引用本文:

朱悦,何荣希,陈晓静. FiWi网络低延迟分布式动态带宽分配算法[J]. 光通信技术,2020,44(7):40-46.

FiWi网络低延迟分布式动态带宽分配算法

朱 悦1,何荣希1*,陈晓静1,2

(1.大连海事大学 信息科学技术学院,辽宁 大连 116026;2.大连科技学院,辽宁 大连 116052)

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摘要:针对光纤无线网络已有动态带宽分配算法时延较大、信道利用率较低的问题,提出一种低延迟分布式动态带宽分配算法。该算法每个轮询周期包含无线请求报告和上行数据传输两个子周期,可在无线信道和上行信道并行进行。无线请求报告子周期采用双向轮询方式,而且节点回传Gate帧与上传数据也并行进行。仿真结果表明:该算法可降低数据包平均时延和节点平均队列长度,提高上行信道利用率。

关键词:光纤无线网络;动态带宽分配;分布式;双向轮询;并行

中图分类号:TN929.11 文献标志码:文章编号:1002-5561(2020)07-0040-07

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.07.010

0 引言
       典型的光纤无线(FiWi)网络由后端的无源光网络(PON)和前端的无线网络(如WiFi、Wimax、蜂窝网络等)构成,其中PON的光网络单元(ONU)可与无线网络的基站(BS)或接入点(AP)集成在一起,形成ONU-BS或ONU-AP节点为有线或无线用户提供宽带接入服务[1-2]。FiWi网络融合了光网络大容量、高可靠和稳健性以及无线网络灵活、方便部署和低成本等优点,可以满足移动互联网和物联网的高回传带宽和低时延需求,具有非常广阔的应用前景[1-3]。
  上行信道资源分配是影响FiWi网络性能的关键因素之一,已引起业界极大关注。文献[4-5]提出多种动态带宽分配(DBA)算法,这些算法大多属于以光线路终端(OLT)为控制中心的集中式DBA算法,ONU和OLT之间需交互Report和Gate控制帧,节点的Report帧紧随数据后上传,会占用上行信道带宽,降低了上行信道利用率。而且,OLT与ONU之间往往距离较远,往返时延(RTT)较大,导致二者之间的控制帧交互所需时间较长,也会增加数据包平均时延。
  近年来,工业互联网、增强/虚拟现实和移动边缘计算等新兴业务的出现,使FiWi网络面临如何进一步节约回传带宽和降低时延等诸多挑战[1-3,6]。而集中式DBA(CDBA)算法往往时延较大,影响了用户的业务体验。为此,文献[7]提出一种分布式DBA(DDBA)算法。与CDBA算法不同,该算法利用ONU-AP节点间的无线信道交换控制帧,由各个ONU-AP节点计算授权带宽,上行信道仅传输数据。与CDBA算法相比,DDBA算法可显著增加上行信道利用率,降低数据包平均时延。但是,该算法控制帧交互采用单向轮询方式,因此,控制帧交互所需时间较长,节点不得不较早发送Report帧。由于FiWi网络数据突发性较强,往往会出现节点报告带宽请求信息与其实际上传数据时的队列长度差异较大,导致数据包排队时延增加,同时也会降低上行信道利用率。
  针对DDBA算法的不足,本文提出一种低延迟分布式动态带宽分配(LLD-DBA)算法,可以提高Report帧的实时性、减少节点队列排队长度、降低数据包平均时延和提高上行信道利用率。

4 结束语
      本文针对FiWi网络提出一种LLD-DBA算法,该算法中每个轮询周期分为并行处理的无线请求报告及上行数据传输2个子周期。在无线请求报告子周期,ONU-AP节点间利用无线信道,采用双向轮询方式完成控制帧交互,并由中心ONU-AP节点计算带宽授权,同时各节点上传数据和回传Gate帧可并行进行。上述机制可提高上行信道利用率、缩短节点报告带宽请求与上传数据之间的时间间隔,有助于避免节点发出Report帧后突发流量导致节点队列长度急剧变化而降低网络性能。仿真结果表明:与已有算法相比,LLD-DBA算法可改善数据包平均时延、上行信道利用率和节点平均队列长度等性能。