一种支持服务等级的PON口负载均衡方法及装置与流程

本发明涉及通信技术领域，更具体地，涉及支持服务等级的PON口负载均衡方法及装置。

背景技术：

无源光纤网络PON作为用户大带宽接入的首选技术，已经越来越多地部署在全球各地的宽带接入网中，为用户提供了一种部署成本低、维护成本低且灵活性高的大带宽传送手段。

然而，传统PON网络中由于无法实现波长可调谐，使得光网络单元ONU不能灵活的选取PON口。此外，随着接入网中用户数量的不断增加以及用户需求的多样化，出现了不同的PON分支上负载不均衡的现象，导致在高负载的PON分支下的用户下载数据速度慢、用户体验差。

近年来，PON技术不断发展，PON系统中ONU的波长调谐技术已经相当成熟，使得通过在不同PON口间灵活调度ONU实现负载均衡成为可能。

基于PON系统的负载均衡算法已经成为研究的热点。负载均衡在流量管理方面扮演了重要的角色，通过把工作在高负载PON口下的ONU调整到低负载的PON口下，避免流量冲突的发生，有效地提高了带宽利用率。同时，负载均衡也方便服务提供商动态地响应网络负载的实时变化。

但是，目前提出的算法都是以用户侧实际产生的流量作为负载均衡的依据，并没有考虑带宽超额预订以及不同用户间服务等级协议(SLA)差异化的现状。

伴随着大流量、大宽带业务的普及，需要在原有负载均衡技术基础上加入对带宽超额预定和用户服务等级(SLA)的考虑，提出新的 负载均衡方案来满足用户服务差异化的需求。

技术实现要素：

本发明提供一种支持SLA的PON口负载均衡方法及装置，使得在避免流量冲突、提高带宽利用率的同时满足用户的差异化需求、提升用户体验。

本发明一方面，提供一种支持服务等级的PON口负载均衡方法，所述方法包括：

步骤S1，统计各个ONU请求带宽平均值

步骤S2，根据请求带宽平均值和预先设定的服务等级SLA参数，计算为各个ONU分配的带宽Rⁱ；

步骤S3，根据ONU和PON口的映射关系，统计各PON口上所有ONU分配带宽之和

步骤S4，选取需要调整的目标ONU，将目标OUN调整到合适的PON口。

进一步地，所述步骤S1，统计各个ONU请求带宽平均值R_Lⁱ，具体为：

一个动态波长分配DWA周期包含多个动态带宽分配DBA周期；

各个ONU在每个DBA周期内，上报带宽请求；

在一个DWA周期内，计算多个DBA周期的带宽请求的平均值，得到各个ONU请求带宽平均值

进一步地，所述步骤S2，根据请求带宽平均值和预先设定的服务等级SLA参数，计算为各个ONU分配的带宽Rⁱ，具体为：

计算各个OUN的保证带宽

计算各个ONU的超额带宽

对保证带宽与超额带宽求和，得到为各个ONU分配的带宽

进一步地，所述保证带宽、超额带宽的具体计算包括：

保证带宽

按权重为各个ONU分配的超额带宽

超额带宽总量S_E：

为固定带宽，是OLT根据系统容量为ONU预留的带宽；

为承诺带宽，当ONU的需求大于时，系统会以承诺带宽的形式为其继续分配带宽，分配上限不会超过如果该ONU需求较小，剩余部分承诺带宽分配给其它ONU；

为超额带宽，是在固定带宽和承诺带宽之外为满足ONU需求分配的带宽；

Wⁱ为超额带宽的分配权重，

C为PON系统的总容量。

进一步地，所述步骤S4，选取需要调整的目标ONU，将目标OUN调整到合适的PON口，具体包括：

在负载最大的PON口下，选取符合条件的ONU，若找到符合条件的ONU，将该OUN调整到负载最小的PON口，更新ONU和PON口的映射关系；若在负载最大的PON口下，没找到符合条件的，从次最大的PON口中寻找符合条件的ONU；寻找过程持续，直至遍历所 有的PON口。

