专利名称：动态调整上下行可调度带宽的方法
技术领域：
本发明涉及信号传输领域，特别是涉及一种在点对多点网络中动态调整上下行可 调度带宽的方法。
背景技术：
点对多点网络是一种应用很广泛的网络，通常采用树型结构，如ΕΡ0Ν(以太网无 源光网络)网络、EOC^thernet Over Cable基于同轴电缆传输以太网帧)网络等。附图 是以EOC网络为例的一个点对多点网络拓扑示意图。一个局端设备通过树型方式连接多个 用户端设备，局端设备向用户端设备的通信为下行方向，用户端设备向局端设备的通信为 上行方向。有些系统采用冲突共享方式来调度局端设备和用户端设备的上下行流量。有些系 统采用上行和下行分别占用系统带宽的方式来调度(其方法可以是时分复用、频分复用、 码分复用中的一种方法或多种方法的结合)；例如，采用时分复用的系统在时段A调度上行 数据，在时段B调度下行数据；采用频分复用的系统在频段A调度上行数据，在频度B调度 下行数据。在某个方向上(上行或下行)，一些系统支持用户端设备的带宽属性，如保证带宽 和尽力而为带宽。当满足了用户端设备的保证带宽之后，若该方向上的系统可用带宽还有 冗余，可以作为尽力而为带宽分配给用户端设备。这种实现方式的局限是没有将上行和下 行的带宽资源作为一个整体来分配和调度；在某些场景下浪费系统带宽，降低系统带宽利 用效率。例如，某个系统的总可用带宽资源为200Mbps，其中分配给上行可用带宽资源和下 行可用带宽资源分别为100Mbps。如果用户在下行方向的峰值带宽总和只有80Mbps，而上 行方向的峰值带宽达到140Mbps，但下行方向空余的20Mbps无法用于上行方向流量，从系 统角度来看没有最大化利用系统资源。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种在点对多点网络中动态调整上下行可调度 带宽的方法，能将上行和下行带宽资源作为一个整体来动态分配。为解决上述技术问题，本发明的动态调整上下行可调度带宽的方法是采用如下技 术方案实现的系统保证用户端设备的保证带宽CHR要求，无论是上行还是下行方向，所有用户 端设备在该方向上的CHR之和需小于或等于该方向的系统总可用带宽；系统无需保证用户端设备的峰值带宽MR要求，无论是上行还是下行方向，所有 用户端设备在该方向上的MR之和可以小于、等于或大于该方向的系统总可用带宽；系统无需保证用户端设备的不保证带宽WR要求，无论是上行还是下行方向，所 有用户端设备在该方向上的WR之和可以小于、等于或大于该方向的系统总可用带宽；局端设备可以定期调整、重新分配系统上下行带宽；
局端设备也可以不定期调整、重新分配系统上下行带宽；其中，PIR彡 CIR，UIR = PIR-CIR。采用本发明的方法，在当前用户总带宽需求超载时，在保证每个用户的保证带宽 的同时，能够使系统总可用带宽的利用率保持在100%。不会出现在一个方向上系统可用带 宽有冗余，而另一个方向上系统可用带宽不足的情况。而且，实现方式非常简单、灵活，可基 于系统当前带宽状态和当前用户状态灵活实现用户策略。
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明附图是以EOC网络为例的一个点对多点网络拓扑示意图。
具体实施例方式在本发明中系统为每个用户端设备在上行和下行方向定义的带宽相关参数如 下CIR(保证带宽，Committed Information Rate)，系统确保给用户端设备分配的带
