CN1285186C - 基于以太网无源光网络上行链路带宽动态分配方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及千兆级的基于以太网无源光网络(EPON)中实现上行链路带宽的动态分配方法和在该网络的光线路终端(OLT)内实现上述方法的装置，本发明包括一个上行流量统计和采样装置，以及比例加权算法和带宽利用率调整算法，前者是局端设备根据每一个光网络单元(ONU)在单位时间内的上行业务量，占总上行流量的比例，来分配该ONU所应得的带宽份额，后者是根据每一个ONU的上行带宽利用率的大小来迅速的调整分配给ONU的上行带宽，本发明的装置的功能是在带宽分配周期内由光线路终端对所连接的所有光网络单元向光线路终端传输的上行链路数据帧的长度以16比特为单位分别进行统计。由现场可编程器件(FPGA)的硬件支持层和该器件内的嵌入式处理器(CPU)实现，不仅支持上述两种算法，也可以支持其它算法，因而具有很强的可扩展性。

Description

基于以太网无源光网络上行链路带宽动态分配方法和装置

技术领域

本发明涉及带宽动态分配方法和实现该方法的装置，具体地，涉及千兆级的基于以太网无源光网络(EPON)中实现上行链路带宽的动态分配方法和在该网络的光线路终端内实现上述方法的装置。

背景技术

基于以太网的无源光网络(EPON)是由一个位于局端的光线路终端设备(OLT)和若干个位于远端的光网络单元(ONU)以及无源光分配网(ODN)组成，典型拓扑结构如图1所示。其中ODN采用具有无源光分路器的无源光网络(PON)结构，一根主干光纤通过无源光分路器(splitter)连接多根光纤，与多个ONU通信。

在ODN内两个方向传输的光信号分别位于两个波长上，其中从OLT到ONU方向上传播的光信号为下行链路方向，采用广播方式传送，从ONU到OLT方向上传播的光信号为上行链路方向，采用时分多址(TDMA)方式传送。

在图1所示的光传输系统中，EPON内的所有信号都是在OLT和ONU之间进行传输。在EPON系统下行方向上，EPON是一个广播媒质，由OLT发出的以太网帧通过一个1∶N的无源光分路器(splitter)到达每一个ONU。ONU只接收目的地是本地的数据帧并交付给用户终端设备，将其它数据帧丢弃。在EPON系统上行方向上，EPON又可以看作是多点到点的网络。多个ONU共享一条上行信道，因此需要特殊的带宽仲裁机制来调度ONU的上行发送，以避免各个ONU之间的数据冲突。

在具体实现上很容易看到，如果由OLT对ONU静态地分配带宽，可以很简易地实现各个ONU之间的数据无冲突接入的。但是如果考虑到以太网中的数据/视频流具有很强的突发性，EPON中如果用带宽静态分配，对数据通信这样的变速率业务很不适合，如按峰值速率静态分配带宽，则整个系统带宽很快就被全部占用，系统整体的带宽利用率很低。由此可见，应当由OLT对ONU动态分配带宽，以便使系统带宽利用率大幅度提高。

动态带宽分配就是实时地(ms/s量级)改变EPON的各ONU上行带宽的机制，通过DBA，我们可以根据ONU突发业务的要求，动态调节各个ONU的带宽来提高PON上行带宽效率。由于能更有效地利用带宽，网络管理员可以在一个已有的PON上增加更多用户，终端用户也可以享有更好的服务，如用户可以用到的带宽峰值可以超过传统的固定分配方式的带宽。根据EPON的特点及IEEE 802.3ah、ITU-T G.983建议，可以得出对动态带宽分配设计的具体要求有：业务透明、高带宽利用率、低时延和低时延抖动、公平分配带宽、健壮性好、实时性强。根据现有的文献资料记载，采用动态带宽分配(DBA)算法，带宽利用率最高可达80％，而没有采用DBA算法时的带宽利用率却只有40％，并且平均传输时延在不采用DBA时一般为100ms，而用DBA时通常小于10ms。

