CN115484517A - 一种无源光网络中线路速率优化方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于延时保证的无源光网络中线路速率优化方法,首先计算满足传输容器XGEM帧最大延迟的XGEM帧最大等待周期数,统计待发送数据量求取平均值,然后根据平均数据量求取在所述XGEM帧最大等待周期数时对应的目标线路速率,由于等待周期数与线路速率成反比,因此,最大等待周期数所对应的目标线路速率即为保证最大时延下的最小线路速率;本发明能在保证时延敏感业务延时需求的情况下,尽可能的降低速率,这样不仅能够保证延时需求也能够节省能耗。
Description
技术领域
本发明涉及无源光网络技术领域,尤其是指一种基于延时保证的无源光网络中线路速率优化方法、装置及无源光网络。
背景技术
现有的技术中,无源光网络系统(PON)作为接入网中最后一公里的技术得到高度重视,并且在商业上得到了广泛的应用,利用光网络单元(ONU)、光线路终端(OLT)、光分配网络(ODN),该三部分组成一个完整的PON系统。ONU向上连接ODN,向下连接用户端设备,如光猫、电脑等网络设备,实现用户侧数据的缓存转发。ODN充当ONU和ONT之间连接的光传输媒质。OLT是处于局端的控制中心,它主要的功能是实现对上行流量数据的调度。在提到调度机制的时候,就不得不提及PON系统的动态带宽分配技术(DBA),它相较于静态的带宽分配技术而言,能够更好地分配系统带宽,优化系统的性能。现如今最新的技术是ITU-T 9804系列中提出的更高速率无源光网络技术(HSP)。在HSP中,首先引入了数字信号处理(DSP),使传输方式灵活,可以选择不同的调制格式和不同的前向纠错方案来匹配不同的信道条件。其次,它拥有更高数据传输速率为时延敏感业务的实现提供了更好的保障。这样可以使ONU的峰值数据速率,与ONU的信道条件相匹配,从而提高整个PON系统的容量。然而,先进的DSP在提高系统性能的同时,由于其更加复杂的电子计算也带来了较高的能耗。虽然,PON系统基本是使用无源设备进行的连接,在耗能上已经相对较少,但是由于终端连接的设备数量庞大,依旧会有相当大的能耗。因此节能在整个光接入网中变得至关重要。
考虑到业务流量并不是一直处在高负载情况下,也就是说,系统并不需要一直以高速率去传输所有的数据,根据当前的负载情况可以选择一个合适的速率以达到节省能耗的方法。在现有的速率控制方案中,在一个固定时间周期T内,累加所有ONU侧的数据流量在不同的系统速率下传输所需要的总时间D,通过计算D/T得到带宽利用率,亦可以理解为当前周期内的平均负载情况。在得到带宽利用率之后,将它与一开始设定的阈值参数进行比较得到当前适宜的传输速率。
将带宽利用率作为速率调整的指标这可能导致特定优先级业务的服务质量(QoS)无法被满足。例如,在大带宽的时延敏感业务中采用带宽利用率选择速率这些时延敏感的业务无法被保证。
发明内容
为此,本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中将带宽利用率作为速率调整的指标,导致时延敏感的业务无法被保证的问题。
为解决上述技术问题,本发明提供了一种无源光网络中线路速率优化方法,包括:
为计数器设置一个初始值,每过一个调度周期将计数器当前的数值减一;
当计数器的数值减为0时,计算计数器开始到结束这段时间内每个无源光网络单元下每种传输容器单个周期内等待发送的平均数据量;
计算满足每种传输容器XGEM帧最大延迟的XGEM帧最大等待周期数;
根据所述平均数据量计算每种传输容器在所述XGEM帧最大等待周期数时对应的目标线路速率;
根据所述目标线路速率更新每个无源光网络单元中每种传输容器的线路速率,并重置计数器,重复以上步骤。
优选地,所述根据所述平均数据量计算每种传输容器在所述XGEM帧最大等待周期数时对应的目标线路速率后还包括:
选取第n个无源光网络单元下,所有传输容器的XGEM帧最大等待周期数中最小值对应的第一线路速率;
将第n个无源光网络单元下,每种传输容器的目标线路速率更新为所述第一线路速率。
优选地,所述选取第n个无源光网络单元下,所有传输容器的XGEM帧最大等待周期数中最小值对应的第一线路速率后包括:
