CN1518817A

CN1518817A - 光学接入网络动态带宽分配的方法与系统

Info

Publication number: CN1518817A
Application number: CNA028034287A
Authority: CN
Inventors: ��ס��Ĭ; 格伦·克雷默; 格里·珀萨文特
Original assignee: Alloptic Inc
Current assignee: Alloptic Inc
Priority date: 2001-01-12
Filing date: 2002-01-11
Publication date: 2004-08-04
Also published as: WO2002056482A2; WO2002056482A3; EP1371189A2; JP2004528740A; EP1371189A4; TW569560B; US6546014B1

Abstract

一种光学接入网络和在网络中使用交叉存取循环方式传输光学信号来有效使用网络现有带宽的方法。通过使用交叉存取循环方式，网络的中央终端能够根据远程终端的等待向OLT传送的数据量，动态分配网络中远程终端向中央终端传送数据的上行数据流带宽。在一实施例中，光学接入网络是基于无源光学网络PON技术构建。在另一实施例中，光学接入网络使用以太网络协议把数据在以太网帧包装后传输。因此，在这些实施例中，光学接入网络包括所有与PON技术和/或以太网络协议有关的优点。另外，由于上行数据流带宽为按需分配，所以由于传输时隙不能得到充分利用而导致的带宽损失能够得到有效消除。

Description

光学接入网络动态带宽分配的方法与系统

发明领域

本发明与网络接入，特别是无源光学接入网络有关。

发明背景

由于因特网的爆发式膨胀，以及为最终用户提供多种通讯和娱乐服务的渴求，产生了对能够改善最终用户接入效果的宽带网构架的需要。虽然在最近几年主干网带宽得到了显著的增加，但是相对来看网络的接入带宽基本没有改变。这样“最后一里”仍然是高容量局域网或家庭网与基础主干网之间的瓶颈。

DSL数字专线和CM电缆调制解调器技术与更传统的“最后一里”的解决方案相比有所改进。然而，这些技术仍然不能提供足够的带宽来支持新出现的视频点播与双向视频会议等服务。另外，由于距离上的限制，不是所有用户都能够使用DSL与CM技术。

单点对多点无源光学网络PON，是一种宽带接入的网络构架，能够为“最后一里”问题提供一种解决方案。单点对多点无源光学网络PON，是一种光学接入的网络构架，能够利用纯无源光学分配网络，协助光学线路终端OLT与多个远程光学网络单元ONUs之间的宽带通讯。单点对多点PON使用无源光纤分离器与合并器，在OLT与远程ONUs之间无源的分发光学信号。

图1A和图1B所示为单点对多点PON中的网络流量管理。示例中，PON包括一个OLT102与三个ONUs104、106和108，而PON中还可以包括另外的ONUs。如图1A所示，OLT中包括一个光学发射器110用于向ONUs发送包含有ONU识别信息块1、2和3的下行数据流。下行数据流经过一个无源光学分合器112转发成三个分离的信号，每个信号中都含有所有ONU识别信息块。ONUs 104、106和108中分别包括光学接收器114、116和118，用来接收由OLT发送的所有信息块。然后，每个ONU开始处理各自相应的信息块并删除其它ONU的信息块。例如，ONU-1接收信息块1、2和3，但是只将信息块1传送给最终用户1。同样ONU-2只将信息块2传送给最终用户2，ONU-3只将信息块3传送给最终用户3。

如图1B所示，ONUs 104，106和108中也分别包括光学发射器120、122和124，用来向OLT 102传送上行数据流。上行数据流用时分多元访问协议(TDMA)管理，其中特定的传送时隙只用于相应各ONUs。这种ONU特定时隙是同步的，所以在公共光纤接口进行合并时，ONUs所发出的上行数据流中不同信息块之间不会互相干扰。例如，ONU-1在第一个ONU特定时隙传送信息块1，ONU-2在第二个ONU特定时隙传送信息块2，而ONU-3在第三个ONU特定时隙传送信息块3。然后，这些时分多元上行数据流由OLT的光学接收器126接收。

对TDMA PON需要注意的是，由于网络流量呈现典型的高度突发形式，在数据传输过程中，PON带宽并非总是被有效的利用。这种突发式的网络数据流量可能会导致尽管在数据流量很少的情况下某些传输时隙仍然会连续溢出。另外，这种突发式的网络数据流量可能会导致某些传输时隙在网络总负荷很大时却得不到充分利用。

出于上述考虑，于是有了基于PON技术的接入网络具有需求，该网络能通过减少因传输时隙未被填满至最大容量而浪费掉的带宽，来有效地利用现有带宽，

发明概述

光学接入网络和网络中光学数据的传输使用交叉存取循环检测的方式来有效地利用网络有效带宽的方法。交叉存取循环检测方式的使用允许一个网络中央终端，根据远程终端等待传送到OLT的数据量，来动态的分配网络远程终端到中央终端的上行数据流带宽。在一个实施例中，光学接入网络可基于无源光学网络PON技术构建。在另一个实施例中，光学接入网络使用以太网协议来包装数据在以太网构架中传输.可在以太网结构中，数据传输时可以使用以太网协议来进行打包。这样，在这些实施例中，光学接入网络能够包括所有这些与PON技术或以太网络协议有关的优势。另外，由于上行数据流带宽的分配是根据需要进行的，这样因时隙不能得到充分利用而导致的带宽损失可以得到有效减少。