目前在EPON中所采用的上行链路动态带宽分配方案或算法，一般为分布式控制和集中控制两类。由于分布式实现起来比较复杂，业界绝大部分厂商是利用集中控制方式的。集中控制方式的一种最常见模式是基于GATE/REPORT机制。在这种机制中，无论采用何种DBA算法，一般都周期性地计算分配给ONU的带宽，例如PASSAVE公司所发布的EPON芯片，各个厂家芯片的区别仅在于带宽分配周期是否可变。

图2为基于GATE/REPORT机制的上行带宽动态分配方案原理图。一个带宽分配周期可以分为两个阶段：REPORT消息收集阶段和带宽授权阶段。在REPORT消息收集阶段中，OLT要求ONU发送上行带宽需求报告，ONU将所需要上行带宽，例如根据ONU中用户数据排队情况估计的需要带宽，通过REPORT消息向OLT报告。在带宽授权阶段，OLT对收集到的REPORT消息分析后，再根据某种DBA算法对上行带宽的分配状况进行调整，并通过GATE消息将调整后的上行带宽分配信息告诉给ONU。

在目前所使用的GATE/REPORT机制中，OLT通过ONU发送的上行REPORT消息来了解ONU中数据包排队的情况，然后做出带宽分配的决定。这种方案要求所有的ONU都必须对自己的排队状况进行实时准确的监控，一旦某一个ONU的状态报告功能失效，或者报告信息在传输过程中丢失，就会影响到整个系统上行带宽分配的准确性。而且REPORT消息的产生，传输和收集处理都需要占用时间，这也会影响到带宽调整的响应速度，降低网络性能。

这种机制对系统中所有ONU设备的硬件处理能力要求非常高。如果某一个ONU的硬件发生故障，或者局端设备丢弃了某些ONU的报告信息时，会影响整个系统上行带宽分配的响应速度和准确度。而且这种机制容易被恶意用户所利用，做虚假的带宽请求报告，过渡占用上行带宽，造成带宽分配的不公平。而且，由于不同的算法可能需要的参数不同，因此REPORT消息携带的内容或格式要受到算法的限制，容易造成不同厂家的远端设备所发送REPORT消息内容和格式不同。这就影响了不同厂家设备的互连互通。

图3为PASSAVE公司的EPON芯片采用苏格拉底(Socrates)算法 (该算法由NTT公司 提出)时，就要求ONU产生该厂家自定义的REPORT帧格式的例子。使用该算法不要求ONU报告其每一个优先级队列的总长度，而是对ONU中每一个优先级队列都设置了一个刻度线(watermark)，并要求ONU分别报告各优先级队列中在刻度线以上和以下的队列长度。因此，REPORT消息格式必须从图4A所示的普通REPORT消息格式改变为图4B所示符合苏格拉底算法的REPORT消息特殊格式。

因此，需要一种不依赖ONU设备的带宽需求报告并且不受各个厂家的REPORT消息格式限制的带宽动态分配方法。

发明内容

本发明的目的就是提出了一种对基于以太网无源光网络上行链路带宽进行动态分配的方法以及实现该方法的装置，可以克服现有技术方法对光网络单元(ONU)报告的依赖和对REPORT消息格式的严格限制问题，并简化了光网络单元设备的功能。

本发明给出了对所有ONU的上行流量进行实时统计和采样的光线路终端设备的硬件装置，同时还给出了以此装置为基础的两种基于流量统计的带宽分配算法：比例加权算法和带宽利用率调整算法。使用本发明中给出的硬件装置和算法，可以不受远端设备的性能限制，不需要依赖上行REPORT消息所报告的信息，因而可以忽略REPORT消息格式或内容上的差异。通过局端设备OLT实时统计所有在线ONU所发送的上行流量大小，周期性地对统计情况进行采样，就可以根据采样结果再采取比例加权算法或带宽利用率调整算法，及时地调整上行带宽的分配情况。不仅可以提高上行带宽动态调整的响应速度，还可以根据远端设备上行业务流大小或上行带宽利用率的大小来分配远端设备所应得到的上行带宽，还能防止恶意用户通过虚假带宽需求报告过量占用上行带宽而对网络资源恶意侵占，有效提高网络性能。并且支持不同厂家设备的兼容，保护了运营商和用户的投资成本。由于不需要远端设备报告带宽需求信息，因而可以简化远端设备的硬件和软件功能，降低远端设备成本，推动光纤到户的进程。这在具有众多家庭或个人用户的接入网环境中是非常具有竞争力的。本发明方法所采用的采样周期是可配可调的，可以实时地反映网络上行流量大小或拥塞情况。

