CN106656447A - Lr‑epon通信系统及基于lr‑epon通信系统的通信方法 - Google Patents

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CN106656447A CN201610875822.3A CN201610875822A CN106656447A CN 106656447 A CN106656447 A CN 106656447A CN 201610875822 A CN201610875822 A CN 201610875822A CN 106656447 A CN106656447 A CN 106656447A
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Abstract

本发明提供的LR‑EPON通信系统以及基于LR‑EPON通信系统的通信方法中，在数据上行时，各个ONU可以向OLT上报REPORT帧，该REPORT帧包括该ONU下一轮询周期需要的带宽资源。OLT可以基于接收到的REPORT帧并根据实际情况动态地基于预设的算法为各个ONU分配下一轮询周期带宽资源；在数据下行时，OLT可以根据缓存的下行数据信息为各个待接收数据的ONU动态分配带宽资源；进而使得整个系统的功耗能够有效降低，此外还可以减少ONU端发射机和接收机的成本，又可以充分利用波长，提高带宽资源的利用率，降低延时。

Description

LR-EPON通信系统及基于LR-EPON通信系统的通信方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，特别涉及一种LR-EPON通信系统及基于LR-EPON通信系统的通信方法。
背景技术
随着社会的不断进步与全球经济的快速发展，气候变暖、能源危机等全球化问题日益加剧。由于现有网络系统的能源消耗很大，网络系统的节能减排已刻不容缓，网络能耗中占有较大比重的接入网成为节能技术的重要研究对象。近年来，以太网无源光网络(Ethernet Passive Optical Network，EPON)快速发展，被大量部署，业界认为EPON是实现接入网“最后一公里”的最佳技术选择。
然而，多媒体技术的普及和推广导致EPON网络中多播业务与日剧增，从而加剧了网络能量浪费。而其中，光网络单元(Optical Network Unit，ONU)作为EPON系统中重要的耗能设备。由于ONU数量众多，且EPON系统无法根据各个ONU的网络情况进行合理的带宽资源分配，这使得一些需要上报大量资源的ONU无法得到较大的带宽资源，而一些此时不需要上报资源的ONU却持续保持工作状态，从而造成较大的能耗。因此，如何降低多播业务中众多光网络单元ONU的额外能耗成为EPON网络未来发展和演进过程中亟待解决的关键问题之一。
发明内容
本发明的一个目的在于，提供一种LR-EPON通信系统及基于LR-EPON通信系统的通信方法，用以实现如何在LR-EPON网络中结合WDM(波分复用)技术OFDM(正交频分复用)技术和TDM(时分复用)技术，提供一种LR-EPON通信系统，从而实现节约ONU能耗，降低传输延时以及增加带宽资源吞吐量，提高通信系统性能的目的。
为达到上述目的，第一方面，本发明提供了一种LR-EPON通信系统，包括：OLT、WSS、ONU和分光器；
在数据上行时：
所述ONU，用于在本轮询周期内，将上行数据帧调制在指定波长指定子载波的指定时隙的上，并经由分光器以及WSS发送至OLT；其中，所述指定波长、指定子载波以及指定时隙均是由ONU接收到的GATE帧所指示的，所述GATE帧是由所述OLT在上一轮询周期内随下行数据帧一同下发给ONU的；
所述ONU，还用于在发送上行数据帧的同时，经由分光器以及WSS向OLT发送REPORT帧；其中，所述REPORT帧包含所述ONU的标识信息以及该ONU在下一轮询周期请求分配的带宽资源；
所述OLT，用于接收所述上行数据帧，还用于根据REPORT帧中该ONU请求分配的带宽资源，为该ONU分配下一轮询周期的带宽资源；
其中，所述为该ONU分配下一轮询周期的带宽资源具体包括：
根据所述REPORT帧中ONU的标识信息判断该ONU所属的分组以及所述分组所属的群落，并在预存的每一个群落对应的两组预设波长中选择至少一种波长作为该ONU指定的波长；基于预设的算法并根据该ONU请求分配的带宽资源，为该ONU分配所述指定波长的指定子载波的指定时隙；
所述OLT，还用于将带宽资源的分配结果以GATE帧的形式随本轮询周期内的下行数据帧一同下发给ONU。
可选地，
在数据下行时：
所述OLT，用于根据自身缓存的城域网中的下行业务数据，为每一个待接收下行数据帧的ONU分配下一轮询周期的带宽资源；
其中，所述为每一个待接收下行数据帧的ONU分配下一轮询周期的带宽资源具体包括：
