CN109428827B - 一种流量自适应的缓存分配装置及方法、onu设备 - Google Patents

Abstract

一种流量自适应的缓存分配方法，包括以下步骤，配置队列的初始共享缓存；根据业务通道个数和带宽长度，配置队列的独享缓存和共享缓存；根据队列的流量通过情况，动态配置队列的独享缓存和共享缓存。本发明还提供一种流量自适应的缓存分配装置和ONU设备，能够解决了现有PON设备中ONU设备中存在的预设缓存容量大、利用率低的缺陷；在保证ONU设备正常转发各种业务的同时，还能够合理、有效地为业务队列配置缓存，降低预留缓存的总容量及开销，提高数据缓存的利用率，节约存储资源和芯片成本。

Description

一种流量自适应的缓存分配装置及方法、ONU设备

技术领域

本发明涉及网络通讯技术领域，特别是涉及一种流量自适应的缓存分配装置及方法、ONU设备。

背景技术

无源光网络PON(Passive Optical Network)是一种点到多点光传输的TDMA接入方式，能够承载全业务的宽带网络。随着光接入宽带业务的发展，无源光网络需要承载的业务越来越多，例如数据上网、IPTV、VoIP语音等业务。

业务的发展对网络服务质量的要求也越来越高，但是网络资源却是有限的，不同业务之间必然会存在抢夺网络资源的情况。因此，需要PON设备在网络中通过保证传输的带宽、降低传输时延、减小甚至消除数据丢包率以及降低时延抖动等措施来提高服务质量。进而，PON设备需要根据各种业务，对网络资源进行合理的规划和分配，从而使网络资源得到高效利用。

为了达到上述目的，PON设备通常采用流分类、流量监管、流量整形、拥塞管理等方法来提高网络服务质量。最常用的就是基于优先级队列的流量整形，流量监管。并且由于TDMA时分复用的机制，PON中ONU设备上行存在带宽时隙的限制，在调度监管过程中需要对业务数据在ONU设备(光网络终端设备)内部进行缓存。

目前的数据缓存分配方法主要有两种：一种是采用多队列独享空间和共享空间预留配置的方法，按性能指标估算ONU设备片内RAM和片外DDR的预留空间，从而对预留空间进行预配置；另一种是根据业务队列优先级，按照一定级差，差异化预分配ONU设备的数据缓存。

并且为了满足不同场景下，吞吐量和时延的要求，缓存需要按照最大要求配置。但是实际应用中，除了应对大流量突发，上述的两种数据缓存分配方法对预留缓存的利用率均不超过20％，均会造成大量的预留缓存空间的浪费。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种流量自适应的缓存分配装置及方法、ONU设备，能够对队列的缓存(包括独享缓存和共享缓存)进行实时动态配置，解决现有PON设备中ONU设备中存在的预设缓存容量大、利用率低的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供的流量自适应的缓存分配装置，包括：报文缓存初始分配模块、报文缓存感知分配模块和报文缓存动态分配模块，其中，

所述报文缓存初始分配模块，配置队列的初始共享缓存，对报文描述符空间进行初始化划分；

所述报文缓存感知分配模块，配置队列的独享缓存，并对队列进行共享缓存的二次配置；

所述报文缓存动态分配模块，其根据获取的队列的流量通过情况，动态调整队列的独享缓存和共享缓存。

进一步地，所述报文缓存初始分配模块，其按照队列的优先级高低，为队列差额分配报文描述符空间。

进一步地，所述报文缓存感知分配模块，其获取业务通道个数及需要激活配置的队列，并进行独享缓存的配置。

进一步地，所述报文缓存感知分配模块，其根据获取的带宽长度，计算出带宽速率；根据满足最大上行带宽的突发流量，得到每个队列需配置的共享缓存最大值；根据所述带宽速率和所述每个队列需配置的共享缓存最大值，得到队列的共享缓存配置值，对队列进行共享缓存的二次配置。

