基于等概率的ASON业务授权设计∗

余 庚

（1.福州理工学院 福州 350506）（2.福建工程学院国脉信息学院 福州 350014）

1 引言

EPON作为ASON常用的组网模型，采用了基于IEEE.802.3ah多点控制［1］协议［2］的控制技术来允许承载了各类等级业务的光网络单元（ONU）共享峰值为1Gbit/s的上行带宽资源。这些大量ONU承载的业务等级各不相同载荷轻重不一，就业务的优先性而言，ASON所承载的业务等级有：1）无障碍通行等级（EF）。该等级具有最高优先级，因此对时延抖动都极其敏感；2）确保通行等级（AF）。该等级仅要求OLT为ONU分配足够大小的窗口，目的在于将缓存中的数据全部发送完毕即可，显然对丢包率敏感；3）最大交付努力等级（BE）。对时延抖动和带宽没有硬性要求，只需网络尽最大努力将数据发送。

ASON网络中任意ONU之间并未建立业务权重实时传送机制，因此就可能出现在忙碌时段OLT将最大带宽全部分配给某一个ONU这样的带宽竞争现象，显然这不利于其他ONU缓存中的各类业务。为避免任意一个ONU在上行信道中无限制地获得请求窗口，本次从概率均衡的角度提出了一种业务授权机制。

2 等概率授权思路

将EPON模型中的轮询［3］周期置为可变Tmin/max。在该轮询周期内，OLT先扫描发现所有ONU提交的带宽请求，该带宽请求包含了EF、AF、BF三种等级业务的请求。其次OLT按照级别高低顺序存放在缓存中进行计算得到上行方向上所有ONU提交的所有等级［4］业务的带宽总和。最后再由OLT统筹分配带宽给每个ONU的每个等级业务。分配思想：1）先为EF分配窗口再逐级为AF、BF分配；2）对于相同等级业务，则根据实际带宽需求按照比例分配；3）当ONU各类等级提交的请求超出上行链路所能够提供的总带宽，则适时调整轮询周期。4）轻载时信道将被大量控制帧占据而浪费了带宽，此时轮询周期调整至Tmax；5）重载时为防止某一个携带了大数据的ONU独占上行带宽，将轮询周期缩短至Tmax。

3 等概率授权模型

借助OPNET仿真平台搭建［5］一个由1个OLT和32个ONU构成的EPON网络。为更好地阐述授权［6］过程引入授权相关参数：Ri为第ONUi发送的用户速率，则RN为上行带宽总速率；Bi为在一次轮询周期内ONUi需求的带宽；为了能够让每一个ONU缓存中同一个等级业务都能有等概率发送业务的机会，就必须要为ONUi授权一个确保的最小带宽Bimin；轮询周期内的剩余带宽定义为BRemain，则BRemain=BTotal-∑Bi,EF；如果BRemain足够用于承载AF请求，再为BE业务分配请求带宽，此时BE业务获得的带宽记为BTotal-∑Bi,EF-∑Bi,AF。但是如果BRemain大小不足以承载AF请求时，将BRemain全部授权给AF，这样的话BE获得的带宽∑Bi,BE=0。

为便于后续对所设计的等概率授权方法进行验证，设定了如下相关参数［7］：32个ONU围绕在以OLT为中心，半径20km以内来散落分布位置。上/下行带宽为1Gbit/s，轮询周期为1ms/2ms，Ri=100Mbit/s，RN=1000Mbit/s，一次数据往返时间引入的保护间隔Tguard=5μs，ONU负载系数位于0.1～1.0之间，ONU缓存［8］中三种等级数据源（即：EF、AF/BE）遵循泊松分布和Pareto分布，缓存大小为10MB。

4 固定授权机理

为了便于说明可变轮询周期下不同等级业务的QoS［9］，这里引入传统业务授权机制作比较。该机制下OLT与ONU间呼叫应答采用固定时长来轮询，轮询周期没有考虑ONUi负载轻重。通常在一个固定轮询周期内［10］最后一个ONU的数据和Report帧传送完OLT才开始统计Report帧。Report帧包含EF、AF、BE长度。按业务优先级，该机制首先为EF授权固定带宽Bi,H，其次为AF授权固定带宽，最后为BE授权固定带宽根据上述可以获得所有ONU获得OLT授权的总带宽是Btotal=Bi，H+Bi，M+Bi，L。

图3 BE业务时延

5 仿真分析

结合上述设置的参数，本次通过OPNET［11］仿真软件搭建一个由1个OLT和32个ONU构成的EPON网络模型［12］。仿真结果如图1～图4所示。

图1 EF业务时延

图2 AF业务时延

图4 两种授权机制的丢包率

综合图1～图4，不难看出在两种授权机制下三种等级业务在时延性能方面的表现各异。在负载系数位于0.6～0.8之间，等概率授权机制和固定授权机制的差异性并不明显甚至近乎重合。当负载系数低于这个区间时，等概率授权机制无论在时延性能还是在丢包率方面都是开始凸显出优势，甚至在负载低于0.4时数据丢包率为零。

造成四个仿真图示［13］中曲线分布现象的原因如下：1）当EPON模型中的网络负载系数超过0.8以上，即为重载。此时轮询周期固定为2ms，达到了动态轮询周期的上限。OLT所能提供的授权已经无法满足32个ONU提交的带宽请求总和。这样的网络环境下同一个等级的业务得到不均衡授权就成为了可能，延时和丢包性［14］能必然受到严重的影响。2）当网络负载系数位于0.6～0.8时，即为中载。此时网络各项参数处于相对变化的状态。以轮询三次为例，OLT执行完第一次轮询收到所有ONU的数据总带宽请求与执行完第二次轮询收到所有ONU的数据总带宽请求是不同的。两次轮询过程中ONU发出请求的业务等级和数据［15］长度也不同，这样就更加导致两次轮询的请求之和出现较大的波动。等概率授权在动态轮询周期中本着先满足EF带宽请求再依次统筹AF/BE的原则，辅以动态调节轮询周期长度实现带宽二次调配无疑改善了上行信道的传输效率、控制了数据丢包率。3）当网络负载系数低于0.6时，即为轻载。用户侧所有ONU发送数据的时间总和远远小于事先设定的轮询周期，且轮询周期可变。相对固定授权机制而言，等概率授权策略在轻载时OLT可以适时加速轮询ONU的进程，此举必然显著降低空闲时隙在信道中出现的概率。

6 结语

为了让EPON动态时隙分配技术在ASON上能够结合多业务、大数据特性更好地服务于用户群，本文提出了一种基于CoS的多业务等概率动态轮询算法，该算法兼顾了网络吞吐量、业务权重、数据完整性等重要指标。实验结果表明了本次设计的等概率授权算法适合作为一种有效的多阵列调度方案来消除互联网+模式下ASON存在的轻载惩罚现象，也可为不同负载下的宽带光接入网提供QoS保障。