专利名称：一种应用于epon终端系统基于绝对优先级的数据调度方法
技术领域：
本发明涉及应用于EPON终端系统(ONU)的数据调度方法，尤其涉及在利用外部存 储器，包括SDRAM、 DDR-SDRAM以及DDRII-SDRAM，对数据缓存，并区分不同数据服务等级时 所使用的绝对优先级调度方法。
背景技术：
EPON系统是一种点到多点的网络系统，其主要包含三个部分局端OLT、终端(用 户端)ONU以及无源光分路器，如附图l所示。在下行方向，OLT发出的以太网数据包以一 种广播方式经过lxN的无源光分路器后传输到每一个ONU，而ONU则有选择地提取数据包； 在上行方向，由于无源光分路器的方向特性，任何一个ONU发出的数据包只能到达OLT，而 不能到达ONU，即所有ONU的数据传送到同一个OLT，由此构建了 EPON系统的点对多点的 网络。 当ONU需要向OLT发送数据时，首先需要申请发送数据用的带宽，而OLT则根据一 定的算法给当前ONU分配数据发送时隙，之后ONU会利用这段发送时隙向OLT发送数据。而 在ONU申请带宽与获得发送时隙之间，ONU是不能向OLT发送数据的，为了确保帧不丢失， 需要利用缓存存储到来的数据；同时为了区分ONU内部不同等级的数据服务，需要对ONU内 部数据采用 一定的算法进行调度。 目前在利用外部存储器缓存数据，并进行基于绝对优先级的数据调度算法时，首
先根据外部存储器中的存储的数据量向OLT申请带宽，当ONU获得OLT分配的数据发送时
隙后，从外部存储器提取数据，然后发送给OLT。这种方法会带来若干问题 首先，在ONU获得发送时隙后从外部存储器中读出数据，由于对存储器进行读操
作会有一定的时延，也就是的向OLT发送数据时产生一定的时延，造成带宽的浪费；同时外
部存储器自身需要有刷新操作来保持数据，而刷新操作需要一定的时间才能完成，在这段
时间内是无法访问外部存储器的，这更加加重了数据带宽的浪费； 其次，由于数据到达时间的不确定性，当ONU获得时隙向OLT发送数据时，有可能 此时会有更高优先级的数据到达ONU，在一般的绝对优先级调度算法中，ONU会调度最高优 先级的数据，此时会出现ONU向OLT申请发送的数据与实际发送的数据不一致，虽然这种不 一致不会导致系统的混乱以及错误，但会给OLT的时隙分配造成一定困难，同时给OLT的数 据统计也会带来混来，更严重的则是造成带宽的浪费； 最后，在ONU向OLT申请数据带宽时，OLT有可能会给ONU分配超出其申请的数据 带宽，从而产生了剩余带宽问题。在一般的绝对优先级调度算法中，ONU会调度最高优先级 的数据，此时低优先级数据长时间得不到带宽，很容易出现"饿死"现象。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种利用外部存储器(包括
4SDRAM、DDR-SDRAM以及DDRII-SDRAM)作为缓存存储数据时，通过增加FIFO的使用，并采用 灵活策略而构成的应用于EPON终端系统基于绝对优先级的数据调度方法。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，所述的EPON终端系统是一种点到 多点的网络系统，它主要包含三个部分局端OLT、终端ONU以及无源光分路器，所述的数据 调度方法 a所述的终端ONU中，增加有用于数据缓存的FIFO,且所述FIFO的个数依赖于当 前区分数据的优先级级数，即当前数据被区分为8个优先级，则FIFO个数为8 ;FIFO的宽度 通常匹配于外部存储器的数据位宽，即外部存储器为32位数据位宽，则FIFO的数据宽度为 32 ; FIFO的深度可选；b外部存储器中根据优先级分配地址空间，即采用的外部存储器为8MB容量，同时 需要区分数据为8个优先级，则每个优先级数据划分1MB的地址空间；
c所述终端ONU向局端OLT发送数据，在发送时隙的尾部预留申请带宽使用的 R印ort帧的发送时隙，每次时隙发送结束时，能够精确统计当前系统中还剩余多少数据等 待发送，进而精确地控制ONU所申请的带宽量，优化网络带宽的使用； d在更高优先级到来时，确保当前发送的数据是与申请发送的数据是一致的即
只有在利用R印ort帧申请数据带宽时，是严格按照绝对优先级的算法进行处理； e当局端OLT给终端ONU分配了超出其申请的带宽，即有剩余带宽时，根据应用的
