CN111698581A - 用于在无源光网络中控制突发的上游传输的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

用于在PON中控制从ONU(131‑13n；A‑G)到OLT(111)的突发的上游传输的设备，其中该上游传输以时间间隔(401‑407)被组织，该时间间隔形成上游时间帧(400)的一部分，该设备包括：用以获得在OLT处接收到的针对ONU的相应光功率电平的部件(303)；用以获得在OLT处的针对ONU的相应消光比的部件(303)；用以获得针对ONU的相应传输波长的部件(303)；用以至少基于该波长来区分可配对的ONU和非可配对的ONU的部件(305、306)；用于以下的部件(301；305)：基于光功率电平和/或消光比来将可配对的ONU配对，从而生成经配对的ONU的一个或多个子集；用于允许属于相同子集的经配对的ONU在时间间隔(406；407)内同时传输突发的部件(306、307)。

Description

用于在无源光网络中控制突发的上游传输的设备和方法
技术领域
各种示例实施例涉及在无源光网络(缩写为PON)中控制从光网络单元(缩写为ONU)到光线路终端(缩写为OLT)的突发的上游传输。更具体地，示例实施例涉及在时域复用无源光网络(缩写为TDM-PON)，在波分复用PON(缩写为WDM-PON)，或在时分波分复用PON(缩写为TWDM-PON)中更优化地将时间间隔分配到ONU以用于突发的上游传输。
背景技术
在无源光网络(缩写为PON)中，中心设施(central office)(缩写为CO)中的光线路终端(缩写为OLT)经由光学分发网络(ODN)被耦合到相应光学端点中的多个光网络单元(缩写为ONU)。ODN通常具有树型和分支架构，并且包括光纤和无源分离器/组合器，其分离从OLT到ONU的下游方向上的光学信号，并且在从ONU到OLT的上游方向上复用光学信号。在简单的示例中，其中CO被连接到n个光学端点，n是正整数，在该CO处，OLT经由光纤(所谓的馈线光纤)被连接到1:n无源分光器，该分光器又经由n个光纤(所谓的分发光纤)被连接到相应光学端点中的n个ONU。为了避免在ODN的共享部分上的n个用户(例如，上述示例中的馈线光纤)之间发生冲突，在下游方向上使用时域复用(缩写为TDM)协议，并且在上游方向上使用时域多址(缩写为TDMA)协议。
当前，部署了具有10Gbit/s(千兆位每秒)的对称的下游和上游吞吐量的TDM-PON，并且正在标准化具有25Gbit/s的对称的下游和上游吞吐量容量的TDM-PON。然而，未来的电信网络，特别是城域网和接入网，将越来越需要更高的吞吐量容量和减少的延时。预计以下的TDM-PON生成可以支持不对称的下游和上游容量，其中上游容量出于客户侧的高速光收发器的成本原因而保持在10Gbit/s或25Gbit/s。
类如GPON和XGS-PON的现有PON技术在上游方向上依赖于TDMA协议。将具有例如125微秒的预定义长度的时间帧细分为固定长度或可变长度时间间隔。根据PON中活动ONU的数目及其相应的服务和/或延时需求，动态带宽指派(DBA)控制器将时间间隔分配给ONU。这种分配或授权允许单个ONU在被指派给该ONU的时间间隔内传输上游突发。
发明内容
针对光收发器的低成本目标，尤其是在客户侧，难以达成不断增长的容量需求和低延迟需要。因此，上游路径可能会成为未来PON的瓶颈。
因此，除此之外，本发明的实施例的目的是公开一种用于控制突发的上游传输的设备和方法，在TDMA PON中，单个突发是持续的上游传输的连续比特集，而多个突发通常不连续地被传输，允许增加总吞吐量和/或减少针对ONU的个体延时，同时考虑到ONU处的光收发器的低成本要求。换言之，本发明的实施例旨在增加灵活性，以应对来自用户的快速变化的服务需求，同时最小化ONU侧的光收发器成本。
根据本公开的第一示例方面，通过权利要求1所定义的设备来达成该上面定义的目的，该设备用于在PON中控制从ONU到OLT的突发的上游传输，该上游传输以时间间隔被组织，该时间间隔形成上游时间帧的一部分，其中该设备包括：
-被配置为获得在OLT处接收到的针对ONU的相应光功率电平的部件；
-被配置为获得在OLT处的针对ONU的相应消光比的部件；
-被配置为获得针对ONU的相应传输波长的部件；
-被配置为至少基于波长来在ONU之间区分可配对的ONU和非可配对的ONU的部件；
-被配置用于基于光功率电平和/或消光比来将可配对的ONU进行配对，从而生成经配对的ONU的一个或多个子集的部件；
-被配置用于允许属于子集中的相同子集的经配对的ONU在上游时间帧的时间间隔内同时传输突发的部件。
因此，本发明的实施例通过允许某些ONU同时传输突发来在吞吐量和延时方面优化PON的上游方向。可配对的ONU被配对，这意味着它们被组合为子集，并且时间帧内的时间间隔可以被分配给经配对的ONU的子集，使得多个经配对的ONU可以在所分配的时间间隔内同时传输其突发。针对具有更高服务需求的这些ONU，其优点是可以将较长的时间间隔或跨越多个时间间隔的较长的突发持续时间分配给其他非可配对的ONU，从而有效地增加上游吞吐量或容量和/或减少等待时间来传输数据，这也称为延时。
