专利名称：无源光网络上行带宽的动态分配控制方法
技术领域：
本发明涉及一种基于以太网的多业务无源光网络技术，是一种上行信号的动态带宽分配控制方法，可有效提高上行带宽利用率，保障用户的带宽权益。
背景技术：
基于以太网的多业务无源光网络(EPON)系统，采用一个局端设备-光线路终端(Optical line Terminal，简称OLT)，通过无源的光分配网连接多个远端设备-光网络单元(Optical Net Unit，简称ONU)，构成点对多点树形拓补结构。
参见图1、图2，图中分别示出多业务EPON(MS-EPON)系统拓扑结构中的下行数据流方向和上行数据流方向。
参见图1，下行方向，OLT11侧下行信号传输的光信号由同一个激励源产生，如1、2、3，每个信号帧之间是连贯的，OLT11通过广播方式向远端的各光网络单元13(ONU1至ONU3)发送数据信号，经分路器12，由远端的各光网络单元13(ONU1至ONU3)，从连续数据1、2、3中选择出与已相关的一个或几个帧数据，发送给自己的用户14。
参见图2，上行方向，每个光网络单元13(ONU1至ONU3)只有在分配给自己的时隙内发送来自各自用户14的数据帧，其它时间则处于发送等待状态，各个光网络单元13的数据帧在光纤中经合路器12组合起来向OLT11传送。
EPON上行传输是多个ONU时分复用上行带宽，因此使用恰当的带宽分配机制是十分必要的。多业务EPON系统主要向用户提供基于以太网业务的数据业务，同时也应该支持有服务质量(QoS)保证的E1业务。
多业务EPON上行带宽分配可采用对带宽固定配置的方式，即系统按照各ONU预定的带宽固定(或者说静态)配置各ONU的上行带宽。而由于EPON承载E1(E1 Over EPON)技术是一种将E1数据适配成以太网数据在固定时刻发送的技术，因而这种固定带宽分配方法可以有机地融合EPON承载E1技术来支持传统的时分复用(TDM)业务。
在带宽固定配置的情况下，若为了保证传输性能，以各ONU的峰值速率分配带宽，此时因各ONU的数据流往往不是同时处于峰值速率状态下，将导致整个系统带宽没有被充分利用，大大降低了系统资源的利用率。而若为了提高系统资源的利用率，以各ONU传输数据的平均速率分配带宽，又常常会出现在某些ONU要发送较大的突发分组数据时，数据却不能及时发送出去的情况，从而使数据的丢包率和时延增加；而另外一些ONU的数据流量因小于平均速率，系统资源仍会没有被充分利用。由此可见，因突发性很强的以太网数据业务占相当大比例，静态带宽分配将导致EPON系统带宽利用率低。
动态带宽分配则是OLT根据各ONU实时上报的对带宽的请求进行统筹安排，动态调整授权给ONU的带宽值。由于动态带宽分配能够体现ONU的实时请求，从而可充分利用系统资源，同时改善时延等性能。
但在动态带宽分配情况下，由于每个ONU发送数据的时间不固定，因而不能直接使用EPON承载E1技术来支持传统的TDM业务，且目前EPON系统的动态带宽分配机制是根据ONU用户的请求给予其相应的带宽，不能对带宽进行管理，对用户请求提供的带宽只能是尽力而为的，因而其服务质量也是尽力而为的，不能满足电信运营商对综合业务平台的可运营可管理的要求，不能满足实际的市场需要。
因此一个科学有效的上行带宽动态分配控制机制，应能弥补目前MS-EPON系统动态带宽分配的不足可以根据各个ONU业务流的变化，实时地进行上行带宽分配，以提高带宽利用率；当各用户竞争系统带宽时，可根据用户与运营商间预先签定的合约，公平地进行带宽分配，即用户得到的带宽正比于其付费的多少，以方便运营商进行运营管理；同时，可利用EPON承载E1的技术传输有QoS保证的E1业务，满足客户对传统电信业务的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种无源光网络上行带宽的动态分配控制方法，对基于以太网的多业务无源光网络系统中的上行带宽进行动态分配控制，不仅能防止EPON系统各ONU上行突发数据间的冲突，更重要的是可以根据各个ONU业务流的变化，实时地进行带宽分配，以提高带宽利用率；当各用户竞争系统带宽时，根据用户与运营商签定的合约，公平地进行带宽分配，即用户得到的带宽正比于其付费的多少，保证带宽分配的公平性并方便运营商的运营管理；可利用EPON承载E1业务的技术，传输有QoS保证的E1业务，满足客户对传统电信业务的需求。