进一步地，所述带宽速率，根据以下公式得出：

S(n)＝L(n)/19940*1.244Gbps；其中，S(n)为带宽速率，L(n)为带宽长度。

进一步地，所述共享缓存配置值，根据以下公式得出：

B(n)＝S(n)*Bmax/1244Gbps；其中，B(n)为共享缓存配置值，S(n)为带宽速率，Bmax为每个队列需配置的共享缓存最大值。

进一步地，所述报文缓存动态分配模块，其监控到某一队列中有流量通过时，配置某一队列的独享缓存为独享缓存标准值。

更进一步地，所述报文缓存动态分配模块，其获取描述符空间和队列缓存的占用情况，计算总缓存和队列缓存使用情况，对各业务通道上各个优先级队列缓存根据流量情况进行动态调整；在某一队列的缓存占用值比共享缓存配置值小10倍以上时，减小该队列的共享缓存为1/10倍的共享缓存配置值。

为实现上述目的，本发明提供的流量自适应的缓存分配方法，包括以下步骤：

配置队列的初始共享缓存；

根据业务通道个数和带宽长度，配置队列的独享缓存和共享缓存；

根据队列的流量通过情况，动态配置队列的独享缓存和共享缓存。

进一步地，所述配置队列的初始共享缓存的步骤，进一步包括，报文缓存初始分配模块，对报文描述符空间进行初始化划分，按队列优先级高低，差额分配描述符空间。

进一步地，所述根据业务通道个数和带宽长度，配置队列的独享缓存和共享缓存的步骤，进一步包括，

报文缓存感知分配模块，获取业务通道个数和需要进行独享缓存配置的队列，并进行独享缓存的配置；

根据获取的带宽长度，计算出带宽速率；

根据满足最大上行带宽的突发流量，得到每个队列需配置的共享缓存最大值；

根据所述带宽速率和所述每个队列需配置的共享缓存最大值，得到队列的共享缓存配置值，对队列进行共享缓存的二次配置。

进一步地，所述根据获取的带宽长度，计算出带宽速率的步骤，是根据以下公式计算出带宽速率：S(n)＝L(n)/19940*1.244Gbps；其中，S(n)为带宽速率，L(n)为带宽长度。

进一步地，所述根据满足最大上行带宽的突发流量，得到每个队列需配置的共享缓存最大值的步骤，是根据以下公式计算出队列的共享缓存配置值：B(n)＝S(n)*Bmax/1244Gbps；其中，B(n)为队列的共享缓存配置值，S(n)为带宽速率，Bmax为每个队列需配置的共享缓存最大值。

进一步地，所述根据队列的流量通过情况，动态配置队列的独享缓存和共享缓存，进一步包括以下步骤：

报文缓存动态分配模块监控到某一队列中有流量通过时，配置某一队列的独享缓存为独享缓存标准值。

进一步地，所述配置某一队列的独享缓存为独享缓存标准值，还包括以下步骤：

计算当前所有队列的独享缓存和共享缓存的缓存之和总缓存；

当总缓存大于实际物理总缓存时，删除未激活的队列的独享缓存；

重新计算总缓存；

若总缓存和实际物理总缓存的差值大于0，则取某一队列的独享缓存标准值与差值中较小的值配置为某一队列的独享缓存，否则配置某一队列的独享缓存为0。

进一步地，所述根据队列的流量通过情况，动态配置队列的独享缓存和共享缓存，进一步包括以下步骤：

若某一队列的缓存占用值小于共享缓存配置值的1/10时，报文缓存动态分配模块则减小该队列的共享缓存配置值为1/10倍的原共享缓存配置值。

更进一步地，所述根据队列的流量通过情况，动态配置队列的独享缓存和共享缓存，进一步包括以下步骤：

若具有拥塞的队列，报文缓存动态分配模块则删除拥塞的队列的独享缓存，并恢复所有队列的共享缓存为所述初始共享缓存。

本发明的流量自适应的缓存分配装置及方法，根据当前业务队列的通道个数以及带宽信息，以及业务队列的流量通过情况，对业务队列的缓存(包括独享缓存和共享缓存)进行实时动态配置，解决了现有PON设备中ONU设备中存在的预设缓存容量大、利用率低的缺陷，从而保证了在ONU设备正常转发各种业务的同时，还能够合理、有效地为业务队列配置缓存，降低预留缓存的总容量及开销，提高数据缓存的利用率，节约存储资源和芯片成本。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为根据本发明的流量自适应的缓存分配装置架构图；

