無源光網絡的動態帶寬分配裝置及方法
2023-09-19 20:37:10
專利名稱：無源光網絡的動態帶寬分配裝置及方法
技術領域：
本發明涉及光通信領域，特別涉及無源光網絡的動態帶寬分配裝置及方法。
背景技術：
無源光網絡(Passive Optical Network，簡稱″PON″)是指光配線網中不含有任何電子器件及電子電源，全部由光分路器等無源器件組成，不需要貴重的有源電子設備的一種光接入網。PON作為一種新興的覆蓋最後一公裡的寬帶接入光纖技術，其在光分支點不需要節點設備，只需安裝一個簡單的光分支器即可，因此具有節省光纜資源、帶寬資源共享、節省機房投資、設備安全性高、建網速度快、綜合建網成本低等優點。PON的低成本已經使其成為光纖到大樓(Fiber To The Building，簡稱″FTTB″)、光纖到路邊(FiberTo The Curb，簡稱″FTTC″)、光纖到家庭(Fiber To The Home，簡稱″FTTH″)等FTTx網絡的最理想的寬帶接入方式。
PON作為目前光接入網的主要類型，主要分為異步傳輸模式無源光網絡(ATM Passive Optical Network，簡稱″APON″)和乙太網無源光網絡(Ethernet Passive Optical Network，簡稱″EPON″)，是點到多點的主從控制結構，如圖1所示，光纖線路終端(Optical Line Terminal，簡稱″OLT″)為主結點設備，通過光分路器與多個光纖網絡單元(Optical Network Unit，簡稱″ONU″)相連，並進行ONU註冊、待發數據授權、媒體接入控制子層(MediaAccess Control sub layer，簡稱″MAC″)消息交互等處理；ONU為從結點設備，響應OLT發現消息，上報待發數據長度，根據授權信息進行各埠數據的發送，並且下掛多個用戶終端，支持多業務並行。在光接入網的此種框架結構下，如何合理分配帶寬、有效利用網絡資源並滿足業務需求，成為PON MAC方案中很重要的內容。
光接入網中，帶寬分配有兩種方式靜態帶寬分配(Static BandwidthAllocation，簡稱″SBA″)和動態帶寬分配(Dynamic Bandwidth Allocation，簡稱″DBA″)。靜態帶寬分配固定分配各ONU或其埠的帶寬，未用時隙不能被搶佔，帶寬利用率比較低，並且對高突發率的自似然業務適應力不強。動態帶寬分配算法是一種基於當前用戶業務需求進行快速帶寬重分配的機制或算法，可根據ONU突發業務的要求，通過在ONU之間動態調節帶寬來提高PON帶寬利用率。
目前有多種動態帶寬分配方法，比如，以加州大學Davis分校、Alloptic公司僱員Glen Kramer為主提出的稱為周期自適應交叉輪循(InterleavedPolling with Adaptive Cycle Time，簡稱″IPACT″)的PON動態帶寬分配方法；國際電信聯盟標準部(International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector，簡稱″ITU-T″)的G.983.4標準提出的一種特別針對APON的DBA協議等。
在美國專利US6546014中描述的IPACT方法的主要思路是來自前一ONU的發送數據到達OLT之前就輪循下一ONU以確定是否授權及授權額度等信息。下面參照圖2描述這一方法的某些細節，圖中以一個OLT與三個OUN通信為例進行方法描述。假定某輪詢周期開始時刻t0，OLT有每個ONU的待發數據長度及環路傳輸時延(Round Trip Time，簡稱″RTT″)信息，並存儲在輪詢表(Polling Table)中。
如圖2中(a)所示，OLT在輪詢周期開始時，給ONU1發送授權信息，允許其發送6000位元組。收到授權信息後，ONU發送數據直到授權窗口結束。在向OLT發送數據的同時，ONU一直從下掛的用戶終端接收數據，並做緩存。在發送數據的最後，ONU產生下一輪待發數據信息，並上報。圖中為550位元組。
如圖2中(b)所示，在收到前一個ONU的響應之前，OLT計算前一個ONU數據的最後一個比特到達的時間第一比特的到達時間(該ONU的RTT)加上該ONU授權的發送數據長度。於是OLT便可根據下一ONU的RTT信息，在確切的時刻發送下一ONU的授權信息，使得前後兩個ONU的數據發送窗口僅相差一個保護帶。
如圖2中(c)所示，當ONU1的數據全部被OLT接收以後，OLT根據附帶的下一輪待發數據信息更新輪詢表中的信息，作為下一輪輪詢周期的參考數據。對於RTT信息的更新，OLT通過對授權信息發送和數據接收的跟蹤獲取。
如圖2中(d)所示，OLT對ONU2、ONU3做同樣處理。
當某個ONU中緩存數據為空時，上報的下一輪待發數據置為零，這樣授權的窗口為零，ONU照樣可以在下次上報的待發數據請求中申請授權窗口。
