专利名称：包交换网络从设备向主设备注册方法
技术领域：
本发明属于包交换网络技术领域，特别涉及一种包交换网络从设备向 主设备注册方法。
背景技术：
在一些包交换网络中，主设备向从设备发送数据包的方向为下行方
向；从设备向主设备发送数据包的方向为上行方向。主设备采用TDM方式 控制管理多个从设备到主设备的上行通信。从设备在可以发送或接收数据 之前，需先向主设备进行注册。
为了能让新激活的从设备能够发送注册请求，主设备需不时地分配上 行注册窗口，所有新激活的从设备可以在注册窗口中发送注册请求。由于 注册窗口是共享的，因此有可能多个注册请求相互重叠产生冲突，主设备 将无法识别从设备的注册请求，从而造成注册失败。系统需提供某种机制， 使得从设备发送的注册请求有机会正确地到达主设备。
注册窗口占用的是系统的上行带宽，且这部分资源只能用于新激活的 从设备发送注册请求。因此从带宽利用率角度来看，注册窗口所占带宽资 源应越少越好。
在以太网无源光网络(EP0N)中，新激活的光网络单元(0NU)必须 先向光线路终端(0LT)注册成功后，0LT才会为0NU分配上行时间片。 OLT定期分配注册窗口，新激活ONU可在注册窗口中发送注册请求，为避免冲突，每个ONU随机推迟一段时间后发送注册请求。 EP0N的随机时延后退注册算法有以下缺点
当出现注册冲突后，ONU会在下一个收到的注册窗口中，随机推迟一 段时间后继续发送注册请求。这样的结果是，上次发生注册冲突的所有 ONU，会在同一个注册窗口中继续相互竞争，增大了冲突概率。
OLT可适当加大注册窗口，或增加发送注册窗口的频率，以解决大量 ONU同时注册所造成的注册时间过长的问题。由于EPON的带宽较高(lGbps 上行速率)，且一个0LT—般下连32 64个0NU。注册窗口所占用的带宽 相比于上行总带宽而言，其比例还较容易接受。但是对于上行带宽较小的 网络，且一个主设备下连从设备数量很多，主设备如果加大注册窗口的频 率，禾B/或加大注册窗口的大小，注册窗口会占用比较多的上行带宽资源， 从而降低系统上行可用带宽的利用率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种包交换网络从设备向主设备注 册方法，能在上行带宽较小且从设备数量很多的情况下，降低冲突概率和 提高注册效率，降低对主设备分配注册窗口的大小和频率的要求。
为解决上述技术问题，本发明的包交换网络从设备向主设备注册方 法，包括以下步骤
(1) 定义整数X为连续注册冲突次数，初始值为O;
(2) 主设备定期或不定期地分配注册窗口，并且注册窗口的相关信息 通告给所有从设备；
(3) 从设备根据注册窗口的大小和发送注册请求所需的时间，计算出最大后退时间D;
(4) 从设备在接收到的第一个注册窗口中发送注册请求，从设备在范围内产生一个数A，选择在第一个注册窗口开始时刻经过A之后 的时刻开始发送注册请求；
(5) 若发生注册冲突，进行步骤(6);若不发生注册冲突，进行步骤
(10);
(6) X二X+1;
(7) 从设备在[O， 2X]范围内产生一个随机整数B;
(8) 从设备在后续收到的B个注册窗口中不发送注册请求，等待B 个注册窗口后，从设备在收到的随后一个注册窗口中发送注册请求，从设 备在[O， D]内产生一个数C，从设备选择在该注册窗口开始时刻经过C之 后的时刻开始发送注册请求；
(9) 若发生注册冲突，进行步骤(6);若不发生注册冲突，进行步骤
(10);
(10) 从设备注册请求发送到主设备，从设备向主设备注册结束。 数A、 C可以为从设备在[O， D]范围内随机产生。 本发明的包交换网络从设备向主设备注册方法不但在发送注册请求
时，在一个注册窗口里进行随机后退，而且在产生注册冲突时，会随机后 退多个注册窗口，注册窗口后退的取值范围随冲突次数的增加而指数增 加，作为算法的一种改进，可以限定注册窗口后退取值范围的上限，避免 多次注册冲突后从设备后退时间过长的问题。本方法从注册窗口内部来 看，采用了随机后退发送注册请求的方式；在注册窗口来看，采用了注册窗口随机后退的方式，从两个层面上降低了注册冲突概率，因而称之为二 维退避注册算法。可应用在主设备下连从设备数量很多，而且链路带宽较 低的系统中，通过两个层面的后退发送注册请求，降低了注册冲突，提高 了系统带宽利用率和縮减注册时间。
