CN105119682A - WDM-EPON中基于用户等级协议和QoS的动态波长带宽分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明请求保护一种WDM-EPON中基于用户等级协议和服务质量的动态波长带宽分配方法，包括：扩展已有的多点控制协议(MPCP)中的帧结构，扩展后的MPCP使OLT支持多个上行波长；将业务划分为EF、AF和BE业务三个等级，首先对EF业务进行在线实时调度，分配给EF业务的带宽为其请求带宽并在指定的波长上传输；对AF和BE业务根据用户等级(高级用户、中级用户和低级用户)为其设置最小保证带宽并进行离线调度，首先调度高级用户的AF/BE业务(先AF业务后BE业务)，然后对中级用户和低级用户的AF/BE业务按如下次序调度(中级用户AF业务→低级用户AF业务→中级用户BE业务→低级用户BE业务)。本发明的动态波长带宽分配方法可以降低时延，提高带宽利用率和高优先级用户的服务质量。

Description

WDM-EPON中基于用户等级协议和QoS的动态波长带宽分配方法

技术领域

本发明涉及光纤通信技术领域，具体说是WDM-EPON中基于用户等级协议和服务质量的动态波长带宽分配方法。。

背景技术

WDM-EPON系统被认为是从以太无源光网络(EPON)过渡到波分复用无源光网络(WDM-PON)最为经济合理的平滑升级方案，成为了当前无源光网络(PON)的发展趋势和研究热点。由于WDM-EPON上行方向仍是多点到单点(MP2P)网络结构，ONU要共享上行带宽资源，带宽和波长分配成为WDM-EPON中不可或缺的一部分，也是WDM-EPON的研究重点。

WDM-EPON带宽和波长分配可以分为静态波长动态时间(SWDT)算法和动态波长动态时间(DWDT)算法，DWDT算法也称为动态波长和带宽分配(DWBA)算法。SWDT算法不支持波长的动态分配，没有实现信道间的统计复用，不利于带宽地有效利用。DWBA算法可以分为动态波长(DWA)调度和动态带宽(DBA)分配，其中，DWA关心的是OLT如何在多波长中分配合适的波长给ONU，而DBA关注的是OLT如何分配ONU的带宽。因此，DWBA算法比SWDT算法提供了更有效的带宽分配，ONU不仅可以共享整个网络资源，还可以提高终端用户的服务质量。

波长调度方式一般有以下三种：离线调度(OFFLINE)、在线调度(ONLINE)和在线实时调度(JITONLINE)。OFFLINE调度可以很好地支持服务质量，但是存在空闲时间；ONLINE调度虽然提高了带宽利用率，但是不利于实现带宽的统计复用；JITONLINE调度能够解决上述两种调度方式中存在的问题，具有更好的调度决策。

目前动态带宽分配算法主要有：QosWDM-DBA算法、SLAWDM-DWBA算法和DWPBA-TCH算法等。DhainiAR,AssiCM,ShamiA等人的文献“QualityofserviceinTDM/WDMEthernetpassiveopticalnetworks(EPONs)(TDM/WDMEPON中QoS的研究)，”Proceedingsof11thIEEESymposiumonComputersandCommunications,2006:616-621，提出了QoSWDM-DBA算法，该算法基本思路是采用可变周期轮询方式，首先OLT为ONU分配带宽，然后ONU来分配EF业务、AF业务和BE业务的带宽，但是该算法不支持用户等级协议。AhmadR.Dhaini等人的文献“DynamicwavelengthandbandwidthallocationinhybridTDM/WDMEPONnetworks(TDM/WDMEPON混合网络的动态波长带宽算法)”，JournalofLightwaveTechnology,2007,25(1):277-286，提出了SLAWDM-DWBA算法，该算法采用限制分配机制，根据用户等级协议为每个ONU设置了最小保证带宽，并对剩余带宽重新分配，但是带宽分配主要是基于ONU，并不支持多业务的服务质量。PetarS.Matavulj等人的文献“HighlyflexibleandefficientmodelforQoSprovisioninginWDMEPON(WDM-EPON中高度灵活有效提高服务质量的模型)”，IEEE/OSAJournalofOpticalCommunicationsandNetworking,2013,5(8):921-931，提出了基于业务限制的DWPBA-TCH算法，该算法在考虑整体业务带宽请求的情况下进行带宽分配，当有突发网络流量时，能够很好地支持服务质量，但该算法不支持用户等级协议，采用的OFFLINE调度方式不利于业务时延性能，并且两次带宽分配造成了带宽浪费。

