CN1635739A - 一种无源光网络动态带宽分配装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种无源光网络的动态带宽分配装置及方法，包括：业务测量单元：根据被测ONU带宽分配请求报告内容，测量所述ONU实际发送业务量，并将该测量结果、带宽分配请求报告中的队列长度输出给信誉评估单元；信誉评估单元比较上述输出结果，作降低或维持或提高该ONU信誉等级记录的处理，动态带宽分配单元根据生成的各ONU信誉等级记录、ONU带宽分配请求报告完成动态带宽分配，输出带宽分配授权消息。本发明可以防止恶意用户对系统和合法用户的影响，保护系统的正常工作和合法用户的服务质量要求，保证系统上行带宽的利用率和带宽分配的公平性。

Description

一种无源光网络动态带宽分配装置及方法
技术领域
本发明属于光通信技术领域，涉及一种PON(无源光网络)通信，更具体地，本发明涉及一种无源光网络的动态带宽分配装置及方法。
背景技术
现有的PON技术有基于ATM(异步转移模式)技术的APON(异步转移模式无源光网络)、基于以太网的EPON(以太网无源光网络)和具有吉比特速率的GPON(吉比特无源光网络)。图1是一个典型的PON宽带接入网络，它由局端OLT(光线路终端)10、ODN(光分布网络)11、以及用户端ONU(光网络单元)12i(i＝a、b、c、d......)组成，各ONU通过ODN中的无源光分束器11a共享传输介质，该网络是一个典型的点对多点的网络。其下行数据通过广播方式、上行数据通过TDMA(时分复用访问)方式进行传输，OLT10对各ONU12i进行统一调度，分配带宽。当ONU12i接收到数据流时，根据数据包标识只提取发给自己的数据包，将发给其他ONU的数据包丢弃，例如：ONU12a接收到具有1、2、3数据包标识的数据包，但只将数据包标识为1的数据包发送给终端用户13a。上行数据流采用TDMA技术，每个ONU只能在OLT分配给自己的时隙上向OLT传送信息，在其它ONU的时隙上，此ONU只能等待。ONU的上行传输时隙是由OLT控制的，OLT通过发送授权信息给ONU以通知其何时开始传输上行数据和传输时长(对应上行带宽量)。OLT通过对时隙的控制，实现了在各ONU之间的上行带宽分配。
在PON系统的上行带宽分配过程中，为有效地利用带宽并能使各ONU得到公平对待，往往采用DBA(动态带宽分配)策略，即OLT根据ONU的实际业务状态去动态调整分配给ONU的上行带宽量。DBA带宽分配过程为：首先，OLT需要了解每个ONU的业务状态，并利用这些状态信息完成DBA计算，得到每个ONU应获得的带宽量；然后，将带宽量转换成ONU的上行传输时隙大小，并通过下行授权消息通知ONU；ONU根据该授权消息在指定的时隙位置按照分配时隙大小传输上行数据。因此，OLT在完成动态带宽分配的前提是获取ONU的业务状态信息。
通常，OLT通过两种方法来获取各ONU的业务状态信息：
第一种方法是OLT自行监测ONU的业务流，即通过检测ONU对其时隙的利用情况来判断各ONU的实际业务量，据此，OLT中的DBA机构将完成带宽分配。这种方法的特点是：ONU不必向OLT报告自己的业务状态信息(即队列长度信息)，节省了上行带宽，简化了ONU的设计，降低其实现复杂度。同时DBA计算不依赖于ONU的队列长度报告，因此对ONU可能存在的虚报队列长度现象，带宽分配不会受到任何影响。但是，这种方法也存在不足之处，由于监测是在OLT中完成的，对于ONU中的业务量变化，OLT不太敏感，使带宽分配不能快速有效地根据ONU的业务变化来进行合理的调整。这将影响PON网络中上行带宽的使用效率，也影响PON网络上行业务的传输质量。例如：OLT已经分配给每个ONU相应的带宽，当某个ONU接受到大量的突发业务而需要更多的带宽时，而其它ONU的业务量没有增加，甚至有减少的趋势。如果OLT不能及时监测到这一情况来重新调整带宽分配，则那个ONU将得不到足够的带宽，而此时，其它的ONU却可能在浪费带宽。