根据每一个待接收下行数据帧的ONU的所属分组以及该分组所属群落，从预存的每一个群落对应的两组预设波长中选择至少一种波长作为该ONU在下一轮询周期内的指定波长；基于预设的算法并根据向每一个ONU待发送的下行数据帧的数据量，为每一个ONU分配所述指定波长的指定子载波的指定时隙；
所述OLT，还用于将待发送给各个ONU的下行业务帧调制到相应ONU对应的指定波长上并发送至WSS，同时将每个ONU的带宽资源的分配结果以GATE帧的形式经由WSS以及分光器发送至各个ONU；
所述WSS，用于对接收到的多个波长进行选择滤波，以使经过滤波之后得到的各个指定波长发送至与各个指定波长对应的各个群落内的分光器上；其中，每一群落内包含两个ONU组，每一个ONU组对应接入一个分光器上；
所述分光器，用于将接收到波长进行分光，并向该组内的ONU广播；
所述ONU，用于根据接收到的GATE帧的指示，在指定波长的指定子载波的指定时隙获取待接收的下行业务帧。
可选地，所述群落是根据各个ONU与OLT之间的距离进行划分的；所述群落中的两个ONU组中的其中一组ONU位于城市中的居民区，另一组ONU位于城市中的办公区。
可选地，所述OLT，还用于判断各个ONU所属分组当前的状态；
若判断获知该ONU所属分组运行在高峰时期，则在下发的GATE帧中携带周期内假寐休眠控制指令，以使接收到该GATE帧的ONU在下一轮询周期内在非接收或非发送数据时间段内进行假寐休眠；
若判断获知该ONU所属分组运行在非高峰时期，则在下发的GATE帧中携带周期间休眠控制指令，以使接收到该GATE帧的ONU在接下来的几个整数的轮询周期内进行休眠。
可选地，所述ONU还用于在进入周期间休眠状态时，检测数据量收发情况，当检测到需要收发数据时，退出周期间休眠状态，进行数据收发。
第二方面，本法明提供了一种基于LR-EPON通信系统的通信方法，包括：
在数据上行时：
ONU在本轮询周期内，将上行数据帧调制在指定波长指定子载波的指定时隙上，并经由分光器以及WSS发送至OLT；其中，所述指定波长、指定子载波以及指定时隙均是由ONU接收到的GATE帧所指示的，所述GATE帧是由所述OLT在上一轮询周期内随下行数据帧一同下发给ONU的；
ONU在发送上行数据帧的同时，经由分光器以及WSS向OLT发送REPORT帧；其中，所述REPORT帧包含所述ONU的标识信息以及该ONU在下一轮询周期请求分配的带宽资源；
OLT接收所述上行数据帧，还用于根据REPORT帧中该ONU请求分配的带宽资源，为该ONU分配下一轮询周期的带宽资源；
其中，所述为该ONU分配下一轮询周期的带宽资源具体包括：
根据所述REPORT帧中ONU的标识信息判断该ONU所属的分组以及所述分组所属的群落，并在预存的每一个群落对应的两组预设波长中选择至少一种波长作为该ONU指定的波长；基于预设的算法并根据该ONU请求分配的带宽资源，为该ONU分配所述指定波长的指定子载波的指定时隙；
OLT还将带宽资源的分配结果以GATE帧的形式随本轮询周期内的下行数据帧一同下发给ONU。
可选地，所述方法还包括：
在数据下行时：
OLT根据自身缓存的城域网中的下行业务数据，为每一个待接收下行数据帧的ONU分配下一轮询周期的带宽资源；
其中，所述为每一个待接收下行数据帧的ONU分配下一轮询周期的带宽资源具体包括：
根据每一个待接收下行数据帧的ONU的所属分组以及该分组所属群落，从预存的每一个群落对应的两组预设波长中选择至少一种波长作为该ONU在下一轮询周期内的指定波长；基于预设的算法并根据向每一个ONU待发送的下行数据帧的数据量，为每一个ONU分配所述指定波长的指定子载波的指定时隙；
OLT还将待发送给各个ONU的下行业务帧调制到相应ONU对应的指定波长上并发送至WSS，同时将每个ONU的带宽资源的分配结果以GATE帧的形式经由WSS以及分光器发送至各个ONU；
WSS对接收到的多个波长进行选择滤波，以使经过滤波之后得到的各个指定波长发送至与各个指定波长对应的各个群落内的分光器上；其中，每一群落内包含两个ONU组，每一个ONU组对应接入一个分光器上；
分光器将接收到波长进行分光，并向该组内的ONU广播；
ONU根据接收到的GATE帧的指示，在指定波长的指定子载波的指定时隙获取待接收的下行业务帧。
可选地，所述群落是根据各个ONU与OLT之间的距离进行划分的；所述群落中的两个ONU组中的其中一组ONU位于城市中的居民区，另一组ONU位于城市中的办公区。
可选地，所述方法还包括：
OLT判断各个ONU所属分组当前的状态：
若判断获知该ONU所属分组运行在高峰时期，则在下发的GATE帧中携带周期内假寐休眠控制指令，以使接收到该GATE帧的ONU在下一轮询周期内在非接收或非发送数据时间段内进行假寐休眠；
若判断获知该ONU所属分组运行在非高峰时期，则在下发的GATE帧中携带周期间休眠控制指令，以使接收到该GATE帧的ONU在接下来的几个整数的轮询周期内进行休眠。
可选地，所述方法还包括：
ONU在进入周期内假寐休眠状态时，检测数据量收发情况，当检测到需要收发数据时，退出假寐休眠状态，进行数据收发。
