基于帧抢占的TDM-PON移动前传光网络数据传输方法及装置与流程

本发明涉及移动通信网络技术领域，特别是指一种基于帧抢占的tdm-pon移动前传光网络数据传输方法及装置。

背景技术：

以太网承载射频信号(radiooverethernet,roe)即采用以太网的方式对无线数据进行封装和成帧。基于以太网的时分复用无源光网络(tdm-pon)采用roe技术，结合了以太网与无源光网络二者的优点，被认为是一种前传网络组网的可行方案，受到学术界和工业界的关注。然而，由于移动前传网络对数据传输有极高的时延要求，低时延调控将是tdm-pon承载移动前传网络的关键问题。

5g承载的业务种类繁多，业务特征各不相同，对时延的要求也各不相同。目前5g定义的三类典型业务场景中，高可靠低时延通信(urllc)场景对时延有极高要求，这种业务场景下的时延敏感型数据从移动终端至集中单元(cu)所经历的时延需在0.5ms以内，这需要对现有网络的业务处理方式进行改进，使得高可靠性业务的带宽、时延是可预期、可保证的，不会受到其它业务的冲击。而tdm-pon采用时分复用的方式在一个波长通道上支持多个onu(光网络单元)的上下行数据传输，因此，数据帧必须在olt分配的发送窗口中发送，这可能会导致数据帧经历一段很长的排队时延，包括其他onu发送数据帧的时延和此数据帧所在onu发送其他帧的时延，从而无法满足5g承载业务的时延要求。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种基于帧抢占的tdm-pon移动前传光网络数据传输方法及装置，能够降低时延敏感性业务的排队时延。

