CN1547814A - 处理光网络中上行数据包的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

用于光网络的协议，能够控制光网络中允许用户光接口向传输节点传送数据的时间。本协议可以防止特定用户组中的用户光接口之间发生上行传输冲突。通过本协议，接近用户的传输节点可以根据一个或多个用户的需求分配增加的或者减少的上行带宽。也即，接近用户的传输节点能够监测(或监控)、并根据预约或者需求来调整，用户的上行带宽。本协议可以处理数据包的集合而不仅是个人数据包。通过对数据包集合进行计算，本算法可以低频率执行，这反过来使得它能够在更低的性能下、采用更便宜的设备(比如运行在通用微处理器中的软件)来执行。

Description

处理光网络中上行数据包的系统和方法
相关申请的说明
本专利是标题为“在数据服务提供方和用户之间传送光信号的系统和方法”(System and Method for Communicating Optical Signalsbetween a Data Service Provider and Subscribers)的非临时专利文件的继续申请，该专利申请于2001年7月5日提交，美国专利号为09/899,410。本专利还与题为“在数据服务提供方和用户之间传送上行和下行光信号的系统和方法(System and Method for CommunicatingOptical Signals Upstream and Downstream between a Data ServiceProvider and Subscribers)的非临时专利文件相关。该专利申请于2001年10月4日提交，美国专利号为09/971,363。本专利在先申请还包括以下临时专利文件，分别是于2000年10月26日提交的美国专利号为60/244,052的申请“通过光纤提供图像、语音和数据服务的系统——第二部分”(Systems to Provide Video，Voice and Data services viaFiber Optic Cable-Part2)；于2000年10月28日提交的美国专利号为60/258,837的申请“通过光纤提供图像、语音和数据服务的系统——第三部分”(Systems to Provide Video，Voice and Data services viaFiber Optic Cable-Part3)；于2000年10月27日提交的美国专利号为60/243,978的“通过光纤提供语音和数据服务的协议”(Protocol toProvide Voice and Data services via Fiber Cable)；以及于2001年5月8日提交的美国专利号为60/289,112的“通过光纤提供语音和数据服务的协议——第二部分(Protocol to Provide Voice and Dataservices via Fiber Cable-Part2)”；每个专利文件的全部内容都作为参考。
技术领域
本发明涉及图像、语音和数据通信。本发明特别涉及到用户向数据服务提供方传送上行光信号的系统和方法。
发明背景
现在越来越依靠通信网络传输更复杂的数据，如声音和视频传输，导致了对带宽的很高的需求。为了解决带宽需求，通信网络现在更多的依靠光纤来传送这些复杂数据。常规的使用同轴电缆的通信结构正逐渐的被仅含光缆的通信网络所替代。光纤比起同轴电缆的一个优点是一根光纤上可以传送的信息量要大的多。
光纤到户(FTTH)的光网结构是许多数据服务提供方的梦想，因为上面提到的光纤的容量能够在高可靠度的网络上向商家和消费者传送任何综合高速服务信息。与FTTH相关的是光纤到光纤到公司(FTTB)。FTTH和FTTB结构是令人向往的，因为这样的系统增强了信号质量，降低了维护成本。并且延长了硬件使用时间。然而，在过去，FTTH和FTTB结构的价格是非常昂贵的。但现在，因为对带宽的高需求和现在对光网络的研究和发展，FTTH和FTTB已经成为了现实。
工业上提出了一个常规的混合光纤到户(FTTH)/混合光纤-同轴电缆(HFC)结构的建议。HFC现在是许多有线电视系统的选择。在这种FTTH/HFC结构中，数据服务网络集线器和用户之间放置了一个有源信号源。该结构中的有源信号源一般包括一个路由器。这个常规的路由器一般有多个数据端口用来支持单个用户。具体来说，该常规的路由器的每个端口用于一个单独的用户。路由器每个数据端口与一根光纤相连，光纤的另一端与用户相连。这种常规FTTH/HFC结构中数据端口和光纤之间的连接产生了一个特定的光纤最后一英里问题。注意这里的术语“最后一英里”和“第一英里”都是用来描述与用户相连的光网的最后一部分的一类词。因此，不应从字面上理解成一英里的距离。
除发自路由器的光缆数目很多之外，FTTH/HFC结构要求无线电频率信号沿常规的同轴电缆传播。因为使用同轴电缆，用户和数据服务方之间需要大量的无线电频率(RF)放大器。例如，同轴电缆系统中一般每1-3公里就需要一个RF放大器。
同轴电缆和FTTH/HFC结构的使用增加了系统的整体成本，因为这种结构中存在两种分离的且截然不同的网络。换句话说，FTTH/HFC结构的维护成本很高，因为要支持这样两种不同的系统，除了电气和光学设备之外，还需要完全不同的波导(光纤与同轴电缆的混合体)。描述的更简单些，FTTH/HFC结构仅仅将光网络和电网络结合起来，而两种网络都是相互独立运行。
FTTH/HFC结构中的电网络有一个问题，就是能够支持数据服务提供方和用户之间进行数据通信的电缆调制解调技术。数据服务提供方一般使用电缆调制解调终端系统(CMTS)产生送往用户的下行数据流。为了接收到这个下行数据流，用户一般使用电缆调制解调器，根据工业上已知的电缆数据服务接口规则(DOCSIS)这个特定的协议来进行操作。DOCSIS协议规定了业务流，它是CMTS检查数据包中的一些参数，并据此分配给下行数据流之中成组数据包的标识符。
具体来说，业务流是介质存取控制(MAC)层的传送服务，对电缆调制解调器送出的上行数据包或对CMTS送出的下行数据包进行单向传输。DOCSIS协议中分配给成组数据包的识别符可以包括例如TCP、UCP、IP、LLC和802.1P/Q识别符的参数。
基于这些识别符，CMTS对每个特定的数据流规定了一个业务流ID(SFID)。当CMTS
将一个SFID分配给一个数据流之后，这个SFID就存在了。SFID在CMTS中作为业务流的基本的识别符。作为特征，一个业务流至少具有一个SFID和相关的传送方向。
SFID一般在用户希望通信时进行分配。当用户离开通信通道后，SFID就不存在了，并且如果所有的话路都关闭了，与这个特定的调制解调器的所有通信都会终止。一旦调制解调器需要再次通信，必须争取到时隙来要求带宽。因此，在通信重新开始之前会有一定的延迟。对于用户来说该延迟可能可感知或不可感知，取决于系统负荷和应用特性。
通过电缆调制解调器进行通信是不对称的。也就是，下行方向能达到的数据速率比上行方向能达到的数据速率要大的多。这对于一些特定类型的通信，如上网冲浪，已经足够了。但对于其他类型的服务，如对等文件传送(例如数字音频文件传送，像Napster网站的服务)，就不够了，传送附件很大的电子邮件效果也不好。这种不对称通信是因为使用了同轴电缆而需要限制低频回返信号。
因此，在技术上需要一种系统和方法能够在数据服务提供方和用户之间传送光信号，并且不使用同轴电缆，以及支持数据信号沿同轴电缆传输的相关硬件和软件。在技术上还需要一种在数据服务提供方和用户之间传送光信号的系统和方法，能够为大量用户提供服务，并减少数据服务集线器的节点数量。
在技术上也需要一种处理上行光通信的方法和系统，为光网络中每个用户提供承诺的带宽。进一步的需求是有一种系统和方法能提供承诺的带宽，并且把该承诺带宽的剩余部分放在每个用户都能进入的“池塘”中。换句话说，就是需要一种系统和方法能够在众多用户中回收承诺的带宽，将收回的带宽集合起来。另外技术上还需要一种系统和方法，能够采用仿真令牌桶处理成组的或聚合的信息包。另外还需要一种能够对不同的用户提供公平的带宽分配的系统和方法，这里的“公平”有一个精确的数学界定。技术上对系统和方法的另一个要求是能够减轻上行数据路径中的通信量负载。
发明内容
本发明的目的是提供一种系统和方法，能够在光纤网络中有效的传送数据和广播信号。本发明尤其提供了一种系统和方法，能够处理光网络中用户向数据服务集线器传送的上行光通信。术语“上行”规定指用户向光网络中的数据服务集线器送出数据信号的方向。相反，术语“下行”是指光网络中的数据服务集线器向用户送出数据信号的方向。
本发明中的方法和系统可以调整用户光接口的操作，一般是预设用户组中的一部分。本方法和系统可包括一个协议，可以控制每个光接口在传送模式下被允许传送数据的时间。这种对于特定组的光接口允许传送时间的控制可以被认为是时分复用(TDMA)的一种形式。使用TDMA技术，协议可以防止特定用户组的用户光接口之间上行传输的冲突。
与常规技术中带有载波侦听或者冲突检测的协议和发送器不同的是，本发明的协议和用户光接口并不检测或侦听共享同一传输节点的用户组中其他光接口的传输。换句话说，执行本发明中协议的传输节点，可以控制或者确定用户组中的用户光接口被允许向网络传送信息的时间。
采用本发明中的协议，传输节点可以根据一个或多个用户的需求分配额外的，或者减少上行带宽。也就是，传输节点可以监控(或控制)并且根据预定或需求来调整用户的上行带宽。传输节点可以向用户以预设的增量来提供上行数据带宽。例如，传输节点可以以1、2、5、10、20、50、100、200和450兆比特/每秒(MB/S)的速率单元为特定用户或用户组提供上行带宽。