下面结合附图及具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明的包交换网络从设备向主设备注册方法一实施方式流
程图2是本发明的包交换网络从设备向主设备注册方法一实施例注册 窗口示意图。
具体实施例方式
本发明的包交换网络从设备向主设备注册方法一实施方式如图1所
示，包括以下步骤
1. 定义正整数M，为连续注册次数上限，系统可配置；定义整数X， 为连续注册冲突次数，初始值为0;
2. 定义D，表示从设备在注册窗口中的最大随机后退时间。从设备可
基于注册窗口的大小和发送注册请求所需的时间，推算出D，注册窗口大 小为w，发送一个完整的注册请求所需时间为V，注册请求所需时间v包
括了主设备接收端用于同步的时间，则D二W-V;
3. 主设备不时地(定期或不定期)分配注册窗口，并将注册窗口相关 信息(如注册窗口的起始时刻、注册窗口的大小)通告给所有从设备；
4. 从设备在接收到的第一个注册窗口中发送注册请求，从设备在[O，D](闭区间，包括0和D)范围内产生一个随机数A，选择在注册窗口开 始时刻经过A之后的时刻开始发送注册请求；
5. 如不发生注册冲突，进行步骤9，若发生注册冲突，先进行如下计
算
若X〉二M，贝UX二M; 若X〈M，则X:X+1;
6. 从设备在
(闭区间，包括0和2"范围内产生一个随机整 数B，该随机整数B标识了从设备需要后退的注册窗口的数量；
7. 从设备在后续收到的B个注册窗口中不发送注册请求，等待B个注 册窗口后，从设备在收到的随后一个注册窗口中发送注册请求，从设备在
内产生一个随机数C，从设备选择在该注册窗口开始时刻经过C之 后的时刻开始发送注册请求；
8. 如不发生注册冲突，进行步骤9，若再次有注册冲突，跳至步骤5;
9. 若未发生注册冲突，从设备注册请求发送到主设备，从设备向主设 备注册结束。
下面以基于同轴电缆传输以太网帧的EOC网络(EOC， Ethernet over Cable)为例。
实施例l，在EOC网络中， 一个局端设备通过同轴电缆与多个用户端 设备相连，EOC网络采用TDM方式控制多个用户端设备到局端设备的上行 通信，新激活的用户端设备需进行注册，局端设备负责分配每个注册过用 户端设备的上行时间片。为让新激活的用户端设备发送注册请求，局端设 备周期性或非周期性发送注册窗口 ，并将注册窗口的相关信息广播给所有用户端设备。
新激活的用户端设备的注册步骤如下
1. 连续注册次数上限定义正整数M，连续注册冲突数X设置为0;
2. 用户端设备根据注册窗口的大小和发送注册请求所需的时间，计算 出最大随机后退时间为D;
3. 用户端设备在接收到的第一个注册窗口中发送注册请求，用户端设
备在[O， D]范围内产生一个随机数A，选择在注册窗口开始时刻经过A之 后的时刻开始发送注册请求；
4. 若发现注册冲突，进行步骤5;若不存在注册冲突，用户端设备注
册请求发送到局端设备，用户端设备向局端设备注册结束；
5. 若X〈M， X=X+1;若X〉二M， X二M;
6. 用户端设备在[O， 2X]内产生一个随机整数B;
7. 用户端设备在后续接收到的B个注册窗口中保持静默，不发送注册 请求；
8. 在等待B个注册窗口后，用户端设备在收到的随后一个注册窗口中 可以发送注册请求。用户端设备在[O，D]内产生一个随机整数C，选择在 注册窗口开始时刻经过C之后的时刻开始发送注册请求；
9. 若发现注册冲突，进行步骤5;若不存在注册冲突，用户端设备 注册请求发送到局端设备，用户端设备向局端设备注册结束。