基于上述目的本发明提供的基于帧抢占的tdm-pon移动前传光网络数据传输方法，应用于光网络单元onu中，所述方法包括：

向光线路终端olt发送第一以太网帧；

接收光网络单元ru发送的第二以太网帧，且所述第二以太网帧在当前的第一以太网帧的发送过程中到达onu；

检测所述第二以太网帧的优先级是否高于当前的第一以太网帧的优先级；

若是，则检测当前的第一以太网帧是否满足中断条件；

若是，则中断当前的第一以太网帧的发送，并向olt发送所述第二以太网帧。

在本发明一些实施例中，在所述向光线路终端olt发送第一以太网帧之前，还包括：

获取远程单元ru在第一轮询周期内发送的第一以太网帧，并缓存在队列中；所述第一以太网帧为ru对无线数据进行封装后的数据帧。

在本发明一些实施例中，所述向光线路终端olt发送第一以太网帧，具体包括：

在第二轮询周期，按照优先级由高到低的顺序，依次将所述队列中的第一以太网帧在olt分配的发送窗口内发送给olt；所述第二轮询周期为所述第一轮询周期的下一个周期。

在本发明一些实施例中，所述检测当前的第一以太网帧是否满足中断条件，具体包括：

检测当前的第一以太网帧的已发送部分和未发送部分的长度是否均不小于以太网帧的最小长度；

若是，则判定当前的第一以太网帧满足中断条件；

若否，则判定当前的第一以太网帧不满足中断条件。

在本发明一些实施例中，所述中断当前的第一以太网帧的发送，并向olt发送所述第二以太网帧，具体包括：

中断当前的第一以太网帧的发送；

对当前的第一以太网帧的已发送部分和未发送部分进行处理；

向olt发送所述第二以太网帧；

将处理后的未发送部分重新缓存到所述队列中。

在本发明一些实施例中，所述对当前的第一以太网帧的已发送部分和未发送部分进行处理，具体包括：

在当前的第一以太网帧的已发送部分的结尾处添加4字节的循环冗余校验，并在当前的第一以太网帧的未发送部分的开始处添加8字节的头部。

在本发明一些实施例中，所述方法还包括：

在检测到所述第二以太网帧的优先级不高于当前的第一以太网帧的优先级，或者当前的第一以太网帧不满足中断条件时，继续发送当前的第一以太网帧。

在本发明一些实施例中，所述方法还包括：

在所述第二以太网帧发送完毕后，继续在所述发送窗口内发送所述队列中的第一以太网帧。

在本发明一些实施例中，所述方法还包括：

若所述发送窗口内未发送完所述队列中的第一以太网帧，则在第三轮询周期继续发送所述队列中的第一以太网帧；所述第三轮询周期为所述第二轮询周期的下一个周期。

相应地，本发明还提供了一种基于帧抢占的tdm-pon移动前传光网络数据传输装置，包括：

发送模块，用于向光线路终端olt发送第一以太网帧；

接收模块，用于接收光网络单元ru发送的第二以太网帧，且所述第二以太网帧在当前第一以太网帧的发送过程中到达onu；

第一检测模块，用于检测所述第二以太网帧的优先级是否高于当前第一以太网帧的优先级；

第二检测模块，用于在所述第二以太网帧的优先级高于当前第一以太网帧的优先级时，检测当前第一以太网帧是否满足中断条件；以及，

中断模块，用于在当前第一以太网帧满足中断条件时，中断当前第一以太网帧的发送，并向olt发送所述第二以太网帧。

从上面所述可以看出，本发明提供的基于帧抢占的tdm-pon移动前传光网络数据传输方法及装置，通过onu向olt发送第一以太网帧的同时，接收ru发送的第二以太网帧，且第二以太网帧在当前的第一以太网帧的发送过程中到达onu，在检测到第二以太网帧的优先级高于当前的第一以太网帧的优先级，且当前的第一以太网帧满足中断条件时，中断当前的第一以太网帧的发送，并向olt发送第二以太网帧，以便降低时延敏感的第二以太网帧的排队时延，使其数据能够尽早被处理。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于帧抢占的tdm-pon移动前传光网络数据传输方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的基于帧抢占的tdm-pon移动前传光网络数据传输方法的原理图；

图3为本发明实施例提供的基于帧抢占的tdm-pon移动前传光网络数据传输方法的另一原理图；

图4为本发明实施例提供的基于帧抢占的tdm-pon移动前传光网络数据传输方法的另一流程示意图；

图5为本发明实施例提供的基于帧抢占的tdm-pon移动前传光网络数据传输装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

参见图1，是本发明实施例提供的基于帧抢占的tdm-pon移动前传光网络数据传输方法的流程示意图，所述方法应用于光网络单元onu中，所述方法包括：

101、向光线路终端olt发送第一以太网帧。

本发明实施例中，第一以太网帧为ru向onu发送的以太网帧。具体地，在步骤101之前，即在所述向光线路终端olt发送第一以太网帧之前，还包括：获取远程单元ru在第一轮询周期内发送的第一以太网帧，并缓存在队列中；所述第一以太网帧为ru对无线数据进行封装后的数据帧。

需要说明的是，传统的前传标准化接口之一cpri(commonpublicradiointerface)以固定的量化采样比特来传输连续的时域同相正交信号(iq)，这将占用大量的前传带宽并影响前传网络的灵活传输。而且，使用cpri作为前传接口，所有的基带处理功能都被集中在bbu中，rru只负责基本的rf(radiofrequency)功能，承载着同步信号、参考信号、控制信令和关键无线系统信息等控制信息和用户数据的ofdm信号经rru采样过后，必须在bbu处进行fft等解调处理后方能得到基于用户的数据。因为无线调度的基本时间单位为tti(transmissiontimeinterval)，在bbu处进行无线信号解调需要1tti时间内的完整的信道估计信息，所以bbu必须要收集齐1tti的数据之后再对这些数据进行处理。而基于用户实际负载的ecpri(enhancedcpri)前传接口的功能分割点在资源元素解映射后，此时输出的信号流已是基于用户的，bbu(这时应该叫du)可以不必收齐1tti的数据后再进行处理。本发明实施例基于具有灵活功能分割的ng-ran背景下，采用ecpri前传接口。根据ecpri消息所携带的业务数据的优先级，ru将净荷为ecpri消息的不同优先级的以太网帧发送至onu内相应的优先级队列中，其中，承载时延敏感型业务的太网帧优先级最高。