如果OLT授權每個ONU在一次發送過程中發送完其所有緩存中的內容，則數據量大的那些ONU可能會獨佔整個帶寬。為避免這一點，OLT將限制最大發送量。每個ONU將被授權發送其前一周期請求的數據量，但不超過預定的最大限制，即最大發送窗口尺寸。對數據發送量最大限制的不同設定，將產生若干不同的方案。比如是固定的，基於服務水平協議(ServiceLevel Agreement，簡稱″SLA″)，這種方案忽略請求窗口大小而總是授予最大發送窗口；或者受限的，其授權請求字節數但不超過最大發送窗口；或者常量信用額度(Constant Credit)，其在請求窗口之上加一常量信用額度；或者線性信用額度(Linear Credit)，其在請求窗口之上加一與請求窗口成線性比例關係的信用額度；或者彈性的，其試圖去除固定最大窗口的限制，唯一限制因素為最大周期時間。
IPACT的控制消息不是標準的APON或EPON規定消息，其在數據流中插入轉義碼(Escape，簡稱″ESC″)字符以標識後面為控制消息數據，後跟隨ONU結點標識(Node Identifier，簡稱″NID″)和請求授權窗口尺寸(Window Size，簡稱″WS″)。
另外，在ITU-T G.983.4標準提出的DBA協議中，把來自ONU的業務分成幾種類型的傳輸適配容器(Transmission Container，簡稱″T-CONT″)，本質上為承載異步傳輸模式(Asynchronous Transfer Mode，簡稱″ATM″)的虛通路(Virtual Path，簡稱″VP″)或虛通道(Virtual Channel，簡稱″VC″)的″管道″，具有不同服務質量(Quality of Service，簡稱″QoS″)要求的VP和VC到T-CONT的復用為可編程的。每種T-CONT類型有其特定的帶寬分配要求。按照處理業務的優先級由高到低分為4類適配器，分別為T-CONT1、T-CONT2、T-CONT3和T-CONT4，T-CONT5可以對所有的業務適配，其目的是為了減少傳輸適配容器的數量。而帶寬分配要求有四種類型固定帶寬，保證帶寬，非保證帶寬和盡力傳輸帶寬。
該DBA協議有三種策略非狀態上報(Non-Status-Reporting，簡稱″NSR″)，狀態上報(Status-Reporting，簡稱″SR″)和混合類型。對於NSR策略，OLT要進行業務監控；對於SR策略，ONU和光網絡終端(OpticalNetwork Terminal，簡稱″ONT″)要發送狀態報告給OLT；對於混合策略，OLT既要進行業務監控，又要處理來自ONU/ONT的狀態報告。
SR策略中，ONU採集除T-CONT1之外傳輸適配器的狀態，通過物理層操作管理維護(Physical Layer Operation、Administration、Maintenance，簡稱″PLOAM″)信息幀上報給OLT。OLT根據上行PLOAM信息得出ONU中各容器的狀態，根據算法分配確保帶寬、未確保帶寬和盡力傳輸帶寬給各容器其中，帶寬分配採用了各種調度方法來實現其公平性。比如有無記憶、逐步遞增、逐步增減等算法。
這些算法的帶寬更新區別為，當檢測到某T-CONT有擁塞時，無記憶算法分配更多資源給該組，分配的資源與先前分配資源無關；逐步遞增算法則在先前分配資源的基礎上，漸次增加更多資源分配給該組；逐步增減算法在先前分配資源的基礎上，逐步減少其他組資源，以增加分配給該組的資源。
在實際應用中，上述方案存在以下問題只能應用在單一性質的系統，不能根據不同策略區分處理不同類型的業務，無法滿足多種業務類型的QoS需求，無法按照用戶業務埠進行帶寬分配，無法動態處理ONU離線的情況。
造成這種情況的一個主要原因在於，均沒有對不同業務設置不同的分配策略；技術方案一中輪詢周期是隨著數據量自適應變化的，導致同一業務的數據發送不定時，不能滿足時延均勻的實時性業務的需求；技術方案二中採取Round-Robin式固定順序輪循，是專門針對面向連接的、協議數據單元(Protocol Data Unit，簡稱″PDU″)定長的APON應用，而帶寬更新機制針對的是T-CONT，不能按照不同埠進行帶寬分配處理。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種無源光網絡的動態帶寬分配裝置及方法，使得動態帶寬分配方法實現業務透明，能適應不同類型業務需求，提高帶寬利用率，實現帶寬公平分配，健壯性好，實時性強，並且能對不同埠進行帶寬分配，同時支持ONU的離線帶寬釋放。
為了解決上述技術問題，本發明提供了一種無源光網絡的動態帶寬分配裝置，包含上行業務激活光纖網絡單元位映射寄存器，用於存儲各類業務的光纖網絡單元激活信息；上行業務激活埠位映射表，用於存儲各類業務的埠激活信息；上行虛擬媒體接入控制子層上報信息表，用於存儲光纖網絡單元上報的各業務埠的待發數據長度信息；上行虛擬媒體接入控制子層授權信息表，用於存儲各個業務埠的授權信息；
