专利名称：一种消除空闲时间的epon信道传输方法
技术领域：
本发明涉及一种EPON信道传输方法，尤其涉及一种能够消除空闲时间的EPON信 道传输方法，属于光通信、光接入网技术领域。
背景技术：
以太网无源光网络(EPON，Ethernet Passive Optical Network)是接入网中的主 要技术，EPON上/下行分别使用1310/1490nm波长进行传输。EPON的上行方向由多个用户 侧光网络单元(ONU，Optical Network Unit)共同使用一个波长(1310nm)并采用时分多址 (TDMA,Time Division MultipleAddress)方式共享上行带宽，因此需要采用动态带宽分配 算法(DBA, Dynamic Bandwidth Allocation)对 EPON 上行带宽进行调度。DBA 算法是 EPON 的关键技术，效率和公平性是评价DBA算法的主要性能参数。经典的DBA算法有G. Kramer 等人提出的IPACT算法和S. Choi提出的Cycle-Polling DBA算法等。IPACT算法采用的是交互式的接入控制带内信令处理方式，在光线路终端(0LT， Optical Line Terminal)和ONU之间交换控制信息。OLT以先到先处理为原则处理从ONU 发来的请求。OLT中保存一个轮询表，其记录了每个ONU的缓冲区中数据量和往返时延 (RTT, Round Trip Time)大小。若某一时刻OLT收到ONU发来的请求，则即时处理，根据 请求的信息更新信息表，并立即向ONU发送一个应答信号，准许其在指定时刻发送一定大 小的数据。一旦ONU接收到该授权信息，便开始上行发送数据包，各个ONU都必须在其欲 发送的数据帧的尾部附加上请求信息，用于向OLT申请后续带宽。在OLT给第一个ONU发 送授权之后，在接收数据的同时，又给第二个ONU发送授权，而不是等到接收完第一个ONU 的数据才给第二个ONU发送授权，每两个ONU上传的数据之间仅相隔保护时间Tpjmd,从而 充分禾丨J用了上行带宽[Kramer G, Mukherjee B, Pasavento G. Interleaved Polling with Adaptive Cycle Time(IPACT) :A Dynamic Protocol for an Ethernet PON(EPON)[J], IEEE Communication,2002,40(2) :74_80]。IPACT算法虽然可以实现动态的上行带宽分配，但因轮询周期不固定存在较大的 时延抖动，系统在轻负载时还会导致下行带宽浪费。针对IPACT算法的缺点，S. Choi等人提 出了改进的Cycle-Polling DBA算法[S. Choi. Cyclic Polling-Based Dynamic Bandwidth Allocation for Differentiated Classes of Service in Ethenret Passive Optical Networks [J], Photonic Netw, 2004, 7 (1) =87-96] 其与 IPACT 算法主要的不同的是采用了 固定时间的周期轮询机制。OLT在收到某个ONU发来的请求并更新轮询表后，并不会立即向 这个ONU发送授权信息，而是等待本周期最后一个ONU的数据(DATA)和带宽请求(REPORT) 上传结束后，OLT才会调用DBA模块，将所有ONU上报的请求带宽进行汇总，一次性为所有 ONU统筹分配带宽，而后窗口信息(GATE)会由OLT集中发送到各0NU，每个ONU在收到授权 信息后按照规定的时间窗口和长度发送数据。这种固定时间的周期轮询机制，使得轮询周期不会随负载的变化而变化，解决了 轻负载下轮询周期自适应收缩导致的下行带宽浪费问题；另一方面，固定的轮询周期使得轻负载和重负载下时延和时延抖动基本保持恒定，解决了 IPACT算法的时延抖动问题。但 该算法仍然存在一个显著的上行带宽浪费的问题。