CN1568589A

CN1568589A - 处理光网络下行数据包的方法和系统

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Publication number: CN1568589A
Application number: CNA018198287A
Authority: CN
Inventors: 斯蒂芬·A·托马斯; 凯文·博尔格; 乔·卡尔塔基恩; 帕特利克·W·奎嗯; 詹姆斯·O·法莫; 约翰·J·肯尼; 托马斯·A·泰赫; 保尔·F·维特莱斯; 伊缪尔·A·维拉
Original assignee: Wave7 Optics Inc
Current assignee: Wave7 Optics Inc
Priority date: 2000-10-26
Filing date: 2001-10-26
Publication date: 2005-01-19
Also published as: US20030016692A1; BR0114976A; CA2426813A1; WO2003001737A2; KR20030064775A; WO2003001737A9; US7197244B2; WO2002060123A2; JP2004535717A; US20030086140A1; EP1354437A2; CA2426831A1; WO2002060123A3; MXPA03003656A; BR0114981A; EP1366583A2; WO2003001737A3; CN1547814A; KR20030060925A; JP2004529528A

Abstract

和常规技术不同，常规技术在网络的入口处完成数据控制，本发明中在光网络出口部分的收发器节点可以进行业务质量控制或者监控下行带宽。这就是说，收发器节点可以在光网络的外围边缘也就是在物理上接近光网络的用户处控制下行通信的业务量。这样，网络供应商可以控制由光网络用户接收的下行通信的容量或内容(或二者皆有)。除了控制用户可以接收的通信容量外，收发器节点为通信业务量使用了多个优先级赋值。某些优先级赋值是随机加权提早丢弃算法的一部分，这一算法使输出缓冲器可以确定是否丢弃其目的地为特定用户的数据包。在一个示例性实施例中，随机加权提早丢弃(WRED)优先级值可以根据数据包所支持的通信业务类型来分配。

Description

处理光网络下行数据包的方法和系统

相关申请的说明

本申请是名为“数据业务供应商和用户之间的光信号通信系统和方法”的非临时专利申请的继续申请之一，该专利申请于2001年7月5日提交，所分配的美国申请号为09/899,410。本申请还和名为“数据业务供应商和用户之间的上行和下行的光信号通信系统和方法”的非临时专利申请相关，该专利申请于2001年10月4日提交，所分配的美国申请号为09/971,363。本申请所请求的优先权是名为“通过光缆提供视频、语音和数据业务的系统——第二部分”的非临时专利申请，该专利申请于2000年10月26日提交，所分配的美国申请号为60/244,052；名为“通过光缆提供视频、语音和数据业务的系统——第三部分”的非临时专利申请，该专利申请于2000年12月28日提交，所分配的美国申请号为60/258,837；名为“通过光缆提供视频，语音和数据业务的协议”的非临时专利申请，该专利申请于2000年10月27日提交，所分配的美国申请号为60/243,978；以及名为“通过光缆提供视频，语音和数据业务的协议——第二部分”的非临时专利申请，该专利申请于2001年5月8日提交，所分配的美国申请号为60/289,112，这些申请的整个内容通过引用结合在一起。

技术领域

本发明涉及视频、语音和数据通信。更特别的是，本发明涉及从数据业务供应商到一个或者多个用户的下行光信号通信的系统和方法。

背景技术

为了传送更加复杂的数据，如语音和视频业务量，对通信网络的依赖不断增加，导致对带宽很高的需求。为了解决对带宽的这一需求，通信网更加依赖于光纤来传送这种复杂数据。使用同轴电缆的传统通信体系结构慢慢被仅包含光纤光缆的通信网络所替代。光纤与同轴电缆相比的一个优点在于一根光纤中可以承载更多的信息量。

光纤到户(FTTH)光网络的体系结构曾经是很多数据业务供应商的梦想，因为如上所述的光纤容量使得在高可靠度网络上将任何混合高速业务传送到商业用户和消费者成为可能。和FTTH相关联的是光纤到企业(FTTB)。由于信号质量得到改善，较低的维护及涉及这种系统的硬件的寿命较长，FTTH和FTTB的体系结构是合乎需要的。但是在过去，FTTH和FTTB体系结构的费用问题使其被认为是不可行的。但是现在，由于对于带宽的高需求及目前的研究和改善的光网络的发展，FTTH和FTTB已经成为现实。

在工业上建议一种常规的混合光纤到户(FTTH)/混合光纤同轴(HFC)体系结构。HFC是目前很多有线电视系统选择的体系结构。在这个FTTH/HFC体系结构中，一个有源的信号源被设置在数据服务集线器和用户之间。在该体系结构中，典型地，该有源信号源包含一个路由器。典型地，这个常规路由器包含多个数据端口，原意是支持专用的用户。更加具体地说就是，该常规路由器为每一个用户分别使用单一的端口。连接到路由器数据端口的是光纤，它将依次连接到用户。通过这种常规的FTTH/HFC体系结构在数据端口和光纤之间建立的连接，产生了真正的光纤密集的最后一英里(last mile)。此处提到的术语，“最后一英里”和“第一英里”，同样是专业术语，用来描述光网络中连接用户的最后部分。

除了从路由器起始的大量光缆之外，FTTH/HFC体系结构要求射频信号可以沿着常规的同轴电缆传播。由于使用同轴电缆，在用户和数据业务助手之间需要使用多个射频(RF)放大器。例如，在同轴类的系统中典型的每一到三公里就需要一个RF放大器。

使用同轴电缆和FTTH/HFC的体系结构增加了系统总体成本，由于在这种体系结构中，出现了独立的截然不同的两个网络。换句话说，FTTH/HFC体系结构有很高的维护成本，由于除了需要支持这两个截然不同的系统的电光设备之外，还要支持完全不同的波导(同轴电缆和光纤的混合)。更加简单地说就是，FTTH/HFC体系结构仅仅是混合了光网络和电网络，同时这两个网络都各自独立运行。

FTTH/HFC体系结构中电网络的一个问题涉及电缆调制解调器(cable modem)技术，它支持数据业务供应商和用户之间的数据通信。数据业务用户通常使用电缆调制解调器终端系统(CMTS)来产生传输至用户的下行数据通信。为了接收下行数据通信，用户通常使用电缆调制解调器，它遵照在工业中已知的特定协议进行操作，即电缆承载数据业务接口规范(DOCSIS)。DOCSIS协议定义了业务信息流，它是由CMTS基于包中一定数量的参数检测，为下行信息流的一组包分配的标识。

更详细地说就是，业务信息流是媒体接入控制(MAC)层传送的业务，它提供了数据包唯一方向的传送，即或者是由电缆调制解调器发送的上行数据包，或者是由CMTS发送的下行数据包。在DOCSIS协议中分配给一组包的标识可以包括如下参数：TCP，UTP，IP，LLC，和802.1P/Q包含在输入数据包中的标识符。

基于这些标识，CMTS为特定的数据流分配业务流标识(SFID)。当CMTS分配SFID给数据流的时候，业务流是典型存在的。在CMTS中SFID作为业务流的本质标识符。业务流的特征在于至少具有一个SFID和一个相关的方向。DOCSIS协议对于下行数据通信的主要缺点就是这个协议没有提供任何保证的带宽。换句话说就是，当一个特定的电缆调制解调器需要带宽的时候，一组用户中的每一个电缆调制解调器在其上行和下行方向上都会产生带宽的竞争。调制解调器之间的对于带宽的竞争可以明显的影响每一个独立的电缆调制解调器所接受的下行数据通信的业务质量。

例如，用户期望将他们的电缆调制解调器用于T1通信，这就需要恒定的比特速率且为了减小通信中的抖动，需要数据包到达的时间是一致的。T1通信可以包括电话，视频会议，以及其他类似的业务量。由于基于DOCSIS协议的每一个电缆调制解调器相互竞争带宽，就有可能出现某些电缆调制解调器无法为他们的T1通信提供恒定的比特速率的情况。在这种情况下，T1通信的质量将受到损害。也就是说，在电话的通话或视频会议期间用户将会发现通话或者视频会议的另一端的通信的延时或者是交谈的中断。

DOCSIS被设计为在RF调制网络上操作，这给这一协议强加了特定的约束。由于通路的频谱分成了两个方向，而相对于下行的带宽来讲返回的上行带宽比较低。这就将给需要更加对称带宽的特定应用带来问题。这些应用包括对等网络的文件传送、视频会议和网络服务器的通信。

因此，在这一领域中就需要为在业务供应商和用户之间的光信号通信提供一种系统和方法，它将消除同轴电缆及与其相关的支持数据信号在同轴电缆上传播所必须的硬件和软件。在这项技术中还需要为在业务供应商和用户之间的光信号通信提供一个系统和方法，它可以服务于大量用户，同时减少在数据服务集线器上的连接数。