根据这项发明，一种在光学网络传输光学数据的方法中包括下列步骤：生成包含有当前多个远程终端等待向中央终端传输数据量的报表，有选择的向远程终端传送许可消息，从远程终端接收经过授权的数据量和响应许可消息的包含有更新后的远程终端当前等待发送数据量信息的请求消息，以及根据从远程终端接收包含有更新信息的请求消息进行报表更新。每个许可消息用来根据报表中目标远程终端的有关信息，为特定远程终端传输经过授权数据量的等待数据提供许可。在一种实现方案中，该光学网络为无源光学网络PON，即可能为基于以太网的PON。

在一个实施例中，报表中包括关于当前多个远程终端等待传送数据量的信息，此外还包括关于中央终端与远程终端间传输往返时间的信息。在这个实施例中，可能包括计算远程终端循环往返时间的步骤，其中包括：监测中央终端发送许可消息的传输时间和从远程终端接收授权数据量的接收时间，以及使用计算当前循环往返时间的方法来更新数据传输往返时间信息。

在一个实施例中，更新报表包括从目标远程终端的一个新记录中减去一个数值的步骤。这一数值与上述目标远程终端的实际数据传输量相对应，而新记录则与包含在目标远程终端请求消息中的更新信息相对应。

在一个实施例中，这一方法还可能包括为许可消息安排传送时间的步骤，这样保证在传输时远程终端的数据与更新信息不会重叠。许可消息的传输时间充分定义了中央终端接收请求消息的时间。安排传输时间的步骤中可能包括当原始传输时间与另外许可消息中其它的传输时间发生冲突时，重新安排许可消息的原始传输时间为更改的传输时间。

在一个实施例中，此方法进一步包括检测未连接远程终端，及降低向未连接远程终端发送许可消息频率的步骤。检测未连接远程终端的步骤中可能包括等待一段预先设定的时间，以便使未连接的远程终端响应向其发送的许可消息的步骤。

根据本发明的一种光学接入网络包括多个远程终端与一个中央终端。在一个实施例中，这种光学接入网络是基于以太网的PON。网络中的远程终端接收和发送光学数据。每个远程终端设置为可以传送请求消息，以及传送根据远程终端接收到的许可消息所授权的在远程终端等待的数据量。请求消息中包括关于当前远程终端等待数据量的更新信息，而许可消息中包括指定授权数据量的信息。网络的中央终端与远程终端通过光学设备相匹配，来发送与接收光学数据。

中央终端中包括存有当前远程终端等待数据量最新信息报表的存储器，以及用来向远程终端发送根据报表中最新信息来指明授权允许发送数据量的相应许可消息的处理器。中央终端中的这一处理器还具有根据许可消息从远程终端接收请求消息，以及根据请求消息中的更新信息来更新存储器中数据报表的功能。

在一个实施例中，中央终端的这一处理器能够通过减去所选中的向中央终端发送请求消息的远程终端新记录中数值的方法，来更新存储器中的数据报表。此数值与所选中的远程终端实际发送的数据量相对应，而新记录则与请求消息中的更新信息相对应。

在一个实施例中，中央终端的处理器还用来安排发送许可消息的传送时间。这样，在传送过程中，远程终端的数据与请求消息就不会发生重叠。在这种实现方案中，处理器还可能用来实现当原始传送时间与不同许可消息的另一个传送时间发生冲突时，重新安排一特定许可消息的原定传输时间为更新传输时间。

在一个实施例中，中央终端的处理器用来通过鉴别远程终端是否在设定时间内响应许可消息，检测未连接远程终端。在这个实施例中，处理器可以被设置成降低向未连接终端发送许可消息的频率。

在一个实施例中，存储器中的数据报表中还可能包括数据在中央终端与远程终端间往返传输时间的信息。在这个实施例中，中央终端的处理器可能用来通过监测许可消息从中央终端发送的时间和对远程终端请求消息的接收时间，来计算远程终端的当前往返时间，并用当前往返时间来更新关于往返时间的信息。

这一发明其它方面的特点和优点，将通过对这项发明的原理举例说明的方式，结合相应的图示通过下面的详细描述来阐明。

附图简述

图1A表示一个单点到多点PON中从OLT到多个ONUs的下行数据流。

图1B表示一个单点到多点PON中从ONUs到OLT的上行数据流。

图2为本发明的一个基于PON技术的光学接入网络的结构框图。

图3-8为光学接入网络的循环检测方式。

图9为使用OLT出口编码方式嵌入许可消息的以太网络结构。

图10为OLT与许可消息计划发生冲突的有关操作流程图。

图11为OLT对未连接ONUs的探测和循环检测过程流程图。

图12为根据本发明在光学接入网络中传送光学数据方法的处理流程图。

发明详细描述

图2所示为一个根据本发明交叉存取循环检测方法的光学接入网络202。这一光学接入网络基于无源光学网络PON技术。因此，这一光学接入网络具有PON技术的优势。另外，光学接入网络使用交叉存取循环检测的方法，可以根据需要分配带宽，来充分利用网络有效带宽。

在一个典型实施例中，光学接入网络202使用IEEE 802.3协议(即通常所指的以太网)为在以太网结构中传送数据进行数据包装。虽然光学接入网络202中可能使用其它协议，比如ATM数据连接协议，但以太网络协议应为首选。目前，大约95％的局域网使用以太网络协议。因此，基于以太网的PON比基于ATM的PON更加适合于链接以太网络。另外，可变长度IP单元增加了ATM对基元的使用，是因为大于48字节的IP单元必须使用两个或多个ATM基元来传送。随着ATM基元数量的增加，片头信息占用的带宽也相应增加。另外，ATM设备比以太设备昂贵。