实现本发明目的的技术方案是这样的一种无源光网络上行带宽动态分配控制方法，是在由OLT、光分配网和多个ONU组成的无源光网络上进行上行带宽的动态分配控制，其特征在于包括对各ONU基于以太网业务数据的上行带宽的动态分配控制方法，和同时对各ONU的E1业务数据的上行带宽的动态分配控制方法；所述的对各ONU基于以太网业务数据的上行带宽的动态分配控制方法包括A1.由每个在线的ONU将自身缓存数据的大小，封装在含有时间标签值的以太网MAC控制帧格式的带宽请求帧中，并在各自的由OLT分配的授权带宽内于以太网业务数据发送结束时将该带宽请求帧上报给OLT；B1.OLT在轮询到在线的ONU时，计算该ONU的授权起始时间和授权带宽长度，并封装在含有时间标签值的以太网MAC控制帧格式的带宽授权帧中，发送给该ONU，计算依据包括该ONU上报的缓存数据大小和根据该ONU的上行用户带宽协议换算的基本带宽门限值；所述的对各ONU的E1业务数据的上行带宽的动态分配控制方法，包括
A2.OLT将计算出的每个ONU E1业务数据的第一个授权发送时间和配置的授权带宽长度封装在含有时间标签值的以太网MAC控制帧格式的带宽授权帧中，发送给每个ONU；B2.接收到带宽授权的各ONU，在其ONU时钟等于其第一个授权发送时间时进行第一个E1业务数据的发送，以后每隔一固定时间发送一次E1业务数据。
本发明的技术方案，利用时分复用和统计复用手段实现EPON系统对上行共享链路带宽动态分配和控制。该方案利用以太网MAC控制帧格式的带宽请求帧来传递ONU的缓存数据大小信息；OLT对于协约要求带宽较小的ONU用户，根据其授权带宽门限值与最大以太网帧长的比较结果调整授权带宽门限值的大小，从而在不占用别的ONU带宽的情况下保证能够发送最大以太网帧；OLT根据各ONU上报的缓存数据大小信息给予各ONU不超过其授权带宽门限值的带宽授权并且避让E1业务发送时隙；利用以太网MAC控制帧格式的带宽授权帧来传递OLT侧与各ONU侧的时钟同步消息及带宽授权消息，时分控制各ONU上行发送缓存中的数据发送；利用带宽授权帧传递E1的配置信息，包括各ONU的第一个授权发送时间及E1授权长度，使各ONU的适配成以太网帧格式的E1数据，从其第一个授权发送时间开始，在固定时隙周期地上行发送。
本发明方法经济有效灵活地根据OLT与各ONU的带宽协议，和各个ONU的实时业务情况，管理控制EPON系统各ONU的上行带宽。
本发明的技术方案中，各ONU按照接收到的来自OLT的以太网带宽授权内容，配置上行发送寄存器，实现对以太网数据和E1数据上行发送控制。
本发明利用以太网MAC控制帧格式的带宽请求帧，实现ONU的缓存数据大小信息的上报；带宽请求帧含有ONU的时间标签值，利用传统技术可实现OLT对ONU的测距。
本发明利用MAC控制帧格式的带宽授权帧，实现授权消息的下行传递；带宽授权帧含有时间标签值，用于实现各ONU侧与OLT侧的系统时钟同步。
本发明的技术方案，带宽管理方式集中易控，只需在OLT侧，就可实现对各ONU侧上行带宽的配置与管理；由各ONU侧各自独立地实现对上行带宽的时分控制。
本发明采用的上行带宽控制方法能够充分利用线路资源，在低成本的EPON平台上提供可靠的上行连接通道；支持的协约带宽范围广、粒度小，可以尽量满足用户的需求；同时可以根据各个ONU的业务情况做到上行带宽的灵活控制，在不降低所有ONU服务质量的情况下为业务量大的ONU提供更好的服务；同时支持有QoS保证的传统TDM业务，在接入网部分实现多业务接入；还为电信运营商提供简洁方便的上行带宽管理方式，确保接入网段运营收费的合理性，即接入网用户所享受的带宽能与其付费保持正比。
本发明的方法能提高接入网运营商对EPON系统上行共享带宽的控制和管理能力，提供上行带宽利用率，保障EPON用户的带宽权益。