实施例2，在EOC网络中， 一个局端设备通过同轴电缆与多个用户端 设备相连，E0C网络采用TDM方式控制多个用户端设备到局端设备的上行 通信，新激活的用户端设备需进行注册，局端设备负责分配每个注册过用户端设备的上行时间片。为让新激活的用户端设备发送注册请求，局端设 备周期性或非周期性发送注册窗口 ，并将注册窗口的相关信息广播给所有 用户端设备。
注册窗口如图2所示，包含N(N为正整数)个子注册窗口，子注册窗 口按照时间顺序从1依次排序，子注册窗口的大小保证在包交换网络系统 允许的距离范围内任何一个从设备可以完整发送一个注册请求;主设备并 将注册窗口的相关信息(如注册窗口的起始时刻、注册窗口的大小、子注 册窗口的数量、子注册窗口的序号、子注册窗口的大小、子注册窗口的起 始时刻、子注册窗口的结束时刻等信息)广播给所有用户端设备。
EOC系统中定义用户端设备到局端设备的往返时延为RTT， RTT的波 动范围为+Z-T;离局端设备最近合法距离的用户端设备的RTT为MinRTT; 定义离局端设备最远合法距离的用户端设备的RTT为MaxRTT，完整发送 一个注册请求的时间为V (完整发送一个注册请求所需的时间V中包括了 主设备接收端用于同步的时间)，每个子注册窗口的长度不小于 V+MaxRTT-MinRTT+2*T。用户端设备选择在某个子注册窗口发送注册请求 时，应在该子注册窗口的起始时刻开始发送注册请求。
新激活的用户端设备的注册步骤如下
1. 连续注册次数上限定义正整数M，连续注册冲突数X设置为O;
2. 用户端设备在接收到的第一个注册窗口中发送注册请求，用户端设 备产生一个不大于N的随机正整数A，用户端设备选择在第A个子注册窗 口中发送注册请求；
3. 若不存在注册冲突，用户端设备注册请求发送到局端设备，用户端设备向局端设备注册结束；
4. 若发现注册冲突，
a) 若X〈M， X=X+1;
b) 若X〉M， X二M;
5. 用户端设备在[O， 2X]内产生一个随机整数B;
6. 用户端设备在后续接收到的B个注册窗口中保持静默，不发送注册 请求；
7. 在等待B个注册窗口后，用户端设备在收到的随后一个注册窗口中 可以发送注册请求。用户端设备产生一个不大于N的随机正整数C，用户 端设备选择在第C个子注册窗口中发送注册请求；
8. 若不存在注册冲突，从设备注册请求发送到局端设备，用户端设备 向局端设备注册结束；
9. 若再次有注册冲突，跳至步骤4。
本实施例2，在注册窗口中包含多个子注册窗口，从设备随机选择注 册窗口中包含的多个子注册窗口中的一个，在该子注册窗口的起始时刻开 始发送注册请求，从而实现在根据注册窗口的大小和发送注册请求所需的 时间计算出的最大随机后退时间内发送注册请求。
本发明的包交换网络从设备向主设备注册方法不关注如何发现注册 冲突的具体方式，可能是物理层发现冲突后报告给从设备的注册过程，可 能是从设备的注册过程发现注册超时，或是其它实现方式；不关注从设备 如何产生随机数的机制。本算法不但在发送注册请求时，在一个注册窗口 里进行随机后退；而且在产生注册冲突时，会随机后退多个注册窗口。注册窗口后退的取值范围随冲突次数的增加而指数增加。
作为算法的一种改进，可以限定注册窗口后退取值范围的上限，避免 多次注册冲突后从设备后退时间过长的问题。
本算法从注册窗口内部来看，采用了随机后退发送注册请求的方式； 在注册窗口来看，采用了注册窗口随机后退的方式，从两个层面上降低了 注册冲突概率，因而称之为二维退避注册算法。可应用在主设备下连从设 备数量很多，而且链路带宽较低的系统中，通过两个层面的随机后退发送 注册请求，可降低注册冲突，提高系统带宽利用率和縮减注册时间。
权利要求
1、一种包交换网络从设备向主设备注册方法，其特征在于，包括以下步骤(1)定义整数X为连续注册冲突次数，初始值为0；(2)主设备定期或不定期地分配注册窗口，并且注册窗口的相关信息通告给所有从设备；(3)从设备根据注册窗口的大小和发送注册请求所需的时间，计算出最大后退时间D；(4)从设备在接收到的第一个注册窗口中发送注册请求，从设备在
范围内产生一个数A，选择在第一个注册窗口开始时刻经过A之后的时刻开始发送注册请求；(5)若发生注册冲突，进行步骤(6)；若不发生注册冲突，进行步骤(10)；(6)X＝X+1；(7)从设备在
