摘要：提出了一种新的EOPN使用动态带宽分配算法来确保服务质量的MAC协议。该协议使得高优先级数据的延时和颤动减小；当网络对新接入的ONU进行初始化时对高优先级数据没有影响；一起，经过OLT操控中优先级数据的接入量确保其带宽分配的公正性。确保网络的QoS。
导言：
EPON是由IEEE802.3 EFM作业组（Ethernet in the First Mile Study Group）引进的一种新接入技术规范，首要由光线路终端（OLT）、光网络单元/光网络终端（ONU）和光散布网络（ODN）组成。OLT放置在中心交流局侧（CO），ONU放置在用户端。EPON中传送IEEE802.3规矩的以太数据帧。
在下行方向上EPON体系是一个同享介质的播送网络。在上行方面EPON体系是一个多点到点的结构，多个ONU一起占用一个规范信道，因而OLT中有必要选用必定的MAC协议操控信道的分配以避免多个ONU一起传送数据形成的以太数据帧的磕碰，一般选用给每个ONU分配不同的传输窗口（或时隙）来完结。
上行方向时隙的分配既能够选用固定的时隙分配又能够选用动态的时隙分配。固守时隙酚算法简略、简单完结，但没有完结带宽的核算复用，因而带宽的使用率低。一起其传输周期是固定的，形成一些高优先级的数据的传输延时增大，使得网络的QoS下降。在文献[2]中说到的轮询带宽分配算法（IPACT）是一种方从方式的动态带宽分配算法，该算法有效地进步了上行信道的使用率，可是因为轮询周期的改变和没有区别数据的优先级，使其不适用于对延时和颤动灵敏的服务。
本文提出了一种依据EPON的服务质量（QoS）的动态带宽分配算法，经过将数据包分为不同的优先级和首要传送关于延时和颤动要求严厉的数据来进步整个EPON网络的使用率和服务质量（QoS）。本文将服务分为三个不同的优先级。高优先级的数据一直坐落一帧数据的开端处，有效地下降了高优先级数据延时和延时颤动，一起当有新的ONU参加初始化时，高优先数据没有被打断，确保了其低时延的要求；在OLT端操控优先级数据的接入量，避免了因为带宽分配不公正形成的丢包现象。终究，文章对提出的算法进行了理论上的剖析。
1 服务优先级的区别和ONU的行列办理
（1）在本文中将全部的数据分为三个优先级。
第一是加快转发服务（EF），这是最高的优先级。它对延时和颤动都有严厉的要求，音频、视频等实时性要求较高的服务都归于这一优先级。
第二是确保转发服务（AF）。这一优先级关于延时和颤动没有严厉的要求，可是要求确保数据终究被送到接收者，对丢包比较灵敏。实时可变比特速率的数据都归于该优先级。
第三是尽力而为服务（BF），这是最低的优先级。它对延时和颤动不灵敏，一起不需要确保带宽，传送数据时尽网络的最大尽力去传送数据。突发性较高的数据和未标明比特率的数据都归于该优先级。
（2）ONU的行列办理
为了确保带宽分配的公正性进步网络的吞吐量，在ONU端对数据包按其优先级从头排序。在ONU中，每个优先级都有自己的缓存区。用户端数据抵达，依据该数据的优先级，按先入先出的规矩刺进到对应缓存区的属部。如图1所示。
在本文中数据优先级的办理按IEEE802.1d界说的优先级排队办理规矩，在高优先级缓存区溢出的情况下，有高优先级的数据抵达能够占用低优先级的缓存区，高优先级的数据比低优先级的数据先得到服务。
2 MAC协议规划
2.1 动态带宽分配算法
传统的带宽分配算法选用依据时隙的MAC协议。在这种办法中，一帧数据平分配给每个ONU的时隙与ONU的恳求成份额。全部优先级的数据都被放到一个时隙中。选用这种办法，同一个ONU在不同的数据帧中，当时隙的开端时刻跟着数据的突发性和数据包的长度而产生很大的改变，然后形成高优先级数据延时的颤动添加。如图2(a)所示。
在本文提出的动态带宽分配算法中，将一帧数据分为高、中、低优先级部分。关于高优先级部分选用如下的办法分配带宽：
BHi=Hi+Ai
BHi为OLT分配给ONU的高优级的带宽；
Hi为ONU恳求分配的带宽；
Ai为等候时刻内抵达的高优先级的数据长度。
因为不能预备测定Ai，一起高优先级的数据能够看作速率近似稳定的数据，所以用上一轮在等候时刻内抵达的数据长度近似估量Ai。即：
