CN101924706A

CN101924706A - 基于onu端口的吉比特无源光网络带宽管理方法

Info

Publication number: CN101924706A
Application number: CN201010284123.4A
Authority: CN
Inventors: 王蓓; 钱凯; 熊晴晴; 刘新峰
Original assignee: Fiberhome Telecommunication Technologies Co Ltd
Current assignee: Fiberhome Telecommunication Technologies Co Ltd
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2030-09-17
Also published as: CN101924706B

Abstract

本发明公开了一种基于ONU端口的吉比特无源光网络带宽管理方法，包括以下步骤：A10、ONU对OLT分配的固定带宽，根据不同服务的优先级，由高到低依次分配足够的带宽，并创建相应的带宽资源池B_n；A20、ONU对同一服务在不同UNI端口上，根据该端口的当前状态通过从带宽资源池B_n中回收或借贷带宽资源的方式进行带宽的二次分配。本发明，通过为不同的服务分配固定的带宽资源，以及在同一服务中将分配给ONU轻载UNI口的带宽回收，并存入ONU带宽资源池，然后将资源池的带宽再借贷给重载UNI口，从而实现ONU不同UNI口之间更加公平的共享ONU的带宽资源。

Description

基于ONU端口的吉比特无源光网络带宽管理方法

技术领域

本发明涉及无源光网络，具体涉及基于ONU端口的吉比特无源光网络带宽管理方法。

背景技术

GPON(Gigabit-Capable PON)技术是基于ITU-T G.984.x标准的最新一代宽带无源光综合接入标准，具有高带宽，高效率，大覆盖范围，用户接口丰富等众多优点，被大多数运营商视为实现接入网业务宽带化，综合化改造的理想技术。

相对于其他的PON标准而言，GPON标准提供了前所未有的高带宽，下行速率高达2.5Gbit/s，其非对称特性更能适应宽带数据业务市场，并提供QoS的全业务保障，同时承载ATM信元和(或)GEM帧，有很好的提供服务等级、支持QoS保证和全业务接入的能力。承载GEM帧时，可以将TDM业务映射到GEM帧中，使用标准的8kHz(125μs)帧能够直接支持TDM业务。作为电信级的技术标准，GPON还规定了在接入网层面上的保护机制和完整的OAM功能。

图1是一种基本的GPON***框图，如图1所示，GPON***包括一个OLT11、ODN12和多个ONU13-1、13-2、…、13-N，其中ODN包括无源光分路器和光纤。OLT11经由ODN12连接到ONU13-1、ONU13、…、ONU13-N，构成一个一点到多点的树形网络拓扑结构，实现了一个局端设备OLT通过一根光纤与多个远端设备ONU进行了双向高速通信。GPON***下行通信采用广播方式，OLT将下午GEM帧通过ODN网络广播发送给每个ONU，在ONU设备中根据ONU ID来选择接收其中发给自己的GEM帧，而丢弃不属于自己的GEM帧；上行通信为突发方式，各个ONU采用TDMA(Time Division Multiple Access)时分复用方式进行访问，每个ONU在由OLT统一调度分配的时隙中发送GEM帧，从而避免了各ONU之间的数据碰撞。

GPON不仅仅是更快的PON，同时采用动态带宽分配(DBA)算法，根据ONU的需求和服务水平协议SLA为ONU分配带宽。在动态资源分配方式中，OLT通过检查来自ONU的DBA报告和/或通过输入业务流的自监测来了解拥塞情况，然后分配足够的资源。图2是GPON***中T-CONT带宽管理模型。GPON以T-CONT作为流量调度的基本单位，并将T-CONT分为5种类型，不同类型的T-CONT具有不同的带宽分配方式，可以满足不同业务流对时延、抖动、丢包率等不同的QoS要求。标准中又将带宽分成4种类型，分别是固定带宽Fixed、保证带宽Assured、非保证带宽Non-Assured和尽力而为带宽Best-Effort，带宽分配优先级依次下降。在带宽分配过程中，GTC***根据T-CONT管理业务流，每个T-CONT由Alloc-ID标识。一个T-CONT可包含一个或多个GEM Port-ID。OLT监控每个T-CONT的流量负载，并调整带宽分配来更好地分配PON带宽资源。