本发明实施例提供的LR-EPON通信系统中，在数据上行时，各个ONU可以向OLT上报REPORT帧，该REPORT帧包括该ONU下一轮询周期需要的带宽资源。OLT可以基于接收到的REPORT帧并根据实际情况动态地基于预设的算法为各个ONU分配下一轮询周期带宽资源；在数据下行时，OLT可以根据预发送给各个ONU的数据信息基于预设的算法为各个ONU动态分配下一轮询周期带宽资源，进而使得整个系统的功耗能够有效降低，此外还可以减少ONU端发射机和接收机的成本，又可以充分利用波长，提高带宽资源的利用率，降低传输延时以及增加带宽资源吞吐量，提高通信系统性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些示例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的LP-EPON通信系统实施例网络结构示意图；
图2是现有技术中ONU结构示意图；
图3是本发明提供的群落化的LP-EPON结构示意图；
图4是本发明提供的GATE帧的帧结构示意图；
图5是本发明提供的基于ONU端休眠节能机制的带宽资源分配时序图；
图6是本发明提供的基于ONU周期内假寐休眠机制的DBA算法流程图。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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，本领域普通技术人在没有作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。
为便于理解，首先对本发明提供的通信系统涉及到的专业词语的英文缩写进行相应的解释。
EPON(Ethernet Passive Optical Network)，以太网无源光网络；
LR-EPON，长距离以太无源光网络；
ONU(Optical Network Unit)，光网络单元；
OLT(optical line terminal)，光线路终端；
WSS(Wavelength Selective Switch)，波长选择开关；
DBA(Dynamic Bandwidth Allocation)，动态带宽资源分配。
基于上述内容，第一方面，本发明实施例提供了一种LR-EPON通信系统，如图1所示，包括：OLT、WSS、分光器和ONU；
在数据上行时：
ONU，用于在本轮询周期内，将上行数据帧调制在指定波长指定子载波的指定时隙上，并经由分光器以及WSS发送至OLT；其中，指定波长、指定子载波以及指定时隙均是由ONU接收到的GATE帧所指示的，GATE帧是由OLT在上一轮询周期内随下行数据帧一同下发给ONU的；
ONU，还用于在发送上行数据帧的同时，经由分光器以及WSS向OLT发送REPORT帧；其中，REPORT帧包含ONU的标识信息以及该ONU在下一轮询周期请求分配的带宽资源；
OLT，用于接收上行数据帧，还用于根据REPORT帧中该ONU请求分配的带宽资源，为该ONU分配下一轮询周期的带宽资源；
其中，为该ONU分配下一轮询周期的带宽资源具体包括：
根据REPORT帧中ONU的标识信息判断该ONU所属的分组以及分组所属的群落，并在预存的每一个群落对应的两组预设波长中选择至少一种波长作为该ONU指定的波长；基于预设的算法并根据该ONU请求分配的带宽资源，为该ONU分配指定波长的指定子载波的指定时隙；
OLT，还用于将带宽资源的分配结果以GATE帧的形式随本轮询周期内的下行数据帧一同下发给ONU。
在数据下行时：
OLT，用于根据自身缓存的城域网中的下行业务数据，为每一个待接收下行数据帧的ONU分配下一轮询周期的带宽资源；
其中，为每一个待接收下行数据帧的ONU分配下一轮询周期的带宽资源具体包括：
根据每一个待接收下行数据帧的ONU的所属分组以及该分组所属群落，从预存的每一个群落对应的两组预设波长中选择至少一种波长作为该ONU在下一轮询周期内的指定波长；基于预设的算法并根据向每一个ONU待发送的下行数据帧的数据量，为每一个ONU分配指定波长的指定子载波的指定时隙；
OLT，还用于将待发送给各个ONU的下行业务帧调制到相应ONU对应的指定波长上并发送至WSS，同时将每个ONU的带宽资源的分配结果以GATE帧的形式经由WSS以及分光器发送至各个ONU；
WSS，用于对接收到的多个波长进行选择滤波，以使经过滤波之后得到的各个指定波长发送至与各个指定波长对应的各个群落内的分光器上；其中，每一群落内包含两个ONU组，每一个ONU组对应接入一个分光器上；
分光器，用于将接收到波长进行分光，并向该组内的ONU广播；
ONU，用于根据接收到的GATE帧的指示，在指定波长的指定子载波的指定时隙获取待接收的下行业务帧。
