WDM-EPON中基于用户等级协议和QoS的动态波长带宽分配方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光纤通信技术领域，具体说是WDM-EPON中基于用户等级协议和服务 质量的动态波长带宽分配方法。。
【背景技术】
[0002] WDM-EPON系统被认为是从以太无源光网络（EPON)过渡到波分复用无源光网络 (WDM-PON)最为经济合理的平滑升级方案，成为了当前无源光网络（PON)的发展趋势和研 究热点。由于WDM-EPON上行方向仍是多点到单点（MP2P)网络结构，ONU要共享上行带宽 资源，带宽和波长分配成为WDM-EPON中不可或缺的一部分，也是WDM-EPON的研究重点。
[0003] WDM-EPON带宽和波长分配可以分为静态波长动态时间（SWDT)算法和动态波长动 态时间（DWDT)算法，DWDT算法也称为动态波长和带宽分配（DWBA)算法。SWDT算法不支持 波长的动态分配，没有实现信道间的统计复用，不利于带宽地有效利用。DWBA算法可以分为 动态波长（DWA)调度和动态带宽（DBA)分配，其中，DWA关心的是OLT如何在多波长中分配 合适的波长给0NU，而DBA关注的是OLT如何分配ONU的带宽。因此，DWBA算法比SWDT算 法提供了更有效的带宽分配，ONU不仅可以共享整个网络资源，还可以提高终端用户的服务 质量。
[0004] 波长调度方式一般有以下三种：离线调度（OFFLINE)、在线调度（ONLINE)和在 线实时调度（JIT ONLINE)。OFFLINE调度可以很好地支持服务质量，但是存在空闲时间； ONLINE调度虽然提高了带宽利用率，但是不利于实现带宽的统计复用JIT ONLINE调度能 够解决上述两种调度方式中存在的问题，具有更好的调度决策。
[0005] 目前动态带宽分配算法主要有：Qos WDM-DBA算法、SLA WDM-DWBA算法 和 DWPBA-TCH 算法等。Dhaini A R, Assi C M, Shami A 等人的文献"Quality of service in TDM/ffDM Ethernet passive optical networks (EPONs)(TDM/ffDM EPON 中 QoS 的石开究），"Proceedings of Ilth IEEE Symposium on Computers and Communications, 2006:616-621，提出了 QoS WDM-DBA算法，该算法基本思路是采用可变周 期轮询方式，首先OLT为ONU分配带宽，然后ONU来分配EF业务、AF业务和BE业务的带 宽，但是该算法不支持用户等级协议。Ahmad R. Dhaini等人的文献"Dynamic wavelength and bandwidth allocation in hybrid TDM/WDM EPON networks (TDM/WDM EPON 混合网 络的动态波长带宽算法）"，Journal of Lightwave Technology, 2007, 25(1): 277-286,提 出了 SLA WDM-DWBA算法，该算法采用限制分配机制，根据用户等级协议为每个ONU设置了 最小保证带宽，并对剩余带宽重新分配，但是带宽分配主要是基于0NU，并不支持多业务的 服务质量。Petar S.Matavulj 等人的文献"Highly flexible and efficient model for QoS provisioning in WDM EP0N(WDM_EP0N中高度灵活有效提高服务质量的模型）"，IEEE/ OSA Journal of Optical Communications and Networking, 2013, 5 (8) : 921-931，提出了 基于业务限制的DWPBA-TCH算法，该算法在考虑整体业务带宽请求的情况下进行带宽分 配，当有突发网络流量时，能够很好地支持服务质量，但该算法不支持用户等级协议，采用 的OFFLINE调度方式不利于业务时延性能，并且两次带宽分配造成了带宽浪费。
[0006] 目前，WDM-EPON的ONU分配调度方面已经取得了一些进展，但还是存在着诸多问 题有待完善，如分配调度不支持用户等级协议和服务质量、不能对剩余带宽有效分配等。同 时，在WDM-EPON波长调度过程中，一方面存在空闲时间，没有实现波长间的统计复用，增大 了业务时延，不利于带宽利用；另一方面不支持用户服务质量，不能区分用户等级协议。在 WDM-EPON带宽分配过程中，由于不支持用户等级协议，不能保证高优先级用户的服务质量， 对重负载业务两次分配导致带宽利用率低下。