图2为根据本发明的流量自适应的缓存分配方法流程图；

图3为根据本发明的流量自适应的缓存分配方法的一种实施方式的具体流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为根据本发明的流量自适应的缓存分配装置架构图，如图1所示，本发明的流量自适应的缓存分配装置，包括：报文缓存初始分配模块101、报文缓存感知分配模块102和报文缓存动态分配模块103，其中，

报文缓存初始分配模块101，用于配置业务队列的初始共享缓存，以及对报文描述符空间进行初始化划分，并按照业务队列的优先级高低，为业务队列差额分配报文描述符空间。

本发明的报文缓存初始分配模块101，将ONU设备内的缓存报文的RAM和DDR报文存储空间划分为多个报文存储块PMAU，每个PMAU块可保存1个以太网报文或分片；对TCONT单元或LLID单元上的每个业务队列预分配少量的共享缓存。

报文缓存感知分配模块102，用于根据业务队列的业务通道个数和带宽长度，计算业务队列所需的缓存值，对业务队列进行独享缓存和共享缓存的配置。

本发明的报文缓存感知分配模块102，通过操作管理控制接口(OMCI)获取到OLT设备下发的业务通道个数，获取需要激活配置的队列，并进行独享缓存的配置；解析ONU设备获取的Ploam消息中TCONT单元Tn的带宽长度L(n)；根据公式S(n)＝L(n)/19940*1.244Gbps，计算出带宽速率S(n)；根据估算和实际测试获得满足协议最大上行带宽1.244Gbps的突发流量，得到每个队列TnPm需配置的共享缓存的最大值为Bmax；根据公式B(n)＝S(n)*Bmax/1244Gbps，计算出TCONT单元Tn中的所有队列TnPm的共享缓存配置值B(n)，对TCONT单元Tn中的所有队列TnPm进行共享缓存的二次配置。

报文缓存动态分配模块103，其获取报文描述符空间和业务队列占用缓存的情况，计算出总缓存和业务队列使用缓存的情况，根据业务队列的流量情况并按照业务队列的优先级，对业务队列的独享缓存和共享缓存进行动态调整。

图2为根据本发明的流量自适应的缓存分配方法流程图，下面将参考图2，对本发明的流量自适应的缓存分配方法进行详细描述。

在步骤201，配置业务队列的初始共享缓存。

该步骤中，将ONU设备内的缓存报文的RAM和DDR报文存储空间划分为多个报文存储块PMAU，每个PMAU块可保存1个以太网报文或分片；对TCONT单元或LLID单元上的每个业务队列预分配少量的共享缓存；对报文描述符空间进行初始化划分，并按照业务队列的优先级高低，为业务队列差额分配报文描述符空间。

在步骤202，根据OLT设备下发的通道情况和带宽信息，配置业务队列的独享缓存和共享缓存。

该步骤中，ONU设备在注册后，通过操作管理控制接口获取到OLT设备下发的业务队列的通道情况，以及解析EPON中Gate帧或GPON中BwMap条目中的带宽信息，分析并按照业务队列的优先级进行业务队列的独享缓存配置和共享缓存的二次配置。

在步骤203，根据业务队列的流量通过情况，动态分配业务队列的独享缓存和共享缓存。

该步骤中，从报文存储空间获取报文描述符空间和业务队列占用缓存的情况，计算出总缓存和业务队列使用缓存的情况，根据业务队列的流量通过情况，并按照业务队列的优先级，对业务队列的独享缓存和共享缓存进行动态调整，从而合理、有效地利用报文存储空间为业务队列配置缓存空间。