觅οPIR(峰值带宽，Peak Information Rate)，系统可能分配给用户端设备的最大带 宽，P^大于或等于CIR。为后续描述方便，若系统未定义PIR参数，则认为该设备的P^等 于 CIR0UIR(不保证带宽，Uncommitted Information Rate)，等于 PIR-CIR。系统保证用户端设备的CHR要求。无论是上行还是下行方向，所有用户端设备在 该方向上的CIR之和需小于或等于该方向的系统总可用带宽。系统无需保证用户端设备的MR要求。无论是上行还是下行方向，所有用户端设 备在该方向上的MR之和可以小于、等于或大于该方向的系统总可用带宽。系统无需保证用户端设备的WR要求。无论是上行还是下行方向，所有用户端设 备在该方向上的WR之和可以小于、等于或大于该方向的系统总可用带宽。为便于描述具体算法，定义如下参数系统上下行总可用带宽为B，其中，B已将控制开销所占带宽除去。例如，系统的总 带宽为200Mbps，控制开销为4Mbps，那么总可用带宽为196Mbps。用户端设备i的上行保证带宽为Biuc，上行峰值带宽为Biup，上行不保证带宽为 Biuu，下行保证带宽为Bidc，下行峰值带宽为Bidp和下行不保证带宽为Bidu。当前已注册的所有用户端设备的上行保证带宽的总和为Buc，上行峰值带宽的总 和为Bup，上行不保证带宽的总和为Buu，下行保证带宽的总和为Bdc，下行峰值带宽的总和 为Bdp，下行不保证带宽的总和为Bdu。用户端设备的上行权重为Wiu ；下行权重为Wid。当前已注册的所有用户端设备的上行权重的总和为■。当前已注册的所有用户端设备的下行权重的总和为Wd。定义系统剩余空闲带宽Bap = B-(Bup+Bdp)。
定义系统剩余可支配带宽Bac = B- (Buc+Bdc)。
系统默认(或事先配置)的上行倾斜因子为C(0%彡C < 100% )。剩余空闲带宽或剩余可支配带宽的上行倾斜因子为A(0%彡A ^ 100% )。定义上行方向可调度带宽为Bus。定义下行方向可调度带宽为Bds。局端设备可以定期调整系统上下行带宽的重新分配。例如某些局端设备将时间轴 划分为等长的调度周期，局端设备在每个调度周期内重新调整系统上下行带宽分配。局端设备也可以不定期调整系统上下行带宽的重新分配，例如每当有用户端设备 上线(注册)或掉线(离线)，或是当系统修改已注册用户端设备的属性造成一个或多个参 数(如Buc，Bup, Buu, Bdc, Bdp, Bdu, ffu, ffd, Α)发生改变时，触发局端设备重新调整系统上 下行带宽分配。触发局端设备重新调整系统上下行带宽分配时存在两种不同的情况，下面分别进 行描述一、触发局端设备重新调整系统上下行带宽分配时，系统需满足公式 B ^ (Bup+Bdp),艮口 Bap >0。在满足上述条件的情况下，触发局端设备重新调整系统上下行带宽分配的方法 是步骤一、局端设备根据当前已注册的所有用户端设备，分别计算Buc、Bup、Buu、 Bdc、Bdp、Bdu、ffu, Wd和Bap。系统默认(或事先配置)的上行倾斜因子为C。步骤二、根据步骤一计算得到的参数计算得到参数A。参数A和上述参数中的一个 或多个有函数关系，用A = F(B, Buc, Bup, Buu, Bdc, Bdp, Bdu, ffu, ffd, Bap, C)来表示这种函
数关系。步骤三、上行方向可调度带宽为Bus = Bup+BapXA。下行方向可调度带宽为Bds = Bdp+BapX (I-A)。步骤四、局端设备按照新计算的系统上下行带宽资源重新进行分配。所述参数A可以采用如下方法进行计算(1)、令 A = F(B，Buc，Bup, Buu, Bdc, Bdp, Bdu, Wu，Wd，Bap, C) =C0 艮口除了 C 之
外，其它参数对A的取值没有任何影响。参数C取值越大，带宽分配越向上行方向倾斜；取 值越小，越向下行方向倾斜。当C = 100%时，系统剩余空闲带宽全部分配给上行方向。其中，上行方向可调度带宽为Bus = Bup+Bap XA = Bup+Bap XC = Bup+Bap。下行方向可调度带宽为Bds = Bdp+BapX (I-A) = Bdp+BapX (I-C) = Bdp0当C = 0%时，系统剩余空闲带宽全部分配给下行方向。其中，上行方向可调度带宽为Bus = Bup+Bap XA = Bup+Bap X C = Bup。下行方向可调度带宽为Bds = Bdp+Bap X (I-A) = Bdp+Bap X (I-C) = Bdp+Bap0O)、计算A时考虑注册用户端设备权重。即令，
