最佳动态带宽调度器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于在通信网络中为数据分组和REPORT消息的传输分配时隙的方法，所述网络包括终端管理的多个逻辑链路，所述方法包括在每个周期通过终端实现的下列步骤：从至少一个逻辑链路LL接收至少一个REPORT消息，REPORT消息包括逻辑链路LLi的更新的队列长度，所述长度用时隙TQ表示，在接收到来自逻辑链路LLi的REPORT消息时，基于更新的队列长度来更新图像队列长度Q。所述方法还包括基于用于传输数据分组或REPORT消息的理论传输时间TTTi并且基于与传输相关联的开销的一小部分在下一个周期k+1将至少一个时隙TQ分配给图像队列长度不为零的逻辑链路LLi，分配时隙TQ直到下一个周期k+1的所有时隙TQ被分配或者直到所有图像队列长度为零为止，基于每个逻辑链路请求的最小位速率b增加每个逻辑链路LLi的理论传输时间TTTi，并且减少分配给它的至少一个时隙TQ的逻辑链路LLi的图像队列长度Qi。
【专利说明】最佳动态带宽调度器
【技术领域】
[0001]本发明通常涉及接入网络并且更精确地涉及无源光网络(Ρ0Ν)。
[0002]本发明特别在用于终端和多个单元之间的点到多点通信的以太网无源光网络(EPON)中得到应用。
【背景技术】
[0003]可以继续进行在这一部分中描述的方法，但不一定是以前已经设想或进行的方法。因此，除非在本文中另外指出，在这一部分中描述的方法对于本申请的权利要求来说不是先有技术，也不被认为是这一部分中包含的先有技术。
[0004]PON是使用廉价的分光器将来自中央局(CO)的单个光纤分成供给个体用户的分立的导线束的单个、共享的光纤。在这样的网络中，信息通过激光脉冲来传送。PON被称为“无源的”，因为除了在用户端点和CO处之外，在接入网络内不存在有源电子设备。单个光纤被无源分离器分割。
[0005]与基于异步传送模式(ATM)标准的其它PON技术不同，以太网无源光网络(EPON)基于以太网标准。EPON使得能够利用以太网的规模经济并且在用户端点和CO两者之处提供到基于以太网的IP (针对“网际协议”)设备的简单和易于管理的连通性。
[0006]在这样的网络中，以每分组为基础在层之间交换信息。在给定的层中接收的每个分组用该层特定的一组编码参数进行编码。这些参数应该通过网络管理手段来给出。数据链路层负责共享用户端点和CO之间的物理资源。数据链路层由两个子层即逻辑链路(LL)层和媒体访问控制(MAC)层组成。物理层将来自数据链路层的逻辑通信请求转换成硬件特定的操作以影响电子信号的传输或接收。
[0007]也被称为Gigabit EPON(GEPON)的IEEE 802.3ah EPON规范定义了多点控制协议(MPCP)、点对点仿真(P2PE)以及用于IGigabit EPON系统(指每秒在网络中传输IGigabit数据)的物理层。IEEE 802.3av规范定义了用于IOGigabit EPON的扩充(主要涉及物理层)。至少，以太网无源光网络中服务互用性的标准(SIEPON)组(还涉及P1904.1)描述了确保EPON设备的服务等级、多供应商互用性所需要的系统级要求。这些规范补充了现有IEEE标准802.3和IEEE标准802.1，其确保了物理层和数据链路层的互用性。
[0008]EPON网络通常包括可被包括在CO中的光线路终端(OLT)以及可负责EPON的一个或多个用户的一个或多个光网络单元(0NU)。在目前的部署中，每个OLT管理的ONU的数量在4到64之间。
[0009]为了控制点到多点(Point-to-Mult1-Point)(P2MP)光纤网络，EPON 使用 MPCP。MPCP执行带宽指派、带宽轮询、自动发现和测距。在MAC层中实现MPCPdIA 64字节以太网控制消息:
-GATE和REPORT消息用来指派和请求带宽；
-REGISTER消息用来控制自动发现过程。
[0010]MAC层负责传输仲裁，该传输仲裁允许给定的ONU在预定的时间间隔(还被称为传输窗口或时隙)使能来自其同级的传输。每个ONU专用的传输窗口的开始和长度通过包括在OLT中的动态带宽分配(DBA)调度器来定义。
[0011]从OLT向给定的ONU发送GATE消息并且GATE消息用来将一个或多个传输窗口指派给那个ONU。