本发明另一方面，提供一种支持服务等级的PON口负载均衡装置，所述装置包括：

请求带宽计算单元，统计各个ONU请求带宽平均值

分配带宽处理单元，根据请求带宽平均值和预先设定的服务等级SLA参数，计算为各个ONU分配的带宽Rⁱ；

统计求和单元，根据ONU和PON口的映射关系，统计各PON口上所有ONU分配带宽之和

负载调整单元，选取需要调整的目标ONU，将目标OUN调整到合适的PON口。

进一步地，所述请求带宽计算单元具体包括：

带宽请求上报子单元，用于为各个ONU在每个DBA周期内上报带宽请求；

平均带宽计算子单元，用于在一个DWA周期内，计算多个DBA周期的带宽请求的平均值，得到各个ONU请求带宽平均值其中，一个动态波长分配DWA周期包含多个动态带宽分配DBA周期。

进一步地，所述分配带宽处理单元具体包括：

保证带宽计算子单元，用于计算各个OUN的保证带宽

超额带宽子单元，用于计算各个ONU的超额带宽

分配带宽计算子单元，用于对保证带宽与超额带宽求和，得到为

各个ONU分配的带宽

其中，

保证带宽

按权重为各个ONU分配的超额带宽

超额带宽总量S_E：

为固定带宽，是OLT根据系统容量为ONU预留的带宽；

为承诺带宽，当ONU的需求大于时，系统会以承诺带宽的形式为其继续分配带宽，分配上限不会超过如果该ONU需求较小，剩余部分承诺带宽分配给其它ONU；

为超额带宽，是在固定带宽和承诺带宽之外为满足ONU需求分配的带宽；

Wⁱ为超额带宽的分配权重，

C为PON系统的总容量。

进一步地，所述负载调整单元具体包括：

调整子单元，用于：在负载最大的PON口下，选取符合条件的ONU，若找到符合条件的ONU，将该OUN调整到负载最小的PON口，更新ONU和PON口的映射关系；若在负载最大的PON口下，没找到符合条件的，从次最大的PON口中寻找符合条件的ONU；寻找过程持续，直至遍历所有的PON口。

本发明与现有技术相比：能够在避免流量冲突的同时，提高带宽利用率，并满足用户的差异化需求、提升用户体验。

附图说明

图1为本发明支持服务等级的PON口负载均衡方法实施例原理示 意图；

图2为本发明实施例SLA原理示意图；

图3为本发明实施例场景结构图；

图4为现有技术实现波长调谐的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1为本发明支持服务等级的PON口负载均衡方法实施例原理示意图。图1中，所述方法原理包括：

步骤1：开始一个新的周期T；

步骤2：统计各个ONU请求带宽平均值

步骤3：根据预先设定的SLA和带宽请求计算为各个ONU分配的带宽Rⁱ；

步骤4：根据ONU和PON口的映射关系，统计各PON口上所有ONU分配带宽之和，即该PON口的负载

步骤5：选取目标ONU；

步骤5-1：计算使负载均衡效果最佳的目标ONU带宽值，即最佳优化值α；

步骤5-2：在负载值L最大的PON口下选择一个Rⁱ值最接近α的ONU；

步骤5-3：判断选取的ONU的Rⁱ值是否小于负载最大值与最小值之差L_MAX-L_MIN，如果是，执行步骤6；否则判断是否还有PON口未遍历；

步骤5-4：如果还有PON口未遍历，在其中负载值最大的PON口下选择一个Rⁱ值最接近α的ONU，跳转到步骤5-3；否则该周期结束；

步骤6：将选中的ONU作为目标ONU，更新ONU和PON口的映射关系，执行步骤4。

下表为本发明实施例参数列表：

图2为本发明实施例SLA原理示意图。图中：

固定带宽，是OLT根据系统容量为ONU预留的带宽；

承诺带宽，当ONU的需求大于固定带宽时，系统会以承诺带宽的形式为其继续分配带宽，分配上限不会超过承诺带宽；如果该ONU需求较小，剩余部分承诺带宽分配给其它ONU；