光学接入网络202包括一个光学线路终端(OLT)204，可被当作网络中的中央终端，以及多元光学网络单元(ONUs)206、208和210，可被当作网络中的远程终端。为了表达方便，这一光学接入网络中只包括3个ONU，但是实际上可以包括更多ONUs。另外，虽然这一光学接入网络表示为树形拓扑结构，但是也可以为环形或总线型等其它的拓扑结构。这项发明对光学接入网络的拓扑结构没有特别要求。

光学接入网络202中的每个ONU206、208或210都包括一个缓冲器212、一个光学收发器214和一个ONU处理器216。每个ONUs的缓冲器作为临时存储介质来保存将要向OLT204发送的数据字节。缓冲器存储的数据字节中包括相应ONU支持的最终用户数据(图中未表示)。每个ONUs的光学收发器用来以光学信号的形式向OLT传送以太网帧形式存于缓冲器中的部分或全部数据。另外，每个光学收发器用来接收来自OLT的光学信号。ONUs的每个ONU处理器用来进行不同操作以保证相应的ONU都正常运作。另外，每个ONU处理器以光学接入网络交叉存取循环检测的方式执行以下将要详细介绍的步骤。

光学接入网络202中的OLT204包括一个光学收发器218、一个OLT存储器220和一个OLT处理器222。OLT的光学收发器与ONUs206，208和210的光学收发器214相似。OLT的光学收发器用来向ONUs发送光学信号，并接收来自ONUs的光学信号。OLT存储器220用来存储循环检测表224，来实现对光学网络接入的交叉存取循环检测。OLT存储器可以是DRAM或FPGA等任意类型的存储介质。虽然图2中所示的OLT存储器是独立于OLT处理器的部件，但是OLT存储器也可以内置于OLT处理器中。图中的循环检测表包含有特定的示例数据。循环检测表中所包含的关于ONUs的信息由OLT支持。循环检测表中的“ONU”字段所在列表示ONU信息。循环检测表中也包括关于每个ONUs所缓冲等待向OLT传送的数据字节数的信息。循环检测表中的“Bytes”字段所在列表示缓冲数据信息。另外循环检测表中还包括关于OLT与ONUs间数据传送往返时间RTTs的信息。循环检测表中的“RTT”字段所在列表示RTT信息。循环检测表中的RTT值表示实际的RTT，也包括处理与生成控制消息所需的时间。循环检测表保存在OLT的存储器中，供OLT处理器以循环隔行扫描的方式来有效的控制OLT与ONUs间的网络数据流量。

光学接入网络202中还包括至少一个光学分合器226以及提供OLT204与ONUs206、208、210之间通过光学分合器连接的光纤228、230、232和234。光纤228连接OLT与光学分合器。光纤230、232与234分别连接光学分合器与ONUs206、208和210。光纤228、230、232与234可以用来进行OLT向ONUs的下行数据传输和ONUs向OLT的上行数据传输。作为一种可以替代的选择，这些光纤可以用来只作单向数据传输使用。在这种情况下，光学接入网络中需要包括双光纤才能进行双向数据传输。

光学接入网络202对下行数据流量管理的操作与传统以太网中遍及整个网络的数据广播方式类似。在下行数据流方向，光学以太网帧通过OLT204播出，然后由目标ONU基于帧中的媒体访问控制(MAC)地址进行选择接收。因此，在下行数据流方向由于OLT是唯一的数据发送源，所以不会产生带宽使用竞争的问题。这样，在下行数据流方向上几乎全部有效带宽都能得到充分利用。然而，在上行数据流方向，多个ONUs必须分享光纤228的通道容量和其它资源。光学接入网络的上行数据流带宽明显的受ONUs 206，208和210接入率峰值RD总和的限制，超过受PON吞吐量或上行数据流通道容量的限制。另外，由于网络流量具有典型的高幅突发性，一个时隙固定的时分多元接入TDMA系统不能充分利用上行数据流带宽。在TDMA系统中，突发的网络流量甚至在网络负载很小时也可能会导致一些传输时隙连续溢出。另外，突发的网络流量甚至在网络负载总量很大时也可能会导致一些传输时隙得不到充分利用。

与时隙固定的时分多元接入TDMA系统相比，光学接入网络202通过循环隔行扫描的方式来管理上行数据流，能够最大限度的利用上行数据流带宽。光学接入网络的循环方式见图3-8，示例中使用了具体的数值，例如ONUs缓冲器中数据的字节数和每个ONU的RTT值。

如图3所示，OLT204初始化后，对于给定的时间值t＝0，OLT存储器220中的循环表302可认为是最新的。即循环表中包括关于工作的ONUs的更新信息，每个ONU缓冲器中等待的字节数和每个ONU的往返时间RTT。当t＝0时，当前循环表中包括下列信息。对于ONU-1，缓冲器212中有1200字节的等待发送数据，RTT为200μs。对于ONU-2，缓冲器212中有400字节的等待发送数据，RTT为170μs。对于ONU-3，缓冲器212中有2500字节的等待发送数据，RTT为120μs。

