CN102118212B - 一种进行光网络单元带宽分配的方法及光线路终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种进行光网络单元带宽分配的光线路终端，包括：带宽估计模块、带宽计算模块和带宽确定模块；所述带宽估计模块，用于根据光网络单元的上行数据流量估计所述光网络单元的上行开销并通知至所述带宽计算模块；所述带宽计算模块，用于根据所述带宽估计模块输出的所述光网络单元的上行开销计算为所述光网络单元中各业务容器分配的带宽；所述带宽确定模块，用于在下行帧的带宽中为所述光网络单元中各业务容器分配带宽。本发明提供一个在GPON中支持上行突发和FEC功能的技术方案，该技术方案可以支持协议所要求的相关功能的实现；该方案在减少上行突发数据流开销的同时又保证了上行数据传输时的健壮性能。

Description

一种进行光网络单元带宽分配的方法及光线路终端

技术领域

本发明涉及动态带宽分配技术，尤其涉及一种进行光网络单元带宽分配的方法及光线路终端。

背景技术

吉比特无源光网络（Gigabit Passive Optical Network，简称GPON）是由ITU-T（International Telecommunication Union-Telecommunication）G.984所规定的无源光网络的一个通讯协议；作为一种全新的光纤宽带接入技术，GPON可以在尽可能节省开销的同时提供最优化的传输性能，同时安装起来也十分便利；GPON网络越来越得到广泛的应用。

GPON采取了一点对多点的拓扑结构；如图1所示，光线路终端（OpticalLine Terminal，简称OLT）是一个主结点，与一个或多个光网络单元（OpticalNetwork Unit，简称ONU）对接；ONU是从结点，每一个ONU包含一个或多个业务容器（Traffic Container，简称TCONT）；业务容器通过动态带宽报告消息（DBRU）向OLT报告TCONT缓存了多少数据需要传送到OLT，OLT为TCONT分配带宽后，此TCONT根据OLT分配的带宽进行上行数据的发送。

图2显示了GPON中用到的上行帧的帧结构；上行帧的帧结构包含了物理层开销（PLOU）、物理层操作维护管理（PLOAM）、DBRU、GPON封装头（GEM header）、净荷（PAYLOAD）、空闲帧（IDLE FRAME）、前向纠错循环冗余校验（FEC CRC）开销等。需指出的是，PLOU字段可以被同一个ONU中的全部TCONT共用；同一个ONU中的不同TCONT在被分配带宽后，可以将上行数据包含在同一个上行帧中，也可以分散在不同的上行帧中。同一个ONU中的不同TCONT的上行数据在同一上行帧中发送时，这些上行数据称为一个突发（burst）。

GPON的协议支持burst数据的上传用于节省开销，同时也支持FEC校验功能以保证上行数据的强壮性，具体采用的编解码方式是RS（255，239）；在协议中，特别指出上行数据的开始和结尾的标志不能落在FEC的校验区域。但实际应用中缺少具体的实施方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种进行光网络单元带宽分配的方法及光线路终端，节省上行带宽的开销。

为了解决上述问题，本发明提供了一种进行光网络单元带宽分配的光线路终端，包括：带宽估计模块、带宽计算模块和带宽确定模块；所述带宽估计模块，用于根据光网络单元的上行数据流量估计所述光网络单元的上行开销和需求净荷流量并通知至所述带宽计算模块，带宽估计模块根据下式估算第n+1个动态带宽分配周期时光网络单元的上行开销overhead(n+1)：

overhead(n+1)=Grant（n-1）–pm(n+1)–idle(n+1)；

Grant（n-1）是指第n-1个动态带宽分配周期时所述光线路终端为所述光网络单元中的各业务容器分配的带宽；pm(n+1)是指第n+1个动态带宽分配周期时光网络单元向光线路终端发送的上行数据流量的统计值；idle(n+1)指第n+1个动态带宽分配周期时光网络单元向光线路终端发送的空闲数据的统计值，n为大于1的整数。；所述带宽计算模块，用于根据所述带宽估计模块输出的所述光网络单元的上行开销和需求净荷流量计算为所述光网络单元中各业务容器分配的带宽；所述带宽确定模块，用于在下行帧的带宽中为所述光网络单元中各业务容器分配带宽。