图1是多业务EPON(MS-EPON)系统拓扑结构中下行数据流方向示意图；图2是多业务EPON(MS-EPON)系统拓扑结构中上行数据流方向示意图；图3是本发明对多业务EPON(MS-EPON)系统上行动态带宽分配过程示意图；图4、图5是多业务EPON系统上行动态带宽分配所使用的MAC控制帧的格式说明，其中图4是带宽请求帧的格式，图5是带宽授权帧的格式；图6是多业务EPON系统，OLT对ONU上行动态带宽分配时的授权内容的计算流程框图；图7是本发明多业务EPON系统上行动态带宽分配原理框图。
具体实施例方式
本发明上行链路采取时分复用的方式，即在OLT给每个在线的ONU分配带宽的一轮授权中，OLT都是根据各个ONU与OLT的协约带宽和各ONU实时业务流的情况，将上行链路公平地分成一个个大小不等的时隙，分别授权给相应的ONU；各ONU只能在分配给自己的授权时隙内发送或接收数据。
在EPON的点到多点的系统中，定义最大周期T。OLT首先通过网管界面得到各ONU客户和运营商间的带宽协议，计算出每个ONU的基本带宽门限BTh＝BW×T，其中BW为协议的带宽大小，该基本带宽门限也是ONU客户的最大带宽授权值。然后通过EPON管理通道，将各个ONU的基本带宽门限BTh保存在OLT侧的现场可编程逻辑阵列(FPGA)芯片中。各个ONU的在线状况也通过EPON管理通道保存在OLT侧的该FPGA芯片中。
本发明方案需要完成最大带宽授权(即基本带宽门限)计算、授权起始时间计算、数据业务授权长度的计算、E1首次授权发送时间计算、EPON系统时钟同步、带宽请求信息传递、带宽授权信息传递、数据缓存、数据发送的时分控制等子任务。下面以在多业务EPON系统上实施本发明技术方案为例并结合附图进一步说明本发明方案中的各子任务。
参见图3，说明了MS-EPON系统的上行带宽动态分配过程。图中表示出OLT接收来自各ONU的上行数据(基于以太网业务的数据业务)、上行带宽请求和E1业务数据，及OLT向各ONU发送上行带宽授权。各ONU的E1业务数据固定在n×500μs点(n＝0，1，2，……)集中发送，如图中点划线箭头所示；各ONU的上行带宽请求帧在其以太网业务数据发送结束时发送，如图中粗稀虚线箭头所示；OLT接到一ONU的上行带宽请求帧后立即处理并分配带宽，通过带宽授权帧通知该ONU，如图中细密虚线箭头所示。
MS-EPON系统软件根据带宽协议计算出各ONU的上行基本带宽门限(最大带宽授权)，然后通过FPGA计算出各ONU每发送周期T的带宽授权，包括授权起始时间ST和授权长度G(上行方向各ONU自行发出的广播帧，如一些管理信息，仍占用本ONU数据通道，即占用带宽)。MS-EPON系统通过带宽请求-带宽授权的方式，为各ONU的数据传输分别提供独立的逻辑链路通道，并保障该逻辑链路通道的大小不小于与用户的带宽协议。
图3中，MS-EPON系统，将对E1业务数据的传输固定在n×500μs(n＝0，1，2，……)的固定时间点处，即在每固定时间点处提供授权，用于传输以太网帧格式的E1数据包。MS-EPON系统再通过在接收端增加平滑抖动措施(缓存不同周期数据)，就可以充分保障E1业务的业务质量(QOS)。每轮授权为n个在线ONU的普通以太网数据ONU1 DATA1至ONUn DATAn的传输提供了n个授权，用于对应传输n个普通以太网数据帧。图3中，OLT侧至ONU侧不同距离位置处的ONU1、ONU2、……、ONUn，在互相独立的逻辑传输通道中进行上行普通以太网数据传输，如图中实线箭头所示。
最大带宽授权(即基本带宽门限值)计算子任务EPON系统将ONU用户带宽协议转换为最大带宽授权的过程称为最大带宽授权计算过程。本发明在OLT侧CPU中，通过系统软件，利用制定在协议中的各ONU的最大带宽分配表(BW)计算出各ONU的上行最大带宽授权BTh＝T×BW。
授权起始时间计算子任务EPON系统决定各ONU每次授权开始时间的过程称为授权起始时间计算过程。本发明在OLT侧FPGA中，通过硬件，利用授权时间寄存器中的值、ONU的环路时延、E1数据包的授权时间起始点，以及当前时钟决定出ONU的授权起始时间(具体计算过程见附图6说明)。
数据业务授权长度的计算子任务EPON系统决定下一个发送周期给予ONU数据业务带宽授权大小的过程叫做数据业务授权长度计算过程。本发明在OLT侧的FPGA中，通过硬件，比较最大带宽分配表、ONU带宽请求表以及授权起始时间和下一个E1发送时间的差值，决定出ONU在下一发送周期的数据业务带宽授权(具体计算过程见附图6说明)。