具体地，du和ue协商好无线时频资源后以tti为单位对移动用户的数据进行传输。无线时频资源是基于rb分配的，其占用频域中的12个连续子载波和时域中的1个时隙。如果把基带处理功能看成一条功能链的话，这条功能链包括天线流处理功能和用户流处理功能两部分。天线流处理功能上行方向依次包括串行到并行的转换(或cpri编码)、循环前缀移除(cyclicprefixremoval)、fft(快速傅里叶变换)和资源解映射(redemapping)。在天线流部分，不同的用户信号使用不同频率的无线载波进行信息传输，从时域上看，所有频率成分的信号是混杂在一起的。天线流处理功能就负责将同一时域不同频域的用户信号解映射，从频域上将不同用户的信号区分开来，即每个rb对应于一个用户。ru将此时rb携带的数据封装到以太网帧的净荷中并将以太网帧发送给onu。ru的发送速率与光前传接口(opticalfronthaulinterface,ofi)速率有关。在这个过程中，由于onu通常部署于ru侧，所以ru和onu之间的传播延迟可忽略不计。

如图2所示，ru获取ecpri消息a1、a2、a3、a4、a5、a6，其中a2、a4为高优先级，a1、a6为中优先级，a3、a5为低优先级。ru将ecpri消息封装为以太网帧b1、b2、b3、b4、b5、b6，并以速率r1发送给onu。

onu在接收完一轮询周期的数据后，即onu在接收完ru在第一轮询周期内发送的第一以太网帧后，开始向olt发送第一以太网帧。具体地，步骤101中的所述向光线路终端olt发送第一以太网帧，包括：在第二轮询周期，按照优先级由高到低的顺序，依次将所述队列中的第一以太网帧在olt分配的发送窗口内发送给olt；所述第二轮询周期为所述第一轮询周期的下一个周期。

需要说明的是，在第二轮询周期，将第一轮询周期获取的第一以太网帧，按照优先级由高到低的顺序以pon带宽容量发送至olt。如图2所示，onu在第一轮询周期接收到第一以太网帧b1、b2、b3，从第二轮询周期开始，即t2时刻开始，onu按照优先级由高到低的顺序依次向olt发送第一以太网帧b2、b1、b3，且发送速率为r2。

102、接收光网络单元ru发送的第二以太网帧，且所述第二以太网帧在当前的第一以太网帧的发送过程中到达onu。

本发明实施例中，onu在第二轮询周期向olt发送第一轮询周期内获取的第一以太网帧时，同时接收来自ru的第二轮询周期的以太网帧，即第二以太网帧。在这个过程中，可能出现较高优先级的第二以太网帧在较低优先级的第一以太网帧的传输过程中到达的情况，此时需要判断是否执行抢占式低时延调度方案。

如图2所示，onu从t2时刻开始发送第一以太网帧b2、b1、b3时，同时从t2时刻接收第二以太网帧b4、b5、b6。其中，第二以太网帧b4在t3时刻到达onu时，onu正在发送第一以太网帧b1。

103、检测所述第二以太网帧的优先级是否高于当前的第一以太网帧的优先级，若是，则执行步骤104。

本发明实施例中，在判断是否需要执行抢占式低时延调度方案时，先判断到达的第二以太网帧与当前发送的第一以太网帧的优先级，若到达的第二以太网帧的优先级高于当前发送的第一以太网帧的优先级，则继续执行步骤104，即继续判断是否执行抢占式低时延调度方案，若到达的第二以太网帧的优先级低于或等于当前发送的第一以太网帧的优先级，则不执行抢占式低时延调度方案，即继续当前第一以太网帧的发送。