本发明采用了的动态带宽分配(DBA)算法为比例加权算法。该算法是局端设备根据每一个ONU在单位时间内的上行业务量，占总上行流量的比例，来分配该ONU所赢得的带宽份额。另外，本发明中给出的硬件装置还可以支持其他的DBA算法，具有很强的可扩展性。

本发明的一种对基于以太网无源光网络上行链路带宽的动态分配方法，该方法包括：

由光线路终端内采样定时器设置带宽分配周期；

在带宽分配周期内由光线路终端内的上行流量统计模块对所连接的所有光网络单元向光线路终端传输的上行链路数据帧的长度以16比特为单位分别进行统计；

由带宽分配算法模块以比例加权算法计算分配带宽，即

将所有光网络单元传输给光线路终端的全部数据帧长度求和，以计算整个上行链路传输数据帧的总长度；

计算出每个光网络单元传输给光线路终端的上行链路数据帧的长度；

以每个光网络单元传输给光线路终端的数据帧长度除以所有光网络单元传输给光线路终端的全部数据帧总长度，获得每个光网络单元所传输数据帧占所有光网络单元所传输数据帧的比例；

将光线路终端总上行链路带宽按照每个光网络单元所传输数据帧占所有光网络单元所传输数据帧的比例分配给每个光网络单元；

分配给每个光网络单元的带宽不得低于每个光网络单元的规定最小带宽和不得高于每个光网络单元的规定最大带宽；

每个光网络单元按照光线路终端所分配的上行链路带宽向光线路终端传输数据帧。

本发明的一种位于基于以太网无源光网络光线路终端中对上行链路带宽进行动态分配的装置，该装置包括：

采样周期定时器，用于设置对所有光网络单元进行带宽分配的周期，以所设置的该周期统计所有光网络单元的实际传输数据帧长度，并以该周期计算所有光网络单元应当分配的带宽；

上行流量统计模块，用于对光线路终端所连接的每个光网络单元的上行流量数据帧长度进行统计；

统计信息采样模块，用于按照上述设置周期对上行流量统计模块的统计数据进行采样；

带宽分配算法模块，用于根据比例加权算法，利用统计信息采样模块所提供的数据计算出每个光网络单元应当被分配的上行链路带宽；

授权对象参数表，存储统计信息采样模块所统计的数据和带宽分配算法模块所计算出的每个光网络单元分配上行链路带宽；

带宽分配图样输出模块，用于从授权对象参数表中提出对所有光网络单元的带宽分配图样，并将所述带宽分配图样传输给带宽分配表；

带宽分配表，用于存储所有光网络单元的带宽分配数据，并将该带宽分配数据组装成GATE消息帧，发送给所有光网络单元。

在本发明的上述装置中，采样周期定时器、统计信息采样模块、带宽分配算法模块、授权对象参数表、带宽分配图样输出模块由现场可编程器件内部嵌入的CPU通过运行相应功能的程序实现，而上行流量统计模块、带宽分配表由现场可编程器件实现。

本发明克服了EPON中现有的基于GATE/REPORT机制来进行动态带宽分配的缺点或不足。首先，带宽分配的性能不依赖于ONU的报告，减少了ONU的功能，降低了ONU的成本。在OLT对ONU的比例为1∶N的情况下，ONU成本的降低，对整个系统总成本乃至每个用户成本的降低起着至关重要的作用，为最终实现FTTH提供了便利条件；第二，OLT能够根据对ONU上行流量的计数，实时地掌握网络拥塞程度或带宽利用率，然后根据每一个ONU的上行流量大小或带宽利用率的大小来对上行带宽进行调整。目前EPON的传输速率为1.25Gbit/s，OLT中对每一个ONU的上行信号流量的统计完全由硬件完成，能够适应高速系统对上行带宽分配的响应速度和准确度的要求。

本发明中的硬件装置除了能支持所提出的基于流量统计的DBA算法外，还可以支持其他的基于流量统计的DBA算法。此外还可以应用于具有多个业务优先级的系统中。OLT可以根据以太网包的VLAN标记，来统计每一个ONU的上行信号中不同优先级的业务流量。因此，本发明所提出的上行带宽分配方法和装置，具有非常好的可扩展性。