所述動態帶寬分配裝置，參考所述的光纖網絡單元激活信息、埠激活信息及待發數據長度信息，依據不同的業務類型預先設定優先級，根據所述預先設定的優先級，對各業務流按優先級高低分別進行處理，以埠為單位進行動態帶寬分配，將相應的授權信息存儲於所述的授權信息表中，根據所述的授權信息為相應的光纖網絡單元生成授權消息，並發送給所述的光纖網絡單元。
其中，還包括光纖網絡單元狀態信息表，用於記錄各光纖網絡單元的狀態信息；光纖網絡單元激活超時計數表，用於記錄各光纖網絡單元的超時信息；所述動態帶寬分配裝置根據所述的狀態信息和超時信息，判斷光纖網絡單元是否離線，對於離線的光纖網絡單元釋放其相關的資源。
其中，所述上行業務激活光纖網絡單元位映射寄存器包含各光纖網絡單元相應的比特，用於指示該類業務的光纖網絡單元激活信息；所述上行業務激活埠位映射表包含每個光纖網絡單元相應的表項，由光纖網絡單元標識符索引，表項包含該光纖網絡單元的該類業務埠的激活信息；所述上行虛擬媒體接入控制子層上報信息表包含每個光纖網絡單元埠相應的表項，由光纖網絡單元標識符加埠偏移索引，表項包含上報標誌、上報信息；所述上行虛擬媒體接入控制子層授權信息表包含每個光纖網絡單元埠相應的表項，由光纖網絡單元標識符加埠偏移索引，表項包含授權標誌、授權信息；所述光纖網絡單元狀態信息表包含每個光纖網絡單元相應的表項，由光纖網絡單元標識符索引，表項包含光纖網絡單元狀態信息；
所述光纖網絡單元激活超時計數表包含每個光纖網絡單元相應的表項，由光纖網絡單元標識符索引，表項包含上報標誌、激活超時計數器。
本發明還提供了一種無源光網絡的動態帶寬分配方法，包含以下步驟依據不同的業務類型預先設定優先級，為各光纖網絡單元的業務流分配優先級，動態帶寬分配對於各業務流按優先級高低分別處理；以埠為單位進行動態帶寬分配。
還包含以下步驟通過光纖網絡單元信息老化方法，動態處理離線光纖網絡單元，釋放所佔用資源。
還包含以下步驟按照所述各業務的優先級高低對各類業務埠進行授權，其中，每一類業務埠的授權包含以下步驟，A根據上行業務激活信息確定當前授權埠，或者根據啟動計數器啟動自動發現多點控制協議消息，進入步驟B；B在帶寬資源允許的情況下進行授權，記錄授權信息或者下行多點控制協議類型，進入步驟C；C判斷是否有埠未授權，如果有，進入步驟A，否則結束本來業務埠的授權，進入下一優先級業務埠的授權。
還包含以下授權消息生成步驟D逐個讀取光纖網絡單元狀態信息表表項，進入步驟E；E判斷當前光纖網絡單元是否無效，如果是，進入步驟D，否則進入步驟F；F讀取該光纖網絡單元各埠對應的上行虛擬媒體接入控制子層授權信息表表項，進入步驟G；G根據授權信息生成承載授權消息的下行多點控制協議消息，進入步驟H；H清除該上行虛擬媒體接入控制子層授權信息表表項授權標誌，進入步驟I；I判斷是否已讀完所有光纖網絡單元狀態信息表表項，如果是，則表明已完成所有光纖網絡單元授權消息的生成，結束本周期的授權消息生成過程，否則返回步驟D繼續讀取光纖網絡單元狀態信息表。
還包含以下光纖網絡單元信息老化步驟J逐個讀取光纖網絡單元狀態信息表表項，進入步驟K；K判斷當前光纖網絡單元是否有效，如果是，則進入步驟L，否則，返回步驟J；L讀取該光纖網絡單元對應的光纖網絡單元激活超時計數表表項，進入步驟M；M根據是否上報多點控制協議消息，對激活超時計數器進行清零或遞增計數操作，並清除上報標誌，進入步驟N；N判斷激活超時計數器是否超過離線閾值，如果是，表明該光纖網絡單元已離線，進入步驟O；否則，表明該光纖網絡單元在線，進入步驟P；O置該光纖網絡單元對應的光纖網絡單元狀態信息表表項為無效狀態，並釋放該光纖網絡單元的相關資源，進入步驟P；P判斷是否已讀完所有光纖網絡單元狀態信息表表項，如果是，則結束本周期的光纖網絡單元信息老化過程，否則返回步驟J繼續讀取光纖網絡單元狀態信息表。
通過比較可以發現，本發明的技術方案與現有技術的區別在於，為各光纖網絡單元的業務流分配優先級，動態帶寬分配對於不同類業務按優先級高低分別處理；以埠為單位進行動態帶寬分配，同一光纖網絡單元下的埠進行集中處理，減少保護帶寬；使用光纖網絡單元信息老化方法，動態處理離線光纖網絡單元，釋放所佔用資源。
這種技術方案上的區別，帶來了較為明顯的有益效果，即使得動態帶寬分配對業務透明，能適應TDM/EF、AF、DF及MPCP消息的必須轉發和CPU/OAM的確保轉發等多種業務需求，提高帶寬利用率，公平分配帶寬，健壯性好，實時性強，更加有效利用帶寬資源，避免資源浪費。
圖1是無源光網絡結構示意圖；圖2是周期自適應交叉輪循方法的原理示意圖；圖3是根據本發明的一個實施例的上行業務激活ONU Bitmap寄存器和相應的上行業務激活埠Bitmap表的結構圖；圖4是根據本發明的一個實施例的上行vMAC上報信息表結構圖；圖5是根據本發明的一個實施例的各類業務的授權方法流程圖；圖6是根據本發明的一個實施例的上行vMAC授權信息表結構圖；圖7是根據本發明的一個實施例的ONU狀態信息表結構圖；圖8是根據本發明的一個實施例的授權消息生成方法流程圖；圖9是根據本發明的一個實施例的ONU激活超時計數表結構圖；圖10是根據本發明的一個實施例的ONU信息老化方法流程圖。