104、检测当前的第一以太网帧是否满足中断条件，若是，则执行步骤105。

本发明实施例中，预先设定中断条件，该中断条件可以包括当前的第一以太网帧的已发送部分和未发送部分的长度均需满足以太网帧的最小帧长。具体地，步骤104中的所述检测当前的第一以太网帧是否满足中断条件，包括：检测当前的第一以太网帧的已发送部分和未发送部分的长度是否均不小于以太网帧的最小长度；若是，则判定当前的第一以太网帧满足中断条件；若否，则判定当前的第一以太网帧不满足中断条件。

若当前的第一以太网帧不满足中断条件，则不执行抢占式低时延调度方案，继续当前第一以太网帧的发送，若当前的第一以太网帧满足中断条件，则执行抢占式低时延调度方案。如图3所示，假设将数据业务分成三个优先级，分别是高优先级(hp)、中优先级(mp)、低优先级(lp)。数据业务对时延的要求越高，优先级越高。来自于ru的不同优先级的以太网帧进入onu内相应的优先级队列中，onu每个轮询周期发送的顺序将按照帧优先级从高到低的顺序依次发送。当第j个轮询周期的以太网帧发送的过程中，下一个轮询周期，即第j+1个轮询周期的以太网帧也在按照上述规则进入onu的各优先级队列中。当第j个轮询周期的较低优先级的帧正在发送时，第j+1个轮询周期的较高优先级的帧到达onu，此时若判定较低优先级的帧满足中断条件，则高优先级帧可以执行抢占式低时延调度方案。这样第j+1个轮询周期的高优先级帧被提前到了第j个轮询周期发送，减少了其排队时延，使其数据能尽早被bbu处理。

105、中断当前的第一以太网帧的发送，并向olt发送所述第二以太网帧。

本发明实施例中，抢占式低时延调度方案为高优先级帧抢夺并中断当前较低优先级帧的发送。具体地，步骤105中的所述中断当前的第一以太网帧的发送，并向olt发送所述第二以太网帧，包括：中断当前的第一以太网帧的发送；对当前的第一以太网帧的已发送部分和未发送部分进行处理；向olt发送所述第二以太网帧；将处理后的未发送部分重新缓存到所述队列中。

需要说明的是，当前发送的第一以太网帧被中断后，需要对该第一以太网帧进行处理，使其已发送部分和未发送部分分别构成完整的帧。具体地，所述对当前的第一以太网帧的已发送部分和未发送部分进行处理，包括：在当前的第一以太网帧的已发送部分的结尾处添加4字节的循环冗余校验，并在当前的第一以太网帧的未发送部分的开始处添加8字节的头部。

如图2所示，在t3时刻，第二以太网帧b4在第一以太网帧b1的传输过程中到达onu，而第二以太网帧b4的优先级高于第一以太网帧b1的优先级，此时，判断出第一以太网帧b1满足中断条件，则中断第一以太网帧b1的发送，并给第一以太网帧b1的已发送部分添加适当的开销，即添加4字节的循环冗余校验，同时给第一以太网帧b1的未发送部分添加适当的开销，即添加8字节的头部。然后，开始向olt发送第二以太网帧b4。

进一步地，所述方法还包括：在所述第二以太网帧发送完毕后，继续在所述发送窗口内发送所述队列中的第一以太网帧。

需要说明的是，第一以太网帧的未发送部分可以缓存到队列中，以便在抢占的第二以太网帧发送完成后，继续按照优先级由高到低的顺序，发送队列中的第一以太网帧。如图2所示，在第二以太网帧b4发送完成后，继续发送第一以太网帧b1的未发送部分。

应当注意的是，抢占式低时延调度方案的执行不影响olt分配给onu的发送窗口的时隙长度，不论onu的数据发送顺序如何，都只应在规定的发送窗口内发送。若发送窗口内未发送完队列中的第一以太网帧，则需等待下一个轮询周期的到来。具体地，所述方法还包括：若所述发送窗口内未发送完所述队列中的第一以太网帧，则在第三轮询周期继续发送所述队列中的第一以太网帧；所述第三轮询周期为所述第二轮询周期的下一个周期。

