第9章 动态带宽分配
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第 9 章 动态带宽分配
• 概述 • MAC协议 • 交接过程 • T-CONT的建立和拆除 • 业务流量控制和调度
《宽带光接入技术》 原荣 编著
1
9.1 概述
• 由于PON系统在上行方向多个ONU共享传输媒质， 所以必须进行上行接入控制（MAC），以便为用 户提供多种高质量业务的同时，提高上行信道的 利用率。
• 后向兼容性和互连互通性，即按照G.983.1制造出 的OLT和ONU也可以使用在具有动态带宽分配功 能的系统中。
《宽带光接入技术》 原荣 编著
5
9.1.1 静态带宽分配
• ITU-T G.983.1系统的带宽分配是通过授权控制实 现的，它属于静态带宽分配。
• 上行带宽被与PON相连接的所有ONU共享。OLT 控制每个ONU的上行接入时隙，这是靠OLT在下 行PLOAM信元中规定的ONU发送数据授权实现 的，即OLT决定ONU上行接入的带宽。
• MAC协议可以分为固定分配、随机接入、中央控 制按需分配、分布式控制按需分配和自适应分配 等多种。
• 对以上几种协议比较后发现，PON系统的上行接 入只有采用固定分配和中央控制按需分配相结合 的方式比较合适，这就是ITU-T G.983.4规范的静 态带宽分配和动态带宽分配两种方式。
《宽带光接入技术》 原荣 编著
• 在缓冲器使用情况报告方式中，ONU使用微时隙 向OLT报告它们的缓冲器被使用的状态，OLT根 据该报告重新分配ONU下次可以使用的带宽。
《宽带光接入技术》 原荣 编著
10
OLT
VC
VP
VC T-CONT
IP
VC 视频
VC 电话
VC
VP
T-CONT
ODN
物理层路径
ONU
T-CONT
T-CONT T-CONT
• OLT发送PLOAM数据授权信元给所有的ONU， 给ONU的数据授权包括上行数据授权和上行接入 占用时隙的数量。
《宽带光接入技术》 原荣 编著
6
动态带宽分配技术的必要性
• 然而，G.983.1系统企图提供宽带广播业务（如IP 业务）给用户，因为IP业务连接到许多突发业务 源，所以这类业务是非恒定比特率业务，对信元 传输延迟（CTD）和信元延迟变化（CDV）的要 求并不严格。然而，映射这些非实时业务到固定 的带宽信道中，不能使PON中的ONU动态分享 PON的上行带宽。
ONU1:恒 定 比特率业务 ONU2: 突发业务
ONU1 ONU2 ONU3
ONU1
9
2. 动态带宽分配方法
• 通常有两种动态带宽分配方法。一种是空闲信元 调整，另一种是缓冲器使用情况报告。
• 在空闲信元调整方式中，OLT监视每个ONU使用 的带宽，假如一个ONU使用的带宽超过了预先分 配的值，如果还有富余的带宽可用，OLT就分配 额外的带宽给该ONU。这种方式不需要ONU报告 带宽需求信息，其缺点是OLT的反应总是落后于 ONU对带宽的需求。
• G.983.7建议使用WRR。
《宽带光接入技术》 原荣 编著
4
动态带宽分配系统的性能
• 性能指标，如带宽分配延迟和最大等待时间；
• 应用能力，用于突发信号动态带宽分配和用于汇 集不同业务ONU的动态带宽分配；
• 标准和协议的公平性，不管是基于ONU带宽需求 报告的动态带宽分配，还是基于OLT监控的动态 带宽分配，或者是基于ONU带宽需求报告和OLT 监控的动态带宽分配，都应该能够适用；
《宽带光接入技术》 原荣 编著
11
OLT
ODN
ONU/ONT T-CONT 缓冲器 T-CONT 缓冲器
上行用 户信元
ODN OLT
ONU/ONT T-CONT 缓冲器
UNI
优先 级别
控制
分类缓冲
上行用 户信元
T-CONT 缓冲器
图9.1.3 1个上行数据流分装 在2个T-CONT 缓冲器中
这2个缓冲器在同一个ONU中。一 些T-CONT缓冲器可以被一个 内部调度程序使用，或被某个 上层（如ATM层）使用。
• 这种静态授权方式使上行带宽使用效率不高，所 以希望使用动态带宽2 动态带宽分配
• 动态带宽分配（DBA）方式根据ONU突发 业务量的需求，动态地调整它们的上行接 入带宽，因此提高了PON上行带宽使用的 效率。
• 这可以从两方面说明这个问题，首先，由 于更有效的带宽使用，网络操作者可以增 加更多的用户到PON上；其次，用户可以 要求得到超过固定带宽分配的最大带宽， 享受更好的服务。
