高凡，李海兵（桂林航天工業(yè)學(xué)院電子信息與自動化學(xué)院，廣西桂林541004）

10G-EPON系統(tǒng)中的低時隙損耗動態(tài)帶寬分配算法

高凡，李海兵
（桂林航天工業(yè)學(xué)院電子信息與自動化學(xué)院，廣西桂林541004）

摘要：為了滿足用戶日益增長的帶寬需求，在已有算法的基礎(chǔ)上，提出了一種嚴格按照帶寬調(diào)度進行帶寬分配的動態(tài)帶寬分配算法。介紹了算法的思想和實現(xiàn)過程，采用OPNET Model er仿真軟件對算法進行仿真，并分析了仿真結(jié)果。

關(guān)鍵詞：動態(tài)帶寬分配；時隙損耗；帶寬利用率

0　引言

10G-EPON被認為是最有前途的下一代接入網(wǎng)技術(shù)，一直是各設(shè)備供應(yīng)商和專家學(xué)者研究的熱點。10G-EPON系統(tǒng)具有點對多點的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，為避免不同數(shù)據(jù)發(fā)生沖突，上行鏈路通信系統(tǒng)通常采用時分復(fù)用的接入方式。因此，上行鏈路的動態(tài)帶寬分配(Dynamic Bandwidth Allocation，DBA)算法決定了10G-EPON系統(tǒng)的性能[1～4]。

現(xiàn)有的動態(tài)帶寬分配算法不能較好地解決10GEPON系統(tǒng)中光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）間存在的公平性問題，導(dǎo)致系統(tǒng)時隙損耗較高。為解決該問題，提高系統(tǒng)性能，本文在現(xiàn)有算法[5]的基礎(chǔ)上，提出一種新型的面向業(yè)務(wù)的動態(tài)帶寬分配算法。

1　算法描述

1.1算法思想

本文提出的動態(tài)帶寬分配算法延續(xù)了現(xiàn)有算法中AF業(yè)務(wù)、BE業(yè)務(wù)比特率的不確定性和EF業(yè)務(wù)比特率的恒定性，將上行鏈路通信周期分成兩個子周期，分別為EF子周期和AF/BE子周期。當(dāng)EF業(yè)務(wù)傳輸時間大于閑置時間時，系統(tǒng)閑置時間的時隙損耗將不存在。為了減小EF業(yè)務(wù)的時延抖動和平均數(shù)據(jù)包時延，將本周期對EF業(yè)務(wù)的授權(quán)提前到上一周期，并實行嚴格帶寬調(diào)度分配算法。

本文以3個ONU的算法為例進行說明，其授權(quán)與發(fā)送順序的示意圖如圖1所示。在第k-1周期開始時刻，ONU2接收到OLT發(fā)送的授權(quán)幀G2后，開始發(fā)送與授權(quán)發(fā)送長度一致的EF業(yè)務(wù)，其中G2包括了第k-l周期3種業(yè)務(wù)（EF、AF和BE業(yè)務(wù)）的發(fā)送起始時間和發(fā)送長度。在第k-2周期中，因為ONU1比ONU3先產(chǎn)生EF業(yè)務(wù)，所以O(shè)LT先向ONUl發(fā)送授權(quán)幀G1，ONUl接收到G1后向OTL發(fā)送EF業(yè)務(wù)；再向ONU3發(fā)送授權(quán)幀G3，ONU3接收到G3后向OLT發(fā)送EF業(yè)務(wù)。由于ONU2先產(chǎn)生EF業(yè)務(wù)，根據(jù)EF業(yè)務(wù)“先產(chǎn)生，先授權(quán)”的原則，當(dāng)ONU3發(fā)送完EF業(yè)務(wù)后，ONU2發(fā)送其緩存器中的AF和BE業(yè)務(wù)，并在這兩類業(yè)務(wù)的傳輸窗口耗盡后，向OLT發(fā)送REPORT信息R2。待ONU2緩存器中的業(yè)務(wù)和R2傳送完成后，與ONU2發(fā)送步驟相同，ONU1和ONU3依次完成信息R1和R3的傳送。當(dāng)R3到達OLT時，表明所有ONU都完成了業(yè)務(wù)傳送。本算法在AF/BE子周期對AF、BE業(yè)務(wù)分配帶寬時，優(yōu)先給AF業(yè)務(wù)分配帶寬，若有剩余，再把剩余帶寬分配給BE業(yè)務(wù)。以上過程按照嚴格帶寬調(diào)度算法進行帶寬分配，減小了未利用的時隙碎片損耗，提高了上行帶寬利用率，使系統(tǒng)能更好地保證EF業(yè)務(wù)和AF業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量（QoS）。

