EPON技术中DBA算法及实例.doc
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2022-05-07
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2012-07-13##########
苏
#
州
#
工
#
业
#
园
2
区
0
服
1
务
2
外
-
包
07
职
-
业
1
学
3
院
##
丁
#
慧
#
洁
##2#0#12-07-13########
［摘 要］DBA
算法直接关系到上行信道的带宽利用率和数据时延以及各种业务的服务质量(QoS)要求，所以
DBA
算法成为
EPON
技术的关键
。
笔者首先简要介绍了
EPON
技术的概念，然后从
EPON
系统的定义出发
,
阐明了
EPON
接入系统的特点
。
其次
在分析
EPON
系统现有的带宽分配算法的基础上，根据目前中国移动通信内部的
DBA
算法实例，将带宽分配分为
ON
U
间调度和
ON
U
以太无源光网络(E
P
ON)结合了以太网技术和无源光网络(
P
ON)技
术的优势,能够以较低的价格实现高达
1
Gbp
s
的接入速率和长达
20
k
m
的接入范围
。
所以
EPON
被认为是
“
第一英里
”
问题极富前景的解决
方 案
。
由于
EPON
系统在上行方向是一个多点到点的结构,多个光网
络单 元(ONU)共同占用一个标准信道,因此必须采用一定的动态带
宽分配
(DB
A
)算法来控制信道的分配
,
以避免多个
ONU
同时传送数据而造成
的 以太数据帧的碰撞
。
并且
DBA 算法直接关系到上行信道的带宽利
用率 和数据时延以及各种业务的服务质量(Q
o
S
)要求
。
所以
DBA 算
法成为
EPON
技术的关键
。
本文首先介绍了
EPON
技术的优势,
然
后从
EPON
系统的定义出发,
阐明了
EPON
系统的构成和工作原理,
分析了
EPON 的相关协议以及几项关键技术
。
其次
,
在分析
EPON
系统现有
的带宽分 配算法的基础上
,
结合已有算法的优缺点
,
提出一种新的支持
多业务的
、
保证
QoS
的固定轮询周期的
DBA
算法
。
该算法使用了
两层调度机制
,
将 带宽分配分为
ONU
间调度和
ONU
内调度两层
。
在
ONU
间层,光线路终
端(OLT)负责分配给
ONU
一个传输时隙
。
首先让我们了解一下
PON
技术吧，在中国互连网宽带接入用户
已 经超过
4000
万，宽带网民数已经达到
7700
万，随着网络游戏的全
球风
靡，2006
年中国网络游戏用户数已经超过
3000 万；同时，2006
年底中
国
I
P
T
V
用户数突破
100
万
。
宽带化已经成为接入网发展的必然要求
此时，相对于
xD
S
L
接入方式，光纤接入有下列优势：首先，铜缆价
格的日益上涨，xDSL
线路成本也势必越来越高；而光纤接入网的传输
介质是接个低廉并且资源丰富的光纤，网络铺设成本比
xD
S
L
低；其
次
光纤为非金属导体，不受雷击，电磁干扰，线路运营维护成本要远
低于 xD
S
L
；同时光纤还具有体积小，重量轻，便于铺设的优点
。
不
过最关键的 是
PON
能提供更高的带宽来满足高清晰电视
HDTV
类业
务的需求
。
基 于
PON
的
FTTx
技术被广泛看好，作为
“
F
i
r
s
t
M
il
e
”
理想的接入方式
。
PON 领域中最重要的三种接入技术分别为
A
P
ON，E
P
ON，G
P
ON
。
其中
APON
因为
ATM
技术发展不顺，逐
渐退出历史舞台，EPON
的标准 号为
I
EEE
802.3ah，由
I
EEE
EF
M
（E
t
h
e
r
n
e
t
in
t
h
e
f
i
r
s
t
m
il
e
）研究小组制 定完成，并于
2004
年
6
