一种保证QoS的10G-EPON动态带宽分配算法

摘　要　随着高清IPTV、在线游戏等业务的发展，用户对于带宽的需求日益增加，10G-EPON技术应运而生。与传统的EPON系统一样，10G-EPON系统的动态带宽分配问题仍然十分关键。本文在已有算法的基础之上，提出一种区分业务等级，保证QoS的动态带宽分配算法。该算法重点确保高优先级业务的服务要求，在一定程度上体现了不同等级ONU之间的公平性，提高了上行带宽的利用率。

关键词　10G-EPON　动态带宽分配　QoS　公平性

10G-EPON被认为是适合于下一代宽带接入的理想技术。作为10G-EPON的关键技术之一，合理的动态带宽分配策阿略仍为目前的研究热点。根据10G-EPON的系统特点和目前网络业务发展，DBA算法应综合考虑各ONU间的公平性，充分发挥10G上行传输能力的优势，保持系统良好的性能，确保QoS传输要求。

本文在文献[1][2]算法的基础之上，提出一种新型的面向业务的动态带宽分配算法。该算法采用优先传输高优先级业务的思想，并在传输时延和带宽利用率之间进行平衡，尽量避免周期间的空闲时间，并在最大程度上确保高优先级业务的QoS。

1　算法描述

1.1　算法思想

本文算法延续现有一些算法中对业务的分级策略，即将数据服务划分为3个等级，分别为加速转发（EF）业务、确定转发（AF）业务和尽力满足（BE）业务[3]。每个ONU端将分别用P0（高）、P1（中）和P2（低）这3个队列来对以上3种业务进行缓存。ONU上传的REPORT消息中将包含3个队列中等待发送的数据包的大小以及P0队列的首包到达时间。

算法采用基于固定周期轮询方式的OLT集中调度机制。在轮询周期的前一部分传输EF业务，并且保证不同ONU中的EF业务“先到达先服务”。在周期的后一部分，传输AF业务和BE业务（简称AB业务）。在第n周期，收到第（N-1）个ONU的REPORT帧后，即对EF业务按照P0中首包到达时间的先后顺序进行授权，使第n+1周期中的EF业务紧跟在第n周期中最后到达的AB业务后传输。而在第n周期的第N个ONU到达之后，先对第N个到达的ONU进行整体授权，再对前N-1个ONU的AB业务按照它们各自的EF业务的传输顺序进行授权，这样可以保证第n周期中第N个到达的ONU的EF业务在第n+1周期中可以先于所有的AB业务进行传输。

1.2　算法实现

首先，集中定义以下参数：

N：ONU的个数

Tguard：相邻的ONU上传的数据之间的保护时隙

Tcycle：轮询周期长度

R：10G-EPON上行链路速率

B■■：ONUi的请求带宽，有：

B■■=H■■+M■■+L■■ （1）

其中，H■■、M■■、L■分别为ONUi的EF业务、AF业务、BE业务的请求带宽

Wi：ONUi的SLA因子，有:

■Wi=1 （2）

B■■：ONUi的授权带宽，有：

B■■=H■■+M■■+L■■ （3）

其中，H■■、M■■、L■■分别为ONUi的EF业务、AF业务、BE业务的授权带宽。

首先，根据ONU的SLA因子确定在重负载下，ONUi的最小保证带宽B■■，有：

B■■=■

（4）

对于EF业务的带宽分配，采用“按需分配”的思想，即需要多少，优先分配多少。而在一个完整的周期中，收到全部的REPORT帧后，结合文献[4]的思想，对所有的AB业务统一分配带宽。此时每个ONUi分得的最小带宽将变为：

B■■=B■■-H■■ （5）

根据AB业务的需求带宽与B■■的关系，将ONU分为轻负载（i∈LL）和重负载（i∈HL）两种情况。如为重负载，即不能满足AB业务的所有需求时，将采用按比例分配剩余带宽的方法。此时，AF业务和BE业务未得到满足的请求带宽分别记为M■■和L■■，则：

M■■=M■■-M■■ （6）

L■■=L■■-L■■ （7）

将所有处于轻负载情况下的ONU的剩余带宽记为Bexcess，则：

Bexcess =∑■（B■■-M■■-L■■） （6）

此时，对Bexcess按照优先满足AF业务的思想再次分配，

算法流程如图1所示。

假设有3个ONU注册成功，则算法的时序图如图2所示。

1.3　性能分析

对本文算法性能分析如下：

（1）根据ONU的SLA等级确定在重负载时的最低保障带宽，体现了ONU之间的公平性。

（2）对于EF业务按照“先到达先传输” 的思想进行授权且优于AB业务进行传输，这在最大程度上确保了高优先级业务的QoS要求，降低了传输时延。

（3）对于业务的提前授权策略，在一定程度上避免了周期间的空闲时间，再加上对剩余带宽的考虑，均不同程度的提高了系统的带宽利用率。

（4）对于AB业务先按比例进行带宽分配，而对于剩余带宽采用优先满足AF业务的需求，这样会在保证AF业务的传输质量的同时降低BE业务的丢包率。

2　总结

本文算法能够保证整个10G-EPON网络的传输质量，减少了EF业务的时延抖动，同时提高了上行信道的带宽利用率。但是在一定程度上增加了算法的复杂度，在今后的研究中将进一步完善。

参　考　文　献

[1] Chadi M.Assi,Yinghua,Sudhir, Dixit.Dynamic bandwidth allocation for quality-of-service over Ethemet PONs[C].IEEE Journal on Selected Areas in Communication.2003,21(9):1467-1477.