CN1180572C - 授权生成器以及在无源光纤网络中产生带宽授权的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种授权生成器装置，用于在网络中生成可用传输信道带宽的授权，所述装置包括：第一授权表，用于在其中存储对应第一量值的所述可用传输信道带宽的授权，至少一个其它授权表，用于在其中存储对应第二量值的所述可用传输信道带宽的授权；以及耦合所述第一以及所述至少一个其他授权表的授权分配器，用于根据预定模式从所述第一个授权表分配第一数量的授权，以及从所述其他授权表分配至少第二数量的授权；其中所述第一授权表、所述至少一个其他授权表以及所述授权分配器递归地耦合，以在后续阶段产生更好量化间隔的授权。通过具有发出可变大小的带宽授权的能力，量化间隔得以大大改进，从而能更有效地利用带宽。

Description

授权生成器以及在无源光纤网络中产生带宽授权的方法
技术领域
本发明一般涉及异步传输模式(ATM)通信系统，尤其涉及应用无源光纤网络(PON)的ATM通信系统。
背景技术
异步传输模式一无源光纤网络(ATM-PON)被认为是最终用户在光纤入户(FTTH)/光纤入室(FTTB)环境下，基于光纤接入网络的较具潜力的一种技术解决方案。ATM-PON使用树形拓扑结构，其中无源光学分路器/合路器在下行流方向提供广播，而在上行流方向提供合路。分路器/合路器典型地耦合到上行流方向的单个光学线终端设备(OLT)，以及耦合到下行流方向的多个光学网络终端设备(ONT)。OLT提供该光接入网络的网络方接口，而ONT提供该光接入网络的用户方接口。由于来自ONT的所有输入ATM信元组合成一个通过光纤合路器通往OLT的信元流，因此除非采用正确的预防机制，来自不同ONT的上行流(ONT至OLT)信元之间将发生冲突。
根据ITU-T G.983.1，采用授权分配技术来控制来自ONT的上行流信元传输。一个授权是指来自OLT的允许ONT在一个指定时隙发送一个上行流信元。授权在下行流物理层操作维护(PLOAM)信元中传输。利用这种机制，OLT能完全控制ONT的上行流信元传输，而且一旦测距后所有ONT处于同一逻辑距离，也可避免它们之间发生冲突。标准的155.52/155.52Mbits/s PON的下行流帧格式包括56个ATM信元，其中有两个PLOAM信元，第一个PLOAM信元有27个上行流授权，而第二PLOAM信元有26个上行流授权，每帧共有53个上行流授权。上行流帧格式包括53个信元，其中每个信元有3个开销比特。
在无源光纤网络(PON)中生成授权的一种方法是利用一个(静态)授权表。在这种技术中，每个PLOAM信元从下行流到ONT的授权表顺序分配后续27/26个入口。应理解的是，每个表入口提供的上行流带宽可计算为：(总上行流带宽)/(表量值)。还存在另一种产生授权的方法，如软件控制和计算机逻辑控制技术。软件控制产生授权的不足之处是与此相关的CPU开销相对较大。另外，计算机逻辑控制的授权生成技术被认为既难于实现又性能极差。因此，计算机逻辑控制技术还不是在PON中产生授权的可行办法。在上面的方法中，单个授权表方案最具吸引力，这是因为它具有任意的良好量化间隔，而且不要求固定的软件开销。然而，其最大缺陷是必需相当大量值的授权表以实现良好的量化间隔。例如，希望具有良好的量化间隔以有效提供PLOAM授权。
发明内容
因此，需要提供一种用于无源光纤网络的简化的授权生成技术，同时该技术也能提供具有良好量化间隔的授权。
根据本发明的一个方面，提供了一种授权生成器装置，用于在网络中生成可用传输信道带宽的授权，所述装置包括：
第一授权表，用于在其中存储对应第一量值的所述可用传输信道带宽的授权，
至少一个其它授权表，用于在其中存储对应第二量值的所述可用传输信道带宽的授权；以及
