CN201479321U

CN201479321U - 可编程动态带宽分配装置

Info

Publication number: CN201479321U
Application number: CN2009201425889U
Authority: CN
Inventors: 殷爱菡; 张培洲
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2019-04-30

Abstract

本实用新型公开一种可编程动态带宽分配装置，兼备现有技术的优点，在于OLT端的编程软件，通过重新定义参数，能够自由地“即时”配置接入网的性能，利用嵌入在ONU/OLT中高性能ARM系列CPU，使其成为真正的开放系统环境。根据服务的带宽、网络时延、用户级别等参数，针对特定需求优化PON系统。同时，因其具有的可编程性，灵活性强，可以在不更换网络器件的前提下，调整带宽分配算法，重新划分网络用户等级，实现不同系统和不兼容设备间的互通。

Description

可编程动态带宽分配装置

技术领域

本实用新型属于光通信技术领域，涉及PON(无源光网络)通信，更具体地，本实用新型涉及无源光网络的可编程动态带宽分配装置。

背景技术

EPON(以太无源光网络)在无源光网络的体系架构基础上，采用扩展的以太网数据链路层协议，具有协议简单、成本低、业务能力强等优点。自EPON概念提出以来，受到业界的高度关注。IEEE(电气电子工程师协会)的EFMA(第一公里以太网联盟)与2004年6月发布了EPON的技术规范IEEE 802.3ah，受到了业界的广泛支持，相关的芯片和设备均已推出，也有一定的应用。

从xDSL(x数字用户环路)技术和移动通信技术发展的经验来看，实现EPON网络终端的开放性可以有效降低网络建设成本和运维成本，促进其应用，有利于形成完整的产业环境，是技术发展的趋势。因此，能否实现各大厂商OLT(光线路终端)和ONU(光网络单元)的互通，是衡量EPON技术能否成熟的关键。从目前看来，各大厂商的OLT和ONU(特别是各大芯片厂商的OLT和ONU)互通尚难实现。根源在于：首先是IEEE 802.3ah协议，同一概念的可选项较多，如传输距离、FEC(前向纠错)等有不同的选择；管理和业务也各为规范；其次，不同芯片厂商，不同系统视图，协议实现的方法不一样；又定义了不同的私有扩展协议，导致了芯片和设备兼容性问题。

从影响EPON互通性的原因看来，主要是三个层次的互通：传输层、业务层和管理层，其中最主要的是传输层的关键技术DBA(动态带宽分配)算法间的互通。

在实际应用中，由于各设备厂商对DBA的定义不一样，因此即使是同一种算法，其具有实现方法也会千差万别。同时，现有的带宽分配算法，全部是嵌入在光通信器件里面，因其是固化的以及实时变化差，故难以实现算法的局部调整。并且网络供应商不可能在网络部署好以后，实现和调整自己的带宽分配逻辑。致使，如果对现有的算法和分配逻辑做出调整时，必须更换器件或重新部署网络拓扑，不但造成资源的极大浪费，降低了网络供应商的利润，而且也影响了用户的正常使用，导致不必要的损失。所以，现在运营商们迫切需要定义一种可编程软件，可以根据自己需求随时调整的可编程DBA算法，一般这些定义包括对业务等级的划分、时延的要求、剩余带宽的分配机制等，从而实现互联互通的目的。

实用新型内容

为了克服上述缺点，本实用新型所解决的技术问题就是提供一种可编程动态带宽分配装置，该装置最大限度的实现对网络带宽资源的充分利用，对用户等级的重新划分。

本实用新型的技术方案为：一种可编程动态带宽分配装置，该装置的ONU包括PHY芯片、ARM系列CPU、可编程模块、串口芯片、MAC芯片、存储及外围设备；可编程模块分别与PHY芯片、MAC芯片、ARM CPU、串口芯片直连，并且MAC芯片直连另一个PHY芯片用户，ARM CPU还直连一存储及外围设备；ARM CPU和串口芯片采用相同的时钟信号，两个PHY芯片和MAC芯片以及可编程模块采用另一个相同的时钟信号；OLT包括PHY芯片、ARM系列CPU、可编程模块、串口芯片、MAC芯片、存储及外围设备、多端口PHY芯片、SWIYCH芯片；其内部结构关系与ONU类似，分别用多端口PHY芯片和SWITCH芯片代替了ONU中的MAC芯片以及与其相连的PHY芯片；OLT的ARM CPU和串口芯片采用与ONU的ARM CPU相同的时钟信号；可编程模块、多端口PHY芯片、SWITCH也采用与ONU的PHY相同的时钟信号；OLT的PHY芯片的时钟信号要有与其通信网络的相同的时钟信号；该装置特征在于：OLT、ONU端嵌入了ARM系列CPU，同时在OLT、ONU端加入了可编程模块；ARM系列CPU使OLT、ONU成为真正开发环境的同时，可以有效的对OLT、ONU端的相关功能进行实时变动以适应网络的变化用户的需求，以及不同PON系统间的互联互通。ONU和OLT端的可编程模块中集成了DBA算法同时嵌入了ARM系列CPU。