本发明实施例提供的LR-EPON通信系统中，在数据上行时，各个ONU可以向OLT上报REPORT帧，该REPORT帧可以包括该ONU下一轮询周期需要的带宽资源。OLT可以基于接收到的REPORT帧并根据实际情况动态地基于预设的算法为各个ONU分配下一轮询周期带宽资源；在数据下行时，OLT可以根据预发送给各个ONU的数据信息基于预设的算法为各个ONU动态分配下一轮询周期带宽资源，进而使得整个系统的功耗能够有效降低，此外还可以减少ONU端发射机和接收机的成本，又可以充分利用波长，提高带宽资源的利用率，降低传输延时以及增加带宽资源吞吐量，提高通信系统性能。
需要说明的是，这里的各个群落是按照与OLT的距离来进行区分的。具体来说，假如一个县城存在一个OLT，该OLT上行用于与城域网进行交互，下行用于与县城中的各个用户群进行交互。将各个用户群中与OLT的距离在一定区间内的用户群视为一个群落，例如将距离OLT 30千米以内的用户群作为第一群落，将距离OLT30-50千米的用户群作为第二群落等等。
如前文所述，每一个群论可以使用两个波长。由于两个波长的带宽资源足够满足ONU端收发的要求，因此采用两个波长的方式还能够减少ONU波长调谐的开销以及ONU收发机的成本。且每一群落对应的波长与另一群落对应波长不相同。例如，第一群落GROUP1对应的波长为λ1和λ2，如果此时需要向第一群落中的某一组ONU发送数据，则可以将数据调制在波长为λ1和λ2的光线上并传输至第一群落GROUP1包含的至少一组ONU中；第二群落GROUP2对应的波长为λ3和λ4，如果需要向第二群落中的某一组ONU发送数据，则可以将数据调制在波长为λ3和λ4的光线上并传输至第二群落GROUP2包含的至少一组ONU中。由此不难看出，本发明实施例提供的通信系统群落与群落之间对应的波长不同，因此可以实现群落与群落之间的带宽资源分配互不影响，从而能够提高传输的效率。
此外，每个群落中包含两组ONU。这两个ONU组中的其中一组ONU位于城市中的居民区，另一组ONU位于城市中的办公区。例如，第一组ONU为居民区ONU，白天会处于网络非高峰时期，而夜晚处于网络高峰时期；而第二组ONU为办公区ONU，与居民区相反的是，白天会处于网络高峰时期，而夜晚处于网络非高峰时期。因此，本发明实施例提供的系统可以根据两组ONU的潮汐变化为两组ONU分配不同的带宽资源，例如在白天为办公区ONU分配更多的带宽资源，而夜晚为居民区ONU分配更多的带宽资源，从而使得带宽资源能够充分利用。
在具体实施时，为了能够进一步降低系统中ONU产生的功耗，本发明提供的系统中OLT还可以用于判断各个ONU所属分组当前的状态：
(1)若OLT判断获知该ONU所属分组运行在高峰时期，则在下发的GATE帧中携带周期内假寐休眠控制指令，以使接收到该GATE帧的ONU在下一轮询周期内在非接收或非发送数据时间段内进行假寐休眠。
也就是说，ONU在处于高峰时期时，在每一个轮询周期内除了收发数据以外，其他时间段是没有事情要做的。因此，OLT可以控制ONU在这一时间段内进行休眠。OLT在下发的GATE帧中携带了休眠指示，ONU在接收到GATE帧之后，除了在需要收发数据的时间进行收发数据外，其余的时间可以根据OLT的控制进行假寐休眠，关闭ONU中的部分模块，从而可以降低整个系统的功耗。
为便于理解，下面解释一下ONU的各个模块。如图2所示，ONU耗能模块划分：以太网模块、交换模块、CPU和光收发模块。
(a)交换模块：将以太网模块的数据转换并发送至光模块发送部分，光模块接收部分将接收到的数据发送至交换模块经转换后传送至以太网模块。为了降低功耗业务处理模块提供独立的时钟，在没有业务时将其时钟停止，从而使该模块停止运行达到降低功耗的目的。
(b)光模块由接收部分和发送部分的组成，光模块发送部分主要由光纤激光器和调制电路组成，以MII接口与交换模块连接，光模块发送部分将交换模块转换完成的以太网数据经由MII接口接到光纤激光器的调制电路完成电光转换后发送出去。光模块接收部分主要由光电检测器、放大器、时钟恢复电路组成，以MII接口与交换模块连接，光模块接收部分接收到光信号后完成光电转换，将电信号MII经接口传至交换模块，经交换模块交换后发送至以太网模块。
(c)休眠控制和CPU模块：协助交换模块检测业务口是否有业务传递，并通过交换模块的处理器接口控制交换模块的时钟处理，将没有业务传递的业务处理模块的时钟停止，从而达到降低功耗的目的。
(c)以太网模块：完成以太网数据的收发功能，在以太网端口收到数据后保存到发送队列中等待交换模块的转换，在交换模块将信息传至以太网模块时，以太网模块将信息经以太网端口发送出去。
在对ONU的组成结构的分析和相关器件手册的数据统计之后得到ONU各模块的功耗统计信息，如表1所列。分析发现ONU的主要功耗是在光模块和CPU部分，这些模块即使在以太网业务口没有业务数据时也处在工作状态而消耗能量，节能ONU中增加的休眠控制模块，能够控制ONU的各个模块在不同的以太网业务量下在运行或休眠状态之间转换，节能机制应该更多的使ONU中耗能比较多的模块关闭。
表1 ONU各模块耗能分析