进一步的，上述光线路终端还具有以下特点：

还包括与所述带宽计算模块相连的主控模块；所述主控模块，用于确定所述光网络单元中各业务容器的数据在上行帧中的位置；所述带宽计算模块，还用于根据所述主控模块确定的各业务容器的位置为所述光网络单元分配带宽。

进一步的，上述光线路终端还具有以下特点：

所述主控模块，还用于按照所述光网络单元中业务容器的优先级高低依次排列各业务容器在上行帧的同一突发中的位置；或者，将最高优先级的业务容器单独设定于一个突发中，将其它非最高优先级的业务容器设定于其它一个或多个突发中。

进一步的，上述光线路终端还具有以下特点：

所述带宽计算模块，还用于为各业务容器的分配带宽均为255字节的倍数；为位于上行帧的突发中第一位置的业务容器分配的带宽中包括物理层开销字节的开销。

进一步的，上述光线路终端还具有以下特点：

所述带宽计算模块，还用于为各业务容器的分配带宽均为255字节的倍数与偏移值delta字节的和，delta为大于16小于239的整数；为各业务容器分配的带宽中delta的值在满足突发数据不落入校验字节范围内的条件下取值。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种进行光网络单元带宽分配的方法，包括：根据光网络单元的上行数据流量估计光网络单元的上行开销和需求净荷流量，根据所述光网络单元的上行开销和需求净荷流量计算为所述光网络单元中各业务容器分配的带宽，在下行帧的带宽中为所述光网络单元中各业务容器分配带宽；

根据下式估算第n+1个动态带宽分配周期时光网络单元的上行开销overhead(n+1)：

overhead(n+1)=Grant（n-1）–pm(n+1)–idle(n+1)；

Grant（n-1）是指第n-1个动态带宽分配周期时光线路终端为所述光网络单元中的各业务容器分配的带宽；pm(n+1)是指第n+1个动态带宽分配周期时光网络单元向光线路终端发送的上行数据流量的统计值；idle(n+1)指第n+1个动态带宽分配周期时光网络单元向光线路终端发送的空闲数据的统计值，n为大于1的整数。

进一步的，上述方法还具有以下特点：

所述光线路终端确定所述光网络单元中各业务容器的数据在上行帧中的位置；并根据确定的各业务容器的位置为所述光网络单元分配带宽。

进一步的，上述方法还具有以下特点：

光线路终端按照所述光网络单元中业务容器的优先级高低依次排列各业务容器在上行帧的同一突发中的位置；或者，将最高优先级的业务容器单独设定于一个突发中，将其它非最高优先级的业务容器设定于其它一个或多个突发中。

进一步的，上述方法还具有以下特点：

所述光线路终端为各业务容器的分配带宽均为255字节的倍数；为位于上行帧的突发中第一位置的业务容器分配的带宽中包括物理层开销字节的开销。

进一步的，上述方法还具有以下特点：

所述光线路终端为各业务容器的分配带宽均为255字节的倍数与偏移值delta字节的和，delta为大于16小于239的整数；为各业务容器分配的带宽中delta的值在满足突发数据不落入校验字节范围内的条件下取值。

本发明提供一个在GPON中支持上行突发和FEC功能的技术方案，该技术方案可以支持协议所要求的相关功能的实现；该方案在减少上行突发数据流开销的同时又保证了上行数据传输时的健壮性能。本发明中，确定光网络单元带宽时，参考了本次分配之前分配的带宽，使本次带宽的分配较优。