E1首次授权发送时间计算子任务EPON系统决定每个ONU的E1数据首次授权发送时间的过程称为E1首次授权发送时间计算过程。在本发明的OLT侧FPGA中，通过硬件，从系统计数器0点开始持续计数，依次加上系统为各ONU配置的各E1授权长度(寄存器)的值，就可依次计算出每个ONU E1带宽授权的起始时间；每个ONU E1带宽授权的起始时间与各个ONU的环路时延相减，就可获得每个ONU E1带宽授权的发送时间。
EPON系统时钟同步子任务EPON上行为多点到一点的拓扑结构方式，每个ONU发送时隙与OLT分配的时隙一致是防止各个ONU上行数据发生碰撞的基础，因此，ONU侧的时钟应与OLT侧的时钟同步。本方案采用了以时间标签值为核心的时钟同步技术(利用时间标签值进行各ONU侧与OLT侧的时钟同步，其实现技术可参见本申请人于2002年12月6日递交的申请号为02153928.6、名称为“以太网无源光网络系统中双向带宽控制的方法”的专利申请文件)。
带宽请求信息传递子任务该过程是自ONU侧的FPGA传递到OLT侧FPGA的过程。本方案中，该过程是利用EPON MAC控制帧(帧类型标识符＝0x8808)承载ONU侧发送的缓存数据大小信息即带宽请求信息。
带宽授权信息传递子任务该过程是上行带宽授权信息自OLT侧FPGA传递到ONU侧FPGA的过程。本方案中，该过程是利用EPON MAC控制帧(帧类型标识符＝0x8808)承载上行带宽授权信息。
数据缓存子任务由于采用时分控制策略，各ONU只能在自己的授权时隙内发送或接收数据，因此，上行方向EPON系统需要在ONU侧缓存数据。
数据发送的时分控制子任务该任务是EPON系统带宽控制策略的核心。上行方向，各ONU接收到带宽授权帧后，按照带宽授权配置上行授权寄存器，并利用该寄存器控制上行发送起始时间点及发送时长。
E1的授权时间是固定的，且所有配置了E1链接的ONU的E1授权是连续的，从0点开始对第一个ONU的E1授权，一直到对最后一个配置了E1链接的ONU的E1授权结束。通过网管界面可以得到各个ONU配置的E1的长度，保存在FPGA中。接下来，通过FPGA从OLT计数器0开始，连续计算出每个ONU E1的第一个授权起始时间，再连续计算出每个ONU E1的第一个授权发送时间，再将第一个授权发送时间和配置的E1授权长度封装在MAC控制帧格式的带宽授权帧中发送给ONU。
计算每个ONU E1的第一个授权起始时间，是从OLT计数器0开始，为第一个ONU的第一个授权起始时间，用此ONU第一个授权起始时间加上该ONU的E1授权长度即计算出该ONU下一个ONU E1的授权起始时间，如此直到计算完最后一个配置了E1链接的ONU E1的第一个授权起始时间结束。
计算每个ONU E1的第一个授权发送时间，是从计算第一个ONU的第一个授权发送时间开始，直到计算最后一个配置了E1链接的ONU E1的第一个授权发送时间结束。其过程是读出每个ONU的环路时延，将ONU的第一个授权起始时间与其环路时延相减，如果差值为负数，则加上计数器的周期，即为该ONU发送E1业务数据的第一个授权发送时间，如果差值为正数，则该差值即为该ONU发送E1业务数据的第一个授权发送时间。
将各ONU E1的第一个授权发送时间和相应的授权长度封装成MAC控制帧格式的带宽授权帧发送给ONU，即OLT通过带宽授权帧向各ONU发送E1带宽配置信息。ONU收到对E1的带宽授权后，分离出E1第一个授权发送时间和E1授权带宽大小。当ONU的时钟等于其第一个E1授权发送时间时，进行E1数据的发送，以后ONU每隔500us自动将E1数据发送一次。
只要有一个ONU的E1配置改变(包括配置E1链接的ONU用户的增加或减少及其配置的变化)，系统对所有ONU的E1配置都重新计算发送一次。
此外，为了保证各ONU的步调一致，需要同步各ONU的时钟，使之与OLT时钟相一致。
EPON系统通过上述带宽控制流程，实质上是在基于千兆以太网的PON平台上，为各个ONU提供了相互独立、具有带宽保障、可以根据业务忙闲灵活分配带宽的数据传输通道，并利用时分控制及分配的带宽授权，保证了各ONU数据通道的互不干扰，同时在固定时刻点周期地发送E1业务，并保证E1业务的QoS。