因此，ONU在进行周期间假寐休眠时可以关闭用于进行光收发的光收发模块以及用于进行路由选择的交换模块，从而有效降低功耗。
(2)若OLT判断获知该ONU所属分组运行在非高峰时期，则在下发的GATE帧中携带周期间休眠控制指令，以使接收到该GATE帧的ONU在接下来的几个整数的轮询周期内进行休眠。
也就是说，若判断获知该ONU所属分组处于非高峰时期，则此时ONU需要收发的数据量非常少，因此，OLT可以在下发的GATE帧中携带周期间休眠控制指令。ONU在接收到这一指令后会在接下来的几个轮询周期内进行休眠，并关闭用于部分的光收发模块以及用于进行路由选择的交换模块，最大程度的降低ONU的功耗。
当然，不能排除的是某些ONU虽然所属分组处于非高峰时期，但其本身还在进行着数据的收发，因此ONU还用于在进入周期间休眠状态时，检测数据量收发情况，当检测到需要收发数据时，也即检测到需要收发的数据量大于阈值时，则退出周期间休眠状态，进行数据收发，从而在不影响这个系统功耗的前提下保证该ONU的收发正常。
为深入理解本发明实施例提供的通信系统的详细内容，下面结合附图对本发明实施例提供的通信系统的工作原理以及工作流程进行详细说明。
参见图3，首先对图3中的各个标识进行解释说明，其中：OLT代表光链路终端；WSS代表波长选择开关；splitter代表分光器；Team1，Team 2，Team 3，Team 4，Team 5，Team 6分别代表分组1，分组2，分组3，分组4，分组5，分组6。Group1，Group2，Group3分别代表群落1，群落2，群落3。
如图3所示，本实施例中有1个OLT，64个ONU，这些ONU被分成6个Teams，业务具有潮汐效应并且与OLT的距离在相同的范围的两个Teams组成一个Group，同一个Group中的两个Teams共用一组波长。
这是一个WDM-OFDM-TDM-EPON系统，OLT根据ONU所在分组，把下行数据调制在对应分组的波长上。当下行数据到达WSS后，WSS把不同的波长组路由到不同的端口，发往对应的splitter，下行数据到达splitter后,广播发送到各ONU。从ONU发送来的上行数据在splitter进行汇聚，到达WSS后和其它分组的上行数据进行二次汇聚后发往OLT。
本实施例提出的DBA中涉及ONU端的多种业务类型：
(1)Expedited Forwarding(EF)：主要用于低延迟、抖动和丢包率的业务，这类业务一般运行一个相对稳定的速率，需要快速转发。
(2)Assured Forwarding(AF)：这类业务在没有超过最大允许带宽资源时能够确保转发。
(3)Best Effort(BE)：尽力转发，主要用于对时延、抖动和丢包不敏感的业务；
本实施例提出的DBA中主要通过上述所述的GATE控制帧来实现OLT与ONU之间的控制帧通信。图2示出了用于前述的含有三种业务类型的基于ONU休眠机制的DBA的GATE控制帧的帧结构。
GATE帧中主要包括源地址，目的地址，三种业务的带宽资源分配结果，包括每种业务开始上传的起始时间和所用波长、频隙、时隙、可上传的数据量，下行数据所在波长和下行数据的接收起始时刻。指定ONU的睡眠时长。
图4示出了基于ONU周期内实现假寐休眠机制的DBA算法时序图。其中，在每个轮询周期OLT广播下发GATE帧，所有ONU同时收到GATE帧，确定自己下个轮询周期下行数据的接收时刻和上行数据的发送时刻。为了保证ONU在一个周期内可以连续进行休眠，一般ONU在接收完下行数据后立即上传上行数据，上下行数据全部传输完后再进入休眠状态。
图5示出了基于ONU周期内假寐休眠机制的DBA算法流程图。其中，ONU各个Group之间具有独立性，带宽资源分配互不影响。带宽资源分配分为两个步骤，(1)当OLT收到一个Group中所有ONU的REPORT帧后，先判断是否有需要进入长周期休眠的ONU，如有给该ONU下发长周期休眠GATE帧；(2)给剩下的ONU进行带宽资源分配。带宽资源分配的最终结果如公式(1)(3)(4)所示：
其中，式(1)-(4)中，各个符号的含义如下：
B0 assured:分给SLA0业务的总保证带宽资源；
Rg,k,i:第k个Group中ONUi的SLAg(g＝0,1,2)的业务请求带宽资源；
Fk,i:第k个Group中ONUi的休眠标志(0代表该ONU处于休眠状态，1代表该ONU没有处于休眠状态)；
Wg,k,i:第K个Group中ONUi的SLAg(g＝0,1,2)业务分配到的带宽资源；
Btotal:两个波长的总共带宽资源；
Rextral k,i:第k个Group中ONUi的SLA1业务的额外请求带宽资源；
S1:SLA1业务的带宽资源权重；
S2:SLA2业务的带宽资源权重。