耦合所述第一以及所述至少一个其他授权表的授权分配器，用于根据预定模式从所述第一个授权表分配第一数量的授权，以及从所述其他授权表分配至少第二数量的授权；
其中所述第一授权表、所述至少一个其他授权表以及所述授权分配器递归地耦合，以在后续阶段产生更好量化间隔的授权。
根据本发明的另一个方面，提供了一种在无源光纤网络中产生带宽授权的方法，所述方法包括步骤：
提供第一授权表，用于在其中存储第一带宽量化间隔的授权；
提供至少一个其他授权表，用于在其中存储至少一个第二带宽的授权；
从所述第一授权表以及从所述其他授权表分配授权下行流到耦合所述PON的ONT设备，在完整的授权周期内，第一数量的授权从所述第一授权表分配，而第二数量的授权从所述第二授权表分配，其中所述授权周期在结束后自身重复；以及
将所述第一授权表、所述第二授权表以及所述授权分配器递归地耦合，以在后续阶段产生更好量化间隔的授权。
根据本发明的基于多表的授权生成器解决了带宽量化间隔的问题，同时保持表格方案的简化性。本发明的授权生成器提供具有良好量化间隔的授权，用于控制ATM PON中的信元的上行流传输。具有不同带宽量化间隔的多个授权表通过一种简单的授权分配机制链接在一起。这些授权表和授权分配机制可递归地链接，以实现多种不同的量化间隔。
本发明的授权生成器基于多个授权表与多路复用器、分时器以及地址计数器的组合。授权生成器可提供数据授权以及PLOAM授权的大小带宽，而无需采用大量值的授权表。在本发明的一个示例性实施例中，量化间隔得到改进，其中第一授权表用于一种量值的带宽授权，例如数据授权，而第二授权表用于另一量值的带宽授权，例如低带宽数据授权以及PLOAM授权。分时器通过相应的地址计数器耦合每个授权表。分时器在一个完整的周期内从每个授权表提供一组固定数量的带宽授权。分时器还选择多路复用器的一个适当输入端口，来自每个授权表的授权由此分别传输。通过具有发出可变大小带宽的授权的能力，量化间隔得以大大改进，从而能更为有效地利用带宽。准确地说，无需通常认为产生良好量化间隔所必需的大的授权表，来产生具有良好量化间隔的授权。
附图说明
通过考虑下面的本发明详细描述并结合附图，可更充分地理解本发明，附图中类似部件标注类似的辅助标记，其中：
图1为具有树形拓扑结构的ATM无源光纤网络(PON)的一个示例性实施例；
图2为在无源光纤网络中使用的光学线终端(OLT)设备的示例性方框图；
图3示意了ATM无源光纤网络(PON)的上行流和下行流帧结构；
图4为根据本发明的一般授权生成器的示例性方框图；
图5A示出了一个示例性的分时器电路；
图5B示出了图5A的示例性分时器电路的时序图；
图6为根据本发明采用两个授权表的一个授权生成器的示例性实施例；以及
图7为根据本发明使用动态带宽管理逻辑与两个授权表的授权生成器的另一示例性实施例。
具体实现方式
异步传输模式-无源光纤网络(ATM-PON)目前用于基于-光纤的接入网络，这些接入网络用于在光纤入户(FTTH)/光纤入室(FTTB)环境下与最终用户通信。图1示出了具有基本树形拓扑结构的示例性ATM-PON 10。无源光学分路器/合路器12耦合上行流方向的单个光学线终端设备(OLT)，以及耦合下行流方向的多个光学网络终端设备(ONT)。无源光学分路器/合路器12在下行流方向提供广播，而在上行流方向提供合路。在图1所示的示例性ATM-PON中，以及根据ITU-T建议G.983-1以及983-2，部分全业务接入网络(FSAN)倡议，OLT 14提供光学接入网络的网络方接口，而ONT 16提供光学接入网络的用户方接口。
参考图2，图2示出了示例性OLT 14的功能方框图。OLT 14通过标准化接口22(例如，VB5.x、V5.x、NNI’s)典型地耦合一个转换网络20。在其分配方24，OLT根据商定的要求，例如根据比特率或功率预算提供光学接入。从高一层次看，OLT 14通常包括业务端口26、光纤分配网络(ODN)接口28，和用于VP/VC管理的MUX 30，以及功率和操作管理和维护功能32。
