專利名稱：一種基于ofdm-pon的新型帶寬分配算法的制作方法
技術領域：
本發(fā)明設計屬于正交頻分復用無源光網(wǎng)絡(OFDM-PON)系統(tǒng)中一種新型的基于 QoS的中斷請求響應動態(tài)帶寬分配算法，屬于光纖通信系統(tǒng)的范疇。
背景技術：
伴隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡的核心部分發(fā)生了翻天覆地的變化，無論是交換、還是傳輸都已更新?lián)Q代，而接入網(wǎng)由于經(jīng)濟性問題如用戶的業(yè)務需求、用戶密度、用戶的經(jīng)濟承受能力等多方面原因發(fā)展緩慢，成為制約網(wǎng)絡向寬帶化、全業(yè)務化發(fā)展的瓶頸。接入網(wǎng)是用戶進入城域網(wǎng)/骨干網(wǎng)的橋梁，是信息傳送通道的“最后一公里”，高帶寬的消耗業(yè)務逐步涌現(xiàn)，帶寬提速成為迫切需求。為了滿足用戶的需求，各種新技術不斷涌現(xiàn)，接入網(wǎng)技術已成為設備制造商、運營商和電信研究部門關注的焦點和投資的熱點。目前主流的有線接入技術包括ADSL、LAN、HFC、PLC和FTTH，其中部分LAN采用了 P0N+LAN的方式，而無線接入技術中又有WLAN、WiMAX、WiFi、Bluetooth、3G等技術。目前寬帶接入網(wǎng)有兩個主要的研究目標，第一是向高速、安全、智能化方向發(fā)展，要求網(wǎng)絡更靈活、 面向用戶更多和成本更低，這方面FTTH是有線接入領域的杰出代表。另一個則是多業(yè)務的融合，即在同一個平臺上靈活提供IPTV、有線電視視頻、傳統(tǒng)語音、數(shù)據(jù)業(yè)務的接入。在各種寬帶接入技術中，無源光網(wǎng)絡以其容量大、傳輸距離長、較低成本、全業(yè)務支持等優(yōu)勢成為熱門技術。目前已經(jīng)逐步商用化的無源光網(wǎng)絡主要有TDM-PON(ΑΡΟΝ、ΕΡ0Ν、GP0N)和 WDM-P0N，它們的共同特點是1)可升級性好、低成本，接入網(wǎng)中去掉了有源設備，從而避免了電磁干擾和雷電影響，減少了線路和外部設備的故障率，降低了相應的運維成本；2)業(yè)務透明性較好，高帶寬，可適用于任何制式和速率的信號，能比較經(jīng)濟地支持模擬廣播電視業(yè)務，支持三重播放(Triple play，語音、視頻、數(shù)據(jù))業(yè)務；3)高可靠性，提供不同業(yè)務優(yōu)先級的QoS保證，適應寬帶接入市場IP化的發(fā)展潮流，適于大規(guī)模應用。光正交頻分復用技術(OFDM)是一種多載波技術，目前已經(jīng)廣泛應用于數(shù)字用戶環(huán)路(ADSL)，HDTV，無線局域網(wǎng)(WLAN)，全球微波互聯(lián)接入(WIMAX)等各種系統(tǒng)中，并被確立為下一代無線移動通信3GPP長期演進(LTE)項目的核心傳輸技術。其多個載波，可以分別用來實現(xiàn)不同的業(yè)務接入，從而實現(xiàn)多業(yè)務融合；而且，根據(jù)載波數(shù)目的不同，可以接入不同數(shù)目的用戶，方便系統(tǒng)的維護和升級，且對比與其他幾種PON技術，OFDM-PON具有以下幾種優(yōu)勢1)頻譜效率高。傳統(tǒng)意義上的IOG EPON及WDM-PON技術，一種是利用時分復用實現(xiàn)的時域統(tǒng)計復用，另一種是對剛性管道的統(tǒng)計復用，對于頻譜效率的利用率低的可憐。