具體實施例方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步地詳細描述。
首先需要指出，在本發明所提出的無源光網絡的動態帶寬分配方法中，包含業務註冊、帶寬分配、授權消息、ONU信息老化。本發明將各種業務進行分類，並且對於不同類型的業務安排不同的數據結構實行不同分配策略。本發明還將同一ONU下的不同埠分別處理。另外，本發明還對ONU狀態進行監控，動態釋放離線ONU的資源。下面詳細描述本發明的一個實施例。
為了將業務進行分類，對不同埠分別處理，需要設置各種類型業務的數據結構和埠的數據結構，以便系統進行分類處理。在本發明的一個實施例中，按照優先級將業務分為以下幾類快速轉發業務，如時分復用(Time Division Multiplex，簡稱″TDM″)、加速轉發(Expedited Forwarding，簡稱″EF″)等，這裡統稱為EF業務，此類業務需要均勻延時的實時轉發，而且帶寬基本不受限制，因此優先級最高；多點控制協議(Multi-Point Control Protocol，簡稱″MPCP″)消息業務，MPCP消息是用於系統正常MPCP通信的，分為自動發現MPCP消息和非自動發現MPCP消息，MPCP消息的有關參數都是固定的，本發明還將根據ONU及時的MPCP消息判斷是否其在線；確保轉發(Must Forwarding，簡稱″MF″)業務，如中央處理單元(CentralProcess Unit，簡稱″CPU″)的消息、OAM的消息，此類業務需要保證消息正確傳送，用於運行、管理、維護和預置模塊(Operation Administration，Maintenance and Provisioning，簡稱″OAMP″)及OLT與ONU間通訊，因此優先級也較高；可靠轉發業務，即可靠轉發(Assured Forwarding，簡稱″AF″)，此類業務需要保證指定的最低帶寬，但對實時性要求不高；盡力轉發業務，如預設轉發(Default Forwarding，簡稱″DF″)，此類沒有最低帶寬要求，所以優先級最低。
本發明採用集中控制上報信息的方式，OLT對每個ONU的狀態進行管理。在本發明的一個較佳實施例中，ONU的自動發現和註冊過程的消息交互採用，國際電氣電子工程師協會IEEE802.3ah標準的消息交互過程。
為了在進行數據發送授權時便於分業務、分優先級地輪循，在本發明的一個較佳實施例中，設置各種業務的上行業務激活ONU位映射(Bitmap)寄存器來保存各種業務的ONU激活信息，比如上行MPCP激活ONU Bitmap寄存器(Ingress MPCP Active Bitmap，簡稱″IMAB″)、上行MF業務激活ONU Bitmap寄存器(Ingress Must Forwarding Active Bitmap，簡稱″IMFAB″)、上行EF業務激活ONU Bitmap寄存器(Ingress Expedited Forwarding ActiveBitmap，簡稱″IEFAB″)、上行AF業務激活ONU Bitmap寄存器(IngressAssured Forwarding Active Bitmap，簡稱″IAFAB″)、上行DF業務激活ONUBitmap寄存器(Ingress Default Forwarding Active Bitmap，簡稱″IDFAB″)；同時以埠為單位的業務有EF、AF、DF等，這些業務還需設置上行業務激活埠位映射(Bitmap)表來保存這些業務在埠的激活信息，比如上行EF業務激活Bitmap表(Ingress Expedited Forwarding Active Bitmap Table，簡稱″IEFABT″)、上行DF業務激活Bitmap表(Ingress Assured ForwardingActive Bitmap Table，簡稱″IAFABT″)、上行AF業務激活Bitmap表(IngressDefault Forwarding Active Bitmap Table， 簡稱″IDFABT″)。
如圖3所示，上行業務激活ONU Bitmap寄存器包含N個ONU的相應的位(bit)，用於指示該ONU的此類業務是否被激活，比如1表示激活、0表示未激活；圖中右側的上行業務激活埠Bitmap表包含N個ONU的相應的表項，每個表項的內容(content)存儲著相應的ONU所下掛的各個埠的此類業務是否被激活的信息，比如是每個埠對應著一位，1表示激活、0表示未激活，而系統將這些表存放在存儲器中，且可以根據相應的光纖網絡單元標識符(Optical Network Unit Identifier，簡稱″ONUID″)來索引(index)相應的ONU的表項，以方便讀寫埠業務激活信息。