图4、图5分别显示了带宽请求帧和带宽授权帧的帧格式。图4是带宽请求帧的帧格式，图5是带宽授权帧的帧格式。
带宽请求帧由ONU侧FPGA产生并发送，由OLT端接收并终结于OLT端的FPGA芯片。带宽请求帧是OLT获取ONU缓存数据大小信息的途径，它采用了MAC控制帧的结构，包括了通用以太网帧格式中所有的域。
图4中带宽请求帧含有以下信息8个字节的前导码，含广播LLID(LogicalLink Identification，为逻辑链路标识，是通过带宽控制策略在EPON平台上建立的点对点逻辑链路通道的标识)；6个字节的目的MAC(DA，介质访问控制层，是以太网数据链路层的一个子层)，是OLT MAC地址；6个字节的源MAC(SA)，是ONU MAC地址；2个字节的唯一的类型标识符0x8808，用于进行帧类型标识(EPON OAM MAC控制帧)；2个字节的MAC操控代码0x0003，用于区分不同的EPONMAC控制帧；4个字节的时间tag(timestamp，可用于OLT端对ONU端测距)，是带宽请求帧发出的时间标签值。
带宽请求帧中含有的请求内容包括2个字节的LLID；3个字节的request，用于向OLT端报告ONU缓存数据的大小，供OLT端计算下一个发送周期对该ONU的授权带宽。
带宽授权帧由OLT侧FPGA芯片产生并发送，由ONU端接收并终结于ONU端FPGA芯片。带宽授权帧是ONU获取上行带宽授权信息的途径，它采用MAC控制帧的结构，包括了通用以太网帧格式中所有的域。
图5中带宽授权帧含有下列信息8个字节的前导码，含广播LLID或ONULLID(ONUID+0x00)，在OLT侧建立有ONU以太网目的MAC地址与目的ONU_ID的对应表，通过硬件查表的方式可获得对应ONU的LLID号，并写入前导码中；6个字节的目的MAC(DA)，是广播地址或目的ONU MAC地址；6个字节的源MAC(SA)地址，是OLT MAC地址；2个字节的唯一的类型标识符0x8808，用于进行帧类型标识(EPON OAM MAC控制帧)；2个字节的MAC操控代码0x0002，用于区分不同的EPON MAC控制帧；4个字节的时间tag(timestamp)，是授权帧发出的时间标签值，用于EPON系统时钟同步。
带宽授权帧中含有的授权内容，包括1个字节的授权数/flag域(MSG)，其中包括1个比特的pon port flag，表示相应OLT端口；1个比特的discovery标志位，表示是否为初始化授权的标志；前2后4共6个比特的reserved是预留位；2个字节的LLID，表示授权所属的LLID(用于区别对ONU发送的是E1带宽配置的带宽授权帧还是以太网业务数据带宽配置的带宽授权帧)；4个字节的StartTime(在本发明中标记为ST)，表示授权起始时间；3个字节的Length，表示授权长度(在本发明中标记为G)。
利用上述MAC控制帧格式的带宽请求帧、带宽授权帧，实现系统时钟同步、测距、带宽请求信息的上行传递及授权消息的下行传递。
综上所述，每当涉及E1配置的授权更新发生时，MS-EPON系统都会通过OLT给每个在线的ONU分别发送一个有关E1配置的带宽授权帧；OLT接收到来自ONU的带宽请求帧后，向该ONU发送一个带宽授权帧；ONU在每次上行数据发送即将结束时，向OLT发送一个带宽请求帧。
参见图6，为OLT生成ONU授权帧内容的计算过程。
步骤600，OLT侧的FPGA循环读取各ONU在线状态，如果发现当前ONU不在线，则读取下一个ONU的在线状态；如果发现某一个ONU(i)在线，则停止读取下一个ONU(i+1)在线状态的操作，同时读取出ONU(i)上次授权结束时间T_end(i-1)，和在读出的上次授权结束时间与OLT系统时间一致时，读取此ONU的带宽请求信息，即缓存数据大小，表示为Re(i)，和由OLT端的FPGA利用带宽请求帧中的时间标签值计算的该ONU的环路时延RTT(i)；步骤601，比较该ONU上一次ONU(i-1)的授权结束时间T_end(i-1)与系统时间T_sys(系统时间由OLT在上电后自动计算，通过计数器值反映)间的差值是否大于环路时延RTT(i)，若差值大于ONU(i)的环路时延RTT(i)，执行步骤603，否则执行步骤602；步骤602，T_end(i-1)与T_sys的差值小于RTT(i)，则ONU(i)的授权初始起点时间IT_begin(i)等于T_sys加上RTT(i)；步骤603，T_end(i-1)与T_sys的差值大于等于RTT(i)，则ONU(i)的授权初始起点时间IT_begin(i)等于T_end(i-1)。