附图说明

图1是现有技术中GPON网络的拓扑结构图；

图2是现有技术中GPON的上行帧的帧结构图；

图3是本发明中OLT和ONU通信方式的示意图；

图4是本发明中OLT和ONU通信时序的示意图；

图5是本发明中GPON动态带宽分配方案的整体框架图；

图6A是设置TCONT在突发中位置的一种方式示意图；

图6B是设置TCONT在突发中位置的另一种方式示意图；

图6C是设置TCONT在突发中位置的另一种方式示意图；

图7是具体实施方式中描述的第二种保证上行数据的开始和结尾处不落在校验位的方案的流程图。

具体实施方式

为了详细说明本发明，以图3和图4说明本发明中OLT和ONU的通信原理。

如图3所示，ONU接收到输入数据包括稳定的数据流（Constant Bit Rate，简称CBR）和突发的数据流（Variable Bit Rate，简称VBR），缓存在存储器中并将缓存的数据量通过DBRU报告上报给OLT，OLT接收到后，根据DBA算法得到为各ONU分配的带宽，ONU根据分配到的带宽和存储器中保存的数据量决定向OLT发送一定数量的上行数据，此上行数据的数据量是OLT分配的上行带宽所对应的数据量和所有缓存数据量中最小的一个。

图4描述了OLT和ONU通讯的时序关系。在第（n-1）个DBA周期，ONU上报DBRU报告并发送上行流量；在第n个DBA周期,OLT根据DBA算法以及DBRU报告和上行流量的统计值，进行DBA运算得到为ONU中各TCONT分配的带宽，以便ONU在第（n+1）个DBA周期发送上行数据，显而易见，ONU上报的DBRU需求要在两个DBA周期后才会得以响应。

如图5所示，本实施例中进行光网络单元带宽分配的光线路终端包括主控模块，带宽估计模块，带宽计算模块，带宽确定模块。

主控模块，用于确定光网络单元中各业务容器的数据在上行帧中的位置。具体的，按照所述光网络单元中业务容器的优先级高低依次排列各业务容器在上行帧的同一突发中的位置；或者，将最高优先级的业务容器单独设定于一个突发中，将其它非最高优先级的业务容器设定于其它一个或多个突发中。

主控模块，还用于向带宽计算模块通知当前光网络单元可以被分配的带宽的最大值和光网络单元的优先等级等信息；还用于控制带宽计算模块和带宽确定模块进行操作的时序。

带宽估计模块，用于根据光网络单元的上行数据流量估计所述光网络单元的上行开销和需求净荷流量并通知至带宽计算模块。

带宽计算模块，用于根据带宽估计模块输出的光网络单元的上行开销和需求净荷流量计算为所述光网络单元中各业务容器分配的带宽，并且还根据所述主控模块确定的各业务容器的位置为所述光网络单元分配带宽。

具体的，带宽估计模块根据下式估算第n+1个动态带宽分配周期时光网络单元的上行开销overhead(n+1)：

overhead(n+1)=Grant（n-1）–pm(n+1)–idle(n+1)；

Grant（n-1）是指第n-1个动态带宽分配周期时所述光线路终端为所述光网络单元中的各业务容器分配的带宽；pm(n+1)是指第n+1个动态带宽分配周期时光网络单元向光线路终端发送的上行数据流量的统计值；idle(n+1)指第n+1个动态带宽分配周期时光网络单元向光线路终端发送的空闲数据的统计值，n为大于1的整数。

光网络单元需求净荷流量的估算是现有技术，不再赘述。

带宽计算模块使突发数据不落入校验字节范围内的条件，还用于为各业务容器的分配带宽均为255字节的倍数，位于上行帧的突发中第一位置的业务容器分配的带宽中包括PLOU字节的开销；或者，为各业务容器的分配带宽均为255字节的倍数与偏移值D字节的和，D为大于16小于239的整数；为各业务容器分配的带宽中D的值在满足突发数据不落入校验字节范围内的条件下取值。