超额带宽，是在固定带宽和承诺带宽之外为满足ONU需求分配的带宽。

图3为本发明实施例场景结构图，即波长可调谐的PON系统，为了简化算法的计算量，该系统设置一个OLT和9个ONU，系统总容量为300Mbit/s。

OLT中有四个PON口来接收上行信号、输出下行信号；一个DWBA(自定义术语，dynamic wavelength and bandwidth allocation，动态波长带宽分配)控制器来进行波长和带宽分配；一个光功率分配器连接PON口和对应PON分支；一个多路复用/解复用器。

该系统中每个PON口使用不同的上/下行波长对；多路复用/解复用器聚合多路上行信号至核心网或城域网中，同时根据目的地址将下行信号解复用至每个PON口；ONU通过一个波长可调谐的收发机来接收下行信号并发送上行信号，每个ONU可以根据DWBA控制器的指示调谐上/下行波长从而切换至其它PON分支下。

DWBA控制器在每一个DBA周期内为ONU分配上行时隙。考虑到上行传输时延及对带宽的精确控制，DBA周期通常很短，远小于DWA周期。

DWBA控制器可以自动实现负载均衡。当DWBA控制器监测到各个PON口上的负载不均衡时，会通过本发明提出的算法从负载最大的PON口下选取一个或多个ONU，通过调谐选中的目标ONU的波长将其切换至负载最小的PON口下。此过程中，如果进行了不必要的波长调谐，不仅会造成被调谐的ONU的流量中断，还会影响其它ONU的数据发送。因此，DWBA控制器要尽量减少波长调谐的数量，避免不必要的波长调谐。

图4为现有技术实现波长调谐的原理示意图。其中DWA周期是由多个DBA周期组成的，DWA计算决定下一个DWA周期的ONU和PON口映射关系。根据DWA计算结果，OLT向ONU发送GATE帧，其中包含新的波长和波长调谐的起始时间T_λ；ONU完成波长调谐后， 向OLT发送REPORT帧。

图4中，为实现波长调谐期间没有数据帧丢失，即无中断调谐，在ONU和OLT中都采用了缓存管理机制。在上行方向，ONU停止发送上行数据帧直到波长调谐完成，因此，通过在ONU中安装一个足够大的缓冲内存来存储波长调谐期间的上行数据就能保证数据帧不会丢失。

对下行方向，仅仅在OLT中安装足够大的缓冲内存是不能避免数据帧丢失的。首先，在T_λ之前，必须预留足够的时间来清空原有PON口上未发送完的数据帧，否则会造成下行数据帧丢失；其次，对于重新分配之后的PON口，要持续缓存下行数据帧直到完成波长调谐。

表a-m是本发明实施例PON口负载均衡调整过程示意图。

表a为实施例初始化数据，包括初始ONU、PON口映射关系、用户SLA参数、以及用户带宽请求(这里假设每个ONU下只连接一个用户)。

表a

表b为根据表格a中的参数，求出的为每个用户分配的带宽(由保证带宽和超额带宽组成)。

表b

表c为根据表b中的分配带宽值，求得最佳优化值，再由最佳优化值选出符合条件的目标ONU。

表c

表d为将表c中选中的目标ONU调整到负载最小的PON后，新的PON口、ONU映射关系。

表d

表e，根据d中映射关系继续寻找新的目标ONU。

表e

表f，继续调整目标ONU。

表f

表g，继续在负载最大PON口下寻找目标ONU，但是没寻找到符合条件的目标ONU。

表g

表h，在次最大PON口下寻找，找到符合条件的目标ONU。

表h

表i，对表h寻找到的目标ONU调整到负载最小的PON口。

表i

表j，继续在负载最大PON口下寻找目标ONU，但是没寻找到符合条件的目标ONU。

表j

表k，继续在负载次最大PON口下寻找目标ONU，但是没寻找到符合条件的目标ONU。

表k

表l，继续寻找目标ONU，但是没寻找到符合条件的目标ONU，且已遍历了所有PON口。

表l

表m，整个负载均衡调整完成后的PON口负载结果。

表m

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。