在这项技术中还需要为处理下行光通信提供一个系统和方法，它可以为光网络输出部分的业务质量进行控制，或者监控下行的带宽。在该领域中还需要一种基于由光网络的一个或多个用户的需求，或者可以根据由用户所选择的业务类型而分配附加的带宽或者减小下行带宽的系统和方法。还需要一种可以对整个光网络的用户所接收的下行光通信容量或内容(或二者均有)进行控制的方法和系统。

发明内容

本发明总体上涉及一种在光纤网络上有效传输数据和广播信号的系统和方法。更详细地说就是，本发明总体上涉及一种对于从光网络的数据服务集线器出发并发送到光网络用户的下行光通信进行处理的方法和系统。术语“下行”可以定义这样一个通信的方向：在该方向上数据信号来自数据服务集线器，并向下发送到光网络的用户。相反地，术语“上行”定义这样一个通信的方向：在该方向上数据信号来自用户，并向上发送到光网络的服务中心。

和数据监控发生在网络的入口处的常规技术不同的是，本发明可以保证光网络的输出部分业务的质量，并对下行带宽进行控制或者监测。也就是说，本发明可以在物理上靠近光网络用户的光网络的输出边缘附近控制下行通信的业务量。通过这个方法，网络供应商可以控制由光网络用户接收的下行通信的容量和内容(或二者均有)。

为了控制下行通信的容量和内容(或二者均控制)，本发明采用了多个等级来评估下行通信的业务量。评估的多个等级可以包括将下行数据包分类，并评估下行数据包是否符合特定的大小及速率参数。特别地，多个标识符可以将下行数据包分类，其中每一个标识符通常和一个特定的控制器相关联。每一个控制器也可以和特定的输出缓冲器相关联，该输出缓冲器和其他输出缓冲器相比具有一定的优先级。

每一个控制器可以从一个或者多个分类器接收下行数据包。控制器可以评估特定下行数据包的大小和速率参数。例如，控制器可以将下行数据包和由网络管理员分配给它的峰值速率，保持速率及突发包的大小进行比较。网络管理员可以配置由每个控制器监控的峰值速率，保持速率及突发包的大小，用以跟踪不同类型的下行数据包。

如果下行数据包超过了分配给控制器的峰值速率，那么控制器可以丢弃下行数据包。如果下行数据包超过了分配给控制器的保持速率或者是超过了突发包的大小，那么控制器可以标识这一业务量为特定类型的业务量，如“非符合业务量”。另一方面，如果下行数据包适合或符合控制器的保持速率或突发包的大小，那么控制器可以标识这一业务量为特定类型的业务量，如“符合业务量”。控制器可以分配随机加权提早丢弃值(如最大丢弃概率，最大门限，及最小门限)，这些值对符合下行业务量和非符合下行业务量来讲是各自唯一的。每一个控制器可以用两级的令牌桶算法操作，其中第一级令牌桶为下行业务量执行峰值速率检测。每个令牌桶的第二级可以标记超过分配给特定控制器的突发包大小或者超过保持速率的数据包。

多个输出缓冲器中的一个输出缓冲器可以从各自的控制器接收数据包。每个输出缓冲器可以分别应用随机加权提早丢弃(WRED)算法来确定数据包是否可以进入各自的缓冲器还是被丢弃。每个输出缓冲器可以在随机加权提早丢弃算法中使用分配给下行数据包的随机加权提早丢弃值。

通过使用WRED算法及通过类型分类业务量，特定的通信业务量可以被赋予和其他业务量类型相比更高的优先级。例如，用户使用光网络来进行T1通信，为了减小任何抖动，需要恒定的比特速率及一致的数据包到达时间。T1通信可以包括电话通话，视频会议，及其他相类似的业务量。为了帮助减小T1通信中任何抖动的可能，本发明可以分配给这样的T1通信和其他类型不需要恒定比特速率的通信业务量相比较高的优先级。不需要恒定比特速率和可以被分配较低优先级的其他通信，可以包括网上冲浪，计算机之间的文件传送，及其他类似的通信。

本发明可以应用在如专用集成电路(ASIC)或者现场可编程逻辑器件(FPGA)或者二者结合的硬件中。但是，本发明的应用并不仅限在硬件中，还可以包含软件。

本发明可以包含收发器节点，它进一步包含光抽头路由设备和一个或多个光抽头多路复用设备。光抽头路由设备可以确定将是哪个光抽头多路复用设备接收下行电信号，或者标记将是多个光抽头中的哪一个产生光信号。光抽头路由设备可以格式化数据并应用所需的协议从分别连接到各自光抽头的每个独立用户发送和接收数据。光抽头路由设备可以进一步包含一个八端口的交换机。

这个八端口的交换机可以连接一个或多个光抽头多路复用器。每个光抽头多路复用器可以包含一个或多个数据包的分类器，一个或多个控制器，一个或多个输出缓冲器。

附图说明

图1A是本发明的示例性光网络体系结构中一些核心部件的功能框图。

图1B是本发明的网络中显示其示例性功能及此示例性功能的位置的功能框图。

图2显示了本发明的示例性光网络体系结构的功能框图。

图3显示了本发明的示例性户外收发器节点的功能框图。

图4显示了本发明的一个示例性实施例中通过单一光波导连接到用户接口的光抽头的功能框图。

图5显示了本发明中耦合到示例性光抽头多路复用器的示例性光抽头路由设备的功能框图。

图6显示了本发明的一个示例性实施例中处理离开网络的下行数据包的示例性方法的逻辑流程图。

图7显示了本发明的一个示例性实施例中的一个用于评估预约带宽内(in-profile)数据包的示例性子程序的逻辑流程图。

图8显示了本发明的一个示例性实施例中的一个用于评估预约带宽外(out-of-profile)数据包的示例性子程序的逻辑流程图。

图9显示了本发明的一个示例性实施例中随机加权随机提早丢弃预约带宽外(out-of-profile)数据包。

图10显示了依照本发明的一个示例性实施例中随机加权提早丢弃预约带宽内(in-profile)数据包。

具体实施方式

本实施例可以嵌入到光网络的硬件或者软件或者二者结合中处理。本发明可以包含一个收发器节点，它进一步包含光抽头路由设备和用于接收来自光抽头路由设备的下行数据包的多个的光抽头多路复用器。每个光抽头多路复用器可以包含多个分类器和多个控制器。通过使用分类器和控制器，本发明可以支持至少1吉比特或者更高的数据速率，并支持和数据服务集线器之间来往的光形式的以太网通信，及支持将光带宽分配成预定数量的分配群。本发明可以允许提供给用户的光带宽以预先分配的增量增加。本发明的灵活性和多样性可以归因于少数几个部件。

现参考附图，其中以相同数字表示相同的单元，这将贯穿在本发明的各附图及各个方面中，同时说明性的操作环境也将给予描述。

图1A显示了本发明的一个示例性光网络体系结构100的功能框图。该示例性的光网络体系结构100包括数据服务集线器110，它被连接到一个或者多个户外的收发器节点120。依次地，该收发器节点120被连接到光抽头130。该光抽头130可以被连接到多个用户的光接口140。在示例性光网络体系结构100的各部件之间是诸如光波导150，160，170和180的光波导。图中光波导150-180用箭头表示，其中使用箭头的箭头尖表示有说明性示例性光网络各独立部件之间的数据流的示例性方向。同时，在图1A中仅仅显示了单独的收发器节点120，单独的光抽头130，和单独的用户光接口140，就像从图2中及其描述中可以变得明显，本发明可以使用多个收发器节点120，多个光抽头130，多个用户光接口140，而不会背离本发明的范围和精神。典型的，在本发明的许多示例性实施例中，多个用户光接口140被连接到一个或者多个光抽头130上。

户外收发器节点120可以根据一个或者多个使用用户光接口140的用户的需求来分配附加的或者减小带宽。户外收发器节点120被设计成可以承受外部户外环境条件，也可以被设计成悬挂在绳上或者装配在底座或者手工钻孔上。户外收发器节点可以在负40摄氏度到正60摄氏度的温度范围内工作。户外收发器节点可以通过使用不消耗电功率的无源制冷设备在该温度范围内工作。

和常规的设置在用户光接口140和数据服务集线器110之间的传统路由器所不同的是，户外收发器节点120不需要有源的制冷或者加热设备来控制户外收发器节点120周围的温度。本发明尝试将判决电子元件设置在数据服务集线器110而不是设置在户外收发器节点120。常规的判决电子元件和本发明中的户外收发器节点处的电子元件相比比较庞大且散热量比较大。由于户外收发器节点120不需要有源的温度控制设备，户外收发器节点120电子元件的封装容量很紧凑，也就是说，它小于常规的户外设备的机壳大小。