如图3所示，在t＝0时OLT204发送一个ONU控制消息304到ONU-1，授权ONU-1发送当前在ONU-1缓冲器212中的1200字节数据。这里，这种消息将被作为许可消息。如许可消息304的图示，由于OLT的数据通过广播发送到所有下行数据流方向的ONUs，许可消息中需要包括一个目标ONU的识别字段NID(节点识别)306，以及用字节数表示许可窗口大小的字段WS(窗口大小)308。在t＝t1时，许可消息304被ONU-1接收。t1大约为ONU-1 RTT值的一半。当许可消息被ONU-1接收时，另外的数据字节可能已经被ONU-1的缓冲器所接收。例如，ONU-1可能已经接收到另外3100字节的数据。这样，ONU-1的缓冲器中共有4300(1200+3100)字节的数据。

如图4所示，在接收许可消息304时，ONU-1向OLT204发送一条OLT控制消息402。这一消息在这里被作为请求消息。与许可消息类似，请求消息中也包括NID字段404和WS字段406。WS字段中包括在该请求消息生成时，当前特定ONU缓冲器中的等待字节数。这样，请求消息402就会指明有4300字节的数据正在ONU-1的缓冲器212中等待发送。请求消息向OLT说明，在请求消息生成时，当时在ONU-1的缓冲器中等待发送数据的字节数。ONU-1也按照许可窗口的大小发送缓冲器中的数据408。示例中，ONU-1发送缓冲器中1200字节的数据。

在OLT204接收到ONU-1发送的请求消息之前，OLT就已经获得了ONU-1发送数据最后一位到达OLT的时间t₁ ^last。根据当前循环表302中的RTT信息，OLT得知ONU-1发送数据的第一位何时到达OLT。此第一位数据正好在ONU-1的RTT之后到达。另外，由于OLT通过许可消息304授权ONU-1发送特定字节数的数据，所以OLT知道有多少字节的数据将要到达OLT。这样，时间t₁ ^last可以通过下面公式推导出：

t_{1}^{last} = t_{1}^{G} + {RTT}_{1} + \frac{{WS}_{1}}{Line_Rate} = 0 + 200 μs + \frac{1200 bytes \times 8 \frac{bits}{byte}}{10^{9} \frac{bits}{\sec}} = 209.6 μs

在上面的公式中，t₁ ^G是当向ONU-1发送许可消息时的时刻，RTT₁是ONU-1的RTT，WS₁是许可的窗口大小，Line Rate是光学接入网络202的数据传送速度。

如图5所示，由于OLT 204知道ONU-1发送的最后一位数据的到达时刻，所以这一OLT能够向ONU-2发送许可消息502，这样ONU-2发送的第一位数据将会紧随ONU-1发送的最后一位数据到达。OLT向ONU-2发送许可消息的时间t₂ ^G可以通过下面公式计算：

t_{2}^{G} = t_{1}^{last} - {RTT}_{2} + Guard_Band = 209.6 - 170 + 5 = 44.6 μs

在上面的公式中，加入了一个时间缓冲间隔，例如5μs，来保证ONU-2发送的数据不会与ONU-1发送的数据冲突。通常，这一缓冲时间能够为ONUs RTTs的波动和控制消息的处理时间提供保护。

如图6所示，在t＝t2时，根据OLT的许可消息304，ONU-1的数据到达OLT204。时间t2大约等于当前ONU-1的RTT值。本例中，t2为199μs。由于ONU-1的请求消息402首先发送，所以这一消息比在ONU-1的缓冲器212的数据408在先被OLT接收。请求消息402中WS字段所含的信息，如当请求消息发出时ONU-1缓存器中的数据字节数，被OLT用来更新循环表。请求消息402中的NID使OLT获知要对循环表中的哪一条记录进行更新。这样，示例中对于ONU-1的更新记录可以通过下面公式进行：

updated_entry＝new_entry-old_entry＝4300-1200＝3100bytes.如图6中更新过的循环表602所示，ONU-1的“Byte”记录被更新为3100。然而可能会出现ONU数据没有填满许可窗口的情况。例如，如果一个或者多个具有较高优先权的数据包，在请求消息发送之后到达ONU，这一ONU可能在发送其它缓存器数据之前发送具有较高优先权的数据包。具有较高优先权的数据包可能具有不同的长度，可能与许可窗口长度不能够恰好符合。如果ONU请求的窗口大于发送窗口的最大值时，同样的问题也将会发生，这一情况将在下面讨论。如果数据包无法被分割，那么ONU将发送少量数据而将其余数据留在缓冲器中。使用上述公式更新循环表，将会产生一个对updated_entry的不足估计值。一个OLT更新循环表的替代方法是，当接收完给定ONU的所有数据后，使用下面的公式进行计算：

updated_entry＝new_entry-bytes_received.

除了为给定ONU更新当前缓冲器中的数据，OLT还不断监视许可消息与相应请求被收到的时间。OLT使用这一信息不断更新各ONUs的RTT记录。本例中，ONU-1的实际RTT为199μs。这样就将循环表302中ONU-1的RTT记录从200μs更新到199μs。如循环表602的更新过程所示。

现在再来看ONU-2，OLT204采用上面所描述与ONU-1的相同方法，计算最后一位数据将要到达OLT的时间。因此OLT就会得知何时将许可消息发送到ONU-3，这样ONU-3的数据就会随ONU-2的数据稍后到达OLT。如图7所示，在t＝t3时ONU-2的数据到达OLT。当OLT接收到ONU-2的请求消息后，最新循环表602中关于ONU-2的信息就会得到更新，如更新后的循环表702所示。本例中，由于请求消息报告的数据与实际被发送到OLT字节数相同，所以ONU-2的请求消息指明ONU-2的缓冲器为空。