本发明实施例提供的系统中，ONU睡眠节能分为周期内假寐休眠和周期间休眠，周期间休眠会造成延时增加，仅仅周期内休眠又不能最大限度降低能耗；因为该LR-PON的群落分组具有潮汐效应，所以结合两种休眠模式。集中一段时间内某些Teams中业务量较大，此时采用周期内假寐休眠，在不影响数据延时的情况下最大限度节能；同样时间段内某些Teams几乎没有上下行流量，这时由OLT控制ONU进入长周期休眠，既可以达到节能的效果又不会增加数据延时，到达OLT控制的指定休眠周期后，自动退出休眠模式。如果在长周期休眠期间某个ONU产生突发业务，ONU会自动退出休眠模式，恢复与OLT的通信。
而传统的研究方法假设上行和下行业务量相等，却忽略了下行数据是广播，这会造成ONU的接收机和检测电路工作的一部分时间浪费。假设一个ONU在本轮询周期内没有要接收的下行数据，因为下行广播，ONU不知道该轮询周期内有没有自己的下行数据需要接收，该ONU需要一直接收数据并进行判断，这不仅增加了ONU不必要的工作负担，还造成了ONU能耗的浪费；该LR-PON下行根据OLT中的缓存，通过GATE包指明ONU下行数据的接收时刻和接收波长。由于ONU知道自己下行数据什么时候到达，在到达的前一刻开启收信机，ONU只负责发送和接收自己的数据，因此采用本发明提供的系统进行收发信息可以有效减轻ONU的工作量，同时也可以减少下行数据的接收时间，有利于ONU周期内睡眠时间的延长，降低整个EPON系统的能耗。
不难理解的是，ONU收到的下行数据只和自己相关，上行数据也只和自己相关，因此这样接收机和发射机的工作时间基本一致。ONU在发送完上行数据并且接收完下行数据后就进入休眠状态，直到下一个周期到来，若ONU检测到自己有上行数据或者有下行数据就退出休眠状态，若没有上行和下行数据就接着休眠。
第二方面，本发明实施例还提供了一种基于EPON通信系统的通信方法，具体包括：
在数据上行时：
ONU在本轮询周期内，将上行数据帧调制在指定波长指定子载波的指定时隙上，并经由分光器以及WSS发送至OLT；其中，所述指定波长、指定子载波以及指定时隙均是由ONU接收到的GATE帧所指示的，所述GATE帧是由所述OLT在上一轮询周期内随下行数据帧一同下发给ONU的；
ONU在发送上行数据帧的同时，经由分光器以及WSS向OLT发送REPORT帧；其中，所述REPORT帧包含所述ONU的标识信息以及该ONU在下一轮询周期请求分配的带宽资源；
OLT接收所述上行数据帧，还用于根据REPORT帧中该ONU请求分配的带宽资源，为该ONU分配下一轮询周期的带宽资源；
其中，所述为该ONU分配下一轮询周期的带宽资源具体包括：
根据所述REPORT帧中ONU的标识信息判断该ONU所属的分组以及所述分组所属的群落，并在预存的每一个群落对应的两组预设波长中选择至少一种波长作为该ONU指定的波长；基于预设的算法并根据该ONU请求分配的带宽资源，为该ONU分配所述指定波长的指定子载波的指定时隙；
OLT还将带宽资源的分配结果以GATE帧的形式随本轮询周期内的下行数据帧一同下发给ONU。
在数据下行时：
OLT根据自身缓存的城域网中的下行业务数据，为每一个待接收下行数据帧的ONU分配下一轮询周期的带宽资源；
其中，所述为每一个待接收下行数据帧的ONU分配下一轮询周期的带宽资源具体包括：
根据每一个待接收下行数据帧的ONU的所属分组以及该分组所属群落，从预存的每一个群落对应的两组预设波长中选择至少一种波长作为该ONU在下一轮询周期内的指定波长；基于预设的算法并根据向每一个ONU待发送的下行数据帧的数据量，为每一个ONU分配所述指定波长的指定子载波的指定时隙；
OLT还将待发送给各个ONU的下行业务帧调制到相应ONU对应的指定波长上并发送至WSS，同时将每个ONU的带宽资源的分配结果以GATE帧的形式经由WSS以及分光器发送至各个ONU；
WSS对接收到的多个波长进行选择滤波，以使经过滤波之后得到的各个指定波长发送至与各个指定波长对应的各个群落内的分光器上；其中，每一群落内包含两个ONU组，每一个ONU组对应接入一个分光器上；
分光器将接收到波长进行分光，并向该组内的ONU广播；
ONU根据接收到的GATE帧的指示，在指定波长的指定子载波的指定时隙获取待接收的下行业务帧。
本发明实施例提供的通信方法中，在数据上行时，各个ONU可以向OLT上报REPORT帧，该REPORT帧可以包括该ONU下一轮询周期需要的带宽资源。OLT可以基于接收到的REPORT帧并根据实际情况动态地基于预设的算法为各个ONU分配下一轮询周期带宽资源；在数据下行时，OLT可以根据预发送给各个ONU的数据信息基于预设的算法为各个ONU动态分配下一轮询周期带宽资源，从而使得上行时需要上报较多数据的ONU可以分配到较大的带宽资源，而不上报数据的ONU可以进行休眠，下行时需要接收较多数据的ONU可以分配到较大的带宽资源，而不接收数据的ONU同样可以进行休眠，进而使得整个系统的功耗能够有效降低，此外还可以减少ONU端发射机和接收机的成本，又可以充分利用波长，提高带宽资源的利用率，降低延时。
在具体实施时，所述群落是根据各个ONU与OLT之间的距离进行划分的；所述群落中的两个ONU组中的其中一组ONU位于城市中的居民区，另一组ONU位于城市中的办公区。
在具体实施时，OLT判断各个ONU所属分组当前的状态：