Ai(n)=Ei(n-1)
Ei(n-1)为上一轮等候时刻内抵达的高优先级的数据的精确长度。
因为高优先级数据近似以为是稳定速率的数据，因而每一帧平分配给ONU的BHi近似持平。能够以为每帧中高优先级数据开端的时刻根本固定，不会产生大的改变。然后，下降了高优先级数据的时延颤动。如图2（b）所示。
关于中优先级的数据，为了确保带宽分配的公平性，下降中优先级数据的丢包率，笔者经过OLT操控每个ONU中优先级数据的接入量，选用如下的带宽分配算法：
假如i=N∑i=0 Mi
BMi为分配给中优先级的带宽；
Mi为ONU恳求带宽；
Btatol为总的可用带宽。
给每个ONU分配中优先级带宽是恳求的带宽的必定份额，它操控了每个ONU中优先级数据的接入量，然后下降因为单个ONU数据量过多形成其它ONU丢包率添加的概率，一起确保了对每个ONU带宽分配的公证性。
关于低优先级的数据，在前两级数据传送结束有剩下带宽的情况下再进行分配，其带宽分配接等份额的分配办法分配。即
BLi为分配给低优先级的带宽。
对中、低优先级的带宽分配，是在收集到全部ONU的恳求信息后才进行。因而，在查找到全部数据到第一个ONU收到OLT发送的允许音讯，中心存在一段包含带宽分配核算时刻和环路延时的空白时刻。一起，关于新的算法中数据帧被分成了两个独立的部分，能够使用高优先级数据的传送进程，核算中低优先级的带宽分配并给第一个ONU发送允许音讯。然后，有效地处理了空白时刻的问题。如图3所示。
2.2 近似无中止的开窗法测距
为了确保ONU的即插即用，OLT有必要每隔必定的时刻，发送一个播送GATE音讯，用来检测是否有新的ONU参加。假如有，OLT有必要对该ONU初始化，该进程首要包含：对该ONU进行测距，取得ONU的地址等。一般选用开窗法对ONU初始化。在传统的带宽分配算法中，有必要中止全部数据的传送，留出特定的时刻进行ONU的初始化作业。由此，高优先级数据传送被堵截，形成延时加大。
在笔者提出的带宽分配算法中，数据帧分为两个部分。开窗时能够只使用中低优先级部分，而高优先级部分分持续传送数据。因为ONU与OLT的间隔为2km～20km，其延时一般在50μs～100μs之间。总的举世延时一般不超越1ms，而本规划中一帧数据的时刻一般为2ms，高优先级数据量较少，故能够利胳低优先级部分隔窗完结ONU的初始化，而不用堵截高优先级数据的传输。
3 成果理论剖析
数据包的延时首要由三部分组成：数据包抵达至恳求信息发送的时刻dpoII、ONU恳求信息发送至接收到允许该数据包传送的时刻dcycle和数据开端发送至该数据包发送时数据包的等候时刻dqueue。总的延时是三者之和。如图5所示。
其间dpoII一般为一帧数据时刻的一半，即dpoII=T/2;
dcycle一般为一个或几个循环，可是在笔者提出的算法中关于高优先级的数据因为允许的数据长度与恳求的相同，所以能够以为dcycle为0，这就大大下降了高优先级数据的延时。
Dqueue一般与该数据包前数据量有关，传统的算法中其最大值可为（WMAX-Q）/R。其间WMAX为最大允许长度，Q为该数据包的长度，R为数据速率。在新的算法中，因为将数据帧分为两部分，高优先级数据较少，若该数据包为高优先级数据，则其前数据量削减，然后dqueue减小。
一起经过前面的剖析可知，因为在对ONU进行初始化时没有堵截高优先级数据的传送，有效地下降了高优先级数据的延时；别的因为将数据帧分隔，有效地下降了高优先级数据的颤动性。
关于中低优先级的数据，因为其对延时不灵敏，但为确保整个网络的QoS，有必要确保其带宽分配的公正性，经过前面的剖析可知，笔者提出的带宽分配算法很好地确保了这一点。
本文提出了一种新的带宽分配算法，该办法区别不同的优先级进行服务，很好地下降了高优先级数据的延时和延时的颤动性，别的该算法操控中优先级数据的接入量，确保了中低优先级数据在每个ONU间带宽分配的公正性。可是该算法核算量很大，要给每个ONU发送两次允许音讯，加剧了OLT的核算和发送数据的担负以及ONU读取信息的担负。该完结计划有待进一步改善。