第二种方法是ONU主动地向OLT报告自己的队列长度信息，OLT将利用这些报告信息完成上行带宽分配。如图2所示的ONU业务监测和控制部分结构示意图，其中：队列监测单元122检测ONU缓冲区121业务队列；ONU解复用单元125从OLT下行数据流获得本ONU授权消息，其传输控制单元124根据该授权消息，等待它自己的时隙，在ONU上行数据流中插入包含业务队列信息在内的带宽请求报告和业务数据。在图3所示的OLT动态带宽分配结构示意图中，OLT解复用单元101从ONU上行数据流中获得各ONU带宽请求报告并提供给动态带宽分配单元106，该动态带宽分配单元106生成包括时隙位置、分配时隙大小等在内的带宽分配授权消息，通过OLT复用单元107复用到OLT下行数据流中。这种结构的特点是：由于ONU能够及时报告自己的队列长度信息，使OLT总能对ONU的业务变化作出快速的反应，及时有效地调整上行带宽分配，使上行带宽能够得到有效而公平的利用。但是，这种动态带宽分配存在一个严重的问题，即如何保证各ONU带宽请求报告中业务队列信息的准确性。
同任何其它网络一样，PON网络也面对很多威胁，这些威胁会破坏其正常的网络操作。比如，恶意用户可能会窃取网络服务，或破坏其它合法用户的正常工作。不象OLT位于局端，可以得到网络管理者的有效保护，ONU位于用户端，它可以轻易地被访问或被控制，从而有可能成为网络攻击的一个薄弱环节。通过控制或修改ONU的队列长度报告消息，恶意用户就可以影响DBA算法，从而达到非法占有网络带宽或破坏网络带宽分配机制的目的。由于DBA分配算法是根据各ONU的业务状态来分配上行带宽的，一般具有较长队列长度的ONU将获得更多的带宽，这样可以实现带宽在ONU之间的按需分配，不仅保证了上行传输的服务质量，也提高了带宽利用率。如果恶意用户报告的队列长度比其实际的队列长度大，他们就有可能欺骗DBA机构而非法占用更多的带宽。其结果是，该ONU可以传输更多的业务，也可以提高其对业务变化的反应能力，获得更好的服务质量。但是如果此恶意用户在骗取了多余的带宽又没有那么多的业务需要传输，则会造成一部分带宽浪费。此外，由于恶意用户骗取了更多的带宽，必然使其它合法ONU获得的带宽减小，进而影响这些ONU上行传输的服务质量。可见，通过虚报队列长度，恶意用户就可以达到破坏带宽分配，获取非法带宽，或影响合法用户正常工作的目的。
PON系统除了受到可能来自恶意用户攻击的威胁外，某些ONU故障和传输故障也会引起ONU队列长度报告信息的错误。另外，不同设备商的ONU设备可能具有不同的队列长度报告机制，如队列长度整形或带宽预留操作。这些情况会引起不一致的队列长度报告，其结果与虚假队列长度报告相同，会导致DBA机构的不正常工作，引起不合理带宽分配。
下面通过一个实例分析来说明错误或虚假队列长度报告信息是如何影响DBA带宽分配的以及产生了怎样的后果：
我们做如下一些假设：
1)系统中共有4个ONU-i(i＝1，2，3，4)，其中，ONU-4向OLT虚报队列长度，即报告的队列长度总是大于其实际的队列长度值。
2)对于OLT DBA算法，参考2002年12月ETRI(Electronics andTelecommunications Research Institute)杂志第24卷6期第465-468页公开的一篇作者为Su-il Choi and Jae-doo Huh、文章标题为“EPON中多业务动态带宽分配算法”(Dynamic bandwidth allocation algorithm for multimedia services over EthernetPONs)中给出的根据队列长度按比例分配带宽的算法，不仅具有很好的分配效率，也可以保证各ONU之间的公平性：
B ONU - i = RQL ONU - I Σ j = 1 n RQL ONU - j × B total · · · · · · · ( 1 )
其中：
BONU-i表示第i个ONU获得的带宽；
Btotal表示总的上行可用带宽；
RQLONU-i表示第j个ONU报告的队列长度。
3)PON系统Btotal为1.24416Gbps，OLT带宽分配周期为125微秒，在一个带宽分配周期中，可传输19440字节的业务量(这里忽略各种协议开销)。这里以在一个带宽分配周期(125微秒)内ONU可以传输的字节数代表其获得的带宽量。
4)每个ONU实际的队列长度为：RQLONU-1为6000字节，RQLONU-2为4000字节，RQLONU-3为5000字节，RQLONU-4为5000字节；总的业务量为20000字节，大于一个调度周期中的带宽量。
首先，如果每个ONU的队列长度报告信息都是正确的，则根据参考的DBA算法(1)各ONU在一个调度周期中获得的带宽量为：BONU-1＝5832字节，BONT-2＝3888字节，BONU-3＝4860字节，BONU-4＝4860字节。此时ONU-3和ONU-4获得相同的带宽，带宽分配是公平的；全部上行带宽都被利用了，没有带宽被浪费，分配也是高效的。