圖1授權(quán)與發(fā)送順序

1.2算法實現(xiàn)

系統(tǒng)可用帶寬表示為：

其中，R為鏈路速率，Tloss為時隙損耗。我們?yōu)槊總€ONU設(shè)定最小傳輸窗口：Bm

iin=Bavall×Wi，Wi表示ONUi的服務(wù)等級協(xié)議因子

ONUi中AF業(yè)務(wù)的請求帶寬為，BE業(yè)務(wù)的請求帶寬為，分配給ONUi中EF業(yè)務(wù)、AF業(yè)務(wù)、BE業(yè)務(wù)的帶寬分別是，和,其中是固定值。

其中，M為所有輕負載ONU的集合。所有重負載ONU的不足帶寬為：

其中，K為所有重負載ONU的集合。

重負載ONU的AF業(yè)務(wù)和BE業(yè)務(wù)的總授權(quán)帶寬為：

2　仿真結(jié)果與性能分析

我們采用OPNET Modeler仿真軟件對本算法實現(xiàn)的系統(tǒng)性能進行分析。仿真參數(shù)取值如下：ONU的總個數(shù)為32，各ONU到OLT的傳輸距離為10km時，時延為50μs,兩個相鄰時隙的保護帶寬為2μs,輪詢周期為1ms，ONU的負載率為0.1（各個ONU的發(fā)射速率為31.25Mb/s）。仿真結(jié)果如圖2所示。

仿真結(jié)果表明，EF業(yè)務(wù)的平均數(shù)據(jù)包時延比較小，這是因為本算法對提前授權(quán)的EF業(yè)務(wù)按照“先產(chǎn)生，先授權(quán)”的思想進行時隙分配，使EF業(yè)務(wù)的等待發(fā)送時間和平均數(shù)據(jù)包時延變短。本算法在優(yōu)先滿足AF業(yè)務(wù)傳送需求的基礎(chǔ)上，對AF和BE業(yè)務(wù)采用嚴格帶寬調(diào)度算法分配帶寬，減小了未利用的時隙碎片損耗，進一步降低了AF業(yè)務(wù)的平均數(shù)據(jù)包時延。因為BE業(yè)務(wù)的優(yōu)先級比AF業(yè)務(wù)小，所以BE業(yè)務(wù)的平均數(shù)據(jù)包時延比AF業(yè)務(wù)大。由于BE業(yè)務(wù)對時延的要求不是很高，因此，其時延增長對系統(tǒng)性能的影響不大。

圖2　EF、AF和BE業(yè)務(wù)平均數(shù)據(jù)包時延隨ONU的負載率變化

3　結(jié)束語

上行動態(tài)帶寬分配技術(shù)是10G-EPON系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)之一，本文提出的動態(tài)帶寬分配算法能靈活地分配最小傳輸窗口，支持EF業(yè)務(wù)先進先出，使EF業(yè)務(wù)的時延變短，保證了高優(yōu)先級業(yè)務(wù)的QoS傳輸要求[6]。本文對AF、BE業(yè)務(wù)實行嚴格帶寬調(diào)度，避免了周期之間的空閑時間，不僅降低了系統(tǒng)未利用的時隙碎片損耗，而且還提高了最大可用帶寬，保證了整個10G-EPON網(wǎng)絡(luò)的傳輸質(zhì)量。本算法在一定程度上增加了算法的復(fù)雜度，在今后的研究中將進一步完善。

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Dynamic bandwidth allocation with low loss of time slot for 10G-EPON system

GAOFan,LIHai-bing
(College of Electronic Information and Automation,Guilin University of Aerospace Technology, Guilin Guangxi 541004,China)

Abstract:In order to meet users' ever-increasing demand for bandwidth, the paper presents an improved dynamic bandwidth allocation algorithm which uses the strict bandwidth scheduling to allocate bandwidths based on the existing algorithm. It introduces the ideas and the realization process of the algorithm, simulates the algorithm by using the simulation software OPNET Modeler and analyzes the simulation results.

Key words:dynamic bandwidth allocation, loss of time slot, bandwidth utilization

中圖分類號：TN915.63

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1002-5561（2016）01-0047-03

DOI：10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2016.01.015

收稿日期：2015-10-26。

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目（批準(zhǔn)號：11301106）資助；廣西教育廳項目（批準(zhǔn)號：YB2014434）資助。

作者簡介：高凡（1979-），女，碩士，主要研究方向為光接入網(wǎng)技術(shù)。