图9.1.4 对分类缓冲业务进行 优先级别控制
《宽带光接入技术》 原荣 编著
3
业务带宽分配规则
• 对业务带宽分配规则已有一些建议，如对 实时业务的带宽分配可采用传送带 （Transfer belt）分配算法，对非实时业务 的带宽分配可采用顶移（Moving ceiling） 分配算法等。
• 对流量调度也有多种方案，如加权公平排 队（WFQ）、轮询调度（round robin）和 加权轮询调度（WRR）等。
2
静态带宽分配和动态带宽
• 对QoS要求较高的CBR业务固定接入，对 其他业务由OLT控制预约接入。
• 预约过程也不采用竞争方式，而采用轮询 方式，ONU使用可分割时隙轮流预约。对 ABR连接需要的带宽只要保证它们的最小 信元速率（MCR）即可，因此可使用保证 CBR和VBR之后的剩余带宽，而UBR连接 将不被分配任何带宽。
《宽带光接入技术》 原荣 编著
8
图9.1.1 静态带宽分配和动态带宽分配 的比较
(a)
ONU 需要 发送的业务
(b)
静态带宽 分配传输
(c)
动态带宽 分配传输
ONU3
ONU2
ONU3:
突发业务， 并对延迟敏感
ONU2丢 失 的 业 务
ONU3
延迟
ONU2
ONU3延 迟 的 业 务
ONU3
ONU2
《宽带光接入技术》 原荣 编著
IP 视频
电话
T-CONT
图9.1.2 ONU1 传输容
器（TCONT） 和宽带 ONU2 PON系 统的层 ONU3 结构
T-CONT
• 动态带宽分配性能应允许在一个ONU里使用几种传输容器(T-CONT)。 T-CONT携带ATM 虚通道连接(VPC)和虚信道连接(VCC)，单个TCONT可以携带不同种类业务的ATM流量，并且把它们的缓冲器使用 情况报告给与此相连接的OLT。
• 概述 • MAC协议 • 交接过程 • T-CONT的建立和拆除 • 业务流量控制和调度
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9.1 概述
• 由于PON系统在上行方向多个ONU共享传输媒质， 所以必须进行上行接入控制（MAC），以便为用 户提供多种高质量业务的同时，提高上行信道的 利用率。
• 后向兼容性和互连互通性，即按照G.983.1制造出 的OLT和ONU也可以使用在具有动态带宽分配功 能的系统中。
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9.1.1 静态带宽分配
• ITU-T G.983.1系统的带宽分配是通过授权控制实 现的，它属于静态带宽分配。
• 上行带宽被与PON相连接的所有ONU共享。OLT 控制每个ONU的上行接入时隙，这是靠OLT在下 行PLOAM信元中规定的ONU发送数据授权实现 的，即OLT决定ONU上行接入的带宽。
• MAC协议可以分为固定分配、随机接入、中央控 制按需分配、分布式控制按需分配和自适应分配 等多种。
• 对以上几种协议比较后发现，PON系统的上行接 入只有采用固定分配和中央控制按需分配相结合 的方式比较合适，这就是ITU-T G.983.4规范的静 态带宽分配和动态带宽分配两种方式。
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• 在缓冲器使用情况报告方式中，ONU使用微时隙 向OLT报告它们的缓冲器被使用的状态，OLT根 据该报告重新分配ONU下次可以使用的带宽。
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OLT
VC
VP
VC T-CONT
IP
VC 视频
VC 电话
VC
VP
T-CONT
ODN
物理层路径
ONU
T-CONT
T-CONT T-CONT
• OLT发送PLOAM数据授权信元给所有的ONU， 给ONU的数据授权包括上行数据授权和上行接入 占用时隙的数量。
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动态带宽分配技术的必要性
• 然而，G.983.1系统企图提供宽带广播业务（如IP 业务）给用户，因为IP业务连接到许多突发业务 源，所以这类业务是非恒定比特率业务，对信元 传输延迟（CTD）和信元延迟变化（CDV）的要 求并不严格。然而，映射这些非实时业务到固定 的带宽信道中，不能使PON中的ONU动态分享 PON的上行带宽。
