专利名称：应用于同轴承载以太网设备的动态时隙分配方法
技术领域：
本发明涉及时隙分配方法，尤其涉及在同轴承载以太网(以下简称为E0C)技术应 用中针对不同用户或业务进行动态的时隙分配的方法。
背景技术：
在E0C技术中，局端设备和用户端设置之间的连接结构如图1所示，局端设备通过 分支器、分配器和多个用户端设备连接。局端设备向用户端设备的发送方向为下行方向，而 用户端设备向局端设备的发送方向为上行方向。 现有的典型动态时隙分配方法大致有两种， 一种是IPACT (可变周期的间插轮询) 方法，另一种是典型EOC系统的动态时隙分配方法。
IPACT方法简述如下 步骤1 :在t。时刻，局端设备知道在某个用户端设备中有多少数据要发送以及局 端设备和用户端设备之间的信息发送耗时。局端设备把轮询的信息存在一个表格当中，然 后局端设备给该用户端设备(称为用户端设备l)发送上行时隙安排，允许它发送N个字节 的数据。 步骤2 :用户端设备1 一收到这个上行时隙安排以后就发送数据，与此同时一直在 接收下行的数据帧，在发送快结束的时候生成时隙需求并发送给局端设备，这个需求告诉 局端设备更新用户端设备1中还有多少数据需要传送。 步骤3 :即便是在局端设备接到用户端设备1的回复之前，它就已经知道了用户端 设备1传送的最后一个比特何时到达。 步骤4 :在一段时间以后，从用户端设备1来的数据到达了。在用户端设备1发送 数据结束的时候，会有一个新的请求到来，这个请求当中包含了在这个请求发送之前用户 端设备1的缓存中还有多少数据要发送的信息。局端设备就用这个请求当中的信息来更新 它的列表。 步骤5 :与步骤4类似，局端设备计算出用户端设备2的最后一个比特何时到达。 然后，它发送时隙安排给用户端设备3使得用户端设备3的数据紧接着用户端设备2的数 据发送。再隔一段时间以后，来自用户端设备2的数据到达了，局端设备再次更新它的列 表，这次是用户端设备2的时间入口。 图2示出了这种IPACT方法的时序示例。这种IPACT方法的不足之处在于轮询周 期未加限制，上行信道可能被传输大量数据的某个用户端设备所垄断，负载较轻时信道利 用率很低，也不具有实时业务QoS保证，而且仅适用于EP0N系统。 另一种方法是典型EOC系统的动态时隙分配方法。局端设备根据用户端设备提出 的时隙和优先级需求，统一调度下发允许各用户端上传时隙的长度。用户端设备根据局端 设备的安排在规定的时隙内上行发送信息。 在上行时段中或者在上行和下行的间隔时段中有一段固定的时隙是用来让用户 端设备向局端设备注册使用的。
这一种动态时隙分配方法的不足是上行信道可能被传输大量数据的某个用户端 设备所垄断，且未考虑富裕时隙的二次安排，局端设备基于分配时隙的运算压力过大，注册 用时隙长度固定不灵活等。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种应用于同轴承载以太网设备的动态 时隙分配方法，具有高信道利用率、支持QoS和公平性。 本发明的技术方案为本发明揭示了一种应用于同轴承载以太网设备的动态时隙 分配方法，包括 (1)局端设备下行广播下一上行时段的起止时刻，其中包括用于申请注册的时间 窗时段以及分配给各个用户端设备的时隙安排； (2)如果接收广播的用户端设备未注册，则进行步骤(3) (5)的处理，如果接收 广播的用户端设备已注册，则进行步骤(6) (7)的处理； (3)未注册的用户端设备在申请注册的时间窗时段内向局端设备发送注册申请；
(4)局端设备接收到注册申请后对用户端设备进行合法性的授权审核，审核通过 后局端设备下行发送注册完成的信息给用户端设备； (5)用户端设备收到注册完成的信息后，发送注册确认给局端设备，此时注册程序 完成； (6)已注册的用户端设备根据广播中的时隙安排，在分配的时隙中向局端设备上 行发送数据和更新的时隙需求； (7)局端设备根据所有用户端设备上报的时隙需求，按需分配下一上行时段的总 长度和其中的时隙安排。 根据本发明的应用于同轴承载以太网设备的动态时隙分配方法的一实施例，在步 骤(1)中，如果没有任何已注册的用户端设备存在，则下一上行时刻全部是用于申请注册 的时间窗时段。 根据本发明的应用于同轴承载以太网设备的动态时隙分配方法的一实施例，在步 骤(1)中，初次的时隙安排是设定的上行时段的长度减去申请注册的时间窗时段的长度， 再根据注册的先后顺序均分给当前已经完成注册的用户端设备。 根据本发明的应用于同轴承载以太网设备的动态时隙分配方法的一实施例，用户 端设备的上行时隙之间保留一段保护间隔。 根据本发明的应用于同轴承载以太网设备的动态时隙分配方法的一实施例，在步