在本发明的一个示例性实施例中，三个主干光波导160，170和180(它可以包含光纤)可以将光信号从数据服务集线器110传送到户外收发器节点120。需要说明，在当前应用中使用的术语“光波导”可以使用光纤，平面光导电路，及光纤引出端和其他类似的光波导。

第一光波导160可以承载广播的视频或者其他信号。该信号可以是常规的有线电视的形式，其中广播信号被调制到载波上，依次地，在数据服务集线器110调制光发送器(图中没有显示)。第二光波导170可以承载如数据和话音业务的下行的目标业务，这些业务被传送到一个或者多个用户的光接口140。除了承载用户指定的光信号外，第二光波导170也可以传播互联网协议广播包，正如本领域技术人员所理解的那样。

在一个示例性实施例中，第三光波导180可以传送从户外收发器节点120到数据服务集线器110的上行数据信号。在第三光波导180上传播的光信号可以包含从一个或者多个用户接收的电话业务。和第二个光波导170相似的是，第三光波导180也可以承载IP广播包，正如本领域技术人员所理解的那样。

第三或者上行光波导180在图中显示为虚线，这就表明，在本发明中，它仅是示例性实施例的一个选项或一部分。换句话说，第三光波导180可以被去掉。在另外的示例性实施例中，第二光波导170既在上行又在下行方向传播光信号，此处使用双箭头描述第二光波导170。在这样的实施例中，第二光波导170双向传播光信号，所以仅仅需要两个光波导160，170就可以支持数据服务集线器110和户外收发器节点120之间的光信号传播。在另外的示例性实施例中(图中没有显示)，可以用单一的光波导连接数据服务集线器110和户外收发器节点120。在这样使用单一光波导的示例性实施例中，可以使用三个不同的波长来传送上行和下行的信号。或者，双向的数据可以被调制到一个波长上。

在一个示例性实施例中，光抽头130可以包含8通道光分路器。这就表示，包含8通道光分路器的光抽头130可以将下行光信号分成八路，这样就可以业务于8个不同的用户光接口140。在上行方向，光抽头130可以将从8个光用户接口140接收的光信号合并。

在另外的示例性实施例中，光抽头130可以包含4通道光分路器，这样就可以服务于4个用户光接口140。然而在另外的示例性实施例中，光抽头130可以进一步包含4通道通过抽头的光分路器，就是说，从光抽头130接收的光信号中抽出一部分就可以服务于其中包含的4通道分路器，同时剩余的光能量进一步下行传播到另外的光抽头或者另外的用户光接口140。本发明并不仅限在4通道和8通道的光分路器。其他含有少于或多于4通道或8通道的光抽头并不在本发明的范围之外。

现在参考图1B，该图在网络103中显示了本发明的示例性功能性和该示例性功能性的位置。网络103可以包含几个图1A描述的体系结构100的部件。

如前面所述的，和传统技术中控制数据总是在网络的入口处105发生不同的是，本发明可以在光网络103的出口部分107处完成下行带宽的控制和监控，来获得业务质量。这就是说，本发明可以在光网络103的外部边缘107控制下行通信的业务量，它物理上相对接近光网络的用户(用户光接口140)。通过这样的方法，网络供应商可以控制由光网络103的用户接收的下行通信容量和内容(或者二者皆可控制)。

如图1B所示，第三方的网络服务器182可以和包含收发器节点120的网络103耦合。通过本发明的收发器节点120，网络供应商可以限制或者控制给用户保证的带宽容量。换句话说，网络供应商可以控制给予特定用户(如可能和运行网络浏览器的计算机142相连接的用户光接口140)的业务质量。

特别地，本发明中运行该协议的收发器节点120使网络业务商可以向用户提供不同等级的业务。例如，收发器节点可以提供给特定的用户或者用户组下行带宽的单位是1，2，5，10，20，50，100，200，和450兆比特每秒(Mb/s)，且这一单位由收发器节点120管理。

现在参考图2，它显示了示例性光网络体系结构100的功能框图，它进一步包括用户组200，它符合各自的户外收发器节点120。图2显示了示例性光网络体系结构100的多样性，其中连接户外收发器节点120和光抽头130的多个光波导150被最小化了。图2也显示了可以由光抽头130实现的用户组200的多样性。

每个光抽头130可以包含光分路器。光抽头130允许多个用户光接口140和连接到户外收发器节点120的单一光波导150相耦合。在一个示例性实施例设计中，六根光纤150连接到户外收发器节点120。通过使用光抽头130，每六根连接到户外收发器节点120的光纤150可以分配十六个用户。

在另外的示例性实施例中，十二根光纤150可以被连接到户外收发器节点120，同时十二根光纤150中的每一根被分配8个用户光接口140。本领域技术人员可以理解分配给连接户外收发器节点120和用户光接口140之间的特定的光波导150的用户光接口140的数目是可以不同或者可以改变的，而不会背离本发明的范围和精神。另外，本领域技术人员应认识到分配给特定的光缆的用户光接口140的实际数目依赖于在特定光纤150中可以获得的能量大小。

如在用户组200中所描述的，为了给用户提供通信业务，所作的多种配置是可能的。例如，光抽头130_A可以通过用户光接口140_AN连接用户光接口140_A1到户外激光收发器节点120，光抽头130_A也可以将其他光抽头130，如130_AN连接到收发器节点120。除了光抽头130和用户光接口140的结合外，光抽头130和其他光抽头130的结合是无限的。通过光抽头130，在收发器节点120处分配光波导150的集中程度将被减小。另外，为了业务用户群200所需的光纤总量将减小。

通过本发明中有源的收发器节点120，收发器节点120和数据服务集线器110之间的距离可以是0到80公里的范围。但是，本发明没有仅限在这一范围内。本领域技术人员可以理解这一范围可以通过选择组成当前系统中几个设备的不同的非定制部件来扩展。

本领域技术人员可以理解设置在数据服务集线器110和户外收发器节点120之间的光波导的其他配置并没有超出本发明的范围。由于光波导的双向传输能力，在设置在数据服务集线器110和户外收发器节点120之间的光波导中的数据流的数目和方向是可以变化的，而不会背离本发明的范围和精神。

本领域技术人员可以理解户外收发器节点120中光波导收发器430(图3)的选择，和数据服务集线器110中相应的收发器(没有显示)的选择，可以由数据服务集线器110和户外收发器节点120之间路径的长度优化。进一步，本领域技术人员可以理解所讨论的波长是实际的，但是仅仅其本质是作为说明性的。在某些场合中，使用通信窗口1310和1550nm于不同的方向是可以的，且不会背离本发明的范围和精神。进一步，本发明并不仅限于1310和1550nm波长区域。本领域技术人员可以理解光信号使用小一点或者大一点的波长都不会背离本发明的范围和精神。

现在参考图3，该图显示了本发明的一个示例性户外收发器节点120的功能框图。在这个示例性实施例中，收发器节点120可以包含单向光信号输入端405，它可以接收由数据服务集线器110发送的，在第一光波导160上传播的光信号。在单向光信号输入端405处接收的光信号可以包含广播视频数据。在单向光信号输入端405接收的光信号将传送到放大器410处，此处的放大器可以是掺铒光纤放大器(EDFA)，光信号可以在其中得到放大。然后，被放大的光信号传播到分路器415处，分路器将光信号在多个双工器中分离，双工器将光信号传递给预定的用户组200。

收发器节点120可以进一步包含双向光信号输入/输出端口425，它将收发器节点120连接到第二光波导170上，第二光波导支持数据服务集线器110和收发器节点120之间的双向数据流。下行的光信号数据流穿过双向的光信号输入/输出端口425到达光波导收发器430，在此将下行的光信号转换到电域。光波导收发器进一步将上行电信号转换到光域。光波导收发器430可以包含光/电和电/光转换器。

下行和上行的电信号，在光波导收发器430和光抽头路由设备435之间通信。光抽头路由设备435可以管理它和数据服务集线器之间的接口，及根据信号各自的抽头多路复用器440来为数据服务集线器的信号进行选路或者分割或者分配，该抽头多路复用器完成一个或多个光抽头130和一个或多个最终用户光接口140之间光信号的通信。需要说明的是，抽头多路复用器440为了产生分配到和一个或多个光抽头耦合的用户组的光信号，需要工作在电域，来调制激光发射机。

当上行的数据包到达时，每个抽头多路复用器440会通知光抽头路由设备435可以获得上行的数据包。光抽头路由设备连接到每个抽头多路复用器440来接收这些上行的数据包。光抽头路由设备435通过光波导收发器430，将这些数据包传递给数据服务集线器110。光抽头路由设备435可以从这些它所接收的来自所有抽头多路复用器440(或者端口)的上行数据包，通过读取每个包的源IP地址，并将该地址与它所穿过的抽头多路复用器440相关联，建立一个查找表。这样，就可以使用这个查找表为下行数据包寻找路由。当每个数据包从光波导收发器430进入的时候，光抽头路由设备435将对照其目的IP地址(它和上行数据包的源IP地址相同)。光抽头路由设备435可以根据查找表确定是哪一个端口和这个IP地址相连，然后它将这个数据包发送到这个端口。正如本领域技术人员熟知的，这一过程可以被描述成标准的三层路由功能。