传输节点的组件中，用来执行或运行本发明协议的是一个光学抽头路由设备。光学抽头路由设备可以决定哪个光学抽头复用器将接收下行电信号，或辨别许多光学抽头中的哪一个产生了上行光信号。光学抽头路由设备可以编排数据格式，并执行协议。这种协议用来发送和接收来自于每个连接到各自光学抽头的用户的数据(下面将进行讨论)。光学抽头路由设备能够提供一种集中控制一组用户的形式。光学抽头路由设备可包括一台计算机或硬连线设备，用来执行规定本发明中发明的协议的程序。
比起单个信息包，本发明中的算法还可以处理多个信息包的集合体。通过计算信息包的集合体，算法执行次数较少，从而可以由性能和成本更低的设备来实现。本发明中，这个方法可以通过在通用微处理器中执行的软件来实现，以代替专用的高速硬件。
与常规的仿真令牌桶单独处理每个数据包不同，通过计算机执行的本发明协议可以通过仿真令牌桶处理成组的或者集合的数据包。对令牌桶的模拟使得发明的协议能够有效地处理带宽问题。仿真令牌桶能允许用户组中每个用户都能得到承诺的带宽。然而，每个特定用户的承诺带宽中未使用的部分可以通过协议收回，并提供给其他在特定瞬间需要使用带宽的用户。回收的带宽可以从为用户组而形成的带宽“池塘”中得到。
回收的带宽，承诺带宽以及仿真令牌桶包括协议所追踪的几个参数的功能：峰值速率、保持速率、突发帧大小(burst size)、优先级加权(priority weighting)以及承诺标志(其中承诺标志用来监测是否能够保证用户一直拥有保持速率)。常规技术中前三个参数，峰值速率，保持速率和突发帧大小是由硬件进行监测的，而本发明却不同，是通过发明的可被软件执行的协议来监控这些参数。所有这些参数可由网络提供方进行调整，从而使光网络适应不同的用户环境。
常规的路由器中首先接收到一个信息包，然后用令牌桶算法决定如何处理接收到的信息包，而本发明不同的是，能够把用户光接口发送成组数据包的需求通知给本发明，然后光学抽头路由设备使用令牌桶算法来把自身所能接收到的比特数通知用户光接口。也就是，光学抽头路由设备执行令牌桶算法来决定用户光接口能否发送它需要送出的所有信息包(a)，或部分信息包(b)，或不能发送信息包(c)。如果用户光接口不能发送所有希望发送的信息包，它可以决定是丢弃这些信息包还是保留它们以便在以后尝试发送。
这样，上行数据流可以被更有效地处理。上行信息可从上行数据路径中取出：如果光学抽头路由设备不打算接受一个信息包，则用户光接口就不会发送该信息包。换种描述方式，用户光接口上的信息包可被保留到下个传送窗中传送(下面称为超帧)。如果保留信息包的内存已经满了，传输节点就不再接受用户设备的任何信息包。
另外，光学抽头路由设备可以决定是否允许用户光接口发送信息包，不仅根据信息包类型和正在发送的用户光接口的数据加载，还根据同一用户组中其他用户光接口需要发送多少数据，以及对每个用户光接口提供的服务水平(比如基于用户付了多少服务费或运营商规定的其他标准)。
此外，决定能够接受多少信息包可以不仅基于用户光接口组(共享一个进入光学抽头路由设备的公共路径)的全部负载，还可以基于所知道的将要离开光学抽头路由设备送往数据服务集线器的全部负载。
在一个示范性实施例中，有六个逻辑用户组，每个都向光学抽头路由设备传送数据。从光学抽头路由设备传往数据服务集线器一般有一到四条路径。光学抽头路由设备可以预测来自于六个逻辑组的全部负载，并决定是否接受所有的信息包，和将它们送到数据服务集线器，还是只能接受提供的信息包的一部分。如果光学抽头路由设备能够接受全部的信息包，将不能把所有的信息包送往数据服务集线器。
决定是否接受用户光接口信息包使得发明的协议能够有效地分配带宽；而同样地，通过软件，本发明能够提供对上行通信的集中控制，并在用户组和组之间公平的分配带宽，这里“公平”有一个数学界定。“公平”的数学界定包括一个加权的最大-最小算法。该算法中，加权因子包括预设加权值和一个测量度的乘积，该测量度表示用户光接口组中每个用户光接口的缓冲器占有率，并经过低通滤波。每个用户光接口的最大-最小参数可以包含它的最大分配。
最大-最小公平算法把每个用户都必须接受的最小值最大化了。换句话说，最大-最小分配的结果就是接受最小分配的用户要确保没有其他用户得到的带宽比他还少，否则他不能得到更大的分配额。加权最大-最小分配法为每个组分配了一个相对加权因子。它把加权因子乘以分配额的最小值最大化，并严格地执行最大-最小分配的方法以偏向于具有更高优先级的用户。
附图说明
图1是本发明的一个实施例中，光网络结构一些核心器件的功能框图。
图2是本发明的一个实施例中，光网络结构的功能框图。
图3是本发明的一个实施例中，传输节点的功能框图。
图4是本发明的一个实施例中，用一个光波导将光学抽头与用户光接口相连的框图。
图5时本发明的第一实施例中，在一个超帧中承诺的上行带宽和汇聚成“池”的上行带宽的框图。
图6是本发明的第二实施例中另一个超帧的框图，包含了一个预设的包含六个用户的组中用户光接口的不同长度的时隙。
图7是本发明的第二实施例中，在一个单独的时隙中传送的成组的数据信息包的框图。
图8是本发明的第二实施例中，数据信息包的示范性内容和区域的大小的框图。
图9是本发明的第二实施例中，多个超帧的框图。
图10是本发明的第二实施例中，多个超帧和可能的队列以及传输延迟的框图。
图11是本发明的一个实施例中，管理上行数据的高层步骤的逻辑流程图。
图13是图11中步骤1220的更详细的子过程的逻辑流程图。
图14是图12中步骤1325的更详细的子过程的逻辑流程图。
图15是图12中步骤1330的更详细的子过程的逻辑流程图。
图16是图12中步骤1335的更详细的子过程的逻辑流程图。
图17是图12中步骤1365的更详细的子过程的逻辑流程图。
具体实施方式
本发明用在光网络中时，可以内嵌在软件或硬件中，或是两者的结合。本发明包括一个传输节点，它包含一个光学抽头路由设备和多个光学抽头复用器，用来从一个或多个用户光接口接收上行信息包。常规的令牌桶仿真是一个接一个处理数据包，本发明中的协议与之不同的是可用令牌桶仿真处理成组的信息包。利用本发明中的协议，传输节点能够根据一个或多个用户的需求进行增加或减少上行带宽分配。本发明可以根据协定或需求来监控并调整用户的上行带宽。本发明能够允许用户组中每个用户具有承诺的带宽。然而，一个特定的用户他未使用的承诺带宽中大部分可以依照协议进行回收，并提供给其他在特定时间段需要使用带宽的用户。
下面结合附图对本发明的各个方面，以及示范性操作环境进行描述。在所有的图中，同样的数字代表同样的元件。
图1是根据本发明的示范性光网络100的功能框图。示范性光网络结构100包括一个数据服务集线器110，它与一个或多个传输节点120相连。传输节点120接下来与光学抽头130相连。术语“传输节点”可参照2001年7月5日所提交的待审专利申请中的节点，题为“在数据服务提供方和用户之间传送光信号的系统和方法(System andMethod for Communicating Optical Signals Between A Data ServiceProvider and Subscriber)”，申请号为09/899,410；还有2001年10月4日提交的待审专利申请，题为“在数据服务提供方和用户之间传送光信号的系统和方法(System and Method for CommunicatingOptical Signals Between A Data Service Provider and Subscriber)”申请号为09/971,363。这两篇专利申请的内容在此都一并作为参考。
光学抽头130可以和多个用户光接口140连接。在示范性光网络结构100的各个元件之间是光波导，如光波导150，160，170和180。光波导150-180用箭头表示，其中箭头方向表示了光网络结构100中各个元件之间数据流的方向。图1中仅表示了一个单独的传输节点120，一个单独的光学抽头130和一个单独的用户光接口140；而在图2中以及相应的描述中就可以更加明显地看出，可以使用多个传输节点120，多个光学抽头130以及用户光接口140，而并没有偏离本发明的范围和本质。一般情况下，本发明的许多实施例中，多个用户光接口140与一个或多个光学抽头130相连。
传输节点120可以根据使用用户光接口140的一个或多个用户的需求，分配额外的带宽或减少带宽。传输节点120能够设计得适应户外环境，并且可以设计成用绳子悬挂或者安装在底座或“安装孔”中。传输节点能在-40℃～+60℃的温度范围下工作。传输节点120可以通过不消耗功率的无源制冷设备在该温度范围下工作。
与常规技术中路由器放置在用户光接口140和数据服务集线器110之间不同的是，传输节点120不需要有源制冷和加温设备来控制传输节点120周围的温度。本发明更多地将具有判决功能的电子元件放置在传输节点120处，而不是用户光接口140处。一般来说，判决元件比放置在本发明的用户光接口140处的电子元件尺寸大，且费用要高。
因为传输节点120不需要有源温度控制装置，就可以压缩它自身的电子封装体积，使它通常比传送路由器的外壳小一些。
本发明的一个实施例中，三个主干光波导160，170和180(可包括光纤)可以将光信号从数据服务集线器110传送到传输节点120。注意本发明中使用的术语“光波导”可以指光纤，平面光波导线和尾光纤(fiber optic pigtails)，以及其他类似的光波导。
第一光波导160能够传送广播视频和其他信号。信号可以以常规的有线电视格式进行传送，其中广播信号被调制到载波上，载波再对数据服务集线器110中的一个光发射机(未示出)进行调制。第二光波导170能够传送下行目标性服务(如数据和电话服务)，将其送往一个或多个用户光接口140。除了传送用户特定光信号，第二光波导170也可以传送internet协议广播数据包，本领域技术人员对此已有了解。
