一种适用于IEC61850的EPONDBA算法的制作方法

本发明涉及EPON的应用技术领域，具体涉及一种适用于IEC 61850的EPON(Ethernet Passive Optical Network,以太无源光网络)DBA(Dynamic Bandwidth Allocation，动态带宽分配)算法。

背景技术：

通过十多年的发展，IEC 61850已经成为了数字化变电站和智能电网数据通信的基石。对于IEC 61850-9-2定义的映射到ISO/IEC 8802-3的组网方式，依据电网保护控制、故障录波等应用对IEC 61850传输具有实时性、稳定性的要求。

EPON是一种新型的光纤接入网技术，采用点到多点的结构，无源光纤传输，可以在以太网上提供多种业务。当应用于电信系统时，EPON上行带宽是时分复用，ONU的上行带宽统一由OLT进行动态带宽分配算法决定。普遍都存在网络传输延时不稳定、网络时延抖动大的缺点，连续两帧离散度偏差在±5S之内的SMV报文，经EPON通信系统(ONU、分光器、OLT)后，到达接收端的最大间隔为1424S，最小间隔为28S，随机性很高。

因此，传统EPON带宽分配算法，不满足应用于IEC 61850传输具有实时性、稳定性的要求。如何通过灵活、合理的带宽分配算法，对EPON的带宽资源进行合理分配，以保证SMV、GOOSE和MMS协同传输，是EPON技术能否应用于IEC61850通信的重要研究课题。

技术实现要素：

本发明提供了一种适用于IEC 61850的EPON DBA算法,用于解决EPON系统中报文传送稳定性和带宽分配问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

一种适用于IEC 61850的EPON DBA算法，在IEC 61850的网络报文传送过程中，采用固定轮询周期和动态分配带宽相结合的方法，其中，所述IEC 61850的网络报文包括SMV、GOOSE、MMS三类；固定轮询周期和IEC61850对SMV报文的采样率要求一致。

优选的，在上述适用于IEC 61850的EPON DBA算法中，将EPON带宽分为两类分别授权，第一类带宽用于授权IEC 61850的SMV报文传送，第二类带宽用于授权IEC 61850的GOOSE和MMS报文传送；分配EPON时，按照所述第一类带宽优先于所述第二类带宽的 顺序分配，在第二类带宽分配中，判断GOOSE和MMS报文传送是否存在冲突，如果存在，则优先分配带宽给GOOSE报文。

优选的，在上述适用于IEC 61850的EPON DBA算法中，EPON带宽的GATE下发机制为：在每个所述固定轮询周期内，OLT给每一个ONU下发两次GATE授权，每次下发后ONU获得授权窗口，第一次下发的GATE授权为SMV报文带宽授权，第二次下发的GATE授权为GOOSE报文和MMS报文带宽授权。

优选的，在上述适用于IEC 61850的EPON DBA算法中，IEC 61850的网络报文的上传机制为：ONU申请带宽时，按网络报文的优先级别分开申请，在所述授权窗口内，首先上传SMV报文，并在SMV报文之后紧接着上传第一REPORT报文，其次上传GOOSE和MMS报文传送，并在GOOSE和MMS报文之后紧接着上传第二REPORT报文。

优选的，在上述适用于IEC 61850的EPON DBA算法中，在OLT收到所有ONU上传的所有REPORT后，首先对SMV报文的带宽申请优先进行分配，在剩余的所有ONU的带宽申请中，低先对所有的GOOSE报文的带宽申请进行分配，最后对MMS报文的带宽申请进行分配。，

优选的，在上述适用于IEC 61850的EPON DBA算法中，将所述固定轮询周期划分为两段：SMV上传部分T_up和GOOSE、MMS上传部分T_down，T_dba＝T_up+T_down，每个轮询周期初始化时设定在T_up时间段内，当OLT收到ONU上传的REPORT报文时，立即对其中的SMV报文的带宽申请进行授权，并下发一个授权GATE给ONU，并更新一下轮询周期内的T_up值；在T_up窗口结束时，OLT开始统计所有ONU上传的GOOSE、MMS带宽申请，首先依次对所有ONU申请的GOOSE报文的带宽申请进行带宽分配，然后再依次对所有ONU的申请的MMS报文的带宽申请进行带宽分配，且将GOOSE报文和白问MMS带宽授权合并到一个授权GATE中下发给相应的ONU。

优选的，在上述适用于IEC 61850的EPON DBA算法中，所述在OLT收到所有ONU上传的所有REPORT后，首先对SMV报文的带宽申请优先进行分配，在剩余的所有ONU的带宽申请中，低先对所有的GOOSE报文的带宽申请进行分配，最后对MMS报文的带宽申请进行分配具体包括：

