聊一聊PON系统的上行带宽分配机制

在PON网络中，OLT设备的一个PON口会下挂一堆的ONU，因此，PON口的上行带宽是所有ONU共享的，那么上行带宽是如何在各ONU之间分配的呢？

所以，今天我们就来聊一聊PON系统的上行带宽分配机制。

01

PON上行带宽分配机制包含哪些？

PON系统的上行带宽分配机制主要有两种方式，分别是：静态带宽分配（Static Bandwidth Assignment, SBA）和动态带宽分配（Dynamic Bandwidth Assignment, DBA ）。

何为SBA？

静态带宽分配（SBA）也可以称为固定带宽分配，指每个ONU占用的带宽是固定的。即OLT会根据每个ONU的SLA（包括带宽、时延等指标）周期性的为每个ONU分配固定长度的授权。

一般来讲，OLT采取轮询的方式周期性地给所有ONU发布授权。在每个轮询周期内，各ONU的授权窗口大小可能是各不相同的，但同一ONU各轮询周期内获得的授权大小只与ONU的SLA有关，与ONU上行业务流量情况无关。

换句话说，无论ONU的上行流量有多大，其获得的上行带宽都是固定的。即使ONU上没有流量，这部分带宽也是固定分配给该ONU的，不能被其他业务流量较大的ONU所利用。

何为DBA？

动态带宽分配（DBA）是指OLT根据ONU的SLA和上行流量情况，为ONU动态分配上行带宽的技术。

当某个ONU的流量比较小时，OLT可以给该ONU较小的授权，节约的带宽可以为其他ONU所利用；当某个ONU的流量增大时，OLT可以给该ONU更大的授权（当然，该ONU获得的带宽不能超过SLA中规定的最大带宽）。因此，DBA就是OLT根据系统内的实时流量自动增加或减少ONU带宽而不中断链接来优化PON系统性能的过程。

为何选择DBA，而非SBA？

根据前面介绍的静态带宽分配（SBA），我们发现，虽然其方法简单、易实现，比较适合承载TDM等业务流量固定的业务，但不能根据ONU上的流量情况实时调整上行带宽，承载突发性比较强的IP业务时的带宽利用率就比较低。也就是说，面对目前现网绝大多数流量都是IP业务的情况下，SBA并不适用。

相反，DBA能够实现对带宽的精细化管理，提高带宽利用率，同时满足不同用户的需求，其作用和意义主要体现在两方面：

其一，相比SBA，DBA实现上行带宽的动态实时调整，最大限度地提高了上行带宽的利用效率，从而使运营商能够在PON系统不增加带宽的情况下，接入更多的用户。

其二，能够保证业务的公平性和QoS，使用户能够得到更好的业务体验，特别是对于突发性较强的业务，优势更为明显。

值得一提的是，动态带宽分配仅与PON系统的上行方向有关，下行方向没有DBA的概念。

02

DBA的实现原理是怎样的？

不管是EPON系统，还是GPON系统，都有DBA，其差别主要在于DBA控制机制的细节有所不同。本文选择应用较为广泛的GPON系统展开叙述。

GPON系统的DBA实现机制需借助ONU上的T-CONT来实现，换句话说，OLT的PON口给ONU分配带宽，其实是基于ONU具体的T-CONT来分配带宽的。其实，在这里，你也能明白T-CONT存在的意义了，ONU有了数据是不能直接往OLT上发送的，需要有个容器来缓存这些数据，等待OLT给ONU分了对应的时隙，ONU才能在对应时隙向上发送这些数据，而这个缓存的容器就是T-CONT。而DBA基于ONU的T-CONT来分配带宽时隙也是有道理的。

DBA的实现模式？SR-DBA or NSR-DBA?