实施例中，第三光波导180可以把上行数据信号从传输节点120传送到数据服务集线器110。沿着第三光波导180传输的光信号也可以包括来自于一个或多个用户的数据和电话服务。与第二光波导170类似，第三光波导180也可以传送IP广播数据包，本领域技术人员对此已有了解。
本发明中第三或上行光波导180用虚线表示，意为它只是示范性实施例中可选的一部分。换句话说，第三光波导180可以不选用。在另一个实施例中，第二光波导170传送上行和下行方向的光信号，在图中表示为第二光波导170是双向箭头。在这种实施例中，第二光波导传送双向光信号，数据服务集线器110和传输节点120之间只需要两个光波导160，170来传送光信号。在另一个实施例中(未示出)，数据服务集线器110和传输节点120之间只使用一个光波导进行连接。在这种单个光波导实施例中，使用了三个不同的波长来传输上行和下行信号。另外，双向数据还可以调制到一个波长中。
在一个实施例中，光学抽头130包含了一个8路光分配器。这意味着包含一个8路光分配器的光学抽头130可以把下行光信号分成8路送往8个不同的用户光接口140。而上行方向，光学抽头130可以把从8个用户光接口140收到的光信号合并。
在另一个实施例中，光学抽头130包含了一个4路光分配器来为4个用户光接口140服务。然而在另一个实施例中，光学抽头130又包括了一个也作为通路抽头(pass-through tap)的4路光分配器，这意味着光学抽头130收到的光信号的一部分可以被用来送往它里面包含的4路分配器，同时剩余的光能量可以进一步下行传到另一个光学抽头或另一个用户光接口140。本发明并不限于4路和8路光分配器。其他有少于4路或多于8路分配器的光学抽头也不超出本发明的范围。
图2是示范性光网络结构100的功能框图，并进一步包括了与传输节点120相对应的用户组200。图2描述了光网络结构100的不同情况，其中传输节点120和光学抽头130之间的一些光波导150被最小化了。图2还描述了光学抽头130可以实现的不同类型用户组200。
每个光学抽头130可包括一个光分配器。光学抽头130允许多个用户光接口140与一个连接到传输节点120的光波导150耦合。在一个实施例中，设计了六根光纤150与传输节点120相连。通过使用光学抽头130，与传输节点120相连的六根光纤150中的每根都可分配16个用户。
在另一个实施例中，12根光纤150和传输节点120相连，其中每根都可分配8个用户。本领域技术人员可以理解，连接在传输节点120和用户光接口140之间的特定光波导150可分配的用户光接口140的数量可以是不同的或者可变的，这也不偏离本发明的范围和本质。另外，本领域技术人员会认识到，分配给特定光缆的用户光接口140的实际数量取决于光纤150的可用功率大小。
如用户组200中所示，有很多种为用户提供通信服务的可能的配置方式。例如，光学抽头130A可以把从用户光接口140A1到用户光接口140AN与激光传输节点120连接起来，光学抽头130A也可以把其他光学抽头130，比如光学抽头130AN，与传输节点120连接起来。光学抽头130与其它光学抽头130的结合，以及光学抽头130与用户光接口140的结合是没有限制的。使用光学抽头130，集中在传输节点120处的分布式光波导150可以减少。另外，服务用户组200所需的光纤总数量也可以减少。
使用本发明中的有源传输节点120，传输节点120和数据服务集线器110之间的距离在0-80公里范围内。然而，本发明并不限于这个范围。本领域技术人员将会意识到，可以通过为组成本系统的一些装置选择不同的现有元件，来扩展这个距离的范围。
本领域技术人员将会意识到，放置在数据服务集线器110和传输节点120之间的光波导的其他配置也没超出本发明的范围。因为光波导具有双向性能，可以使得数据服务集线器110和传输节点120之间的光波导的不同数量和数据流方向不超出本发明的范围。
本领域技术人员将会意识到，可以根据数据服务集线器110和传输节点120之间所需要的光路径长度，来为每个回路优化选择包含光波导收发器430和数据服务集线器110的光发射器。另外，本领域技术人员将会意识到，上述讨论的波长是现实的，并且只是举例性的。在一些情况下，可能采用不同的方法使用1310nm和1550nm的通信窗，而并不偏离本发明的范围。另外，本发明并不限于1310nm和1550nm波段。本领域技术人员将会意识到，采用更小或更大波长的光信号也没超出本发明的范围。
图3是本发明的示范性传输节点120的功能框图。在本实施例中，传输节点120包括一个单向光信号输入端口405，能够接收从数据服务集线器110发出，并沿第一光波导160传送的光信号。单向光信号输入端口405收到的光信号可以包括广播视频数据。输入端口405收到的光信号传送到放大器410，如掺铒光纤放大器(EDFA)，在其中光信号被放大。放大后的光信号就被传送到分配器415，分配器415在双工器420中分离广播视频光信号，双工器420再把光信号传送到预设的用户组200。
此外，传输节点120还可以包括一个双向光信号输入/输出端口425，把传输节点120与第二光波导170相连接，第二光波导170支持数据服务集线器110和传输节点120间的双向数据流。下行光信号沿双向光信号输入/输出端口425流向光波导发送器430，在其中把下行光信号转换成电信号。此外，光波导发送器将上行电信号转换成光信号。光波导发送器430还可以包括一个光/电转换器和一个电/光转换器。另一个实施例的系统中，光纤170传送下行信号，光纤180传送上行信号。
下行和上行电信号在光波导发送器430和光学抽头路由设备435间传输。光学抽头路由设备435能够形成与数据服务集线器光信号间的接口，并能根据单个抽头复用器440对数据服务集线器信号进行发送或分离或分配，其中抽头复用器440与一个或多个光学抽头130，并最终与一个或多个用户光接口140进行光信号的通信。注意抽头复用器440在电领域内对激光发射器进行调制，目的是能产生光信号并送往与一个或多个光学抽头相耦合的用户组。
当可用上行数据包到达时，每个抽头复用器440就通知光学抽头路由设备435。光学抽头路由设备和每个抽头复用器440连接来接收这些上行数据包。光学抽头路由设备435再通过光波导收发器430把这些信息包传递到数据服务集线器110。通过读取每个信息包的源IP地址，并把信息包与它经过的抽头复用器440相联系，光学抽头路由设备435可以为所有抽头复用器440(或端口)送来的上行数据包建立一个速查表。该速查表可被用来在下行路径中发送信息包。当光波导收发器430送来信息包时，光学抽头路由设备435就查看目的IP地址(与上行信息包的源IP地址相同)。从速查表中，光学抽头路由设备435可判定哪个端口与该IP地址相连接，就把信息包送往该端口。如同本领域技术人员所知道的，这可以描述成普通的第三层路由功能。
光学抽头路由设备435可对一个端口分配多个用户。更具体来说，光学抽头路由设备435使用相应独立的端口可为成组用户服务。与各个抽头复用器440耦合的光学抽头130能够对预先分配的用户组提供下行光信号，用户组通过用户光接口140接收到下行光信号。
换句话说，光学抽头路由设备435可以决定由哪个抽头复用器440来接受下行电信号，或辨别哪几个光学抽头130传送上行光信号(被转换成电信号)。光学抽头路由设备435能够编排数据格式，并执行所需协议，来对与各个光学抽头130连接的每个单独的用户发送和接收数据。光学抽头路由设备435可以包括电脑或硬线连接装置，这些装置定义了能够执行与分配给单个端口的成组用户通信的协议。
光学抽头路由设备435的每个端口与对应的抽头复用器440连接。使用光学抽头路由设备435，传输节点120能够根据预定或需求来调整带宽。传输节点120通过光学抽头路由设备435可对用户以预设的增量来提供数据带宽。例如，传输节点120通过光学抽头路由设备435以1，2，5，10，20，50，100，200和450兆比特/每秒(MB/S)的速率单元为特定用户或用户组提供上行和下行带宽。本领域技术人员会意识到，其他速率单元也未超出本发明的范围。
电信号在光学抽头路由设备435和各个抽头复用器440之间进行传输。抽头复用器440收发光信号到不同的用户组。每个抽头复用器440与一个光发射器325相连。每个光发射器325包括法布里-珀罗(F-P)激光器，分布反馈激光器(DFB)，或垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。然而，也可采用其他类型的光发射器，并不超出本发明的范围。光发射器产生下行光信号，并传送到用户光接口140。
每个抽头复用器440也与一个光接收器370相耦合。各个光接收器370能把从双向分配器360收到的上行光信号转换成电信号。光接收器370包括一个或多个感光器或光电二极管，把光信号转换成电信号。因为光发射器325和光接收器370可以包括现有的硬件来产生和接收各个光信号，传输节点120自身可以有效的升级和维护，提供显著增加的数据速率。
光发射器325和光接收器370都与一个双向分配器360相连。而双向分配器360与双工器420连接，双工器把从分配器415接收到的单向光信号和光接收器370收到的下行光信号合并起来。这样，广播视频服务和数据服务一样都可由一个光波导提供，如图2中的分布光波导150。换句话说，各个双工器420的光信号可以耦合到与分布光波导150相连的组合的信号输入/输出端口445。
与常规技术不同的是，传输节点120没有使用常规的路由器。传输节点120的组件可以放在一个压缩的电子封装外壳内。例如，传输节点120可用绳子悬挂或放置在基架上，就和常规的有线电视装置放置在最后一英里，或网络中与用户最近的部分是相同的。注意这里的术语“最后一英里”是一个普通名词，常用来描述光网络中与用户相连的最后一部分。