【发明内容】
[0007] 针对现有技术的不足，提出了一种为高优先级用户和业务提供相应的服务质量保 证，同时对重负载业务进行一次分配来提高带宽利用率的基于用户等级协议和QoS的动态 波长带宽分配方法。本发明的技术方案如下：一种WDM-EPON中基于用户等级协议和QoS的 动态波长带宽分配方法，其包括以下步骤：
[0008] 101、在波分复用以太无源光网络WDM-EPON中，根据光网络单元ONU端所连接的用 户等级协议，将用户分为高级用户SLA。、中级用户SLA 1和低级用户SLA2三个用户等级，并将 所有来自用户的业务在光网络单元ONU端分为加速转发业务EF、保证转发业务AF和尽力而 为业务BE三种业务类型；
[0009] 102、采用扩展已有的多点控制协议即MPCP协议中的帧结构来进行转发，增加扩 展注册帧和分配帧，扩展后的MPCP协议使光线路终端OLT支持多个上行波长；
[0010] 103、当光线路终端OLT收到来自光网络单元ONUj^ REPORT报告消息后，对来自 光网络单元ONUj^ REPORT报告消息中带宽请求的业务类型进行判别的步骤后，首先对加 速转发业务EF进行在线实时调度，然后对保证转发业务AF和尽力而为业务BE进行集中 分配，最后完保证转发业务AF和尽力而为业务BE的传输，完成波分复用以太无源光网络 WDM-EPON中基于用户等级协议和QoS的动态波长带宽分配。
[0011] 进一步的，步骤103中的对来自光网络单元ONUj^ REPORT报告消息中带宽请求 的业务类型进行判别的步骤，首先对加速转发业务EF进行在线实时调度，具体为：
[0012] 当光线路终端OLT收到来自光网络单元ONUj^ REPORT消息时，一旦有加速转发 业务EF带宽请求，则立即对加速转发业务EF到达时刻进行阈值判断并且分配，对于首个加 速转发业务EF，如果当
，分配此EF业务的传输时刻为：
[0013]
[0014] ，则分配此EF业务传输时刻为：
[0015]
[0016] 7；=.,(;)表示光线路终端OLT收到光网络单元ONU# EF业务带宽请求时刻，表 示最早可用波长的时间，4/7,:表示光线路终端OLT和光网络单元ONUj^往返时延；GT，表 示分配给ONU1中EF业务的发送时刻；
[0017] 后续到达的EF业务采用最早可用波长原则，分配给后续EF业务的传输时刻为：
[0018]
[0019]
[0020] Tg_d表示ONU间的保护时间，表示各个波长的 可用时间，,表示OLT发送给某个业务在上行波长λ f上传输时间的前一个GATE消息 的时刻，Ttoinsmissicin表不上一次分配给EF业务的传输窗口大小；
[0021] 进一步的，步骤103中对保证转发业务AF和尽力而为业务BE进行集中分配，最后 完成保证转发业务AF和尽力而为业务BE的传输的步骤具体为：
[0022] 对保证转发业务AF和尽力而为业务BE采用OFFLINE调度方式，等OLT收到所有 REPORT消息后再对其进行统一分配，在业务时间内传输： N
[0023] 光线路终端OLT计算保证转发业务AF的带宽请求量￡麥和尽力而为业务BE ;=:1
的带宽请求量 其中#，单，N分别表示：0NU^ AF业务请求带宽、ONU满BE业 .，： 务请求带宽、ONU个数；先对AF业务进行分配，然后再分配BE业务带宽，根据AF和BE 业务分配到的总带宽计算具有不同用户等级协议的ONU中AF/BE业务的最小保证带宽
^中Gbt表示AF和BE业务分配到的总带宽、D=表示SLA k内 ONU的个数、示用户等级权重因子，将ONU冲AF/BE业务的请求带宽 进行比较，如果矿O，则为轻负载AF/BE业务，分配的带宽为硿-^，并更新剩 余带宽，如果劣，则为重负载AF/BE业务，更新额外需求带宽，并结合用户等级 权重因子对用户请求带宽的影响来分配额外带宽，最终分配给重负载AF/BE业务的 带宽为^^+GT-'。
[0024] 进一步的，OLT通过记录表得到每个ONU的往返时延、_巧:?^_，对用户和业务等级按照 从高到低和从大到小的顺序进行降序排序，并发送GATE消息给具有最小往返时延An,的 0NU，传输顺序为先传输高优先级用户的AF/BE业务，然后按照业务优先级顺序依次传输， 相同优先级业务传输的按照用户等级从高到低的顺序。
[0025] 本发明的优点及有益效果如下：
[0026] 本发明在已有的MPCP协议基础上扩展了协议的帧结构，支持WDM-EPON系统中动 态波长带宽的分配，能够使OLT支持多个上行波长，并能有效地利用有限的上行带宽资源。 采用基于业务的JIT O