言归正传，GPON标准规定的DBA有两种实现模式，分别是状态报告（SR，Status Reporting）模式和非状态报告模式（NSR， Non status reporting）模式。

SR即OLT通过ONU上报的本地流量（各个T-CONT缓存占用情况），直接获取ONU上行带宽需求。

NSR即OLT通过监测接收到的上行流量（空闲GEM帧），间接获取ONU上行带宽需求（不需要ONU上报）。  

对比两种模式，SR模式会让OLT对ONU带宽需求的了解更为准确，且NSR模式会占用OLT资源，因此，设备厂家普遍推荐使用SR模式。

SR-DBA的具体过程？

ONU利用上行帧结构中的DBRu字段上报上行带宽需求。ONU在上行数据中携带目前T-CONT中等待发送的数据状态报告，即上行动态带宽报告（DBRu），可上报T-CONT的状态，为了给下一次上行数据申请带宽。

OLT收到ONU的状态报告后，根据DBA算法逻辑计算出Bandwidth Map（BW map），标识了各个T-CONT传送数据的起止时刻，随着下行数据下发给ONU。即OLT采用下行帧结构中的BW Map字段，对分配给每个T-CONT的上行时隙进行指定。BW Map字段采用8字节的分配结构，如图所示，包括Alloc-ID（用于区分不同的T-CONT）、Flag、StartTime、StopTime和CRC五部分。其中， StartTime、StopTime分别对应于上行时隙的开始时间和结束时间。

ONU收到OLT下发的BW map消息后，在指定的时隙上发送数据，同时数据中也携带了上行动态带宽报告。

DBA的类型有哪些？

当OLT收到ONU的DBA上报消息，即ONU上传T-CONT消息后，如何给T-CONT分配时隙呢？哪些T-CONT先上传，哪些T-CONT随后再说呢？因此我们就需要引入DBA类型。DBA有五种类型：Type1, Type2, Type3, Type4和Type5。T-CONT是ONU上的物理资源，只有绑定DBA模板后，才会分配带宽。绑定成功后，T-CONT可以依据DBA模板中的不同配置，提供灵活的动态带宽分配方案。

Type1为固定带宽的DBA模板，完全预留给特定ONU或者ONU的特定业务，即使在ONU没有上行业务流的情况下，这部分带宽也不能为其他ONU使用。固定带宽主要用于对业务质量非常敏感的业务，如：TDM、VoIP等 。

Type2为保证带宽的DBA模板。保证带宽就是保证在ONU需要使用带宽时可获得的带宽。当ONU的实际业务流量未达到保证带宽时，设备的DBA机制应能够将其剩余带宽分配给其他ONU的业务。

Type3为保证带宽+最大带宽组合类型，在保证用户有一定带宽的同时，还允许用户有一定带宽的抢占，但总和是不会超过用户配置的最大带宽。此带宽类型主要应用于IPTV业务。

Type4为最大带宽的DBA模板。最大带宽是在ONU使用带宽时可获得的带宽上限值，最大程度地满足ONU使用的带宽资源。最大带宽类型常用于普通上网等业务。

Type5为固定带宽+保证带宽+最大带宽组合类型，既给用户预留其他用户不能抢占的固定带宽资源，又确保在需要使用带宽时可获得的保证带宽，同时允许用户有一定带宽的抢占，但总和是不会超过用户配置的最大带宽。

03

PON采用DBA有何优势？

几乎所有的PON技术都会采用DBA来实现PON系统上行带宽的分配，DBA成了PON的必选项。那么在最后，我们来总结下PON系统中采用DBA的优势。

1. 动态带宽分配

DBA技术能够根据用户需求动态分配带宽，满足不同用户的灵活需求。无论用户是在进行在线视频会议、下载大型文件还是进行在线游戏，DBA技术都能根据其需求动态地提供相应的带宽。

2. 提高带宽利用率

DBA技术通过精细化的带宽管理，能够提高带宽利用率，减少浪费。DBA技术可以有效地避免“用尽所有带宽”的情况，使得剩余的带宽可以被其他用户或应用使用，从而提高整体的带宽利用率。

3. 支持QoS

DBA技术能够根据用户需求提供不同的服务质量保障，确保重要业务的数据传输优先级。例如，对于在线视频会议等需要高优先级的应用，DBA技术可以为其提供更稳定、更快速的带宽分配，以保证其服务质量。

4. 降低运营成本

DBA技术能够实现按需分配带宽，降低运营商的运营成本。通过DBA技术，运营商可以根据用户的实际需求来分配带宽，避免了因过度分配带宽而造成的资源浪费，从而降低了运营成本。

5. 支持多业务融合

DBA技术能够支持多种业务融合，如语音、视频、数据等业务的综合传输。在DBA技术的支持下，运营商可以在同一网络中提供多种业务，满足用户的多样化需求。

审核编辑：刘清