同样也因为光学抽头路由设备435不是常规的路由器，它就不需要有源控温装置来把操作环境保持在一个特定的温度值。换句话说，在一个实施例中，传输节点120可以在-40℃到+60℃下工作。
因为传输节点120不使用消耗功率的有源控温装置来把它保持在单一温度值，传输节点120可包括一个或多个不消耗功率的无源控温装置450。无源控温装置450包括一个或多个散热片或热导管来散去传输节点120的热量。本领域技术人员可知，本发明中也不限于这些示范性的无源控温装置。另外，本领域技术人员可知，本发明中也不限于公开的这些示范性的工作温度范围。使用适当的无源控温装置450，传输节点120的操作温度范围可以缩小或扩大。
传输节点120除了能够忍受恶劣的户外环境之外，还能提供高速对称数据传送。换句话说，传输节点120能够以同样的上行、下行比特率和网络用户通信。这就是相对于常规网络的另一个优点，如背景部分所述，常规网络一般不能支持上述的对称数据传送。此外，如果同时减少数据服务集线器110和传输节点120自身的连接数量，传输节点120可以为大量的用户提供服务。
传输节点120可以对自身有效的升级，这可以完全在网络一侧或数据服务集线器110侧执行。也就是，对构成传输节点120的硬件的升级可在数据服务集线器110和传输节点120之间的位置处进行。这意味着网络的用户端(从分布光波导150到用户光接口140)在传输节点120或数据服务集线器或两者都进行升级时，能完全保留下来。
图4是本发明的一个实施例中，用一个光波导150将光学抽头130与用户光接口140相连的功能性框图。光学抽头130包括一个与另一个分布光波导连接的组合信号输入/输出端口505，该光波导与传输节点120相连接。如上所述，光学抽头130包括一个4路或8路的光分配器510。其他使用少于或多于4路或8路光分配器的光学抽头也在本发明的范围内。光学抽头把下行光信号分配到几个用户光接口140中。实施例中光学抽头130包括了一个4路光学抽头，这样的光学抽头可以是直通类型，意思是下行光信号的一部分被分配到其中的4路分配器，而剩余的光能量则直接下行送往其他分布光波导150。
光学抽头130是一个有效的耦合器，可以在传输节点120和用户光接口140之间传送光信号。光学抽头130可以级联，或者可以从传输节点120被连成星形结构。如上所述，光学抽头130也可把信号送往下行方向上的其他光学抽头中。
光学抽头130也可与有限的或少量的光波导连接，这样任何传输节点120都不会连接太多的光波导。换句话说，在一个实施例中，光学抽头可在远离传输节点120的一点处连接数量有限的光波导150，这样就避免了传输节点处的光波导150过于集中。然而，本领域技术人员意识到，光学抽头130可与传输节点120一体化，如下面详细描述的图11中实施例所示的传输节点120。
用户光接口140用来把从光学抽头130收到的下行光信号转换成能够用适当的通信设备进行处理的电信号。用户光接口140还可以把上行电信号转换成上行光信号，再沿分布光波导150送到光学抽头130。用户光接口140还包括一个光双工器515，可将从分布光波导150收到的下行光信号进行分离，分布光波导150在双向光信号分配器520和模拟光接收器530之间。光双工器515可以接收数字光发射器530产生的上行光信号。数字光发射器530把电的二进制/数字信号转换成光信号格式，这样光信号可以被送回到数据服务集线器110。反过来，数字光接收器540把光信号转换成电的二进制/数字信号，这样电信号能够被处理单元550所处理。
本发明能传送不同波长的光信号。然而，上面讨论的波长区域是实际的，并且只是实施例中示范性的。本领域技术人员会意识到，其他高于或低于或在1310nm和1550nm之间的波长区域都没超出本发明的范围。
模拟光接收器525能将下行广播视频光信号转换成调制的RF电视信号，RF电视信号是从调制RF单向信号输出535传送出来的。调制RF单向信号输出535可向RF接收器如电视机(未示出)或收音机(未示出)馈送信号。模拟光接收器525可以处理模拟调制RF传送信号，和用于数字电视应用中的数字调制RF传送信号。
双向光分配器520能在各自方向上传送混合光信号。也就是，从光双工器515送入双向光分配器520的下行光信号被传送到数字光接收器540。从数字光发射器530发出的上行光信号送往光双工器515，然后到达光学抽头130。双向光信号分配器520与数字光接收器540相连，它将上行数据光信号转换成电信号。此时双向光信号分配器520也和数字光发射器530相连接，它将上行电信号转换成光信号。
数字光接收器540可能包含一个或多个感光器或光电二极管，将光信号转换成电信号。数字光发射器包括一个或多个激光器，如法布里-珀罗(F-P)激光器，分布反馈激光器(DFB)，或垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。
数字光接收器540和数字光发射器530和处理器550相连，它根据内嵌地址选择送往即时用户光接口140的数据。处理器550处理的数据包括一个或多个电话和数据服务，如Internet服务。处理器550和一个包含了模拟接口的电话输入/输出555相连。处理器550还和数据接口560相连，可以提供和计算机设备，电视机顶盒，ISDN电话以及其他类似设备的连接。或者，数据接口560也可以提供和IP语音(VoIP)电话或以太网电话的连接。数据接口560可能包括一个以太网(10BaseT，100BaseT，Gigabit)接口，HPNA接口，通用串行总线(USB)IEEE1394接口，ADSL接口和其他类似接口。
图5是本发明的实施例中在一个超帧562内的承诺上行带宽和汇聚上行带宽的框图。超帧562通常包括重复一次完整事件队列的时间。实施例中，超帧持续时间可以是8毫秒。这意味着，每8毫秒，传输节点120可在给定抽头复用器440的所有用户140间循环一次，给每个用户140一个传送数据包的时机或机会。实施例中，一个上行通道可为16个用户140服务。然而，本领域技术人员意识到，通道中选用较多或较少用户140也是在本发明范围内的。
一个表示时间的水平轴576与帧500相邻近。图5中，每个时隙代表用户光接口(SOI)在上行方向上传送数据信息包的时间。时隙564，566，568，570和572构成了超帧562的承诺带宽574。图5中所示的带宽，是每单位时间能传送的数据比特数。通常它是数据速率和允许时间的函数。带宽常用来指每秒兆比特的数值(兆比特每秒，Mbps)。
如图5中所示，每个用户光接口140有一个分配的时隙564，566，568，570和572，用来传送光网络110上行方向上的信息。例如，分配给第一时隙564的第一用户光接口首先传送，而第二用户光接口在第一时隙564之后的第二时隙566期间传送信息。每个用户光接口在各自分配的时隙内传送信息之后，每个用户光接口还可以在汇聚带宽578内传送信息。通常，在带宽能够被主要由传输节点120执行的本发明的协议承认之前，每个用户光接口140必须从聚集带宽578中要求带宽。
如果聚集带宽578没有被另外的用户光接口先行使用，任何用户光接口140都可以使用汇聚带宽。一般来说，用户光接口140首先使用承诺带宽，如果需要传送的数据超出了承诺带宽的范围，用户光接口140可要求从汇聚带宽578中分配额外时段。
图6是第二实施例并且是优选实施例，显示了在一个超帧内，上行带宽是如何分配成单个时隙的。超帧600一般包括重复一个完整事件队列的时间。在一个实施例中，一个超帧的持续时间为8个毫秒。这意味着，每8个毫秒，传输节点可在给定通道的所有用户间循环一次，给每个用户一个传送数据包的时机或机会。实施例中，一个上行通道可为16个用户服务。然而，本领域技术人员意识到，通道中选用较多或较少用户也是在本发明范围内的。
图6中的时间从左到右逐渐增加。每个时隙代表用户光接口140(SOI)在上行方向传送数据信息包的特定时间段。例如，分配给时隙0的第一用户光接口在这个时隙内传送数据，而第二用户光接口在第一时隙之后的第二时隙内传送数据。
每个时隙的时间长度由传输节点120控制。传输节点控制每个时隙，以便为每个用户提供承诺带宽，同样也在当前超帧内控制用户可用的汇聚带宽。所有时隙的总和一般必须小于或等于超帧的长度。如果不需要用整个超帧来传送可用的数据，那么时隙都“聚集”在时隙的开头部分，而超帧的末端部分就没有任何东西(无数据)被传送。
图6中的最后一个时隙是为未知的用户光接口传送数据而保留的特殊时隙，允许传输节点发现它们的存在。因为传输节点和任何未知的用户光接口没有设置方向信息和可能会影响这两个系统之间相对定时的其他参数，这个特殊的发现时隙必须足够长，以能够容纳很宽范围的相对定时偏差。本发明的一个实施例中发现时隙的最小长度设置为180微秒。
不是每个超帧中都需要此发现时隙。本发明的一个典型实施例中，传输节点设置了大约每秒钟、或每125个超帧一个发现时隙。
图6还示出了在两个相邻时隙之间有一个监控带或监控时间。监控带提供了足够的时间，使第一用户光接口140将激光器的输出功率降为零，并使第二用户光接口140的激光器达到最大输出功率，而且不会干扰第一个激光器。它还包括使抽头复用器440锁定(或同步)在起始用户光接口140的时钟上的时间。例如所示的监控时间为2μs。监控带的确切时间根据数字光发射器530的发射时间和抽头复用器440的时钟捕获时间来确定。
监控时间一般都存在，但在两个光接收器共享一个传输节点的情况时要小一些。这种情况下，如果SOI 140结束了它的时隙，另一个SOI启动时隙，要送往不同的光接收器时(也就是，当开关必须改变来接收启动的SOI 140时)，启动SOI的光发射器可以在结束SOI的光发射器关闭之前打开，而结束SOI的光发射器可在开关启动之后关闭。这样的操作可以节省一些监控时间。然而，还是可能有一定的监控时间存在，在这个过程中启动SOI 140发出一个必要的“插入序列”来把抽头复用器时钟锁定(或同步)在发射器的时钟上。这是一个被本领域技术人员所了解的常见要求。