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A = F(B, Buc, Bup, Buu, Bdc, Bdp, Bdu, ffu, ffd, Bap, C)=F(Wu，Wd)。参数A的具体计算方法为定义参数D取值范围为W，(ffu+ffd) /ffu]。参数A = F (ffu, ffd) =DXffu/ (ffu+ffd)。参数D取值越大，带宽分配越向上行方向倾斜；取值越小，越向下行方向倾斜；D取 值为ι时，则系统完全基于权重的总和mi、w来分配。当D = (ffu+ffd)/Wu时，系统剩余空闲带宽全部分配给上行方向。其中参数A = DXffu/ (ffu+ffd) = 100%。上行方向可调度带宽为Bus = Bup+BapXA = Bup+Bap。下行方向可调度带宽为Bds = Bdp+BapX (I-A) = Bdp。当D = 0时，系统剩余空闲带宽全部分配给下行方向。其中参数A = D X Wu/ (ffu+ffd) = 0 %。上行方向可调度带宽为Bus = Bup+BapXA = Bup。下行方向可调度带宽为Bds= Bdp+BapX (I-A) = Bdp+Bap。(3)、计算A时考虑注册用户端设备的UIR。S卩，令A = F(B, Buc, Bup, Buu, Bdc, Bdp, Bdu, ffu, ffd, Bap, C)= F(Buu，Bdu)。参数A的具体计算方法为定义参数E取值范围为W，(Buu+Bdu) /Buu]。参数 A = F (Buu, Bdu) =EX Buu/ (Buu+Bdu)。参数E取值越大，带宽分配越向上行方向倾斜；取值越小，越向下行方向倾斜；取 值为1时，则系统完全基于注册用户端设备的WR来分配。当E = (Buu+Bdu)/Buu时，系统剩余空闲带宽全部分配给上行方向。其中参数A =EXBuu/(Buu+Bdu) =100%。上行方向可调度带宽为Bus = Bup+BapXA = Bup+Bap。下行方向可调度带宽为Bds = Bdp+BapX (I-A) = Bdp。当E = 0时，系统剩余空闲带宽全部分配给下行方向。其中参数A = EX Buu/ (Buu+Bdu) = 0 %。上行方向可调度带宽为Bus = Bup+BapXA = Bup。下行方向可调度带宽为Bds= Bdp+BapX (I-A) = Bdp+Bap。(4)、将上述A的计算方法(2)和(3)相结合，同时考虑注册用户端设备权重的总 和mi、w和注册用户端设备的uir。S卩，令A = F(B, Buc, Bup, Buu, Bdc, Bdp, Bdu, ffu, ffd, Bap, C)= F (Buu, Bdu, ffu, ffd) 参数A的具体计算方法为定义参数D取值范围为W，(ffu+ffd) /ffu]。定义参数E取值范围为
。定义参数F取值范围为W，1]。
参数A = F (Buu，Bdu，Wu，Wd)= FX [DXffu/ (ffu+ffd) ] +(I-F) X [EXBuu/ (Buu+Bdu)]。当参数F = 1时，等效于方法(2)；当参数F = 0时，等效于方法(3)。下面的具体实施例能更有助于理解当Bap ^ 0时如何触发局端设备重新调整系统 上下行带宽分配。系统配置为系统上下行总可用带宽为100Mbps。局端设备基于用户端设备上线或掉线动态分配上下行带宽。在采用下述实施例之前，系统有12个用户端设备上线注册，上行保证带宽总和 Buc为15Mbps，上行峰值带宽总和Bup为20Mbps ；上行权重总和胁为22 ；下行保证带宽总 和Bdc为15Mbps ；下行峰值带宽总和Bdp为20Mbps ；下行权重总和W为20。系统分配给 上行可调度带宽和下行可调度带宽均为50Mbps。实施例1 主要描述当新用户上线后，造成上行峰值带宽需求超过上行可调度带 宽时，所采取的应对策略和调整结果。详细过程如表1所示。表权利要求