[0012]REPORT消息是ONU使用来向OLT指示它的缓冲器占用(指通过ONU将要被发送的等待数据分组的队列的长度)的反馈机制，使得DBA调度器可以定义适于ONU的缓冲器占用的传输窗口。
[0013]传输窗口的开始和长度以及REPORT消息中的队列长度用例如被定义为16ns (纳秒)时间间隔的时间量子(TQ)表示(例如，以每秒IGigabit的速度传输2个字节的时间)。
[0014]为了与IEEE 802体系结构一致的原因，附于PON的装置实现可仿真共享介质或点对点介质的逻辑拓扑仿真(LTE)功能。在这之后，目标是在交换局域网(LAN)中取得相同的物理连通性，其中在ONU和OLT之间使用有源分离器。OLT (还被称为遗留0LT)可具有数量为N的多个MAC端口(或接口)，一个MAC端口(或接口)用于每个ONU。每个端口使用注册过程期间指派给每个ONU的逻辑链路标识符(LLID)来识别。
[0015]在下游方向，指从OLT到0NU，通过OLT发送的以太网分组经过1*N无源分离器并到达每个0NU。每个以太网分组包括存储分组被指定的端口的LLID的帧前置码。这样的机能类似于共享的介质网络并且因为以太网与EPON体系结构完全兼容，因为以太网本来正在广播。因此，由OLT广播以太网分组并且通过使用插入以太网帧前置码中的LLID由ONU选择性提取以太网分组。OLT中的下游处理非常简单，因为它主要包括用正确的LLID标记进入的分组并且将它们转发到相应的逻辑链路。
[0016]因此，EPON数据路径(EDP)可以被定义为表示数据或控制流连接的、EPON系统内的业务承载对象。每个服务或高级别应用被映射到专用EDP，该专用EDP附有一组服务质量(QoS)参数。
[0017]EDP可以是双向单播或单向(下行链路)组播。双向单播EDP可以使用两种方法来实现:
-在单个LLID上使用不同队列的服务等级协定(SLA)。通过新的配置消息来定义带宽参数并且通过在每个ONU中实现的调度机制来保证QoS。
[0018]-多LLID，其中使用新的配置消息将一个队列(例如服务)映射到一个LLID上。因此，一个ONU可注册若干个LLID，一个LLID用于每个专用服务。用于每个LLID的带宽参数仅在OLT中被配置并且通过DBA来分配。
[0019]多LLID方法具有若干优势:
-上游资源调度(指从ONU向OLT的传输)仅通过OLT中的DBA来执行。实际上，因为只有一种服务在逻辑链路上映射(例如只有一个业务队列)，所以不需要调度ONU中的不同队列，这简化了调度机制。不需要在标准中定义ONU将如何处理优先级、调度算法的类型等等。REPORT消息只包括可选地具有若干队列集的一个有效队列；
-不考虑SLA方法中用来识别服务的虚拟LAN标签(外部的和内部的)并且不需要转换它们，因此使得该方法更透明；
-在考虑管理128个ONU的OLT的同时，在15位上对LLID字段编码，使得能够为每个ONU定义128个LLID，从而使得该方法更可伸缩；-任何遗留OLT与支持多个LLID的ONU兼容。实际上，OLT中的DBA不处理ONU而是只处理LLID。从遗留OLT的角度看，具有许多开放LLID的ONU被认为是一组独立的虚拟
ONU。
[0020]然而，由于EPON体系结构中附加LLID的引入，多LLID方法引入了上游开销。
[0021]实际上，EPON上游开销主要是由于控制消息开销和防护频带开销引起的。控制消息开销的主要组成是由ONU发送的、用来指示它们的缓冲器占用的REPORT消息。防护频带是两个上游脉冲之间留下的空白以便接通/断开激光并执行所需的校准的时间。对开销产生影响的其它因素(例如发现开销和帧描绘)可以被认为是可忽略的。
[0022]REPORT消息可具有可变的组成:它们可包含每个队列(或所呈现的情况下的每个逻辑链路)的缓冲器占用并且可以插入不同的集。然而，REPORT消息长度固定为64字节并用伪数据填充。该值被给定并且考虑到在一个Ims (毫秒)周期期间通过每个ONU发送一个REPORT消息，由用于IGbit EPON的REPORT消息导致的开销等于
是OLT管理的ONU的数量，8字节用于帧前置码以及12字节是两
125000000x0.001
个相邻以太网帧之间的帧间间隙。对于32和128个0NU，REP0RT消息开销分别等于2，15%和8，6%。对于IOGbit ΕΡ0Ν, REPORT消息开销下降到1%以下并且因此可以被认为是可忽略的。
[0023]现参考防护频带开销，它包括:
-固定在512ns (纳秒)的、与下一个ONU专用的激光接通时间部分重叠的激光断开时