但是，如果此时ONU-4报告的队列长度信息不正确，报告12000字节，大于其实际的队列长度5000字节。在这种情况下，根据DBA算法(1)各ONU获得的带宽为：BONU-1′＝4320字节；BONT-2′＝2880字节；BONU-3′＝3600字节；BONU-4′＝8640字节。显然，ONU-4获得的带宽远大于ONU-3，甚至大于ONU-1，带宽分配非常不公平。另外，在ONU-4的传输时隙中，只有5000字节的业务量，其余的带宽将被浪费掉，可见，带宽分配的效率也是非常低的。
通过以上的分析可知，对ONU业务状态报告信息的管理控制是非常必要的。防止PON系统中存在的队列长度虚报现象，是保证DBA算法公平性和有效性的前提，也是保证PON系统的稳定性和可靠性的前提。
相反，如果ONU报告的队列长度小于其实际的队列长度，其对PON系统的动态带宽分配影响不大，并且只影响其自身获得的带宽量，对其它ONU业务的传输质量和整个PON系统的带宽分配效率都不会产生太大的影响。
针对OLT获取ONU业务状态信息的两种方法，在国际电信联盟ITU-T G.983.4标准中，给出了APON的三种DBA策略。这些策略也被应用到GPON和EPON系统中。这三种DBA策略分别是NSR(无状态报告型)策略，SR(状态报告型)策略和Hybrid(混合型)策略。在NSR策略中，DBA算法利用OLT监测得到的ONU业务流状态信息来完成带宽分配计算。在SR策略中，DBA算法按照ONU报告的队列长度信息来完成带宽分配计算。而在Hybrid策略中，对一部分ONU，DBA算法利用它们的队列长度报告信息；而对另一部分ONU，DBA算法则利用OLT对它们的监测结果，通过这种混合方式DBA算法完成带宽分配计算。在ITU-T G.983.4中给出了Hybrid策略的使用方式，即使ONU向OLT报告了其队列长度信息，OLT也可以不使用这些信息而自行监测ONU的业务状态信息来完成动态带宽分配。
显然，Hybrid策略是比较灵活的DBA策略，通过网络管理员的事先设定，它可以有选择性地使用不同ONU的队列长度信息，因此在一定程度上可以防止ONU虚报队列长度对DBA带宽分配的影响。可见，Hybrid策略对ONU报告的队列长度报告信息具有一定的选择能力。但是，Hybrid策略所具有对ONU队列长度信息的选择技术是一种静态控制机制，需要PON系统管理员事先设定。它没有相应的动态监测和机构，不能确定哪个ONU何时报告的队列长度与其实际队列长度不相符，PON系统管理员只能根据网络管理系统的流量记录来大致判断是否存在有虚报队列长度的ONU，以采取相应的控制措施。因此，Hybrid策略具有的对ONU队列长度信息的选择技术不能及时有效地找出虚报队列长度的ONU，不能实时地保护PON系统的动态带宽分配，对只在某一时间段上虚假队列长度的ONU也是无能为力。在某一时间段上，此类ONU仍然能达到骗取更多的带宽或攻击破坏系统正常工作的目的。另外，Hybrid策略对那些报告虚假队列长度的ONU只是简单的拒绝，而没有进一步的控制甚至惩罚措施。
发明内容
本发明旨在提供一种无源光网络动态带宽分配装置，光线路终端(OLT)根据各光网络单元(ONU)的带宽分配请求报告、各ONU实际发送业务量将光线路终端(OLT)与各光网络单元(ONU)之间的带宽公平地分配各光网络单元(ONU)，它包括：
业务测量单元：根据被测ONU带宽分配请求报告内容，测量所述ONU实际发送业务量，并将该测量结果、带宽分配请求报告中的队列长度输出给信誉评估单元；信誉评估单元：其包括比较控制单元和用于存储各ONU的信誉等级记录的信誉表，其中：该比较控制单元将ONU实际发送业务量测量结果与ONU带宽请求报告中的队列长度进行比较，根据比较结果，作降低或维持或提高该ONU信誉等级记录的处理，更新或维持所述信誉表内该ONU信誉等级记录；动态带宽分配单元：在一个带宽分配周期内，OLT根据生成的各ONU信誉等级记录、ONU带宽分配请求报告完成动态带宽分配，输出带宽分配授权消息。
上述的无源光网络动态带宽分配装置，其中，业务测量单元采用轮循的方式分别对各ONU实际发送业务量进行测量。
上述的无源光网络动态带宽分配装置，其中，信誉评估单元作降低或维持或提高该ONU信誉等级记录处理的原则是，如果ONU带宽分配请求报告中的队列长度大于该ONU实际发送业务量测量结果，则降低该ONU信誉等级记录，否则，维持或提高该ONU信誉等级记录。
上述的无源光网络动态带宽分配装置，其中，比较控制单元对具有最低信誉等级记录的ONU向无源光网络的网络管理系统发出告警信息。