将所述第一线路速率和预先存储的线路可设定速率集合对比,选取所述线路可设定速率集合中大于所述第一线路速率的最小线路可设定速率;
将所述第一线路速率更新为所述线路可设定速率集合中大于所述第一线路速率的最小线路可设定速率。
优选地,所述计算计数器开始到结束这段时间内每个无源光网络单元下每种传输容器单个周期内等待发送的平均数据量的计算公式为:其中,Qn,i为第n个无源光网络单元下第i种传输容器单个周期内等待发送的平均数据量,On,i为计数器开始到结束这段时间内第n个无源光网络单元下第i种传输容器等待发送的总数据量,P为计数器初始值。
优选地,所述计数器初始值为10。
本发明还提供了一种无源光网络中线路速率优化的装置,包括:
计时模块,用于为计数器设置一个初始值,每过一个调度周期将计数器当前的数值减一;
数据量统计模块,用于当计数器的数值减为0时,计算计数器开始到结束这段时间内每个无源光网络单元下每种传输容器单个周期内等待发送的平均数据量;
等待周期数计算模块,用于计算满足每种传输容器XGEM帧最大延迟的XGEM帧最大等待周期数;
目标线路速率计算模块,用于根据所述平均数据量计算每种传输容器在所述XGEM帧最大等待周期数时对应的目标线路速率;
线路速率优化模块,用于根据所述目标线路速率更新每个无源光网络单元中每种传输容器的线路速率,并重置计数器,返回计时模块。
本发明还提供了一种无源光网络,包括上述的一种无源光网络中线路速率优化的装置。
优选地,所述无源光网络应用于时延敏感业务。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点:
本发明提供了一种基于延时保证的无源光网络中线路速率优化方法,首先计算满足传输容器XGEM帧最大延迟的XGEM帧最大等待周期数,统计待发送数据量求取平均值,然后根据平均数据量求取在所述XGEM帧最大等待周期数时对应的目标线路速率,由于等待周期数与线路速率成反比,因此,最大等待周期数所对应的目标线路速率即为保证最大时延下的最小线路速率;本发明能在保证时延敏感业务延时需求的情况下,尽可能的降低速率,这样不仅能够保证延时需求也能够节省能耗。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解,下面根据本发明的具体实施例并结合附图,对本发明作进一步详细的说明,其中:
图1是属于第i个T-CONT(i∈{1,2,3,4})的XGEM帧的最大延迟示意图;
图2是本发明一种无源光网络中线路速率优化方法的实现流程图;
图3是本发明实施例中流量模型示意图;
图4是T-CONT 2的时延累计分布函数图;
图5是T-CONT 3的时延累计分布函数图;
图6是速率调整图;
图7为本发明实施例提供的一种无源光网络中线路速率优化的装置的结构框图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种基于延时保证的无源光网络中线路速率优化方法、装置及无源光网络,在保证延时需求的同时节省能耗。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。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。
根据ITU-T通用传输控制(ComTC)层协议,XGEM帧与四种不同的传输容器(T-CONTs)相关联,这些传输容器被赋予不同的优先级来分配带宽。图1给出了属于第i个T-CONT(i∈{1,2,3,4})的XGEM帧的最大延迟。在最坏的情况下,XGEM帧在T1周期到达ONU此时缓冲区占用报告被发送,XGEM帧需要多等待一个调度周期。因为OLT没有新到达的XGEM帧的信息,直到ONU在下一个调度周期提交报告消息。现在OLT知道了在T1周期内到达的那个XGEM帧在T3周期内就可以被调度,如果上行带宽不足以发送T3中所有的XGEM帧,则该XGEM帧必须再等待ki周期,其中Qi为ONU中当前周期内等待发送的第i个T-CONT的XGEM帧数据量数,Si为ONU中第i个T-CONT的最大时隙带宽,R为系统线路速率;对应的,第i个T-CONT内XGEM帧的最大延迟其中Dp为OLT与ONU之间的传播时延。可以看出正比于Qi、反向Si和R。基于这种关系,我们提出了一种基于延时保证的无源光网络中线路速率优化方法(DaRAS)。