OLT完成DBA计算和生成授权表需要一定的时间，记为Tdba ；随后，OLT再集中将所 有授权发送给各0NU。以ONU 1为例，授权信息(Grant)下行发送到ONU 1需要RTT/2的 时间，ONU 1接受到Grant信息后立即上传数据和请求信息，经过RTT/2的时间后抵达0LT。 在这一过程中相邻两个周期之间存在一段空闲时间Tidle，在这段时间内上行信道处于空闲 状态，这种现象被称为周期间空闲损失，空闲时间Tidle可以表示为Tidle = Tdba+RTT(1)如果使用高速的CPU，则Tdba是可以忽略的；在EPON系统中，极端情况下OLT与ONU 相距可达20km，RTT可达0. 2ms,周期轮询机制中通常取轮询周期Teyele = 2ms，空闲时间占 轮询周期的10%，极大地降低了 EPON系统上行链路的带宽利用率，可见，周期空闲时间是 不容忽视的问题，如果将这10%的空闲时间利用起来，系统的上行带宽利用率将显著地提
尚ο针对空闲时间浪费上行带宽问题，目前有以下两种解决方法一将每个上行周期划分为两个子周期，EF子周期(上传EF类业务)和AB 子周期(上传AF/BE类业务和REPORT帧)。在等待OLT授权到达的空闲时间上传EF类业 务。为使ONU所得带宽与所需带宽基本相符，每个周期OLT对各ONU需要授权两次，这就额 外消耗了下行带宽。而且当EF类业务极少时，空闲时间仍然存在[曹宇.EPON动态带宽分 配算法研究[D].天津天津大学电子信息工程学院，2008]。方法二 采取对轻负载先授权，先传送，重负载在接收到所有REPORT帧之后统 一计算带宽并授权，相当于在等待OLT授权到达的空闲时间上传轻负载业务。当轻负 载较少或是轻负载分布在周期的后半段时间上传时，空闲时间仍是存在的[N.A.Radzi， Μ. D. Norashidah, Μ. H. Al-Mansoori, S. Μ. Intan, K. S. Sajaa. Intelligent Dynamic Bandwidth Allocation Algorithm in Upstream EPONs. [J].Opt. Commun. Netw,2010, 2(3) :148-158]。综上所述，现有的EPON信道传输方法大多以周期轮询机制为基础，综合ONU之间 和ONU内部的业务根据优先级进行队列以对上行带宽进行最大程度的公平合理的分配，避 免了轻负载带宽有剩余而重负载业务得不到满足的问题，但现有方法仅是针对OLT模块带 宽分配流程的设计，而忽略了周期轮询机制存在时隙浪费的问题。
发明内容
本发明的目的在于在现有技术基础上，提供一种消除空闲时间的EPON信道传输 方法，解决周期轮询机制下的空闲时间问题，提高EPON链路的传输效率。本发明的思路是将ONU分为两类一类ONU与现有技术一样，在上传时，REPORT帧 和DATA帧一起传送，称之为普通ONU ；另一类ONU上传数据时采用REPORT帧和DATA帧分 离传送的方式，称之为另类0NU，在等待OLT授权到达的空闲时间上传另类ONU的数据帧，从 而消除空闲时间。具体而言，本发明采取以下技术方案一种消除空闲时间的EPON信道传输方法，采用固定周期的轮询机制，从每一轮询 周期开始，OLT根据上一轮询周期所有ONU发送的请求一次性为所有ONU统筹分配带宽，并将授权信息集中发送到各0NU，每个ONU在收到授权信息后按照规定的时间和长度发送数 据，其特征在于将ONU分为两类普通ONU和另类0NU，普通ONU的REPORT帧和DATA帧一起传送， 另类ONU的REPORT帧和DATA帧分离传送；以OLT开始进行带宽分配作为轮询周期的起止 时刻，在每一轮询周期内，首先上传另类ONU的DATA帧，然后上传普通ONU的REPORT帧和 DATA帧，最后上传另类ONU的REPORT帧。由于数据帧在上传之前必然已经过OLT的授权，所以每个周期首先上传的另类 ONU的DATA帧都是经过上一周期统一授权的，为了消除下行授权时上行的空闲等待时间， 本发明方法也可以说是推迟了另类ONU的DATA帧上传时间。