附图说明

图1是基于以太网无源光网络的典型拓扑结构示意图；

图2是基于GATE/REPORT机制的上行链路带宽分配方法原理图；

图3为PASSAVE公司的EPON芯片采用苏格拉底(Socartes)算法的刻度线示意图；

图4A为普通的REPORT消息格式实例；

图4B为采用苏格拉底(Socartes)算法所定义的特殊REPORT消息格式；

图5实现本发明的上行链路带宽动态分配方法所使用装置的模块结构示意图；

图6为图5中上行流量统计模块的输入/输出信号示意图；

图7为图6中上行流量统计模块内部各个具体功能模块的示意图；

图8为嵌入式CPU与现场可编程器件的其它硬件之间的接口结构示意图；

图9为现场可编程器件的嵌入式CPU执行主程序与本发明带宽动态分配程序之间的关系；

图10为现场可编程器件的嵌入式CPU执行本发明的带宽动态分配程序的简化流程图；

图11为应用本发明方法和装置的EPON系统试验网的组网图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的方法和装置。

本发明中所描述的基于流量统计的上行带宽分配方法和装置，通过统计局端设备OLT上接收到的每个ONU发出的上行流量的大小，来决定给ONU分配的上行带宽的大小。整个技术方案可以分为两大部分，一部分是OLT中对ONU的上行流量统计和计算带宽分配的装置，另一部分是在此装置基础上，运行的动态带宽分配方法。

图5为实现本发明的上行链路带宽动态分配方法所使用装置的模块结构示意图。图5中，虚线之上的各种功能模块由嵌入式CPU所运行各个功能程序实现(在本案例中采用的是FPGA内嵌的CPU，商业名称为NIOS)。而图5中虚线之下的各个功能模块是利用现场可编程器件的硬件支持层实现。在本发明中采用的是周期性的带宽分配方法，分配周期由采样定时器来确定，采样定时器的初始值可以根据需要灵活设置。动态带宽分配(DBA)算法程序在采样定时器的驱动下，周期性采样上行流量统计模块中的随机存储器(RAM)，然后采用本发明中所提出的基于统计的DBA算法，计算本周期内的带宽分配图样，并输出到带宽分配表中。硬件支持层由FPGA实现。该层主要功能是采用本发明中所提出的上行流量统计装置，收集每一个在线ONU的上行流量的统计信息，供DBA程序查询。该层还提供接口，接收来自DBA算法模块的运算结果，组装成GATE帧，发送给ONU。在硬件支持层中的带宽分配表模块是负责管理和发放带宽分配数据模块。

图6表示图5中上行流量统计模块的输入/输出信号示意图。下面详细描述该上行流量统计模块的工作原理。OLT中上行流量统计装置由现场可编程器件(FPGA)以硬件方式实现。OLT中的该上行流量统计电路的功能是对采样周期内每一个ONU发送的多点控制协议(MPCP)帧除外的上行数据帧长度以16比特为单位进行分别计数，帮助OLT判断在过去的采样周期内，每一个ONU上行的流量大小，并在此基础上实现带宽的动态分配。

图7为图6中上行流量统计模块内部各个具体功能模块的示意图。参照图7，该电路主要由一个宽为32比特、长度为64的双口RAM和一个加法器组成。该双口RAM通过ONU的标识符逻辑链路标识(LLID)寻址。当接收到MPCP帧以外的一个上行数据帧并经过循环冗余校验(CRC)校验后，就从双口RAM中取出与该帧的LLID对应的值，经过加法运算后，将结果再存入RAM的对应单元中。RAM中每一个单元的值在采样电路采样后就清零。

双口RAM还通过数据总线和地址总线与厂商名称为NIOS的CPU相连，该NIOS是嵌入在FPGA中的CPU。CPU将在采样周期定时器的驱动下，周期性地对双口RAM中的数据进行采样。同样CPU也是通过ONU的LLID来寻址RAM中对应单元，获得各个ONU的上行流量统计信息。图6和图7中所使用的输入/输出信号标记如下：

llid[5:0]：与接收到的上行数据帧(不包括MPCP帧)相对应的LLID，该LLID标识了数据帧的源ONU，作为双口RAM的寻址信号。

count_cn：加法电路的使能信号。当上行接受模块接收完一个有效的上行数据帧时，该信号触发10比特锁存器，将帧接收模块送来的Fhub_length存放到10比特锁存器中，作为加法器的一个输入。同时通过片选信号(llid[5:0])找到RAM中对应条目，锁存到32比特锁存器中，作为加法器的另一个输入。