间；
-机会专用的、ONU的激光断开和下一个ONU的激光接通之间的128ns的死区；
-设置到IEE 802.3ah Dl.414规范规定的、包括在96ns和400ns之间的离散值的自动增益控制(AGC)时间；
-设置到IEE 802.3ah Dl.414规范规定的、包括在96ns和400ns之间的离散值的时钟和数据恢复(⑶R)时间。
[0024]考虑最差的情况，其中AGC时间和⑶R时间等于400ns，防护频带时间等于1.44 μ S(微秒)。然后，考虑到每个ONU在每个Ims周期中具有机会(在OLT发送的GATE消
【权利要求】
1.一种用于在通信网络中为数据分组和REPORT消息的传输分配时隙的方法，所述网络包括终端(I)管理的多个逻辑链路LLi (3.11; 3.12; 3.21; 3.31 )，每个逻辑链路与包含将要被发送的等待数据分组的队列相关联，每个逻辑链路请求最小位速率h用于数据分组的传输，时间被分成周期，每个周期被分成相等的时隙TQ，队列的长度用时隙TQ表示，在所述终端中为每个逻辑链路LLi初始定义理论传输时间TTTi，每个传输与开销的一小部分相关联，所述终端存储用于每个逻辑链路LLi的图像队列长度Qi,其特征在于所述方法包括在每个周期k通过所述终端实现的下列步骤: -从至少一个逻辑链路LLi接收至少一个REPORT消息，所述REPORT消息包括所述逻辑链路LLi的更新的队列长度，所述长度用时隙表示； -在接收到来自所述逻辑链路LLi的所述REPORT消息时，基于所述更新的队列长度来更新所述图像队列长度Qi; -基于用于传输数据分组或REPORT消息的所述理论传输时间TTTi并且基于与所述传输相关联的开销的一小部分在下一个周期k+Ι将至少一个时隙TQ分配给图像队列长度不为零的逻辑链路LLi,分配时隙TQ直到下一个周期k+Ι的所有时隙TQ被分配或者直到所有图像队列长度Qi为零为止；以及 -基于每个逻辑链路请求的最小位速率h增加每个逻辑链路LLi的所述理论传输时间TTTi并且减少分配给它的至少一个时隙TQ的所述逻辑链路LLi的所述图像队列长度Qi。
2.按照权利要求1所述的方法，其中将数量为Ni的多个连续时隙TQ分配给图像队列不为零的每个逻辑链路LLi (3.11; 3.12; 3.21; 3.31 )，Ni是为每个逻辑链路LLi定义的大于I的预定整数。
3.按照权利要求1所述的方法，其中M是一个周期k期间将要被服务的逻辑链路LLi(3.11; 3.12; 3.21; 3.31)的预先指定的最大数量，只有具有最低理论传输时间TTTi的M个逻辑链路LLi被分配 下一个周期k+Ι的至少一个时隙TQ用于数据分组的传输。
4.按照权利要求3所述的方法，其中如果在分配下一个周期k+Ι的至少一个时隙TQ用于数据分组的传输之后所述M个逻辑链路LLi (3.11; 3.12; 3.21; 3.31)的M个图像队列长度Qi为零，则未被分配的下一个周期k+Ι的时隙TQ被分配给具有最低理论传输时间TTTi的接下来的逻辑链路LLi直到下一个周期k+Ι的所有时隙TQ被分配或者直到所有图像队列长度Qi为零为止。
5.按照权利要求1所述的方法，其中轮询周期PPi被预先指定为用于每个逻辑链路LLi(3.11; 3.12; 3.21; 3.31)的整数个周期，如果所述逻辑链路LLi的图像队列长度在所述轮询周期PPi期间保持为零，则将时隙TQ分配给逻辑链路LLi用于下一个周期REPORT消息的传输。
6.按照权利要求1所述的方法，其中为每个逻辑链路LLi(3.11; 3.12; 3.21; 3.31)预先指定最大位速率Lmaju，预先指定峰值位速率周期TPBK，在峰值位速率周期Tpbk上分配给给定的逻辑链路LLi的时隙TQ的数量被所述逻辑链路LLi的最大位速率Lmaju乘以峰值位速率周期Tpbk限制。
7.按照权利要求1所述的方法，其中所述REPORT消息还包括报告包含在发送所述REPORT消息的逻辑链路LLi (3.11; 3.12; 3.21; 3.31)的队列中的数据帧的不同累积长度的多个队列集，并且其中通过所述终端(I)分配给所述逻辑链路LLi的连续时隙TQ的数量队等于所述累积长度的其中之一。
8.按照权利要求3和7所述的方法，其中为每个队列集定义阈值并且将所述阈值预置为包含在周期内的时隙TQ的数量与一个周期期间将要被服务的逻辑链路LLi的预先指定的最大数量的比率的倍数，并且其中报告的累积长度等于未超过所述队列集的所述阈值的队列集的数据帧的累积长度。