请参考图2,图2为本发明所提供的一种无源光网络中线路速率优化方法的实现流程图;具体操作步骤如下:
S101:为计数器设置一个初始值,每过一个调度周期将计数器当前的数值减一;
在一种实施例中,所述计数器初始值为10,设置计数器的目的是实际情况下,系统不可能经常性的判断是否要改变速率。
S102:当计数器的数值减为0时,计算计数器开始到结束这段时间内每个无源光网络单元下每种传输容器单个周期内等待发送的平均数据量;
其中,Qn,i为第n个无源光网络单元下第i种传输容器单个周期内等待发送的平均数据量,On,i为计数器开始到结束这段时间内第n个无源光网络单元下第i种传输容器等待发送的总数据量,P为计数器初始值。
S103:计算满足每种传输容器XGEM帧最大延迟的XGEM帧最大等待周期数;
S104:根据所述平均数据量计算每种传输容器在所述XGEM帧最大等待周期数时对应的目标线路速率;
S105:根据所述目标线路速率更新每个无源光网络单元中每种传输容器的线路速率,并重置计数器,重复以上步骤。
本发明提供了一种基于延时保证的无源光网络中线路速率优化方法,首先计算满足传输容器XGEM帧最大延迟的XGEM帧最大等待周期数,统计待发送数据量求取平均值,然后根据平均数据量求取在所述XGEM帧最大等待周期数时对应的目标线路速率,由于等待周期数与线路速率成反比,因此,最大等待周期数所对应的目标线路速率即为保证最大时延下的最小线路速率;本发明能在保证时延敏感业务延时需求的情况下,尽可能的降低速率,这样不仅能够保证延时需求也能够节省能耗。
基于以上实施例,本实施例根据实际情况,对步骤S104进行进一步详细说明:
计算得到每种传输容器在所述XGEM帧最大等待周期数时对应的目标线路速率后还包括:
由于实际情况下,我们只能给无源光网络单元设置一个速率,因此:
选取第n个无源光网络单元下,所有传输容器的XGEM帧最大等待周期数中最小值对应的第一线路速率,该第一线路速率可以满足所有传输容器的时延需求;
将第n个无源光网络单元下,每种传输容器的目标线路速率更新为所述第一线路速率;
实际情况下,速率设置是固定值,因此:
将所述第一线路速率和预先存储的线路可设定速率集合对比,选取所述线路可设定速率集合中大于所述第一线路速率的最小线路可设定速率;
将所述第一线路速率更新为所述线路可设定速率集合中大于所述第一线路速率的最小线路可设定速率。
基于以上实施例,本实施例为了评估所提出的基于延时保证的速率优化方法的性能,通过Matlab仿真对我们提出的算法和对照组的算法性能进行了评估,具体如下:
在对照组中,不考虑QoS要求,而是根据业务负载进行调整。在提出的方案中,在每个速率调整周期中都采用相同的DBA策略来分配带宽。在仿真中,ONU的数量为16个,ONU与OLT之间的距离为10km,传播延迟为50μs。可设置的线路速率为一个集合{5Gbps,15Gbps,25Gbps,35Gbps,45Gbps,50Gbps}。带宽调度周期的长度设置为1250us,速率调整周期设置为带宽调度周期的60倍。流量负载呈正态分布,如图3所示。我们假设每个速率调整周期的流量负载为一个固定值,而模拟次数为2400个速率调整周期。XGEM帧属于四种T-CONTs,按照2.3:2.7:2.7:2.3的比例,按照泊松过程生成。特别地,T-CONT 2和T-CONT 3的性能在这个仿真中是重点,它们将用于承载延时敏感和非延时敏感流量。
在这个流量模型的基础上我们进行PON系统的仿真实验,数据结果如图4和图5所示。T-CONT 2大约98%的数据包延时都小于3毫秒,相较于对照组时延,我们的性能提升了36%;在T-CONT 3的性能虽没有很大的提升但依旧满足在10ms的延时内。
从图6中可以看出,可以观察到,在所提出的方案和对照组的速率都在该流量情况下进行了调整,虽然所提出的方案的速率在某些周期中略高于对照组的速率,但是该方案保证了系统的延迟要求,因此是合理的。而对照实验只考虑平均带宽利用率。