Fhub_length[9:0]：从上行帧接收模块的包长度计数模块得到的上行数据帧的有效长度，以16比特为单位。

Fnios_readen：来自CPU(NIOS)的读使能信号。该信号有效后，Tnios_colength[19:0]数据线上输出双口RAM的中通过Fnios_addr寻址的单元中的数据。

Fnios_addr[5:0]：与CPU(NIOS)相连的地址线。CPU(NIOS)想要读取某一个在线ONU的流量统计情况时，就通过这个地址线输出该ONU的LLID值，在双口RAM中查找相应单元中的数值。

Tnios_colength[19:0]：与CPU(NIOS)相连的数据线，CPU(NIOS)可以通过该数据线读取样双口RAM中的数值

图7中上行流量统计模块内部各个组成部分的工作原理如下：上行流量统计处理模块中有一个宽为32比特，长为64的双口RAM。双口RAM中每一个单元对应一个ONU(最多64个ONU)，通过ONU的标识符LLID寻址。其中存放有对应的ONU在单位时间(两次采样间隔)内到达OLT的累计帧长度，以16比特计数。当上行接收模块接收完一个有效的上行数据帧时，将接收模块统计到的该帧的有效长度存放到10比特锁存器中，作为加法器的一个输入；同时通过与这个帧对应的LLID，寻址双口RAM中相应的单元。一旦在RAM中寻找到相应的单元后，将该单元中的内容锁存到32比特的锁存器中，作为加法器的一个另输入。加法器完成了加法操作后，将结果仍然存入到RAM中，地址不变。

CPU可以在采样周期定时器的驱动下，周期性地查询双口RAM中的值，CPU要读取RAM中某一个单元的内容时，要通过Fnios_addr[5:0]来寻址(地址线上的值为ONU的LLID)，并使能读操作，即使Fnios_read_en有效，才能通过Tnios_colength[19:0]数据线来读取RAM中的内容。当CPU完成一次读操作后，对应的RAM单元中的内容自动清零。

图8表示图5中嵌入式CPU与现场可编程器件的硬件支持层之间的接口结构。图8中，CPU为设计的主要部分，包括外部存储器接口、2个用户接口电路、1个并行接口PIO。其中讣部存储器接口为通常的NIOS接口，SOPC Builder缺省情况下自动生成，主要包括地址线、数据线以及各种控制线等。该接口用于连接外部RAM和外部Flash。

用户接口电路1用于连接带宽配置模块(BWA)。为了与外部接口，在外部设计了接口模块：带宽写模块和带宽读模块。带宽写模块用于配置64个带宽寄存器；带宽读模块用于读取配置的值，以检验配置的正确性。两个模块都是将CPU输出的地址线、数据线以及控制线等映射到64个寄存器地址。用户接口电路完成对上行流量统计模块的读写功能，其结构和原理同用户接口电路1是一样的。PIO1是普通的并行外设接口，用于读入ONU的在线信息。

图9表示由嵌入式CPU运行的代表本发明带宽动态分配方法的一部分功能程序(图9中概括标记为DBA程序)与该CPU运行其它程序之间的关系。从图9中可见，在系统上电或复位后，主程序负责初始化授权对象参数表，而本发明方法的带宽动态分配(DBA)程序作为一个中断函数，在采样周期定时器驱动模块产生定时器中断时，被主程序调用。

图10为本发明的部分功能程序(DBA程序)的流程图，其中算法函数1即为本发明所提出的比例加权算法，算法函数2即为本发明所提出的带宽利用率调整算法。

图5中的CPU执行的本发明程序中各个功能模块，例如统计信息采样模块、带宽分配算法模块、带宽分配图样输出模块是相互独立的，它们之间的联系是通过授权对象参数表建立起来的。授权对象参数表的结构见表1。这个表存放所有已经注册的授权实体的相关参数，如LLID、注册标记(flag)、ONU的统计上行流量(stat、该ONU的最大带宽(bw_max)、最小带宽(bw_min)、经过DBA算法后分配给ONU的带宽(bw)以及ONU的权重(p)等等。当系统上电或复位时，就要对表格进行初始化操作。在实现时，可以将参数表作为一个全局变量，所有的模块都可以访问。