光抽头路由设备435可以将多个用户分配到一个端口上。更具体地说就是，光抽头路由设备435可以通过相应的、各自独立的、单一的端口为用户组提供业务。与各自抽头多路复用器440相耦合的光抽头130可以为预分配的用户组提供下行光信号，该用户组使用用户光接口140接收下行光信号。

换句话说，光抽头路由设备435可以确定由哪一个抽头多路复用器440接收下行电信号，或者对多个光抽头130中传播上行光信号(被转换为电信号)的那个光抽头进行标记。光抽头路由设备435可以将数据格式化，并应用所需的协议发送到和接收来自每个连接到各自光抽头130的独立的用户的数据。光抽头路由设备435可以包含计算机或者硬件设备，它通过分配到各自端口的用户组执行程序确定其通信的协议。

光抽头路由设备的每个端口连接到各自的抽头多路复用器440。通过光抽头路由设备435，收发器节点120可以根据预定或者根据需要、需求调整用户的带宽。收发器节点120可以通过光抽头路由设备435为用户提供预分配增长的数据带宽。例如，收发器节点120通过光抽头路由设备435可以提供给特定用户或者用户组的带宽单位为1，2，5，10，20，50，100，200和450兆比特每秒(Mb/s)。本领域技术人员可以理解其他带宽单位并不超过本发明的范围。

电信号在光抽头路由设备435和各自的抽头多路复用器440之间通信。光信号在抽头多路复用器440和不同的用户组之间传播。每个抽头多路复用器440连接到各自的光发射机325上。每个光发射机325可以包含法布里-珀罗半导体激光器(F-P)，分布反馈激光器(DFB)，或者垂直共振腔面射型激光器(VCSEL)中的一种。但是其他光发射机的类型也是可以的，且并不超出本发明的范围。光发射机产生传播向用户光接口140的下行光信号。

本领域技术人员可以理解归于光抽头路由设备435和抽头多路复用器440的功能的本质是示例性的。换句话说，执行的功能可以和所描述的有所不同。由光抽头路由设备435执行的某些功能可以被抽头多路复用器440执行，反之亦然。

每个抽头多路复用器440也和光接收机370相耦合。各自的光接收机370可以将从双向分路器360接收的上行光信号转换到电域。每个光接收机370可以包含一个或者多个感光体或者光电二极管将光信号转换为电信号。由于光发射机325和光接收机370可以包含无须定制的硬件就可以产生或者接收各自的光信号，收发器节点120为了提供更大增长的数据速率可以使自己有效的升级和维护。

每个光发射机325和每个光接收机370连接到各自的双向的分路器360。每个双向光分路器依次连接到双工器420，它将从分路器415接收到的单向光信号和从各自光接收机370接收到的下行光信号相结合。这样，广播视频业务还有数据业务可以由一根单一的光波导提供，此光波导可以是如图2所示的分配光波导150。换句话说，光信号可以从每个独立的双工器420耦合成复合的信号输入/输出端口445，它连接到各自的分配光波导150上。

和常规技术不同的是，收发器节点120没有使用常规的路由器。收发器节点120的部件可以设置在一个紧凑的电子封装容器之内。例如，收发器节点120可以被设计成悬挂在绳子上或者安装在和常规有线电视设备相似的机座上，该设备一般安放在网络的“最后一英里”范围内或者是接近用户的部分。需要说明术语“最后一英里”是一般用于描述光网络连接用户的最后的部分的术语。

并且由于光抽头路由设备435不是常规的路由器，它不需要有源的温度控制设备来使它保持工作在特定的温度上。换句话说，在一个示例性实施例中，收发器节点120可以工作在40负摄氏度到60摄氏度的温度范围内。

由于收发器节点120不包含有源的温度控制设备，而有源设备需要消耗能量才能使收发器节点120的温度维持在单一的温度上，收发器节点120可以包含一个或者多个无源的温度控制设备450，它不消耗能量。无源的温度控制设备可以包含一个或者多个散热器或散热管，它可以将收发器节点120的热量散发掉。本领域技术人员可以理解本发明并不仅限在这些示例性的无源温度控制设备。进一步，本领域技术人员也可以理解本发明并不仅限于所公开的工作温度范围。使用适当的无源温度控制设备450，可以减小或者扩展收发器节点120工作的温度范围。

除了收发器节点120可以承受苛刻的户外环境条件的能力之外，收发器节点120也可以提供对称的数据传输。换句话说，收发器节点120可以从光网络接收和向光网络传播相同比特速率的下行或上行数据。这也是比常规网络更有利的一点，正如在技术背景部分阐述的那样，常规网络不能支持对称的数据传送。进一步，收发器节点120可以服务于很多用户，同时在数据服务集线器110和收发器节点120处本身的连接将有所减少。

收发器节点120使自己可以有效的升级，这将在整个网络侧和数据服务集线器侧执行。这就是说，升级形成收发器节点120的硬件可以在数据服务集线器110和收发器节点120内部和之间进行。这就是说网络的用户侧(从分配光波导150到用户光接口140)可以在数据服务集线器110或者收发器节点120或者二者均在升级的时候保持完全不变。

现在参考图4，该图显示了本发明的一个示例性实施例中，通过一个单一的光波导150连接到用户光接口140的光抽头130的功能框图。这个光抽头130可以包含复合信号输入/输出端口505，它连接到其他的连接至收发器节点120的分配光波导上。如上所述，光抽头130可以包含光分路器510，它可以是4通路或者8通路的光分路器。其他具有少于或者多于4通路或8通路的光抽头并不超过本发明的范围。光抽头可以将下行光信号分割，以服务于各自的用户光接口140。在示例性的实施例中，光抽头130包含4通路的光抽头，这样的光抽头可以是非定制的类型，说明下行光信号的一部分可以被抽取或者分割来服务于其中包括的4通路分路器，同时剩下的光能量进一步下行传递到另外的分配光波导150中。

光抽头130是有效的耦合器，它完成光信号在收发器节点120和各自的用户光接口140之间的通信。光抽头130可以是级连的，或者它可以从收发器节点120连接到星形结构。如前所述的，光抽头130也可以将信号选路到其他的光抽头，它们相对于各自的光抽头130来讲是下行的。

光抽头130还可以连接到有限的或者少数几个光波导上，这样光波导的高聚合度将不会在任何特定的收发器节点120上出现。换句话说，在示例性的实施例中，光抽头可以在远离收发器节点120的点上连接到有限个数的光波导150，这样可以避免在收发器节点上光波导150的高聚合度。

用户光接口140的功能是将从光抽头130接收到的光信号转换到电域，这样就可以被适合的通信设备处理。用户光接口140进一步的功能是将上行的电信号转换为光信号，这样就可以在用户分配光波导150上将信号传送给光抽头130。用户光接口140可以包含光双工器515，它将从分配光波导150上接收的下行信号在双向光信号分路器520和模拟光接收机525之间进行分割。光双工器515可以接收由数字光发射机530产生的上行光信号。数字光发射机530将电二进制/数字信号转换成光的形式，这样光信号可以被发回到数据服务集线器110。相反的，数字接收机540将光信号转换成电二进制/数字信号，这样电信号可以被处理器550处理。

本发明可以在不同的波长传播光信号。但是，所讨论的波长区域是实际的且仅在示例性的实施例中是可见光。本领域技术人员也可以理解其他或者高于或者低于或者在1310和1550nm之间的波长区域并不超出本发明的范围。

模拟光接收机525可以将下行的广播光视频信号转换成为调制的RF电视信号，它由调制的RF单向信号出口535输出。调制的RF单向信号出口535可以将信号传送到RF接收机，如电视(没有显示)或者收音机(没有显示)。模拟光接收机525可以处理模拟RF传输，也可以处理应用于数字电视的数字调制RF传输。

双向光信号分路器520可以在各自的方向上传播复合光信号。就是说，下行光信号从光双工器515进入双向光分路器520，并传播到数字光接收机540。从数字光发射机530进入其中的上行光信号被发送到光双工器515，接着又传送到光抽头130。双向光信号分路器520被连接到数字光接收机540，数字光接收机540将下行数据光信号转换到电域。同时双向光信号分路器520也被连接到数字光发射机530，数字光发射机530将上行电信号转换到光域。