请参考图7,图7为本发明实施例提供的一种无源光网络中线路速率优化的装置的结构框图;具体装置可以包括:
计时模块100,用于为计数器设置一个初始值,每过一个调度周期将计数器当前的数值减一;
数据量统计模块200,用于当计数器的数值减为0时,计算计数器开始到结束这段时间内每个无源光网络单元下每种传输容器单个周期内等待发送的平均数据量;
等待周期数计算模块300,用于计算满足每种传输容器XGEM帧最大延迟的XGEM帧最大等待周期数。
目标线路速率计算模块400,用于根据所述平均数据量计算每种传输容器在所述XGEM帧最大等待周期数时对应的目标线路速率
线路速率优化模块500,根据所述目标线路速率更新每个无源光网络单元中每种传输容器的线路速率,并重置计数器,返回计时模块。
本实施例的无源光网络中线路速率优化的装置用于实现前述的无源光网络中线路速率优化方法,因此无源光网络中线路速率优化的装置中的具体实施方式可见前文无源光网络中线路速率优化方法的实施例部分,例如,计时模块100,数据量统计模块200,等待周期数计算模块300,目标线路速率计算模块400,线路速率优化模块500,分别用于实现上述无源光网络中线路速率优化方法中步骤S101,S102,S103,S104和S105,所以,其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述,在此不再赘述。
本发明还提供了一种无源光网络,包括上述的一种无源光网络中线路速率优化的装置,应用于时延敏感业务。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种无源光网络中线路速率优化方法,其特征在于,包括:
为计数器设置一个初始值,每过一个调度周期将计数器当前的数值减一;
当计数器的数值减为0时,计算计数器开始到结束这段时间内每个无源光网络单元下每种传输容器单个周期内等待发送的平均数据量;
计算满足每种传输容器XGEM帧最大延迟的XGEM帧最大等待周期数;
根据所述平均数据量计算每种传输容器在所述XGEM帧最大等待周期数时对应的目标线路速率;
根据所述目标线路速率更新每个无源光网络单元中每种传输容器的线路速率,并重置计数器,重复以上步骤。
2.根据权利要求1所述的无源光网络中线路速率优化方法,其特征在于,所述根据所述平均数据量计算每种传输容器在所述XGEM帧最大等待周期数时对应的目标线路速率后还包括:
选取第n个无源光网络单元下,所有传输容器的XGEM帧最大等待周期数中最小值对应的第一线路速率;
将第n个无源光网络单元下,每种传输容器的目标线路速率更新为所述第一线路速率。
3.根据权利要求2所述的无源光网络中线路速率优化方法,其特征在于,所述选取第n个无源光网络单元下,所有传输容器的XGEM帧最大等待周期数中最小值对应的第一线路速率后包括:
将所述第一线路速率和预先存储的线路可设定速率集合对比,选取所述线路可设定速率集合中大于所述第一线路速率的最小线路可设定速率;
将所述第一线路速率更新为所述线路可设定速率集合中大于所述第一线路速率的最小线路可设定速率。
7.根据权利要求1所述的无源光网络中线路速率优化方法,其特征在于,所述计数器初始值为10。
8.一种无源光网络中线路速率优化的装置,其特征在于,包括:
计时模块,用于为计数器设置一个初始值,每过一个调度周期将计数器当前的数值减一;
数据量统计模块,用于当计数器的数值减为0时,计算计数器开始到结束这段时间内每个无源光网络单元下每种传输容器单个周期内等待发送的平均数据量;
等待周期数计算模块,用于计算满足每种传输容器XGEM帧最大延迟的XGEM帧最大等待周期数;
目标线路速率计算模块,用于根据所述平均数据量计算每种传输容器在所述XGEM帧最大等待周期数时对应的目标线路速率;
线路速率优化模块,用于根据所述目标线路速率更新每个无源光网络单元中每种传输容器的线路速率,并重置计数器,返回计时模块。
9.一种无源光网络,其特征在于,包括如权利要求8所述的一种无源光网络中线路速率优化的装置。
10.根据权利要求9所述的一种无源光网络,其特征在于,应用于时延敏感业务。
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