                  表1  授权对象参数表结构

LLID	Flag	stat	bw_max	bw_min	bw	p
							0
1
							2
							62
63

如图10所示，当采样周期定时器产生中断，DBA程序开始运行后，统计信息采样模块首先读上行流量统计模块中的数据，并依次写读入到授权对象参数表的stat表项中；然后，按照指定的算法模式调用DBA算法函数(即比例加权算法或带宽利用率调整算法)，算法函数将计算结果写入到授权对象参数表的bw表项中；最后，带宽图样输出模块将授权对象参数表bw表项中记录的授权结果转换成尾部坐标后，依次输出到硬件的带宽分配表中。

本发明所使用的带宽分配算法有两种：比例加权算法和带宽利用率调整算法。下面对该两种算法详细描述。

第一种，比例加权算法：

OLT按照以下公式来计算ONU_i所应得到的上行带宽：

$\mathrm{BW}\left({\mathrm{ONU}}_i\right)=\mathrm{MIN}\left\{\right[\mathrm{MAX}(\frac{P_{\mathrm{ii}}\×{\mathrm{stat}}_i}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{stat}}_i}\×\mathrm{TOTAL}\_\mathrm{BW},\mathrm{bw}\_{\min }_i)],\mathrm{bw}\_{\max }_i\}$

式中stat_i为上行流量统计模块所得到的ONU_i在单位时间(两次采样间隔)内的流量统计，以16比特为单位；而P_i为ONU_i的权重；

为所有在线ONU的上行流量总和；bw_max_i和bw_min_i分别是ONU_i可以得到的最大带宽和最小带宽。

上式的意义是OLT根据某一个ONU的上行流量占所有ONU总的上行流量的比例来分配这个ONU应得到的上行带宽的份额。也就是说，上行流量大的ONU或权重高的ONU将得到更多的上行带宽，只受到最大带宽和最小带宽的限制。

第二种，带宽利用率调整算法

这个算法根据ONU_i的带宽利用率来决定分配给ONU_i的带宽BW(ONU_i)是增加、减少或不变。当带宽利用率(λ)大于上门限(T⁺)时，分配给该ONU的带宽应增加Δ⁺；当带宽利用率(λ)小于下门限(T^-)时，分配给该ONU的带宽减少Δ^-，当带宽利用率在上门限与下门限之间时，分配给该ONU的带宽将保持不变。即

①若λ_i＞＝T⁺， ${\mathrm{BW}}_i^l\left({\mathrm{ONU}}_i\right)=\mathrm{MIN}\{\mathrm{MAX}\left(\right[{\mathrm{BW}}_i^{l-1}\left({\mathrm{ONU}}_i\right)+{\mathrm{\Δ}}^{+}],\mathrm{bw}\_{\min }_i),\mathrm{bw}\_m{\mathrm{ax}}_i\};$

②若λ_i＜＝T^-， ${\mathrm{BW}}_i^l\left({\mathrm{ONU}}_i\right)=\mathrm{MIN}\{\mathrm{MAX}\left(\right[{\mathrm{BW}}_i^{l-1}\left({\mathrm{ONU}}_i\right)-{\mathrm{\Δ}}^{-}],\mathrm{bw}{\_\min }_i),\mathrm{bw}\_m{\mathrm{ax}}_i\};$

③若T^-＜λ_i＜T⁺， ${\mathrm{BW}}_i^l\left({\mathrm{ONU}}_i\right)={\mathrm{BW}}_i^{l-1}\left({\mathrm{ONU}}_i\right)$

其中BW¹(ONU_i)是本周期内ONU_i应该得到的上行带宽，而BW^1-l(ONU_i)是上一个周期给ONU_i分配的上行带宽。ONU_i的带宽利用率(λi)的计算公式如下：

${\mathrm{\λ}}_i^l=\frac{{\mathrm{stat}}_i^l}{{\mathrm{BW}}^{l-1}\left({\mathrm{ONU}}_i\right)}$