图7描述了每个独立的用户光接口是如何利用分配给它的时隙的。图中显示了用户光接口首先发送一个SOI状态信息，接着是零信息或更多的数据信息。数据信息的数量受限于分配的时隙的长度；整个数据信息的发送必须在时隙结束前终止。每个信息(状态和数据)采用标准以太网帧格式(图8所示)，而标准以太帧间隙(如在1Gbit/s速率上是96ns)把各个帧分开。本领域技术人员了解，帧间隙用来帮助接收器鉴别一个以太网信息的开始。
表1  数据包字段
      字段描述    长度(比特)    长度(字节)   偏差(字节)
目标地址(固定数值，未使用)     48     6     0
源地址(固定数值，未使用)     48     6     6
类型字段，必须匹配[ ]传输节点类型字段 16 2 12
保留字段(未用)     16     2     14
保留字段(未用)     16     2     16
保留字段(未用)     16     2     18
TN传送时间标志(T2)，ms，使用4bit 16 2 20
TN传送时间标志(T2)，1s，单位为8ns 16 2 22
状态字保留用户光接口状态用户光接口id 1958 4 24
低优先级缓冲数据数，单位128字节 16 2 28
高优先级缓冲数据数，单位128字节 16 2 30
软件信息0     16     2     32
软件信息1     16     2     34
软件信息2     16     2     36
软件信息3     16     2     38
保留字段(未使用)     8*20     20     40
FCS     32     4     60
SOI状态信息的格式也采用标准以太网帧的格式。它的有效负荷包括在时隙开始时，存储在用户光接口的上行传送序列中的一定数量的字节。该信息被用来计算在接下来的超帧内SOI将获得多长时间来传送，如下文所示。表1示出了示范性的SOI状态信息。
注意用户光接口140的一个时隙，可能占据了超帧的大部分时间，或只占超帧的一小部分。如果只有一个SOI 140有重要数据需传送，它会被分配几乎整个超帧。在最佳实施例中，每个SOI有一个最小持续时间来传送它的SOI状态信息710。例中，传送256kb数据所需的最小时间是256μs。一个例外是时隙16,650，最小时间可能会短一些，因为仅有很少的信息须被传送。这些情况仅作为例子，本发明可以使用较长或较短的最小时隙。
图8中描述了一个示范性的时隙800的内容。本领域技术人员认为这是个标准的以太网信息包，尽管本发明并不局限于以太网数据包。示范时隙800可以包括一个示范性长度为8字节的报头810。时隙800还包括示范性长度为6字节的目标介质存取控制信息815。时隙800还包括示范性长度也为6字节的源介质存储控制信息820。源介质存取控制信息820旁边是一个类型/长度指针，T825，本领域技术人员会明白这些。
与T825相邻的是示范性长度在46到1500字节之间的信息数据830。与信息数据830相邻是FCS 835。FCS是一个帧检测序列，这是以太网的一个标准性能，用来验证数据包中数据的完整性。FCS信息840的示范性长度为4个字节。本领域技术人员明白，本发明不局限于上述描述的示范性长度。即，较短或较长的数据信息都在本发明的范围内。
图9描述了本发明中能被传输节点120处理的几个示范性的超帧910，915和920。图9显示了用户光接口140如何把它们各自的带宽需求通知传输节点120，以及传输节点120如何许可用户光接口140发送该数据。传输节点120内，光学抽头路由设备435和几个抽头复用器440一起工作，执行处理信息流通所需的智能操作。在超帧j-2910中，用户光接口可做出资源保留请求。
超帧j-2910和保留收集延迟(RCD)925结束之后，光学抽头路由设备435可获得完整的保留请求设置。RCD925包括单向传输时延和传输节点120内的其他时延。光学抽头路由设备435一般必须在超帧开始之前完成对超帧j-2910的时隙分配的计算，留出足够的时间对所有用户光接口140进行分配。
保留传输延迟(RTD)935一般包括为了向所有用户光接口140传达分配所需要保留的时间。它包括光学抽头路由设备435的启动时间，下行信息传送过程中的最大传输时间(下行信息必须在启动数据能被传输前完成)，单向传输时延，以及用户光接口140的接收和译码时间。
RCD925和RTD935之间是实际处理时间930，用来计算超帧j920的时隙分配。在这个过程中，光学抽头路由设备435通常必须完成分配超帧j930期间数据传输的所有计算。注意RCD925，计算时间930和RTD935通常都发生在超帧j-1915内。在超帧j-1915的过程中，也根据在超帧j-2910之前的超帧中的请求来传输上行数据。如果该超帧在图中示出，在图9中它应该在超帧j-2910的左边。
因此，图9中的过程可被认为是一个连续的或滑动的过程，其中在每个帧内，数据以及对传输时隙的请求被传输，传输时延请求可能在其后在超帧中得到准许(或未准许，根据可用的时间)。在请求时间(超帧910期间)和准许时间(发生在超帧920期间)之间要插入至少一个超帧915，给光学抽头路由设备435一定的时间来汇总所有的请求，决定如何处理它们，然后对每个用户光接口140发送适当的指令。然而，在插入的超帧915内，根据上一个请求、决定和准许循环的情况，来传输上行数据。
图10描述了几个示范性长度为τ的超帧1010，1015，1020和1025。本图描述了传送一个数据包的最大时延，取决于用来决定发送哪个信息的方法。本图描述了实施例中一个数据包遇到的最大延迟时间，从它进入用户光接口140的时刻到它到达光学抽头路由设备435的时刻。示范性系统中，光学抽头路由设备435的数据包根据定义为802.3z的标准吉比特以太网协议来处理。然而，本发明不局限于使用以太网协议来处理从光学抽头路由设备435上行到达标准路由器的数据包。其他已知协议如SONET也可用于处理过程中。
上面图9中描述的流程的结果是，在用户光接口140识别资源需求的时间和能够获得这些资源的时间之间通常有一个最小延迟。如图10描述，最坏情况下该延迟的数值大约是超帧长度(如示范性系统为8ms)的4倍。因此，实施例中的系统，数据包可能延迟大约32ms。这种发生最大延迟的情况如图10所示。
本例中，在用户光接口140传输了超帧j-31010的数据后，通信流量1035到达该用户光接口140。用户光接口140直到超帧j-21015中它的时隙1040时，才能要求一个时隙用于传送通信流量1035。
如图9所示，数据包延迟到超帧j1015时才被传输。一般来说，带有通信流量1035的用户光接口140在每个超帧中相似的时间点传输数据，但也有可能在超帧j1025中以前的时间，另一个用户光接口140要求并被给予一个很长的时隙。这种情况下，通信流量1035直到超帧j1025末端才能被发送。检查图10会发现，通信流量1035的总延迟要略小于四个超帧的长度，由队列延迟1055表示。从通信流量1035到达用户光接口的时间，到它被完全发送到传输节点120的时间，即总延迟，通常是总SOI时延1065。
如图9中所示，图10中的过程是一个“滑动的”过程，其中同一事件在每个超帧中都会发生。因此，如果通信流量1035在超帧1015和1020中没有被发送，其他数据在这些时间内被处理。本领域技术人员会意识到，图10中的例子是最大延迟，而平均延迟要小一些。
图11中描述了一个示范性的方法，用来处理从光网络中的用户传送到数据服务集线器110的上行通信数据。基本上，图11提供了传输节点120，具体来说是光学抽头路由设备435，执行的流程的概述。
下面描述的流程图主要以常规计算机组件的进程术语和操作表示符号来表示，常规计算机器件包括一个处理单元(处理器)，记忆存储设备，连接的显示设备以及输入设备。此外，这些进程和操作可以在各种分布计算环境中使用常规的计算机器件，包括远程文件服务器，计算机服务器和存储设备。这些常规的分布式计算器件都可通过一个通信网络由处理器进行存取。
下面执行的进程和操作可包括处理器进行的信号处理和在驻留于一个或多个存储设备里面的数据结构中保存这些数据。为了本讨论的目的，可以把进程设想成计算机执行的一系列步骤，并能产生一个希望的结果。这些步骤通常需要物理量的物理操作。通常，尽管并不是必须的，这些物理量以电、磁、或光信号的形式存在，可以进行存储、转移、合并、比较或者其它操作。本领域技术人员习惯于把这些信号的代表称为比特、字节、字、信息、元素、符号、字母、数字、点、数据、条目、物体、图像、文件或类似名称。但是要记住，这些相似的术语都与计算机操作中相应的物理量有关，且这些术语仅是应用于计算机操作过程中的物理量的常规名称。
还应该了解计算机的操作一般称为诸如生成、相加、计算、比较、移动、接收、判断、识别、增加，装载，执行等术语，这些术语通常和由人工操作者执行的处理操作相对应。这里描述的操作可以是与各种输入值相结合的机器操作，其中输入值由与电脑交互的人类操作员或使用者提供。
另外，应该了解这里描述的程序、进程、方法等并不相关于或者局限于任何特定的计算机或者装置。相反，不同类型的通用计算机都可应用下面的进程(进程与此处的说明相一致)。
图11-16描述的逻辑流程图是核心逻辑或最高层的处理，并可重复进行。图11-16描述的逻辑流程框图显示了一个可在图1-5中的软件或硬件或两者都进行初始化之后就能够运行的进程。