需要說明的是，在業務註冊過程中，為ONU分配的邏輯鏈路標識符(Logical Link Identifier，簡稱″LLID″)為{ONUID，埠激活Bitmap}的形式，這種形式便於使用ONUID和各埠偏移(Offset)進行各種業務激活信息、帶寬分配信息表的檢索，也便於組播業務的開展。
ONU在註冊過程中其MPCP埠即被激活，激活信息加入IMAB中；ONU註冊後則MF埠激活，激活信息加入IMFAB中，這裡每個ONU預設都有CPU和OAM的業務。
ONU註冊成功後向OLT的CPU請求帶寬指配，網管通過與OLT的CPU的交互進行帶寬信息的傳遞。帶寬信息包含EF業務埠的激活，AF及DF業務埠的激活及該埠的帶寬。EF、AF及DF業務埠的激活信息分別加入IEFAB、IAFAB、IDFAB中和IEFABT、IAFABT、IDFABT的相應表項中，IEFAB、IAFAB、IDFAB的相應位分別反映該ONU是否有EF、DF、AF業務激活的信息，IEFABT、IAFABT、IDFABT的相應表項則標識出該ONU的那些埠的EF、DF、AF業務被激活。
對於需要進行帶寬控制的業務埠，設置相應的帶寬信息表(BandwidthInformation Table，簡稱″BIT″)，用於存放每個固定輪詢周期(即虛擬幀周期)內發送的數據量，稱為發送量子(Transmit Quantum)，其單位可以是字節(Byte)、字(Word)等。同樣的系統根據ONUID和各埠偏移(Offset)進行表項檢索。
OLT通過與網管的交互，可以動態操作修改上行業務激活ONU Bitmap寄存器相關位、激活埠Bitmap表相關表項及帶寬信息表相關表項的內容，從而實現了ONU業務埠的動態插入刪除和帶寬信息的重配置。
每個輪詢周期中，ONU通過IEEE802.3ah標準的REPORT消息向OLT上報待發數據長度，每個消息包含有8個隊列數據長度上報項，並預定各個隊列和ONU埠間對應關係，使得OLT能夠區分上報長度來自哪個埠。同時設定各個隊列的有效標誌，比如劃分8個比特對應的標誌8個隊列是否有效項、或者將無效隊列長度置為零以標誌該項無效。當ONU下掛埠大於8個時，採用多個REPORT消息表徵，消息中附帶序號，以標識一個周期中多個REPORT的連續性，使得OLT可以根據接收到的多個消息確定各上報項來自哪個埠。
為了對各個埠的上報信息進行分別處理，OLT將上報待發數據長度信息存儲於以虛擬MAC(Virtual MAC，簡稱″vMAC″)分類的上行vMAC上報信息表(Report Information Table，簡稱″RIT″)中，圖4示出了該表的結構各個表項相應於各個ONU埠的上報信息，並且系統由ONUID索引；對於普通業務，如OAM、CPU及通常的轉發業務等數據，表項包含上報標識(Reported Flag)、上報待發數據長度(Report)，其中″上報標識″標誌當前虛擬幀周期內該vMAC是否上報待發數據，″上報待發數據長度″的數字單位與帶寬信息表中發送量子的單位保持一致；對於MPCP消息業務，表項包含上報標識(Reported Flag)、上行MPCP消息類型域(Type)、保留域(Reserved)，其中上行MPCP消息類型域指明該上行MPCP消息的類型，如″REGISTER REQ″、″REGISTER ACK″和″Normal REPORT″等，使得OLT能區分ONU所在註冊階段以便明確應當生成的下行MPCP消息類型。由於EF業務在確定了虛擬幀周期後，埠在一個虛擬幀周期內可發送的數據長度是一定的，因此無須進行待發數據長度上報。
帶寬分配，即業務數據發送授權，是OLT根據業務ONU埠激活信息、帶寬分配信息、上報信息等按照業務優先級輪詢授權的過程。為了滿足EF業務的QoS保證，授權的周期為虛擬幀周期，其他的帶寬分配操作均按照虛擬幀周期進行。下面參照圖5詳細說明本發明的一個實施例的上行業務數據發送授權方法。
本發明按照業務優先級從高到低分別是EF業務、自動發現MPCP、非自動發現MPCP、MF業務、AF業務、DF業務的順序輪詢授權。
為了方便OLT對各類上行業務發送授權消息，本發明設置上行vMAC授權信息表(Grant Information Table，簡稱GIT)，用於存儲業務發送授權產生的授權信息，當在上行接收過程中，OLT讀取授權信息表中的數據，並產生授權消息，發送至相應ONU，完成帶寬動態分配過程。
圖5示出了各類業務的授權方法流程。
在步驟501中，根據上行業務激活信息確定當前授權埠，或者根據啟動計數器啟動自動發現MPCP消息。對於EF、MF、AF、DF及非自動發現MPCP等業務，所述上行業務激活信息包含各類業務的上行業務激活ONUBitmap寄存器和上行業務激活埠Bitmap表，輪詢這些信息得到當前需要操作的該類業務埠。對於自動發現MPCP，為了動態註冊新上線的ONU，設定一個自動發現MPCP的啟動計數器，每次計滿則啟動，實現周期啟動自動發現MPCP過程並不佔用過多帶寬。
