[发明专利]一种基于非固定多线程轮询的动态带宽分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及了一种长距离光接入网络(LR-PON)的动态带宽分配算法，属于光接入网技术领域。

背景技术

通常按照地理范围，即规模大小和延伸距离远近，将网络划分为局域网(LAN)、城域网(MAN)和广域网(WAN)。当前，由于城市规模不断扩大，边远地区用户对于通信宽带的要求不断的提高，我们需要考虑到要低成本的将光纤网络覆盖到城市的各个角落。目前已经标准化的EPON和GPON系统，一般传输距离为20公里，分支比分别为16和32。如果按照这个标准铺设光纤的话，需要的工程量大大的增加了，这将造成了资源和效率的下降。这时候，研究人员就提出了长距离无源光网络(LR-PON)。

目前已有多种长距无源光网络方案，例如英国电信已经设计实现了分支比为1024、覆盖范围100公里、上下行对称10Gbps的LR-PON。另外Russell P.Davey等人采用密集波分复用技术提高GPON的系统容量，并将GPON的最大传输距离由20公里提高到135公里。长距无源光网络是下一代光接入网的发展方向之一，具有传输距离长、容纳用户多的特点，能够有效降低运营商的投资运营成本。

长距无源光网络是一种具有较大成本优势的光接入网解决方案，它通过将PON网络中的主干光纤延长到100公里，使得城域网和接入网相融合，并以最少的层次与网络节点向用户提供大容量的带宽和业务。同时长距无源光网络采用更大的光分支比来扩大用户对设备的共享。

虽然当前长距离光网络的应用还比较少，但是随着器件技术的发展，目前这一方面已经成为了一个研究的重点。针对LR-PON，因为其传输时延的原因，目前国内外研究人员提出很多带宽分配算法来减少传输时延。最具代表性的是Huan Song等人在2009年提出的MTP(多线程轮询)概念。不同于互联网上的多线程，光网络带宽分配中的多线程是指在Gate信息收到之前，ONU可先发送Report信息。MTP是随着长距离网络的出现而被提出来的，能够减少包时延。随后，Abhishek Dixit等人在多线程的基础上提出来AWGAV算法(带空隙填充的自适应多授权轮询算法)，该算法是根据PON的负载改变网络的线程数量，以此来提高网络的性能。

在借鉴这些算法的基础上，本专利基于这些算法存在的缺陷，致力于改进这些算法，改善系统的性能，提高信道的带宽利用率，降低系统的时延。

发明内容

针对于长距离PON，目前提出的各种算法有的没有考虑到当前的实际情况。我们知道，LR-PON一方面已经覆盖到偏远地区，另一方面，它仍存在大负载的都市中。这就对于我们的资源分配造成了一定的影响。因为这会造成了每次ONU请求数据的差异非常大。根据目前的各种各样DBA算法，如果ONU的请求数据是0的话，为了保持OLT和ONU之间的联系，一般情况下,OLT在授权分配带宽的情况时，仍会发送一个Gate帧给ONU。而针对于多线程的情况下，在这样的情况下，ONU的每个线程如果请求数据都为0的话，那么OLT仍会在每个线程对ONU发送授权信息，保证在该线程中，ONU和OLT是相互联系的。这就导致了资源的浪费。

针对于ONU请求数据差异的情况，我们提出的UMTP算法，该算法主要降低了轻负载ONU轮询的线程数量，目的是为了提高系统资源利用率，降低高负载ONU的系统延时。本文针对LR-PON提出了这种动态带宽分配方法，其中包括非固定多线程轮询(UMTP)和剩余带宽分配(EBA)算法。

假设LR-PON系统中ONU的数目为N，网络的传输速率为R_N，轮询周期为T_cycle(一个轮询周期是指每个ONU请求的数据到OLT根据这个请求完成授权)，传输窗口之间的保护间隔为T_g。

非固定多线程轮询：UMTP

在OLT中，系统开辟了一个ONU的线程请求存储模块，每个模块有多个存取数据区域，用来存储每个ONU的线程请求，记为,表示ONU_i在线程k的请求。同时系统在OLT设定一个传输的带宽区域[B_min，B_max]。系统在为ONU授权的时候，在轮询的过程中，为带宽请求大的ONU授权较多的线程，为带宽请求小的ONU授权的线程相应的减少，其具体的实施方法如下：先授权那些请求大于B_min的ONU,而将小于B_min的请求延迟至下一个线程。至于传输窗口的大小，由剩余带宽分配算法决定。以上轮询过程简称为“非固定多线程轮询”。