例如，在一个面向对象的编程环境中，用来执行图11-16中的步骤的软件组件或软件对象或硬件可以被初始化或被生成。因此，采用本专业常用的一个技术，在图1到图5中描述的用来初始化软件对象或硬件的几个步骤，在这里可能并未表示。
本发明还包括一个计算机程序或硬件或两者的结合，内嵌了这里描述的功能，并在附加的流程图中进行描述。然而，很显然，在计算机编程或硬件设计上，有许多不同的方法来执行本发明，本发明不应被理解为局限于某些计算机编程指令集。此外，一个熟练的程序员能够根据流程图和申请文件中的相关描述，毫无困难的写出这样的计算机程序或确定适当的硬件电路来执行本发明。因此，公开一些特定的程序代码指令集或详细的硬件设备对于充分理解如何使用本发明是毫无必要的。下文中，将结合描述流程图的剩余图片，详细描述提出权力要求的计算机执行过程中所发明的功能。
本发明中，在下文中描述的过程或者流程图中的一些特定步骤，必须先于其他步骤执行。但是，本发明不局限于下面描述的步骤顺序，如果其他顺序或序列并不改变本发明的功能。也就是，一些步骤可以在其他步骤之前或之后执行，这并不偏离本发明的范围和精神。
简单的回顾图2，一个传输节点120通过使用光学抽头130，可以为几个用户光接口140服务。图3更详细的描述了传输节点120，其中一个光学抽头路由设备435对多个抽头复用器440协同工作，同时每个抽头复用器440与几个用户光接口140相连。每个抽头复用器440可以执行图11中的过程。图11中描述了两个类似的进程，可以有六个或更多的这样的进程以并行方式同时运行。参照图11，将详细描述其中一个进程。
步骤1205是图11中处理上行数据数据包的方法的第一步。在步骤1205中，每个超帧过程中，每个SOI 140发送一个状态信息，指示SOI 140的缓冲器中有多数据要传送。该数据量被称为瞬时队列大小。在传送状态信息之后，SOI尽可能多地发送该超帧内允许其发送的数据(流程图中未示出)。例如，在实施例中，通常在一个超帧内每个SOI传送一次且仅一次。在该传送时间内，SOI一般首先传送自身的状态信息，接着是最小时间的通信量(如电话或DS1通道)，然后传送允许发送的其他所有的数据包。
步骤1205中，第一SOI 140发送状态信息，然后是数据。步骤1210中，抽头复用器440判断是否还有其他SOI没有发送它们的状态信息。如果在当前超帧内没有收到所有的状态信息，方法就跳回到步骤1205等待其他SOI 140的状态信息。换句话说，抽头复用器440在下个SOI发送状态信息前不能收到该信息，所以它等待。注意在图9中，这个过程发生在超帧j-2910。
所有信息都收到后，方法继续到步骤1215，其中传输节点对保留信息进行处理，如所有SOI的状态信息中报告的瞬时队列大小。保留信息会告诉抽头复用器440，每个SOI 140的队列中有多少数据要传送。该信息被用来被确定在超帧中该SOI的时隙分配。图9中，这个过程发生在RCD时隙925。
在收集了所有必需的数据后，在程序1220中，大多数上行数据会被处理。程序1220可包括一个仿真令牌桶算法，能够控制多个用户光接口140的上行数据传输。因为程序1220以仿真令牌桶算法为特征，它的仿真令牌桶算法与常规的令牌桶算法有一些不同，这将在下面详细讨论。本领域技术人员对仿真令牌桶算法很熟悉。描述该算法的参考文献如下：“Policing and Shaping Overview”，思科系统公司出版，页码QC87-QC98。另一个描述仿真令牌桶算法的文献是下面的白皮书：“Cisco IOS(TM)Software Quality of Service Solutions”，思科系统公司出版，1998年版权。两篇参考文献的内容在本文中都作为参考。
在程序1220的结尾，就确定在下个超帧中每个SOI 140在什么时候传送以及传送多长时间。这个信息在步骤1225下行传输到SOI140，这个过程是图9中的RTD时间935。
在步骤1230中，在图9中的超帧j920过程中，在程序1220中分配了时隙的数据被上行传输。在由各个抽头复用器440执行的步骤1205到1230的步骤链或者组中，来自于并行进程的数据可用后，信息在步骤1235中上行传送到数据服务集线器110。
图12中，将详细描述程序1220。对程序1220的处理开始于步骤1305。对于每个与对应的抽头复用器440连接的SOI 140，随后的步骤分别执行。步骤1310中，要估计队列大小，也就是单个SOIn 140n要传送的数据量。(用户光接口140的下标n用来指示SOI 140中的任何一个。)
在判断步骤1310中，确定瞬时SOIn 140n在该时刻是否处于激活状态。如果询问判断步骤1310的结果是肯定的，就分配给SOI应得的时隙分配来传送上行数据。然而，如果询问判断步骤1310的结果是否定的，并且SOI 140在几个连续超帧内保持休眠，那么瞬时SOI 140的带宽就被取消，并分配给另一个需要该带宽的激活SOI 140。本发明中，为每个SOI 140保留了一定的最小带宽，从而能够执行某些特定的维持功能。这些维持功能包括监控SOI 140的内部性能以及快速得知SOI 140何时有数据要传送。下几个步骤中确定瞬时SOIn 140是否被激活。
每个SOI 140有一个状态计数器，并在最初由网络服务提供方或SOI 140的生产商设置成某个最大数值。如果，举例来说，最大数值设为5，那么如果SOI 140在五个连续的超帧中没有发送任何通信数据，它就被确定为未激活的。
步骤1310中，还确定瞬时SOIn的队列大小是否超过了维持通信量的最小门限。如果查询判断步骤1310中的结果是否定的，那么“No”路径到达步骤1320，状态计数器递减。如果轰动性计数器到达0，接收评估的瞬时SOI的带宽就被取消，并分配给其他SOI 140。如果查询判断步骤1310中的结果是肯定的，存在超过最小队列大小Qmin的数据，那么“Yes”路径到达步骤1315，状态计数器被重设为它的最大数值。
在方法1325中，提供的负载(一般等于队列大小减去在当前超帧j-1中要传送的通信量)在时域中被滤波。程序1325中滤波功能的目的在于防止系统对负载的瞬时增加或减少反应过度。本领域技术人员中很容易理解反应过度带来的问题。程序1325的更多细节将在参照图13在下文中描述。
下一步，方法1330中，更新SOIn 140的仿真令牌桶算法中的令牌数量。程序1330的更多细节将在参照图14在下文中描述。该更新后的令牌数用在方法1335中，判断SOIn允许传送数据的最大时隙长度Tmaxn。程序1335的更多细节将在参照图15在下文中描述。。
最小时隙，Tmin，包括允许SOIn 140传输的最小时间，由判断步骤1340来决定。如果询问判断步骤1340的结果是否定的，并且上面描述的状态计数器到达了零，沿“No”路径到达步骤1350，其中假设SOIn 140是休眠的。然后SOIn 140被分配最小时隙，大小刚好足够进行维持功能。
如果SOIn 140的状态计数器大于0，或如果SOIn 140已经被给予一定持续可用的持续速率且不考虑是否被使用(如提供了一个DS1电路)，那么沿“yes”路径到达步骤1345。本领域技术人员理解，DS1电路通常被公司采用来传输PBX(局域网电话交换)以及其他数据。同样，也有可能用户偶尔传送一些数据，但传送数据时必须以最小延迟进行处理。在这个范畴中电话可能会中断。
前面提到要注意的是如果两个条件中有一个存在，就沿着“Yes”路径到达步骤1345，其中SOI 140的Tminn被设定为一个适当的数值。这个适当的数值一般在服务建立或者修改的时候，根据协议或者用户要求的服务水平来确定。
判断步骤1355中，要确定是否所有的SOI 140在瞬时超帧内都被响应或处理了。如果查询判断步骤1340的结果是否定的，沿“No”路径回到步骤1310，处理下一个SOI 140的数据。如果所有的SOI 140都进行了处理，沿“Yes”路径到达步骤1360，其中SOI 140按照增序Tmax排序或者分类。这种排序法确定了下面计算SOI的顺序，但并不影响到他们传输的顺序。
SOI 140在步骤1360中排序之后，实际的传输时间在程序1365中被计算出，下面将结合图16详细解释。程序1365中计算出传输时间后，令牌桶仿真结束，进程回到步骤1225。
图13中描述了程序1325对提供的负载更新的过程。图13描述了一个滤波过程，能减少提供负载或队列大小的改变。本领域技术人员中的滤波能够增强通信系统的性能，防止反应过强引起的通信量的突然增加或减少。滤波器适用了以前负载的大部分(在方法之外)和当前超帧计算出的负载的小部分，来算出平均负载。
步骤1410中，平均负载的早先的数值乘以分数f。在本发明的范围内，许多数值可用于分数f，但尤为有效的示范性数值是15/16。下一步，步骤1415中，SOIn 140的瞬时负载被计算出。该负载是SOIn 140在最后报告时间(超帧j910)报告的当前瞬时队列大小，减去瞬时超帧j-1915中要传输的实际数据量。因为传输时间分配(用在当前超帧j-1915期间)已被送往SOIn 140，就可算出该数值。
步骤1420中，最后一次计算的结果与分数(1-f)相乘。在步骤1425中，步骤1410和1420的计算结果被相加，这个步骤1425的数值成为新的提供负载“L”，用在将来的计算中。步骤1430中，L数值被存储，当子程序下次进入SOIn中的时候用在步骤1410的中。子程序在步骤1435结束，进程回到图12中的程序1330。
程序1330包括令牌桶的更新，并在图14中详细描述。更新功能在第一步1505开始。步骤1510中，将令牌加到SOIn 140的令牌桶中，增加的令牌数等于当前SOIn的持续速率乘以超帧长度。例如，如果允许的持续速率是10Mb/s，超帧的长度是8ms，需要加上的标志数量就是10Mb/s乘以8ms，或80,000比特。假设SOI需要传输这些比特数，并且没有其他因素干扰允许传输的内容，比特数名义上可以在一个超帧内传输。