上述的无源光网络动态带宽分配装置，其中，动态带宽分配单元包括：第一加权控制单元：根据各ONU信誉等级记录，选择与其信誉等级记录相应的加权因子对各ONU带宽请求报告中的队列长度进行加权处理；第一DBA计算单元：根据加权处理后的ONU队列长度进行动态带宽分配，产生各ONU的带宽分配授权消息。
上述的无源光网络动态带宽分配装置，其中，动态带宽分配单元也可以包括：第二加权控制单元：根据各ONU信誉等级记录，选择与其信誉等级记录相应的加权因子；第二DBA计算单元：根据各ONU带宽请求报告进行动态带宽分配，并予以加权后，产生各ONU的带宽分配授权消息。
此外，本发明还提供一种无源光网络(PON)动态带宽分配方法，以确保各ONU带宽分配请求报告的真实性，使上行带宽得到公平有效的分配利用，包括如下步骤：
a)、业务测量步骤：OLT根据被测ONU带宽分配请求报告内容，测量所述ONU实际发送业务量，输出该ONU带宽分配请求报告中的队列长度、测量结果；
b)、信誉评估步骤：将步骤a)中输出的ONU带宽分配请求报告队列中的长度与该ONU实际发送业务量测量结果进行比较：如果ONU带宽分配请求报告中的队列长度大于实际发送业务量测量结果，则降低该ONU信誉等级记录，否则，维持/提高该ONU信誉等级记录，并用该信誉等级记录来更新或维持该ONU原信誉等级记录；
c)、带宽分配步骤：在一个带宽分配周期内，OLT根据b)信誉评估步骤生成的各ONU信誉等级记录、ONU带宽分配请求报告完成带宽分配，并输出带宽分配授权消息。
优选地，所述的a)业务测量步骤中，对各ONU实际发送业务量的测量是采用轮循的方式逐一进行的。
优选地，所述的b)信誉评估步骤中，对最低信誉等级记录的ONU向无源光网络的网络管理系统发出告警信息。
优选地，所述c)带宽分配步骤中，完成带宽分配是根据各ONU信誉等级记录对各ONU带宽分配请求报告中的队列长度分别进行加权处理后，再对经加权处理过的队列长度的计算来完成动态带宽分配。
优选地，所述c)带宽分配步骤中，完成带宽分配是根据各ONU带宽分配请求报告中的队列长度和各ONU信誉等级记录对各ONU授权带宽分别进行加权计算后，来完成动态带宽分配。
本发明中，OLT监测的结果不直接用于DBA计算，而只作为判断ONU队列长度报告信息可信度的依据，可以防止恶意用户对系统和合法用户的影响，保护系统的正常工作和合法用户的服务质量要求，保证系统上行带宽的利用率和带宽分配的公平性。
另外，本发明可以保证个别ONU的操作故障和PON系统传输故障不会影响整个系统的带宽分配。并能使不同生产厂商的ONU公平有效地工作在同一个PON系统上。
而且，PON网络管理系统通过各ONU信誉等级记录，可以及时发现和控制恶意用户，ONU操作故障和PON系统传输故障，以及新加入ONU队列长度报告机构的不一致等问题。
与现有的混合型DBA策略下的ONU队列长度信息选择技术相比：
在混合型DBA策略下，只能由PON系统管理员事先判断哪些ONU的队列长度信息是不可信的，对于不可信的ONU，在带宽分配过程中不使用它们的队列长度报告信息，由OLT自行监测它们的业务流，获取业务状态信息，完成DBA运算。而本发明是动态判断每个ONU队列长度信息是否真实可信，对不可信的队列长度信息进行加权处理，将处理后的队列长度信息送给DBA算法完成带宽分配计算。
在混合型DBA策略下，DBA算法使用一部分ONU的队列长度报告信息，同时也使用另外一部分ONU的业务流监测信息，以这种混合方式来完成带宽分配。而本发明下，DBA算法只使用ONU队列长度信息(尽管有些是经过加权处理过的)作为其输入条件，保证了使带宽分配对ONU的业务变化作出快速响应。
在混合型DBA策略下，OLT需要同时监测多个ONU的业务流，而在本发明中，OLT以轮循方式来监测ONU的业务流，在任意时刻OLT只监测一个ONU的业务流。
附图说明
图1是典型的PON宽带接入网络；
图2是ONU业务监测和控制部分结构示意图；
图3是典型的OLT动态带宽分配结构示意图；
图4是本发明OLT动态带宽分配装置结构示意图；
图5是ONU在分配得到的时隙上业务传输的方式；
图6是根据本发明动态带宽分配装置的信誉评估单元结构示意图；
图7是根据本发明动态带宽分配装置的DBA分配单元结构示意图；
图8是根据本发明动态带宽分配装置的DBA分配单元另一结构示意图；以及
图9是本发明OLT动态带宽分配流程图。
具体实施方式
下面，结合附图对本发明技术内容作进一步说明。
一、本发明无源光网络动态带宽分配装置