通过将ONU配对并允许经配对的ONU同时传输突发，生成了新的调制格式，该新的调制格式必须由OLT处的接收器进行解调。因为并非ONU的所有组合都生成可允许的调制格式，所以控制器的实施例首先确定哪些ONU可以配对，即，ONU的哪些子集是可允许的。另外，控制器至少收集每个ONU的传输波长，即，ONU用于上游传输的光波长，控制器收集每个ONU的功率电平，即，当ONU以传统的TDMA模式上游传输时在OLT处测得的以dB为单位的接收信号功率，其中ONU占用与其他ONU不共享的时间间隔，并且控制器收集每个ONU的消光比，即，在传输零比特时以dB为单位的该ONU的信号强度与在传输一比特时该ONU的信号强度(比特值＝1)之间的距离。低服务优先级ONU的波长、功率电平和消光比使控制器能够确定哪些ONU可以配对成子集。要注意的是，这些对或子集不一定需要包含相同数目的ONU：作为示例，两个ONU可以配对以形成一对ONU，在被指派给该ONU对的时间间隔内共同生成PAM-4(脉冲幅度调制4)调制格式，其具有四个功率电平而不是传统的两个功率电平，三个其他ONU可以配对以形成三元ONU，在被指派给该ONU子集的时间间隔内共同生成PAM-8(脉冲幅度调制8)调制格式，其具有8个功率电平而不是传统的两个功率电平等。只有当波长、ONU的测量功率电平和ONU的消光比表明通过重叠ONU的突发生成OLT接收器处足够的可区分功率电平时，才可以组合ONU。
通过权利要求2所定义的用于在PON中控制上游传输的设备的样本实施例还包括：
-被配置用于允许非可配对的ONU传输跨越多个时间间隔的突发的部件。
实际上，控制器的有利实施例允许非可配对的ONU在时间帧内传输跨越多个连续时间间隔的更长的突发，从而有效地增加这些ONU的比特率和/或减少这些ONU的延时。控制器的备选实施例可以在时间帧内将多个非连续时间间隔指派给单个非可配对的ONU，还增加了有效比特率或减小了这种ONU的延时，但是要求ONU传输适合于相应指派的时间间隔内的多个突发。控制器的更进一步的备选实施例可以适应时间帧内的时间间隔的长度，并创建被指派给相应非可配对的ONU的更长的时间间隔，再次增加了有效比特率和/或减少了这种ONU的延时。
在通过权利要求3所定义的用于在PON中控制上游传输的设备的样本实施例中，被配置用于配对的装置适配为以子集的静态配置来将可配对的ONU静态地配对。
实际上，子集中的ONU的配对可以静态地执行，使得可配对ONU的预定义子集或组合基于其功率电平和消光比而被创建。在这种情况下，向ONU的静态带宽指派取决于活动的ONU，其服务需求使得能够将它们分类为非可配对的ONU或可配对的ONU，其波长、功率电平和消光比以及可选的其他参数允许将可配对的ONU配对。静态带宽分配(即，将时间帧的哪些时间间隔分配给哪些非可配对的ONU或哪些可配对的ONU子集)例如可以存储在查找表中。
在通过权利要求4所定义的用于在PON中控制上游传输的设备的样本实施例中，被配置用于配对的部件适配为基于来自ONU的更新的服务需求来将可配对的ONU动态地配对成子集的动态变化配置。
实际上，控制器的更高级的实施例通过分析其波长、功率电平和消光比来学习ONU的可能配对组合，并根据随时间而变化的ONU的特定的个体服务需求动态地适应带宽分配，即，将时间间隔指派给ONU或ONU子集。单个ONU可能例如必须上游传输具有高服务优先级的第一传输容器(缩写为TCONT)，其后是具有低服务优先级的第二传输容器。针对第一TCONT的传输，ONU可以被认为是非可配对的ONU，其中被指派不与其他ONU共享的一个或多个时间间隔。针对第二TCONT的传输，此后相同的ONU可以被视为与一个或多个其他ONU配对的可配对ONU，在给定其波长、功率电平和消光比的情况下兼容，以形成这样的ONU的子集，该ONU的子集在被指派给其的时间间隔内传输重叠的突发。ONU配对的动态适应进一步增加了灵活性，并因此也增加了总体上游吞吐量和/或减少了传输上游数据的总等待时间。
通过权利要求5所定义的用于在PON中控制上游传输的设备的样本实施例还包括：
-被配置用于指示可配对的ONU中的ONU来适应其光学传输功率和/或其消光比和/或其波长和/或其相位的部件。
实际上，取决于相应ONU参数(比如，波长、测得的功率电平和消光比)，控制器的实施例可能会生成一个或多个ONU的请求，以使其输出功率电平适应上游传输、其消光比、其波长或其相位(通过应用相移或时移)，以便生成可以被配对的ONU的增加的潜在子集数目，或在特定子集内增加可以配对的ONU数目，或促进某些ONU可以被配对。换言之，控制器的这种实施例指令ONU适应某些ONU参数，以便进一步增强配对ONU的灵活性，并因此进一步提高总体上游吞吐量的可实现增益和/或减少传输上游数据的总等待时间。显然，控制器的这种实施例要求ONU配备有适应ONU参数的技术，例如，能够适应锁传输的上游信号的波长的加热器(heater)、能够适应上游传输功率电平的光学衰减器、能够适应消光比的具有可变电压摆幅的发射器、相移/时移器等。适应功率电平和/或消光比将导致在OLT处接收到的信号具有新的功率电平，因此创建了可能允许的新调制格式。适应波长将导致减少或避免干涉串扰，使得非可配对的ONU现在变为可配对的。
通过权利要求6所定义的用于在PON中控制上游传输的设备的样本实施例还包括：
-被配置用于从ONU获得容量需求和/或延迟需求以便实现在ONU之中区分可配对的ONU和非可配对的ONU的部件。