以相似的方式，OLT204计算ONU-3最后一位数据发送到OLT的时间，并且向ONU-1发送下一个许可消息，开始一个新的循环周期。同时，OLT接收到ONU-3的一个请求消息与数据。如图8所示，OLT使用ONU-3的请求消息将最近的循环表702更新为802。当下一个周期中处理ONU-2时，由于ONU-2最新的“Bytes”记录为0，许可消息中的许可数据量为0字节。为响应许可消息，ONU-2再次发送一个包含最后在ONU-2缓冲器中等待的字节数的请求消息。然而，由于许可消息中许可数据量为0字节，所以没有数据从ONU-2的缓冲器中发送到OLT。如果ONU-2的缓冲器在上一个请求消息发送后，接收到另外的数据，那么ONU-2会被授权在下一个循环周期中发送这些数据。

对于光学接入网络202这种循环方式的一个考虑是，如果OLT204授权每个ONU一次发送缓冲器中的全部数据，数据量大的ONUs可能会独占全部带宽。为了避免这种垄断情况发生，可以设定一个每次发送数据量的最大限额。这样，OLT发送许可消息时可以使用这一最大限额。因此，每个ONU将被授权发送上个周期请求发送的缓冲器中不大于最大限度的数据量。这一最大限度可以为固定值。例如固定最大限度值可以基于每个ONU的服务水平协议来确定。另一种方案中，这一最大限度可以为动态值。例如，动态最大限度值可以根据平均网络流量确定。

在典型实施例中许可消息与请求消息被嵌入以太网帧之间或在使用出口序列的以太网帧之中。在以太网络IEEE 802.3标准下，千兆以太网使用8至10位的编码，就是说在介质上传输之前，每个字节数据被编为10位的编码。然而，并非所有的10位编码都能够有效转换为8位编码。其中一个或多个无效的编码可被选作出口编码。一个许可消息或请求消息可以附于一个出口编码。出口编码用来通知接收单元许可消息或请求消息的出现。图9所示为OLT204嵌入许可消息。以及一个传输中的以太网络帧902。以太网络帧的字节C的末端与发送许可消息904的传输时间t^G同时。如一个嵌入以太网络帧908所示，OLT在以太网络结构的字节C的末端插入一个出口编码906和一个许可消息904。以类似的方式，一个请求消息也可以被ONU嵌入以太网帧之间或以太网帧之中。通过读取出口编码，接收单元将会识别控制序列的开始部分。然后在向标准以太网接收器传送其余接收到的数据之前，接收单元能够提取控制消息，例如跟随在出口编码后的三(3)个字节。

OLT204发送的许可消息通过下面的公式进行计划。

其中：

G_j ^[i]-当第j个(j^th)许可将要向第i个(i^th)ONU发出的时刻

(注意G_j ^[i]+r^[i]是第i个(i^th)ONU发出的第j个(j^th)请求被收到的时刻)

r^[i]-第i个(i^th)ONU的往返时间(RTT)

w_j ^[i]-第i个(i^th)ONU的第j个(j^th)窗口大小

R_u-传输速率(波特率)

B-缓冲带宽(μs)

上述公式中括号里的上标，通过下面公式来标志ONU：

[x]＝(xMOD N)+1.

公式(1)中的上面一行表示发送去第i+1个ONU的许可消息是被这样安排的：这样相应的请求消息在第i个ONU发送窗口与缓冲时间结束之后到达。公式(1)中的下面一行表示许可消息不能在同一个ONU的上一个请求消息接收之前发送，就是说发往同一ONU递次的许可消息之间的间隔至少为此ONU的RTT。由于许可消息中需要上一请求消息中请求窗口大小的信息，所以这一要求是必须的。

从公式(1)可以看出，如果下面不等式成立的话，发往第i+1个ONU的许可消息，应该在发往第i个ONU的许可消息之前发送。

r^{[i + 1]} > r^{[i]} + \frac{W_{j}^{[i]}}{R_{u}} + B . - - (2)

因此，许可消息的顺序通常与请求消息的顺序不同。在每个周期中，如果有的话，来自ONUs的请求消息与数据将按照相同的顺序到达OLT。然而，由于许可消息是根据相应的RTT与许可窗口的大小计划的，所以每个周期中许可消息的顺序可能不同。

由于每个周期中许可消息排列的顺序是在许可消息的实际发送之前设定的，所以第i+1个ONU的许可消息排在第i个ONU的许可消息之前不成问题。然而，使用公式(1)来排列许可消息可能会导致许可消息计划发生冲突。冲突发生在当不等式(2)左项与右项之差的绝对值小于许可消息的发送时间时。

光学接入网络202的OLT204，用来通过重新排列当前许可消息传送计划的方法，来解决许可消息计划冲突问题。图10所示为OLT解决许可消息计划冲突的操作。在步骤1002，ONUs206、208和210之一被OLT选中来安排一个许可消息的传送时间。ONU的选择可以通过固定的顺序事先定义，或根据规定的网络状态进行动态调整。接下来，在步骤1004，向所选ONU发送许可消息的传送时间暂时用公式(1)计算。在步骤1006，再决定暂时计算的传送时间与其它ONU已有的许可消息传送时间是否冲突。

如果发生冲突，处理过程转到步骤1008，在这里暂时计算的传送时间被延迟，直到相冲突的许可消息发送时间结束。就是说，向选中ONU发送许可消息的时间暂时安排到相冲突的许可消息发送完成时。当向选中的ONU发送许可消息得到暂时安排后，处理过程返回到步骤1006，在这里再一次检测暂时计算的传送时间与其它ONU已有的许可消息传送时间是否冲突。以这种方式，向选中的ONU发送许可消息的时间能够得到暂时安排，直到没有计划冲突为止。