范围内产生一个随机整数B；(8)从设备在后续收到的B个注册窗口中不发送注册请求，等待B个注册窗口后，从设备在收到的随后一个注册窗口中发送注册请求，从设备在
内产生一个数C，从设备选择在该注册窗口开始时刻经过C之后的时刻开始发送注册请求；(9)若发生注册冲突，进行步骤(6)；若不发生注册冲突，进行步骤(10)；(10)从设备注册请求发送到主设备，从设备向主设备注册结束。
2、 根据权利要求l所述的包交换网络从设备向主设备注册方法，其特征在于，还定义正整数M为连续注册次数上限，步骤(6)为若X〉二M， 则X二M;若X〈M，则X二X+1。
3、 根据权利要求1或2所述的包交换网络从设备向主设备注册方法， 其特征在于，数A、 C为从设备在[O， D]范围内随机产生。
4、 根据权利要求1或2所述的包交换网络从设备向主设备注册方法， 其特征在于，注册窗口大小为W，发送一个完整的注册请求所需时间为V， 则D二W-V。
5、 根据权利要求1所述的包交换网络从设备向主设备注册方法，其 特征在于，包括以下步骤(1) 定义整数X为连续注册冲突次数，初始值为0;(2) 主设备定期或不定期分配注册窗口并将注册窗口的信息告知从 设备，注册窗口包含N个子注册窗口，子注册窗口按照时间顺序从1依次 排序，子注册窗口的大小保证在包交换网络系统允许的距离范围内任何一 个从设备可以完整发送一个注册请求；(3) 从设备在接收到的第一个注册窗口中发送注册请求，产生一个不 大于N的随机正整数A，选择在第一个注册窗口的序号为A的子注册窗口 的起始时刻发送注册请求；(4) 如不发生注册冲突，进行步骤(9)，若发生注册冲突，进行步骤(5);(5) X=X+1;(6) 从设备在[O， 2X]范围内产生一个随机整数B;(7) 从设备在后续收到的B个注册窗口中不发送注册请求，等待B 个注册窗口后，在收到的随后一个注册窗口中发送注册请求，从设备产生 一个不大于N的随机正整数C，在该注册窗口的序号为C的子注册窗口的 起始时刻发送注册请求；(8) 如不发生注册冲突，进行步骤(9)，若再次有注册冲突，跳至步 骤(5);(9) 若未发生注册冲突，从设备注册请求发送到主设备，从设备向主 设备注册结束。
6、 根据权利要求5所述的包交换网络从设备向主设备注册方法，其 特征在于，还定义正整数M为连续注册次数上限，步骤(5)为若X〉二M， 则X二M;若X〈M，则X二X+1。
7、 根据权利要求5或6所述的包交换网络从设备向主设备注册方法， 其特征在于，每个子注册窗口的大小无需是一样的。
8、 根据权利要求5或6所述的包交换网络从设备向主设备注册方法， 其特征在于，定义从设备到主设备的往返时延的波动范围为+/-T，主设备 最近合法距离的从设备的往返时延为MinRTT;主设备最远合法距离的从 设备的往返时延为MaxRTT，从设备完整发送一个注册请求的时间为V，每 个子注册窗口的长度不小于V+MaxRTT-MinRTT+2*T 。
9、 根据权利要求4所述的包交换网络从设备向主设备注册方法，其 特征在于，从设备完整发送一个注册请求所需的时间中包括了主设备接收 端用于同步的时间。
全文摘要
本发明公开了一种包交换网络从设备向主设备注册方法，不但在发送注册请求时，在一个注册窗口里进行后退；而且在产生注册冲突时，会随机后退多个注册窗口，注册窗口后退的取值范围随冲突次数的增加而指数增加，作为算法的一种改进，可以限定注册窗口后退取值范围的上限，避免多次注册冲突后从设备后退时间过长的问题。本发明的包交换网络从设备向主设备注册方法，能在上行带宽较小且从设备数量很多的情况下，降低冲突概率和提高注册效率，降低对主设备分配注册窗口的大小和频率的要求。
文档编号H04L12/56GK101471851SQ20071009463
公开日2009年7月1日 申请日期2007年12月26日 优先权日2007年12月26日
发明者珂 李, 杜兴东 申请人:普然通讯技术(上海)有限公司;普然技术公司