目前，WDM-EPON的ONU分配调度方面已经取得了一些进展，但还是存在着诸多问题有待完善，如分配调度不支持用户等级协议和服务质量、不能对剩余带宽有效分配等。同时，在WDM-EPON波长调度过程中，一方面存在空闲时间，没有实现波长间的统计复用，增大了业务时延，不利于带宽利用；另一方面不支持用户服务质量，不能区分用户等级协议。在WDM-EPON带宽分配过程中，由于不支持用户等级协议，不能保证高优先级用户的服务质量，对重负载业务两次分配导致带宽利用率低下。

发明内容

针对现有技术的不足，提出了一种为高优先级用户和业务提供相应的服务质量保证，同时对重负载业务进行一次分配来提高带宽利用率的基于用户等级协议和QoS的动态波长带宽分配方法。本发明的技术方案如下：一种WDM-EPON中基于用户等级协议和QoS的动态波长带宽分配方法，其包括以下步骤：

101、在波分复用以太无源光网络WDM-EPON中，根据光网络单元ONU端所连接的用户等级协议，将用户分为高级用户SLA₀、中级用户SLA₁和低级用户SLA₂三个用户等级，并将所有来自用户的业务在光网络单元ONU端分为加速转发业务EF、保证转发业务AF和尽力而为业务BE三种业务类型；

102、采用扩展已有的多点控制协议即MPCP协议中的帧结构来进行转发，增加扩展注册帧和分配帧，扩展后的MPCP协议使光线路终端OLT支持多个上行波长；

103、当光线路终端OLT收到来自光网络单元ONU_i的REPORT报告消息后，对来自光网络单元ONU_i的REPORT报告消息中带宽请求的业务类型进行判别的步骤后，首先对加速转发业务EF进行在线实时调度，然后对保证转发业务AF和尽力而为业务BE进行集中分配，最后完保证转发业务AF和尽力而为业务BE的传输，完成波分复用以太无源光网络WDM-EPON中基于用户等级协议和QoS的动态波长带宽分配。

进一步的，步骤103中的对来自光网络单元ONU_i的REPORT报告消息中带宽请求的业务类型进行判别的步骤，首先对加速转发业务EF进行在线实时调度，具体为：

当光线路终端OLT收到来自光网络单元ONU_i的REPORT消息时，一旦有加速转发业务EF带宽请求，则立即对加速转发业务EF到达时刻进行阈值判断并且分配，对于首个加速转发业务EF，如果当时，分配此EF业务的传输时刻为：

${\mathrm{GT}}_i^{EF}=T_{avail}^{{\mathrm{\λ}}_f}$

当时，则分配此EF业务传输时刻为：

${\mathrm{GT}}_i^{EF}=T_{arrive\left(i\right)}^{EF}+T_{{\mathrm{RTT}}_i}$

表示光线路终端OLT收到光网络单元ONU_i中EF业务带宽请求时刻，表示最早可用波长的时间，表示光线路终端OLT和光网络单元ONU_i的往返时延；GT_i ^EF表示分配给ONU_i中EF业务的发送时刻；

后续到达的EF业务采用最早可用波长原则，分配给后续EF业务的传输时刻为：

${\mathrm{GT}}_i^{EF}=T_{avail}^{{\mathrm{\λ}}_f}+T_{guard}$

$T_{avail}^{{\mathrm{\λ}}_f}=Min\left(T_{{\mathrm{\λ}}_f}\right)$

T_guard表示ONU间的保护时间，表示各个波长的可用时间，表示OLT发送给某个业务在上行波长λ_f上传输时间的前一个GATE消息的时刻，T_transmission表示上一次分配给EF业务的传输窗口大小；

