长距离无源光网络(PON)中对ONU进行分组，利用双重LLID标识ONU以及该ONU所在的组别。在MPCP中，Gate信息被OLT用来向ONU传输带宽分配信息；Report信息被ONU用来向OLT传输带宽请求信息。对大量ONU进行分组，便于OLT的分组控制，这样会减少无用的下行包的复制和传送。利用传统的MPCP协议，如果OLT要控制N*M个ONU，下行方向广播式发送包时要复制N*M份，然后每一个ONU都要去检查该包是否是发送给自己的。利用本实施例中的分组方法、MPCP+PPPoE两级控制、双重逻辑链路标识和智能ODN，下行包仅仅被复制成N份，然后每一个CONU检查该包是否是发送给自己的，如果是则按照点到点的方式发送给ONU。总的来说每一个包进行了N份的复制和一次点到点的发送。利用这样的机制可以实现一个OLT控制大量ONU时大大减少下行包的复制次数，节省带宽，降低延时。

本实施例解决了现有PON技术中大量复制下行包浪费带宽的问题，也会减少ONU处接收无效包的次数，节省开销。本实施例中提出的多波长和多频隙的带宽分配方案可以提供足够的带宽，满足高速大容量的要求。

如图3所示，本实施例给出一种光网络单元分组结构图，图3中以ODN为中心，以S为半径划分第一个群落，以L为半径划分最后一个群落。

每一个群落内有四个分组，每一个分组(图中的M_i，且i＝1，2….N)的中心ONU(即CONU)和边缘ONU的分布都如图3中M_N所示，M_N中的CONU和ONU的最远距离是D。

图2中所举实例是一个基于波分复用及正交频分复用的无源光网络(WDM-OFDM-PON)，波分复用(Wavelength Division Multiplexing，WDM)，正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)，共有四个波长，该网络中有一个OLT，128个ONU。在长距离范围内(如100KM)将所有的ONU分为N＝16个分组，即16个CONU(图中的C_i，且i＝1，2….N)，每个分组内有M＝8个ONU。

每一个波长用于一个群落，即λ₁为M₁--M₄提供带宽，λ₂为M₅--M₈提供带宽，λ₃为M₉--M₁₂提供带宽，λ₄为M₁₃--M₁₆提供带宽。

CONU₁的LLID2是1，该分组中的8个ONU的LLID1分别是0-7(为了节省开销，采用三位二进制数标识)；CONU₂的LLID2是2，该分组中的8个ONU的LLID1分别是0-7；以此类推将所有ONU的LLID1和CONU的LLID2分配完毕。

上行方向的Packet在ONU处添加标签LLID1，本组内ONU的Packet汇聚到CONU处，添加标识LLID2后到达ODN，然后上传至OLT端。OLT端收到Report包进行DBA算法后，发送具有双重逻辑链路标识的Gate包。

下行方向，OLT发送的Packet复制成16份，在ODN处广播，到达CONU，然后在CONU处通过验证LLID2判断该Packet是否是发送到本组，如果是，则按照LLID1点到点发送给ONU；如果不是，则丢弃。

本实施例的无源光网络(PON)的带宽分配方法适用于长距离PON，每一个ONU具有双重逻辑链路标识(Logical Link Identifier，LLID)，记为第一逻辑链路标识LLID1和第二逻辑链路标识LLID2，当有大量ONU接入时，可对ONU进行分组，并利用智能光配线网络(Optical Distribution Network，ODN)通过两级控制机制完成动态带宽分配，其中，智能ODN由ODN和ONU组成。利用CONU减少下行包大量复制的次数，解决现有PON技术中下行大量复制包浪费带宽的问题，保证用户的带宽需求，并且在有限的资金投入和带宽资源条件下，提高带宽利用率，降低延时。

本实施例中提出在PON中使用多波长、多频隙的资源分配方案，每一个波长分配给一个群落，在群落内为每一个分组中的ONU分配频隙。

本实施例中的CONU是一个有源设备，可以进行光电光的转换。CONU的功能是集中上行数据包和控制包，通过点到点的方式分发下行包。

本实施例中提出的CONU的向上和向下的接口都兼容以太网协议：从OLT到CONU采用MPCP及其他以太网协议，从CONU到边缘ONU采用PPPoE协议。利用两级控制可以减少下行包的复制次数，也减少了大量复制包带来的带宽浪费。

本实施例中的CONU具有FIFO存储器，对连续的数据流进行缓存。业务流在CONU按业务等级分成三个队列，对延时具有严格要求的业务进入SLA0队列，对延时不太敏感的业务进入SLA1队列和对延时不敏感的进入SLA2队列。进行带宽分配时，首先要保证SLA0业务的带宽，对SLA1业务根据已有轮询周期的带宽分配情况进行下一轮的预测分析，这样会降低该等级业务的延时，对SLA2业务设置一个最小基本带宽，避免低优先级业务始终得不到带宽从而产生“饿死”现象。

需要说明的是，在本文中，所述“第一”、“第二”及“第三”仅仅用来将一个表述和另一个表述区分开来，而不是暗示这些表述之间的关系或者顺序。

本领域技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在于该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块组合成一个模块，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是互相排斥之处，可以采用任何组合对本说明书中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。

本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的一种浏览器终端的设备中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims

1.一种无源光网络的带宽分配方法，其特征在于，所述方法包括：

光链路终端OLT将所述带宽分配结果数据包发送到所述CONU，以使所述CONU将所述带宽分配结果数据包发送到相应的光网络单元ONU。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述LLID1为所述CONU所在光网络单元分组中的光网络单元ONU对请求带宽分配数据包添加的LLID1；

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述LLID1采用m位二进制数标识，m为预设值；所述LLID2采用多点控制协议MPCP中的16位二进制数的逻辑链路标签标识。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述光网络单元分组通过以下方式确定：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述中心光网络单元CONU发送的请求带宽分配数据包，包括：

其中，所述CONU为有源光网络单元；

其中，所述ODN包括：阵列波导光栅AWG和无源分光器；

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述光链路终端OLT将所述带宽分配结果数据包发送到所述CONU，包括：

相应地，所述ODN向所述CONU广播所述带宽分配结果数据包；

7.根据权利要求1～6任一项所述的方法，其特征在于，所述CONU包括：

第一先入先出FIFO存储器，用于存储第一业务数据；

第二先入先出FIFO存储器，用于存储第二业务数据；

第三先入先出FIFO存储器，用于存储第三业务数据；

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据预设的动态带宽分配DBA规则进行带宽分配，包括：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述光链路终端OLT到所述CONU采用多点控制协议MPCP，所述CONU到所述CONU所在光网络单元分组中的光网络单元ONU采用PPPoE协议。