而時域統(tǒng)計復用提供的帶寬終究有限，而采用密集的WDM復用又會造成系統(tǒng)串擾等問題，因此，對于頻譜效率的深入挖掘就顯得尤為重要。高頻譜利用率不但可以避免密集波分復用帶來的串擾問題，減少系統(tǒng)光電器件成本，又可以較大的增加系統(tǒng)容量，而且，采用高頻譜效率的OFDM-PON技術，可以有效的減低對光電器件速率的要求，極大降低系統(tǒng)成本。^OFDM對色散、偏振模色散等具有較好的抗性。OFDM技術是一種多載波調制技術，其可以大幅度降低系統(tǒng)符號速率，其頻譜寬度變小，從而對一定程度的譜展寬具有較好的容忍性，對色散、偏振模色散具有較好的抗性。3) DSP技術。由于OFDM技術在無線中的廣泛應用，其可以很自然的與DSP技術相結合。對系統(tǒng)相位噪聲、非線性以及載波間干擾等，可以很容易的采用DSP技術予以出場， 從而極大的提高了系統(tǒng)的靈活性并降低了系統(tǒng)對器件精確度的要求，降低了系統(tǒng)實現(xiàn)難度及成本。4)成本更低。相對與IOG EP0N\GP0N高昂的IOG速率帶寬的器件以及WDM-PON高昂的光電器件成本，OFDM-PON采用載波間復用技術，其解調后可以采用簡單的濾波器將復用信號解調，從而成本相對較低。相對與EPON和GPON，OFDM-PON的最大優(yōu)點是不需要復雜的調度算法(對于各路延時的測定及調度管理)和成幀結構；相對與WDM-P0N，該技術可以靈活的分配帶寬，從能能適應不同業(yè)務對系統(tǒng)帶寬的需求。另外，由于目前眾多的無線網(wǎng)絡采用OFDM技術，因此可以與接入網(wǎng)絡實現(xiàn)無縫連接。從而，光OFDM接入技術是下一代PON的有力競爭方案之一。鑒于OFDM-PON技術正處于研究階段，其動態(tài)帶寬分配(DBA)算法也處于研究當中，沒有相應的標準建議?，F(xiàn)有的關于PON的動態(tài)帶寬分配算法主要是針對TDMA進行設計， 如自適應周期間插輪詢(IPACT)算法等，這并不能適應新型的OFDM-PON技術的特點，所以為推進OFDM-PON技術的發(fā)展，設計一種全新的適應OFDM-PON系統(tǒng)的動態(tài)帶寬分配算法非常重要。為此，本發(fā)明提出一種在OFDM-PON系統(tǒng)中基于QoS的中斷請求響應動態(tài)帶寬分配算法。

發(fā)明內容
本發(fā)明主要提出一種在OFDM-PON系統(tǒng)中基于QoS的中斷請求響應動態(tài)帶寬分配算法。由于該算法基于QoS進行中斷請求進行帶寬動態(tài)分配，所以可以保證高優(yōu)先級業(yè)務的低時延及低丟包率，同時可以很好的進行帶寬的按需分配，且在鏈路業(yè)務流量負荷很重時也能很好的滿足各ONU及同優(yōu)先級業(yè)務之間帶寬的公平分配。本發(fā)明所提出的中斷請求響應帶寬分配算法所具有的特點主要有以下幾點1)對于每一個ONU都分配有默認子載波數(shù)，其具有的帶寬可以滿足ONU基本的需求，如可以滿足時延要求很高、優(yōu)先級高的語音業(yè)務及部分優(yōu)先級次之的視頻流業(yè)務等需求。若ONU的流量超出默認分配的帶寬，則向OLT發(fā)出中斷請求，申請額外的帶寬。這保證了最高優(yōu)先級的低時延要求并能最大化按需分配子載波，體現(xiàn)載波分配的靈活性。