实际上，尽管在备选实施例中可以静态地预先配置ONU的服务优先级，但是考虑到可以随时间而变化的从ONU的接收到的容量需求或延时要求，有利的实施例例如针对与不同服务相关但由同相同ONU传输的不同TCONT来动态地确定ONU的服务优先级。具有低服务优先级需求(即，容量和/或延迟需求低于某些阈值)的ONU变成可配对的。具有高服务优先级需求(即，容量和/或延迟需求超过某些阈值)的ONU变成非可配对的。将ONU分类为可配对的低服务优先级ONU或非可配对的高服务优先级ONU的判决可以基于阈值。如果通过每个ONU的比特率和延时需求计算出0到1之间的服务优先级，则例如高于或等于0.6的服务优先级可能需要在时间间隔内使用单个突发，以避免来自时间堆叠的任何延时损失，因此将这种ONU分类为非可配对的高服务优先级ONU。在这种实施例中，具有低于0.6的服务优先级的ONU将被分类为可配对的、低服务优先级ONU，其可以是时间堆叠的。
通过权利要求7所定义的用于在PON中控制上游传输的设备的样本实施例还包括：
-被配置用于指令ONU将空闲数据添加到其突发和/或添加相移或时移，来对由属于相同子集的经配对的ONU在时间间隔内同时传输的突发的长度进行均衡的部件。
以这种方式，在可以通过将特定的ONU配对成单个子集并将单个时间间隔指派给ONU的该子集以用于突发的上游传输来进行该特定ONU的时间堆叠、但是这些ONU的突发的个体长度在时间堆叠的情况下不理想的情况下，控制器的实施例可以请求由一个或多个ONU将空闲数据添加到其突发或应用相/时移，以便简化新调制格式在OLT侧的接收。备选地，控制器可以允许一个或多个ONU在所分配的时间间隔内传输多个较短的突发，以对准时间堆叠的ONU的数据传输并简化OLT侧的接收。与指令发送空闲数据或应用相/时移的实施例相比，允许ONU传输多个突发减少了对吞吐量的影响。
通过权利要求8所定义的用于在PON中控制上游传输的设备的样本实施例还包括：
-用于获得针对ONU的相应功率裕度的部件；
-并且其中：
-被配置用于将低服务优先级ONU配对的部件被适配为生成三个经配对的ONU的子集，三个经配对的ONU的子集的相应功率裕度超过第一功率裕度阈值，第一功率裕度阈值优选为8.5dB；生成两个经配对的ONU的子集，两个经配对的ONU的子集的相应功率裕度超过小于第一功率裕度的第二功率裕度阈值，第二功率裕度阈值优选为4.8dB，并且使其功率裕度小于第二功率裕度阈值的ONU不成对。
将ONU配对为子集以用于时间重叠突发传输需要这些ONU的OLT接收器处有一定的功率裕度可用。用于配对两个ONU的功率裕度理想值约为4.8dB，并且用于配对三个ONU的功率裕度理想值约为8.5dB。在控制器的样本实施例中，用于配对ONU的装置用于例如在这些ONU的功率裕度超过4.8dB的条件下生成两个ONU的子集，并且在这些ONU的功率裕度超过8.5dB的条件下生成三个ONU的子集。功率裕度低于4.8dB的ONU不能与其他ONU配对。
根据第二示例方面，公开了一种通过权利要求9所定义的方法，该方法用于在PON中控制从ONU到OLT的突发的上游传输，该上游传输以时间间隔被组织，该时间间隔形成上游时间帧的一部分，其中该方法包括：
-获得在OLT处接收到的针对ONU的相应光功率电平；
-获得在OLT处的针对ONU的相应消光比；
-获得针对ONU的相应传输波长；
-至少基于波长在ONU之间区分可配对的ONU和非可配对的ONU；
-基于光功率电平和/或消光比将可配对的ONU配对，从而生成经配对的ONU的一个或多个子集；
-允许属于子集中的相同子集的经配对的ONU在上游时间帧的时间间隔内同时传输突发。
根据第三示例方面，公开了一种通过权利要求10所定义的包括计算机可执行指令的计算机程序产品，该计算机可执行指令用于使设备在PON中控制从ONU到OLT的突发的上游传输，该上游传输以时间间隔被组织，该时间间隔形成上游时间帧的一部分，以执行至少以下操作：
-获得在OLT处接收到针对ONU的的相应光功率电平；
-获得在OLT处的针对ONU的相应消光比；
-获得针对ONU的相应传输波长；
-至少基于波长在ONU之间区分可配对的ONU和非可配对的ONU；
-基于光功率电平和/或消光比将可配对的ONU配对，从而生成经配对的ONU的一个或多个子集；
-允许属于子集中的相同子集的经配对的ONU在上游时间帧的时间间隔内同时传输突发。
根据第四示例方面，公开了一种通过权利要求11所定义的包括计算机可执行指令的计算机可读存储介质，当程序在设备上运行以在PON中控制从ONU到OLT的突发的上游传输时，该计算机可执行指令用于执行以下步骤，该上游传输以时间间隔被组织，该时间间隔形成上游时间帧的一部分：
-获得在OLT处接收到的针对ONU的相应光功率电平；
-获得在OLT处的针对ONU的相应消光比；
-获得针对ONU的相应传输波长；
-至少基于波长在ONU之间区分可配对的ONU和非可配对的ONU；
-基于光功率电平和/或消光比将可配对的ONU配对，从而生成经配对的ONU的一个或多个子集；
-允许属于子集中的相同子集的经配对的ONU在上游时间帧的时间间隔内同时传输突发。
附图说明
现在将参照附图描述一些示例实施例。
图1示出了无源光网络的示例实施方式，其中用于控制上游传输的设备和方法的示例实施方式可以被部署；
图2图示了TDMA PON中的传统上游带宽分配的结果；
图3表示伪流程图或功能方框图，其图示了用于控制上游传输的方法或设备的实施例；
图4图示了根据用于控制上游传输的设备和方法的实施例的上游带宽分配的示例结果；
图5A-5C图示了从在OLT处具有不同光功率电平和相同消光比的两个ONU配对而产生的新调制格式的示例；
图6A-6C图示了由在OLT接收器处具有相等的光功率电平和不同消光比的两个ONU配对而产生的新调制格式的示例；
图7A-7C图示了由在OLT处具有不同光功率电平和相同消光比的三个ONU配对而产生的新调制格式的示例；
图8A-8G图示了用于在仿真期间控制上游传输的设备和方法的样本实施例的输入参数；