步骤1515中，与前一个超帧中传输的数据量对应的比特数被减去，作为该时刻传输的比特。在判断步骤1520中，确定令牌桶包括的令牌是否比当前SOI 140的溢出限要多。如果在前一超帧中传输很少，判断步骤1520的结果就是肯定的。如果允许令牌桶保留过多令牌，则允许SOI 140传输的数据比付费服务水平所允许的要多。
因此，如果令牌比溢出限要多，询问判断步骤1520的结果产生一个肯定的输出，沿“yes”路径到达步骤1525，除去过多的标志，把桶中的令牌减到溢出限。如果询问判断步骤1520的结果是否定的，沿“No”路径到达步骤1530，结束子程序。
程序1335是另外一个子程序，可以影响要处理的数据量。程序1335在图15中详细描述。在程序1335中，确定SOI 140传输速率是否试图超过允许峰值速率。步骤1610中，SOIn允许的最大时隙，Tmaxm，首先设置等于SOIn 140的持续速率乘以超帧长度(用来计算允许SOI 140传送多少比特，以使它在被允许的持续速率传输)，加上当前令牌桶分配长度。
判断步骤1615中，确定该速率是否超过允许峰值速率乘以超帧长度的数值。如果判断步骤1615的结果是肯定的，沿“yes”路径到达步骤1620，调整Tmaxn的数值等于允许峰值速率相等(乘以超帧长度)。步骤1620之后，算法在步骤1625结束，进程返回。如果判断步骤1615的结果是否定的，步骤1610中计算出的Tmaxn的数值小于峰值速率乘以超帧长度，沿“No”路径到达步骤1625，算法结束。进程就返回到图12中的判断步骤1340。
参照附图16，下文将详细描述程序1365，其中最大-最小算法最终计算得出每个SOI 140在随后的超帧中允许传输的时间长度。步骤1705是程序1365的第一步。步骤1710中，所有SOI 140的Tmaxn相加得到一个总值Tmax。该值代表所有SOI 140要求的传输时间以及它们允许的传输时间。如果SOI 140没有超过可用的传输时间，就接收该传输时间。
为了确定有多少可用的传输时间，把步骤1345或步骤1350里所有SOI 140的最小传输时间总和，Tmin，从步骤1715中的超帧长度中减去。区别在于剩余时间，这个时间是所有SOI 140已经被允许传输他们认为必要的数据之后剩余的。(如果随后超帧中这些计算被用来发现新的SOI 140，那么发现时隙的时间通常也必须在步骤1715中减去。)
接下来的步骤将在给与每个SOI 140的最小传输时间Tmin之后分配超帧中的可用传输时间，如果必要的话，还要分配发现时间。步骤1720中，使用了根据在步骤1360中计算得出的最大传输时间Tmax对SOI 140排序。步骤1720中最先考虑的带宽需求最小的SOI 140。判断步骤1725中，确定超帧中是否还有足够的时间，来分给每个SOI140在步骤1720中估计出的传输时间。如果判断步骤1725的结果是肯定的，即有足够的时间(第一次循环很快会显示的一个类似的结果)，就沿“Yes”路径到达步骤1730，其中每个SOI 140被给予的传输时间就是需求最小的SOI 140得到的传输时间。
因为步骤1730中需求最小的SOI 140得到满足，步骤1735中的下一步考虑中就去除该SOI。步骤1740中，减去刚刚允许的总时间，得到新的超帧中的可用时间。判断步骤1745中，确定是否有其他更多的SOI 140需要额外的时间。在较早的重复过程中，判断步骤1745的结果是肯定的，就沿“Yes”路径返回到步骤1720。
在重复几次之后，SOI 140得到响应后，需要考虑的SOI 140的数量逐渐减少。再次到步骤1720时，就考虑具有次最小带宽需求的SOI。在一次重复中，当前SOI 140被给与需求最小的SOI 140的传输时间，但剩余的SOI 140仍需要较多的传输时间。
判断步骤1725检查是否剩余的传输时间是否能足够分给所有剩余的SOI 140。如果判断步骤1725的结果是肯定的，沿“yes”路径再次到达步骤1730，所有剩余的SOI 140得到这额外带宽的传输时间。步骤1735中，刚刚得到响应的SOI 140在下一步考虑中被去除，且在步骤1740中，刚刚分配的时间也从可用时间中去除。
步骤1720和1745间的循环一直重复，直到有下列两种情况之一发生：一种是所有的SOI 140在子程序中最后都得到承诺的全部时间，那么判断步骤1745产生一个“N”结果，子程序结束。另外一种是在某个时刻，没有足够的时间分配给所有剩余SOI中需求最小的剩余SOI 140以它所需要的时间。这种情况下，判断步骤1725产生一个否定结果，沿“No”路径到达步骤1750。
如果判断步骤1725的结果是否定的，不是所有的SOI 140能够得到它们要求并批准的带宽。可能是网络服务操作者希望能允许一个或多个用户来要求对剩余带宽的不成比例的分享。这可通过对每个SOI 140指派一个加权参数来是实现。当对每个SOI 140的服务被建立起来时，这个加权参数就已经指派了，但直到程序中该时刻才被使用。当程序到达时刻时，步骤1750中，Tmax乘以预设的加权参数。这个结果命名为Tmaxwn，这里的下标n用来指示对其中每个SOI 140(即那些还未得到允许的传输时间的SOI 140)进行此操作。
步骤1755中，计算出要分给每个SOI 140的分配时间。首先，根据所有单元的Tmaxw的总和分成每个SOI的Tmaxwn。这产生了目标单元得到的可用时间段。这个时间段再乘以可用时间，就得出目标SOI能得到的时间。在步骤1755中对所有包括在内的SOI 140进行此操作，这样在步骤1755的结尾，每个SOI得到根据相对需求和预设加权值进行加权后的传输时间。然后子程序在步骤1760结束，进程返回到图12中的步骤1370，然后回到图11中的步骤1225，计算出从传输节点120传送到每个SOI 140的传输时间。
另一个可选实施例在图16中未示出，其中，可以在步骤1715和1720之间加上几个步骤。这些额外的步骤能够测试所有抽头复用器440，来判断是否每个抽头复用器440都有足够的带宽来传输将要从数据转发器接收的数据量。为了做到这一点，步骤1715中，把所有抽头复用器440的可用时间相加，并与在传输路径上通过光波导发射器430回到数据转发器的可用时间相比较。如果该数值小于所有抽头复用器440的需要，在步骤1715和1720之间就加上一个与步骤1755相似的步骤。
上行传输时序安排
传输节点120通过对每个用户光接口140分配带宽，从而建立和数据服务集线器110间的上行连接或数据路径。这部分详细描述了该分配过程，并引述了几个例子中的配置。与下行通信相似，每个通道包括一个预设数量的用户的上行数据路径，并独立运行。
传输节点120通过模拟了令牌桶算法，进行上行传输。传输节点120内，每个用户光接口140一般预设了下列参数：
●峰值速率。峰值速率是允许用户传输上行数据包的最大速率。
●持续速率。持续速率是用户的特征速率。一般来说该速率代表了保证用户能得到的最小带宽，和用户在长期过程中能够使用的最大速率。
●突发帧大小。用户以峰值速率传输的数据量。特定值表示用户的突发帧大小没有限制。
●优先级加权。该用户的数据与其他用户比较的相对重要性。当多个用户光接口140要传输数据脉冲，而总量会超过连接或上行数据路径的容量时，传输节点120就使用该数值对上行传输进行仲裁。
●承诺标志。用户是否必须得到其持续速率的标志。如果为真，传输节点120必须为用户分配所指示的带宽，即使该用户当前未激活。这种设置使得用户在激活之后立即就能以持续速率传输数据。如果该标志为假，那么当用户空闲时，传输节点120会“借走”带宽，并将其分配给其他的用户光接口140。
图11-图17的方法可具有几个关键特性。
●实施例中，每个用户光接口140的最小分配可以是它的持续速率，或者，如果用户的带宽未被承诺，是256Kb/s。
●实施例中，每个用户光接口140的最大分配可以是它的峰值速率，或者，如果它的当前令牌桶溢出，就会略小一些。
●实施例中，如果所有用户光接口140不能得到它们的最大分配，就使用加权的最大-最小算法分配超过和高于最小分配的带宽。加权参数是预设的加权值与用低通滤波测量得到的每个用户光接口140的缓冲占用率的乘积。
如图11-17中方法的示例，表2给出了一个三个用户的简化示例。第一列是每个用户的计算出的限速；第二列是平均提供负载，且第三列是每个用户的优先级加权值。
    表2-包含三个用户的用户组
    限速   平均负载   加权值  分配速率
  SOI 1   500Mbit/s   100Kbit     1  128Mbit/s
  SOI 2   500Mbit/s   150Kbit     2  362Mbit/s
  SOI 3   10Mbit/s   5Kbit     1  10Mbit/s
使用这些参数，传输节点120可以根据表中最后一列来分配带宽。因为表2中的第三用户光接口140有最低限速，它就得到允许的全部10Mbit/s。(其他两个用户光接口140同样收到10Mbit/s。)本实施例中，第三用户光接口140是唯一能得到全速率的用户，然而剩余的带宽(470Mbit/s)在剩下的两个用户间进行分配。每个用户得到的带宽与负载和权值成比例。因此，第二用户光接口140除10Mbit/s之外，得到了470Mbit/s中的75％。第一用户光接口140得到了470Mbit/s中的25％，再加上10Mbit/s。
用户光接口140的数据包处理
用户光接口140通过一个两优先级队列机制，支持上行通信的服务质量管理。用户光接口140可以包括一个标准layer-2以太网开关；最后一英里连接或上行数据路径可被简单认为是开关的另一个以太网端口。为了给音频和通过IP的TDM通信提供优先权，用户光接口140开关设置成对内部应用产生的数据包提供优先权。区分优先次序后，上行数据包在输出缓冲器排队，直到它们被送到传输节点120。输出缓冲器提供先进先出服务。为每个用户光接口140单独设定缓冲器大小。