数字光接收机540可以包含一个或多个感光器或者光电二极管，他们将光信号转换到电域。数字光发射机可以包含一个或者多个激光器，如法布里-珀罗(F-P)激光器，分布反馈激光器(DFB)，及垂直共振腔面射型激光器(VCSEL)。

数字光接收机540和数字光发射机530连接到处理器550，处理器根据嵌入的地址选择意图发送到用户光接口140的数据。由处理器550处理的数据可以包含一个或者多个电话及诸如互联网业务的数据业务。处理器550被连接到电话的输入/输出555，它包含模拟接口。处理器550也连接到数据接口560上，它可以提供到计算机设备、到机顶盒、到ISDN电话机和其他相似设备的连接。另外的，数据接口560可以包含在互联网上承载话音(VoIP)的电话或者以太网电话的接口。数据接口560也可以包含以太网(基于双绞线的10兆以太网(10BaseT)，基于双绞线的百兆以太网(100BaseT)，及千兆以太网接口，HPNA接口，统一的串行总线(USB)即IEEE1394接口，ADSL接口，及其他相似的接口。

现在参考图5，该图显示了示例性光抽头路由设备435和抽头多路复用器440的功能框图。该图进一步显示了可以在每个抽头多路复用器440中找到的示例性硬件。但是，本领域技术人员可以了解本发明并不仅限于硬件的实施例。就是说，软件或者其他硬件或者其混合可以代替图5中的部件，而不会背离本发明的的范围和精神。

对于下行通信信号，光抽头路由设备435可以根据各自的抽头多路复用器440，对数据服务集线器的信号进行选路或分割或分组，其中抽头多路复用器可以在一个或多个光抽头130与最终一个或多个用户光接口140(图5中没有显示)之间完成光信号的通信。在下行方向上，需要说明，抽头多路复用器440从光抽头路由设备435上接收的是电信号。也就是说，抽头多路复用器440是在电域进行操作的，调制激光器发射机来产生分配到用户组的光信号，该用户组耦合到一个或多个光抽头。如上所述的光抽头路由设备435，可以包含一个计算机或者硬件设备，它可以执行一个程序，该程序为分配到各自的端口的用户组之间的通信定义了一个协议。光抽头路由设备可以将多个用户分配到一个单一的端口。更详细地说就是，光抽头路可以由设备使用各自相应的单一端口服务于用户组。连接到光抽头路由设备435的每个端口的是抽头多路复用器440。

抽头多路复用器440可以从不同的用户组接收来自和发送到不同的用户组的光信号。在一个示例性实施例中，抽头多路复用器440可以包含分类器562，控制器564，和多个优先级输出缓冲器566，568，570和572。抽头多路复用器440从光抽头路由设备435接收下行数据包。分类器562标识这些输出包(相对于光网络的数据服务集线器110是输出)并分配给每个数据包适合的等级。换句话说，每个分类器562可以基于包头的内容根据预先定义的规则选择一个包。

可以根据包头的判别比特的值来定义等级，且每个分类器562可以为每个包分析最多40字节(或者320比特)。每个分类器562考虑各自包的多个字段，包含全部的以太网头，全部IP头，及源和目的TCP或者UDP端口。以太网包头可以包含一个目的媒体接入控制(MAC)地址，也包含源MAC地址。为分类可以得到的其他头信息包括，但不限于，列在下面表1中的字段。

表1为分类可以得到的头字段

在一个示例性实施例中，抽头多路复用器440可以包含多个分离的分类器562，且每个逻辑通道可以支持预分配的用户组。就是说，在一个示例性实施例中，每个逻辑通道可以支持16个不同的用户。但是，本发明并不限于每一逻辑通道上的这一特定的用户数量。少于或者增加分配到每个逻辑通道上的用户数并不背离本发明的范围和精神。每个分类器562可以配置以下的值：40字节的比特掩码；40字节的校验值；控制器的赋值。

每个控制器564可以和相应的分类器562相耦合。但是，在可替换的实施例中(没有显示)，多个分类器562可以和单一的控制器564相耦合。每个控制器564可以像两级的令牌桶一样工作，其中第一级桶可以执行配置的下行通信业务量的峰值速率。峰值速率可以包含用户可以允许用户(通过用户光接口140)发送下行数据包的最大速率。具体的，它可以包含网络可以从用户(通过用户光接口140)接收突发业务量的最大速率，用每秒的比特数来描述。在这第一级，和在控制器564中设置的峰值速率不相匹配的不一致的包将会被丢弃。

操作如令牌桶的每个业务量控制器564的第二级可以标识和保持速率一致的数据包。保持速率可以包含网络提供给用户最小的通过速率，用每秒的比特数来描述(Bps)。在每个控制器564的第二级，突发包的大小也可以被评估。突发包的大小通常包含网络可以接收的而不会在用户的峰值速率暂停的业务量的大小，用比特来表示。

分类器562和控制器564可以包含如专用集成电路(ASIC)或者现场可编程逻辑器件(FPGA)应用的硬件。若分类器562和控制器564包含ASIC或者FPGA，本发明并不仅限这些硬件设备。其他相似的处理设备并没有超出本发明的范围。进一步，如上所述，本发明并不限于所示的硬件，且也可以嵌入到软件或其混合中，而不会背离本发明的范围和精神。

在一个示例性实施例中，分类器562基于在每个包头的差异业务码点(DSCP)可以区别不同的业务量等级。DSCP值在RFC2474中定义，RFC2474被工程任务组(IETF)发行，IETF可以从网站www.ietf.org中得到。DSCP的六个比特值是在RFC791中所谓的“优先”比特的继承者。在RFC2474中优先权的定义可以修改或者扩展。有时称DSCP相对应的比特值为IPv4(通常使用的互联网协议的版本，在本文档中提交)的ToS(业务类型)，及称作IPv6的业务类型字节(在公众互联网并不广泛使用的新的互联网协议版本)。

一旦分类器562根据期望的DSCP值(或者其他在此描述之后将要描述参数)标记业务量，他们可以将业务量传递给适合的控制器564。控制器564执行最大的传输速率(也可以指峰值速率)，及下行通信业务量的最大突发包大小。如果下行业务量超过了最大传输速率，超过最大传输速率的过剩的数据包将被丢弃。如果下行业务量超过最小的传输速率，超过最小传输速率的过剩的业务量将被标记为“预约带宽外”。

分类器562可以使用DSCP值(或者将在下面描述的其他参数)来确定控制器的分配和最终哪个优先权缓冲器将处理特定的数据包。如上所述，每个控制器564和特定的输出缓冲器相关联，该输出缓冲器具有预先设定的和其他输出缓冲器相比较的优先级。由于在高的优先级的输出缓冲器中的数据包要比在低优先级的输出缓冲器中的数据包发送早，所以当多于一个数据包准备好发送给用户的时候，缓冲器的优先级越高，发送数据包就可以越快。通过首先传送高优先级的数据包，这些数据包将首先进入保证的带宽，假设可以获得足够的带宽，就说明它们将被立即处理。

每个有优先级的输出缓冲器566，568，570和572可以包含先进先出的寄存器(FIFO)。但是，本发明的缓冲器并不仅限FIFO寄存器。其他和FIFO功能相似的存储设备并没有超出本发明的范围。进一步，本发明并没有限于所示的缓冲器的数目。使用多一些或者少一些的缓冲器并不背离本发明的范围。

现在参考图5，当每个数据包从光抽头路由设备435进入，根据由处理器设置的一定数量的参数，它被分类器562之一标识。这些参数可以包含DSCP码字值，它及其他内容将在下面讨论。如果有适合的分类器562，它将选择数据包。每个分类器具有特定的给数据包的控制器赋值。通过控制器的映射功能631，根据由分类器562给定的控制器赋值，数据包将被传送到或者映射到适合的控制器564中。多于一个的分类器562可以指定多个包到同一个控制器564中，但是一个分类器562通常不能够指定多个包到多于一个的控制器。在控制器564的第一级(也就是第一令牌桶算法)，它确定该数据包是否在允许的由等级确定的数据峰值数据速率内。如果没有，数据包将被丢弃。如果数据包在允许的峰值数据速率内，那么控制器的第二级(也就是第二令牌桶算法)将确定数据包是否在保证的或者是持续速率范围内，且数据包是否小于突发包的大小。所有的数据包，无论它是否小于保证速率或者小于突发包的大小，将通过一个输出缓冲器映射功能665，被传送到输出缓冲器566，568，570，572之一。每个控制器564将数据包传送到一个输出控制器。任一个控制器564可以将数据包传送到任意的输出缓冲器，但是通常仅可以传送到一个输出缓冲器。特定控制器传送数据包的那个输出缓冲器通常由网络供应商在设定它的数据业务量控制器的时候确定。