通过上述步骤601至603，获得该在线ONU(i)的授权初始起点时间IT_begin(i)。步骤601至603也可描述为OLT将系统时间与该ONU的环路时延值相加，和值与该ONU上一次授权结束时间比较，取大值作为初始授权起始时间。
步骤609，比较该ONU(i)上一次的E1数据发送时间T_E1与IT_begin(i)的差值是否大于等于该ONU(i)的上行最小带宽授权，若差值大于等于上行最小带宽授权，执行步骤610，若差值小于上行最小带宽授权，执行步骤611(将网管设置的前后保护带宽大小与MAC控制帧的大小求和，得到上行最小带宽授权，为一固定值)；步骤610，差值大于等于上行最小带宽授权时，授权起始时间T_begin(i)为授权初始起点时间IT_begin(i)；步骤611，差值小于上行最小带宽授权时，将ONU(i)的授权起始时间T_begin(i)推迟到其E1数据发送完后。
通过步骤609至611，得到了该ONU(i)的授权起始时间T_begin(i)。
步骤612，计算E1发送时间点T_E1与ONU(i)的授权起始时间T_begin(i)间隔内所能发送的字节数，记为授权受限值，并记录授权起始时间，计算的授权受限值送步骤613，用于计算最终授权值G(i)，授权起始时间T_begin(i)送步骤614，用于生成授权帧。
步骤604，与步骤601同时，比较ONU(i)的带宽请求信息Re(i)和其门限值Th(i)的大小(初始授权时，该门限值等于基本带宽门限BTh)，若Re(i)小于等于Th(i)，则执行步骤605，否则执行步骤606；步骤605，若Re(i)小于等于Th(i)，OLT分配给ONU(i)的初始授权带宽IG(i)等于其带宽请求值Re(i)，同时将门限值大小恢复到初始值，即恢复到基本带宽门限BTh；步骤606，若Re(i)大于门限值Th(i)，则比较Th(i)与最大以太网帧长MF的大小，Th(i)大于等于MF时执行步骤607，Th(i)小于MF时执行步骤608，设置步骤606，是为了防止当ONU侧缓存帧长比其基本带宽门限大时，可以通过累加自己的基本带宽门限来发出此帧，而不需要占用其他OUN带宽，也避免发不出此帧的发生；步骤607，Th(i)大于等于MF时，初始授权带宽IG(i)等于Th(i)，恢复门限值为初始值，即门限值恢复到基本带宽门限BTh；步骤608，Th(i)小于MF时，初始授权带宽IG(i)等于带宽请求帧的带宽请求值Re(i)，同时以基本带宽门限值BTh为粒度增加门限值。
上述步骤604至608，获得不同情况下的初始授权带宽IG(i)。
步骤613，将来自步骤605或607或608的初始授权带宽IG(i)与来自步骤612的授权受限值进行大小比较，取较小的作为最终授权值G(i)，并送步骤614，用于生成授权帧；步骤614，将授权起始时间T_begin(i)(即图5中的StartTime)和最终授权值G(i)(即图5中的Length)装配成MAC控制帧格式的带宽授权帧发送给ONU，同时记录本次授权结束时间T_end(i)，以备该ONU下一次授权时使用。
ONU接收到带宽授权帧后分离出授权起始时间和最终授权值G(i)(授权长度)，当ONU的时钟和授权起始时间相等时，ONU依次发送操作和管理(Operation&ManageOAM)帧和以太网数据。当发现剩下的授权长度不够发送下一帧和带宽请求帧时，停止OAM帧或者以太网数据的发送，查询OAM存储器的大小和以太网存储器的大小，将两项的和值作为带宽请求信息再装配成MAC控制帧格式的带宽请求帧发送给OLT。
本发明所涉及到的上行带宽动态分配控制机制弥补了目前EPON系统动态带宽分配的不足。它可以根据各个ONU业务流的变化实时地进行分配以提高带宽利用率；当各用户竞争系统带宽时根据用户与运营商签定的合约公平地进行带宽分配，即用户得到的带宽正比于其付费的多少，这样方便运营商运营管理；同时利用E1 Over EPON技术传输有QoS保证的E1业务。