如图4所示，本发明OLT动态带宽分配装置包括：业务测量单元102、信誉评估单元103、带宽分配单元106’。
在业务测量单元102中，OLT以轮循方式测量每个ONU的业务流。业务测量单元102先获取被测ONU最新的带宽分配请求报告，然后，根据该报告开始记录该ONU的实际发送业务流。对每个ONU业务流的监测时间取决于带宽分配请求报告中的队列长度信息和该ONU的实际突发业务长度(即不间断传输的字节数)。进一步参见图5：ONU在分配得到的时隙上业务传输的方式：图5(a)中ONU1的一次突发传输在一个时隙内完成，那么，一次测量可能在此ONU的一个传输时隙内完成；图5(b)中，ONU1的一次突发传输跨越2个时隙，那么，一次测量也必须跨越2个时隙。其中，调度周期是指一次带宽分配周期，在此时间段内，所有ONU都获得一个传输时隙，传输时隙的长短取决于OLT带宽分配单元106’分配给相应ONU的带宽。在PON系统工作过程中，调度周期一般是固定不变的。当一次突发业务结束或记录的字节数达到该ONU报告的队列长度时，则本次业务测量结束。测量结果--实际发送业务量和宽分配请求报告中的队列长度信息将被送给信誉评估单元103以待进一步处理。然后开始对下一个ONU进行测量。
在信誉评估单元103中，OLT将来自业务测量单元102被测ONU实际发送业务量和宽分配请求报告中中队列长度信息进行比较，并更新该ONU信誉等级记录。假设信誉等级具有N个等级：0、1......N级，0级为最高信誉等级。当系统上电启动，ONU注册加入PON系统后，每个ONU的信誉等级处于最高级(0级)。当ONU带宽分配请求报告中队列长度小于或等于该ONU实际发送业务量，说明此ONU报告的队列长度是可信的，将该ONU的信誉等级减1，以提高其信誉级别，如果信誉等级减1操作的结果小于0，则将其信誉级别维持为0；当ONU带宽分配请求报告中的队列长度大于该ONU实际发送业务量，说明此ONU虚报了其队列长度，该ONU是不可信的，将该ONU的信誉值加1，以降低信誉等级，如果信誉值加1操作的结果大于N，则将其信誉级别维持为N。当一个ONU出现信誉等级等于M(由OLT系统设定)的情况，信誉评估单元103将向PON网络管理系统(NMS)发出报警信息，以通知网络管理员系统中存在虚报队列长度的ONU，由网络管理员进行相应的处理。信誉评估单元103输出的各ONU信誉等级将作为OLT带宽分配单元106’对各ONU带宽分配进行控制管理的依据。
在DBA分配单元106’中，OLT根据信誉评估单元103生成的各ONU信誉记录对各ONU带宽分配请求报告中的队列长度分别进行加权处理，根据加权后各ONU队列长度进行带宽分配，产生各ONU的带宽分配授权消息。
如图6所示，信誉评估单元103可以包括比较控制单元103a、信誉表103b，信誉表103b存放着当前PON系统所有ONU的信誉等级，假设信誉等级具有3个等级：0、1、2级，0级为最高信誉等级。当系统上电启动，ONU注册加入PON系统后，每个ONU的信誉等级处于最高级(0级)。比较控制单元103a接收当前ONU队列报告、业务测量结果并进行比较。当ONU带宽分配请求报告中的队列长度小于或等于该ONU实际发送业务量，说明此ONU报告的队长度是可信的，将信誉表103b中该ONU的信誉等级减1，以提高其信誉级别，如果信誉等级减1操作的结果小于0，则将其信誉级别维持为0；当ONU带宽分配请求报告中的队列长度大于该ONU实际发送业务量，说明此ONU虚报了其队列长度，该ONU是不可信的，将信誉表103b中存放的该ONU的信誉值加1，以降低信誉等级，如果信誉值加1操作的结果大于2，则将其信誉级别维持为2。当一个ONU出现信誉等级等于2的情况，比较控制单元103a将向PON网络管理系统(NMS)发出报警信息，以通知网络管理员系统中存在虚报队列长度的ONU，由网络管理员进行相应的处理。
如图7所示，DBA分配单元106’包括：第一加权控制单元106a，对进入DBA分配单元的各个ONU的队列长度进行加权处理。第一DBA计算单元106b，根据加权处理后的队列长度进行带宽分配。
加权处理的方法是根据为每个信誉等级提供一个加权因子，假设信誉等级具有3个等级，加权因子选择如表1所示：
表1
    信誉等级   加权因子
    0   1
    1   P1(0＜P1＜1)
    2   P2(0＜P2＜P1)