在OLT收到所有ONU上传的所有REPORT后，首先对SMV报文的带宽申请优先进行分配，所述SMV报文的授权带宽G_sv,i的大小为，

G_sv,i＝min(R_sv,i,BW_svmax,BW1_remain)

其中，R_sv,i为ONU实际申请的SVM报文的带宽、B_{Wsv_max}为可为ONU的SVM申请可被分 配的最大限制带宽，BW1_remain为当前可用带宽。

优选的，在上述适用于IEC 61850的EPON DBA算法中，在OLT收到所有ONU上传的所有REPORT后，首先对SMV报文的带宽申请优先进行分配，在剩余的所有ONU的带宽申请中，低先对所有的GOOSE报文的带宽申请进行分配，最后对MMS报文的带宽申请进行分配具体包括：

所述GOOSE报文的授权带宽G_goose,i的大小为，

G_goose,i＝min(R_goose,i,BW2_remain)

其中，BW2_remain＝BW1_remain-G_svm，i，BW2_remain为分配完所有的SVM报文后剩余的当前可用带宽。

优选的，在上述适用于IEC 61850的EPON DBA算法中，所述在OLT收到所有ONU上传的所有REPORT后，首先对SMV报文的带宽申请优先进行分配，在剩余的所有ONU的带宽申请中，低先对所有的GOOSE报文的带宽申请进行分配，最后对MMS报文的带宽申请进行分配具体包括：

如果R_sum≤BW3_remain，所述MMS报文的授权带宽G_mms,i的大小为，

$G_{mms,i}=R_{mms,i}+BW{3}_{remain}\×\frac{R_{mms,i}}{R_{sum}};$

如果R_sum＞BW3_remain，所述MMS报文的授权带宽G_mms,i的大小为，

$G_{mms,i}={\mathrm{BW}}_{3remain}\×\frac{R_{mms,i}}{R_{sum}};$

其中，R_sum为所有ONU的待分配的MMS报文的带宽申请R_mms,i的总和，BW3_remain为为分配完所有的SVM报文和GOOSE报文后剩余的当前可用带宽。

由以上技术方案可见，本发明提供的适用于IEC 61850的EPON DBA算法，通过采用固定轮询周期和动态分配带宽相结合的方法，既能确保IEC 61850中SMV可靠、稳定传送，又能保证GOOSE报文的相对实时性和MMS报文的高效传送，是一种适用于基于IEC61850协议的网络报文在EPON网络中合理占用带宽、能够有序传送的算法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而 言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的适用于IEC 61850的EPON DBA算法的原理示意图；

图2是本发明实施例提供的适用于IEC 61850的EPON DBA算法中动态带宽分配流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种适用于IEC 61850的EPON DBA算法，在IEC 61850的网络报文传送过程中，采用固定轮询周期和动态分配带宽相结合的方法，其中，所述IEC 61850的网络报文包括SMV、GOOSE、MMS三类；固定轮询周期和IEC61850对SMV报文的采样率要求一致，即每秒4000次，也就是每个轮询周期固定为250微秒。这是因为每个ONU接入的终端采集内容不同，即使上送的均为SMV报文，长度也不同；另一方面，传送的的GOOSE报文在变位时需密集采样并实时上送，而静止状态(非变位状态)下上送的频率则相对较低，因此GOOSE报文对应的带宽要求变化较大；对于MMS报文，则是随机突发的，报文长度较大，但无实时性要求。在250微秒的固定轮询周期下，要同时满足上述三种报文对实时性和带宽的要求，本发明采用固定轮询周期和动态带宽分配相结合的方法，解决了IEC61850协议中SMV、GOOSE和MMS报文对于通信快速性、可靠性的协调问题；确保SMV报文每秒4000点等间隔传输，GOOSE报文开关量是否变位以动态间隔可靠传输，同时确保MMS报文的传输效率。

在上述技术方案的基础上，具体的做法是指：将EPON带宽分为两类分别授权，第一类带宽用于授权IEC 61850的SMV报文传送，第二类带宽用于授权IEC 61850的GOOSE和MMS报文传送；分配EPON时，按照所述第一类带宽优先于所述第二类带宽的顺序分配，在第二类带宽分配中，判断GOOSE和MMS报文传送是否存在冲突，如果存在，则优先分配带宽给GOOSE报文。采用上述分类分级授权，确保了在每个轮询周期内，所有ONU均能得到窗口授权。保证各SMV上传的实时性和可靠性。将GOOSE和MMS的授权合一，减少了授权开销，避免过频繁下发GATE报文导致占用过多下行带宽资源，提高通信效率，在第二类授权内，当GOOSE和MMS带宽申请冲突时，将带宽优先分配给GOOSE报文，是为了确保GOOSE报文对实时性的要求。