参见图7，图中示出上行带宽控制原理。OLT侧71的上行带宽授权消息，由OLT带宽授权生成器54，根据从接收的带宽请求帧532中分离出来的带宽请求长度，和由CPU 51产生并通过以太网交换机52生成的最大带宽授权表531计算产生，上行带宽授权消息进入带宽授权帧生成器45。带宽授权帧生成器45产生上行带宽授权帧，入管理队列44后，在步骤43插入由OLT时钟计数器42产生的时间标签值，然后将含有该时间标签值的带宽授权帧发送到ONU端72。OLT时钟计数器42在OLT本地时钟源41的驱动下计数。
ONU端72，通过步骤461接收带宽授权帧，并通过步骤462从接收的带宽授权帧中提取出时间标签值，根据该时间标签值修改本地ONU时钟计数器47。步骤461还同时将从接收的带宽授权帧中提取出的授权信息(授权起始时间与授权长度)保存在上行发送控制器60的上行授权寄存器中。另一方面，ONU侧的本地数据在以太网接口55中封装成标准MAC帧，然后在步骤56中加上本ONU的LLID，再在上行发送缓存器59中缓存，在上行发送控制器59的控制下，上行数据在本地时钟计数器47的值等于上行带宽授权中本ONU的授权起始时刻(ST)时方能发送，在授权时长即将结束时，通过带宽请求帧生成器57生成带宽授权帧，在步骤58时插入本地时钟源48产生的时间标签后向OLT侧71发送。
总之，采用本发明的方法，可以有效提高线路的利用率，保障PON内传输的可靠性，增强带宽控制和分配的灵活性，以及提供有QoS的传统TDM业务，为电信运营商提供真正安全可控的带宽管理控制方案。
本发明的方法主要应用在基于千兆以太网的多业务EPON系统中，但在其它能够提供基于以太网点对多点应用的任何网络中，也都可以应用本发明的方案设计。
权利要求
1.一种无源光网络上行带宽动态分配控制方法，是在由OLT、光分配网和多个ONU组成的无源光网络上进行上行带宽的动态分配控制，其特征在于包括对各ONU基于以太网业务数据的上行带宽的动态分配控制方法，和同时对各配置了E1链接ONU的E1业务数据的上行带宽的动态分配控制方法；所述的对各ONU基于以太网业务数据的上行带宽的动态分配控制方法包括A1.由每个在线的ONU将自身缓存数据的大小，封装在含有时间标签值的以太网MAC控制帧格式的带宽请求帧中，并在各自的由OLT分配的授权带宽内于以太网业务数据发送结束时将该带宽请求帧上报给OLT；B1.OLT在轮询到在线的ONU时，计算该ONU的授权起始时间和授权带宽长度，并封装在含有时间标签值的以太网MAC控制帧格式的带宽授权帧中，发送给该ONU，计算依据包括该ONU上报的缓存数据大小和根据该ONU的上行用户带宽协议换算的基本带宽门限值；所述的对各配置了E1链接ONU的E1业务数据的上行带宽的动态分配控制方法，包括A2.OLT将计算出的每个ONU E1业务数据的第一个授权发送时间和配置的授权带宽长度封装在含有时间标签值的以太网MAC控制帧格式的带宽授权帧中，发送给每个ONU；B2.接收到带宽授权的各ONU，在其ONU时钟等于其第一个授权发送时间时，在配置的授权带宽长度内进行第一个E1业务数据的发送，以后每隔一固定时间发送一次E1业务数据。
2.根据权利要求1所述的无源光网络上行带宽动态分配控制方法，其特征在于所述步骤A1中，所述自身缓存数据的大小包括OAM存储器的大小与以太网业务数据缓存器的大小之和；当ONU在剩下的授权带宽长度不够发送下一帧以太网业务数据和带宽请求帧时，停止发送以太网业务数据和向OLT发送带宽请求帧。
3.根据权利要求1所述的无源光网络上行带宽动态分配控制方法，其特征在于所述步骤A1中，所述的带宽请求帧由各ONU的现场可编程逻辑阵列芯片产生并发送，包括了通用以太网帧格式中所有的域。
4.根据权利要求1所述的无源光网络上行带宽动态分配控制方法，其特征在于所述步骤A1中，所述ONU的以太网业务数据发送，是在ONU的本地时钟与带宽授权帧中的授权起始时间相等时开始发送。
5.根据权利要求1所述的无源光网络上行带宽动态分配控制方法，其特征在于所述步骤B1中，还包括在封装带宽授权帧时，记录对该ONU的带宽授权结束时间。