图9A-9B图示了在用于在仿真期间利用通过图8A-8G所图示的输入参数来控制上游传输的设备和方法的样本实施例中的ONU的配对；
图10A-10B图示了用于在仿真期间利用通过图8A-8G所图示的输入参数来控制上游传输的设备和方法的样本实施例的容量增加；以及
图11示出了用于执行用于控制上游传输的方法的实施例中的一个或多个步骤的合适的计算系统1100的示例实施例。
具体实施方式
图1示出了无源光网络或PON的典型架构。中心设施CO或110处的光线路终端OLT或111经由光学分配网络ODN或120被耦合到多个光学端点或ONU 131、132、133、...13n。光学分配网络120具有树状分支架构，并且另外包括光学馈线光纤140、无源1:n分离器/复用器121和n个光学分配光纤151、152、153、...、15n或者将无源分光器121连接至ONU 131...13n中的一个相应ONU的分支光纤。在示例实施例中，n可以例如是64。典型地，中心设施110应该托管多个OLT，类似于OLT 111。在示例实施例中，例如可以将8个OLT或16个OLT集成在单个线卡(linecard)上。馈线光纤140被共享以用于朝向多个ONU的下游传输和来自多个ONU的上游传输。为了避免共享PON的n个用户之间发生冲突，在下游方向上使用了时分复用或TDM协议，并且在上游方向上使用了时分多址或TDMA协议。换言之，ONU 131…13n在不同的时间间隔内接收数据并且在被指派给它们的不同的时间间隔内传输数据。被指派给ONU的上游时间间隔可以具有相等或不同的长度，并共同形成例如125微秒的时间帧。
图2图示了时间间隔201-207的指派，该时间间隔201-207在例如根据ITU-T PON标准规范进行操作的传统现有PON系统的上游信道中共同形成例如125微秒的时间帧200。每个时间间隔201-207被分配给通过图2中的A-G所指的单个ONU。因此，每个时间间隔可以在上游方向上从单个ONU向OLT传送单个突发。不允许突发重叠或突发的时间堆叠。在OLT侧，传统的NRZ(不归零)接收器可以在不同的时间间隔内接收和解调从不同的ONU A-G接收到的光学信号。
与图2所图示的传统的时间间隔分配相反，根据本发明的方法和系统的实施例通过允许多个ONU同时传输突发来在吞吐量和延时方面优化PON的上游信道。例如，在时间帧400内低服务优先级ONU B、C、D、F和G可以可以被指派时间间隔406、407，其中多个ONU可以同时传输其突发。这由图4图示，其中ONU D和F被被指派时间间隔406，从而允许这两个ONU以时间堆叠的方式同时传输其突发。同样地，ONU B、C和G被指派时间间隔407，允许这三个ONU以时间堆叠的方式同时传输其突发。因此，有意地引入了多个ONU的功率串扰，以形成新的调制格式。在OLT侧，应该使用更复杂的接收器在时间间隔406内接收和解调PAM4信号，并且在时间间隔407内接收和解调PAM8信号。如果来自多个ONU的突发在时间帧的一个或多个时间间隔内进行时间堆叠(重叠)，则可以将多个时间间隔401-404和/或更长的突发持续时间分配给其他非堆叠式ONU，比如图4中的ONU A。其优点在于，有效地提高了后者的ONU A的容量或吞吐量，并且减少了数据传输的等待时间，有效减少了ONU A的延迟。
图3的伪流程图或功能方框图图示了用于在PON中控制突发的上游传输的方法的实施例中的步骤(允许如图4所图示的时间堆叠)或用于控制数据的上游传输的设备的实施例的功能块(允许如图4所图示的时间堆叠)。通常，在步骤/功能块301的静态分配与涉及步骤/功能块302-305的动态分配之间进行区分。
在步骤/功能块301中的静态指派的情况下，可以时间堆叠的ONU的潜在子集是先验已知的，以将ONU连接至PON网络。可以通过预先表征ONU发射器、用于上游传输的波长、输出功率和消光比以及基础设施提供商或网络运营商对ONU位置(因此也对例如功率损耗)的洞察来获得所需的知识，以桥接特定ONU和OLT之间的光纤距离。通过这些ONU和/或PON参数，上游带宽分配控制器可以确定潜在的时间堆叠配置，即，ONU的子集可以被配对以用于在单个时间帧内同时传输上游突发，并且可以将这些静态配对配置存储在查找表中。可以确定多个可能的静态配对配置并将其存储在查找表中。取决于在步骤/功能块304中收集的ONU的活动和/或需求，可以在步骤/功能块306中选择特定的静态配对配置，并在步骤/功能块307中执行。
备选地，应用步骤/功能块302-305的上游带宽的动态指派。在动态分配的初始步骤/功能块302-303中，上游带宽分配控制器学习有关ONU和PON网络的信息。另外，在步骤/功能块302中，PON系统仅在每个分配的时间间隔内以单个突发操作，即，使用传统的TDMA上游操作。在该阶段中，OLT会获得ONU的上游波长、在OLT处接收的光学功率和消光比的知识，并可能还会收集附加的ONU和/或PON参数，例如接收信号的极化状态、相位、频谱偏移等。在步骤/功能块303中的多个时间帧上收集数据。
