基於onu埠的吉比特無源光網絡帶寬管理方法
2023-05-01 10:06:51 2
專利名稱：基於onu埠的吉比特無源光網絡帶寬管理方法
技術領域：
本發明涉及無源光網絡，具體涉及基於ONU埠的吉比特無源光網絡帶寬管理方 法。
背景技術：
GPON(Gigabit-Capable PON)技術是基於 ITU-T G. 984. χ 標準的最新一代寬帶無 源光綜合接入標準，具有高帶寬，高效率，大覆蓋範圍，用戶接口豐富等眾多優點，被大多數 運營商視為實現接入網業務寬帶化，綜合化改造的理想技術。相對於其他的PON標準而言，GPON標準提供了前所未有的高帶寬，下行速率高達 2. 5Gbit/s,其非對稱特性更能適應寬帶數據業務市場，並提供QoS的全業務保障，同時承 載ATM信元和(或)GEM幀，有很好的提供服務等級、支持QoS保證和全業務接入的能力。 承載GEM幀時，可以將TDM業務映射到GEM幀中，使用標準的8kHz (125 μ s)幀能夠直接支 持TDM業務。作為電信級的技術標準，GPON還規定了在接入網層面上的保護機制和完整的 OAM功能。圖1是一種基本的GPON系統框圖，如圖1所示，GPON系統包括一個0LT11、0·12 和多個0NU13-1、13-2、…、13-Ν，其中ODN包括無源光分路器和光纖。OLTll經由0腿2連 接到0NU13-1、0NU13、…、0NU13-N，構成一個一點到多點的樹形網絡拓撲結構，實現了一個 局端設備OLT通過一根光纖與多個遠端設備ONU進行了雙向高速通信。GPON系統下行通 信採用廣播方式，OLT將下午GEM幀通過ODN網絡廣播發送給每個0NU，在ONU設備中根據 ONU ID來選擇接收其中發給自己的GEM幀，而丟棄不屬於自己的GEM幀；上行通信為突發 方式，各個ONU採用TDMA(Time Division Multiple Access)時分復用方式進行訪問，每個 ONU在由OLT統一調度分配的時隙中發送GEM幀，從而避免了各ONU之間的數據碰撞。GPON不僅僅是更快的Ρ0Ν，同時採用動態帶寬分配(DBA)算法，根據ONU的需求和 服務水平協議SLA為ONU分配帶寬。在動態資源分配方式中，OLT通過檢查來自ONU的DBA 報告和/或通過輸入業務流的自監測來了解擁塞情況，然後分配足夠的資源。圖2是GPON 系統中T-CONT帶寬管理模型。GPON以T-CONT作為流量調度的基本單位，並將T-CONT分 為5種類型，不同類型的T-CONT具有不同的帶寬分配方式，可以滿足不同業務流對時延、抖 動、丟包率等不同的QoS要求。標準中又將帶寬分成4種類型，分別是固定帶寬Fixed、保 證帶寬Assured、非保證帶寬Non-Assured和盡力而為帶寬Best-Effort，帶寬分配優先級 依次下降。在帶寬分配過程中，GTC系統根據T-CONT管理業務流，每個T-CONT由Alloc-ID 標識。一個T-CONT可包含一個或多個GEM Port-ID。OLT監控每個T-CONT的流量負載，並 調整帶寬分配來更好地分配PON帶寬資源。當前的GPON系統中，動態帶寬分配策略採用如下方式，光網絡單元ONU向光線路 終端OLT報告自己的狀態及所需的帶寬，OLT根據上報的數據對ONU進行動態帶寬分配。但 這種帶寬分配策略存在一個缺點，即只在OLT端進行動態帶寬分配，ONU端除了向OLT報告 等待的字節數目外，沒有主動參與動態帶寬分配，而是採用搶佔式的方式獲得帶寬資源。當在特定情況下某個ONU無法從其它ONU上動態獲得更多的帶寬資源時，而此時同一個ONU 下的某個埠的用戶佔用了大量的帶寬資源，導致無法保證其它埠的用戶的帶寬資源， 從而造成了同一 ONU下用戶之間的不公平。