其中，加权因子P1和P2是一个可设置的变量，由PON系统管理员控制。加权控制单元106a将根据ONU的信誉等级选择加权因子，用加权因子乘上ONU报告的队列长度信息，完成加权控制。信誉等级为0级的ONU，由于加权因子为1，经过加权控制单元106a后，其送给DBA计算单元106b的队列长度值不变。而信誉等级为1或2级的ONU，经过加权单元后，其送给DBA计算单元106b的队列长度值将变小。经过加权处理后，将会把ONU虚报队列长度对DBA带宽分配的影响降为最低。
作为DBA分配单元另一实施例，如图8所示，DBA分配单元106’包括：第二加权控制单元106a’，对根据各ONU信誉等级选择相应的加权因子，第二DBA计算单元106b’，根据各ONU带宽分配队列报告、加权因子进行带宽分配，它在DBA计算中综合考虑加权因子，以实现高效公平的带宽分配。
二、本发明无源光网络动态带宽分配方法
图9是本发明OLT动态带宽分配方法流程图，它包括业务测量步骤201、信誉评估步骤202和带宽分配步骤203，其中：
步骤201，OLT根据被测ONU带宽分配请求报告内容，测量所述ONU实际发送业务量。OLT可以从ONU上行数据流获取被测ONU最新的带宽分配请求报告，然后，根据该报告开始记录该ONU的实际发送业务流，对每个ONU业务流的监测时间取决于带宽分配请求报告中的队列长度信息和该ONU的实际突发业务长度(即不间断传输的字节数)。每次ONU测量结束时，其测量结果--实际发送业务量和宽分配请求报告中的队列长度信息将被输出。然后开始对下一个ONU进行测量。
步骤202包括步骤2021和步骤2022。在步骤2021，OLT将ONU带宽分配请求报告中的队列长度与步骤201该ONU实际发送业务量测量结果进行比较，之后，步骤2022根据比较结果更新或维持该ONU信誉等级记录。如果ONU带宽分配请求报告中的队列长度大于实际发送业务量测量结果，则降低该ONU信誉等级，否则，维持/提高该光网络单元(ONU)信誉等级。该信誉评估步骤可进一步包括对最低信誉等级的光网络单元(ONU)就向无源光网络(PON)网络管理系统发出告警信息的步骤。
步骤203，在一个带宽分配周期内，OLT根据步骤2022生成的各ONU信誉等级记录、ONU带宽分配请求报告完成带宽分配，并输出带宽分配授权消息。作为带宽分配一实施方式，在步骤2031中，OLT根据步骤2022生成的各ONU信誉等级记录对各ONU带宽分配请求报告中的队列长度分别进行加权处理，之后，在步骤2032中，DBA计算根据这些经加权处理过的队列长度完成带宽分配，输出带宽分配授权消息。作为带宽分配另外一种实施方式，在步骤2031中，OLT根据步骤2022生成的各ONU信誉等级记录进行加权因子选择，之后，在步骤2032中，DBA计算根据这些加权因子、各ONU带宽分配请求报告中的队列长度信息完成带宽分配，输出带宽分配授权消息。
根据本发明用于无源光网络(PON)的动态带宽分配方法及其装置，下面分三种情况来分析本发明对PON系统带宽分配所产生的效果：
这里，我们先做如下一些假设：
1)系统中共有4个ONU-i(i＝1，2，3，4)，其中ONU-4为恶意用户，向OLT虚报队列长度，即报告的队列长度总是大于其实际的队列长度值。
2)OLT DBA算法上述等式(1)：
3)PON系统上行带宽1.24416Gbps，OLT带宽分配周期为125微秒，在一个分配周期中，可传输19440字节的业务量(这里忽略各种协议开销)。这里以在一个分配周期(125微秒)内ONU可以传输的字节数代表其获得的带宽量。
第一种情况：在一个带宽分配周期内，系统当前ONU实际业务量的总和小于上行带宽，即系统处于欠负荷状态。而所有ONU报告的队列长度之和也小于上行带宽。
表2
  ONU-1   ONU-2   ONU-3   ONU-4
实际队列长度   5000   4000   3000   3000
ONU报告的队列长度   5000   4000   3000   5000
无ONU虚报队列长度情况下的带宽分配   6480   5184   3888   3888
ONU-4虚报带宽，但无加权控制情况下的带宽分配   5718   4574   3430   5718
ONU-4虚报带宽，在加权因子为P1＝0.75的控制条件下的带宽分配   6171   4937   3703   4629
ONU-4虚报带宽，在加权因子为P2＝0.50的控制条件下的带宽分配   6703   5363   4022   3352