在下一步骤/功能块305，上游带宽分配控制器基于步骤/功能块303的所收集的各个ONU参数来计算ONU的可能子集，例如，ONU对或三元组。根据各个ONU的活动和实际需求，即，在步骤/功能块304中接收到的其吞吐量容量和延时需求，存储潜在子集并可以在操作中应用。例如，传送低优先级数据的ONU的突发(即，低服务优先级TCONT)可以及时堆叠，从而允许具有高优先级数据的ONU(即，高服务优先级TCONT)在相同时间帧内传输更长的时间，从而有效地提高了后者高优先级ONU的吞吐量。可以应用优化的多次迭代来标识和优化ONU组合。被认为生成ONU对和三元组的一个参数是由ONU用于上游传输的波长。可以用于生成ONU对和三元组的可能的又一参数是在OLT处从不同ONU接收的光学功率的强度。可以使用的另一可能参数是ONU的消光比。ONU的接收光功率电平和消光比允许确定由这些ONU传输的0和1比特的接收功率电平。这些接收功率电平必须彼此相距足够远，以便ONU在单个子集中可以配对。ONU的时间堆叠或配对确实会在OLT接收器处生成新的调制格式，例如，PAM-4、PAM-8等，其不同的光功率电平彼此之间的距离必须超过OLT接收器的灵敏度。
取决于ONU功能性，上游带宽分配控制器还可以生成针对以下的请求，适应个体ONU的输出功率电平、消光比和/或波长，以增加潜在的ONU对或三元组的数目。该进程要求来自网络部署的特定功率裕度，以在原始PON系统中可用。用于配对两个ONU的功率裕度理想值约为4.8dB，并且用于配对三个ONU的功率裕度理想值约为8.5dB。例如，ONU可以配备有加热器或备选的波长适应技术，该技术使得能够适应波长以避免不必要的干扰串扰，而不是所需的功率串扰。ONU还可以在其发射器处配备光学衰减器，使得能够适应输出功率，和/或它们可以配备有可变电压摆幅，使得能够适应其消光比。
在特定突发可以就来自传输这些突发的相应ONU的可用功率电平而言被时间堆叠的情况下，但是两个或多个时间堆叠的突发的单个长度不相同的情况下，上游带宽分配控制器的实施例可以指示某些ONU将空闲数据添加到其传输的突发，和/或应用相移或时移，以对准时间堆叠的突发并在OLT接收器处实现简化的接收。然而，与允许ONU在时间间隔内发送多个突发或允许ONU在时间间隔内发送较长的突发相比，添加空闲数据或应用相/时移将以降低吞吐量为代价。
在本发明的实施例中的OLT接收器视线可以是多方面的。使用NRZ-OOK(不归零开关键控)和PAM-x(脉冲幅度调制)接收器的配置，或者可以应用具有DSP(数字信号处理)功能的ADC(模数转换)以视线由ONU的时间堆叠产生的更复杂的调制格式的接收和解调。基于ADC和DSP的后一种方法将提供执行平均甚或连续干扰消除的能力，以恢复来自各个ONU的信号。
在名为带宽分配的步骤/功能块306中，使用在先前的静态或动态ONU配对中获得的知识以及在步骤/功能块304中接收到的ONU容量和延迟需求的不断更新，以创建用于上游方向的带宽映射，例如图4所示的。例如，可以从ONU的MAC(媒体访问控制)层的状态报告和对TCONT优先级的报告中获得在步骤/功能块304中收集的容量和延迟需求。
在执行步骤/功能块307，根据ONU的容量和延迟需求以及ONU规范(比如OLT处的接收功率电平和消光比)，将在先前步骤中计算出的时间间隔分配和时间堆叠应用于各个活动的ONU。
在通过图4所图示的示例分配中，假设ONU A必须传送大量的高优先级、低延时的数据。结果，ONU A被分配了四个时间间隔，而不是通过图2所图示的传统过程中分配的单个时隙。一些其他ONU被假定为可配对的，比如ONU D和F以及ONU B、C和G。
图5A-5C图示了由在OLT处具有不同光功率电平和相同消光比的两个ONU配对而产生的新调制格式的示例。在图5A的示例中，假设OLT处的接收光功率电平为-20dBm且消光比为6dB的第一ONU与OLT处的接收光功率电平为-21dBm且消光比为6dB的第二ONU配对。在图5B的示例中，假设OLT处的接收光功率电平为-20dBm且消光比为6dB的第一ONU与OLT处的接收光功率电平为-22dBm且消光比为6dB的第二ONU配对。在图5C的示例中，假设OLT处的接收光功率电平为-20dBm且消光比为6dB的第一ONU与OLT处的接收光功率电平为-23dBm且消光比为6dB的第二ONU配对。如通过图5A-5C所图示的，经配对的ONU的信号被组合以在OLT接收器处生成PAM4调制格式。根据功率电平和消光比，生成等距的PAM4(像图5C一样)或生成非等距的PAM4(像图5A和图5B一样)。
图6A-6C图示了由在OLT接收器处具有相等的光功率电平和不同消光比的两个ONU配对而产生的新调制格式的示例。在图6A的示例中，假设OLT处的接收光功率电平为-20dBm且消光比为6dB的第一ONU与OLT处的接收光功率电平为-20dBm且消光比为6dB的第二ONU配对。由于生成的可区分功率电平不足，因此不允许将这两个ONU配对。在图6B的示例中，假设OLT处的接收光功率电平为-20dBm且消光比为6dB的第一ONU与OLT处的接收光功率电平为-20dBm且消光比为4.5dB的第二ONU配对。在图6C的示例中，假设OLT处的接收光功率电平为-20dBm且消光比为6dB的第一ONU与OLT处的接收光功率电平为-20dBm且消光比为3dB的第二ONU配对。后两个示例表明，即使当在OLT接收的不同ONU的功率电平相同时，这些ONU的消光比足够不同时也可以配对，从而能够在OLT收发器处生成PAM4调制格式。