接著進入步驟502，在帶寬資源允許的情況下進行授權，記錄授權窗口信息或者下行MPCP類型。帶寬資源是否允許的判斷是根據埠指配帶寬，即一個虛擬幀周期內允許發送的數據量，或者MPCP的固定數據量，以及當前虛擬幀周期內剩餘帶寬來判斷，前者大於後者時，帶寬資源允許，可以進行授權；或者對於AF業務，只有當埠有待發數據上報，並且上報的待發數據量不大於剩餘可發送數據量也不大於該埠帶寬指配發送數據量與虧欠量的和，才判斷為帶寬資源允許；或者對於DF業務，只有當埠有待發數據上報並且剩餘可發送數據量不小於上報數據量和帶寬指配最大可發送數據量兩者中最大者，才判斷為帶寬資源允許。
其中，對於EF業務，根據預定數據到達時間戳、與本虛擬幀周期內的前一埠屬於不同ONU時需要加入的保護帶，確定其數據發送起始時間(Start Time)和數據發送長度(Length)，並記錄到該類業務的GIT的該埠的相應表項中。其中所述預定數據到達時間戳是指預先確定的下一上行虛擬幀周期內數據到達時間標識，該時間標識的參考標準為OLT處的自由振蕩時鐘。
對於MPCP消息業務，根據當前MPCP埠的RIT上行消息類型確定下行MPCP消息類型，自動發現MPCP為固定類型，並將所述MPCP類型和授權標誌寫入MPCP埠相應GIT表項中。
對於MF、DF業務，根據埠RIT中上報數據長度信息、已有授權虧欠量對其授權對應長度窗口，並寫入相應GIT表項中。
對於AF業務，根據埠RIT中上報數據長度信息和已有授權虧欠量對其授權對應長度窗口，同時計算新的授權虧欠量，並寫入相應GIT表項中。
接著進入步驟503，更新相關信息。更新相關信息的操作包含，更新當前虛擬幀周期內剩餘帶寬，更新EF業務中當前預定數據到達時間戳及虛擬幀周期內剩餘帶寬，清零自動發現MPCP的啟動計數器，清除MF、AF、DF中對應RIT表中上報標誌等，其中清除RIT表中的上報標誌是為了避免下一虛擬幀周期不發生重複授權。
在本發明的一個較佳實施例中，AF業務的授權調度方法採用漏桶型算法。熟悉本領域的技術人員可以理解，AF業務的授權調度也可以採用加權輪詢算法，而不影響本發明的實質和範圍。
接著進入步驟504，判斷是否有埠未授權，如果有，進入步驟501，否則結束本來業務埠的授權，進入下一優先級業務埠的授權。其中，自動發現MPCP每周期最多只有一次授權，所以直接進入下一優先級業務埠的授權。
圖6示出了上行vMAC授權信息表的數據結構，各個表項相應於各個ONU埠的授權信息，並且系統由ONUID索引；對於上行EF業務，表項包含授權標誌(Granted Flag)、數據發送起始時間(StartTime)、數據發送長度(Length)，其中授權標誌指示該業務埠是否被授權，數據發送起始時間即該埠被授權可以開始發送的時間，數據發送長度即該埠被授權可以發送數據的長度；對於上行MF業務，表項包含授權標誌(Granted Flag)、預留域(Reserved)、數據發送長度(Length)，預留域即尚未定義的部分；對於MPCP埠，表項包含授權標誌(Granted Flag)、下行MPCP消息類型(Type)、預留域(Reserved)，其中下行MPCP消息類型包含″DiscoveryGATE″、″Normal GATE″、″REGISTERGATE″，這裡″GATE″類型的下行MPCP專門用於承載授權消息；對於其他業務，表項包含授權標誌(GrantedFlag)、虧欠計數器(Deficit Cnt)、數據發送長度(Length)，其中虧欠計數器用於記錄該埠的授權虧欠量，授權虧欠量反映該業務埠在以前的上行業務周期中累計的授權帶寬多於上報帶寬的程度，系統通過授權虧欠量來平衡AF、DF業務的QoS保證。在業務數據發送授權階段，只對EF業務授權數據發送起始時間，其他業務中自動發現MPCP的註冊窗口對ONU數目及最長擴展距離確定的PON系統來說也是確定的，非自動發現MPCP由於MPCP消息長度是固定的故其授權長度也是固定的，它們的授權長度不再寫入授權信息表，AF和DF業務埠的授權長度由於不固定要寫入授權信息表。
為了便於管理ONU，本發明還設置了ONU狀態信息表(StatusInformation Table，簡稱″SIT″)，用於表徵ONU的狀態信息。ONU狀態信息表是在MPCP消息交互過程中生成的，ONU所處狀態根據當前OLT與ONU間所交互的消息類型確定。圖7示出了狀態信息表的數據結構，每個ONU對應一個表項，系統由ONUID索引，表項包含ONU狀態信息(ONUStatus)。在本發明的一個較佳實施例中，用2個比特表示ONU狀態信息，分別是無效(Invalid Entry)、已註冊(Registered ONU)、註冊中(RegisteringONU)，其中無效表示該ONUID未分配給任何ONU，已註冊表示該ONU已完成註冊過程可以正常進行業務數據轉發，註冊中表示該ONU正處在註冊過程中，註冊中的ONU的具體當前交互消息可通過該ONU的MPCP埠上報信息表(RIT)表項和授權信息表(GIT)表項得知。