發明內容
為了解決現有技術中存在的無法保證同一 ONU下不同用戶之間公平的共享分配 給ONU的帶寬資源的問題，本發明提供了一種基於ONU埠的吉比特無源光網絡帶寬管理 方法，包括以下步驟A10、0NU對OLT分配的固定帶寬，根據不同服務的優先級，由高到低依次分配足夠 的帶寬，並創建相應的帶寬資源池Bn ；A20、ONU對同一服務在不同UNI埠上，根據該埠的當前狀態通過從帶寬資源 池Bn中回收或借貸帶寬資源的方式進行帶寬的二次分配。在上述方法中，步驟A20包括以下步驟A201、0NU為各UNI 口分配相應服務Sn的初始帶寬BInm和初始信用度CInm,同時設 定信用度Cn^I減規則；A202、0NU實時統計各UNI 口在當前時段T內服務Sn的平均流量BAnm，根據該平均 流量BAnm是否大於初始帶寬BInm獲得該UNI 口的當前負載狀態，根據該UNI埠的當前狀 態以及信用度Cnm增減規則進行帶寬調整，所述信用度Cnm增減規則為當UNI 口為零載或link down時，回收此UNI 口所有的帶寬資源並添加到相應的 帶寬資源池Bn中，同時增加該UNI 口的信用度Cnm ；當該UNI 口為輕載時，回收此輕載UNI 口未使用的帶寬資源並添加到相應的帶寬 資源池Bn中，同時增加該UNI 口的信用度Cnm ；當該UNI 口為重載時，從帶寬資源池Bn中借貸帶寬來增加該埠的帶寬，同時減 小該UNI 口的信用度為CM。在上述方法中，當UNI 口為重載時，ONU首先判斷是否存在多個UNI 口同時重載， 如果僅有一個UNI 口重載，則判斷該UNI 口的信用度Cnm是否> 0，如果Cnm > 0則將帶寬借 貸給該UNI 口，並減小該UNI 口的信用度；否則，對該UNI 口帶寬不做任何調整；當存在多個 UNI 口都重載時，ONU根據各UNI 口的初始優先級PUm^n帶寬資源池中的可借貸的帶寬，以 優先級PUnm為序依次從帶寬資源池Bn中借貸帶寬給各重載UNI 口。在上述方法中，ONU設定帶寬調整值為B，回收或借貸帶寬時以一個帶寬調整值B 為單位進行，同時UNI 口的信用度增加或減小B，帶寬調整值B以KB為單位。在上述方法中，當UNI 口為輕載時，如果BA』 .-BAnm < B，則不回收ONU的帶寬，其 中ΒΑ』 M為該UNI 口上一時段T內的平均流量。在上述方法中，步驟A201中，服務Sn的初始信用度CInm = kXBIM，其中k= 1 5。在上述方法中，T的取值範圍是Is 600s，B的取值範圍是64KB 512KB。本發明，通過為不同的服務分配固定的帶寬資源，以及在同一服務中將分配給ONU 輕載UNI 口的帶寬回收，並存入ONU帶寬資源池，然後將資源池的帶寬再借貸給重載UNI 口，從而實現ONU不同UNI 口之間更加公平的共享ONU的帶寬資源。