图7A-7C图示了由在OLT处具有不同光功率电平和相同消光比的三个ONU配对而产生的新调制格式的示例。在图7A的示例中，认为OLT处的接收光功率电平为-20dBm且消光比为6dB的第一ONU与OLT处的接收光功率电平为-20dBm且消光比为6dB的第二ONU以及OLT处的接收光功率电平为-21dBm且消光比为6dB的第三ONU配对。然而，该ONU三元组不会通过PAM8解调器在OLT接收器处生成8个可区分的功率电平，因此三个ONU无法在单个子集中配对。在图7B的示例中，假设OLT处的接收光功率电平为-20dBm且消光比为6dB的第一ONU与OLT处的接收光功率电平为-21dBm且消光比为6dB的第二ONU以及OLT处的接收光功率电平为-22dBm且消光比为6dB的第三ONU配对。在图7C的示例中，假设OLT处的接收光功率电平为-20dBm且消光比为6dB的第一ONU与OLT处的接收光功率电平为-23dBm且消光比为6dB的第二ONU以及OLT处的接收光功率电平为-26dBm且消光比为6dB的第三ONU配对。由图7B和图7C图示的后两个示例图示了ONU的三元组可以生成可接受的PAM8调制格式。
图8A-8G图示了用于在仿真期间控制上游传输的设备和方法的样本实施例的输入参数。在仿真中，使用了64个ONU。图8A示出了根据ONU数量的OLT处以dBm为单位的接收功率。图8B是示出了在OLT处的某些接收功率范围上的64个ONU的分布的图。OLT处的接收功率电平已指示可以堆叠哪些ONU。优选地，将在OLT处具有高功率电平的ONU与在OLT处具有低功率电平的ONU配对。图8C是示出了在可用功率裕度上将ONU分布到-30dBm的典型XGS-PON灵敏度水平的图。例如，它表明在仿真中，14个ONU的功率裕度为7.5dB。图8D图示了ONU(或由ONU向上游传输的TCONT)的服务优先级分布。服务优先级值的范围从0(对应于低服务优先级、非延迟关键的ONU)到1(对应于高服务优先级、延迟关键的ONU)，其中，服务优先级的增量为0.2。为了进行仿真，假定上游流量的服务优先级为正态分布。图8E示出了针对仿真中涉及的64个ONU的根据ONU数量的服务优先级(0和1之间的值)。图8F图示了ONU在一定容量需求范围上的分布，容量需求或吞吐量需求以Mbps表示。图8G示出了针对仿真中涉及的64个ONU的根据ONU数量的容量需求。为了进行仿真，已假定容量需求为高斯分布。在仿真期间，所有前述参数充当图3的步骤305-307的输入。
为了标识可以在步骤305中进行时间堆叠的ONU的潜在子集，在仿真期间应用了以下规则。如果功率裕度大于7dB，则可以单独使用在OLT处生成NRZ调制格式的对应ONU，可以与在OLT处生成PAM4调制格式的另一ONU配对，或者可以与在OLT处生成PAM8调制格式的两个其他ONU配对。如果功率裕度等于或大于4.8dB，则可以单独使用在OLT处生成NRZ调制格式的对应ONU，或者可以与在OLT处生成PAM4调制格式的另一ONU配对。如果功率裕度小于4.8dB，则可以单独使用在OLT处生成NRZ调制格式的对应ONU。而且，在仿真中，等于或高于0.6的服务优先级要求每个时间间隔使用单个突发，以避免任何时间堆叠带来的任何延迟损失。服务优先级低于0.6的ONU(或TCONT)可以进行时间堆叠。
通过图9A-9B图示了针对上面定义的输入参数的仿真的步骤305-307的结果。图9A示出了根据ONU数量的调制格式。调制格式为1(对应于未配对的ONU的NRZ)或2(对应于与另一ONU配对的ONU的PAM4)或3(对应于与两个其他ONU配对的ONU的PAM8)。在图9B中示出了ONU在不同调制格式上的分布。
图10A-10B至少图示了设备和方法的样本实施例的容量增加，该设备和方法用于在仿真期间利用通过图8A-8G所图示的输入参数来控制上游传输。在图10A中，针对OLT接收器处可用的不同的平均ONU功率电平的150Mbps的平均容量需求，将容量增加表示为PON中的活动ONU的数目的函数。只要PON部署提供了一定的系统裕度，即使PON中有大量活动ONU，容量也可能会增加接近2倍。图10B图示了针对64个ONU和足够大的功率裕度的情况，吞吐量的增加几乎与容量需求无关。所提出的上游带宽分配的优势显然在于对ONU和PON参数的应用学习，以优化上游方向上组件的使用，从而提高吞吐量或减少延迟。在成本方面，所提出的上游带宽分配没有实质性影响，因为ONU处的收发器不需要由明显更复杂的收发器来代替。因此，所提出的上游带宽分配方法可以减少上游方向上的成本/比特。某些复杂性已转向OLT，要求具有特殊的接收器或DSP功能，以用于由配对或时间堆叠的ONU产生的新调制格式。根据所需的灵活性和适应性，可以向ONU添加附加功能性，以增加例如波长、传输光学功率和消光比的可调性。另外，如果系统裕度太低而无法应用该方案，则可以在OLT接收器处使用光学放大器或相干接收方案，其中，它表示跨所有ONU的共享成本，以允许时间堆叠。为时间堆叠的ONU生成更多选项的灵活性必须权衡成本。
图11示出了合适的计算系统1100，其能够实现用于在PON中控制上游传输的方法的实施例。计算系统1100通常可以形成为合适的通用计算机，并且包括总线1110、处理器1102、本地存储器1104、一个或多个可选输入接口1114、一个或多个可选输出接口1116、通信接口1112、存储元件接口1106和一个或多个存储元件1108。总线1110可以包括一个或多个导体，其允许在计算系统1100的组件之间进行通信。处理器1102可以包括解释和执行编程指令的任何类型的常规处理器或微处理器。本地存储器1104可以包括随机存取存储器(RAM)或存储信息和指令以供处理器1102执行的另一类型的动态存储设备和/或只读存储器(ROM)或存储静态信息和指令以供处理器1102使用的另一类型的静态存储设备。输入接口1114可以包括允许操作员或用户向计算设备1100输入信息的一个或多个常规机制，诸如，键盘1120、鼠标1130、笔、语音识别和/或生物识别机制、相机等。