1.一种在点对多点网络中动态调整上下行可调度带宽的方法，其特征在于系统保证用户端设备的保证带宽CHR要求，无论是上行还是下行方向，所有用户端设 备在该方向上的CHR之和需小于或等于该方向的系统总可用带宽；系统无需保证用户端设备的峰值带宽MR要求，无论是上行还是下行方向，所有用户 端设备在该方向上的MR之和可以小于、等于或大于该方向的系统总可用带宽；系统无需保证用户端设备的不保证带宽WR要求，无论是上行还是下行方向，所有用 户端设备在该方向上的WR之和可以小于、等于或大于该方向的系统总可用带宽； 局端设备可以定期调整、重新分配系统上下行带宽； 局端设备也可以不定期调整、重新分配系统上下行带宽； 其中，PIR 彡 CIR, UIR = PIR-CIR0
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于触发局端设备重新调整系统上下行带宽分 配时，系统需满足B彡(Bup+Bdp)，即Bap彡O ；局端设备重新调整系统上下行带宽分配的方法是步骤一、局端设备根据当前已注册的所有用户端设备，分别计算参数Buc、Bup、Buu、 Bdc、Bdp、Bdu、Wu、Wd 禾口 Bap ；步骤二、根据步骤一计算得到的参数计算得到参数A ；参数A和上述参数中的一个或多 个具有函数关系，即，A = F(B, Buc, Bup, Buu, Bdc, Bdp, Bdu, ffu, ffd, Bap, C)； 步骤三、上行方向可调度带宽为Bus = Bup+BapXA, 下行方向可调度带宽为Bds = Bdp+BapX (I-A)； 步骤四、局端设备按照新计算的系统上下行带宽资源重新进行分配； 其中，B为系统上下行总可用带宽，且已将控制开销所占带宽去除；Buc为当前已注册 的所有用户端设备的上行保证带宽的总和；Bup为上行峰值带宽的总和；Buu为上行不保证 带宽的总和；Bdc为下行保证带宽的总和；Bdp为下行峰值带宽的总和；Bdu为下行不保证 带宽的总和；mi为当前已注册的所有用户端设备的上行权重的总和；W为当前已注册的所 有用户端设备的下行权重的总和；Bap为系统剩余空闲带宽，Bap = B-(Bup+Bdp) ；C为系统 默认或事先配置的上行倾斜因子，OC < 100%。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述参数A采用如下方法进行计算，令， A = F(B, Buc, Bup, Buu, Bdc, Bdp, Bdu, ffu, ffd, Bap, C)=C；参数C取值越大，带宽分配越向上行方向倾斜；取值越小，越向下行方向倾斜；当C = 100%时，系统剩余空闲带宽全部分配给上行方向；其中，上行方向可调度带宽为Bus = Bup+BapXA = Bup+Bap X C = Bup+Bap,下行方向可调度带宽为Bds = Bdp+BapX (I-A) = Bdp+BapX (I-C) = Bdp ；当C = 0%时，系统剩余空闲带宽全部分配给下行方向；其中，上行方向可调度带宽为Bus = Bup+BapXA = Bup+Bap X C = Bup,下行方向可调度带宽为Bds = Bdp+Bap X (I-A) = Bdp+Bap X (I-C) = Bdp+Bap0
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述参数A采用如下方法进行计算，定义参 数 D 取值范围为
，参数 A = FCWu，Wd) = DXffu/ (ffu+ffd)；参数D取值越大，带宽分配越向上行方向倾斜；取值越小，越向下行方向倾斜；D取值为 1时，则系统完全基于权重的总和mi、Wd来分配；当D= (Wu+Wd)/mi时，系统剩余空闲带宽全部分配给上行方向，其中参数A = DXmi/ (ffu+ffd) = 100% ；上行方向可调度带宽为Bus = Bup+BapXA = Bup+Bap, 下行方向可调度带宽为Bds = Bdp+Bap X (I-A) = Bdp ；当D = 0时，系统剩余空闲带宽全部分配给下行方向，其中参数A = D X ffu/(ffu+ffd) =0% ；上行方向可调度带宽为Bus = Bup+BapXA = Bup ； 下行方向可调度带宽为Bds = Bdp+BapX (I-A) = Bdp+Bap。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述参数A采用如下方法进行计算，定义参 数 E 取值范围为