图3为本发明的流量自适应的缓存分配方法的一种实施方式的具体流程图，下面结合图3，详细地阐述本发明的流量自适应的缓存分配装置及方法的技术方案。在本实例中以本发明应用到采用GPON技术的PON设备中为例说明本发明的技术方案，当然本发明也可以应用到采用EPON等其他类型技术的PON设备中，由于方案实质相同在此不再赘述。

为了便于理解本发明的技术方案，对本实施例中GPON的报文传输通道进行解释，本实施中的GPON通过OLT设备以及ONU设备的TCONT单元进行报文传输，并且本实施中具有n个工作的TCONT单元，而每个TCONT单元中具有m个队列。每个TCONT单元的单元号为Tn，每个单元号为Tn的TCONT单元中的队列的队列号为TnPm，其中，n＝1～32，m＝1～8。当然，本发明的TCONT单元及TCONT单元中队列的数量并不仅限定于本实例中的数量。

第一步：报文缓存初始分配模块，为每个队列配置共享缓存以及报文描述符空间。

该步骤中，执行步骤301，根据TCONT单元的工作数量，为每个TCONT单元中的8个队列均分配初始值为Si的固定大小的共享缓存；

根据吞吐量测试要求，配置不同的经验值，对报文描述符总空间进行初始化划分，并按照队列优先级高低差额，为每个TCONT单元中的队列分配报文描述符空间。其中，优先级高的队列分配的报文描述符空间大于优先级低的队列分配的报文描述符空间。

第二步：报文缓存感知分配模块，根据OLT设备向ONU设备下发的业务通道个数和带宽长度，计算TCONT单元中队列所需的缓存值，对队列进行独享缓存的配置和共享缓存的二次配置。

该步骤中，执行步骤302，ONU设备在注册完成后，通过操作管理控制接口(OMCI)获取到OLT设备下发的通道配置，获取需要进行独享缓存的配置的队列进行独享缓存的配置，例如，OLT下发了TCONT1和TCONT2队列P1的业务通道，则需重新分配缓存的队列是TCONT1的队列T1P1和TCONT2的队列T2P1，共两个队列的缓存大小。

解析ONU设备获取的Ploam消息中TCONT单元Tn的带宽长度L(n)；根据公式S(n)＝L(n)/19940*1.244Gbps，计算出带宽速率S(n)；根据估算和实际测试获得满足协议最大上行带宽1.244Gbps的突发流量，得到每个队列TnPm需配置的共享缓存的最大值为Bmax；根据公式B(n)＝S(n)*Bmax/1244Gbps，计算出TCONT单元Tn中的所有队列TnPm的共享缓存配置值B(n)，对TCONT单元Tn中的所有队列TnPm进行共享缓存的二次配置。

第三步：报文缓存动态分配模块，根据队列的流量通过情况，对队列的独享缓存和共享缓存进行动态分配。

该步骤中，首先执行步骤303，从报文存储空间中获取队列当前缓存占用情况，并监控队列的流量的通过情况；

在步骤304，当监控到某一队列TuPv(u＝1～n，v＝1～m)中有流量通过时，则执行步骤305，否则执行步骤306；

在步骤305，配置某一队列TuPv的独享缓存A(u，v)为独享缓存标准值Astd，然后执行步骤306；

在步骤306，计算当前所有队列的独享缓存(含有某一队列TuPv配置的独享缓存标准值Astd)和共享缓存的缓存之和总缓存

在步骤307，当总缓存

大于实际物理总缓存Bufp时，则执行步骤308，否则执行步骤309；

在步骤308，删除未激活队列TxPy(x＝1～n，y＝1～m)的独享缓存A(x，y)，然后执行步骤309；

在步骤309，重新读取各个队列的当前缓存占用情况，再次重新计算总缓存

计算总缓存

和实际物理总缓存Bufp的差值，若差值

大于0，则取该某一队列TuPv的独享缓存标准值Astd与差值

二者中较小的值配置为该某一队列TuPv的独享缓存A(u，v)；若差值

小于0，则配置该某一队列TuPv的独享缓存A(u，v)为0；

在步骤310，若读取到任意队列的缓存占用值U(n)小于共享缓存配置值B(n)的1/10，表明配置的共享缓存过大，出现缓存浪费，需要降低共享缓存的配置值，执行步骤311，否则执行步骤312；