圖1是基本的GPON系統框圖；圖2是GPON系統中T-CONT帶寬管理模型；圖3是本發明ONU埠帶寬管理的結構圖；圖4是本發明基於埠的吉比特無源光網絡的帶寬管理方法的流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作出詳細的說明。本發明提供的基於埠的吉比特無源光網絡的帶寬管理方法，在OLT側，OLT接受 ONU上報的帶寬分配請求，為ONU分配固定的帶寬。在ONU側，ONU對所分配的帶寬進行二 次管理。首先，ONU根據不同服務的初始優先級PUnm為各項服務分配相應的帶寬資源，即從 OLT為ONU分配的固定帶寬中先為高優先級的服務分配足夠的帶寬，然後再將剩餘帶寬依 次分配給中、低優先級的服務，當完成各服務的帶寬分配後，即使在使用過程中某一服務的 帶寬不夠用，各服務之間也不互相借貸帶寬；其次，ONU進一步對同一服務在不同埠上進 行帶寬管理，通過埠帶寬管理，對UNI 口的帶寬再次進行管理，此管理方式是基於同一優 先級服務的。結合圖3、圖4，本發明提供的基於埠的吉比特無源光網絡的帶寬管理方法包括 以下步驟A10、OLT根據不同服務Sn(其中η表示服務種類，η = 1，2，…)的優先級PSn* 各服務Sn分配相應的固定帶寬BSn，η越大優先級越高，故服務Sp S2、…、Sn的優先級依次 增加，OLT分配帶寬時首先保證服務Sn的帶寬需求，其次是Slri，最後是S2、S1 ；A20、ONU對同一服務在不同UNI埠上進行帶寬再次分配。步驟A20包括以下具體步驟A201、0NU為不同服務Sn創建相應的帶寬資源池民，並為每個UNI 口分配相應服務 Sn的初始帶寬BInm和初始信用度CInm,同時設定信用度Cnm增減規則，其中m表示ONU的UNI 埠序號，初始信用度《 = 1^81 1，1^= 1 5，信用度Cnm增減規則是，當UNI 口向帶寬 資源池Bn中存放1KB帶寬時，信用度Cnm加1 ；當某個UNI 口從帶寬資源池中借貸1KB的帶 寬時，信用度(^減1 ；當信用度Cnm = 0時，UNI 口不能繼續借貸帶寬；所以UNI 口的借貸帶 寬BBnm滿足-ΒΙμ彡BBnm彡kXBI , -BInm表示借出帶寬。初始帶寬BInm與初始優先級PUnm 相對應，初始帶寬BInm越大，埠優先級PUnm越高；反之，則該埠的優先級PUnm越小；上述步驟中，為了提高效率，ONU設定帶寬調整值為B，回收或借貸帶寬時以一個 帶寬調整值B為單位進行，同時UNI 口的信用度增加或減小B，帶寬調整值為B以KB為單 位，即B為若干個KB。A202、ONU實時統計各UNI 口的流量信息，並將此信息存入埠流量信息表中，以 便判斷ONU的UNI 口的埠狀態。具體地說，首先計算出UNI 口在當前時段T內服務SnW 平均流量BAnm並存入埠流量信息表中，然後將該平均流量BAnm與該UNI 口的初始帶寬BInm 進行比較，根據比較結果判斷該UNI 口的狀態是零載、輕載還是重載，並進行帶寬調整。如果BAnm = 0，則表示UNI 口狀態為零載或link down, ONU按照帶寬調整值B回收該埠的帶寬並將其添加到相應服務的帶寬資源池Bn中，同時增加該UNI 口的信用度為 Cm,+6 ；如果BAnm < BInm,則表示UNI 口狀態為輕載，此時判斷ΒΑ， -ΒΑ 的值(BA， 表 示上一個時段T內該埠的平均流量)，如果BA』 ^-BAnmCB,則不回收ONU的帶寬；否則， ONU按照帶寬調整值B回收相應埠的一個B的帶寬並添加到相應服務的帶寬資源池Bn中， 同時增加該UNI 口的信用度為Cm+B ；如果BAnm彡BInm,則表示UNI 口狀態為重載，此時判斷BA』 .-BAnm的值，如果 BAnm-BA' 0，則將帶寬借貸給該UNI 口，且借貸帶寬BBnm = B ；否則，對該UNI 口不做任何調整；(2)、當存在多個UNI 口都重載時，ONU則根據UNI 口的初始優先級PUnm,優先滿足 高優先級的重載UNI 口的帶寬需求，具體分配同(1)中所述。