对于第一种情况，如果按ONU-4虚报的队列长度分配带宽而没有任何加权处理，ONU-4会获得比其它ONU更多的带宽，如ONU-4获得5718字节，而ONU-3仅获得3430字节(如果ONU-4不虚报队列长度，它们应该获得相同的带宽)。ONU-4获得更多的带宽，就可以使它有机会传输更多的业务，并获得更好的传输特性。例如当ONU-4向OLT报告队列长度信息之后，马上又接送到来自UNI接口上的突发业务，那么其获得的上行传输时隙中，这些新到的突发业务也有机会被传输出去，获得很好的传输特性。而对于其它ONU来说，就没有这种优势，显然这是不公平的。
但是，如果OLT采用了加权机制对ONU-4的队列长度报告信息进行控制，则DBA的带宽分配就会变得比较公平，并接近无虚报队列长度下的正常值。而如果加权因子比较大，甚至可以达到惩罚恶意用户的目的，使其仅获得有限的带宽。
第二种情况：在一个带宽分配周期内，系统当前ONU实际业务量的总和小于上行带宽，而ONU报告的队列长度之和大于上行带宽。
表3
  ONU-1   ONU-2   ONU-3   ONU-4
  实际队列长度   6000   2000   5000   5000
  ONU报告的队列长度   6000   2000   5000   9000
  无ONU虚报队列长度情况下的带宽分配   6480   2160   5400   5400
  ONU-4虚报带宽，但无管制控制情况下的带宽分配   5302   1767   4418   7953
  ONU-4虚报带宽，在加权因子为P1＝0.75的控制条件下的带宽分配   5906   1969   4922   6644
  ONU-4虚报带宽，在加权因子为P2＝0.50的控制条件下的带宽分配   6665   2222   5554   4999
在这种情况下，如果ONU-4不虚报队列长度信息，那么每个ONU都可以得到足够的带宽去传送自己的业务。
但是，当ONU-4报告虚假队列长度时，而OLT又没有采取任何加权措施，则ONU-4将获得更多的带宽分配。这将导致其它ONU获得的带宽减少，使它们不能及时传输当前队列中的业务。如ONU-4的实际业务量只有5000字节，但它获得了7953字节，这些多余的带宽有可能被浪费掉。而此时，ONU-1，ONU-2和ONU-3都没获得足够的带宽去传输它们的业务。此时的带宽分配是不公平的也是低效的。
如果在ONU-4报告虚假队列长度时，OLT采用加权控制机制，带宽分配的效果就会改善，带宽分配就会趋于公平，效率也会有所提高。在加权因子等于P2＝0.50时，恶意用户所获得的带宽量将被限制在一个较低的水平上，保证了合法用户的正常工作。当选择适当的加权因子后，可以达到无虚报队列长度时的分配效果。
第三种情况：在一个带宽分配周期内，系统中ONU当前的实际业务量的总和大于上行带宽，而ONU报告的队列长度之和也大于上行带宽。
表4
  ONU-1   ONU-2   ONU-3   ONU-4
实际队列长度   6000   4000   5000   5000
ONU报告的队列长度   6000   4000   5000   12000
无ONU虚报队列长度情况下的带宽分配   5832   3888   4860   4860
ONU-4虚报带宽，但无管制控制情况下的带宽分配   4320   2880   3600   8640
ONU-4虚报带宽，在加权因子为P1＝0.75的控制条件下的带宽分配   4860   3240   4050   7290
ONU-4虚报带宽，在加权因子为P2＝0.50的控制条件下的带宽分配   5554   3703   4629   5554
在这种情况下，由于系统中ONU的实际业务量之和大于上行带宽，所以每个ONU获得的带宽都满足不了其当前的带宽需求。如果没有ONU虚报队列长度，则DBA算法将按比例分配给各ONU相应的带宽。这是一种公平的带宽分配方案。
但是，如果ONU-4虚报队列长度信息而不采取加权控制，则上述公平的带宽分配就实现不了。在上表中，ONU-4获得了比它实际需求多得多的的带宽，可能会造成了带宽浪费，相反其它合法ONU获得的带宽则非常少。显然，在这种情况下，ONU-4强占了其它ONU应得的带宽，这极大地影响了其它合法ONU的工作。
当系统采用加权控制后，情况得到了极大改善，在加权因子为P2＝0.50的情况下，带宽分配几乎达到了无虚报队列长度情况下的分配效果，保证了系统带宽分配的公平性和有效性。
通过以上的分析，说明本发明对系统动态带宽分配的保护作用，使系统带宽分配在受到恶意用户攻击或其它存在虚报队列长度的情况下仍能达到理想的分配效果。