当前的GPON***中，动态带宽分配策略采用如下方式，光网络单元ONU向光线路终端OLT报告自己的状态及所需的带宽，OLT根据上报的数据对ONU进行动态带宽分配。但这种带宽分配策略存在一个缺点，即只在OLT端进行动态带宽分配，ONU端除了向OLT报告等待的字节数目外，没有主动参与动态带宽分配，而是采用抢占式的方式获得带宽资源。当在特定情况下某个ONU无法从其它ONU上动态获得更多的带宽资源时，而此时同一个ONU下的某个端口的用户占用了大量的带宽资源，导致无法保证其它端口的用户的带宽资源，从而造成了同一ONU下用户之间的不公平。

发明内容

为了解决现有技术中存在的无法保证同一ONU下不同用户之间公平的共享分配给ONU的带宽资源的问题，本发明提供了一种基于ONU端口的吉比特无源光网络带宽管理方法，包括以下步骤：

A10、ONU对OLT分配的固定带宽，根据不同服务的优先级，由高到低依次分配足够的带宽，并创建相应的带宽资源池B_n；

A20、ONU对同一服务在不同UNI端口上，根据该端口的当前状态通过从带宽资源池B_n中回收或借贷带宽资源的方式进行带宽的二次分配。

在上述方法中，步骤A20包括以下步骤：

A201、ONU为各UNI口分配相应服务S_n的初始带宽BI_nm和初始信用度CI_nm，同时设定信用度C_nm增减规则；

A202、ONU实时统计各UNI口在当前时段T内服务S_n的平均流量BA_nm，根据该平均流量BA_nm是否大于初始带宽BI_nm获得该UNI口的当前负载状态，根据该UNI端口的当前状态以及信用度C_nm增减规则进行带宽调整，所述信用度C_nm增减规则为：

当UNI口为零载或link down时，回收此UNI口所有的带宽资源并添加到相应的带宽资源池B_n中，同时增加该UNI口的信用度C_nm；

当该UNI口为轻载时，回收此轻载UNI口未使用的带宽资源并添加到相应的带宽资源池B_n中，同时增加该UNI口的信用度C_nm；

当该UNI口为重载时，从带宽资源池B_n中借贷带宽来增加该端口的带宽，同时减小该UNI口的信用度为C_nm。

在上述方法中，当UNI口为重载时，ONU首先判断是否存在多个UNI口同时重载，如果仅有一个UNI口重载，则判断该UNI口的信用度C_nm是否＞0，如果C_nm＞0则将带宽借贷给该UNI口，并减小该UNI口的信用度；否则，对该UNI口带宽不做任何调整；当存在多个UNI口都重载时，ONU根据各UNI口的初始优先级PU_nm和带宽资源池中的可借贷的带宽，以优先级PU_nm为序依次从带宽资源池B_n中借贷带宽给各重载UNI口。

在上述方法中，ONU设定带宽调整值为B，回收或借贷带宽时以一个带宽调整值B为单位进行，同时UNI口的信用度增加或减小B，带宽调整值B以KB为单位。

在上述方法中，当UNI口为轻载时，如果BA’_nm-BA_nm＜B，则不回收ONU的带宽，其中BA’_nm为该UNI口上一时段T内的平均流量。

在上述方法中，步骤A201中，服务S_n的初始信用度CI_nm＝k×BI_nm，其中k＝1～5。

在上述方法中，T的取值范围是1s～600s，B的取值范围是64KB～512KB。

本发明，通过为不同的服务分配固定的带宽资源，以及在同一服务中将分配给ONU轻载UNI口的带宽回收，并存入ONU带宽资源池，然后将资源池的带宽再借贷给重载UNI口，从而实现ONU不同UNI口之间更加公平的共享ONU的带宽资源。

附图说明

图1是基本的GPON***框图；

图2是GPON***中T-CONT带宽管理模型；

图3是本发明ONU端口带宽管理的结构图；

图4是本发明基于端口的吉比特无源光网络的带宽管理方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作出详细的说明。

本发明提供的基于端口的吉比特无源光网络的带宽管理方法，在OLT侧，OLT接受ONU上报的带宽分配请求，为ONU分配固定的带宽。在ONU侧，ONU对所分配的带宽进行二次管理。首先，ONU根据不同服务的初始优先级PU_nm为各项服务分配相应的带宽资源，即从OLT为ONU分配的固定带宽中先为高优先级的服务分配足够的带宽，然后再将剩余带宽依次分配给中、低优先级的服务，当完成各服务的带宽分配后，即使在使用过程中某一服务的带宽不够用，各服务之间也不互相借贷带宽；其次，ONU进一步对同一服务在不同端口上进行带宽管理，通过端口带宽管理，对UNI口的带宽再次进行管理，此管理方式是基于同一优先级服务的。