月
I
EEE
协会正式通过
。
其基本原则为在
APON
类似的结构上和
802.3
协议的基础上，通过较小的修改，实现在用户
接
入网上，传输以太帧，即以
E
t
h
e
r
n
e
t
技术代替
ATM 技术作为链
路层协 议
。
中华人民共和国在
2006
年
6
月正式发布
EPON
国标
《
接 入 网 技 术 要
求
－ 基 于 以 太 网 方 式 的 无 源 光 网 络
E
P
ON
》
，
编
号
为
Y
D/
T
1475-
2006
。
E
P
ON
（
E
t
h
e
r
n
e
t
P
a
ss
i
v
e
Optical
N
e
t
w
o
r
k
—
—
以太网无源光网
络），它
同时具备了以太网和
PON
的优点，正成为光接入网领域中的热门技
术
。
E
P
ON
采用点到多点结构
、
无源光纤传输，在以太网之上提供
多种 业务
。
它在物理层采用了
PON
技术，在链路层使用以太网协
议，利用
PON
的拓扑结构实现了以太网的接入
。
E
P
ON
综合了
PON
技术和以
太 网技术的优点：低成本；高带宽；扩展性强，灵活快速的服务
重组；与 现有以太网的兼容性；方便的管理等等
。
E
P
ON
接入系
统具有如下特 点：
DBA
算法就是实时地改变
EPON
的各
ONU
上行带宽的机制
。
E-
PON
中如果用带宽静态分配，对数据通信这样的变速率业务很不适合，
如按峰值速率静态分配带宽则整个系统带宽很快就被耗尽，带宽利用
率很低，而动态带宽分配使系统带宽利用率大幅度提高
。
上行方向，
信 道中的传输是采用
TDMA
来共享光纤的，各个
ONU 收集来自用户
的信
息并高速向
OLT
发送数据，不同的
ONU
发送的数据占用不同的时隙
。
根据不同用户的业务类型与业务特点合理分配信道带宽，使网络提供
者以一套最有效的手段利用网络资源，是决定
EPON
系统性能的关键
技术之一
。
通过
DB
A
，我们可以根据
ONU 突发业务的要求，通过在
ONU
之间 动态调节带宽来提高
PON
上行带宽效率
。
DB
A
具有如下的功
能：
1.提高上行带宽的效率
2.
允许灵活的
S
L
A
策略
3.
充分支持增强型业务特性
DBA
采用集中控制方式：所有的
ONU 的上行信息发送，都要向
OLT 申请带宽，OLT
根据
ONU 的请求按照一定的算法给予带宽（时
隙）
占用授权，ONU
根据分配的时隙发送信息
。
其分配准许算法的
基本思想 是：各
ONU 利用上行可分割时隙反应信元到达的时间分布
并请求带
宽，OLT
根据各
ONU 的请求公平合理地分配带宽，并同时考虑处理
超 载
、
信道有误码
、
有信元丢失等情况的处理
。
下面我们就结合
DBA 的算 法与实例进行分析：
（1）DBA
的算法过程
DBA 算法周期的三个阶段
在周期
n-
1，ONU
产生报告帧
RE
P
OR
T
，而
OLT
收集这些报告
。
在 周期
n，DBA
算法做决定并产生授权，这些授权将在周期 n+1
有
效
。
换
句话说，在当前周期里，DBA
对前一周期收集到的信息进行计算，
并做 好下一周期有效的决定，下图为该行为流水线流程
。
DBA 算法行为流水线流程
（
2
）
DBA
算法实例
下面用图例举例说明
DBA
的一个具体操作过程
。
式共享带宽，上行利用时分复用（
T
D
M
A
）共享带宽
。
高速宽带，充
分满足
2012
接
-
入
0
网
7
客
-
户的
1
带
3
宽
#
需
#
求，
#
并
#
可
#
方
#
便
#
灵
#
活
#
地
#
根
#
据
#
用户
#
需
#
求
#
的
2
变化
0
动
1
态
2
分
-07-13######
DB
2#
A
操
0#
作
1
过
2
程
-
A
07-
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