9.按照权利要求1所述的方法，其中所述多个逻辑链路LLi(3.11; 3.12; 3.21;3.31)被分成具有数量为％的多个逻辑链路LLi的子集大于或等于1，每个子集Sj与优先级P」相关联，每个优先级P」与给定的最小位速率B」相关联，与属于子集Si的逻辑链路LLi相关联的最小位速率匕通过给定的最小位速率Bj与数量Nj的比率来定义。
10.按照权利要求9所述的方法，还包括每当新的逻辑链路LLi进入或退出所述子集Sj时，就更新与属于子集Sj的逻辑链路LLi (3.11; 3.12; 3.21; 3.31)相关联的最小位速率bi0
11.按照权利要求9所述的方法，其中相同子集\_的所述逻辑链路LLd3.11; 3.12;3.21; 3.31 )具有不同的最小位速率bi;所述子集的逻辑链路的最小位速率h的总和小于与所述子集S」的所述优先级P」相关联的给定的最小位速率B」。
12.—种在存储介质上记录的并且以软件代理的形式通过计算机可执行的程序产品，其特征在于它包括设置成执行按照权利要求1所述的方法的至少一个软件模块。
13.一种用于在通信网络中为数据分组和REPORT消息的传输分配时隙的终端，所述网络包括终端(I)管理的多个逻辑链路LLi (3.11; 3.12; 3.21; 3.31 )，每个逻辑链路与包含将要被发送的等待数据分组的队 列相关联，每个逻辑链路请求最小位速率h用于数据分组的传输，时间被分成周期，每个周期被分成相等的时隙TQ，队列的长度用时隙TQ表示，在所述终端中为每个逻辑链路LLi初始定义理论传输时间TTTi，每个传输与开销的一小部分相关联，所述终端存储用于每个逻辑链路LLi的图像队列长度Qi,其特征在于所述终端包括用于执行下列操作的装置: -从至少一个逻辑链路LLi接收至少一个REPORT消息，所述REPORT消息包括所述逻辑链路LLi的更新的队列长度，所述长度用时隙表示； -在接收到来自所述逻辑链路LLi的所述REPORT消息时，基于所述更新的队列长度来更新所述图像队列长度Qi; -基于用于传输数据分组或REPORT消息的所述理论传输时间TTTi并且基于与所述传输相关联的开销的一小部分在下一个周期k+Ι将至少一个时隙TQ分配给图像队列长度不为零的逻辑链路LLi,分配时隙TQ直到下一个周期k+Ι的所有时隙TQ被分配或者直到所有图像队列长度Qi为零为止；以及 -基于每个逻辑链路请求的最小位速率h增加每个逻辑链路LLi的所述理论传输时间TTTi并且减少分配给它的至少一个时隙TQ的所述逻辑链路LLi的所述图像队列长度Qi。
14.一种包括多个网络单元(2.1; 2.2; 2.3)的系统，每个单元包括至少一个逻辑链路LLiU.11; 3.12; 3.21; 3.31 )，以及用于管理所述逻辑链路LLi的终端(I)，每个逻辑链路与包含将要被发送的等待数据分组的队列相关联，每个逻辑链路请求最小位速率h用于数据分组的传输，时间被分成周期，每个周期被分成相等的时隙TQ，队列的长度用时隙TQ表示，在所述终端中为每个逻辑链路LLi初始定义理论传输时间TTTi,每个传输与开销的一小部分相关联，所述终端存储用于每个逻辑链路LLi的图像队列长度Qi,其特征在于所述终端包括用于执行下列操作的装置: -从至少一个逻辑链路LLi接收至少一个REPORT消息，所述REPORT消息包括所述逻辑链路LLi的更新的队列长度，所述长度用时隙表示； -在接收到来自所述逻辑链路LLi的所述REPORT消息时，基于所述更新的队列长度来更新所述图像队列长度Qi; -基于用于传输数据分组或REPORT消息的所述理论传输时间TTTi并且基于与所述传输相关联的开销的一小部分在下一个周期k+Ι将至少一个时隙TQ分配给图像队列长度不为零的逻辑链路LLi,分配时隙TQ直到下一个周期k+Ι的所有时隙TQ被分配或者直到所有图像队列长度Qi为零为止；以及 -基于每个逻辑链路请求的最小位速率h增加每个逻辑链路LLi的所述理论传输时间TTTi并且减 少分配给它的至少一个时隙TQ的所述逻辑链路LLi的所述图像队列长度Qi。
【文档编号】H04Q11/00GK103430486SQ201280008337
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2012年2月1日 优先权日:2011年2月9日
【发明者】R.罗莱 申请人:三菱电机研发中心欧洲有限公司, 三菱电机株式会社