ONU1:恒 定 比特率业务 ONU2: 突发业务
ONU1 ONU2 ONU3
ONU1
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2. 动态带宽分配方法
• 通常有两种动态带宽分配方法。一种是空闲信元 调整，另一种是缓冲器使用情况报告。
• 在空闲信元调整方式中，OLT监视每个ONU使用 的带宽，假如一个ONU使用的带宽超过了预先分 配的值，如果还有富余的带宽可用，OLT就分配 额外的带宽给该ONU。这种方式不需要ONU报告 带宽需求信息，其缺点是OLT的反应总是落后于 ONU对带宽的需求。
• G.983.7建议使用WRR。
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动态带宽分配系统的性能
• 性能指标，如带宽分配延迟和最大等待时间；
• 应用能力，用于突发信号动态带宽分配和用于汇 集不同业务ONU的动态带宽分配；
• 标准和协议的公平性，不管是基于ONU带宽需求 报告的动态带宽分配，还是基于OLT监控的动态 带宽分配，或者是基于ONU带宽需求报告和OLT 监控的动态带宽分配，都应该能够适用；
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OLT
ODN
ONU/ONT T-CONT 缓冲器 T-CONT 缓冲器
上行用 户信元
ODN OLT
ONU/ONT T-CONT 缓冲器
UNI
优先 级别
控制
分类缓冲
上行用 户信元
T-CONT 缓冲器
图9.1.3 1个上行数据流分装 在2个T-CONT 缓冲器中
这2个缓冲器在同一个ONU中。一 些T-CONT缓冲器可以被一个 内部调度程序使用，或被某个 上层（如ATM层）使用。
• 这种静态授权方式使上行带宽使用效率不高，所 以希望使用动态带宽2 动态带宽分配
• 动态带宽分配（DBA）方式根据ONU突发 业务量的需求，动态地调整它们的上行接 入带宽，因此提高了PON上行带宽使用的 效率。
• 这可以从两方面说明这个问题，首先，由 于更有效的带宽使用，网络操作者可以增 加更多的用户到PON上；其次，用户可以 要求得到超过固定带宽分配的最大带宽， 享受更好的服务。
图9.1.4 对分类缓冲业务进行 优先级别控制
《宽带光接入技术》 原荣 编著
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业务带宽分配规则
• 对业务带宽分配规则已有一些建议，如对 实时业务的带宽分配可采用传送带 （Transfer belt）分配算法，对非实时业务 的带宽分配可采用顶移（Moving ceiling） 分配算法等。
• 对流量调度也有多种方案，如加权公平排 队（WFQ）、轮询调度（round robin）和 加权轮询调度（WRR）等。
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静态带宽分配和动态带宽
• 对QoS要求较高的CBR业务固定接入，对 其他业务由OLT控制预约接入。
• 预约过程也不采用竞争方式，而采用轮询 方式，ONU使用可分割时隙轮流预约。对 ABR连接需要的带宽只要保证它们的最小 信元速率（MCR）即可，因此可使用保证 CBR和VBR之后的剩余带宽，而UBR连接 将不被分配任何带宽。
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8
图9.1.1 静态带宽分配和动态带宽分配 的比较
(a)
ONU 需要 发送的业务
(b)
静态带宽 分配传输
(c)
动态带宽 分配传输
ONU3
ONU2
ONU3:
突发业务， 并对延迟敏感
ONU2丢 失 的 业 务
ONU3
延迟
ONU2
ONU3延 迟 的 业 务
ONU3
ONU2
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IP 视频
电话
T-CONT
图9.1.2 ONU1 传输容
器（TCONT） 和宽带 ONU2 PON系 统的层 ONU3 结构
T-CONT
• 动态带宽分配性能应允许在一个ONU里使用几种传输容器(T-CONT)。 T-CONT携带ATM 虚通道连接(VPC)和虚信道连接(VCC)，单个TCONT可以携带不同种类业务的ATM流量，并且把它们的缓冲器使用 情况报告给与此相连接的OLT。