本發明中，T的取值範圍是Is 600s，B的取值範圍是64KB 512KB，本發明通 過T和B的合理取值，可以作到充分利用CPU資源和有限的帶寬資源，提高了帶寬利用率， 保證用戶的服務質量。本發明所述帶寬管理方法，分為兩個層次來實現。首先建立帶寬分配的模型，該模 型主要是基於優先級和信用度的帶寬借貸；然後實現業務映射，將不同的業務映射到不同 的優先級，這種映射關係可以根據實際的業務需求來決定。這種分層的實現方法，保證了本 發明不僅更有效的利用了 ONU有限的帶寬資源，而且在實際應用中也更加靈活，應用更加 廣泛。以下實施例為本發明的一種具體應用，該實施例中，有VOIP業務、IPTV和寬帶上 網三種業務，ONU具有四個UNI 口。根據上述方法，結合FTTH型ONU提供的具體服務，將 VOIP業務定為高優先級業務，其次是IPTV和寬帶上網，所以將VOIP映射到服務優先級3， IPTV映射到服務優先級2，寬帶上網映射到服務優先級1。對於上述三種服務，具有4個UNI 口的FTTH型0NU，為了滿足UNI 口需求的帶寬分 別為V0IP 64K、IPTV 3M、寬帶上網2M，則需要消耗的帶寬資源為4X (64K+3M+2M)。當OLT分配給ONU的帶寬僅有15M時，如果不採用本發明所提供的帶寬管理方法， 就不能滿足所有用戶的需求，而且當有一個UNI 口狀態為link down時，但該UNI 口仍然佔 用著其帶寬資源，此時必定會造成帶寬的浪費，導致帶寬利用率不高，而採用本發明則可以 大大提高帶寬的利用效率。根據本發明，可以得出以下約束條件，PSn = η, η = 1,2,3 ；BIlm = 2Μ, m = 1,2,3,4 ；CIlm = 2X2X1024 = 4096，m = 1,2,3,4 ；BS1+BS2+BS3 = 15M ；BIn+BI12+BI13 = 2. 75M ；-BIlm 彡 BBlm 彡 2BIlm，m = 1,2,3,4 ；
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根據上述約束條件，再結合ONU的性能統計進行驗證，得出以下結論如果平均流 量計算周期T太長，CPU佔用率會比較低，但帶寬利用率很低，實時響應不及時；如果時間T 過短，CPU佔用率很大，同時帶寬利用率也會很低，甚至會影響業務正常工作。本發明可以 根據不同的需求靈活的設定時間T，來滿足不同的應用場景。通過設置合適的T和B，可以 充分利用CPU資源和有限的帶寬資源，提高了帶寬利用率，保證用戶的服務質量。本發明為GPON系統的ONU設備提供了一種基於埠的帶寬管理方法，從而為GPON 提供了更好QoS保障。通過本發明的帶寬管理方法，GPON系統不僅在OLT與ONU之間通過 完善的DBA提供優秀的QoS服務能力，而且在ONU內部實現帶寬的二次分配管理，更好的保 證了 QoS服務，從而用戶能夠更加公平的共享ONU的帶寬，解決了同一 ONU不同埠的用戶 使用帶寬資源的公平性問題。本發明不局限於上述最佳實施方式，任何人應該得知在本發明的啟示下作出的結 構變化，凡是與本發明具有相同或相近的技術方案，均落入本發明的保護範圍之內。
權利要求
基於ONU埠的吉比特無源光網絡帶寬管理方法，其特徵在於包括以下步驟A10、ONU對OLT分配的固定帶寬，根據不同服務的優先級，由高到低依次分配足夠的帶寬，並創建相應的帶寬資源池Bn；A20、ONU對同一服務在不同UNI埠上，根據該埠的當前狀態通過從帶寬資源池Bn中回收或借貸帶寬資源的方式進行帶寬的二次分配。