进一步的，步骤103中对保证转发业务AF和尽力而为业务BE进行集中分配，最后完成保证转发业务AF和尽力而为业务BE的传输的步骤具体为：

对保证转发业务AF和尽力而为业务BE采用OFFLINE调度方式，等OLT收到所有REPORT消息后再对其进行统一分配，在业务时间内传输：

光线路终端OLT计算保证转发业务AF的带宽请求量和尽力而为业务BE的带宽请求量其中N分别表示：ONU_i的AF业务请求带宽、ONU_i的BE业务请求带宽、ONU个数；先对AF业务进行分配，然后再分配BE业务带宽，根据AF和BE业务分配到的总带宽计算具有不同用户等级协议的ONU中AF/BE业务的最小保证带宽其中G_bt表示AF和BE业务分配到的总带宽、表示SLA_k内ONU的个数、W_j表示用户等级权重因子，将ONU_i中AF/BE业务的请求带宽与进行比较，如果则为轻负载AF/BE业务，分配的带宽为并更新剩余带宽，如果则为重负载AF/BE业务，更新额外需求带宽，并结合用户等级权重因子对用户请求带宽的影响来分配额外带宽最终分配给重负载AF/BE业务的带宽为

进一步的，OLT通过记录表得到每个ONU的往返时延对用户和业务等级按照从高到低和从大到小的顺序进行降序排序，并发送GATE消息给具有最小往返时延的ONU，传输顺序为先传输高优先级用户的AF/BE业务，然后按照业务优先级顺序依次传输，相同优先级业务传输的按照用户等级从高到低的顺序。

本发明的优点及有益效果如下：

本发明在已有的MPCP协议基础上扩展了协议的帧结构，支持WDM-EPON系统中动态波长带宽的分配，能够使OLT支持多个上行波长，并能有效地利用有限的上行带宽资源。采用基于业务的JITONLINE调度方式，对EF业务进行在线实时调度，对AF/BE业务进行离线调度(等OLT收到所有REPORT消息后)，以此减小空闲时间，提高业务时延性能，同时对用户和业务进行等级划分，将重要用户的业务指定相应的传输波长，而其他类型用户的业务则共享波长信道，实现了不同用户服务质量的目的。本发明对用户进行分类，在带宽分配中对第j个用户定义等级权重因子(W_j)，根据W_j来设置最小保证带宽，结合W_j采用公平算法来有效地分配剩余带宽来为高优先级用户和业务提供相应的服务质量保证，同时对重负载业务进行一次分配来提高带宽利用率。

附图说明

图1是本发明提供优选实施例实现流程方案；

图2EF业务波长调度；

图3AF和BE业务波长调度；

图4M1和M2模式下EF业务时延对比；

图5M1和M2模式下AF业务时延对比；

图6M1模式下BE业务时延对比；

图7M2模式下BE业务时延对比；

图8带宽利用率对比。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明作进一步说明：

本发明提出了一种同时支持用户等级协议和服务质量的WDM-EPON动态波长带宽分配算法(DWBA-SQ算法)，该算法主要从波长调度方式和带宽分配两个方面进行了设计。其中，波长调度方式采用基于业务的JITONLINE调度方式，对用户和业务进行等级划分，将重要用户的业务指定相应的传输波长，而其他类型用户的业务则共享波长信道；带宽分配中对用户j定义用户等级权重因子(W_j)，根据W_j来设置最小保证带宽，结合W_j采用公平算法分配剩余带宽来为高优先级用户和业务提供相应的服务质量保证，同时对重负载业务进行一次分配来提高带宽利用率。

为使本发明的目的、实现方案和优点更为清晰，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。

本发明具体实现方式如下，根据ONU端所连接的用户等级协议，该算法将用户分为高级用户(SLA₀)、中级用户(SLA₁)和低级用户(SLA₂)三个用户等级。为了支持多业务服务质量，将所有来自用户的业务在ONU端分为加速转发(EF)、保证转发(AF)和尽力而为(BE)三种业务类型。

为了支持WDM-EPON系统中动态波长带宽的分配，有效利用上行波长带宽资源，需要对MPCP协议的两种控制帧进行扩展，分别为注册帧和分配帧。注册帧能够让OLT记录每个ONU支持波长情况的信息，OLT根据注册帧的信息进行波长和带宽分配，同时对不同波长信道统一管理。扩展后的分配帧(新增了1个字节的“分配波长”域)不仅指定了分配窗口，还指定了工作的波长信道。