在上述技术方案的基础上，EPON带宽的GATE下发机制为：在每个所述固定轮询周 期内，OLT给每一个ONU下发两次GATE授权，每次下发后ONU获得授权窗口，第一次下发的GATE授权为SMV报文带宽授权，第二次下发的GATE授权为GOOSE报文和MMS报文带宽授权。如图1所示，可知OLT需要协调两个ONU之间，各种满足IEC61850通信协议的网络报文如何占用同一个EPON的带宽。如图，调节的过程为：在每个轮询周期内，OLT给每一个ONU下发两次GATE授权，如G1、G2、G'1、G'2，其中G1、G'1是针对ONU1下发的，G2、G'2是针对ONU2下发的；在时间角度而言，G1、G2是第N个dba周期内第一次优先级带宽授权报文，G'1、G'2第N+1个dba周期内第一次优先级带宽授权报文。第二次下发的GATE授权包括GOOSE报文带宽授权和MMS报文的带宽授权，如Gs 1、Gs2、Gs'1、Gs'2，其中Gs1、Gs'1是下发给ONU1的带宽授权报文，Gs2、Gs'2是下发给ONU2的带宽授权报文。IEC 61850的网络报文的上传机制为：ONU申请带宽时，按网络报文的优先级别分开申请，在所述授权窗口内，首先上传SMV报文，并在SMV报文之后紧接着上传第一REPORT报文，其次上传GOOSE和MMS报文传送，并在GOOSE和MMS报文之后紧接着上传第二REPORT报文。再次结合图1说明，ONU1在G1授权窗口内，首先上传SMV报文，如图1中的SV1-2为高优先级报文，并在SMV报文之后紧接着上传第一REPORT报文，OLT收到ONU1上传的第一REPORT时，首先对SMV带宽申请立即进行分配，并下发一个授权G'1至ONU1；同理，ONU2在G2授权窗口内做同样处理；ONU1在Gs1授权窗口内，上传GOOSE和MMS报文，如图1所示，GOOSE1-2为中优先级报文，MMS1-2为低优先级报文，并在GOOSE和MMS报文之后紧接着上传第二REPORT报文，同理，ONU2在Gs2授权窗口内做同样处理。在OLT收到ONU1和ONU2上传的所有的第二REPORT后，统计统筹分配带宽，并将分配的带宽分别通过Gs'1、Gs'2授权下发告之ONU1和ONU2。在通过Gs'1、Gs'2授权时，低先对所有的GOOSE报文的带宽申请进行分配，最后对MMS报文的带宽申请进行分配。

上述技术方案，初步确定了动态带宽分配的基本准则，但是，在固定轮询周期内，如何在有限的时间内对各个ONU上传的各种网路报文做出授权，保证整个动态带宽分配周期内不存在着任何空闲带宽浪费。因此，可以将上述技术方案继续优化为以下的技术方案：

将所述固定轮询周期划分为两段：SMV上传部分Tup和GOOSE、MMS上传部分Tdown，T_dba＝T_up+T_down，每个轮询周期初始化时设定在Tup时间段内，当OLT收到ONU上传的REPORT报文时，立即对其中的SMV报文的带宽申请进行授权，并下发一个授权GATE给ONU，并更新一下轮询周期内的Tup值；在Tup窗口结束时，OLT开始统计所有ONU上传的GOOSE、MMS带宽申请，首先依次对所有ONU申请的GOOSE报文的带宽申请进行带宽分配，然后再依次对所有ONU的申请的MMS报文的带宽申请进行带宽分配，且将 GOOSE报文和MMS报文带宽授权合并到一个授权GATE中下发给相应的ONU。可见，优化后的技术方案是根据在第N个轮询周期内收到的REPORT报文，对第(N+1)个轮询周期内带宽进行动态分配，动态带宽分配算法计算处理时间，并不占用带宽资源，整个动态带宽分配周期内不存在着任何空闲带宽浪费。下面将结合图2对优化后的技术方案进行整体说明。

如图2所示，在算法初始化后，判断EPON网络的当前带宽分配时刻是否处于第N个轮询周期的Tup窗口内，如果是，则继续判断，EPON网络是否接受到来自网络中ONU的REPORT报文数据，如果不是，则判断当前带宽分配时刻应为第N个周期的Tdowm时间段内。如果判断得到，EPOIN网路接受到来自网络中ONU的REPORT报文数据，则按计算SMV报文授权带宽Gsv,I,具体计算过程为：