若判断获知该ONU所属分组运行在高峰时期，则在下发的GATE帧中携带周期内假寐休眠控制指令，以使接收到该GATE帧的ONU在下一轮询周期内在非接收或非发送数据时间段内进行假寐休眠；
若判断获知该ONU所属分组运行在非高峰时期，则在下发的GATE帧中携带周期间休眠控制指令，以使接收到该GATE帧的ONU在接下来的几个整数的轮询周期内进行休眠。
在具体实施时，ONU还在进入周期内假寐休眠状态时，检测数据收发情况，当检测到需要收发数据时，退出假寐休眠状态，进行数据收发。
由于前文中对于通信系统进行了详细的说明，为节约篇幅，在此不再对具体的通信方法进行赘述。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域那些技术人员可以理解，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与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或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，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相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)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(包括伴随的权利要求、摘要和附图)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。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
本发明的某些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网关、代理服务器、系统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。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (10)

1.一种LR-EPON通信系统，其特征在于，包括：OLT、WSS、分光器和ONU；
在数据上行时：
所述ONU，用于在本轮询周期内，将上行数据帧调制在指定波长指定子载波的指定时隙上，并经由分光器以及WSS发送至OLT；其中，所述指定波长、指定子载波以及指定时隙均是由ONU接收到的GATE帧所指示的，所述GATE帧是由所述OLT在上一轮询周期内随下行数据帧一同下发给ONU的；
所述ONU，还用于在发送上行数据帧的同时，经由分光器以及WSS向OLT发送REPORT帧；其中，所述REPORT帧包含所述ONU的标识信息以及该ONU在下一轮询周期请求分配的带宽资源；
所述OLT，用于接收所述上行数据帧，还用于根据REPORT帧中该ONU请求分配的带宽资源，为该ONU分配下一轮询周期的带宽资源；
其中，所述为该ONU分配下一轮询周期的带宽资源具体包括：
根据所述REPORT帧中ONU的标识信息判断该ONU所属的分组以及所述分组所属的群落，并在预存的每一个群落对应的两组预设波长中选择至少一种波长作为该ONU指定的波长；基于预设的算法并根据该ONU请求分配的带宽资源，为该ONU分配所述指定波长的指定子载波的指定时隙；
所述OLT，还用于将带宽资源的分配结果以GATE帧的形式随本轮询周期内的下行数据帧一同下发给ONU。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
在数据下行时：
所述OLT，用于根据自身缓存的城域网中的下行业务数据，为每一个待接收下行数据帧的ONU分配下一轮询周期的带宽资源；
其中，所述为每一个待接收下行数据帧的ONU分配下一轮询周期的带宽资源具体包括：
根据每一个待接收下行数据帧的ONU的所属分组以及该分组所属群落，从预存的每一个群落对应的两组预设波长中选择至少一种波长作为该ONU在下一轮询周期内的指定波长；基于预设的算法并根据向每一个ONU待发送的下行数据帧的数据量，为每一个ONU分配所述指定波长的指定子载波的指定时隙；
所述OLT，还用于将待发送给各个ONU的下行业务帧调制到相应ONU对应的指定波长上并经由WSS以及分光器发送至各个ONU；同时将每个ONU的带宽资源的分配结果以GATE帧的形式经由WSS以及分光器发送至各个ONU；
所述WSS，用于对接收到的多个波长进行选择滤波，以使经过滤波之后得到的各个指定波长发送至与各个指定波长对应的各个群落内的分光器上；其中，每一群落内包含两个ONU组，每一个ONU组对应接入一个分光器上；
所述分光器，用于将接收到波长进行分光，并向该组内的ONU广播；
