一种动态带宽分配方法及装置与流程

本发明涉及通信领域中的无源光网络系统，具体涉及一种动态带宽分配方法及装置。

背景技术：

近年来，PON(Passive Optical Network，无源光网络)作为一种高速带宽接入技术得到快速发展，PON系统一般由OLT(Optical Line Terminal，光线路终端)、ODN(Optical Distribution Network，光分配网络)和ONU(Optical Network Unit，光网络单元)组成，在下行方向，OLT将数据通过ODN广播到所有的ONU；在上行方向，为了避免光冲突，则采用时分复用的方式，每个ONU只在被OLT授权的时隙进行数据传输，这种时隙的分配过程就是OLT的动态带宽分配(DBA，Dynamic Bandwidth Allocation)过程。

在PON系统的相关标准(例如GPON标准ITU-T G.984.3、XGPON标准ITU-T G.987.3和NGPON2标准ITU-T G.989.3)中，对DBA算法数学模型进行了详细描述，并将带宽分为以下几种类型，分别为固定带宽R_F(Fixed bandwidth)、保证带宽R_A(Assured bandwidth)以及补充带宽(Additional bandwidth)，补充带宽可以为非保证带宽R_NA(Non-assured bandwidth)或尽力而为带宽R_BE(Best-effort bandwidth)，其中，固定带宽R_F和保证带宽R_A的分配比较简单，在不超过最大带宽R_M(Maximum bandwidth)的前提下，直接按照固定带宽R_F和保证带宽R_A来进行分配即可，对于补充带宽的分配，按照以下方式进行：

非保证带宽(R_NA)，第i个ONU在t时刻按照公式(a)进行动态带宽分配

尽力而为带宽(R_BE)，第i个ONU在t时刻按照公式(b)进行动态带宽分配

在实际的业务场景中，R_F、R_A和R_M一般是固定不变的，因此，从上述公式(a)和(b)可以看出，各个ONU在t时刻分配的补充带宽只与当前可分配的总带宽以及R_F、R_A和R_M有关，与当前实际流量没有关系。这个DBA算法模型对于一般的业务模型是适用的，目前商业的PON系统也大多基于该DBA算法，但该DBA算法存在以下缺陷：

(1)当ONU上行流量突然增加时，会带来较大的上行业务延迟，甚至可能会造成丢包。该缺陷是由PON系统的特点所决定的，即ONU上行数据响应OLT下发带宽的时刻与OLT带宽下发的时刻是存在一定的延迟的，这个延迟一般是若干个下行DBA计算周期(例如250us)，也就是说，OLT分配给ONU的带宽是ONU若干个DBA计算周期之前需要的带宽，而不是当前时刻需要的带宽，因此，这会导致ONU在上行流量突然增加时，无法及时获得所需带宽，从而带来上行业务延迟，甚至可能会造成丢包；

(2)当ONU上行流量突然减少时，会造成带宽浪费。如缺点(1)所述，OLT分配给ONU的带宽是ONU若干个DBA计算周期之前需要的带宽，而不是当前时刻需要的带宽，这会导致ONU得到的带宽大于实际需要的带宽，造成带宽浪费；

(3)如果同时存在上行流量突然增加的ONU以及上行流量突然减少的ONU，则会导致上行流量增加的ONU无法及时获得所需带宽，而上行流量突然减少的ONU却占有了不需要的带宽，从而降低了整个PON系统的吞吐量和QOS(Quality of Service，服务质量)。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有的DBA算法当ONU上行流量突然增加时，会带来较大的上行业务延迟，甚至可能会造成丢包；当ONU上行流量突然减少时，会造成带宽浪费；当同时存在上行流量突然增加的ONU以及上行流量突然减少的ONU时，降低了整个PON系统的吞吐量和QOS(服务质量)。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种动态带宽分配方法，包括以下步骤：