2)在OLT端引用“載波存儲動態(tài)池”概念，即除去分配給每一個ONU默認的子載波外，其余的載波全部存儲在“動態(tài)池”中，一旦有一個或多個ONU有中斷請求申請子載波，則從動態(tài)池中按照公平分配的原則分配所需的載波數(shù)；對于成功申請子載波的0NU，若ONU流量沒超過閾值時，則發(fā)起中斷，釋放曾申請的子載波，OLT將釋放的子載波重新放入動態(tài)池中，這保證了載波分配的公平性。3)在OLT端，對于每一個ONU都設置有額定子載波數(shù)，一旦鏈路流量負荷很重時，OLT將在滿足各ONU額定子載波數(shù)的情況下再進行子載波的分配，這保證了各ONU之間的公平性，有效防止資源分配的不公平，杜絕了在鏈路負荷重時某一個ONU占用太多資源的情況。4)采用獨立的控制信道，有效的降低了系統(tǒng)的控制復雜度并且在鏈路負荷重時也能很好的實現(xiàn)控制、監(jiān)督功能，保障系統(tǒng)的有效運行。本發(fā)明提出的動態(tài)帶寬分配算法采用的分配原則，保證了不同優(yōu)先級帶寬分配的優(yōu)先性，并保障了各ONU相同優(yōu)先級帶寬分配的公平性，其原則如下三部分所述1)最高優(yōu)先級業(yè)務帶寬分配完全滿足其需求，ONU設定的默認帶寬即可滿足其需求。2)優(yōu)先級間帶寬分配部分按照各優(yōu)先級設置的權值進行分配。3)各ONU同優(yōu)先級業(yè)務之間帶寬分配部分采用按需分配、保證額定需求的原則對各ONU的帶寬申請進行帶寬分配。本發(fā)明提出的基于QoS的中斷請求響應動態(tài)帶寬分配算法具有如下優(yōu)點1)合理利用OFDM-PON的多載波信道結構，采用獨立子載波作為控制信道，并且 ONU采用中斷請求的方式申請帶寬，OLT通過響應中斷請求來進行帶寬分配，適應突發(fā)業(yè)務的需求，簡化了系統(tǒng)控制過程。2)充分的考慮了各優(yōu)先級之間帶寬分配的優(yōu)先性和公平性，保證了高優(yōu)先級業(yè)務占有帶寬的優(yōu)先性，同時也保證了各個優(yōu)先級之間帶寬分配的相對公平性。3)充分的保證了各個ONU之間帶寬分配的公平性，通過設置額定帶寬來有效防止某個或者某幾個ONU占據(jù)大部分帶寬而使其余ONU不能夠得到QoS保障的情況。4)本發(fā)明采用的動態(tài)帶寬分配算法復雜度低，實用性強。


為了更清楚地說明本發(fā)明所提出的技術，下面將對本發(fā)明實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為OFDM-PON典型應用場景示意圖；圖2為OFDM子載波分配情況示意圖；圖3為本發(fā)明ONU發(fā)起中斷請求流程圖；圖4為本發(fā)明OLT響應中斷請求流程圖；圖5為本發(fā)明OLT與ONU間交互示意圖；圖6為基于本發(fā)明各業(yè)務的平均包時延仿真結果圖；圖7為基于本發(fā)明各業(yè)務的平均丟包率仿真結果圖。
具體實施例方式下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例也僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。圖2所示為OFDM子載波分配分配情況示意圖。由于OFDM調制是多載波調制方式，各子載波相互正交，本發(fā)明將子載波劃分為三部分，200為用于控制信道的子載波，201 為構成各ONU默認帶寬的子載波，202為屬于載波存儲動態(tài)池中的子載波。