在步骤311，减小所有共享缓存过大的队列共享缓存配置值B(n)为B(n)/10，然后执行步骤312；

在步骤312，若队列出现拥塞时，执行步骤313，当队列不再拥塞时，则直接执行第二步，重新根据TCONT单元Tn的带宽长度L(n)，配置TCONT单元Tn中的所有队列TnPm的共享缓存为共享缓存配置值B(n)，以及根据第三步对队列的独享缓存和共享缓存进行动态分配；

在步骤313，读取所有拥塞的队列，删除拥塞队列的独享缓存，恢复所有队列的共享缓存为初始值Si，继续执行第二步。

本发明的ONU设备可以包括本发明的流量自适应的缓存分配装置，以及可以执行本发明的流量自适应的缓存分配方法。

本发明的流量自适应的缓存分配装置及方法、ONU设备，根据当前业务队列的通道个数以及带宽信息，以及业务队列的流量通过情况，对业务队列的缓存(包括独享缓存和共享缓存)进行实时动态配置，解决了现有PON设备中ONU设备中存在的预设缓存容量大、利用率低的缺陷，从而保证了在ONU设备正常转发各种业务的同时，还能够合理、有效地为业务队列配置缓存，降低预留缓存的总容量及开销，提高数据缓存的利用率，节约存储资源和芯片成本。

本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种流量自适应的缓存分配装置，包括，报文缓存初始分配模块、报文缓存感知分配模块，以及报文缓存动态分配模块，其特征在于，

所述报文缓存初始分配模块，用于配置业务队列的初始共享缓存；

所述报文缓存感知分配模块，用于根据OLT设备向ONU设备下发的业务通道个数和带宽长度，计算TCONT单元中队列所需的缓存值，配置队列的独享缓存和共享缓存；

所述报文缓存动态分配模块，用于根据队列的流量通过情况，动态调整队列的独享缓存和共享缓存；

所述报文缓存动态分配模块进一步用于：监控到某一队列中有流量通过时，配置某一队列的独享缓存为独享缓存标准值；计算当前所有队列的独享缓存和共享缓存的缓存之和总缓存；当总缓存大于实际物理总缓存时，删除未激活队列的独享缓存；重新计算总缓存，计算重新计算的总缓存和实际物理总缓存的差值；若差值大于0，则取所述某一队列的独享缓存标准值与所述差值二者中较小的值配置为所述某一队列的独享缓存。

2.根据权利要求1所述的流量自适应的缓存分配装置，其特征在于，所述报文缓存初始分配模块，用于对报文描述符空间进行初始化划分；按照队列的优先级高低，为队列差额分配报文描述符空间。

3.根据权利要求1所述的流量自适应的缓存分配装置，其特征在于，所述报文缓存感知分配模块，用于获取业务通道个数及需要进行独享缓存配置的队列进行独享缓存的配置。

4.根据权利要求1所述的流量自适应的缓存分配装置，其特征在于，所述报文缓存感知分配模块，用于根据获取的带宽长度，计算出带宽速率；根据满足最大上行带宽的突发流量，得到每个队列需配置的共享缓存最大值；根据所述带宽速率和所述每个队列需配置的共享缓存最大值，得到队列的共享缓存配置值，对队列进行共享缓存的二次配置。

5.根据权利要求4所述的流量自适应的缓存分配装置，其特征在于，所述带宽速率，根据以下公式得出：S(n)＝L(n)/19940*1.244Gbps；其中，S(n)为带宽速率，L(n)为带宽长度。

6.根据权利要求5所述的流量自适应的缓存分配装置，其特征在于，所述共享缓存配置值，根据以下公式得出：B(n)＝S(n)*Bmax/1244Gbps；其中，B(n)为共享缓存配置值，Bmax为每个队列需配置的共享缓存最大值。