图11为利用本发明的上行流量统计动态带宽分配方法的EPON试验系统的组网图。ONU为用户提供上行和视频点播业务；OLT与网管和视频点播服务器相连，并将业务接入到互联网(Internet)中。

Claims (5)

1.一种对基于以太网无源光网络上行链路带宽的动态分配方法，该方法包括：

由光线路终端内采样定时器设置带宽分配周期；

在带宽分配周期内由光线路终端内的上行流量统计模块对所连接的所有光网络单元向光线路终端传输的上行链路数据帧的长度以16比特为单位分别进行统计；

由带宽分配算法模块以比例加权算法计算分配带宽，即

将所有光网络单元传输给光线路终端的全部数据帧长度求和，以计算整个上行链路传输数据帧的总长度；

计算出每个光网络单元传输给光线路终端的上行链路数据帧的长度；

以每个光网络单元传输给光线路终端的数据帧长度除以所有光网络单元传输给光线路终端的全部数据帧总长度，获得每个光网络单元所传输数据帧占所有光网络单元所传输数据帧的比例；

将光线路终端总上行链路带宽按照每个光网络单元所传输数据帧占所有光网络单元所传输数据帧的比例分配给每个光网络单元；

分配给每个光网络单元的带宽不得低于每个光网络单元的规定最小带宽和不得高于每个光网络单元的规定最大带宽；

每个光网络单元按照光线路终端所分配的上行链路带宽向光线路终端传输数据帧。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于：计算分配带宽使用下列公式：

$\mathrm{BW}\left({\mathrm{ONU}}_i\right)=\mathrm{MIN}\left\{\right[\mathrm{MAX}(\frac{P_{\mathrm{ii}}\×{\mathrm{stat}}_i}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{stat}}_i}\×\mathrm{TOTAL}\_\mathrm{BW},\mathrm{bw}\_{\min }_i)],\mathrm{bw}\_{\max }_i\}$

该公式中stat_i为上行流量统计模块所得到的ONU_i在两次采样间隔的单位时间内的流量统计，以16比特为单位；而P_i为ONU_i的权重； 为所有在线ONU的上行流量总和；bw_max_i和bw_min_i分别是ONU_i可以得到的最大带宽和最小带宽。

3.一种位于基于以太网无源光网络光线路终端中对上行链路带宽进行动态分配的装置，该装置包括：

采样周期定时器，用于设置对所有光网络单元进行带宽分配的周期，以所设置的该周期统计所有光网络单元的实际传输数据帧长度，并以该周期计算所有光网络单元应当分配的带宽；

上行流量统计模块，用于对光线路终端所连接的每个光网络单元的上行流量数据帧长度进行统计；

统计信息采样模块，用于按照上述设置周期对上行流量统计模块的统计数据进行采样；

带宽分配算法模块，用于根据比例加权算法，利用统计信息采样模块所提供的数据计算出每个光网络单元应当被分配的上行链路带宽；

授权对象参数表，存储统计信息采样模块所统计的数据和带宽分配算法模块所计算出的每个光网络单元分配上行链路带宽；

带宽分配图样输出模块，用于从授权对象参数表中提出对所有光网络单元的带宽分配图样，并将所述带宽分配图样传输给带宽分配表；

带宽分配表，用于存储所有光网络单元的带宽分配数据，并将该带宽分配数据组装成GATE消息帧，发送给所有光网络单元。

4.根据权利要求3的装置，其特征在于：其中的采样周期定时器、统计信息采样模块、带宽分配算法模块、授权对象参数表、带宽分配图样输出模块由现场可编程器件内部嵌入的CPU通过运行相应功能的程序实现，而其中的上行流量统计模块、带宽分配表由现场可编程器件实现。

5.根据权利要求3的装置，其特征在于所述上行流量统计模块进一步包括：

一个32比特宽64比特长的双口随机存储器，用于存储每个光网络单元的统计数据；

一个加法器，用于将来自10比特锁存器的上行链路数据帧的长度相加；

一个10比特锁存器，用于存储接收到的每个有效数据帧的长度；

一个32比特锁存器，用于存储根据逻辑链路识别(LLID)从双口随机存储器中提取的数据。

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