是在保证现有网络功能与结构不变的前提下，最大限度的实现对网络带宽资源的充分利用，对用户等级的重新划分。同时，本实用新型的装置(如图1、2所示)嵌入了高性能ARM系列CPU，可以运行于标准操作系统，如Linux和VxWorks。这个性能使其成为真正的开放系统环境，并兼容标准化第三方软件，如用于交换、VOIP(网络电话)和嵌入式web服务器功能。可编程的动态带宽分配算法，提供先进的流量报告和管理功能。在预期经常变化的流量模式和将来的应用中支持高服务质量(QoS)和高网络效率。只有通过使用集成有高级可编程的DBA算法的灵活设备，才可能应对瞬息万变的网络，以便更好提供当前和未来的服务，EPON间的互联互通才能确保实现。

ARM系列CPU以及可编程ONU模块灵活的分包引擎可以完成高级的流动分类，实现通过网络服务的分隔，使服务有保障。同时该可编程方案能够针对带宽分配，延迟优化或新服务等级的定义，为服务供应商提供更多的精确信息以制定最优的服务方案。根据提供的服务以及所处的竞争环境，服务供应商在提供用户网络带宽和流量延迟时有不同的需求。通过使用灵活的可编程DBA算法，运营商可以根据提供的最终服务和带宽、延迟需求(IPTV(交互式网络电视)、VOIP、在线游戏等)，开发出定制的服务方案。例如：队列管理机制和公平调度机制，以及未充分使用带宽资源(如图3：(1)(2)(3))消除机制。同时，该算法能够通过相关软件，对其进行可编程等操作，加载相应的公平调度机制(图5)、未使用带宽消除机制(图6、7)等。因此能够解决现在无源光网络的一个难题，不同系统间的互通。

本实用新型的优点在于：本实用新型包含有经典的带宽分配算法可以很容易和现行的所有网络兼容；本实用新型可以在网络部署好以后，在不更换器件或重新部署网络拓扑前提下，对已有的算法和分配逻辑做出调整；本实用新型可以使营运商通过终端的可编程软件，实现对业务等级的划分、时延优化的要求、剩余带宽的分配机制的调整；本实用新型可以在不同的PON网络间通信，从而实现了不同网络的供应商，不兼容设备系统间互联互通的目的。OLT和ONU端集成了ARM系列CPU的可编程模块，能够支持所有的DBA算法，能够根据带宽分配、时延或新服务等级的定义等，提供先进的流量报告以及相关管理功能。这种灵活性可编程DBA使服务供应商可以在网络部署以后，仍能决定实现和调整自己的带宽分配逻辑，为服务供应商提供更多的精确信息以制定最优的服务方案。

附图说明

图1为本实用新型可编程动态带宽分配装置的ONU结构示意图；1：PHY(物理层)芯片；2：存储及外围设备；3：串口芯片；4：可编程模块；5：ARM系列CPU；6：MAC(媒体访问控制子层协议)芯片；7：用户以太网数据；8：时钟信号；9：光接口；10：RS232串口；11：MII(媒体独立接口)。

图2为本实用新型可编程动态带宽分配装置的OLT结构示意图；1：PHY芯片；2：存储及外围设备；3：串口芯片；4：可编程模块；5：ARM9 CPU；6：RMII(简化媒体独立接口)；7：SWITCH(交换机)；8：时钟信号；9：光接口；10：RS232串口；11：MII；12：以太网数据；13：多端口PHY芯片；14以太网接口。

图3为目前带宽分配方法的未充分使用带宽资源示意图；

图4为本实用新型可编程动态带宽分配方法算法加载流程图；

图5为本实用新型可编程动态带宽分配方法公平算法的流程图；

图6为本实用新型可编程动态带宽分配方法未使用时隙消除流程图；

图7为本实用新型可编程动态带宽分配方法未使用带宽消除流程图。

具体实施方式

以下结合具体图对本实用新型作进一步描述：

图1、2分别为可编程动态带宽分配算法的ONU和OLT的结构，核心为ARM9 CPU 5，本文以高性能的ARM9 CUP为例，这个性能使其成为真正的开发系统环境。其中可编程模块4是用来存储当前PON系统中的带宽分配算法，存储及外围设备2是用来存储当前经典的分配算法。当可编程模块4中的算法不适用于当前通信时，ARM9 CPU 5就首先在存储及外围设备2中寻找是否有适宜的算法，如果有，再调入可编程模块4，继续通信；否则，通过OLT的串口芯片3或者存储及外围设备2，加载适合当前通信的DBA算法。然后由OLT的5通知ONU的ARM9CPU 5并给ONU加载相关算法，使该系统迅速适应当前通信，以便保持通信的畅通，保证用户的正常通信。加载流程如图4所示。

图5为公平调度机制的流程图：采用先进先出的原则，一个周期结束后，下一个周期才能发送，发送的总的数据包数量有授权决定。在m周期开始，刷新T_ij ^S(m)，使它指向所有队列中最早到达的缓冲包T_ij ^S(m)。在调度缓存包之前，都要检验