一般来说，业务端口26连接网络中的业务节点。业务端口将ATM信元插入到上行流同步数字系列(SDH)有效载荷中，并从下行流SDH有效载荷中提取ATM信元。MUX 30提供业务端口26和ODN接口28之间的VP(虚通道)连接，而且为不同业务分配不同VP。诸如主要内容、信令以及OAM流的信息利用VP的VC(虚信道)交换。在ODN接口28，PON线终端处理光电转换过程。ODN接口将ATM信元插入到下行流PON有效载荷，并从上行流PON有效载荷中提取ATM信元。
ATM-PON中的OLT 14通过发出授权完全控制ONT的上行流业务。授权分配技术用于控制上行流信元从ONT 16传输到OLT 14。授权分配用于协调来自ONT的信元的上行流传输。应理解，授权是允许ONT在一个指定时隙发送一个上行流信元。授权在下行流物理层操作维护(PLOAM)信元传输。当前ITU建议中确定每次每个ONT有一个数据授权。
155.52Mbits/s和622.08Mbits/s的ATM-PON信道的下行流接口结构都包括一个连续的时隙流，每个时隙包含一个ATM信元或一个PLOAM信元的53个字节。如图3所示，一个下行流帧20包括两个PLOAM信元22，而且在155Mbits/s的下行流情况下长56个时隙。每28个时隙插入一个PLOAM信元。对于622Mbits/s的情况，下行流帧包括8个PLOAM信元，且长224个时隙(未示出)。
在下行流方向，帧30包括56个字节的53个时隙。上面讨论过，OLT请求一个ONT(通常称为光学网络设备(ONU))，以通过在下行流PLOAM信元中传输的授权来发送一个ATM信元。任何时隙都可包含一个ATM信元、一个PLOAM信元或一个分时隙。OLT以一个可编程速率请求ONU发送一个PLOAM信元或一个短时隙。上行流PLOAM速率取决于这些PLOAM信元中包含的所需功能。每ONU的最小PLOAM速率为每100毫秒一个PLOAM信元。
下行流授权被ONU用来接入上行流光纤。每帧有53个授权。这53个授权映射到该下行流帧的头两个PLOAM信元，第一个信元中有27个授权，第二个信元中有26个授权。不对称(622Mbits/s)情况下，6个剩余PLOAM信元的授权字段都填充为空闲授权，因此，它们将不会被ONU使用。一个授权长8比特。
与本发明有特定关系的两种特定授权类型为数据授权和PLOAM授权。数据授权用于为一个特定的ONU分配一个特定的上行流时隙，以传输一个数据信元。数据授权的值或地址在测距协议期间利用授权分配消息分配给ONU。如果没有一个可用的数据信元，ONU可发送一个数据信元或一个空闲信元。PLOAM授权用于为PLOAM授权分配一个特定时隙到一个特定的ONU。PLOAM授权的值也在测距协议期间利用授权分配消息分配给ONU。ONU总是发送一个PLOAM信元以响应这个授权。OLT可同时寻址32个ONU，或者可寻址多达64个ONU。
ITU-T G.983.1指出，每个ONU(ONT)的上行流最小PLOAM信元速率应为每100毫秒一个PLOAM信元。因为在上行流每个信元利用3个开销比特传输，因此为155.52Mb/s接口发送一个信元所需的时间将为2.88μs。根据最小PLOAM信元速率，应每隔34714(＝100ms/2.88μs)个信元产生一个PLOAM授权。因此，如果基于单个授权表实现授权生成器(没有动态内容刷新)，那么，要求该授权表保持至少34714个入口以为PLOAM信元提供这个最小带宽量化间隔。如果授权表量值较小，那么相应的带宽量化间隔将远大于最小PLOAM信元速率——转换为浪费带宽以及处理PLOAM信元的额外软件开销。这种带宽量化间隔也可应用于低比特率的用户ATM信元。