2.如權利要求1所述的基於ONU埠的吉比特無源光網絡帶寬管理方法，其特徵在於， 步驟A20包括以下步驟A20U0NU為各UNI 口分配相應服務Sn的初始帶寬BInm和初始信用度CInm,同時設定信 用度Cnm增減規則；A202、0NU實時統計各UNI 口在當前時段T內服務Sn的平均流量BAnm，根據該平均流量 BAnm是否大於初始帶寬BInm獲得該UNI 口的當前負載狀態，根據該UNI埠的當前狀態以 及信用度Cnm增減規則進行帶寬調整，所述信用度Cnm增減規則為當UNI 口為零載或link down時，回收此UNI 口所有的帶寬資源並添加到相應的帶寬 資源池Bn中，同時增加該UNI 口的信用度Cnm ；當該UNI 口為輕載時，回收此輕載UNI 口未使用的帶寬資源並添加到相應的帶寬資源 池Bn中，同時增加該UNI 口的信用度Cnm ；當該UNI 口為重載時，從帶寬資源池Bn中借貸帶寬來增加該埠的帶寬，同時減小該 UNI 口的信用度為CM。
3.如權利要求2所述的基於ONU埠的吉比特無源光網絡帶寬管理方法，其特徵在於 當UNI 口為重載時，ONU首先判斷是否存在多個UNI 口同時重載，如果僅有一個UNI 口重 載，則判斷該UNI 口的信用度Cnm是否> 0，如果Cnm > 0則將帶寬借貸給該UNI 口，並減小 該UNI 口的信用度；否則，對該UNI 口帶寬不做任何調整；當存在多個UNI 口都重載時，ONU 根據各UNI 口的初始優先級PUnm和帶寬資源池中的可借貸的帶寬，以優先級PUnm*序依次 從帶寬資源池Bn中借貸帶寬給各重載UNI 口。
4.如權利要求2或3所述的基於ONU埠的吉比特無源光網絡帶寬管理方法，其特徵 在於，ONU設定帶寬調整值為B，回收或借貸帶寬時以一個帶寬調整值B為單位進行，同時 UNI 口的信用度增加或減小B，帶寬調整值B以KB為單位。
5.如權利要求2所述的基於ONU埠的吉比特無源光網絡帶寬管理方法，其特徵在於， 當UNI 口為輕載時，如果ΒΑ』Μ-ΒΑΜ<Β，則不回收ONU的帶寬，其中BA』M為該UNI 口上一 時段T內的平均流量。
6.如權利要求2所述的基於ONU埠的吉比特無源光網絡帶寬管理方法，其特徵在於， 步驟A201中，服務Sn的初始信用度CInm = IiXBInm，其中k= 1 5。
7.如權利要求4所述的基於ONU埠的吉比特無源光網絡帶寬管理方法，其特徵在於， T的取值範圍是Is 600s，B的取值範圍是64KB 512KB。
全文摘要
本發明公開了一種基於ONU埠的吉比特無源光網絡帶寬管理方法，包括以下步驟A10、ONU對OLT分配的固定帶寬，根據不同服務的優先級，由高到低依次分配足夠的帶寬，並創建相應的帶寬資源池Bn；A20、ONU對同一服務在不同UNI埠上，根據該埠的當前狀態通過從帶寬資源池Bn中回收或借貸帶寬資源的方式進行帶寬的二次分配。本發明，通過為不同的服務分配固定的帶寬資源，以及在同一服務中將分配給ONU輕載UNI口的帶寬回收，並存入ONU帶寬資源池，然後將資源池的帶寬再借貸給重載UNI口，從而實現ONU不同UNI口之間更加公平的共享ONU的帶寬資源。
文檔編號H04Q11/00GK101924706SQ20101028412
公開日2010年12月22日 申請日期2010年9月17日 優先權日2010年9月17日
發明者劉新峰, 熊晴晴, 王蓓, 錢凱 申請人:烽火通信科技股份有限公司