如图2所示，第一以太网帧b1的未发送部分的长度超过发送窗口的剩余长度，对第一以太网帧b1的未发送部分进行切分，切分后的部分在t4时刻，即第三轮询周期，发送至olt。

参见图4，是本发明实施例提供的基于帧抢占的tdm-pon移动前传光网络数据传输方法的另一流程示意图，所述方法包括：

401、ru收集1tti的无线数据。

402、ru将无线数据封装成以太网帧发送给onu。

403、onu接收到一轮询周期的以太网帧。

404、onu按照优先级由高到低的顺序，在olt分配的发送窗口中发送以太网帧。

405、onu在当前以太网帧发送的过程中判断是否有更高优先级的以太网帧到达，若是，则执行步骤406，若否，则执行步骤409。

406、onu判断是否发送抢占，若是，则执行步骤407，若否，则执行步骤409。

407、onu对当前发送的低优先级帧进行处理。

408、onu发送抢占的高优先级帧，并执行步骤410。

409、onu继续发送当前以太网帧。

410、onu是否将1tti的无线数据发送完毕，若是，则结束，若否，则执行步骤411。

411、onu判断下一个以太网帧的帧长是否超过发送窗口，若是，则执行步骤412，若否，则返回步骤404。

412、onu对下一个以太网帧进行切分后发送。

413、onu等待下一个轮询周期的开始，并返回步骤404。

需要说明的是，onu在等待下一个轮询周期的过程中，其他onu开始发送以太网帧。

5g承载的业务种类繁多，业务特征各不相同，对时延的要求也各不相同。若不对这些业务数据帧做区分处理，时延敏感型业务的数据极有可能无法满足时延要求。本发明提供的基于帧抢占的tdm-pon移动前传光网络数据传输方法，通过onu向olt发送第一以太网帧的同时，接收ru发送的第二以太网帧，且第二以太网帧在当前的第一以太网帧的发送过程中到达onu，在检测到第二以太网帧的优先级高于当前的第一以太网帧的优先级，且当前的第一以太网帧满足中断条件时，中断当前的第一以太网帧的发送，并向olt发送第二以太网帧，以在满足非时延敏感型业务数据的时延要求下，尽可能减少承载时间敏感型业务数据的帧的排队时延。

相应地，本发明还提供一种基于帧抢占的tdm-pon移动前传光网络数据传输装置，能够实现上述基于帧抢占的tdm-pon移动前传光网络数据传输方法的所有流程。

参见图5，是本发明实施例提供的基于帧抢占的tdm-pon移动前传光网络数据传输装置的结构示意图，该装置包括：

发送模块1，用于向光线路终端olt发送第一以太网帧；

接收模块2，用于接收光网络单元ru发送的第二以太网帧，且所述第二以太网帧在当前第一以太网帧的发送过程中到达onu；

第一检测模块3，用于检测所述第二以太网帧的优先级是否高于当前第一以太网帧的优先级；

第二检测模块4，用于在所述第二以太网帧的优先级高于当前第一以太网帧的优先级时，检测当前第一以太网帧是否满足中断条件；以及，

中断模块5，用于在当前第一以太网帧满足中断条件时，中断当前第一以太网帧的发送，并向olt发送所述第二以太网帧。

本发明提供的基于帧抢占的tdm-pon移动前传光网络数据传输装置，通过onu向olt发送第一以太网帧的同时，接收ru发送的第二以太网帧，且第二以太网帧在当前的第一以太网帧的发送过程中到达onu，在检测到第二以太网帧的优先级高于当前的第一以太网帧的优先级，且当前的第一以太网帧满足中断条件时，中断当前的第一以太网帧的发送，并向olt发送第二以太网帧，以在满足非时延敏感型业务数据的时延要求下，尽可能减少承载时间敏感型业务数据的帧的排队时延。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本发明难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(ic)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本发明难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本发明的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本发明。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态ram(dram))可以使用所讨论的实施例。

本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。