[发明专利]一种混合复用PON全局资源高效分配方法

摘要

本发明涉及一种混合复用PON全局资源高效分配方法，属于光通信技术领域。本方法首先向PON中引入具有集中控制能力的SDN，以实现对多OLT资源分配的集中控制和优化分配。其次，采用模糊神经网络预测模型，以减小OLT与控制器之间信息交互产生的时延，再根据OLT被分配的自适应弹性权重系数为其分配合理的资源大小，提高OLT间资源利用率。最后，通过改变每条波长上最后一个ONU REPORT信息发送位置，以及轻负载ONU剩余带宽和周期空闲时隙双重剩余带宽再分配动态带宽分配算法，提高OLT内部资源利用率。本方法通过集中控制全局资源，OLT间和OLT内资源联合优化配置，实现了PON全局资源高效分配，降低了网络时延，提高了资源利用率。

主权项

1.一种混合复用PON全局资源高效分配方法，其特征在于：该方法包括软件定义光接入网架构及OpenFlow流表扩展、基于模糊神经网络模型的预测机制及弹性权重的带宽分配算法、基于填充周期空闲时隙的带宽分配算法三个步骤：步骤1)：向混合复用PON引入SDN，构建能实现集中控制及资源优化分配的软件定义光接入网结构，并对OpenFlow流表进行必要扩展；步骤2)：采用模糊神经网络模型预测机制，减小OLT与控制器信息交互引起的时延，并根据OLT的不同权重系数为其分配资源，提高资源利用率；步骤3)：改变ONU传输机制，并采用轻负载ONU剩余带宽和周期空闲时隙双重再分配动态带宽分配算法，减小周期空闲时隙，提高资源利用率；在步骤1)中，采用SDN集中控制及支持软件可编程的能力，组建软件定义光接入网结构，实现OLT间信息互联，由控制器集中控制全局资源进行优化分配，可有效避免OLT间资源分配不均衡造成的浪费；为实现SDN对混合复用PON的集中控制，需要对OpenFlow流表进行必要的扩展，加入混合复用PON资源分配所需的保护时隙、OLT和ONU数目、时隙大小、带宽信息；在步骤2)中，控制器由收集到OLT n个历史申请带宽信息，确立模糊神经网络模型；计算出预测申请带宽其中y⁽⁵⁾表示第五层即输出层的输出，i和j表示节点的索引值，x_i表示输入层的输入，E为误差函数若预测误差ε为预测精度，为实际值；采用误差反馈算法和复合函数链式求导规则确定参数m_ij,σ_ij和w_i与前一时刻的关系式不断调整m_ij,σ_ij和w_i的值，逼近预测精度要求，其中η表示影响因子；然后，由预测值和OLT权重系数，确定OLT最后分配带宽其中是下一周期OLT的总带宽需求，B_total是软件定义光接入网到汇聚网的总带宽，M表示OLT总数；在步骤3)中，OLT根据ONU₁,ONU₂,...,ONU_N申请带宽信息，设定其在M条波长上传输顺序及时隙；OLT改变每条波长上最后一个ONU REPORT信息发送的位置，并计算每条波长最后一个ONU数据发送起始时刻T_Ri和结束时刻T_Ei，以及本周期所有波长的最后一个ONU数据发送最大起始和结束时刻即T_RMAX＝max(T_R1,...,T_RM)，T_EMAX＝max(T_E1,...,T_EM)；由此计算出第n周期时间长度T_cycle(n)＝max(T_EMAX,T_RMAX+T_idle)‑T_n‑1，其中T_n‑1为第n‑1周期数据传输结束时刻，T_idle为周期空闲时隙；其次，经计算可得出第一次额外带宽即轻负载ONU剩余带宽，分配给重负载ONU_i的授予带宽其中B_min为ONU最小保障带宽，l为轻负载ONU总数，R_i表示ONU_i申请的带宽，R_k表示ONU_k的申请带宽，h表示重负载ONU总数；然后，由于部分或全部波长上有可能还存在周期空闲时隙，对这部分剩余带宽进行第二次额外带宽再分配；计算得出每条波长最后一个ONU两次额外带宽分配的总带宽为其中为波长j上周期空闲时隙分配给ONU_i的带宽，T_Rj表示第j条波长上最后一个ONU上传数据开始时刻，T_Ej表示第j条波长上最后一个ONU上传数据结束时刻，R表示波长的传输速率，T_g为ONU之间的保护时隙；每条波长非最后一个ONU两次额外带宽分配的总带宽为其中T_Rj表示第j条波长上最后一个ONU上传数据开始时刻，表示ONU_i初次被授予的带宽，Q_j表示波长为j上重负载ONU总数；最后计算得出OLT分配给每个ONU的最终授予带宽