骤(3)中，未注册的用户端设备上电后先侦听广播，在得知确切的用于申请注册的时间窗
时段后，随机从时间窗开始的时间点延迟一段时间再上行发送注册申请到局端设备。 根据本发明的应用于同轴承载以太网设备的动态时隙分配方法的一实施例，步骤
(6)中的发送更新的时隙需求进一步是指将用户端设备将自身的剩余数据队列情况在指定
时隙的末尾上报给局端设备，以作为局端设备在下一上行时段安排时隙的依据。 根据本发明的应用于同轴承载以太网设备的动态时隙分配方法的一实施例，在步
骤(6)中，用户端设备支持队列优先级模式在用户端设备发送好时隙请求后直到收到局
端设备下发的时隙安排这段时间内，高优先级的数据无条件地优先占据发送队列，在收到局端设备下发的时隙安排直到用户端设备开始上行发送数据的这段时间内，高优先级数据 无权优先占据发送队列。 根据本发明的应用于同轴承载以太网设备的动态时隙分配方法的一实施例，在步 骤(7)中，局端设备根据上下行的历史流量记录动态调整上下行的时段比，以保持适当的 轮询周期；且局端设备根据已注册的用户端设备的数量以及可以支持的用户端设备的数量 上限的关系来动态调整下一上行时段中申请注册的时间窗时段的长度在整个上行时段中 的比例。 根据本发明的应用于同轴承载以太网设备的动态时隙分配方法的一实施例，该局
端设备给每个用户端设备的分配时隙长度设置上限，且对每个用户端设备设置用户等级。 根据本发明的应用于同轴承载以太网设备的动态时隙分配方法的一实施例，在时
隙分配时局端设备还进行了时隙的二次分配在第一次时隙分配完成后如果上行时段仍有
空余时隙未被分配，则将空余时隙按照用户端设备的剩余需求占总的剩余需求的比例来分
配上行时段中的空余时隙给那些时隙需求没有得到满足的用户端设备。 本发明对比现有技术有如下的有益效果本发明的技术方案适用于通过TDMA方
式来调配上下行信号共享信道带宽的半双工E0C系统。通过在信号上行阶段由各用户端
设备上报时隙需求，然后在信号下行阶段由局端设备根据各用户端设备的需求进行统一调
配，下发广播告知各用户端设备在下一上行时刻的时隙安排，在紧接着的上行阶段，各用户
端设备再根据自身队列优先级的情况严格按照局端设备分配的时隙起止时刻发送各优先
级队列的数据和更新的总的时隙需求至局端设备。对比现有技术，本发明的方法适用于EOC
设备，具有高信道利用率、支持QoS和公平性。
图1是局端设备和用户端设备之间的连接结构示意图。
图2是IPACT的时序的一个示例的示意图。 图3是本发明的应用于EOC设备的动态时隙分配方法的实施例的流程图。
图4是上下行时段的典型分配的示意图。
图5是初始上行时段的时隙安排的示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。 图3示出了本发明的应用于EOC设备的动态时隙分配方法的实施例的流程。请参
见图3，下面是对本实施例的动态时隙分配方法的各个步骤的详细描述。 步骤SIO :局端设备下行广播下一上行时段的起止时刻，其中包括用于申请注册
的时间窗时段以及分配给各个用户端设备的时隙安排。 在这一步骤中，根据EOC半双工网络的特性，将时间轴分为上行和下行依次交替 的时段安排，而在上下行之间、注册时间窗和用户端设备的上行时隙之间以及用户端设备 的上行时隙之间分别保留一段保护间隔，由局端设备来统一调度整个系统中某一时刻的发 送方向和发送设备。 例如如图4所示，首先在局端设备上电后将总的时间轴分为上下行时段交替等分。例如先300ms下行时段再加上3ms时段保护间隔，接着是300ms上行时段加上3ms时
段保护间隔，之后又是300ms下行时段加上3ms时段保护间隔，如此循环。 初次的时隙安排是将设定的上行时段的长度减去申请注册的时间窗时段的长
度，再根据注册的先后顺序均分给当前已经完成注册的用户端设备。如果没有任何已注册