7.根据权利要求1所述的流量自适应的缓存分配装置，其特征在于，所述报文缓存动态分配模块，用于在某一队列的缓存占用值小于共享缓存配置值的1/10时，将该队列的共享缓存配置值减少至1/10倍。

8.一种流量自适应的缓存分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

配置业务队列的初始共享缓存；

根据OLT设备向ONU设备下发的业务通道个数和带宽长度，计算TCONT单元中队列所需的缓存值，配置队列的独享缓存和共享缓存；

根据队列的流量通过情况，动态配置队列的独享缓存和共享缓存；

所述根据队列的流量通过情况，动态配置队列的独享缓存和共享缓存，进一步包括以下步骤：

报文缓存动态分配模块监控到某一队列中有流量通过时，配置某一队列的独享缓存为独享缓存标准值；计算当前所有队列的独享缓存和共享缓存的缓存之和总缓存；当总缓存大于实际物理总缓存时，删除未激活队列的独享缓存；重新计算总缓存，计算重新计算的总缓存和实际物理总缓存的差值；若差值大于0，则取所述某一队列的独享缓存标准值与所述差值二者中较小的值配置为所述某一队列的独享缓存。

9.根据权利要求8所述的流量自适应的缓存分配方法，其特征在于，所述配置队列的初始共享缓存的步骤，进一步包括，报文缓存初始分配模块，对报文描述符空间进行初始化划分，按队列优先级高低，差额分配描述符空间。

10.根据权利要求8所述的流量自适应的缓存分配方法，其特征在于，所述根据业务通道个数和带宽长度，配置队列的独享缓存和共享缓存的步骤，进一步包括，

报文缓存感知分配模块，获取业务通道个数和需要进行独享缓存配置的队列，并进行独享缓存的配置；

根据获取的带宽长度，计算出带宽速率；

根据满足最大上行带宽的突发流量，得到每个队列需配置的共享缓存最大值；

根据所述带宽速率和所述每个队列需配置的共享缓存最大值，得到队列的共享缓存配置值，对队列进行共享缓存的二次配置。

11.根据权利要求10所述的流量自适应的缓存分配方法，其特征在于，所述根据获取的带宽长度，计算出带宽速率的步骤，是根据以下公式计算出带宽速率：S(n)＝L(n)/19940*1.244Gbps；其中，S(n)为带宽速率，L(n)为带宽长度。

12.根据权利要求11所述的流量自适应的缓存分配方法，其特征在于，所述根据满足最大上行带宽的突发流量，得到每个队列需配置的共享缓存最大值的步骤，是根据以下公式计算出队列的共享缓存配置值：B(n)＝S(n)*Bmax/1244Gbps；其中Bmax为每个队列需配置的共享缓存最大值。

13.根据权利要求8所述的流量自适应的缓存分配方法，其特征在于，所述配置某一队列的独享缓存为独享缓存标准值，还包括以下步骤：

计算当前所有队列的独享缓存和共享缓存的缓存之和总缓存；

当总缓存大于实际物理总缓存时，删除未激活的队列的独享缓存；

重新计算总缓存；

若总缓存和实际物理总缓存的差值大于0，则取某一队列的独享缓存标准值与差值中较小的值配置为某一队列的独享缓存，否则配置某一队列的独享缓存为0。

14.根据权利要求8所述的流量自适应的缓存分配方法，其特征在于，所述根据队列的流量通过情况，动态配置队列的独享缓存和共享缓存，进一步包括以下步骤：

若某一队列的缓存占用值小于共享缓存配置值的1/10时，报文缓存动态分配模块则将该队列的共享缓存为减少至1/10倍。

15.根据权利要求8所述的流量自适应的缓存分配方法，其特征在于，所述根据队列的流量通过情况，动态配置队列的独享缓存和共享缓存，进一步包括以下步骤：

若具有拥塞的队列，报文缓存动态分配模块则删除拥塞的队列的独享缓存，并恢复所有队列的共享缓存为所述初始共享缓存。

16.一种ONU设备，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述流量自适应的缓存分配装置。

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