，参数 A = F(Buu，Bdu) = EXBuu/(Buu+Bdu)；参数E取值越大，带宽分配越向上行方向倾斜；取值越小，越向下行方向倾斜；E取值为 1时，则系统完全基于注册用户端设备的WR来分配；当E= (Buu+Bdu)/Buu时，系统剩余空闲带宽全部分配给上行方向，其中参数A = EXBuu/ (Buu+Bdu) = 100%,上行方向可调度带宽为Bus = Bup+BapXA = Bup+Bap, 下行方向可调度带宽为Bds = Bdp+Bap X (I-A) = Bdp ；当E = 0时，系统剩余空闲带宽全部分配给下行方向，其中参数A = EXBuu/ (Buu+Bdu) = 0% ；上行方向可调度带宽为Bus = Bup+BapXA = Bup, 下行方向可调度带宽为Bds = Bdp+BapX (I-A) = Bdp+Bap。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述参数A采用如下方法进行计算， 定义参数D取值范围为
；定义参数E取值范围为
； 定义参数F取值范围为W，l]； 参数 A = F (Buu, Bdu，ffu, Wd)=FX [DXffu/ (ffu+ffd) ] +(I-F) X [EXBuu/ (Buu+Bdu)]。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于触发局端设备重新调整系统上下行带宽分 配时，系统需满足B < (Bup+Bdp)，即Bap < 0 ；触发局端设备重新调整系统上下行带宽分配的方法是步骤1、局端设备根据当前已注册的所有用户端设备，分别计算Buc、Bup, Buu、Bdc, Bdp、Bdu、Wu、Wd 禾口 Bac ；步骤2、根据步骤1计算得到的参数计算得到参数A ；参数A和上述参数中的一个或多 个有函数关系，用A = F(B, Buc, Bup, Buu, Bdc, Bdp, Bdu, ffu, ffd, Bac, C)来表示这种函数关系；步骤3、上行方向可调度带宽为Bus = Buc+BacXA, 下行方向可调度带宽为Bds = Bdc+BacX (I-A)； 步骤4、局端设备按照新计算的系统上下行带宽资源重新进行分配； 其中，B为系统上下行总可用带宽，且已将控制开销所占带宽去除；Buc为当前已注册 的所有用户端设备的上行保证带宽的总和；Bup为上行峰值带宽的总和；Buu为上行不保证 带宽的总和；Bdc为下行保证带宽的总和；Bdp为下行峰值带宽的总和；Bdu为下行不保证 带宽的总和；mi为当前已注册的所有用户端设备的上行权重的总和；W为当前已注册的所 有用户端设备的下行权重的总和；Bac为系统剩余可支配带宽，Bac = B-(Buc+Bdc) ；C为系 统默认或事先配置的上行倾斜因子，C < 100%。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于所述参数A采用如下方法进行计算，令 A = F(B, Buc, Bup, Buu, Bdc, Bdp, Bdu, ffu, ffd, Bac, C)=C；参数C取值越大，带宽分配越向上行方向倾斜；取值越小，越向下行方向倾斜； 当C = 100%时，系统剩余可支配带宽全部分配给上行方向，其中 上行方向可调度带宽为Bus = Buc+BacXA = Buc+BacXC = Buc+Bac ； 下行方向可调度带宽为Bds = Bdc+BacX (I-A) = Bdc+BacX (I-C) = Bdc ；当C = 0%时，系统剩余可支配带宽全部分配给下行方向，其中上行方向可调度带宽为Bus = Buc+BacXA = Buc+BacXC = Buc ；下行方向可调度带宽为Bds = Bdc+Bac X (I-A) = Bdc+Bac X (I-C) = Bdc+Bac。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于所述参数A采用如下方法进行计算，定义参 数 D 取值范围为