在单个授权表系统中，授权表越大，可得到更好的量化间隔。换句话说，量化间隔与授权表的量值y成反比，其中(总带宽)*(1/y)指示量化间隔。然而，实现较小带宽量化间隔所必需的授权表量值很大是一个难题，因为在应用OLT和ONT的无源光纤网络中，与TON有关的功能要在FPGA或ASIC芯片上实现，因而内存分配要受限制。为节省芯片上的内存分配，最早的OLT实现提供的带宽量化间隔很大，大约为3Mbits/s的数量级。
在背景段落和上文中讨论过，利用单个授权表分配技术在ATM-PON中实现良好量化间隔授权的阻碍在于单个授权表的量值大得不合情理。本发明的授权生成器基于多个授权表，而且包括多路复用器、分时器以及地址计数器的组合。这种基于多表的授权生成器解决了带宽量化间隔的问题，同时保持授权表方案的简化性。利用本发明的授权生成器，无需大型授权表就可轻易地提供大小带宽的数据授权以及PLOAM授权。本发明使得能产生具有良好量化间隔的授权用于上行流传输ATM-PON中的单元。具有不同带宽量化间隔的多个授权表通过一种简单的授权分配机制链接在一起。授权表和授权分配机制可递归地链接以实现多种不同的量化间隔。
图4示出了根据本发明实现多表授权生成器40的一般方框图。图4示出了利用N个不同量值的授权表42递归实现所提出的基于多表的授权生成器。所使用的实际授权表数取决于该PON的特定应用。在图中还标注为ti(i＝1，2，3，...，N)的每个授权表42可保持ni个授权。每个授权表42耦合一个相应的地址计数器44。地址计数器输出对应授权表中地址的地址。因此，地址计数器加1后能顺序寻址其响应授权表42的每个入口。
授权生成器40还包括(N-1)个分时器46和(N-1)个复用器48。分时器46触发一个相应的地址计数器44第一个计数次，而且触发后续分时器46(或地址计数器)第二个计数次。通过根据示意的递归结构，使用耦合在一起的多个授权表可实现良好的带宽量化间隔。应理解的是，通过改变分时器46的时钟分配可控制来自每个授权表的授权数。复用器48的输入信道50也可根据分时器46的分配相应改变，以根据授权表的输出选择一个适当的第一或第二输入信道。
可根据下面的公式1计算每个授权表中单个入口所实现的带宽量化间隔。在公式1中N等于授权表数，而且每个授权表ti(i＝1，2，3，...，N)可保持ni个授权。分时器i将输入时钟脉冲分为具有比率Ci，1∶Ci，2的两个输出。图5A的分时器52的示例性时序图如图5B所示。根据输入时钟信号i(t)，图中所示的分时器52的输出信号(O2(t)，O1(t)的时分比分别为5∶2。还应注意，公式1中的第一个表达式的总带宽(155Mbits/s)乘53/56，这表示由于每个上行流帧包括3个信元的等效开销而剩下的有效带宽。公式1表示对应表ti中一个入口的上行流带宽(量化间隔，Gi)(Mbits)。
公式1
下面就采用两个授权表的授权生成器示例性实现进一步解释本发明。参考图6，示例性授权生成器60包括第一授权表62(表A)以及第二授权表64(表B)。图中所示的第一授权表62为512×8位的授权表，而第二授权表64为64×8位的授权表。显然，除了该示例性实施例中所示意的量值，授权表可为其它量值。
第一地址计数器66和第二地址计数器68分别耦合第一和第二授权表62、64的输入端，用于顺序寻址和接入相应授权表中的授权表位置。例如，在第一授权表62的情况下，包括一个9-位计数器，目的是顺序寻址512个授权表位置(29＝512)中的每个位置。在第二授权表64的情况下，包括一个6-位计数器，目的是寻址64个授权表位置(26＝64)中的每个位置。分时比为52∶1的分时器70耦合第一和第二地址计数器66、68，以便来自分时器70的53个输出脉冲或计数中的52个输入到第一计数器66，而53个计数中的另1个输入到第二计数器68。每个计数器66、68响应以从表A或表B寻址一个适当的授权。因此，来自分时器的53个输出脉冲中的52个输入到第一地址计数器66，计数器66在分时器70的一个完整周期内增量52次。53个输出脉冲中的另一个输入到第二计数器68，计数器68每个周期增量一个计数。应理解，来自每个计数器66、68的输出送入相应的授权表62、64，以便从中选择特定的地址。