需要，可以选择绝对优先级调度，或选择轮询调度会平均分配带宽。 所述的部分(a)中，还包括1\FIF0的个数需要严格匹配当前区分数据的优先级 个数；2\FIF0的数据宽度可以不匹配外部存储器的数据宽度，即当外部存储器的数据宽度 为32位时，FIFO的数据宽度可以为8位、16位或者是32位；当外部存储器的数据宽度为8 位时，FIFO的数据宽度仍然可以选择为32位、16位或者是8位；3\所述FIFO发送完毕一 个帧之后，当前优先级还能继续发送帧，此时要求FIFO在连续发送两个帧之间，不能有额 外的时延产生，由此，FIFO的深度可以设置为某个合理值，确保在数据帧的发送时，即使访 问外部存储器会带来一定的时延，但利用FIFO可以"掩盖"由此带来的时延。
所述的部分(b)中，还包括1、所述的外部存储器可以随机访问，各个优先级的帧 可以在任意地址空间存储，各个优先级帧按照一定的算法存储；它根据终端ONU实际运行 时的带宽分配情况，提出使用固定地址空间分配方法，同时提出需要使用存储容量较大的 外部存储器。 所述的部分(c)中，所指出的申请数据带宽计算公式为 总宽带需求=FIFO中的帧带宽需求 +SDRAM中帧的带宽需求+Iteport帧的带宽需求。 所述的部分(d)中，由于每次利用R印ort帧申请的数据带宽有一个限制阀值，则
每次申请时，首先满足最高优先级的数据帧，然后满足次优先级的数据帧。如果此时最高优
先级的数据帧为O，则首先满足次优先级的数据帧，其余情况以此类推。 所述的部分(e)，局端OLT给终端ONU分配的时隙可以划分为3个部分，其中第1
部分是ONU利用R印ort帧申请的带宽需求；第2部分则是OLT有可能会给ONU多分配的带
宽，即所谓的剩余带宽；而第3部分则是ONU发送R印ort帧所需要的时隙带宽。其中第2
部分的时隙带宽有可能为0 ;第3部分的时隙带宽为某个固定值。
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本发明的算法已经应用到了 0NU的芯片开发过程中，并经过实际运行测试，效果 优良，带宽利用率高，满足了 EPON系统数据传输要求。
图1是现有的EPON终端系统结构示意图。
图2是本发明的EPON终端系统结构示意图。
图3是本发明的实际申请数据宽带的构成示意图。
具体实施例方式
下面将结合附图对本发明作详细的介绍本发明所述的EPON终端系统是一种点 到多点的网络系统，它主要包含三个部分局端OLT、终端ONU以及无源光分路器，所述的数 据调度方法，主要包括如下部分 a在ONU中，增加FIFO，用于数据的缓存FIFO的个数依赖于当前区分数据的优先 级级数，如果当前数据被区分为8个优先级，则FIFO个数为8 ;如果仅需要区分4个优先级， 则FIFO个数为4 ;FIFO的宽度在一般情况下，匹配于外部存储器的数据位宽，如果外部存储 器为32位数据位宽，则FIFO的数据宽度为32 ; FIFO的深度可选； b在外部存储器中根据优先级分配地址空间，简化调度算法如果采用的外部存 储器为8MB容量，同时需要区分数据为8个优先级，则每个优先级数据划分1MB的地址空 间； e当ONU向OLT发送数据时，在发送时隙的尾部预留申请带宽使用的R印ort帧的 发送时隙，从而在每次时隙发送结束时，能够精确统计当前系统中还剩余多少数据等待发 送，进而精确地控制ONU所申请的带宽量，优化网络带宽的使用； d当有更高优先级到来时，确保当前发送的数据是与申请发送的数据是一致的 即只有在利用R印ort帧申请数据带宽时，是严格按照绝对优先级的算法进行处理。通过这 种方法，能够最大程度地利用带宽，确保申请的带宽不会被浪费； e当OLT给ONU分配了超出其申请的带宽，即有剩余带宽时，根据应用的需要，可以
选择绝对优先级调度，也可以选择轮询调度会平均分配带宽等调度算法，做到了 "灵活"调
度，最大程度满足使用需求特性。 在本发明的上述所述部分(a)中，还包括 a) FIFO的个数需要严格匹配当前区分数据的优先级个数； b)FIFO的数据宽度可以不匹配外部存储器的数据宽度，例如当外部存储器的数据 宽度为32位时，FIFO的数据宽度可以为8位、16位或者是32位；而当外部存储器的数据宽 度为8位时，FIFO的数据宽度仍然可以选择为32位、16位或者是8位；但为了简化芯片开 发，FIFO的数据宽度一般选择与外部存储器的数据位宽匹配。 c)如果根据带宽申请原则，在FIFO发送完毕一个帧之后，当前优先级还能继续发 送帧，为了最大程度地利用带宽，此时要求FIFO在连续发送两个帧之间，不能有额外的时 延产生，由此，FIFO的深度可以设置为某个合理值，确保在数据帧的发送时，即使访问外部 存储器会带来一定的时延，但利用FIFO可以"掩盖"由此带来的时延。