所述ONU，用于根据接收到的GATE帧的指示，在指定波长的指定子载波的指定时隙获取待接收的下行业务帧。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述群落是根据各个ONU与OLT之间的距离进行划分的；所述群落中的两个ONU组中的其中一组ONU位于城市中的居民区，另一组ONU位于城市中的办公区。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，
所述OLT，还用于判断各个ONU所属分组当前的状态；
若判断获知该ONU所属分组运行在高峰时期，则在下发的GATE帧中携带周期内假寐休眠控制指令，以使接收到该GATE帧的ONU在下一轮询周期内在非接收或非发送数据时间段内进行假寐休眠；
若判断获知该ONU所属分组运行在非高峰时期，则在下发的GATE帧中携带周期间休眠控制指令，以使接收到该GATE帧的ONU在接下来的几个整数的轮询周期内进行休眠。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述ONU还用于在进入周期间休眠状态时，检测数据量收发情况，当检测到需要收发数据时，退出周期间休眠状态，进行数据收发。
6.一种基于LR-EPON通信系统的通信方法，其特征在于，包括：
在数据上行时：
ONU在本轮询周期内，将上行数据帧调制在指定波长指定子载波的指定时隙上，并经由分光器以及WSS发送至OLT；其中，所述指定波长、指定子载波以及指定时隙均是由ONU接收到的GATE帧所指示的，所述GATE帧是由所述OLT在上一轮询周期内随下行数据帧一同下发给ONU的；
ONU在发送上行数据帧的同时，经由分光器以及WSS向OLT发送REPORT帧；其中，所述REPORT帧包含所述ONU的标识信息以及该ONU在下一轮询周期请求分配的带宽资源；
OLT接收所述上行数据帧，还用于根据REPORT帧中该ONU请求分配的带宽资源，为该ONU分配下一轮询周期的带宽资源；
其中，所述为该ONU分配下一轮询周期的带宽资源具体包括：
根据所述REPORT帧中ONU的标识信息判断该ONU所属的分组以及所述分组所属的群落，并在预存的每一个群落对应的两组预设波长中选择至少一种波长作为该ONU指定的波长；基于预设的算法并根据该ONU请求分配的带宽资源，为该ONU分配所述指定波长的指定子载波的指定时隙；
OLT还将带宽资源的分配结果以GATE帧的形式随本轮询周期内的下行数据帧一同下发给ONU。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在数据下行时：
OLT根据自身缓存的城域网中的下行业务数据，为每一个待接收下行数据帧的ONU分配下一轮询周期的带宽资源；
其中，所述为每一个待接收下行数据帧的ONU分配下一轮询周期的带宽资源具体包括：
根据每一个待接收下行数据帧的ONU的所属分组以及该分组所属群落，从预存的每一个群落对应的两组预设波长中选择至少一种波长作为该ONU在下一轮询周期内的指定波长；基于预设的算法并根据向每一个ONU待发送的下行数据帧的数据量，为每一个ONU分配所述指定波长的指定子载波的指定时隙；
OLT还将待发送给各个ONU的下行业务帧调制到相应ONU对应的指定波长上并发送至WSS，同时将每个ONU的带宽资源的分配结果以GATE帧的形式经由WSS以及分光器发送至各个ONU；
WSS对接收到的多个波长进行选择滤波，以使经过滤波之后得到的各个指定波长发送至与各个指定波长对应的各个群落内的分光器上；其中，每一群落内包含两个ONU组，每一个ONU组对应接入一个分光器上；
分光器将接收到波长进行分光，并向该组内的ONU广播；
ONU根据接收到的GATE帧的指示，在指定波长的指定子载波的指定时隙获取待接收的下行业务帧。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述群落是根据各个ONU与OLT之间的距离进行划分的；所述群落中的两个ONU组中的其中一组ONU位于城市中的居民区，另一组ONU位于城市中的办公区。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
OLT判断各个ONU所属分组当前的状态：
若判断获知该ONU所属分组运行在高峰时期，则在下发的GATE帧中携带周期内假寐休眠控制指令，以使接收到该GATE帧的ONU在下一轮询周期内在非接收或非发送数据时间段内进行假寐休眠；
若判断获知该ONU所属分组运行在非高峰时期，则在下发的GATE帧中携带周期间休眠控制指令，以使接收到该GATE帧的ONU在接下来的几个整数的轮询周期内进行休眠。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
ONU在进入周期内假寐休眠状态时，检测数据量收发情况，当检测到需要收发数据时，退出假寐休眠状态，进行数据收发。
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