考虑到WDM-EPON是多波长系统，每个波长上的传输时间是不相同的，因此采用最大波长传输时间作为一次轮询的参考周期，并与最小-最大轮询周期进行比较，根据比较结果则可以确定轮询周期T′_c大小，T′_c由下式给出：

$T_c^{\&prime;}=\left\{\begin{array}{c}{T}_{MIN},ifMAX\left\{\frac{G_{{\mathrm{\&lambda;}}_k}}{R_N}\right\}\&le;T_{MIN}\\ MAX\left\{\frac{G_{{\mathrm{\&lambda;}}_k}}{R_N}\right\},if{T}_{MIN}<MAX\left\{\frac{G_{{\mathrm{\&lambda;}}_k}}{R_N}\right\}<T_c\\ T_c,ifMAX\left\{\frac{G_{{\mathrm{\&lambda;}}_k}}{R_N}\right\}\&GreaterEqual;T_c\end{array}\right.$

其中表示波长λ_k(其中k＝1,2，…)已经被分配的带宽，R_N为波长传输速率，T_MIN为最小周期，T_c为最大周期。

基于业务的JITONLINE调度方式和区分用户等级带宽分配，提出了具体的实施流程方案，如图1所示。在基于业务限制带宽分配算法的JITONLINE调度方式中，OLT首先对EF业务进行在线实时分配，然后对AF/BE业务进行集中分配。

为描述方便，DWBA-SQ算法中的参数定义如表1所示：

表1DWBA-SQ算法参数

步骤一：波长调度

DWBA-SQ算法将波长时间分为空闲时间和业务时间T_trans，用来传输EF业务，T_trans用来传输AF和BE业务以及在空闲时间内没有传输完的EF业务。

(1)EF业务波长调度

EF业务对时延和带宽非常敏感且要求严格，因此OLT一旦收到来自ONU的EF业务带宽请求就立即进行波长调度，安排在空闲周期内传输，WDM-EPON中波长数K＝3的情形，如图2所示。

OLT根据前一周期的带宽请求情况计算出三个波长收到最后一个REPORT消息的时刻，波长λ₁，λ₂，λ₃收到最后一个REPORT消息的时刻分别为因此可以计算出下一周期的最早可用波长时间，为：

$T_{avail}^{{\mathrm{\&lambda;}}_f}=Min\left(T_{K_r}\right)$

EF业务波长调度分为调度首个EF业务和后续EF业务两个环节。

对于首个EF业务，OLT一旦收到来自EF业务带宽请求，就将其与系统中最早可用波长时间进行比较：

当时，分配此EF业务的传输时刻为：

${\mathrm{GT}}_i^{EF}=T_{avail}^{{\mathrm{\&lambda;}}_f}$

当时，则分配此EF业务传输时刻为：

${\mathrm{GT}}_i^{EF}=T_{arrive\left(i\right)}^{EF}+T_{{\mathrm{RTT}}_i}$

对于后续到达的EF业务采用最早可用波长原则，分配给后续EF业务的传输时刻为：

${\mathrm{GT}}_i^{EF}=T_{avail}^{{\mathrm{\&lambda;}}_f}+T_{guard}$

$T_{avail}^{{\mathrm{\&lambda;}}_f}=Min\left(T_{{\mathrm{\&lambda;}}_f}\right)$

$T_{{\mathrm{\&lambda;}}_f}=T_{GATE\left({\mathrm{\&lambda;}}_f\right)}+T_{transmission}+T_{{\mathrm{RTT}}_i}$

因此，EF业务的传输时段主要在各个波长的空闲时间内。如果在空闲周期中没有传输完所有的EF业务，则剩余的EF业务被安排在业务周期中指定波长λ₁上传输，占用一定的业务周期带宽。为EF业务指定波长信道是为了保证高优先级(SLA₀)用户AF/BE业务能够得到及时的传输，保证SLA₀用户的服务质量。

(2)AF和BE业务波长调度

对AF和BE业务采用OFFLINE调度方式，等OLT收到所有REPORT消息后再对其进行统一分配，在业务时间内传输，业务时间为：

$T_{trans\left({\mathrm{\&lambda;}}_f\right)}=T_c^{\&prime;}-T_{idle}$

在对AF和BE业务进行波长调度时，不仅要考虑ONU的用户等级，还要将每个ONU的往返时延(RTT)考虑到调度策略中。确定RTT的原理是：OLT收到每个ONU中各类业务带宽请求的REPORT消息后，会记录每个ONU的RTT，OLT根据轮询表中记录的信息来发送GATE消息到具有最小RTT的SLA₀用户，因此AF和BE的业务传输如图3所示。