在本发明的上述所述部分(b)中，还包括
a)由于外部存储器可以随机访问，因此各个优先级的帧可以在任意地址空间存 储，但为了简化芯片开发难度，优化芯片逻辑，建议各个优先级帧按照一定的算法存储，做 到空间利用效率的最大化；在利用外部存储器存储数据帧时，给每个优先级分配固定地址 空间的存储区域，有可能会带来存储空间的浪费，例如优先级为8的数据可以存储在外部 存储器的0 1MB空间中，优先级为7的数据可以存储在外部存储的1 2MB空间中，当优先级 8的数据填满存储空间，而优先级7的数据为空时，虽然外部存储器仍然有空间，但却不能 继续存储优先级8的数据。因此固定地址空间分配方法在实现时简洁，但会造成空间浪费；
b)本发明从实际芯片开发角度，根据ONU实际运行时的带宽分配情况，提出使 用固定地址空间分配方法，同时提出需要使用存储容量较大的外部存储器，做到帧的不丢 失； 在本发明的上述所述部分(c)中所指出的申请数据带宽计算公式为 总宽带需求=FIFO中的帧带宽需求 +SDRAM中帧的带宽需求+Iteport帧的带宽需求。 在本发明的上述所述部分(d)中，由于每次利用R印ort帧申请的数据带宽有一个 限制阀值，则每次申请时，首先满足最高优先级的数据帧，然后满足次优先级的数据帧。如 果此时最高优先级的数据帧为O，则首先满足次优先级的数据帧，其余情况以此类推。例如 当阀值在设定为100KB时，而最高优先级的数据帧有120KB，次优先级的数据帧有80KB，此 时利用R印ort帧时，只能申请100KB的最高优先级帧的带宽，次优先级无法得到带宽申请， 因此在获得数据发送时隙时，也将无法发送次优先级的帧。利用这种方法，做到了带宽申请 时的绝对优先级调度； 在本发明的上述所述部分(e)，参考附图3， OLT给ONU分配的时隙可以划分为3 个部分，其中第1部分是ONU利用R印ort帧申请的带宽需求；第2部分则是OLT有可能会 给ONU多分配的带宽，即所谓的剩余带宽；而第3部分则是ONU发送R印ort帧所需要的时 隙带宽。其中第2部分的时隙带宽有可能为0 ;第3部分的时隙带宽为某个固定值。
本发明经测试当传输64字节的帧、并区分帧为8个服务优先等级时，上行总带宽 可达970Mbps，只有第1、第2两个优先级的帧出现丢帧现象，其余优先级的帧没有丢失；当 传输128、256、512字节的帧、并区分帧为8个服务优先等级时，上行总带宽可达980Mbps以 及更高，只有第1优先级的帧出现丢帧现象，其余优先级的帧没有丢失；
在利用本发明算法进行芯片设计开发过程中，主要涉及了两个模块SDRAM模块 与FIFO模块，如图2所示，其中的SDRAM模块负责缓存从用户接收到的数据帧，而FIFO则 是在能够存储帧时，就向SDRAM模块提出读取帧的请求。 当前设计中，支持的区分优先级服务等级包括8级，因此FIFO的个数为8 ;FIFO的 深度选择为4KB ;SDRAM与FIFO的数据宽度匹配，均为32b。 在实现时，当从用户接收到数据帧时，实现对该数据帧进行服务优先级区分(一 共支持8个优先级)，然后根据优先级存入不同的SDRAM地址空间中；同时需要利用寄存器 对当前各个优先级帧的帧个数以及帧长度进行计数。 当FIFO的空水位在1/2时，向SDRAM提出读取相应帧优先级的请求，而SDRAM则 满足此请求。 在每次时隙末尾，如图3所示，需要根据FIFO中存储的数据带宽需求以及SDRAM中的数据带宽需求以及R印ort帧的带宽需求，三者相加，得到本次实际申请的数据带宽。
本次实现时，R印ort帧的申请阀值为寄存器可配；对剩余带宽使用轮询方法进行 处理。
权利要求