的用户端设备存在，则下一个上行时刻全部用于申请注册的时间窗时段。 步骤Sll :接收广播的用户端设备是否已经注册，如果尚未注册则进入步骤S12，
如果已经注册则进入步骤S15。 步骤S12 :未注册的用户端设备在申请注册的时间窗时段内向局端设备发送注册 申请。 进一步说，未注册的用户端设备上电后先侦听广播，在得知确切的用于申请注册 的时间窗时段后，随机从注册时间窗开始的时间点延迟一段时间再上行发送注册申请到局 端设备。这一措施是为了防止多个用户端设备发送注册申请时发生碰撞。用户端设备发送 注册申请后始终侦听下行消息，若在下一下行时段没有接收到注册申请的回应，则可判断 为注册超时，根据最新安排的注册时间窗时段继续上行发送注册申请，直到注册成功为止。
步骤S13 :局端设备接收到注册申请后对用户端设备进行合法性的授权审核，审 核通过后局端设备下行发送注册完成的信息给用户端设备。 步骤S14 :用户端设备收到注册完成的信息后，发送注册确认给局端设备，此时注 册程序完成。 此时整个注册程序完成，用户端设备变成已注册的状态。 步骤S15 :已注册的用户端设备根据广播中的时隙安排，在分配的时隙中向局端 设备上行发送数据以及更新后的时隙需求。 如图5所示，用户端设备根据得到的时隙安排，在属于自己的时隙到来时，上行发 送数据信息，并在时隙末尾将自己的剩余数据队列情况上报给局端设备，以作为下一上行 时段安排时隙的依据。与此同时，未注册的用户端设备继续在规定的注册申请的时间窗时 段内进行注册申请。 在这一步骤中可以看出，本发明的改进之一是将优先级的调配任务从局端设备下 放到了用户端设备。用户端设备只向局端设备上报总的时隙需求，然后在分配到的指定时 隙内根据自身数据队列的情况再进行区分优先级的时隙分配，这样可以减少局端设备的计 算压力。 用户端设备支持队列优先级模式，用户端设备对自身队列里面的数据进行优先级 划分，原则上高优先级的数据优先占据队列，即优先发送。但是若高优先级的数据长期垄断 队列，会导致低优先级的数据长时间延迟而造成用户端设备的系统总时延和抖动的增加， 影响整体的服务质量。因此为了避免这一情况的出现，设置高优先级的数据占据队列的条 件时间点，也就是在用户端设备发送好时隙请求后直到收到局端设备下发的时隙安排这段 时间内，高优先级的数据可以无条件地占据队列，但在收到局端设备下发的时隙安排直到 用户端设备真正开始上传发送数据的这段时间内，高优先级数据无权优先占据队列，即数 据队列应维持原来顺序。这样既保证了高优先级数据的优先发送，同时又保证了低优先级 数据也具有一定的发送机会，从而避免了系统在延时和抖动方面的性能下降，兼顾了优先 级和公平性。
步骤S16 :局端设备根据所有用户端设备上报的时隙需求，按需分配下一上行时段的总长度和其中的时隙安排。 这里的时隙需求和上一步骤中的概念一样，是指剩余数据队列情况。
这一步骤中的特点包括 局端设备可根据上下行的历史流量记录来动态调整上下行的时段比，根据实际流量情况，在对称的上下行时段分配与不对称的上下行时段分配之间灵活切换，从而始终保持适当的轮询周期。 局端设备可根据已注册用户端设备数量和能支持的用户端设备数量上限的关系
来动态调整下一上行时段的注册时间窗的长度在整个上行时段中的比例。 为了避免有大量数据流量的某些用户端设备长期垄断上行时段，局端设备给每个
用户端设备的时隙长度设置上限。此外，为了实现用户间的公平，对每个用户端设备设置
SLA(用户等级)，根据用户等级来设置诸如最小时隙、最大时隙、最低通信条件等参数，来
相应调整和定制服务。 为求最大限度地合理利用时隙，局端设备可进行时隙的二次分配第一次分配完后，如果上行时段依然有空余时隙未被分配，则将空余时隙按照用户端设备的剩余需求占总的剩余需求的比例来分配上行时段中的空余时隙给那些时隙需求没有得到满足的用户端设备。 上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现或使用本发明的，本领域普通技术人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
权利要求