AF和BE业务波长调度顺序为：首先为SLA₀用户的AF/BE业务指定传输波长，在传输完SLA₀用户业务后，传输SLA₁和SLA₂用户的AF业务，最后传输SLA₁和SLA₂用户的BE业务。

对高级用户进行调度时，如果波长λ₁上有EF业务传输，则SLA₀用户中的AF和BE业务用波长λ₂和λ₃来传输；如果波长λ₁上没有传输EF业务，则SLA₀用户中的AF业务共享波长λ₁和λ₂，BE业务用波长λ₃来传输。

对于SLA₁和SLA₂用户波长调度，SLA₁和SLA₂用户的业务不指定特定的波长，这两类用户中的业务共享上行波长信道。调度顺序按照AF和BE业务优先级依次传输，相同业务中的传输顺序按照用户等级从高到低依次传送，传输原则采用最早可用波长原则。

步骤二：带宽分配

动态波长带宽分配算法分为业务间的波长带宽分配算法(Ag_{dwba_1})和业务内的波长带宽分配算法(Ag_{dwba_2})。由于EF业务的特殊性，分配给它的带宽为其请求带宽。对于AF和BE业务，为EF业务分配完后的剩余总带宽用来分配AF和BE业务带宽。

OLT收到所有的REPORT消息后，对AF和BE业务进行集中分配。每个分配周期内，系统上行可用的总带宽为：

$B_{total}^{avail}=(T_c-N\&times;T_g)\&times;R_N\&times;K$

EF、AF和BE业务总请求带宽为：

$B_r=\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}(B_i^{P_0}+B_i^{P_1}+B_i^{P_2})$

(1)Ag_{dwba_1}算法

该算法用EF业务分配完后的剩余总带宽来分配AF和BE业务带宽。首先根据AF和BE业务的总请求带宽分配各业务的总带宽，当AF业务负载较重时，采用设置的阈值对其进行限制，防止BE业务出现饿死。

对于EF业务带宽分配，由于EF要求很低的时延和足够的带宽保证，并且实际流量中只占很小的比例，因此分配给EF业务的带宽为其请求带宽，于是分配它的总带宽为：

$G_{P_0}=\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{B}_i^{P_0}$

分配完EF业务带宽后，系统剩余带宽为：

$B_{surplus}=B_{total}^{avail}-G_{P_0}$

对于AF业务总带宽分配，当时，那么分配给AF业务的总带宽为：

$G_{P_1}=\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{B}_i^{P_1}$

当时，那么分配给AF业务的总带宽为：

$G_{P_1}=B_{surplus}\&times;\mathrm{\&beta;}$

$\mathrm{\&beta;}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{B}_i^{P_1}}{\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}(B_i^{P_1}+B_i^{P_2})}$

分配给BE业务的总带宽为：

$G_{P_2}=B_{total}^{avail}-G_{P_0}-G_{P_1}$

(2)Ag_{dwba_2}算法

分配给各个ONU中EF业务的带宽为其请求带宽：

$G_i^{P_0}=B_i^{P_o}$

对于AF/BE业务间带宽分配，结合用户等级权重因子设置不同用户等级的AF和BE业务最小保证带宽，并根据请求带宽与最小保证带宽的比较来判定AF和BE业务的负载类型；然后分配轻负载AF和BE业务的带宽，这类业务的请求带宽可以被完全满足；最后通过结合用户等级权重因子对剩余带宽的分配完成重负载AF和BE业务带宽的分配。

①ONU中AF/BE业务的最小保证带宽

为不同用户等级的AF/BE业务分配一个最小保证带宽，设置最小保证带宽是为了各个用户等级的AF/BE业务带宽得到相应等级的带宽保证，并防止一些低级用户的带宽请求过大而导致占用大量带宽资源。为了充分利用网络带宽资源，可以将ONU中轻负载AF/BE业务没有利用的剩余带宽重新分配给ONU的重负载AF/BE业务使用。