圖3所示為某個ONU某一次執(zhí)行中斷請求響應帶寬分配算法的流程圖，此算法核心為每一個ONU維護一個狀態(tài)表，記錄當前分配的帶寬及其他狀態(tài)信息，通過比較當前總流量是否超過閾值來決定是否發(fā)起中斷申請額外的帶寬以滿足當前需求，而不同的業(yè)務則通過優(yōu)先級的設定來分享當前的帶寬，從而實現(xiàn)最大限度的利用有限的帶寬資源為各個接入業(yè)務提供不同級別的QoS保障。在此，將接入業(yè)務分成了三個優(yōu)先級1)恒定比特流 (CBR)業(yè)務，這類業(yè)務對時延和抖動均敏感，主要為語音，透明傳輸?shù)茸罡邇?yōu)先級的業(yè)務； 2)可變比特流(VBR)業(yè)務，這類業(yè)務對時延較為敏感，主要為視頻業(yè)務等；幻不定比特流 (UBR)業(yè)務，這類業(yè)務突發(fā)性強，對時延和抖動要求較低，主要為數(shù)據(jù)業(yè)務。300表示ONU端存儲的本地狀態(tài)信息表，主要包括當前帶寬信息、閾值、申請狀態(tài)、 額外帶寬和申請值這幾項。301表示ONU查詢狀態(tài)表，以當前帶寬來傳輸本地業(yè)務，此時將依據(jù)業(yè)務優(yōu)先級首先將帶寬分配給CBR業(yè)務，對該類型的帶寬系統(tǒng)完全滿足其需求。在完成對CBR業(yè)務的帶寬分配后，ONU統(tǒng)計系統(tǒng)剩余的帶寬資源并進行優(yōu)先級間級帶寬分配，即對VBR和UBR業(yè)務按照設定的優(yōu)先級權值k進行帶寬分配，以w胃和^k分別表示ONU分配給VBR和UBR業(yè)務的總帶寬。
權利要求
1.一種新型的基于QoS的中斷請求響應動態(tài)帶寬分配算法，其特征在于，OLT端有子載波存儲動態(tài)池，且建立各ONU狀態(tài)表及子載波分配狀態(tài)表，通過響應ONU端中斷來進行子載波的分配。
2.根據(jù)權利要求1所述的OLT端，其特征在于，當鏈路負載很重，動態(tài)池沒有空閑的子載波時，OLT將對每個ONU依照各自的額定子載波數(shù)分配子載波。
3.根據(jù)權利要求2所述的ONU端，其特征在于，ONU端維護本地狀態(tài)表，并通過比較本地業(yè)務總流量與閾值大小來判斷是否需要向OLT發(fā)起中斷，申請額外的帶寬，且依據(jù)各業(yè)務的優(yōu)先級進行本地子載波的分配。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種應用于正交頻分復用無源光網(wǎng)絡(OFDM-PON)系統(tǒng)中的一種動態(tài)帶寬分配算法，屬于光纖通信系統(tǒng)的范疇。該方法利用中斷申請響應的方法來實現(xiàn)帶寬請求和分配過程，將系統(tǒng)中的多個子載波分為三部分控制信道部分、ONU默認帶寬部分及存儲在動態(tài)池中的部分。在鏈路負載輕時，各ONU通過將本地流量與本地閾值進行比較來決定是否發(fā)起中斷申請所需的額外帶寬，在鏈路負載重時，OLT在優(yōu)先滿足各ONU額定帶寬的情況下，對剩余的子載波按各ONU所需比例進行分配，以實現(xiàn)帶寬的動態(tài)分配。本發(fā)明可以保證高優(yōu)先級業(yè)務的低時延及低丟包率，同時可以很好的進行帶寬的按需分配，在鏈路業(yè)務流量負荷很重時也能很好的滿足各ONU及同優(yōu)先級業(yè)務之間帶寬的公平分配。
文檔編號H04L12/56GK102395060SQ20111034208
公開日2012年3月28日 申請日期2011年11月3日 優(yōu)先權日2011年11月3日
發(fā)明者喬耀軍, 劉旭, 紀越峰 申請人:北京郵電大學