由于周期循环的性质，首先上 传与推迟上传本质是一样的。采用上述技术方案时，OLT可使用现有的各种DBA算法进行ONU的带宽分配，记 请求带宽民(i)为ONU缓存中未上传的数据量，对于普通ONU，Br (i)即为ONU在本周期上 传完数据后缓存中的数据量；对于另类0NU，记在某一轮询周期OLT对此ONU的分配带宽为 Bg (j)，这个另类ONU上传的请求带宽为B, (j)，此时对于另类0NU，缓存中有部分数据是上一 周期已经授权但还未上传的，这部分数据将在REPORT帧上传后紧接着上传。所以另类ONU 请求带宽相当于是B' r(j)，这是下一周期带宽分配的依据，其计算公式为B' r(j) = Br(j)_Bg(j)。为了避免消耗不必要的下行带宽，本发明技术方案中，OLT对另类ONU的REPORT帧 和DATA帧的授权信息集中在同一个GATE帧中，另类ONU只需根据OLT的授权在不同时刻 单独发送REPORT帧和DATA帧。由于REPORT帧和DATA帧的分离会导致在保护时隙上消耗带宽，当另类ONU数量 过多时，则消耗在保护时隙上的带宽过多；而另类ONU数量过少时，空闲时间又未能得到充 分利用，因此，另类ONU的数量应适当。本发明采用以下公式确定另类ONU的数量 其中，M表示另类ONU的个数，RTT表示周期间空闲时间，N表示ONU的总个数，T。y& 表示轮询周期，Tguard表示保护时间间隔，「一 表示向上取整。本发明方法在周期轮询机制的基础上，将ONU分为普通ONU和另类0NU，普通ONU 的REPORT帧和DATA帧一起传送，另类ONU的REPORT帧和DATA帧分离传送；在等待OLT授 权到达的空闲时间上传另类ONU的数据帧，从而消除空闲时间。本发明方法不仅提高了上 行信道的带宽利用率，还保持了下行信道的带宽利用率。
图1为周期轮询机制下空闲时间示意图；图2为本发明消除空闲时间的EPON信道传输方法的原理图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明
如附图1所示，在传统的周期轮询机制下，空闲时间Tidle可以表示为Tidle = Tdba+RTT如果使用高速的CPU，则Tdba是可以忽略的；在EPON系统中，以极端情况下OLT与 ONU相距20km的情况为例，此时RTT可达0. 2ms,如按照周期轮询机制中通常的轮询周期 Tcycle = 2ms计算，空闲时间占轮询周期的10%，在这段时间内，上行信道处于空闲状态，无 数据传输，极大地降低了 EPON系统上行链路的带宽利用率。本发明通过以下技术方案来消除空闲时间的影响，提高EPON系统上行链路的带 宽利用率一种消除空闲时间的EPON信道传输方法，采用固定周期的轮询机制，从每一轮询 周期开始，OLT根据上一轮询周期所有ONU发送的请求一次性为所有ONU统筹分配带宽，并 将授权信息集中发送到各0NU，每个ONU在收到授权信息后按照规定的时间和长度发送数 据，其特征在于将ONU分为两类普通ONU和另类ONU，普通ONU的REPORT帧和DATA帧一起传送， 另类ONU的REPORT帧和DATA帧分离传送；以OLT开始进行带宽分配作为轮询周期的起止 时刻，在每一轮询周期内，首先上传另类ONU的DATA帧，然后上传普通ONU的REPORT帧和 DATA帧，最后上传另类ONU的REPORT帧。在本具体实施方式
中，OLT对另类ONU的REPORT帧和DATA帧的授权信息集中在同 一个GATE帧中，另类ONU只需根据OLT的授权在不同时刻单独发送REPORT帧和DATA帧， 从而避免了下行带宽不必要的消耗；本具体实施方式