带宽确定模块，用于在下行帧的带宽中为所述光网络单元中各业务容器分配带宽，生成各业务容器的条目表，条目表中指示此业务容器在上行帧中被允许发送上行数据的起始时间和结束时间，并通过发送模块将此信息通过下行帧通知至光网络单元，通知其发送上行数据的时间及位置。

本发明中，进行光网络单元带宽分配的方法包括：根据光网络单元的上行数据流量估计光网络单元的上行开销，根据光网络单元的上行开销和需求净荷流量计算为光网络单元中各业务容器分配的带宽；在下行帧的带宽中为光网络单元中各业务容器分配带宽。

具体的，根据下式估算第n+1个动态带宽分配周期时光网络单元的上行开销overhead(n+1)：

overhead(n+1)=Grant（n-1）–pm(n+1)–idle(n+1)；

Grant（n-1）是指第n-1个动态带宽分配周期时所述光线路终端为所述光网络单元中的各业务容器分配的带宽；pm(n+1)是指第n+1个动态带宽分配周期时光网络单元向光线路终端发送的上行数据流量的统计值；idle(n+1)指第n+1个动态带宽分配周期时光网络单元向光线路终端发送的空闲数据的统计值，n为大于1的整数。

光线路终端中还确定光网络单元中各业务容器的数据在上行帧中的位置。例如，指示的每个业务容器的信息中包括两个比特，一个是SOB(start ofburst)，一个是EOB（end of burst）；其中SOB为1表示相应的TCONT为一个burst的开头；EOB为1表示相应的TCONT为一个burst的结尾。假如当前的TCONT在ONU的TCONT链表的最前面，那么SOB应该配置为1;假如当前的TCONT在ONU的TCONT链表的最后面，那么LOB应该配置为1;假如当前的TCONT在ONU的TCONT链表的中间，那么SOB和LOB应该均配置为0，如图6A所示。SOB和EOB所包括的TCONT在链表中就形成了一个上传的burst数据；当且仅当SOB设置为1时，OLT才会为该TCONT分配PLOU用到的带宽，而其它的TCONT将共享该PLOU字节。

光线路终端根据确定的各业务容器的位置为光网络单元分配带宽。方式一，可以按照光网络单元中业务容器的优先级高低依次排列各业务容器在上行帧的同一突发中的位置；方式二，还可以将最高优先级的业务容器单独设定于一个的突发中，将其它非最高优先级的业务容器设定于其它一个或多个突发中。

ONU1的三个TCONT分别为类型1、类型2与类型3,ONU2的三个TCONT分别为类型1、类型4与类型5，其中类型1的TCONT在实际应用中对传输的数据的抖动的要求非常高；如图6B中所示的方式一的分配方式中，ONU1/ONU2分别形成了一个burst从而达到了系统的PLOU带宽开销的最小。如图6C所示方式二的分配方式中，两个ONU形成了四个burst，两个为type1的TCONT均独立地形成了两个burst并排列在链表的最前面，这样的配置方式，虽然带来了一定的额外开销，但是有效的保证了两个为type1的TCONT的抖动为零。以上仅仅只是举例说明TCONT在上行帧突发的可分配位置的多样性，具体实现包含但是不限于以上的举例。

由上述方法中描述的公式可知，不论FEC功能是否启用，在带宽估计模块中直接用公式（1）可以精确地估计上传的数据的开销，因为在一个帧中，除了净荷和数据以外的其他带宽全部被当作开销，包括：PLOU、PLOAM、DBRU、GEM header、FEC CRC等。