如上所述，本发明控制器564的一个区别特征就是它们在光网络中的相对物理位置，及每个控制器564处理的数据业务量的类型。正如本领域技术人员所理解的，控制器的典型功能在网络边缘(在入口处)，这保证主机不会干涉所承诺的业务量特性。常规技术的控制器通常对进入网络的业务量的多少进行限制，来达到特定策略的目标。常规技术的控制器通常在业务量进入网络的时候监控或者控制业务量。但是，对于本发明，控制器564在非常靠近用户的抽头多路复用器440中应用。

和常规技术相比，本发明的控制器564在网络边缘行使功能，但是，是在出口处而不是在入口处。这样，控制器564可以控制由光网络输出、并由光网络用户接收的下行通信的容量和内容(或二者均有)。容量或者内容(或者二者均有)的控制是控制器564评估峰值速率，保持速率和数据包突发大小的结果。这项控制也可以归因于控制器564给数据包分配特定的随机加权提早丢弃值。本领域技术人员可以理解，如果数据包被丢弃，互联网的业务量可以被减慢，这样如果到特定目的地的数据包被丢弃，最终数据包离开本发明光网络到达目的地(如用户)的速率将减小。

如上所述，每个控制器564可以用以下示例性的值来配置：峰值速率，预约带宽速率，突发大小，预约带宽内业务量的随机加权提早丢弃(WRED)参数，预约带宽外业务量的WRED参数，及下一级输出缓冲器的赋值。此时突发包大小可以包含用户在其峰值速率而没有暂停或者延时时可以接收的数据量，用比特描述，突发包大小也可以包含一个特定的值来指示用户的突发包大小没有限制。WRED参数将在下面描述图6到10中进一步详细说明。

每个输出缓冲器566，568，570，及572在各自缓冲器执行随机加权提早丢弃算法后接收数据包，而随机加权提早丢弃算法在每个数据包到达特定缓冲器时执行。每个输出缓冲器可以下行发送数据包，如果特定的缓冲器被要求释放其存储的数据包的时候。第一优先级输出缓冲器566可以评估已被确定为具有最高优先级的所有数据包，因此这些数据包在下行操作中应该首先被传送到用户。然后依次传送具有较低优先级的输出缓冲器一直到具有最低优先级的第四输出缓冲器572。

如上所述，每个具有优先级的输出缓冲器独立的应用随机加权提早丢弃(WRED)算法，来确定数据包是否可以发送给缓冲器或者被丢弃。每个具有优先级的输出缓冲器对于和分配给控制器的值相一致的业务量及和分配给特定的控制器的值不相一致的下行业务量的操作是不同的。

特别地，被认为符合由网络供应商预先设定的控制器参数(如峰值速率，保持速率，突发包大小)的下行业务量，从属于随机加权提早丢弃(WRED)算法，该算法根据预约带宽内业务定义的三个参数：最小门限，最大门限，及最大丢弃概率。最小门限，最大门限，和最大丢弃概率是由网络供应商赋值给每个控制器564的。

对于处在控制器预设参数范围之外的下行业务量来讲，这一业务量也从属于随机加权提早丢弃(WRED)算法，该算法也根据预约带宽外业务定义且由每个控制器564赋值的三个参数：最小门限，最大门限，及最大丢弃概率。如上所述，最小门限，最大门限，和最大丢弃概率也是由网络供应商赋值给每个控制器564的。

通过使用对于处在控制器预设的值之内或者之外的业务量不同最大丢弃概率值，它允许不同的业务量等级得到不同的加权。实际上，供应商可以根据WRED算法分配业务的优先级。

一旦数据包在特定优先级的输出缓冲器中存储，根据预先确定的策略或者排队机制，数据包从各自优先级的输出缓冲器中删除，即发送出去。典型的，仅当所有的比特定输出缓冲器更高优先级输出缓冲器为空时，数据包才从特定输出缓冲器中删除。例如，如果每个优先级输出缓冲器566，568，570，及572中都有数据包，第二优先级数据缓冲器568中的数据包要等到第一优先级数据缓冲器566中所有的数据包都被删除的时候才开始被删除。类似的，在第三优先级数据缓冲器570中存储的数据包只有到第二优先级数据缓冲器568中所有数据包都被删除的时候才开始被删除用于下行数据通信。这样的排队规则或者输出缓冲器的策略对于较高优先级的下行业务量提供了较低的延时。

现在参考图6，该图显示了处理由光网络的数据服务集线器110出发，并传送到光网络用户的下行通信的示例性方法。基本上，图6显示了封装在收发器节点120的光抽头路由设备435和抽头多路复用器440所执行的操作的概述。

接下来的流程图很大程度表示了有关常规计算机部件操作的过程及符号表示，包括处理单元(处理器)，存储设备，连接的显示设备，及输入设备。更进一步，这些过程及操作可以在异类的分布式计算环境中使用常规计算机部件，包括远端文件服务器，计算机服务器，及存储设备。这些常规分布式计算部件中的每一个可以通过通信网络实现处理器的接入。

所执行的如下的过程和操作可以包括：由处理器进行的信号处理和驻留在一个或者多个存储设备的数据结构中对这些信号的维护。出于讨论的目的，通常认为该过程是计算机执行步骤的顺序，通过这些步骤将得到期望的结果。这些步骤通常要求物理量的物理上的控制。通常，虽然并不必须，这些量以电、磁、或者光信号的形式出现，它们可以被存储、传输、结合、比较或者进行其他操作。本领域技术人员习惯于将这些信号表示为比特、字节、码字、信息、单元、符号、字符、数字、小数点、数据、条目、对象、图像、文件或者类似物。但是应该注意，这些术语及类似的术语与计算机操作的适当物理量相关联，且这些术语仅仅是应用于物理量的常规标记，这些标记在计算机操作时存在。

还应该理解，计算机内部的控制通常涉及如下的术语：创建，添加，计算，移动，接收，确定，识别，装入，加载，执行等，这些通常和操作人员的手工操作相关联。其中所描述的操作可以是机器操作，该机器操作由操作人员或者与计算机交互的用户的不同输入来进行。

另外，需要理解其中描述的程序、过程、方法等并不和任何的计算机或设备相关联，或者仅限于此。而是可以使用不同类型的通用机器，执行下面和其中描述的指导相一致的过程。

图6描述的逻辑流程可以是核心逻辑或者高层处理过程，且可以被重复执行。图6所示的逻辑流程图，显示了发生在如图1至5所示的软件或者硬件部件或者二者均有在初始化之后执行的过程。

例如，在面向对象的编程环境中，可以使用软件部件或者软件对象或者硬件执行图6所示的步骤，这些步骤可以在图4和5所示的过程之前被初始化或者创建。因此，本领域技术人员可以知道有关初始化图1到5中软件对象或者硬件时所包含的几个步骤可以不用显示。

本发明可以包含一个计算机程序或者硬件设备或者软硬件结合，它们实现了其中描述的且显示在附加的流程图中的功能。但是，明显地，在计算机程序或硬件设计中实现本发明可以使用多种方法，并且本发明不能被解释为受限于任何计算机指令集。进一步，一个熟练地程序员可以根据流程图以及例如应用正文中相关联的描述，编写这样的程序或者找到适合的硬件电路来应用所描述的发明，而不会有困难。因此，并不认为特定程序代码指令集或者具体的硬件设备是充分理解怎样制造或者使用本发明所必须的。这个请求保护计算机应用过程的具有创造性的功能性将结合下面的描述及余下显示过程流程的附图，给出详细解释。

下面描述的过程流程中的确定步骤必须在本身的功能上先于本发明的其他步骤。但是，本发明并不限于所描述的步骤顺序，如果一个顺序或者序列没有改变本发明的功能性也是可以的。也就是说，可以识别出某些步骤是可以在其他步骤之前或者之后执行的，而不会背离本发明的范围和精神。

步骤610是示例性方法600处理下行通信的第一步。在步骤610中，通过抽头多路复用器440从光抽头路由设备435中接收数据包。

在判决步骤615，可以确定数据包是否和特定的抽头多路复用器440的多于一个的分类器562相匹配。如果对判决步骤615的查询结果是肯定的，那么将沿着“是”分支到达步骤620，在步骤620中，根据由业务供应商建立的顺序为数据包分配相匹配的分类器562之一。如果对判决步骤615的查询结果是负的，那么将沿着“否”分支到达步骤625。

在判决步骤625，确定数据包是否和特定的抽头多路复用器440的任何一个的分类器562相匹配。如果对判决步骤625的查询结果是负的，那么将沿着“否”分支到达步骤630，在该步骤中数据包将被丢弃。如果对判决步骤625的查询结果是肯定的，那么将沿着“是”分支到达步骤631。

在步骤631中，数据包被映射到适合的控制器564，它和事先处理数据包的分类器562相关联。如上所述，每个分类器562被分配给单一的控制器564。每个控制器564典型的和单一的分类器562及单一的优先级输出缓冲器相关联。