但是如果步骤1006没有检测到计划冲突，处理过程转到步骤1010，在这里为选定ONU暂时安排的最新传送时间，最终被作为向选定ONU传送许可消息的计划传送时间。然后处理过程回到步骤1002，在这里下一个ONU被选中，并为向这一ONU发送许可消息安排传送时间。

使用这种方法解决许可消息计划冲突的一种后果如示例中所示。本例中，当前许可消息G_j ^[h]与计划中的许可消息G_i ^[k]发生冲突。当OLT204检测到许可计划冲突时，许可消息G_j ^[h]的发送将会被安排在许可消息G_i ^[k]发送完成后的时间。例如，假设传输速度为每秒钟一千兆位，这样每个许可消息的传送时间为32ns。因此，许可消息G_j ^[h]最多会被延迟32ns。许可消息G_j ^[h]被安排在许可消息G_i ^[K]之后的事实，意味着在周期j中来自ONU-h的数据应该在周期i中ONU-k的数据之后到达，无论是j＞i或者j＝i和[h]＞[k]同时成立。这样，许可消息G_j ^[h]的延迟将会导致相应缓冲时间的增加。如果延迟的许可消息G_j ^[h]与其它许可消息发生冲突的话，这一缓冲时间可能会进一步增加。在极端的情况下，许可消息G_j ^[h]最多可能与N-1个许可消息发生冲突，其中N为光学接入网络202中ONUs的个数。在N＝16、缓冲时间为5μs的情况下，最大延迟时间为0.48μs，小于缓冲时间的10％。因为增加ONUs的数目只会造成缓冲时间的增加，所以上述冲突解决方案的优势在于它不会引入任何N值引起的幅度问题。

使用上述的循环检测方式，OLT204的上行数据流通道利用率几乎可以达到100％。然而，OLT的某些上行数据流通道带宽会被嵌入到传送数据之间的请求消息所占用。另外，不同ONUs的数据传送之间的缓冲时间也会占用一些OLT上行数据流通道带宽。缓冲时间中包括重新调整OLT接收器从不同距离的ONUs接收光学信号的灵敏度的时间(突发接收模式)。

光学接入网络202的运行过程中，一个或多个ONUs可能会由于故障或断电而断开连接。因此，在一实施例中，OLT204中设计了检测未连接ONUs，并降低向未连接ONUs发送许可消息频率的功能。参考图11，以下将描述对断开的ONUs的OLT检测与循环过程。在步骤1102，从OLT向目标ONU发送一个许可消息。接下来，在步骤1104，OLT等待目标ONU的请求消息，直到特定时间间隔结束。如果在该时间间隔内，接收到了目标ONU的请求消息，而目标ONU正常连接，这样处理过程返回到步骤1102，在这里另一个许可消息在下一个循环周期中发送到目标ONU。然而，在步骤1106，如果在特定时间内没有接收到来自目标ONU的请求消息，这个目标ONU就会被认为未连接。接下来在步骤1108，对未连接的ONU，跳过事先定义的循环周期个数。举例来说，事先定义的循环周期个数可以安排为对未连接的ONU每一分钟只循环处理一次。然后处理过程返回到步骤1102，在这里另一个许可消息被发送到目标ONU来检测目标ONU是否仍处于未连接状态。如图11中的处理流程所示，如果OLT从一个被标记为未连接的ONU接收到一个请求消息，那么这一ONU就被标记为活跃状态，并加入下一循环周期的处理过程中。这一过程也可以在光学接入网络冷启动时使用。

在本实施例中，向ONUs发送的许可消息通过下面的公式来安排：

其中

上述公式(3)为修改后的公式(1)。由于可能包括有ONU重新定位等原因，对于未连接的ONU，其最后所知的RTT不能作为有效的RTT值来使用。公式(3)允许OLT安排向未知的RTT未连接的ONU发送许可消息。这样公式(3)允许光学接入网络202在某些ONUs的RTT未知时，使用隔行扫描的方式工作。

修改后的公式(3)保证了OLT204不会向未连接的ONU(含未知的RTT)发送许可消息，直到OLT接收到前一个ONU发送的完整消息。因此，来自未连接ONU突然激活的RTT值很小的数据不会与来自上一循环的ONU数据发生冲突。另外，即使未连接ONU仍然保持未连接状态，OLT也能够安排向下一个ONU发送许可消息(即保证OLT管线满载)。这是由于来自未连接ONU的消息只能在设定时间内接收，因此来自下一个ONU的数据能够在设定时间结束后安全到达，而无论未连接ONU得到激活还是仍然处于未连接状态。

使用交叉存取循环检测方式工作的光学接入网络202的一个好处在于不需要使用同步ONUs。另外不需要进行长途修正(距离/延迟修正)。而且，由于所有的安排与裁决均由OLT204完成，光学接入网络能够根据网络状态的变化方便实时的改变计划安排，而不需要与ONUs协商并对新参数取得一致；由于ONUs受OLT发送的许可消息驱动，ONUs也不需要同步转换到新的设置。