成立与否：若不成立，在说明该队列授权窗口还没有用完，数据包被发送，同时刷新T_ij ^S(m)，指向队列中下一个到达时间最早的缓冲包。若此时周期没有结束，则刷新T_ij ^S(m)使它指向ONU所有具有最早起始时间缓冲包的队列，然后循环以上过程。若成立，则说明在该周期该业务的授权窗口已经用完，不能发送数据，则将T_ij ^S(m)设置为∞。由于业务类中数据包的随机性，在队列中可能还有剩余，但是不足以发送下一个数据包，因此就产生了未使用的队列剩余发送长度UPR_ij，所有队列的UPR_ij的和为

该公平算法的具体流程如图5所示。

图6为未使用时隙消除流程图：1)当所有ONU的总的请求小于最大窗口时，按照需求给每个ONU授权，对于每个ONU如果授权窗口的大小则按照每个队列的需求L_ij ^R(m)来给它们授权。2)如果当所有ONU的总的请求大于最大窗口时，则按照ONU的动态平均SLA(服务等级协议)权重来分配带宽，其中动态平均SLA权重为：

对于每个ONU也相应按照SLA队列长度来授权，SLA队列长度为：

若一个ONU的t_i ^SLA(m)大于R_i(m)，则t_i ^g(m)等于R_i(m)，同时计算剩余窗口值，所有ONU的剩余窗口和：然后将其分配给不能满足条件的ONU：

分配仍然采用SLA授权方法：对于每个业务类队列，如果

则

同时计算剩余队列的长度，所有剩余队列长度之和为：

将其分配给所有需求未能被满足的队列：

分配同样也根据SLA队列长度：

这个循环过程一直进行到不满足调节的ONU的数量以及队列不再变化，则说明授权窗口和授权队列已经被全部利用，则循环结束。

图7为未使用时隙消除流程图，分为：1)该ONU内自己消除2)ONU间消除。

1)ONU内消除

任一个ONU内所有队列剩余发送长度的和

，它可能大于某一队列中的数据包长度，所以，重新刷新T_ij ^S(m)使它指向调度结束后当前队列的最早达到的数据包，同时刷新T_ij ^S(m)使它指向含有最早到达数据包的队列，然后判断是否成立，若不成立，则说明授权窗口不够用，不能发送数据包，则设置

；若成立，则说明还能继续发送数据包，判断UPR_i是否小于要发送的数据包的长度l_ijp(t_ijp)，若小于数据包长度，则说明不能发送数据包设置

，若大于数据包长度再发送，同时减少UPR_i＝UPR_i-l_ijp(t_ijp)，若还有数据包则继续上述过程。

2)ONU间消除

当ONU内部不能消除UPR_i时，则所有的ONU的UPR_i，就需要ONU间来消除，在OLT端建立一个查询表，定义一个全局的USR＝UPR_i，为每一个ONU定义一个q_i＝t_i(m)+t_g+t_r-RTT_i，且按照q_i的值由大到小对ONU进行排序，此时，相邻ONU间满足交接条件：当一个ONU数据窗口t_i(m)+t_g+t_r很大时或者RTT_i很小时。OLT从排序后的查询表里提出第一个ONU作为交棒者，在其授权窗口上增加前一ONU残留的UPR_i＝0，如果此时满足该ONU的需求则授权等于需求，并从新计算

开始授权使ONU发送窗口开启时间提前UPR_i的时间。然后，提出第二个ONU作为接棒者，判断是否满足t_i(m)+t_g+t_r-RTT_i/2≥RTT_i+1/2，如果不满足则按照正常的机制对第二个ONU进行授权，UPR被浪费掉，否则OLT等到第一个ONU的接力棒到达后才给第二个ONU授权，同时把它作为交棒者，重复上述过程，直到周期结束。

Claims

1.一种可编程动态带宽分配装置，该装置的ONU包括PHY芯片、ARM系列CPU、可编程模块、串口芯片、MAC芯片、存储及外围设备；可编程模块分别与PHY芯片、MAC芯片、ARM CPU、串口芯片直连，并且MAC芯片直连另一个PHY芯片用户，ARM CPU还直连一存储及外围设备；ARM CPU和串口芯片采用相同的时钟信号，两个PHY芯片和MAC芯片以及可编程模块采用另一个相同的时钟信号；OLT包括PHY芯片、ARM系列CPU、可编程模块、串口芯片、MAC芯片、存储及外围设备、多端口PHY芯片、SWIYCH芯片；其内部结构关系与ONU类似，分别用多端口PHY芯片和SWITCH芯片代替了ONU中的MAC芯片以及与其相连的PHY芯片；OLT的ARM CPU和串口芯片采用与ONU的ARM CPU相同的时钟信号；可编程模块、多端口PHY芯片、SWITCH也采用与ONU的PHY相同的时钟信号；OLT的PHY芯片的时钟信号要有与其通信网络的相同的时钟信号；该装置特征在于：OLT、ONU端嵌入了ARM系列CPU，同时在OLT、ONU端加入了可编程模块。

2.根据权利要求1所述可编程动态带宽分配装置，其特征在于：ONU和OLT端的可编程模块中集成了DBA算法同时嵌入了ARM系列CPU。