输出接口1116可以包括向操作员或用户输出信息的一个或多个常规机制，显示器1140等。通信接口1112可以包括任何类似于收发器的机制，诸如，例如，使得计算系统1100能够与其他设备和/或系统进行通信的一个或多个以太网接口，例如，与其他计算设备1181、1182、1183进行通信。计算系统1100的通信接口1112可以通过局域网(LAN)或者广域网(WAN)(诸如，例如，互联网)连接至这种另一计算系统。存储元件接口1106可以包括诸如例如串行高级技术附件(SATA)接口或小型计算机系统接口(SCSI)等存储接口，以将总线1110连接至一个或多个存储元件1108，诸如，一个或多个本地磁盘，例如，SATA磁盘驱动器，并控制向这些存储元件1108写入数据和/或从这些存储元件1108读取数据。尽管上面的(多个)存储元件1108被描述为本地磁盘，但通常可以使用任何其他合适的计算机可读介质，诸如，可移动磁盘、光学存储介质(诸如，CD或DVD)、-ROM磁盘、固态驱动器、闪存卡…。因此，计算系统1100可以对应于部署在图1的中心设施110或图1所图示的PON的网络控制实体中的控制器电路系统。
如在本申请中所使用的，术语“电路系统”可以指代以下中的一项或多项或者所有：
(a)仅硬件电路实施方式，诸如，仅在模拟和/或数字电路系统中的实施方式；以及
(b)硬件电路和软件的组合，诸如(如果适用的话)：
(i)(多个)模拟和/或数字硬件电路与软件/固件的组合，以及
(ii)具有软件(包括(多个)数字信号处理器)、软件和(多个)存储器的(多个)硬件处理器的任何部分，这些部分共同工作以使诸如移动电话或服务器等装置执行各种功能)以及
(c)需要软件(例如，固件)才能操作的(多个)硬件电路和/或(多个)处理器，诸如，(多个)微处理器或(多个)微处理器的一部分，但在不需要操作时可能不存在该软件。
电路系统的这种定义适用于本申请中该术语的所有使用，包括在任何权利要求中。作为又一示例，如在本申请中所使用的，术语电路系统也将覆盖仅硬件电路或处理器(或多个处理器)或者硬件电路或处理器的一部分及其(或它们的)伴随的软件和/或固件的实现。例如并且如果适用于特定权利要求元件的话，则术语电路系统还将覆盖用于服务器、蜂窝网络设备或另一计算或网络设备中的移动电话或类似的集成电路的基带集成电路或处理器集成电路。
尽管已经通过参照特定实施例图示了本发明，但是对于本领域技术人员明显的是，本发明不限于前述说明性实施例的细节，并且本发明可以在不脱离其范围的情况下利用各种改变和修改来体现。因此，本实施例在所有方面都应被认为是说明性的，而不是限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是前述说明书来指示，因此，落入权利要求范围内的所有改变均旨在被包含在其中。
此外，本专利申请的读者将理解，单词“包括(comprising)”或“包括(comprise)”不排除其他元件或步骤，单词“一”或“一个”不排除多个，并且单个元件(诸如，计算机系统、处理器或另一集成单元)可以实现权利要求中所叙述的几种装置的功能。权利要求中的任何附图标记均不应被解释为限制有关的相应权利要求。在说明书或权利要求中使用时，引入术语“第一”、“第二”、“第三”、“a”、“b”、“c”等以区分类似的元件或步骤，而不一定描述了相继顺序或时间顺序。同样地，术语“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”等是出于描述目的而引入的，而不必表示相对位置。要理解的是，这样使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本发明的实施例能够根据本发明以其他顺序或以不同于上面描述或图示的多个定向的定向进行操作。

Claims (11)

1.一种用于在无源光网络PON中控制从光网络单元ONU(131-13n；A-G)到光线路终端OLT(111)的突发的上游传输的设备，所述上游传输以时间间隔(401-407)被组织，所述时间间隔(401-407)形成上游时间帧(400)的一部分，其中所述设备包括：
被配置为获得在所述OLT(111)处接收到的针对所述ONU(131-13n；A-G)的相应光功率电平的部件(303)；
被配置为获得在所述OLT(111)处的针对所述ONU(131-13n；A-G)的相应消光比的部件(303)；
被配置为获得针对所述ONU(131-13n；A-G)的相应传输波长的部件(303)；
被配置为至少基于所述波长来在所述ONU(A-G)之中区分可配对的ONU(B、C、D、F、G)和非可配对的ONU(A、E)的部件(305、306)；
被配置用于以下的部件(301、305)：基于所述光功率电平和/或所述消光比来将所述可配对的ONU进行配对，从而生成经配对的ONU的一个或多个子集(D、F；B、C、G)；
被配置用于允许属于所述子集中的相同子集的经配对的ONU(D、F；B、C、G)在所述上游时间帧(400)的时间间隔(406；407)内同时传输突发的部件(306、307)。
2.根据权利要求1所述的用于在PON中控制上游传输的设备，还包括：
被配置用于允许非可配对的ONU(A)传输跨越多个时间间隔(401、402、403、404)的突发的部件(306、307)。
3.根据权利要求1所述的用于在PON中控制上游传输的设备，其中被配置用于配对的所述部件(301)被适配为以子集的静态配置来将所述可配对的ONU静态地配对。
