[发明专利]一种大请求优先-公平带宽分配的动态波长带宽分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种时分波分复用堆叠式光接入网络中的动态波长带宽分配算法，属于光接入网技术领域。 

背景技术

时分波分复用堆叠式光接入网络（Time-and Wavelength-Division Multiplexed Passive Optical Network，TWDM-PON）是一种在时分复用PON（TDM-PON）的基础上通过波长堆叠构成的网络。其结构承袭自TDM-PON，光线路终端（Optical Line Terminal，OLT）通过光分路器（Splitter）与所有光网络单元（Optical Network Unit，ONU）相连。从数据率上看，由于波分复用PON（WDM-PON）采取一对一的静态波长分配，TWDM的动态波长及带宽分配使得其最高数据速率更高；从技术角度来看，TWDM-PON不需要改动运营商已铺设的光分配网络（Optical Distribution network，ODN）；在协议上最接近已广泛部署的GPON或XG-PON1，是GPON和XG-PON1的演进，因为该标准对运营商的网络继承演进特性最佳，得到了诸多运营商、芯片厂商和设备厂商的广泛认可和推动。2012年4月结合WDM-PON和TDM-PON技术的TWDM-PON被国际标准组织FSAN选定为NG-PON2的唯一发展方向。 

TWDM-PON系统结构利用波分复用，将M个（4个、8个或者更多）10G TDM-PON堆叠而成。OLT复用解复用不同的波长，ONU同一时刻只能接收、发射一个波长。ONU一般使用可调收发技术，光收发机可调谐至M对上下行波长中的任意一对。在一个波长通道内，TWDM-PON可重用10G-PON下行时分复用技术、上行时分多址接入技术、时隙大小、广播及带宽分配等技术。其主要优点是与现有10G-PON的技术继承性好，复用效率与带宽利用率高。 

由于下行方向上的信号传输为广播形式，一般只有上行传输需要采用波长带宽分配算法来解决ONU发送的数据包之间的冲突，所以本发明中所有的技术仅用于上行方向。 

TWDM-PON是一种波分时分混合复用的光接入技术，系统需要为不同ONU分配工作波长和时隙。目前对于TWDM-PON中的DWBA（Dynamic Wavelength and Bandwidth Allocation）研究还属于起步阶段，在这方面的研究成果比较少，因此本专利所涉及适用于TWDM-PON的多波长调度和带宽分配算法，可以从已有的PON网络带宽分配算法研究中有所借鉴。目前，国内外研究人员已经针对EPON提出了很多动态带宽分配算法，可以分为基于统计时分复用 机制的DBA算法和具有QoS保证的DBA算法，前者是为了提高带宽利用率和降低端到端的时延，后者是为了支持多业务QoS要求，所有DBA算法都存在的一个问题是上行信道中存在空闲时间片段，降低了信道的带宽利用率。WDM PON中已有的波长带宽分配算法种类较多，如组同步轮询算法，动态比率算法，波长感知随机接入算法等。SUCCESS HPON中DWDM-PON子系统对波长带宽分配算法也进行的研究，主要提出了顺序调度（Sequential Scheduling）算法、批调度（Batch Scheduling）算法和调度时成帧的顺序调度（S3F）算法。以上三种SUCCESS DWDM-PON的调度算法主要是针对如何共享可调谐收发器和可用波长展开的，重点在提高调度效率和网络吞吐量，对于调度中的公平性考虑较少。在借鉴这些算法优点的基础上，本专利致力于在提高信道的带宽利用率，降低系统时延，支持调度中的公平性方面进行研究突破。 

发明内容

为了提高TWDM-PON中的系统资源利用率，降低系统时延，支持调度中的公平性，本发明针对TWDM-PON提出了一种动态波长带宽分配方法，其中包括大请求优先（Large Request First，LRF）分配波长算法和公平分配超额带宽（Fair Excess，FE）算法，以下简称为LRF-FE。虽然TWDM-PON可以提供的容量很大，不太有必要考虑怎样为用户安排波长，但是如果采用一种DWBA方法可以使系统能更早空闲下来，那么系统能够更好适应新的应用请求，实现向后兼容。本发明的主要思想采用LRF波长分配算法，使得系统能更早空闲下来，那么波长信道就能更早空闲下来，因此可以降低系统时延，提高系统资源利用率；当系统处于超载请求的情况下（虽然目前这种情况比较少），对于超额请求的ONU，OLT采用FE，将系统可利用剩余带宽公平分配给超额请求的ONU，实现系统资源的公平调度。