解析上行突发帧，并基于获取到的上行流量信息分别计算有效帧长度平均值和空闲帧长度平均值；

根据有效帧长度平均值和空闲帧长度平均值分别计算有效帧长度变化因子和空闲帧长度变化因子；

根据有效帧长度变化因子和空闲帧长度变化因子计算上行流量动态变化因子；

利用上行流量动态变化因子对动态带宽分配算法进行修正，并采用修正后的动态带宽分配算法对ONU进行动态带宽分配。

在上述技术方案中，将分配的带宽转换成符合PON协议标准的带宽分配结构，并通过下行帧下发到相应ONU。

在上述技术方案中，基于所述上行流量信息计算出有效帧长度，并根据有效帧长度计算有效帧长度平均值，其中；

所述上行流量信息包括上行突发的总长度、GTC帧头长度、GEM帧头长度、FEC校验长度、空闲帧长度、PLOAM消息长度、DBRU标志长度、GEM帧填充字节长度和空闲帧长度；

有效帧长度＝总长度-(GTC帧头长度+GEM帧头长度+FEC校验长度+空闲帧长度+PLOAM消息长度+DBRU标志长度+GEM帧填充字节长度+空闲帧长度)。

在上述技术方案中，

其中，N大于等于1。

在上述技术方案中，

在上述技术方案中，

对于非保证带宽，采用修正后的动态带宽分配算法在t时刻对第i个ONU进行动态带宽分配：

其中，R_NA为非保证带宽，R_F为固定带宽，R_A为保证带宽，FTraffic为上行流量动态变化因子；

对于尽力而为带宽，采用修正后的动态带宽分配算法在t时刻对第i个ONU进行动态带宽分配：

其中，R_BE为尽力而为带宽，R_M为最大带宽,R_F为固定带宽，R_A为保证带宽，FTraffic为上行流量动态变化因子。

本发明还提供了一种动态带宽分配装置，包括：

上行流量采集单元，解析上行突发帧，并获取上行流量信息；

均值流量计算单元，基于所述上行流量采集单元获取的上行流量信息，分别计算有效帧长度平均值和空闲帧长度平均值；

有效帧长度变化计算单元，根据所述均值流量计算单元计算出的有效帧长度平均值计算有效帧长度变化因子；

空闲帧长度变化计算单元，根据所述均值流量计算单元计算出的空闲帧长度平均值计算空闲帧长度变化因子；

上行流量动态变化计算单元，根据所述有效帧长度变化计算单元计算出的有效帧长度变化因子和所述空闲帧长度变化计算单元计算出的空闲帧长度变化因子计算上行流量动态变化因子；

动态带宽分配单元，利用所述上行流量动态变化计算单元计算出的上行流量动态变化因子对动态带宽分配算法进行修正，并采用修正后的动态带宽分配算法对ONU进行动态带宽分配。

在上述技术方案中，还包括动态带宽下发单元，将所述动态带宽分配单元分配的带宽转换成符合PON协议标准的带宽分配结构，并通过下行帧下发到相应ONU。

本发明通过监控上行有效帧和上行空闲帧，计算出有效帧长度平均值和空闲帧长度平均值，根据有效帧长度平均值和空闲帧长度平均值分别计算有效帧长度变化因子和空闲帧长度变化因子，再根据有效帧长度变化因子和空闲帧长度变化因子计算上行流量动态变化因子，利用上行流量动态变化因子对传统动态带宽分配算法进行修正，并采用修正后的动态带宽分配算法对ONU进行动态带宽分配，提升了带宽分配的效率和上行业务响应速度，从而提升了整个PON系统的吞吐量和QOS(服务质量)。

附图说明

图1为本发明中一种动态带宽分配方法流程图；

图2为本发明中一种动态带宽分配装置结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种在突发方式下优化的动态带宽分配算法，不仅可以很好的兼容于现有的动态带宽分配系统，同时还可以提升带宽分配的效率和带宽分配的响应速度，降低上行业务延迟，从而提升整个PON系统的吞吐量和QOS，而且本发明全部在OLT侧实现，经上行流量动态变化因子修改后的动态带宽分配算法只增加了少量的数学运算，这些数学运算可以采用硬件逻辑(如FPGA或者ASIC)或者软件实现，不需要在ONU侧增加额外的设计，从而提升PON系统对ONU的兼容性，特别适用于需要兼容多个厂商ONU的PON系统。

