一种混合复用pon中基于业务优先级的波长时隙分配方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光通信技术领域，涉及一种混合复用Ρ0Ν中基于业务优先级的波长时 隙分配方法。
【背景技术】
[0002] 随着社会信息化程度的不断提高及大量智能终端的涌现，用户对网络带宽需求不 断加大，"三网融合"俨然成为发展趋势。毫无疑问，"光进铜退"成为运营商部署接入网的必 要选择。而具有接入带宽高、维护成本低等优点的无源光网络(Passive Optical Network, PON)成为解决"最后一公里"接入最为理想的技术方案。PON技术的发展已经历了 20多年，其 技术演进过程可分为用于窄带接入的窄带Ρ0Ν和用于宽带接入的宽带Ρ0Ν，其中宽带Ρ0Ν包 括基于异步传输模式传送的ΒΡ0Ν( ΑΡΟΝ)、基于以太网分组传送的ΕΡ0Ν及兼顾ATM/ Ethernet/TDM综合化的GP0N技术。
[0003] 用户带宽需求将呈长期快速增长的趋势，而现有的基于时分复用的无源光网络 (Time Division Multiplexed Passive Optical Network,TDM-P0N)均无法满足未来各种 宽带业务发展的需求。对此，有必要推进下一代无源光网络（Next Generation Passive Optical Network,NG-P0N)技术标准的研究和制定，以解决现有Ρ0Ν技术出现的带宽瓶颈问 题。而TWDM-P0N由于具有大容量、高带宽、长距离等优势，是广受青睐的接入网解决方案，得 到了广泛的研究。而资源分配对TWDM-P0N的传输性能至关重要，由于多波长的引入，使得网 络进行资源分配需同时考虑波长和时隙，即资源分配具有二维性。在资源分配过程中，为避 免不同光网络单元（Optical Network Unit, 0NU)之间的上行传输冲突，光线路终端 (Optical Line Terminal，0LT)基于多点控制协议（Multi-Point Control Protocol, MPCP)与各个0NU进行信息交互，但往返时延(Round Trip Time,RTT)的存在会导致上行信 道经常出现空闲状态，造成数据传输时延大且信道利用率低。因此，如何高效地实现波长时 隙的二维分配，提高信道利用率的同时又兼顾0NU端多业务的服务质量（Quality ofServi ce，QoS)保证，已成为研究资源分配方法的热点。
[0004] 目前，根据授权方式的不同，TWDM-P0N资源分配可分为在线分配和离线分配。在线 分配指0LT收到0NU的报告消息（REPORT帧）后立即进行资源分配计算，即0LT为任意波长λ, 维护一个时间变量气，表示截止到该时刻波长λ,已经分配完成。为获得较高的上行信道高 利用率及较低的传输时延，现有算法曾提出基于最早波长可用的在线资源分配方法，即0LT 一般选择较小的& (如最早可用波长原则），紧接着已经分配的时隙来分配下一时隙。这种 分配方式能够有效降低帧队列的排队时延，但不能充分挖掘多波长的信道优势，传输效率 不高。离线分配是指0LT收到所有或部分0NU的报告消息后进行统一带宽分配。这是一种基 于轮询周期的请求授权方式，能够较为公平地实现资源分配且信道利用率高，已成为目前 带宽分配的主要方式。现有算法针对剩余带宽的分配问题，提出三种动态波长时隙分配机 制，较好地实现剩余带宽的公平分配。然而，这种方式由于要等待所有0NU的报告消息到达 0LT才统一进行带宽计算，直到0NU收到0LT的授权信息后才开始发送数据，这就会产生一段 闲置时间，造成上行带宽的浪费，同时也增加了网络时延。此外，该类资源分配方式由于未 基于业务多样性进行考虑，无法满足多业务的服务质量需求。