中，为了尽可能减少由于REPORT帧和DATA帧分离传送而导致的 保护时隙上的带宽消耗，同时减少对高优先级ONU的影响，另类ONU通过如下方法选取从所有ONU中选取优先级最低的前M个作为另类0NU，其余ONU为普通ONU ；另类 ONU的数量由以下公式确定 其中，M表示另类ONU的个数，RTT表示周期间空闲时间，N表示ONU的总个数，Teyele 表示轮询周期，Tguarf表示保护时间间隔，「一 表示向上取整。假设一个轮询周期Teyele = 2ms，ONU个数N = 32，保护时间间隔Tguarf取1 μ s 5μ s,RTT = 0. 2ms ；根据上式可得另类ONU数量为4，即选取所有ONU中优先级最低的4个 作为另类0NU，其余32个为普通0NU。在进行数据传输时，在一个轮询周期内(以OLT开始进行带宽分配作为轮询 周期的起止时刻)，如附图2所示，在下行信道，首先OLT根据上一轮询周期所有ONU发 送的请求一次性为所有ONU统筹分配带宽，并将授权信息集中发送到各0NU，其中另类 ONU (0NU4-0NU6)的REPORT帧和DATA帧的授权信息集中在同一个GATE帧中；同时，在上传 信道，另类ONU (0NU4-0NU6)向OLT上传DATA帧，完成后，普通ONU (0NU1-0NU3)向OLT上传 DATA帧及REPORT帧，每个普通ONU的REPORT帧附加于DATA帧的尾部，普通ONU数据上传 完成后，另类ONU向OLT上传REPORT帧；如此依次循环，完成EPON上/下行信道的数据传 输。
根据附图2可以看出，对于另类0NU，在REPORT帧上传后和DATA帧上传前到达的 数据，相对于普通ONU数据将有不同的延迟，这个延迟由REPORT帧和保护帧产生，对于低优 先级的ONU这点是可以接受的，为了进一步确保另类ONU的服务质量不受影响，可以分配基 于信用度的预留带宽以防止可能存在的带宽不足和延迟。
权利要求
一种消除空闲时间的EPON信道传输方法，采用固定周期的轮询机制，从每一轮询周期开始，OLT根据上一轮询周期所有ONU发送的请求一次性为所有ONU统筹分配带宽，并将授权信息集中发送到各ONU，每个ONU在收到授权信息后按照规定的时间和长度发送数据，其特征在于将ONU分为两类普通ONU和另类ONU，普通ONU的REPORT帧和DATA帧一起传送，另类ONU的REPORT帧和DATA帧分离传送；以OLT开始进行带宽分配作为轮询周期的起止时刻，在每一轮询周期内，首先上传另类ONU的DATA帧，然后上传普通ONU的REPORT帧和DATA帧，最后上传另类ONU的REPORT帧。
2.如权利要求1所述消除空闲时间的EP0N信道传输方法，其特征在于，0LT对另类0NU 的REPORT帧和DATA帧的授权信息集中在同一个GATE帧中。
3.如权利要求1所述消除空闲时间的EP0N信道传输方法，其特征在于，所述将0NU分 为两类是指从所有0NU中选取M个作为另类0NU，其余0NU为普通0NU ；另类0NU的个数M 按照如下公式确定 其中，M表示另类ONU的个数，RTT表示周期间空闲时间，N表示0NU的总个数，Tcycle表 示轮询周期，Tguarf表示保护时间间隔，「一 1表示向上取整。
4.如权利要求3所述消除空闲时间的EP0N信道传输方法，其特征在于，所述将0NU分 为两类是指从所有0NU中选取优先级最低的前M个作为另类0NU，其余0NU为普通0NU。
全文摘要
本发明公开了一种消除空闲时间的EPON信道传输方法，涉及光通信、光接入网技术领域。本发明方法将ONU分为两类普通ONU和另类ONU，普通ONU的REPORT帧和DATA帧一起传送，另类ONU的REPORT帧和DATA帧分离传送；以OLT开始进行带宽分配作为轮询周期的起止时刻，在每一轮询周期内，首先上传另类ONU的DATA帧，然后上传普通ONU的REPORT帧和DATA帧，最后上传另类ONU的REPORT帧。本发明利用REPORT帧和DATA帧分离传送的方式，在等待OLT授权到达的空闲时间上传另类ONU的数据帧，从而消除了传统周期轮询机制下的空闲时间，提高了EPON系统上行链路的带宽利用率。
文档编号H04B10/12GK101931834SQ20101026846
公开日2010年12月29日 申请日期2010年9月1日 优先权日2010年9月1日
发明者沈建华, 郭红梅 申请人:南京邮电大学