本发明中，一种在光学接入网络202中传输光学信号的方法如图12所示。在步骤1202，通过图11中介绍的冷启动过程，OLT204的处理器222在存储器220中生成一个循环表。这一循环表中包括ONUs206，208和210中等待向OLT发送的当前数据量信息。在步骤1204，许可消息的发送时间得到安排。接下来在步骤1206，根据安排的发送时间，许可消息被有选择的发送到ONUs。每个许可消息用来指明相应ONU授权向OLT发送的数据量。授权数据量根据循环表中的信息确定。在步骤1208，许可消息被ONUs接收。在步骤1210，根据许可消息，相应的ONUs发送请求消息和等待发送的授权数据量。请求消息中包括关于相应ONUs中当前等待发送数据量的更新信息。接下来，在步骤1212，请求消息与授权数据量被OLT接收。在步骤1214，循环表被OLT处理器根据请求消息中的更新信息更新。在步骤1214之后，这一方法根据更新后的循环表，重复执行步骤1204-1214。

Claims

1、一种在光学网络传送数据的方法包括：

生成一个包含当前等待从多个远程终端传输到中央终端数据量信息的表格；

有选择性地传输许可消息到上述远程终端，每个许可消息代表从目标远程终端传输允许数量的上述等待于上述目标远程终端的数据的许可，上述许可的数量取决于包含在与目标远程终端有关的表中的信息；

从上述远程终端接收授权的数据量以回应上述许可消息，包括包含有当前在远程终端等待传输的数据量的更新后的信息的请求消息；和

使用上述包含从远程终端接收到的含有更新后信息的请求消息的表格。

2、如权利要求1所述的方法，其中，更新所述数据表的所述步骤包括从上述目标远程终端的新记录中减去一个值，该值对应于从上述目标远程终端传送数据的实际数量，上述新记录对应于上述目标远程终端发出的请求消息中所包含的更新信息。

3、如权利要求1所述的方法还包括计划上述许可消息传输时间的步骤，从而使上述远程终端的所述数据和所述更新信息在传输中没有重叠，上述许可消息的上述传输时间充分的定义了所述请求消息在所述中央终端的接收时间。

4、如权利要求3所述的方法，其中，所述计划上述传输时间的步骤包括计划所述传输时间，这样在所述中央终端接收到所述特定远程终端在先发送的请求消息之前，到此远程终端的许可消息不会被发送。

5、如权利要求3所述的方法，其中，所述计划上述传输时间的步骤包括：当上述原始传输时间与不同许可消息的另一传输时间发生冲突时，对许可消息的原始传输时间重新计划到新的传输时间。

6、如权利要求5所述的方法，其中，所述重新计划步骤包括更改所述许可消息的所述原始传输时间，使重新计划的传输时间在不同的许可消息传送之后。

7、如权利要求1所述的方法，还包括：

检测断开的远程终端，和

降低对所述断开的远程终端传送的许可消息的频率。

8、如权利要求7所述的方法，其中，所述检测断开的远程终端的步骤包括：在预定时间内等待所述断开远程终端对传送到该断开远程终端的许可消息的响应。

9、如权利要求1所述的方法，还包括在以太网帧间或上述以太网结构内嵌入该许可消息，每条许可消息被嵌入在不被用于以太网编码的以太网帧之后，上述编码被用作出口编码。

10、如权利要求1所述的方法，其中，所述选择性的传输所述许可消息的步骤中，所述授权量小于预先定义的最大数量。

11、如权利要求1所述的方法，其中，上述光学网是一种无源光学网。

12、如权利要求11所述的方法，其中，上述光学网是一种基于以太网的无源光学网。

13、如权利要求1所述的方法，其中，每条上述许可消息和上述请求消息均包括一个识别码字段和一个窗口大小字段。

14、如权利要求13所述的方法，其中，每条上述许可消息的窗口大小字段定义了在一远程接收终端可传输的授权数据量。

15、如权利要求13所述的方法，其中，每条上述请求消息的窗口大小字段定义了在一远程发送终端等待中央终端传输的当前数据量。

16、如权利要求1所述的方法，其中，上述数据表还包括在所述中央终端和远程终端之间有关数据传输的往返时间信息。

17、如权利要求16所述的方法，还包括：

计算到上述远程终端的当前往返时间，包括监视中央终端发出的上述许可消息的传送时间和远程终端发出的相应授权数据量的接收时间；和

根据计算出的当前往返时间来更新数据传输的往返时间信息。

18、一种在单点到多点光学网中传输光信号的方法包括：

生成一个数据表，此表包含当前从多个远程终端传输到中央终端的等待数据量；

传输从中央终端到第一远程终端的第一许可消息，此第一许可消息代表许可从此第一远程终端传输一特定数量的等待于该第一远程终端的数据，所述特定数据量取决于所述表格中含所述第一远程终端的记录；

响应所述第一许可消息，在所述中央终端接收从所述第一远程终端传送的所述特定量的数据，包括了含有更新后的当所述第一请求消息发出时，在所述第一远程终端等待的当前数据量信息的第一请求消息；

根据所接收的来自所述第一远程终端的所述第一请求消息所含更新信息来更新数据表。

19、如权利要求18所述的方法，还包括：

从所述中央终端传送第二许可消息到第二远程终端；

在上述中央终端接收从所述第二远程终端发送的授权数量的数据，包括含有更新信息的第二请求消息，此更新信息包含当第二请求消息被发送时在所述第二远程终端等待发送的数据量；

使用接收到的从所述第二远程终端发出的包含有所述第二请求消息的更新信息来更新数据表。

20、如权利要求19所述的方法，还包括安排上述第一和第二许可消息的传输时间的步骤，这样在传输过程中从所述第一远程终端发出的所述数据和所述第一请求消息不会与从所述第二远程终端发出的所述数据和所述第二请求消息发生冲突，所述第一和第二许可消息的传输时间充分定义了在所述中央终端所述第一和第二请求消息的接收时间。