针对在FEC功能启用的时候，上行数据的开始和结尾的标志不能落在FEC的校验区域，本发明提出了如下两种实现方式；

方式一：为各业务容器的分配带宽均为255字节的倍数；为位于上行帧的突发中第一位置的业务容器分配的带宽中包括PLOU字节的开销。

在FEC功能启用时，带宽计算模块将各TCONT的分配带宽向上取整并归一化到255字节的倍数，同时在带宽确定模块会对带宽因切片而做微调，以保证最终分配下去的带宽均为255bytes的倍数从而让FEC打开的时候数据的开始和结尾的标志不落在FEC的校验区域；具体实现步骤如下：

带宽计算模块产生两种TCONT分配结果：

1.SOB=1的TCONT，分配的带宽内包括PLOU的开销plo_bytes

带宽计算模块分配带宽=255n+plo_byte-3

2.SOB=0的TCONT，分配的带宽内不包括plo_bytes

带宽计算模块分配带宽=255n

在带宽确定模块中，在每一帧的尾部，因为尾部的字节有限，属于某一个TCONT的带宽可能会切成两片；在带宽确定模块处理的时候，有两种情况：

对于SOB=1的TCONT如果不切片，那么分配下去的带宽的stop-start=255n-3；如果切片，第一个在当前帧的条目的带宽的stop-start=255m-3，第二个属于下一帧的条目stop-start=255(n-m)-3，且第二个access条目从总带宽里取（plo_byte-3）字节供PLOU开销用分配的。

对于SOB=0的TCONT如果不切片，那么stop-start=255n；如果切片，第一个条目stop-start=255m，第二个条目stop-start=255(n-m)-3，且第二个access条目从总带宽里取（plo_byte-3）字节供PLOU开销用。

也就是说，只要带plo_bytes的access条目长度就是255n-3，否则就是255n字节。

方式二：为各业务容器的分配带宽均为255字节的倍数与偏移值delta字节的和，delta为大于16小于239的整数；为各业务容器分配的带宽中delta的值在满足突发数据不落入校验字节范围内的条件下取值。

在具体实现中，各TCONT的分配带宽也可以是255n+delta（16<delta<239）的形式，其中delta为一个可以配置的参数；带宽计算模块在分配带宽的时候要保证start和stop不落在校验字节范围内，且整个burst最后一个delta大于16并且小于239字节。具体的实现方法是一旦发现stop落在校验字节范围内就对stop进行向后的微调使之符合协议的要求；举例如下：比如说一个ONU有三个TCONT，分别为t1、t2和t3；带宽计算模块计算得到的带宽为250bytes、30bytes和220bytes,那么t1的stop指针应该微调到255bytes处，t2的stop指针应该在(255+30)bytes处，t3的stop指针应该在(255+30+225)bytes处。带宽确定模块在跨帧处要对由带宽计算模块传过来的带宽以start和stop不落在校验字节范围为原则继续在切片处进行类似的第二次微调；具体的步骤可参见图7，burst未结束时，计算各TCONT的指针位置，如果某一TCONT的stop指针落在校验区域内,则多分配tconti一点带宽，将其stop指针调整至校验区域以外。burst结束后，判断为TCONT分配的带宽在前后帧的交界处时，检查burst中在后面一帧的TCONT的stop指针是否被移动到校验区域，如果是的话，对其stop指针微调。在图7可以看到，一旦某TCONT的带宽被切片，那么在后面一帧的全部TCONT的stop指针因为start指针已经重新归零可能需要重新调整。

在上面的两种方法中，第一种方法分配带宽的颗粒度比较大，带宽浪费比较多；第二种方法的带宽的两轮微调处理过程比较复杂。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在未背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种进行光网络单元带宽分配的光线路终端，其特征在于，包括：带宽估计模块、带宽计算模块和带宽确定模块；