结合图3、图4，本发明提供的基于端口的吉比特无源光网络的带宽管理方法包括以下步骤：

A10、OLT根据不同服务S_n(其中n表示服务种类，n＝1，2，…)的优先级PS_n为各服务S_n分配相应的固定带宽BS_n，n越大优先级越高，故服务S₁、S₂、…、S_n的优先级依次增加，OLT分配带宽时首先保证服务S_n的带宽需求，其次是S_n-1，最后是S₂、S₁；

A20、ONU对同一服务在不同UNI端口上进行带宽再次分配。

步骤A20包括以下具体步骤：

A201、ONU为不同服务S_n创建相应的带宽资源池B_n，并为每个UNI口分配相应服务S_n的初始带宽BI_nm和初始信用度CI_nm，同时设定信用度C_nm增减规则，其中m表示ONU的UNI端口序号，初始信用度CI_nm＝k×BI_nm，k＝1～5，信用度C_nm增减规则是，当UNI口向带宽资源池B_n中存放1KB带宽时，信用度C_nm加1；当某个UNI口从带宽资源池中借贷1KB的带宽时，信用度C_nm减1；当信用度C_nm＝0时，UNI口不能继续借贷带宽；所以UNI口的借贷带宽BB_nm满足：-BI_nm≤BB_nm≤k×BI_nm，-BI_nm表示借出带宽。初始带宽BI_nm与初始优先级PU_nm相对应，初始带宽BI_nm越大，端口优先级PU_nm越高；反之，则该端口的优先级PU_nm越小；

上述步骤中，为了提高效率，ONU设定带宽调整值为B，回收或借贷带宽时以一个带宽调整值B为单位进行，同时UNI口的信用度增加或减小B，带宽调整值为B以KB为单位，即B为若干个KB。

A202、ONU实时统计各UNI口的流量信息，并将此信息存入端口流量信息表中，以便判断ONU的UNI口的端口状态。具体地说，首先计算出UNI口在当前时段T内服务S_n的平均流量BA_nm并存入端口流量信息表中，然后将该平均流量BA_nm与该UNI口的初始带宽BI_nm进行比较，根据比较结果判断该UNI口的状态是零载、轻载还是重载，并进行带宽调整。

如果BA_nm＝0，则表示UNI口状态为零载或link down，ONU按照带宽调整值B回收该端口的带宽并将其添加到相应服务的带宽资源池B_n中，同时增加该UNI口的信用度为C_nm+B；

如果BA_nm＜BInm，则表示UNI口状态为轻载，此时判断BA’_nm-BA_nm的值(BA’_nm表示上一个时段T内该端口的平均流量)，如果BA’_nm-BA_nm＜B，则不回收ONU的带宽；否则，ONU按照带宽调整值B回收相应端口的一个B的带宽并添加到相应服务的带宽资源池B_n中，同时增加该UNI口的信用度为C_nm+B；

如果BA_nm≥BI_nm，则表示UNI口状态为重载，此时判断BA’_nm-BA_nm的值，如果BA_nm-BA’_nm＜B，则ONU不借贷带宽；否则，ONU通过从服务S_n的带宽资源池B_n中借贷带宽B来增加该端口的带宽，并减小该UNI口的信用度为C_nm-B；

当重载UNI口向带宽资源池B_n借贷带宽时，对如下两种情况分别处理：

(1)、当仅有一个UNI口重载时，如果资源池B_n中有带宽可借且UNI口的信用度C_nm＞0，则将带宽借贷给该UNI口，且借贷带宽BB_nm＝B；否则，对该UNI口不做任何调整；

(2)、当存在多个UNI口都重载时，ONU则根据UNI口的初始优先级PU_nm，优先满足高优先级的重载UNI口的带宽需求，具体分配同(1)中所述。

本发明中，T的取值范围是1s～600s，B的取值范围是64KB～512KB，本发明通过T和B的合理取值，可以作到充分利用CPU资源和有限的带宽资源，提高了带宽利用率，保证用户的服务质量。

本发明所述带宽管理方法，分为两个层次来实现。首先建立带宽分配的模型，该模型主要是基于优先级和信用度的带宽借贷；然后实现业务映射，将不同的业务映射到不同的优先级，这种映射关系可以根据实际的业务需求来决定。这种分层的实现方法，保证了本发明不仅更有效的利用了ONU有限的带宽资源，而且在实际应用中也更加灵活，应用更加广泛。