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做出详细的说明。

本发明实施例提供了一种动态带宽分配方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1、解析上行突发帧，并获取上行流量信息。

上行流量信息包括上行突发的总长度(BurstTotal_i)、GTC帧头长度(GTCHeader_i)、GEM帧头长度(GEMHeader_i)、FEC校验长度(FECParity_i)、空闲帧长度(Idlelen_i)、PLOAM消息长度(PLOAM_i)、DBRU标志长度(DBRU_i)、GEM帧填充字节长度(GEMPadding_i)和空闲帧长度(Idlelen_i)。

S2、基于上行流量信息，分别计算N个和(N+1)～2N个时隙内有效帧长度(Validlen_i)平均值(Validlen_m1,Validlen_m2)和空闲帧长度平均值(Idlelen_m1,Idlelen_m2)。

计算有效帧长度平均值时，需先基于上行流量信息计算出有效帧长度，其中，有效帧长度＝总长度-(GTC帧头长度+GEM帧头长度+FEC校验长度+空闲帧长度+PLOAM消息长度+DBRU标志长度+GEM帧填充字节长度+空闲帧长度)(1)。

通过计算N个和(N+1)～2N个时隙内的上行流量信息的平均值(即N个时隙内有效帧长度平均值、(N+1)～2N个时隙内有效帧长度平均值、N个时隙内空闲帧长度平均值以及(N+1)～2N个时隙内空闲帧长度平均值)，能够对ONU的上行流量信息进行有效平滑，及时获取上行流量变化的趋势，从而能够更有效的进行上行流量的统计。

S3、根据有效帧长度平均值和空闲帧长度平均值分别计算有效帧长度变化因子(FValidlen_m)和空闲帧长度变化因子(FIdlelen_m)。

即公式(2)中N大于等于1；

即公式(3)中N大于等于1。

S4、根据有效帧长度变化因子和空闲帧长度变化因子计算上行流量动态变化因子(FTraffic)。

即

S5、利用上行流量动态变化因子对动态带宽分配算法进行修正，并采用修正后的动态带宽分配算法对ONU进行动态带宽分配，得到每个上行突发的带宽分配长度。

对于非保证带宽，采用修正后的动态带宽分配算法(5)在t时刻对第i个ONU进行动态带宽分配：

公式(5)中，R_NA为非保证带宽，R_F为固定带宽，R_A为保证带宽，FTraffic为上行流量动态变化因子；

对于尽力而为带宽，采用修正后的动态带宽分配算法(6)在t时刻对第i个ONU进行动态带宽分配：

公式(6)中，R_BE为尽力而为带宽，R_M为最大带宽,R_F为固定带宽，R_A为保证带宽，FTraffic为上行流量动态变化因子。

S6、将分配的带宽转换成PON协议标准要求的带宽分配结构(BWmap,bandwidth map)，并通过下行帧下发到相应ONU。

本发明实施例还提供了一种动态带宽分配装置，如图2所示，包括：

上行流量采集单元10，解析上行突发帧，并获取上行流量信息；

均值流量计算单元20，基于上行流量采集单元10获取的上行流量信息，分别计算有效帧长度平均值和空闲帧长度平均值；

有效帧长度变化计算单元30，根据均值流量计算单元20计算出的有效帧长度平均值计算有效帧长度变化因子；

空闲帧长度变化计算单元40，根据均值流量计算单元20计算出的空闲帧长度平均值计算空闲帧长度变化因子；

上行流量动态变化计算单元50，根据有效帧长度变化计算单元30计算出的有效帧长度变化因子和空闲帧长度变化计算单元40计算出的空闲帧长度变化因子计算上行流量动态变化因子；

动态带宽分配单元60，利用上行流量动态变化计算单元50计算出的上行流量动态变化因子对动态带宽分配算法进行修正，并采用修正后的动态带宽分配算法对ONU进行动态带宽分配；

动态带宽下发单元70，将动态带宽分配单元60分配的带宽转换成PON协议标准要求的带宽分配结构，并通过下行帧下发到相应ONU。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。