，参数 A = FCWu，Wd) = DXffu/ (ffu+ffd)；参数D取值越大，带宽分配越向上行方向倾斜；取值越小，越向下行方向倾斜；D取值为 1时，则系统完全基于权重的总和mi、Wd来分配；当D = (ffu+ffd)/Wu时，系统剩余可支配带宽全部分配给上行方向，其中 参数 A = DXffu/(ffu+ffd) = 100%, 上行方向可调度带宽为Bus = Buc+BacXA = Buc+Bac, 下行方向可调度带宽为Bds = Bdc+BacX (I-A) = Bdc ； 当D = 0时，系统剩余可支配带宽全部分配给下行方向，其中 参数 A = DXffu/(ffu+ffd) = 0%, 上行方向可调度带宽为Bus = Buc+BacXA = Buc, 下行方向可调度带宽为Bds = Bdc+BacX (I-A) = Bdc+Bac。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于所述参数A采用如下方法进行计算，定义 参数 E 取值范围为
，参数 A = F(Buu，Bdu) = EXBuu/(Buu+Bdu)；参数E取值越大，带宽分配越向上行方向倾斜；取值越小，越向下行方向倾斜；E取值为1时，则系统完全基于注册用户端设备的WR来分配；当E = (Buu+Bdu)/Buu时，系统剩余可支配带宽全部分配给上行方向，其中参数A = EXBuu/ (Buu+Bdu) = 100%, 上行方向可调度带宽为 Bus = Buc+BacXA = Buc+Bac, 下行方向可调度带宽为 Bds = Bdc+Bac X (I-A) = Bdc ；当E = 0时，系统剩余可支配带宽全部分配给下行方向，其中参数 A = EXBuu/ (Buu+Bdu) = 0% ；上行方向可调度带宽为Bus = Buc+BacXA = Buc ；下行方向可调度带宽为Bds = Bdc+BacX (I-A) = Bdc+Bac。
11.如权利要求7所述的方法，其特征在于所述参数A采用如下方法进行计算， 定义参数D取值范围为W，(ffu+ffd) /Wu]，定义参数E取值范围为W，(Buu+Bdu)/Buu], 定义参数F取值范围为W，l]， 参数 A = F (Buu，Bdu，ffu, Wd)=FX [DXffu/ (ffu+ffd) ] +(I-F) X [EXBuu/ (Buu+Bdu)]。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述局端设备不定期调整、重新分配系统 上下行带宽的方法是，每当有用户端设备上线或掉线时，触发局端设备重新调整系统上下 行带宽分配。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述局端设备不定期调整、重新分配系统 上下行带宽的方法是，每当系统修改已注册用户端设备的属性造成参数BUC，BUp，BUU，BdC， Bdp, Bdu, ffu, ffd, A中的一个或多个发生改变时，触发局端设备重新调整系统上下行带宽分配。
全文摘要
本发明公开了一种在点对多点网络中动态调整上下行可调度带宽的方法，系统保证用户端设备的保证带宽CIR要求，系统无需保证用户端设备的峰值带宽PIR要求，系统无需保证用户端设备的不保证带宽UIR要求，局端设备可以定期调整、重新分配系统上下行带宽；局端设备也可以不定期调整、重新分配系统上下行带宽；其中，PIR≥CIR，UIR＝PIR-CIR。本发明能将上行和下行带宽资源作为一个整体来动态分配。
文档编号H04L12/56GK102136982SQ20101002735
公开日2011年7月27日 申请日期2010年1月22日 优先权日2010年1月22日
发明者刘政, 李珂 申请人:普然技术公司, 普然通讯技术(上海)有限公司