所述带宽估计模块，用于根据光网络单元的上行数据流量估计所述光网络单元的上行开销和需求净荷流量并通知至所述带宽计算模块，带宽估计模块根据下式估算第n+1个动态带宽分配周期时光网络单元的上行开销overhead(n+1)：

overhead(n+1)=Grant（n-1）–pm(n+1)–idle(n+1)；

Grant（n-1）是指第n-1个动态带宽分配周期时所述光线路终端为所述光网络单元中的各业务容器分配的带宽；pm(n+1)是指第n+1个动态带宽分配周期时光网络单元向光线路终端发送的上行数据流量的统计值；idle(n+1)指第n+1个动态带宽分配周期时光网络单元向光线路终端发送的空闲数据的统计值，n为大于1的整数；

所述带宽计算模块，用于根据所述带宽估计模块输出的所述光网络单元的上行开销和需求净荷流量计算为所述光网络单元中各业务容器分配的带宽；

所述带宽确定模块，用于在下行帧的带宽中为所述光网络单元中各业务容器分配带宽。

2.如权利要求1所述的光线路终端，其特征在于，还包括与所述带宽计算模块相连的主控模块；

所述主控模块，用于确定所述光网络单元中各业务容器的数据在上行帧中的位置；

所述带宽计算模块，还用于根据所述主控模块确定的各业务容器的位置为所述光网络单元分配带宽。

3.如权利要求2所述的光线路终端，其特征在于，

所述主控模块，还用于按照所述光网络单元中业务容器的优先级高低依次排列各业务容器在上行帧的同一突发中的位置；或者，将最高优先级的业务容器单独设定于一个突发中，将其它非最高优先级的业务容器设定于其它一个或多个突发中。

4.如权利要求1、2、3所述的光线路终端，其特征在于，

所述带宽计算模块，还用于为各业务容器的分配带宽均为255字节的倍数；为位于上行帧的突发中第一位置的业务容器分配的带宽中包括物理层开销字节的开销。

5.如权利要求1、2、3所述的光线路终端，其特征在于，

所述带宽计算模块，还用于为各业务容器的分配带宽均为255字节的倍数与偏移值delta字节的和，delta为大于16小于239的整数；为各业务容器分配的带宽中delta的值在满足突发数据不落入校验字节范围内的条件下取值。

6.一种进行光网络单元带宽分配的方法，其特征在于，

根据光网络单元的上行数据流量估计光网络单元的上行开销和需求净荷流量，根据所述光网络单元的上行开销和需求净荷流量计算为所述光网络单元中各业务容器分配的带宽，在下行帧的带宽中为所述光网络单元中各业务容器分配带宽；

根据下式估算第n+1个动态带宽分配周期时光网络单元的上行开销overhead(n+1)：

overhead(n+1)=Grant（n-1）–pm(n+1)–idle(n+1)；

Grant（n-1）是指第n-1个动态带宽分配周期时光线路终端为所述光网络单元中的各业务容器分配的带宽；pm(n+1)是指第n+1个动态带宽分配周期时光网络单元向光线路终端发送的上行数据流量的统计值；idle(n+1)指第n+1个动态带宽分配周期时光网络单元向光线路终端发送的空闲数据的统计值，n为大于1的整数。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，

所述光线路终端确定所述光网络单元中各业务容器的数据在上行帧中的位置；并根据确定的各业务容器的位置为所述光网络单元分配带宽。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，

光线路终端按照所述光网络单元中业务容器的优先级高低依次排列各业务容器在上行帧的同一突发中的位置；或者，将最高优先级的业务容器单独设定于一个突发中，将其它非最高优先级的业务容器设定于其它一个或多个突发中。

9.如权利要求6、7、8所述的方法，其特征在于，

所述光线路终端为各业务容器的分配带宽均为255字节的倍数；为位于上行帧的突发中第一位置的业务容器分配的带宽中包括物理层开销字节的开销。

10.如权利要求6、7、8所述的方法，其特征在于，

所述光线路终端为各业务容器的分配带宽均为255字节的倍数与偏移值delta字节的和，delta为大于16小于239的整数；为各业务容器分配的带宽中delta的值在满足突发数据不落入校验字节范围内的条件下取值。

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