6.根据权利要求1所述的无源光网络上行带宽动态分配控制方法，其特征在于所述步骤B1中，所述的计算ONU的授权起始时间，进一步包括B11.OLT将系统时间与该ONU的环路时延值相加，和值与该ONU上一次授权结束时间比较，取大值作为初始授权起始时间；B12.求该ONU初始授权起始时间后，一组E1业务数据发送时间与初始授权起始时间的差值，在判断差值小于上行最小带宽授权值时，将该ONU的授权起始时间改变为该E1业务数据的发送结束时间，否则该ONU的授权起始时间为初始授权起始时间。
7.根据权利要求6所述的无源光网络上行带宽动态分配控制方法，其特征在于所述步骤B11中的取大值进一步包括在该ONU上一次授权结束时间小于系统时间与该ONU的环路时延值之和时，取系统时间与该ONU的环路时延值之和作为初始授权起始时间；在该ONU上一次授权结束时间大于系统时间与该ONU的环路时延值之和时，取该ONU上一次授权结束时间作为初始授权起始时间。
8.根据权利要求1所述的无源光网络上行带宽动态分配控制方法，其特征在于所述步骤B1中，所述的计算ONU的授权带宽长度，进一步包括B13.OLT比较ONU请求的缓存数据大小值和门限值，其中门限值为ONU的基本带宽门限值的累加值；B14.在门限值大于请求的缓存数据大小值时，取请求的缓存数据大小值作为初始授权带宽值，并将门限值恢复为基本带宽门限值；B15.在门限值小于请求的缓存数据大小值时，比较门限值和最大以太网帧长；B16.在门限值大于最大以太网帧长时，取门限值作为该ONU的初始授权带宽值，并将门限值恢复到基本带宽门限值；B17.在门限值小于最大以太网帧长时，取该ONU的上行最小带宽授权作为初始授权带宽值，同时以基本带宽门限值为粒度增加门限值；B18.将步骤B14或步骤B16或步骤B17获得的初始授权带宽值与授权受限值比较，取小值作为该ONU的授权带宽长度。
9.根据权利要求8所述的无源光网络上行带宽动态分配控制方法，其特征在于所述步骤B18中，所述的授权受限值为该ONU初始授权起始时间后，一组E1业务数据发送时间与所述的该ONU授权起始时间间隔内所能发送的字节数。
10.根据权利要求1所述的无源光网络上行带宽动态分配控制方法，其特征在于所述步骤B1、A2中，所述的带宽授权帧由OLT的现场可编程逻辑阵列芯片产生并发送，包括了通用以太网帧格式中所有的域。
11.根据权利要求1所述的无源光网络上行带宽动态分配控制方法，其特征在于所述步骤A2中的带宽授权帧，在发生ONU更新E1业务数据授权带宽配置时，进行发送。
12.根据权利要求1所述的无源光网络上行带宽动态分配控制方法，其特征在于步骤A2中，每个ONU E1业务数据的第一个授权发送时间，其计算包括从系统计数器0值开始，依次加上网管系统为各ONU配置的授权带宽长度，而依次获得每个ONU E1业务数据的第一个授权起始时间；读出各ONU的环路时延，将其第一个授权起始时间与其环路时延相减；差值为正数时，则差值为该ONU E1业务数据的第一个授权发送时间；差值为负数时，再加上计数器的周期后为该ONU E1业务数据的第一个授权发送时间。
全文摘要
本发明涉及一种上行带宽动态分配控制方法，在由OLT、光分配网和多个ONU组成的无源光网络上进行上行带宽的动态分配控制。其对各ONU以太网业务数据的上行带宽的动态分配控制包括由每个在线的ONU将自身缓存数据的大小，封装在带宽请求帧中上报给OLT；OLT依据上报的缓存数据大小和根据该ONU的上行用户带宽协议换算的基本带宽门限值，计算该ONU的授权起始时间和授权带宽长度，封装在带宽授权帧中发送给该ONU。其对各ONU的E1业务数据的上行带宽的动态分配控制包括OLT将计算出的每个ONU E1业务数据的第一个授权发送时间和配置的授权带宽长度，封装在带宽授权帧中发送给每个ONU；接收到带宽授权的各ONU，在第一个授权发送时间开始发送E1业务数据，然后周期发送。
文档编号H04L12/28GK1614944SQ200310104299
公开日2005年5月11日 申请日期2003年11月6日 优先权日2003年11月6日
发明者陈雪, 邓羽, 黄翔 申请人:北京邮电大学, 北京格林威尔科技发展有限公司