在完成業務發送授權操作以後，OLT將在虛擬幀周期中生成授權消息並在一定的時刻發送授權消息至相應ONU。授權消息生成的原則是為了對每個ONU的埠業務生成儘量少的授權消息，同時也是為了在上行數據流中少插入ONU間保護帶及同步時間段，除了EF外其他埠業務的授權發送窗口是前後緊鄰的，所以除EF外的其他埠的授權數據發送起始時間是在授權消息生成階段確定並寫入授權消息中的。
圖8示出了根據本發明的一個實施例的授權消息生成方法的流程。
如圖所示，在步驟801中，逐個讀取ONU狀態信息表表項。系統以ONU為單位進行授權消息生成，使得授權消息在類型為″GATE″的下行MPCP消息中承載，並且可以處理同一ONU的業務埠的統一授權。
接著進入步驟802，判斷當前ONU是否無效，如果是，進入步驟801，否則進入步驟803。如果當前ONUID對應的ONU狀態信息為無效，則不進行授權，繼續往下讀取狀態信息表。
在步驟803中，讀取該ONU各埠對應的GIT表項。授權信息在授權過程中存儲於授權信息表中，讀取各埠對應的表項可以獲取該埠授權信息。此後進入步驟804。
在步驟804中，根據授權信息生成下行MPCP消息。系統將授權消息通過下行MPCP消息承載，首先根據ONU所處狀態及授權的MPCP消息類型確定下行MPCP消息類型，然後根據各vMAC埠授權情況和由業務數據發送授權階段繼承來的已授權預定數據發送時間戳，來確定各vMAC埠的授權數據發送起始時間，並把授權相關信息寫入生成的下行MPCP消息中。
接著進入步驟805，清除該GIT表項授權標誌，以避免授權信息重複生成。
接著進入步驟806，判斷是否已讀完所有狀態信息表表項，如果是，則表明已完成所有ONU授權消息的生成，結束本虛擬幀周期的授權消息生成過程，否則返回步驟81繼續讀取狀態信息表。
最後，本發明給出了處理離線ONU或者故障ONU的方法，即ONU信息老化過程。系統設置ONU激活超時計數表，給每個ONU的不響應時間進行計數，如果計數值超過規定的離線閾值，則判定該ONU已無效，釋放無效ONU的資源。
圖9示出了ONU激活超時計數表的數據結構，每個ONU對應一個表項，系統由ONUID索引，表項包含上報標誌(Reported)、激活超時計數器(Active Timeout Count，簡稱″ATC″)。
圖10示出了根據本發明的一個實施例的OUN信息老化方法流程，如圖所示，在步驟101中，逐個讀取ONU狀態信息表表項。系統根據ONUID索引。
接著進入步驟102，判斷當前ONU是否有效，如果是，則進入步驟103，否則，返回步驟101，對無效ONU不予處理，繼續往下讀取。
在步驟103中，讀取該ONU對應的激活超時計數表表項，用於判斷該ONU是否離線，此後進入步驟104。
在步驟104中，根據是否上報MPCP消息，對激活超時計數器進行清零或計數操作，並清除上報標誌。系統根據該ONU在本虛擬幀周期內是否上報MPCP消息對激活超時計數器操作，如果是，則清零，否則計數。
接著進入步驟105，判斷激活超時計數器是否超過離線閾值，如果是，表明該ONU已離線，進入步驟106；否則，表明該ONU在線，進入步驟107。
在步驟106中，置該ONU對應的ONU狀態信息表表項為無效狀態，並釋放該ONU的相關資源，此後進入步驟107。對於離線ONU，系統在狀態信息表設置無效，標誌該ONU不存在。該ONU的相關資源包含上行業務激活Bitmap寄存器IMPAB、IMFAB、IEFAB、IAFAB、IDFAB的相應位，上行業務激活Bitmap表IEFAT、IAFAT、IDFAT的相應表項，帶寬信息表的相應表項，以及原先分配給該ONU的ONUID。
在步驟107中，判斷是否已讀完所有狀態信息表表項，如果是，則結束本虛擬幀周期的ONU信息老化過程，否則返回步驟101繼續讀取狀態信息表。
本發明適用於由OLT控制ONU接入的主從系統，OLT控制ONU的上行所有業務數據的轉發接入包括MPCP或其他MAC消息，下行則為廣播模式，數據在ONU處進行過濾接收，下行的發送調度也是基於優先級的，以EF、MPCP、CPU/OAM、AF、DF的優先級次序進行下行調度轉發。
雖然通過參照本發明的某些優選實施例，已經對本發明進行了圖示和描述，但本領域的普通技術人員應該明白，可以在形式上和細節上對其作各種各樣的改變，而不偏離所附權利要求書所限定的本發明的精神和範圍。
權利要求
1.一種無源光網絡的動態帶寬分配裝置，其特徵在於包含上行業務激活光纖網絡單元位映射寄存器，用於存儲各類業務的光纖網絡單元激活信息；上行業務激活埠位映射表，用於存儲各類業務的埠激活信息；上行虛擬媒體接入控制子層上報信息表，用於存儲光纖網絡單元上報的各業務埠的待發數據長度信息；上行虛擬媒體接入控制子層授權信息表，用於存儲各個業務埠的授權信息；所述動態帶寬分配裝置，參考所述的光纖網絡單元激活信息、埠激活信息及待發數據長度信息，依據不同的業務類型預先設定優先級，根據所述預先設定的優先級，對各業務流按優先級高低分別進行處理，以埠為單位進行動態帶寬分配，將相應的授權信息存儲於所述的授權信息表中，根據所述的授權信息為相應的光纖網絡單元生成授權消息，並發送給所述的光纖網絡單元。