不同用户等级协议的ONU中AF/BE业务的最小保证带宽为：

$B_{MIN\_i}^{bt\_{\mathrm{SLA}}_k}=G_{bt}\&times;\frac{W_j}{D_{{\mathrm{SLA}}_k}^{onus}\&times;\underset{j=0}{\overset{2}{\&Sigma;}}{W}_j}$

②ONU中轻负载AF/BE业务的带宽分配

OLT通过将ONU中AF/BE业务的请求带宽与最小保证带宽比较，当时，则为轻负载AF/BE业务，被分配的带宽为：

$G_i^{light\_bt}=B_i^{bt\_{\mathrm{SLA}}_k}$

同时系统剩余总带宽为：

$B_{total}^{excess\_bt}=\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}(B_{MIN\_i}^{bt\_{\mathrm{SLA}}_k}-G_i^{light\_bt})|B_i^{bt\_{\mathrm{SLA}}_k}\&le;B_{MIN\_i}^{bt\_{\mathrm{SLA}}_k}$

③ONU中重负载AF/BE业务的带宽分配

OLT通过将ONU中AF/BE业务的请求带宽与最小保证带宽比较，当时，则为重负载AF/BE业务，被分配的带宽为：

$G_i^{heavy\_bt}=B_{MIN\_i}^{bt\_{\mathrm{SLA}}_k}+G_i^{add\_bt}$

此时，系统额外请求带宽总和为：

$B_{total}^{add\_bt}=\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}(B_i^{bt\_{\mathrm{SLA}}_k}-B_{MIN\_i}^{bt\_{\mathrm{SLA}}_k})|B_i^{bt\_{\mathrm{SLA}}_k}>B_{MIN\_i}^{bt\_{\mathrm{SLA}}_k}$

重负载AF/BE业务请求带宽为：

$B_i^{add\_bt}=B_i^{bt\_{\mathrm{SLA}}_k}-B_{MIN\_i}^{bt\_{\mathrm{SLA}}_k}$

除了为重负载AF/BE业务分配最小保证带宽外，还要分配剩余带宽。

④ONU中重负载AF/BE业务的剩余带宽分配

对于未分配AF/BE业务的额外带宽请求，将用户等级权重考虑到额外带宽请求大小中来进行剩余带宽的有效分配。

当时，ONU中AF/BE业务请求的额外带宽都可以得到分配：

$G_i^{add\_bt}=B_i^{add\_bt}$

当时，则根据各个ONU的不同用户等级权重来分配AF/BE业务的额外分配带宽：

$G_i^{add\_bt}=\frac{W_j{B}_i^{add\_bt}}{\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}\underset{j=0}{\overset{2}{\&Sigma;}}{W}_j\&times;B_i^{add\_bt}}\&times;B_{total}^{excess\_bt}$

$G_i^{add\_bt}=Min(B_i^{add\_bt},G_i^{add\_bt})$

我们使用OPNET仿真平台对WDM-EPON系统进行了建模仿真，对DWBA-SQ算法和DWPBA-TCH算法的性能进行比较。主要比较的性能包括业务的时延、带宽利用率和用户服务质量。附图4-8中给出了仿真结果。

(1)仿真条件

系统由四部分构成：OLT、POS、64个ONU和128个用户，每个ONU连接2个用户。

仿真实验相关参数如表2所示。

表2仿真实验相关参数

(2)仿真结果

在本实施例中，图4是M1和M2模式下分别采用DWPBA-TCH算法和本实施例方法得到的EF业务时延；图5是M1和M2模式下分别采用DWPBA-TCH算法和本实施例方法得到的AF业务时延；图6是M1模式下分别采用DWPBA-TCH算法和本实施例方法得到的BE业务时延；图7是M2模式下分别采用DWPBA-TCH算法和本实施例方法得到的BE业务时延；图8是分别采用DWPBA-TCH算法和本实施例方法得到的带宽利用率。由图4可见：所提实施方法具有更高的EF业务时延性能。由图5可见：所提实施方法具有更高的AF业务时延性能。结合图6，图7可知所提方法在系统高负载时降低SLA₁和SLA₂用户BE业务时延性能为代价的基础上提高了各用户的EF和AF业务时延性能以及SLA₀用户的BE时延性能。由8可以看出：所提实施方法具有更高的带宽利用率。