一种应用于EPON终端系统基于绝对优先级的数据调度方法，所述的EPON终端系统是一种点到多点的网络系统，它主要包含三个部分局端OLT、终端ONU以及无源光分路器，其特征在于a、所述的终端ONU中，增加有用于数据缓存的FIFO，且所述FIFO的个数依赖于当前区分数据的优先级级数，即当前数据被区分为8个优先级，则FIFO个数为8；FIFO的宽度通常匹配于外部存储器的数据位宽，即外部存储器为32位数据位宽，则FIFO的数据宽度为32；FIFO的深度可选；b、外部存储器中根据优先级分配地址空间，即采用的外部存储器为8MB容量，同时需要区分数据为8个优先级，则每个优先级数据划分1MB的地址空间；c、所述终端ONU向局端OLT发送数据，在发送时隙的尾部预留申请带宽使用的Report帧的发送时隙，每次时隙发送结束时，能够精确统计当前系统中还剩余多少数据等待发送，进而精确地控制ONU所申请的带宽量，优化网络带宽的使用；d、在更高优先级到来时，确保当前发送的数据是与申请发送的数据是一致的即只有在利用Report帧申请数据带宽时，是严格按照绝对优先级的算法进行处理；e、当局端OLT给终端ONU分配了超出其申请的带宽，即有剩余带宽时，根据应用的需要，可以选择绝对优先级调度，或选择轮询调度会平均分配带宽。
2. 根据权利要求l所述的应用于EPON终端系统基于绝对优先级的数据调度方法，其特 征在于所述的部分(a)中，还包括l)FIFO的个数需要严格匹配当前区分数据的优先级个 数；2)FIFO的数据宽度可以不匹配外部存储器的数据宽度，即当外部存储器的数据宽度为 32位时，FIFO的数据宽度可以为8位、16位或者是32位；当外部存储器的数据宽度为8位 时，FIFO的数据宽度仍然可以选择为32位、16位或者是8位；3)所述FIFO发送完毕一个 帧之后，当前优先级还能继续发送帧，此时要求FIFO在连续发送两个帧之间，不能有额外 的时延产生，由此，FIFO的深度可以设置为某个合理值，确保在数据帧的发送时，即使访问 外部存储器会带来一定的时延，但利用FIFO可以"掩盖"由此带来的时延。
3. 根据权利要求l所述的应用于EPON终端系统基于绝对优先级的数据调度方法，其特 征在于所述的部分(b)中，还包括所述的外部存储器可以随机访问，各个优先级的帧可以 在任意地址空间存储，各个优先级帧按照一定的算法存储；它根据终端ONU实际运行时的 带宽分配情况，提出使用固定地址空间分配方法，同时提出需要使用存储容量较大的外部 存储器。
4. 根据权利要求1所述的应用于EPON终端系统基于绝对优先级的数据调度方法，其特 征在于所述的部分(c)中，所指出的申请数据带宽计算公式为总宽带需求=FIFO中的帧带宽需求 +SDRAM中帧的带宽需求 +Iteport帧的带宽需求。
5. 根据权利要求l所述的应用于EPON终端系统基于绝对优先级的数据调度方法，其特 征在于所述的部分(d)中，由于每次利用R印ort帧申请的数据带宽有一个限制阀值，则每次申请时，首先满足最高优先级的数据帧，然后满足次优先级的数据帧。如果此时最高优先 级的数据帧为O，则首先满足次优先级的数据帧，其余情况以此类推。
6. 根据权利要求l所述的应用于EPON终端系统基于绝对优先级的数据调度方法，其特征在于所述的部分(e)，局端0LT给终端0NU分配的时隙可以划分为3个部分，其中第1 部分是ONU利用R印ort帧申请的带宽需求；第2部分则是OLT有可能会给ONU多分配的带 宽，即所谓的剩余带宽；而第3部分则是ONU发送R印ort帧所需要的时隙带宽。其中第2 部分的时隙带宽有可能为0 ;第3部分的时隙带宽为某个固定值。
全文摘要
一种应用于EPON终端系统基于绝对优先级的数据调度方法，所述的EPON终端系统是一种点到多点的网络系统，它主要包含三个部分局端OLT、终端ONU以及无源光分路器，其特征在于a所述的终端ONU中，增加有用于数据缓存的FIFO，且所述FIFO的个数依赖于当前区分数据的优先级级数；b外部存储器中根据优先级分配地址空间；c所述终端ONU向局端OLT发送数据，在发送时隙的尾部预留申请带宽使用的Report帧的发送时隙，每次时隙发送结束时，能够精确统计当前系统中还剩余多少数据等待发送；d在更高优先级到来时，确保当前发送的数据是与申请发送的数据是一致的；e当局端OLT给终端ONU分配了超出其申请的带宽，可以选择绝对优先级调度，或选择轮询调度会平均分配带宽；它经过实际运行测试，效果优良，带宽利用率高，满足了EPON系统数据传输要求。
文档编号H04L12/56GK101754057SQ20091015531
公开日2010年6月23日 申请日期2009年12月11日 优先权日2009年12月11日
发明者周涛, 张宇, 陈伟强 申请人:杭州钦钺科技有限公司