2.根據權利要求1所述的無源光網絡的動態帶寬分配裝置，其特徵在於，還包括光纖網絡單元狀態信息表，用於記錄各光纖網絡單元的狀態信息；光纖網絡單元激活超時計數表，用於記錄各光纖網絡單元的超時信息；所述動態帶寬分配裝置根據所述的狀態信息和超時信息，判斷光纖網絡單元是否離線，對於離線的光纖網絡單元釋放其相關的資源。
3.根據權利要求1所述的無源光網絡的動態帶寬分配裝置，其特徵在於，所述上行業務激活光纖網絡單元位映射寄存器包含各光纖網絡單元相應的比特，用於指示該類業務的光纖網絡單元激活信息；所述上行業務激活埠位映射表包含每個光纖網絡單元相應的表項，由光纖網絡單元標識符索引，表項包含該光纖網絡單元的該類業務埠的激活信息；所述上行虛擬媒體接入控制子層上報信息表包含每個光纖網絡單元埠相應的表項，由光纖網絡單元標識符加埠偏移索引，表項包含上報標誌、上報信息；所述上行虛擬媒體接入控制子層授權信息表包含每個光纖網絡單元埠相應的表項，由光纖網絡單元標識符加埠偏移索引，表項包含授權標誌、授權信息；所述光纖網絡單元狀態信息表包含每個光纖網絡單元相應的表項，由光纖網絡單元標識符索引，表項包含光纖網絡單元狀態信息；所述光纖網絡單元激活超時計數表包含每個光纖網絡單元相應的表項，由光纖網絡單元標識符索引，表項包含上報標誌、激活超時計數器。
4.一種無源光網絡的動態帶寬分配方法，其特徵在於包含以下步驟依據不同的業務類型預先設定優先級，為各光纖網絡單元的業務流分配優先級，動態帶寬分配對於各業務流按優先級高低分別處理；以埠為單位進行動態帶寬分配。
5.根據權利要求4所述的無源光網絡的動態帶寬分配方法，其特徵在於，還包含以下步驟通過光纖網絡單元信息老化方法，動態處理離線光纖網絡單元，釋放所佔用資源。
6.根據權利要求4所述的無源光網絡的動態帶寬分配方法，其特徵在於還包含以下步驟按照所述各業務的優先級高低對各類業務埠進行授權，其中，每一類業務埠的授權包含以下步驟，A根據上行業務激活信息確定當前授權埠，或者根據啟動計數器啟動自動發現多點控制協議消息，進入步驟B；B在帶寬資源允許的情況下進行授權，記錄授權信息或者下行多點控制協議類型，進入步驟C；C判斷是否有埠未授權，如果有，進入步驟A，否則結束本來業務埠的授權，進入下一優先級業務埠的授權。
7.根據權利要求4所述的無源光網絡的動態帶寬分配方法，其特徵在於，還包含以下授權消息生成步驟D逐個讀取光纖網絡單元狀態信息表表項，進入步驟E；E判斷當前光纖網絡單元是否無效，如果是，進入步驟D，否則進入步驟F；F讀取該光纖網絡單元各埠對應的上行虛擬媒體接入控制子層授權信息表表項，進入步驟G；G根據授權信息生成承載授權消息的下行多點控制協議消息，進入步驟H；H清除該上行虛擬媒體接入控制子層授權信息表表項授權標誌，進入步驟I；I判斷是否已讀完所有光纖網絡單元狀態信息表表項，如果是，則表明已完成所有光纖網絡單元授權消息的生成，結束本周期的授權消息生成過程，否則返回步驟D繼續讀取光纖網絡單元狀態信息表。
8.根據權利要求5所述的無源光網絡的動態帶寬分配方法，其特徵在於，還包含以下光纖網絡單元信息老化步驟J逐個讀取光纖網絡單元狀態信息表表項，進入步驟K；K判斷當前光纖網絡單元是否有效，如果是，則進入步驟L，否則，返回步驟J；L讀取該光纖網絡單元對應的光纖網絡單元激活超時計數表表項，進入步驟M；M根據是否上報多點控制協議消息，對激活超時計數器進行清零或遞增計數操作，並清除上報標誌，進入步驟N；N判斷激活超時計數器是否超過離線閾值，如果是，表明該光纖網絡單元已離線，進入步驟O；否則，表明該光纖網絡單元在線，進入步驟P；O置該光纖網絡單元對應的光纖網絡單元狀態信息表表項為無效狀態，並釋放該光纖網絡單元的相關資源，進入步驟P；P判斷是否已讀完所有光纖網絡單元狀態信息表表項，如果是，則結束本周期的光纖網絡單元信息老化過程，否則返回步驟J繼續讀取光纖網絡單元狀態信息表。
全文摘要
本發明涉及光通信領域，公開了一種無源光網絡的動態帶寬分配裝置及方法，使得動態帶寬分配方法實現業務透明，能適應不同類型業務需求，提高帶寬利用率，實現帶寬公平分配，健壯性好，實時性強，並且能對不同埠進行帶寬分配，同時支持ONU的離線帶寬釋放。這種無源光網絡的動態帶寬分配裝置包含上行業務激活光纖網絡單元位映射寄存器、上行業務激活埠位映射表、上行虛擬媒體接入控制子層上報信息表、上行虛擬媒體接入控制子層授權信息表；所述動態帶寬分配裝置，參考所述的光纖網絡單元激活信息、埠激活信息及待發數據長度信息，依據不同的業務類型預先設定優先級，根據所述預先設定的優先級，對各業務流按優先級高低分別進行處理，以埠為單位進行動態帶寬分配。
文檔編號H04L12/24GK101087238SQ20071010627
公開日2007年12月12日 申請日期2003年10月21日 優先權日2003年10月21日
發明者譚培龍, 趙峻, 劉昱, 洪建明 申請人:華為技術有限公司