一种应用于同轴承载以太网设备的动态时隙分配方法，包括(1)局端设备下行广播下一上行时段的起止时刻，其中包括用于申请注册的时间窗时段以及分配给各个用户端设备的时隙安排；(2)如果接收广播的用户端设备未注册，则进行步骤(3)～(5)的处理，如果接收广播的用户端设备已注册，则进行步骤(6)～(7)的处理；(3)未注册的用户端设备在申请注册的时间窗时段内向局端设备发送注册申请；(4)局端设备接收到注册申请后对用户端设备进行合法性的授权审核，审核通过后局端设备下行发送注册完成的信息给用户端设备；(5)用户端设备收到注册完成的信息后，发送注册确认给局端设备，此时注册程序完成；(6)已注册的用户端设备根据广播中的时隙安排，在分配的时隙中向局端设备上行发送数据和更新的时隙需求；(7)局端设备根据所有用户端设备上报的时隙需求，按需分配下一上行时段的总长度和其中的时隙安排。
2. 根据权利要求1所述的应用于同轴承载以太网设备的动态时隙分配方法，其特征在于，在步骤(1)中，如果没有任何已注册的用户端设备存在，则下一上行时刻全部是用于申请注册的时间窗时段。
3. 根据权利要求1所述的应用于同轴承载以太网设备的动态时隙分配方法，其特征在于，在步骤(1)中，初次的时隙安排是设定的上行时段的长度减去申请注册的时间窗时段的长度，再根据注册的先后顺序均分给当前已经完成注册的用户端设备。
4. 根据权利要求3所述的应用于同轴承载以太网设备的动态时隙分配方法，其特征在于，用户端设备的上行时隙之间保留一段保护间隔。
5. 根据权利要求1所述的应用于同轴承载以太网设备的动态时隙分配方法，其特征在于，在步骤(3)中，未注册的用户端设备上电后先侦听广播，在得知确切的用于申请注册的时间窗时段后，随机从时间窗开始的时间点延迟一段时间再上行发送注册申请到局端设备。
6. 根据权利要求1所述的应用于同轴承载以太网设备的动态时隙分配方法，其特征在于，步骤(6)中的发送更新的时隙需求进一步是指将用户端设备将自身的剩余数据队列情况在指定时隙的末尾上报给局端设备，以作为局端设备在下一上行时段安排时隙的依据。
7. 根据权利要求1所述的应用于同轴承载以太网设备的动态时隙分配方法，其特征在于，在步骤(6)中，用户端设备支持队列优先级模式在用户端设备发送好时隙请求后直到收到局端设备下发的时隙安排这段时间内，高优先级的数据无条件地优先占据发送队列，在收到局端设备下发的时隙安排直到用户端设备开始上行发送数据的这段时间内，高优先级数据无权优先占据发送队列。
8. 根据权利要求1所述的应用于同轴承载以太网设备的动态时隙分配方法，其特征在于，在步骤(7)中，周端设备根据上下行的历史流量记录动态调整上下行的时段比，以保持适当的轮询周期；且局端设备根据已注册的用户端设备的数量以及可以支持的用户端设备的数量上限的关系来动态调整下一上行时段中申请注册的时间窗时段的长度在整个上行时段中的比例。
9. 根据权利要求1所述的应用于同轴承载以太网设备的动态时隙分配方法，其特征在 于，该局端设备给每个用户端设备的分配时隙长度设置上限，且对每个用户端设备设置用 户等级。
10. 根据权利要求1所述的应用于同轴承载以太网设备的动态时隙分配方法，其特征在于，在时隙分配时局端设备还进行了时隙的二次分配在第一次时隙分配完成后如果上 行时段仍有空余时隙未被分配，则将空余时隙按照用户端设备的剩余需求占总的剩余需求 的比例来分配上行时段中的空余时隙给那些时隙需求没有得到满足的用户端设备。
全文摘要
本发明公开了一种应用于同轴承载以太网设备的动态时隙分配方法，具有高信道利用率、支持QoS和公平性。其技术方案为本发明通过在信号上行阶段由各用户端设备上报时隙需求，然后在信号下行阶段由局端设备根据各用户端设备的需求进行统一调配，下发广播告知各用户端设备在下一上行时刻的时隙安排，在紧接着的上行阶段，各用户端设备再根据自身队列优先级的情况严格按照局端设备分配的时隙起止时刻发送各优先级队列的数据和更新的总的时隙需求至局端设备。
文档编号H04Q11/04GK101765033SQ200910200478
公开日2010年6月30日 申请日期2009年12月23日 优先权日2009年12月23日
发明者何一旻, 顾亚平 申请人:上海全景数字技术有限公司