4.根据权利要求1所述的用于在PON中控制上游传输的设备，其中被配置用于配对的所述部件(305)被适配为基于来自所述ONU的经更新的服务需求来将所述可配对的ONU动态地配对成子集的动态变化配置。
5.根据权利要求1所述的用于在PON中控制上游传输的设备，还包括：
被配置用于指令所述可配对的ONU中的ONU来适配其光学传输功率和/或其消光比和/或其波长和/或其相位的部件。
6.根据权利要求1所述的用于在PON中控制上游传输的设备，还包括：
被配置用于以下的部件：从所述ONU获得容量需求和/或延时需求(304)以便实现在所述ONU之中区分所述可配对的ONU与所述非可配对的ONU。
7.根据权利要求1所述的用于在PON中控制上游传输的设备，还包括：
被配置用于以下的部件：指令ONU将空闲数据添加到其突发并且/或者添加相移或时移，来对由属于所述相同子集的经配对的ONU在所述时间间隔内同时传输的所述突发的所述长度进行均衡。
8.根据前述权利要求中任一项所述的用于在PON中控制上游传输的设备，还包括：
用于获得针对所述ONU的相应功率裕度的部件(303)；
并且其中：
被配置用于将所述低服务优先级ONU配对的所述部件(301；305)被适配为：生成三个经配对的ONU的子集，所述三个经配对的ONU的子集的相应功率裕度超过第一功率裕度阈值，所述第一功率裕度阈值优选为8.5dB；生成两个经配对的ONU的子集，所述两个经配对的ONU的子集的相应功率裕度超过小于所述第一功率裕度的第二功率裕度阈值，所述第二功率裕度阈值优选为4.8dB；并且使其功率裕度小于所述第二功率裕度阈值的ONU不成对。
9.一种用于在无源光网络PON中控制从光网络单元ONU(131-13n；A-G)到光线路终端OLT(111)的突发的上游传输的方法，所述上游传输以时间间隔(401-407)被组织，所述时间间隔(401-407)形成上游时间帧(400)的一部分，其中所述方法包括：
获得(303)在所述OLT(111)处接收到的针对所述ONU(131-13n；A-G)的相应光功率电平；
获得(303)在所述OLT(111)处的针对所述ONU(131-13n；A-G)的相应消光比；
获得(303)针对所述ONU(131-13n；A-G)的相应传输波长；
至少基于所述波长来在所述ONU(A-G)之中区分(305、306)可配对的ONU(B、C、D、F、G)和非可配对的ONU(A、E)；
基于所述光功率电平和/或所述消光比来将所述可配对的ONU(B、C、D、F、G)进行配对(301；305)，从而生成经配对的ONU的一个或多个子集(D、F；B、C、G)；
允许(306、307)属于所述子集中的相同子集的经配对的ONU(D、F；B、C、G)在所述上游时间帧(400)的时间间隔(406；407)内同时传输突发。
10.一种计算机程序产品，包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使设备至少执行以下操作，所述设备用于在无源光网络PON中控制从光网络单元ONU(131-13n；A-G)到光线路终端OLT(111)的突发的上游传输，所述上游传输以时间间隔(401-407)被组织，所述时间间隔(401-407)形成上游时间帧(400)的一部分：
获得(303)在所述OLT(111)处接收到的针对所述ONU(131-13n；A-G)的相应光功率电平；
获得(303)在所述OLT(111)处的针对所述ONU(131-13n；A-G)的相应消光比；
获得(303)针对所述ONU(131-13n；A-G)的相应传输波长；
至少基于所述波长来在所述ONU(A-G)之中区分(305、306)可配对的ONU(B、C、D、F、G)和非可配对的ONU(A、E)；
基于所述光功率电平和/或所述消光比来将所述可配对的ONU(B、C、D、F、G)进行配对(301；305)，从而生成经配对的ONU的一个或多个子集(D、F；B、C、G)；
允许(306、307)属于所述子集中的相同子集的经配对的ONU(D、F；B、C、G)在所述上游时间帧(400)的时间间隔(406；407)内同时传输突发。
11.一种计算机可读存储介质，包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于在程序在设备上被运行时执行以下步骤，所述设备用于在无源光网络PON中控制从光网络单元ONU(131-13n；A-G)到光线路终端OLT(111)的突发的上游传输，所述上游传输以时间间隔(401-407)被组织，所述时间间隔(401-407)形成上游时间帧(400)的一部分：
获得(303)在所述OLT(111)处接收到的针对所述ONU(131-13n；A-G)的相应光功率电平；
获得(303)在所述OLT(111)处的针对所述ONU(131-13n；A-G)的相应消光比；
获得(303)针对所述ONU(131-13n；A-G)的相应传输波长；
至少基于所述波长来在所述ONU(A-G)之中区分(305、306)可配对的ONU(B、C、D、F、G)和非可配对的ONU(A、E)；
基于所述光功率电平和/或所述消光比来将所述可配对的ONU(B、C、D、F、G)进行配对(301；305)，从而生成经配对的ONU的一个或多个子集(D、F；B、C、G)；
允许(306、307)属于所述子集中的相同子集的经配对的ONU(D、F；B、C、G)在所述上游时间帧(400)的时间间隔(406；407)内同时传输突发。
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