[0005] TWDM-P0N作为下一代光接入网，其接入用户数众多，业务呈多样化趋势，不同优先 级业务具有不同的QoS需求；同时其多级分光的长距离传输结构使得0LT与0NU之间信息交 互的往返时延增大，这都给网络资源的高效分配带来了新的挑战。由此可见，对TWDM-P0N来 说，联合考虑波长和时隙的二维资源分配，在提高网络的信道利用率，同时减小传输时延并 满足不同业务的服务质量要求尤为重要。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种混合复用Ρ0Ν中基于业务优先级的波长时 隙分配方法，该方法在保证不同业务服务质量的同时，有效地提高信道利用率，使其成为具 有较好公平性的高效动态资源分配方法。
[0007] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0008] 一种混合复用Ρ0Ν中基于业务优先级的波长时隙分配方法，本方法包括基于0NU往 返时间的波长分配、基于业务优先级的自适应子周期划分、基于空闲时隙的在线填充和基 于权重因子的离线剩余带宽分配四个步骤：
[0009] 步骤1):0LT实时统计网络负载与系统，自适应动态调整各光网络单元组波长数， 实现资源共享；
[0010] 步骤2):根据不同业务带宽授予量，将轮询周期自适应划分为两个子周期，使得高 优先级业务总在周期的前段传输，实现业务区分服务以满足多业务的服务质量需求；
[0011] 步骤3):设计混合资源分配方法，并计算往返时延引起的波长空隙，通过在线分配 补偿浪费带宽，提高信道利用率；
[0012] 步骤4):计算额外带宽请求的权重因子，并以离线方式进行剩余带宽分配，实现公 平地资源分配。
[0013] 进一步，在步骤1)中，0LT按往返时延从小到大对所有0NU排序形成集合，并将排序 后的0NU集合划分为K (1 < K < Μ)组，其中Μ为波长数;前Z (Z = NmodK，其中N为0NU总个数））个 0NU组含有Λ+1(「#/[])个0NU，第K-Z个0NU组含有<[Μ/岌」)个0冊，且每组分配m(M=K Xm) 条波长，其中m为每个0NU组的波长数;设定波长Ak,」为第k个0NU组第j条波长，每组的共享波 长为{Ak>1，. . .，λ^，. . . ，只能传输该0NU组的数据；同时，各组还含有一条组间共享 波长Ak,m( Ak,m为第K个0NU组的第m条波长），可动态服务于任意0NU组。
[0014] 进一步，在步骤2)中，0LT根据ONUi的EF业务带宽请求量，计算该子周期的授权带
宽：G;开=顧'?证,其中圮开为〇肌发送EF业务的带宽请求，幾《为ONUi的最小保 证带宽；同时，根据EF业务的带宽授予量，确定EF子周期大小： 中R为波长传输速率，4为0冊之间的保护时隙，然后基于EF子周期确定AF/BE子周期大小： TAF/BE - Tcycle_TEF〇
[0015] 进一步，在步骤3)中，0LT跟踪所有上行波长，设定每条波长数据传输的起始时刻 及结束时刻并计算波长空隙大小：
[0016]
，其中t为REPORT帧到达0LT端的时间， rtti为ONUi的往返时间，tc为GATE帧或REPORT帧的传输时间，为第k个0NU组第j条波长 第y+Ι个传输调度的开始时刻，￡>〇为第k个0NU组第j条波长第y个传输调度的结束时刻;然 后，计算EF业务授权带宽，并以此确定EF业务传输时间
，其中贫#为第k个0NU组 中ONUi的EF业务授予带宽；同时，比较波长Ak,」的空隙大小Δ k,」与传输EF业务时间之间 关系，若满足為^. +匕，即波长λ。空隙能够容纳ONUj^EF业务进行数据传输，那么此 空隙为合法空隙，并将该波长视为可用于空隙填充的波长;反之，为非法空隙；此时，0LT将 选择最早可用合法空隙的波长
和最早可用波长
其中Fk,j第k个0NU组第j条波长数据传输的结束时刻，并比较两者中最 早可用时间较小的波长作为传输EF业务的波长
；同时，若0LT选择最早 可用波长作为EF子周期的传输波长，
波长最早可用的
调度顺序)在第y+Ι个分配上传输EF业务数据；反之 波长空隙填充的调度顺序)在第y+Ι个分配上传输EF业务数据。
[0017] 进一步，在步骤4