OLT为了保证ONU随时都能注册，定期保留一段上行带宽供新ONU注册时使用，即带宽要被这个发现注册窗口占用一部分，此窗口必须大于最远距离ONU的RTT,即往返延时。而SMV业务实时性要求高，而且数据流量稳定，每隔250uS产生一个SMV报文，因此必须优先保证其带宽分配，并且需要尽量确保SMV报文网络传输时延抖动小。为了避免个别ONU受发现注册窗口影响，或者个别ONU不正确地上传了过大的SMV业务带宽申请而过多地占据了系统的带宽，影响了其他ONU的数据发送的公平性。本发明提供的适用于IEC 61850的DBA算法中定义了一个SMV报文可分配的最大限制带宽为BWsv_max，BWsv_max的大小与上述发现注册窗口占用的带宽大小有关，各个ONU的SMV报文授权带宽Gsv,i取决于该ONU实际申请带宽Rsv,i、最大限制带宽BWsv_max和可用带宽BW1remain，取三者中最小值,。

G_sv,i＝min(R_sv,i,BW_sv-max,BW1_remain)，当计算出G_sv,i后按此授权带宽大小，为SVM报文下方授权GATE。

如果判断得到，当前带宽分配时刻应为Tdowm时间段内，则继续判断，是否所有的次优先级别的GOOSE报文是否均分配得到了带宽，如果判断结果为是，则继续判断是否所有的最后优先级别的MMS报文是否均分配得到了带宽。如果判断结果为否，则统计所有ONU的GOOSE业务带宽申请Rgoose,i，在剩余可用带宽中预保留GOOSE报文授权带宽Ggoose,i：

G_goose,i＝min(R_goose,i,BW2_remain)，其中BW2remain＝BW1remain-Gsv，i。

这是因为GOOSE报文数据具有突发性，数据量较小，有实时性要求，因此，也必须保证其带宽分配。本发明提供的适用于IEC 61850的DBA算法，在OLT分配完SMV业务带宽之后，对GOOSE业务带宽申请也实行按需分配。

如果继续判断是否所有的最后优先级别的MMS报文是否均分配得到了带宽的结果为是，则继续判断当前带宽分配时刻是否还在第N个周期的Tdowm时间段内，如果在，则得出第N轮询周期动态带宽分配结束，可以开始第N+1个轮询周期。继续判断是否所有的最后优先级别的MMS报文是否均分配得到了带宽的结果为否，则计算整个轮询周期T_dba内剩余可用的EPON带宽BW3_remain,其中BW3_remain＝BW_sum-∑G_sv，i-∑G_goose,i BW_sum是第N个轮询周期内初始可用带宽，统计所有ONU的待分配的MMS报文的带宽申请R_mms,i的总和Rsum＝∑Rmms，i,并比较R_sum与剩余可用带宽BW3_remain之间的关系。

其次，判断剩余可用的带宽是否大于所有ONU待带宽的MMS报文的带宽申请总和的大小，如果R_sum≤BW3_remain,则ONU1获得的授权带宽G_mms,i分为两部分，先从剩余带宽中预留R_sum部分，然后对余下带宽按申请比例再次划分，G_mms,i可表示为：

$Gmms,i=Rmms,i+BWremain\×\frac{Rmms,i}{Rsum}$

如果R_sum＞BW3_remain,现以存在两个OUN，首先为OUNI的业务分配带宽为例，则ONU1获得的授权带宽是直接对余下带宽按申请比例进行划分，G_mms,i可表示为：

$Gmms,i=BWremain\×\frac{Rmms,i}{Rsum}$

最后，合并预留的授权带宽G_goose,i，得到ONU1的GOOSE、MMS业务最后获得的授权带宽为Gi1＝G_goose，i+G_mms,i，那么重复上述MMS报文的带宽分配过程，完成所有ONU的MMS报文的带宽分配，变化的是完成ONU1的MMS报文分配后，剩余给ONU2可用的EPON带宽BWremain变为：

BW_remain＝BW_sum-∑G1_sv，i-∑G1_goose,i-∑G1_mms,i，按照Gi1的大小为ONU的MMS报文下发授权GATE。

这样处理的原因是，MMS报文是基于TCP/IP通信的，数据具有突发性，对实时性要求不高，对此类业务带宽申请要求尽力而为，并兼顾带宽分配的公平性、合理性以及带宽利用率。本发明提供的适用于IEC 61850的DBA算法，对于各个ONU的MMS报文在EPON带宽中的分配方法，针对带宽资源是否充足的情况，采取不同的带宽分配机制。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发 明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。