在判决步骤635中，每个各自的控制器564可以确定数据包是否超过了其目的地用户的峰值速率。如上所述，峰值速率可以包含用户允许接收下行数据包的最大速率。特殊的，它可以包含网络将接收的且和用户绑定的业务突发包的最大速率，用比特每秒来表示。判决步骤635用常规符号虚线的加亮来表示它包含用于评估用户的峰值速率的第一级令牌桶算法。本领域技术人员已知令牌桶算法。描述这样的令牌桶算法的参考书目是如下的出版物：“Policing and ShapingOverview”，由Cisco系统有限公司发行，第QC87-QC98页。其他的示例性的描述令牌桶算法出版物是如下的白皮书：“Cisco IOS(TM)软件服务质量解决方案”，由Cisco系统有限公司发行，版权1998。这两个参考书目的内容均在本发明的参考书目中完全合并。

如果对判决步骤635的查询结果是肯定的，那么将沿着“是”分支到达步骤637，在该步骤中数据包将被丢弃。如果对判决步骤635的查询结果是否定的，那么将沿着“否”分支到达步骤640。

在判决步骤640，控制器564可以确定数据包是否和保持速率及突发包大小相匹配。判决步骤640也用常规符号虚线的加亮来表示它包含用于评估用户的峰值速率的第二等级令牌桶算法。如上所述，本领域技术人员已知令牌桶算法，因此将不会提供有关这些算法的详细讨论。读者可以参考前面所述的令牌桶算法出版物，这些出版物在本发明的参考书目中完全合并。如果对判决步骤640的查询结果是否定的，那么将沿着“否”分支到达步骤645，在该步骤中数据包被标记成和由网络管理员分配给控制器564的突发包大小及保持速率不相一致的数据包。接下来，在步骤650中，控制器564可以分配“不相一致”数据包的最大丢弃概率，最大门限，及最小门限，这些参数是为确定“预约带宽外”，即该数据包超出了(大于)控制器的突发包大小或者保持速率的业务量确定的。

如果对判决步骤640的查询结果是肯定的，那么将沿着“是”分支到达步骤655，在该步骤中控制器564可以将数据包标记为与特定分类器562的业务量预约带宽相一致的数据包。接下来，在步骤660，控制器564可以分配一致数据包的最大丢弃概率，最大门限，及最小门限，这些参数是为确定“预约带宽内”，即该数据包在控制器的突发包大小或者保持速率范围内的业务量确定的。

在步骤665中，数据包被映射到适合的输出缓冲器。典型的，每个控制器564和特定的输出缓冲器566，568，570，及572相关联。在判决步骤670，每个优先级输出缓冲器可以确定数据包是否被标记为预约带宽内业务量或者是预约带宽外业务量。如果对判决步骤670的查询结果是肯定的，那就说明特定数据包和分配给控制器的突发包大小或者保持速率相匹配，那么将沿着“是”分支到达步骤675，在该步骤中，特定的输出缓冲器确定是否允许这个一致的数据包被发送到所分配的输出缓冲器。步骤675更详细的说明将在下面有关图7的说明中讨论。

如果对判决步骤670的查询结果是否定的，那就说明特定数据包和分配给控制器564的突发包大小或者保持速率不相匹配，那么将沿着“否”分支到达步骤680，在该步骤中，特定的输出缓冲器确定是否允许这个不一致的数据包被发送到所分配的输出缓冲器。步骤680更详细的说明将在下面有关图8的说明中讨论。

在步骤685中，被允许发送到缓冲器的数据包按如上所述的预先确定的顺序被删除。典型的，这个预先确定的顺序包含首先从优先级较高的缓冲器中删除数据包，然后最后从优先级较低的缓冲器中删除数据包。在步骤690中，数据包被传递到用户。

现在参考图7，该图显示了一个示例性子程序675，该子程序确定了是否允许预约带宽内数据包到达特定的优先级输出缓冲器。该图提供了由每个优先级输出缓冲器执行的过程的概况。

下面描述的该过程中的确定步骤必须在本发明的本质上继续其他的步骤执行所述的功能。但是，本发明并不限于所描述的该步骤顺序，没有改变本发明功能性的顺序或序列(也是可以的)。这就是说，可以识别出某些步骤是可以在其他步骤之前或者之后执行的，而不会背离本发明的范围和精神。

步骤705是示例性方法675的第一步，它允许预约带宽内数据包到达特定的优先级输出缓冲器。在步骤705中，需要确定感兴趣的特定输出缓冲器是否已满。如果对判决步骤705的查询结果是肯定的，那么将沿着“是”分支到达步骤710，在该步骤中数据包或数据包序列被丢弃。那么在步骤720中，过程返回到图6的步骤600。

如果对判决步骤705的查询结果是否定的，那么将沿着“否”分支到达步骤725，在该步骤中确定接收输出缓冲器的平均填充或者当前容量。在步骤725中，输出缓冲器的平均填充或者当前容量是通过仅仅计算一致数据包来得到的。换句话说，输出缓冲器的平均当前容量是根据那些和特定通信业务量预约带宽相一致的数据包计算出来。

在判决步骤730中，要确定所计算的输出缓冲器平均填充或者容量是否低于“一致”数据包的最小门限。如果对判决步骤730的查询结果是肯定的，那么将沿着“是”分支到达步骤735，在该步骤中，数据包在输出缓冲器中存储。接下来，在步骤740，过程将返回到图6的步骤685。

如果对判决步骤730的查询结果是否定的，那么将沿着“否”分支到达步骤745，在该步骤中，确定所计算的输出缓冲器平均填充或者容量是否大于“一致”数据包的最大门限。如果对判决步骤745的查询结果是肯定的，那么将沿着“是”分支到达步骤750，该步骤中，数据包被丢弃。然后过程将返回到图6的步骤615。

如果对判决步骤745的查询结果是否定的，那么将沿着“否”分支到达步骤760，在该步骤中，可以根据随机加权提早丢弃(WRED)算法丢弃数据包。WRED算法典型使用指数加权移动平均估量仪来计算平均输出缓冲器(队列)填充或者容量，典型的他们依次平滑任何突发数据流。典型的数据包的丢弃概率会随着平均队列或者缓冲器填充或者容量的增加而增加。典型的依概率丢弃的数据包可以从零(当平均缓冲器容量位于最小门限)到配置的最大丢弃概率(当平均缓冲器容量位于最大门限)呈线性变化。图10以图形方式显示了对于预约带宽内或者一致的下行业务量的WRED算法。

WRED算法使用了指数加权移动平均来计算如上所述的平均缓冲器大小。平均缓冲器大小的测量在每次数据包在允许到达特定优先级输出缓冲器或队列出现时更新。算法将根据下列的公式，通过使用前面的值和临时的平均缓冲器大小的值更新平均的缓冲器大小：

Qavg＝(255/256·Qavg)+(1/256·Qinst)

其中Qavg是平均缓冲器的大小；及Qinst是临时的平均缓冲器大小。

如图10所示，当平均缓冲器的大小或者队列深度高于最小门限(Th_min)时，WRED算法开始丢弃数据包。数据包的丢弃速率典型的随着平均缓冲器或队列填充/容量的增长而线性增长，直到平均队列大小达到最大门限(Th_max)。在图10中显示的P_max是由控制器564分配给当前包的最大丢弃概率。

现在参考图8，该图显示了一个示例性子程序，该子程序确定了是否允许预约带宽外数据包到达特定的优先级输出缓冲器。该图提供了由优先级输出缓冲器对预约带宽外数据包执行的过程的概况。

下面描述的该过程中确定的步骤必须在本发明的本质上继续其他的步骤执行所述的功能。但是，本发明并不限于所描述的该步骤顺序，没有改变本发明的功能性的顺序或序列(也是可以的)。这就是说，可以识别出某些步骤是可以在其他步骤之前或者之后执行的，而不会背离本发明的范围和精神。

步骤805是示例性方法680的第一步，它允许预约带宽外数据包到达先级输出缓冲器。在步骤805中，需要确定感兴趣的特定输出缓冲器是否已满。如果对判决步骤805的查询结果是肯定的，那么将沿着“是”分支到达步骤810，在该步骤中数据包被丢弃。接下来在步骤815中，过程返回到图6的步骤605。

如果对判决步骤805的查询结果是否定的，那么将沿着“否”分支到达步骤820，在该步骤中，计算输出缓冲器的平均填充或者当前容量。在步骤820中，输出缓冲器的平均容量通过既计算一致数据包又计算不一致数据包来得到的。

在判决步骤825中，确定输出缓冲器的平均填充或者容量是否低于“不一致”数据包的最小门限。如果对判决步骤825的查询结果是肯定的，那么将沿着“是”分支到达步骤830，在该步骤中数据包在输出缓冲器中存储。接下来，在步骤835中，过程返回到图6的步骤605。