主干网集成
当可以全球性地管理整个网络时，服务质量(QoS)是最为强大的，本发明为整个骨干网上的全球QoS管理提供了非并行机会。集成的基础是IP的差异性服务(diffserv)结构。
生成服务水平协议
传输节点(TN)120为在用户中管理服务水平协议(SLA)提供了广泛的支持。尽管TN 120在整个协议中是唯一必须的元器件，对于接入网来说，它是必不可少的。下面来看看最后一英里连接或上行数据路径如何为SLA服务，以及QoS管理功能如何支持SLA。
SLA的组成
服务水平协议通常在专用网技术，ATM或帧中继中，更为常见。但TN 120的QoS管理的能力和灵活性，使这些概念可以延伸到IP接入网。作为常规ATM或帧中继SLA的一部分，同样的组成部分可作为数据路径SLA的一部分。
●峰值速率。网络能够接受用户的通信脉冲的最大速率，表示为比特每秒。网络会丢弃超过峰值速率的通信数据。
●持续速率。整个网络提供给用户的最小通信量，表示为比特每秒。
●突发帧大小。在用户峰值速率上网络能够无延迟地接受的通信量，表示为比特。
●最大时延。在最坏情况下，用户的通信量经过网络时经历的时延。
●丢失率。网络按照峰值速率、持续速率和溢出限而丢弃的通信量的百分比。
当然，服务提供方可能在他们的服务水平协议中包括其他的要素。传输节点120提供了大量的性能，服务提供方可以将其定位为增值服务。TN 120提供如下的服务：
●应用优先分级。对关键网络应用提供优先权(如虚拟专用网通信)。
●增强统计。提供详细的通信情况描述和统计，从而支持用户网络增长计划。
●活动监控。持续监控用户通信，提供网络应用缺陷的早期监测(如Web服务故障)。
●网络安全。对用户提供加密通信。
这部分重点详细描述了常规SLA性能标准。它检验传输节点120如何对网络性能做出贡献，以及如何提供下行QoS管理来达到SLA的要求。下表3列出了本部分描述的等式中采用的关键参数和数值。
表3-固有连接特性
  C     线路容量(500Mbit/s)
  τ     超帧长度(8ms)
表4-上行配置参数(每用户)
   Bu     上行突发帧大小(bit)
   Pu     上行峰值速率(bit/s)
   Ou     SOI输出缓冲大小(bit)
   Ru     上行持续速率(bit/s)
   Wu     上行加权(unit-less)
严格的SLA和过度使用
因为业务要求在服务提供方之间和在用户之间都是不同的，传输节点120一般有很好的灵活性，来加强SLA性能标准。一些应用可能要求固定的服务水平协议；这些环境要求一个保守的预定策略。保守的预定能够提供非常严格的性能保证，但它通常会导致较低的整网利用率，以及最终较大的资金花费。
在其他应用中(例如，住宅因特网访问)，SLA是不常见的，可能也是不希望的。这些环境中，更积极的规定策略可能更有效。通常，当网络采取积极策略时，有意义的SLA一般不可实施，而产生的网络却能以高很多的利用率运行。
这部分既考虑了严格的SLA，还有略微宽松的SLA。宽松的SLA允许对网络资源的适度的过量使用；作为交换，服务提供方不能对网络性能的所有方面都提供严格的保证。
上行性能
对于严格的SLA环境，服务提供方能对上行性能提供严格的保证，包括峰值速率、持续速率、突发帧大小、时延和丢失率。为了做到这一点，运营商必须坚持以下限制。
●所有用户的峰值速率的总和必须小于线路容量。[∑Pu＜C]
●每个用户的突发帧大小必须等于配置在该用户的最后一英里网关的输出缓冲的大小。[Bu＝OuSOIs]
在这些条件下，就可将传输节点配置参数直接与SLA性能联系起来。
表4-传输节点120配置参数和SLA性能关系表
  SLA性能            节点配置参数
  峰值传输速率 等于上行峰值速率[＝Pu]
  持续传输速率 等于上行持续速率[＝Ru]
  传输突发帧大小 等于上行突发帧大小和SOI输出缓冲大小[＝Bu]
  节点上行反应时间 等于上行突发帧大小除以上行持续速率，再加上超帧长度[＝Bu/Ru+τ]
  节点上行丢失率                      0
要求更为宽松的应用可以降低峰值速率的限制，并将其改为对持续速率的限制。在该环境中，限制如下：
●所有用户的持续速率的总和可以小于线路或上行数据路径容量。[∑Ru＜C]
●每个用户的溢出限可以等于配置在该用户光接口中的输出缓冲的大小。[Bu＝OuSOIs]
这种配置下，用户的最坏可能的峰值传输速率可能小于它的配置的上行峰值速率。最坏可能的上行反应时间和丢失率同样增加了。在该配置下，SLA性能的严格的封闭形式等式也是不可能的。表5提供了适用于SLA协议的SLA性能的限制。
表5-适用于SLA协议的SLA性能的限制
  SLA性能                节点配置参数
  峰值传输速率     上行峰值速率或
  持续传输速率     等于上行持续速率[＝Ru]
  传输突发帧大小     等于上行突发帧大小和SOI输出缓冲大小[＝Bu]
  节点上行时延     不大于下列迭代等式计算出的数值I0←(Pu-Ru)·τ；A0←0；S0←Ru·τIi+1←Ii-Si；Ai+1←15/16·A1+1/16·I1；Si+1←Ru·τ+A1·Wu·(C-∑Ru)/∑(Bu·Wu)delay≤i·τ|∑Si＞(Pu·τ)
  节点上行丢失率     不大于时延超过最恶劣情况下的数值[≤(Latency-Bu/Ru-τ)/Latency]
应该理解前述仅是用来描述本发明的实施例，而在其中可做很多改变，也并未偏离本发明由下列权利要求所确定的范围和精神。

Claims (22)

1.处理光网络中的上行数据包的方法，包括以下步骤：
对于光网络中的一组用户光接口，
接收用户光接口的状态信息，
根据状态信息计算用于上行传输的保留信息，
计算每个用户光接口的上行传输时隙长度，
把计算得出的上行传输时隙长度传送给每个用户光接口，
在各自计算得出的上行传输时隙期间内从各个用户光接口接收上行传输信息。
2.如权利要求1中所述的方法，其中每个状态信息指示用户光接口可能传输多少数据。
3.如权利要求1中所述的方法，其中计算上行传输时隙长度的步骤还包括以下步骤：
确定用户光接口是否激活，
计算用户光接口的队列大小。
4.如权利要求1中所述的方法，其中计算上行传输时隙长度的步骤还包括在时域内对用户光接口的提供负载进行滤波。
5.如权利要求1中所述的方法，其中计算上行传输时隙长度的步骤还包括在令牌桶中增加令牌的步骤，增加令牌的数量大致等于用户光接口的持续速率。
6.如权利要求1中所述的方法，还包括如果一个上行传输时隙不够大，容纳不下上行数据包，就决定是否传输之前把上行数据包留在用户光接口处的步骤。
7.如权利要求1中所述的方法，还包括根据同一用户组中其他用户光接口计划传送的数据量，来决定是否从特定的用户光接口接收上行数据包的步骤。
8.如权利要求1中所述的方法，还包括根据是否给予了用户光接口服务级别，来决定是否从特定的用户接收上行数据包的步骤。
9.具有计算机可执行的指令的计算机可读介质，用来执行权利要求1中所述的步骤。
10.光网络系统，包括：
多个用户光接口；
与多个用户光接口耦合的光学抽头路由设备，上述光学抽头路由设备还包括存储设备和与上述存储设备相连的中央处理单元，对其中的上述中央处理单元设定程序，用来执行下列步骤：
使用令牌桶算法计算用户上行传输的时间间隔长度；
在时间间隔内从多个用户光接口中的每个用户获得至少一个数据包，这样来自于多个用户之中不同用户的数据包之间的冲突可以显著减少。
11.如权利要求10中所述的光网络系统，其中中央处理单元还被设定执行以下步骤：
监控第一用户光接口的带宽；
将第一用户光接口的带宽中未用部分提供给一个或多个其他第二用户光接口。
12.如权利要求10中所述的光网络系统，其中中央处理单元还被设定执行根据是否赋给用户光接口服务等级，来决定是否从特定用户接收上行数据包的步骤。
13.处理光网络中的上行数据包的方法，包括的步骤有，
对于光网络中的一组用户光接口，
从一个用户接收传送一个或多个上行数据包的请求；
判断是否能处理这一个或多个上行数据包；
向用户送出信息，指示这一个或多个数据包是否能被处理；
如果确定这一个或多个上行数据包能被处理，就接收该上行数据包。
14.如权利要求13所述的方法，其中判断是否能处理上行数据包的步骤还包括用令牌桶算法计算可用上行带宽的步骤。
15.如权利要求13所述的方法，其中判断是否能处理上行数据包的步骤还包括，根据其他用户计划传送的其他上行数据包，来计算可用上行带宽的步骤。
16.如权利要求13所述的方法，其中判断是否能处理上行数据包的步骤还包括判断用户的协议服务水平的上行带宽的步骤。
17.如权利要求13所述的方法，其中判断是否能处理上行数据包的步骤还包括，根据送往数据服务集线器的全部上行数据流量负载，来计算可用上行带宽的步骤。
18.如权利要求13所述的方法，其中发送信息的步骤还包括发送指示用户能够上行传送的数据包的数量的信息的步骤。
19.如权利要求13所述的方法，还包括如果确定一个或多个上行数据包不能被处理，则在用户处不再保留这些上行数据包的步骤。
20.如权利要求13所述的方法，还包括根据一个加权最大-最小数学算法，在用户光接口之间分配带宽的步骤。
21.具有计算机可执行的指令的计算机可读的介质，用来执行权利要求13中所述的步骤。
22.如权利要求1中所述的方法，其中计算上行传输时隙长度的步骤还包括通过令牌桶仿真算法计算时间长度。
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