来自每个授权表62、64的输出耦合复用器72的一个独立输入信道。分时器70通过选择复用器72的信道输入端74，还耦合到复用器72。来自分时器70的输出76响应以选择复用器72的适当输入信道(表A和表B之间)，它将从输出端口78输出。从复用器72输出的来自授权生成器60的授权送入PLOAM信元的适当位置，并在PON下行流传输以被指定的ONT接收。应理解，在本例中使用分时器70的目的是使53个授权的完全周期对每个下行流帧是完整的。
利用图4的两个授权表实施例的上述公式，其中N＝2，C1.，1＝52，C1.，2＝1，n1＝512，n2＝64，对应每个授权表A和授权表B中单个入口的上行流带宽分别为282kbit/s和43kbit/s。这与现有技术设备保持的3Mbit/s数量级的最小带宽量化间隔相比，带宽量化间隔有了很大改进。应注意，在ITU-T G.983.1中指定的每ONU最小PLOAM信元速率为每100毫秒一个PLOAM信元或42.4kbit/s的比特率。因此本发明利用来自表B(43kbit/s)的授权严密监视PLOAM信元的带宽。从中可看出，当根据本发明利用低带宽授权(来自表B)时，浪费的带宽极少。
比较本发明的多表授权生成技术与现有技术的简单单表方案可看出，本发明能大大节省内存。准确地说，与单表方案的34714字节的内存相比，本发明的多表生成技术的实现只要求576字节的授权表内存。因此，本发明利用大约1/53的所需内存就能实现类似于单表方案的量化间隔。这种内存的减小对即时应用PON设备很重要，因为OLT电路最好在FPGA或ASIC上实现。
利用本发明可实现量化间隔的改进，因为第一授权表62用于一种量值的带宽授权，例如，数据授权，而第二授权表64用于另一量值的带宽授权，例如，低带宽数据授权以及PLOAM授权。如图6示意，授权生成器60从表A分配52个授权，从表B分配一个授权，从表A分配另外52个授权，从表B分配一个授权，如此类推。通过具有发出可变大小带宽授权的能力，量化间隔大为改进，从而能更有效地利用带宽。准确地说，可发出更好量化间隔的授权，而无需通常认为产生良好量化间隔所必需的特大授权表。(如果单个授权表中的所有授权用于最小带宽量化间隔授权，就是这种情况)。因此，本发明的授权发生器可认为是某种混合体，即，不同带宽量化间隔的授权可利用同一授权发生器发出。
应理解，在递归模式情况下通过改变到第二地址计数器66、或其它地址计数器和/或分时器的输入数量，可轻易改变低带宽授权的数量(例如，在生产OLT期间)。这样做的目的是更有效地分配带宽，从而适应附加的低带宽要求。授权可与到第二地址计数器的多个输入进行多种组合，而且可改变第二授权表的量值以实现特定的量化间隔。
每个授权表的内容在连接构成在OLT改变时将发生改变。即，当附加的ONT开始通过网络往返最终用户进行有效通信时，网络中的授权表被刷新以包括那些有效的ONT。准确地说，为进行正常交换连接，将存在一个连接建立(用于创建连接)或连接清除(用于终止连接)。这些程序发生在实际的连接建立或连接终止之前。在这些过程期间，在ONT方的用户和OLT方的网络链接之间协商带宽，授权表内容在该点上被刷新。为永久连接，将没有这种用于建立和清除的系统程序。在这种情况下，连接建立和清除由网络操作员提供，在此刷新授权表将在同时或前后完成。