以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (4)

1.一种WDM-EPON中基于用户等级协议和QoS的动态波长带宽分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

101、在波分复用以太无源光网络WDM-EPON中，根据光网络单元ONU端所连接的用户等级协议，将用户分为高级用户SLA₀、中级用户SLA₁和低级用户SLA₂三个用户等级，并将所有来自用户的业务在光网络单元ONU端分为加速转发业务EF、保证转发业务AF和尽力而为业务BE三种业务类型；

102、采用扩展已有的多点控制协议即MPCP协议中的帧结构来进行转发，增加扩展注册帧和分配帧，扩展后的MPCP协议使光线路终端OLT支持多个上行波长；

103、当光线路终端OLT收到来自光网络单元ONU_i的REPORT报告消息后，对来自光网络单元ONU_i的REPORT报告消息中带宽请求的业务类型进行判别的步骤后，首先对加速转发业务EF进行在线实时调度，然后对保证转发业务AF和尽力而为业务BE进行集中分配，最后完保证转发业务AF和尽力而为业务BE的传输，完成波分复用以太无源光网络WDM-EPON中基于用户等级协议和QoS的动态波长带宽分配。

2.根据权利要求1所述的一种WDM-EPON中基于用户等级协议和QoS的动态波长带宽分配方法，其特征在于，步骤103中的对来自光网络单元ONU_i的REPORT报告消息中带宽请求的业务类型进行判别的步骤，首先对加速转发业务EF进行在线实时调度，具体为：

当光线路终端OLT收到来自光网络单元ONU_i的REPORT消息时，一旦有加速转发业务EF带宽请求，则立即对加速转发业务EF到达时刻进行阈值判断并且分配，对于首个加速转发业务EF，如果当时，分配此EF业务的传输时刻为：

当时，则分配此EF业务传输时刻为：

表示光线路终端OLT收到光网络单元ONU_i中EF业务带宽请求时刻，表示最早可用波长的时间，表示光线路终端OLT和光网络单元ONU_i的往返时延；表示分配给ONU_i中EF业务的发送时刻；

后续到达的EF业务采用最早可用波长原则，分配给后续EF业务的传输时刻为：

T_guard表示ONU间的保护时间，表示各个波长的可用时间，表示OLT发送给某个业务在上行波长λ_f上传输时间的前一个GATE消息的时刻，T_transmission表示上一次分配给EF业务的传输窗口大小。

3.根据权利要求1所述的一种WDM-EPON中基于用户等级协议和QoS的动态波长带宽分配方法，其特征在于，步骤103中对保证转发业务AF和尽力而为业务BE进行集中分配，最后完保证转发业务AF和尽力而为业务BE的传输的步骤具体为：

对保证转发业务AF和尽力而为业务BE采用OFFLINE调度方式，等OLT收到所有REPORT消息后再对其进行统一分配，在业务时间内传输：

光线路终端OLT计算保证转发业务AF的带宽请求量和尽力而为业务BE的带宽请求量其中N分别表示：ONU_i的AF业务请求带宽、ONU_i的BE业务请求带宽、ONU个数；先对AF业务进行分配，然后再分配BE业务带宽，根据AF和BE业务分配到的总带宽计算具有不同用户等级协议的ONU中AF/BE业务的最小保证带宽其中G_bt表示AF和BE业务分配到的总带宽、表示SLA_k内ONU的个数、W_j表示用户等级权重因子，将ONU_i中AF/BE业务的请求带宽与进行比较，如果则为轻负载AF/BE业务，分配的带宽为并更新剩余带宽，如果则为重负载AF/BE业务，更新额外需求带宽，并结合用户等级权重因子对用户请求带宽的影响来分配额外带宽最终分配给重负载AF/BE业务的带宽为

4.根据权利要求2所述的一种WDM-EPON中基于用户等级协议和QoS的动态波长带宽分配方法，其特征在于，OLT通过记录表得到每个ONU的往返时延对用户和业务等级按照从高到低和从大到小的顺序进行降序排序，并发送GATE消息给具有最小往返时延的ONU，传输顺序为先传输高优先级用户的AF/BE业务，然后按照业务优先级顺序依次传输，相同优先级业务传输的按照用户等级从高到低的顺序。