以下实施例为本发明的一种具体应用，该实施例中，有VOIP业务、IPTV和宽带上网三种业务，ONU具有四个UNI口。根据上述方法，结合FTTH型ONU提供的具体服务，将VOIP业务定为高优先级业务，其次是IPTV和宽带上网，所以将VOIP映射到服务优先级3，IPTV映射到服务优先级2，宽带上网映射到服务优先级1。

对于上述三种服务，具有4个UNI口的FTTH型ONU，为了满足UNI口需求的带宽分别为：VOIP 64K、IPTV 3M、宽带上网2M，则需要消耗的带宽资源为4×(64K+3M+2M)。

当OLT分配给ONU的带宽仅有15M时，如果不采用本发明所提供的带宽管理方法，就不能满足所有用户的需求，而且当有一个UNI口状态为link down时，但该UNI口仍然占用着其带宽资源，此时必定会造成带宽的浪费，导致带宽利用率不高，而采用本发明则可以大大提高带宽的利用效率。

根据本发明，可以得出以下约束条件，

PS_n＝n，n＝1，2，3；

BI_1m＝2M，m＝1，2，3，4；

CI_1m＝2×2×1024＝4096，m＝1，2，3，4；

BS₁+BS₂+BS₃＝15M；

BI₁₁+BI₁₂+BI₁₃＝2.75M；

-BI_1m≤BB_1m≤2BI_1m，m＝1，2，3，4；

根据上述约束条件，再结合ONU的性能统计进行验证，得出以下结论：如果平均流量计算周期T太长，CPU占用率会比较低，但带宽利用率很低，实时响应不及时；如果时间T过短，CPU占用率很大，同时带宽利用率也会很低，甚至会影响业务正常工作。本发明可以根据不同的需求灵活的设定时间T，来满足不同的应用场景。通过设置合适的T和B，可以充分利用CPU资源和有限的带宽资源，提高了带宽利用率，保证用户的服务质量。

本发明为GPON***的ONU设备提供了一种基于端口的带宽管理方法，从而为GPON提供了更好QoS保障。通过本发明的带宽管理方法，GPON***不仅在OLT与ONU之间通过完善的DBA提供优秀的QoS服务能力，而且在ONU内部实现带宽的二次分配管理，更好的保证了QoS服务，从而用户能够更加公平的共享ONU的带宽，解决了同一ONU不同端口的用户使用带宽资源的公平性问题。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知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。

Claims

1.基于ONU端口的吉比特无源光网络带宽管理方法，其特征在于包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的基于ONU端口的吉比特无源光网络带宽管理方法，其特征在于，步骤A20包括以下步骤：

3.如权利要求2所述的基于ONU端口的吉比特无源光网络带宽管理方法，其特征在于当UNI口为重载时，ONU首先判断是否存在多个UNI口同时重载，如果仅有一个UNI口重载，则判断该UNI口的信用度C_nm是否＞0，如果C_nm＞0则将带宽借贷给该UNI口，并减小该UNI口的信用度；否则，对该UNI口带宽不做任何调整；当存在多个UNI口都重载时，ONU根据各UNI口的初始优先级PU_nm和带宽资源池中的可借贷的带宽，以优先级PU_nm为序依次从带宽资源池B_n中借贷带宽给各重载UNI口。

4.如权利要求2或3所述的基于ONU端口的吉比特无源光网络带宽管理方法，其特征在于，ONU设定带宽调整值为B，回收或借贷带宽时以一个带宽调整值B为单位进行，同时UNI口的信用度增加或减小B，带宽调整值B以KB为单位。

5.如权利要求2所述的基于ONU端口的吉比特无源光网络带宽管理方法，其特征在于，当UNI口为轻载时，如果BA’_nm-BA_nm＜B，则不回收ONU的带宽，其中BA’_nm为该UNI口上一时段T内的平均流量。

6.如权利要求2所述的基于ONU端口的吉比特无源光网络带宽管理方法，其特征在于，步骤A201中，服务S_n的初始信用度CI_nm＝k×BI_nm，其中k＝1～5。

7.如权利要求4所述的基于ONU端口的吉比特无源光网络带宽管理方法，其特征在于，T的取值范围是1s～600s，B的取值范围是64KB～512KB。