21、如权利要求20所述的方法，其中，所述制定传输时间的步骤包括制定所述传输时间，使所述第一远程终端的所述第一许可消息在所述中央终端接收到发自所述第一远程终端的上一请求消息之前不被传送。

22、如权利要求20所述的方法，其中，所述制定所述传输时间的步骤包括当原始传输时间与不同许可消息的其它传输时间发生冲突时，重新计划第一条许可消息的原始传输时间为新的传输时间。

23、如权利要求22所述的方法，其中，所述重新计划步骤包括，重新计划所述第一许可消息的所述原始传输时间，使所述重新计划的传输时间在所述不同许可消息发送之后。

24、如权利要求18所述的方法，还包括：

检测断开的远程终端，和

降低对所述断开的远程终端发送许可消息的频率。

25、如权利要求24所述的方法，其中，所述检测所述断开的远程终端的步骤包括在预先定义的时间内等待所述断开的远程终端对该断开的远程终端发送的许可消息的响应。

26、如权利要求18所述的方法，其中，所述更新所述数据表的步骤包括从所述第一远程终端的新记录中减去一个值，此值对应于从所述第一远程终端所传输的实际数据量，所述新记录对应于从所述第一远程终端发出的所述第一请求消息中所包含的更新信息。

27、如权利要求18所述的方法，还包括由在以太网帧之间或内部嵌入所述第一许可消息的步骤，上述第一许可消息被嵌入在不被用于以太网编码的以太网帧之后，上述编码被用作出口编码。

28、如权利要求18所述的方法，其中，所述传送第一许可消息的所述步骤中的所述特定数据量小于预先定义的最大值。

29、如权利要求18所述的方法，其中，所述单点对多点的光学网是一种基于以太网的无源光学网。

30、如权利要求18所述的方法，其中，所述数据表还包括数据在上述中央终端和远程终端传输的往返时间信息。

31、如权利要求30所述的方法，还包括：

计算达到所述第一远程终端的当前往返时间，包括监视所述中央终端发出的与上述许可消息有关的传送时间和所述远程终端接收到的与所述特定数据量有关的接收时间；

使用计算出的当前往返时间，更新所述第一个远程终端的数据传输往返时间信息。

32、一个单点到多点光学网络包括：

多个远程终端接收和发送光学数据，每个远程终端设置为当该远程终端接收一条许可消息，发送一条请求消息，以及等待于该远程终端的所授权数量的数据，上述请求消息包括更新后的在所述远程终端等待发送的数据量信息，上述许可消息包括指出授权传送的数据量的信息；

一个中央终端通过光学方法连接上述远程终端来发送和接收光学数据，上述中央终端包含：

存储器中包括一张表，此表中包含等待从所述远程终端传送到所述中央终端的数据大小的最新信息；

一个处理器被设置为根据上述表中包含的最新信息，有选择性的发送许可消息到上述远程终端，指示远程接收终端发送授权数量的数据；上述处理器可进一步设置为接收来自所述远程终端响应所述许可消息的请求消息，同时根据所述请求消息中包含的最新信息来更新所述存储器中的所述数据表。

33、如权利要求32所述的网络，其中，上述中央终端的处理器在存储器中通过从已发送请求消息到中央终端的所选远程终端的新记录中减去一个值来更新数据表，此值对应于实际从该所选远程终端传输的数据数量，上述新记录对应于包含在所述请求消息中的更新信息。

34、如权利要求32所述的网络，其中，上述中央终端的处理器可进一步设置为制定所述许可消息的传送时间，这样从上述远程终端发送的数据和请求消息在传送过程中不发生重叠，所述许可消息的传送时间充分定义了在所述中央终端接收所述请求消息的时间。

35、如权利要求34所述的网络，其中，上述中央终端的处理器可进一步设置来制定所述许可消息的传送时间，这样在某一特定远程终端发出的前一条请求消息未被所述中央终端接收之前，到此特定远程终端的所述许可消息将不被传送。

36、如权利要求34所述的网络，其中，上述中央终端的处理器可进一步设置成当此传输时间与不同许可消息的另一个传输时间发生冲突时，可调整特定许可消息的原始传输时间为新的传输时间。

37、如权利要求32所述的网络，其中，所述中央终端的处理器可设置为通过识别所述远程终端在短暂时期内没有对所述许可消息做出响应来监测断开的远程终端。

38、如权利要求37所述的网络，其中，所述中央终端的处理器可设置为能减小发送到所述断开的远程终端的许可消息的频率。

39、如权利要求32所述的网络，其中，所述中央终端的处理器可设置为能在以太网帧之间或帧内嵌入上述许可消息，每条许可消息被嵌入在以太网帧中一个不被用于以太网编码的代码之后，上述代码被用作出口代码。

40、如权利要求32所述的网络，其中，所述中央终端的处理器可设置为能生成上述许可消息，远程接收终端所发送的所授权数据量小于预先制定的最大量。

41、如权利要求32所述的网络，其中，上述单点到多点的光学网是一种基于以太网的无源光学网。

42、如权利要求32所述的网络，其中，所述存储器中的所述数据表进一步包括数据在所述中央终端和所述远程终端间传送的往返时间信息。

43、如权利要求42所述的网络，其中，所述处理器被设置为可计算所述远程终端的当前往返时间，这是通过监视所述中央终端发送许可消息相关的传送时间和所述远程终端发出的请求消息的接收时间来实现的，并能使用计算的当前往返时间去更新所述往返时间的信息。