[发明专利]光网络的节能动态带宽分配

说明书

技术领域

一般来说，本发明涉及系统、软件和方法，以及更具体来说，涉及用于光网络中的节能动态带宽分配的机制和技术。  

背景技术

在过去数年期间，越来越多的内容用户将需要的内容下载到智能电话、平板、个人计算机以及甚至传统电视机中。另外，用户之间交换的信息量急剧增加。通信网络运营商对这个增加业务的响应之一是部署光纤来代替传统铜线(其已知为具有较大传送能力)。 

使用光纤的网络的示例是无源光网络(PON)。PON是点对多点、光纤到驻地网络架构，其中未加电分光器用于使单个光纤能够服务于多个驻地。PON 10在图1中示出，并且包括例如在服务提供商的中心局的光线路终端(OLT)12以及例如在最终用户附近的多个光网络单元(ONU)14(又称作光网络终端(ONT))。分离器16沿光纤18设置，以便为ONU分离来自OLT的信号。与点对点架构相比，PON配置减少所需光纤和中心局设备的数量。无源光网络是一种形式的光纤接入网。 

PON利用在单个光纤上将一个波长用于下行业务(从OLT到ONU)以及将另一个用于上行业务(从ONU到OLT)。由于OLT能够向ONU连续传送信息、同时ONU需要用于传送其数据的特定时间分配的事实，实现了各种机制以用于使ONU设备在某些时间接通和关断，以适应上行业务。例如，这种机制是多点控制协议(MPCP)，对于该多点控制协议，在点对多点下行方向，因分光器/光组合器的定向性质，OLT能够向所有ONU广播数据，以及在上行方向，由于ONU无法相互直接通信，所以每个ONU能够按照多点对点方式仅向OLT发送数据。但是，这些机制不是如随后所述节能的。

进行了许多工作以降低有线和无线接入网的能量消耗。PON因其除了提供大容量、小衰减、低运行开支和耐久性之外还提供宽带接入的最低能量消耗解决方案的能力，而受到关注。本领域所报导的各种结果(例如Tucker等人的“Evolution of WDM Optical IP Networks: A Cost and Energy Perspective”，IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology，vol. 27，no. 3，第243–252页，2009年2月)表明，与基于混合光纤-铜的接入技术、例如光纤到节点(FTTN)以及无线接入解决方案、例如WiMAX相比，PON每个比特消耗更少能量。 

此外表明(例如，Lange和Gladisch，“On Energy Consumption of Telecommunication Networks-A Network Operator’s View”，Proc.，OFC/NFOEC，Workshop on Energy Footprint of ICT，San Diego，CA，USA，2009年3月，第1–3页)，与光纤到户(FTTH)网络技术、例如点对点和有源光接入网相比，PON也更加节能。这个性质确保响应与因特网的温室效应有关的问题的将来PON部署。

针对图1所示的PON 10，要注意，在点对多点下行方向，由于分光器/光组合器的定向性质，OLT能够向所有ONU广播数据。但是，在上行方向，ONU无法相互直接通信。每个ONU而是能够按照多点对点方式仅向OLT发送数据。为了允许所有ONU在没有信道冲突的情况下共享任一个波长，考虑时分复用(TDM)。在IEEE以太网PON(EPON)和ITU-T千兆位PON(GPON)中，提出轮询机制以促进带宽分配。更具体来说，每个ONU向OLT报告其所需带宽(即，队列占用)，以及OLT在下行帧中通知ONU关于其所指配的上行传输窗口。EPON在其上行和下行方向引入报告消息（REPORT message）和选通消息（GATE message），以便分别报告和指定ONU上行传输准许。在GPON中，各上行和下行帧包含动态带宽报告(DBRu)和物理控制块(PDBd)。DBRu用于由ONU报告所需带宽。PCBd包括带宽图(BWmap)字段，以便指定ONU上行传输准许。注意，文献中提出了各种动态带宽分配(DBA)算法，而在IEEE EPON和ITU-T GPON标准中没有规定特定DBA算法。