上文仅仅是本发明原理的示意。本领域的技术人员能设计出各种方案，这些方案尽管在此没有明确示意或描述，但体现了本发明精神和范围内的原理。例如，尽管本发明描述的是由分时器激励的授权生成电路，但采用其它可能的实现也是可理解的。例如，分配每个授权表的授权可从存储于数字处理器内的程序产生。另外，本发明的授权生成器也可包括根据接收到一个触发参数覆盖特定时隙的动态带宽控制逻辑。该触发可包括，例如，从短时隙反馈或仅仅是接收的空闲信元量的排队长度估计。图7示出了包括动态带宽控制逻辑的一个本发明实施例。图7的授权生成器80类似于图6所示的授权生成器，除了示意动态带宽管理器(DBWM)功能块82耦合除53计数器以及复用器。DBWM 82可“窃用”百分之一的带宽用于一个计数器(通常为第一个)，或例如，表A内的反向模式可用于选择DBWM。本领域的技术人员会知道本发明原理的许多其它改进和应用。因此，本发明的范围仅受所附权利要求书的限制。

Claims (12)

1.一种授权生成器装置，用于在网络中生成可用传输信道带宽的授权，所述装置包括：
第一授权表，用于在其中存储对应第一量值的所述可用传输信道带宽的授权，
至少一个其它授权表，用于在其中存储对应第二量值的所述可用传输信道带宽的授权；以及
耦合所述第一以及所述至少一个其他授权表的授权分配器，用于根据预定模式从所述第一个授权表分配第一数量的授权，以及从所述其他授权表分配至少第二数量的授权；
其中所述第一授权表、所述至少一个其他授权表以及所述授权分配器递归地耦合，以在后续阶段产生更好量化间隔的授权。
2.根据权利要求1的装置，其中所述网络为无源光纤网络(PON)。
3.根据权利要求1的装置，其中所述授权分配器包括耦合所述第一和所述至少一个其他授权表的分时器，所述分时器为所述第一授权表提供第一数量的授权选择，并且为所述其他授权表提供至少第二数量的授权选择，所述第一和第二数量的授权选择对应于所述第一和第二数量的授权。
4.根据权利要求3的装置，还包括分别在所述分时器和所述第一和第二授权表之间耦合的第一地址计数器以及至少一个第二地址计数器，所述第一和第二地址计数器根据来自所述分时器的所述授权表选择，用于顺序地选择所述第一和其他授权表中的授权表位置。
5.根据权利要求4的装置，还包括耦合所述第一和其他授权表的输出端以及耦合所述分时器输出端的复用器，所述分时器选择所述复用器的适当输入端口，用于根据所述分时器的授权选择从中输出授权。
6.根据权利要求4的装置，其中所述授权生成器包括N个授权表以及N个相应的地址计数器，所述授权生成器还包括(N-1)个分时器以及(N-1)个复用器，所述分时器和所述复用器以递归结构耦合所述N个授权表和地址计数器。
7.根据权利要求2的装置，还包括动态带宽管理控制逻辑，用于根据接收到的触发参数来改变一个或多个授权表中的时隙。
8.根据权利要求7的装置，其中一旦ATM PON网络中的最终用户连接发生改变就刷新所述授权表的内容。
9.根据权利要求1的装置，其中选择所述预定模式以基本上满足所述网络中的低带宽要求。
10.一种在无源光纤网络中产生带宽授权的方法，所述方法包括步骤：
提供第一授权表，用于在其中存储第一带宽量化间隔的授权；
提供至少一个其他授权表，用于在其中存储至少一个第二带宽的授权；
从所述第一授权表以及从所述其他授权表分配授权下行流到耦合所述PON的ONT设备，在完整的授权周期内，第一数量的授权从所述第一授权表分配，而第二数量的授权从所述第二授权表分配，其中所述授权周期在结束后自身重复；以及
将所述第一授权表、所述第二授权表以及所述授权分配器递归地耦合，以在后续阶段产生更好量化间隔的授权。
11.根据权利要求10的方法，其中一旦在所述ATM-PON的最终用户连接发生改变，就刷新所述授权表的内容。
12.根据权利要求10的方法，其中所述分配步骤包括利用分时器为所述第一授权表提供第一数量的授权选择，并且为所述第二授权表提供至少一个第二数量的授权选择，所述第一和第二数量的授权选择对应于所述第一和第二数量的授权。
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