以上结合实施例对本发明的装置及方法进行了详细说明，本领域中普通技术人员根据以上说明能对本发明作出种种变化和修改，因此，所描述的细节不应当构成对本发明的限定。本发明应以所附权利要求书加以限定。

Claims (11)

1、一种用于无源光网络的动态带宽分配装置，用于OLT根据各ONU带宽分配请求报告、各ONU实际发送业务量将OLT与各ONU之间的带宽公平地分配给各ONU，其特征在于它包括：
业务测量单元：根据被测ONU带宽分配请求报告内容，测量所述ONU实际发送业务量，并将该测量结果、带宽分配请求报告中的队列长度输出给信誉评估单元；
信誉评估单元：其包括比较控制单元和用于存储各ONU的信誉等级记录的信誉表，其中：该比较控制单元将ONU实际发送业务量测量结果与ONU带宽请求报告中的队列长度进行比较，根据比较结果，作降低或维持或提高该ONU信誉等级记录的处理，更新或维持所述信誉表内该ONU信誉等级记录；
动态带宽分配单元：在一个带宽分配周期内，OLT根据生成的各ONU信誉等级记录、ONU带宽分配请求报告完成动态带宽分配，输出带宽分配授权消息。
2、如权利要求1所述的一种用于无源光网络的动态带宽分配装置，其特征在于所述业务测量单元采用轮循的方式分别对各ONU实际发送业务量进行测量。
3、如权利要求1所述的一种用于无源光网络的动态带宽分配装置，其特征在于所述信誉评估单元作降低或维持或提高该ONU信誉等级记录处理的原则是，如果ONU带宽分配请求报告中的队列长度大于该ONU实际发送业务量测量结果，则降低该ONU信誉等级记录，否则，维持或提高该ONU信誉等级记录。
4、如权利要求3所述的一种用于无源光网络的动态带宽分配装置，其特征在于所述比较控制单元对具有最低信誉等级记录的ONU向无源光网络的网络管理系统发出告警信息。
5、如权利要求1至4任一权利要求所述的一种用于无源光网络的动态带宽分配装置，其特征在于所述动态带宽分配单元包括：
第一加权控制单元：根据各ONU信誉等级记录，选择与其信誉等级记录相应的加权因子对各ONU带宽请求报告中的队列长度进行加权处理；
第一DBA计算单元：根据加权处理后的ONU队列长度进行动态带宽分配，产生各ONU的带宽分配授权消息。
6、如权利要求1至4任一权利要求所述的一种用于无源光网络的动态带宽分配装置，其特征在于所述动态带宽分配单元包括：
第二加权控制单元：根据各ONU信誉等级记录，选择与其信誉等级记录相应的加权因子；
第二DBA计算单元：根据各ONU带宽请求报告进行动态带宽分配，并予以加权后，产生各ONU的带宽分配授权消息。
7、一种无源光网络动态带宽分配方法，用于OLT根据各ONU的带宽分配请求报告、各ONU实际发送业务量将OLT与各ONU之间的带宽公平地分配各给ONU，包括如下步骤：
a)、业务测量步骤：OLT根据被测ONU带宽分配请求报告内容，测量所述ONU实际发送业务量，输出该ONU带宽分配请求报告中的队列长度、测量结果；
b)、信誉评估步骤：将步骤a)中输出的ONU带宽分配请求报告中的队列长度与该ONU实际发送业务量测量结果进行比较：如果ONU带宽分配请求报告中的队列长度大于实际发送业务量测量结果，则降低该ONU信誉等级记录，否则，维持/提高该ONU信誉等级记录，并用该信誉等级记录来更新或维持该ONU原信誉等级记录；
c)、带宽分配步骤：在一个带宽分配周期内，OLT根据b)信誉评估步骤生成的各ONU信誉等级记录、ONU带宽分配请求报告完成带宽分配，并输出带宽分配授权消息。
8、如权利要求7所述的一种无源光网络动态带宽分配方法，其特征在于，在所述的a)业务测量步骤中，对各ONU实际发送业务量的测量是采用轮循的方式逐一进行的。
9、如权利要求7所述的一种无源光网络动态带宽分配方法，其特征在于，在所述的b)信誉评估步骤中，对最低信誉等级记录的ONU向无源光网络的网络管理系统发出告警信息。
10、如权利要求7至9任一权利要求所述的一种无源光网络动态带宽分配方法，其特征在于，在所述c)带宽分配步骤中，完成带宽分配是根据各ONU信誉等级记录对各ONU带宽分配请求报告中的队列长度分别进行加权处理后，再对经加权处理过的队列长度的计算来完成动态带宽分配。
11、如权利要求7至9任一权利要求所述的一种无源光网络动态带宽分配方法，其特征在于，在所述c)带宽分配步骤中，完成带宽分配是根据各ONU带宽分配请求报告中的队列长度和各ONU信誉等级记录对各ONU授权带宽分别进行加权计算后，来完成动态带宽分配。
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