如果对判决步骤825的查询结果是否定的，那么将沿着“否”分支到达步骤840，在该步骤中，确定输出缓冲器平均填充或者容量是否大于“不一致”数据包的最大门限。如果对判决步骤840的查询结果是肯定的，那么将沿着“是”分支到达步骤845，在该步骤中，数据包或数据包序列将被丢弃。在步骤850中，过程返回到图6的步骤605。

如果对判决步骤840的查询结果是否定的，那么将沿着“否”分支到达步骤855，在该步骤中，可以根据如上所述的随机加权提早丢弃(WRED)算法丢弃一个或者多个数据包。但是，步骤855的WRED算法使用与图7的步骤760中WRED算法的不同参数。不同存在于最大的丢弃概率值(P_max)和最小和最大门限值Th_min和Th_max。看图10来定义术语。如上所述，根据子过程680的步骤820，输出缓冲器平均填充或者容量通过既计算一致数据包又计算不一致数据包来计算。

另一方面，在图7步骤725中，输出缓冲器平均填充或者容量仅通过计算与特定用户的通信业务量预约带宽速率相匹配的一致数据包来计算的。另外的不同之处存在于分配给预约带宽内及预约带宽外业务量的门限值。预约带宽内业务量和预约带宽外业务量的门限值是不同的。

通过为最大丢弃概率使用不同的值，及为预约带宽内业务量和预约带宽外业务量调整门限值，特定的业务量等级可以被不同地加权。事实上，这样的特性可以让业务供应商分配业务优先级给其他类型的业务量。只要输出缓冲器的大小在所配置的门限之间，包丢弃的概率和业务供应商分配给它的最大的包丢弃概率直接成比例。如图9所示(和图10相比)，预约带宽外业务量门限值Th_min，Th_max，通常比预约带宽内业务量低，且其最大丢弃概率比预约带宽外业务量要高。

下行业务质量的应用策略

本发明允许业务供应商来定义有效的和灵活的业务质量管理规则。下面描述了实际上怎样使用那些规则。业务质量(QoS)策略的多个方面，包括，但不限于，划分优先级，映射主干网的优先级，及用户的带宽限制，可以在本发明中应用。

话音业务量

在许多环境中，某些业务量将赋予比其他业务量更高的优先级。例如IP承载的话音(Voice over IP)和IP承载的TDM数据包(TDMover IP)，如果给予比普通数据业务量高的优先级它们将获得很大益处。这两种业务量类型都是去往用户光接口(SOI)140，而不是去往附加到用户光接口的用户设备。

为了保证这个业务量可以接收到适合的优先级，它可以被分配到一个或者多个分类器。由于所有这样的数据包都典型自身包含SOI140作为IP和MAC目的地，一种方便的分类依赖于在目的MAC地址中的IEEE组织的唯一标记(OUI)。在示例性的实施例中，这三个字节可以是值00060D₁₆。

前面值中的下标16指示了这个数字在此进制(base)中的表示。相似的其他数字在2进制和10进制中表示，所以做了相似的指示来减少任何可能的混淆。本领域技术人员将会非常理解这些进制。可以认为下面所示的所有掩码和值是在16进制中表示的。因此分类器的掩码和值可以用如下值来设置

掩码1：FFFFFF0000000000000000000000

0000000000000000000000000000000000000000

000000000000

值1：00060D0000000000000000000000

0000000000000000000000000000000000000000

000000000000

本领域技术人员可以理解该掩码和值是与说明书表1的部分相一致的。每个符号表示了表1中相对应值的四个比特在16进制中的表示。因此，在掩码和值中的每个符号代表了表1中每一行从左至右所占空间的4个字节(32比特)中的4个比特。掩码的第一行表示了以太网包头(14字节，所以在掩码及值中是28个字符)。下一行再现了表1的20字节IP头，最后一行再现了部分UDP/TCP包头(6字节)。

当16进制的掩码的字符转换为二进制，二进制的1表示为将用值测试的比特位置，而二进制的0表示为不被检查的比特位置。当“值”的字符被转换为二进制，所有“有值”的比特位置，即掩码中所有二进制1所在的比特位置，通常必须和数据包头中相对应比特的相同，因此一个分类器将接收这个数据包。如果其中的一个或多个比特不相同，那么这个数据包不满足这样的类别划分，所有将被丢到下一个分类器。如果它不满足所有的分类器，它将被丢弃。这一操作可以由本领域技术人员理解。

单一的控制器564可以管理由掩码1和值1表示的业务量的带宽。这一点即使在多个用户都接收这种类型的业务量时也是成立的。

典型的住所调度(residential deployment)可以支持语音电话但不是在IP上承载的TDM。每个语音电话通常需要156.8kbit/s的带宽。(这一带宽是假设G.711编码和5ms的抽样间隔得到的。带宽包括RTP，UDP，IP，和MAC头及尾，但不包括前导码或者帧间隔。)

在这个例子中，假设控制器564需要考虑每16个用户中最多两个用户同时发生的通话，再加上其他到SOI140的业务量(如网络管理)。所需的总带宽约为6Mbit/s。

由于语音业务量是典型的恒定的比特速率，需要很小的突发能力。假设，最坏的情况，每个通话的抽样到达是连续的。每个数据包784比特，所以可能表示的突发包仅超过25k比特。将这一值翻倍，考虑到网络的管理和其他开销得到突发包的上限为50k比特。

这一业务量的控制器564，因此可以如下配置：

峰值速率1：9Mbit/s

预约带宽速率1：6Mbit/s

数据包极限1：50k比特

由于语音业务对时延特别敏感，应该将它分配到第一优先级输出缓冲器566中最高的输出缓冲器。

上面的峰值速率1和控制器564的第一级令牌桶有关。图6中步骤635的第一级令牌桶由于在这个速率上具有令牌而应被设置成为9Mbit/s。预约带宽速率1表示了第二级令牌桶(步骤640)，其中令牌桶以速率6Mbit/s被填充。突发包极限确定了多少数据可以一次通过，以及第二级令牌桶中令牌的数目。在这一例子中，第二级令牌桶可以保持令牌的最大数量表示50k比特的速率。

映射骨干网优先级

如果业务供应商使用，例如，差异业务码点(diffserv code points)来标记骨干网上高优先级的业务，相似的方法可以给光网络上的业务量划分优先次序。加速传递(EF)每一跳行为(PHB)，例如，使用不同业务码点值101110₂。分类器可以很容易发现识别这个业务量。

掩码2：000000000000000000000000FFFF

00FC000000000000000000000000000000000000

000000000000

值2：0000000000000000000000000800

00B8000000000000000000000000000000000000

000000000000

如此例，假设加速转发的业务量极限是1000Mbit/s，其通常的速率为100Mbit/s及突发包持续时间最大为1秒。

峰值速率2：1000Mbit/s

预约带宽速率2：100Mbit/s

突发包极限2：100Mbit

由于加速转发假定较高的优先级，这一业务量可能被分配到最高优先级输出缓冲器或者第一输出缓冲器566。(这一输出缓冲器可以与上述的话音和TDM业务中使用的相同。)

阻塞应用

业务供应商可能希望从他们的网络上完全阻塞的特殊的应用。实现该目的的一个方法是分配给那些应用零带宽。例如，考虑一个供应商希望禁止其网络上的Napster业务(数字音乐共享或者其他大文件的传送)。Napster业务通常使用端口7777₁₀，8875₁₀，和8888₁₀，所以从Napster业务中识别出其他所有业务需要三个分类器。需要说明，这些分类器，除了查找TCP端口号还可以保证数据报(包含在包中的数据)没有被分段，除了穿过它的前两个数据包中较长的数据报将被分段。本领域技术人员可以理解。

掩码3：000000000000000000000000FFFF

0F00000000001FFF00FF00000000000000000000

FFFF00000000

值3：0000000000000000000000000800

0500000000000000000600000000000000000000

1E6100000000

掩码4：000000000000000000000000FFFF

0F00000000001FFF00FF00000000000000000000

FFFF00000000

值4：0000000000000000000000000800

0500000000000000000600000000000000000000

22AB00000000

掩码5：000000000000000000000000FFFF

0F00000000001FFF00FF00000000000000000000

FFFF00000000

值5：0000000000000000000000000800

0500000000000000000600000000000000000000

22B800000000

所有这三个等级可以被分配到单一的控制器。需要说明的是，这是一个由三个分类器为一个单一的控制器564提供数据包的例子。带宽分配是直接的。

峰值速率3：0Mbit/s

预约带宽速率3：0Mbit/s

突发包极限3：0Mbit

为这一业务分配的优先级队列是不相关的。为了方便，可以给它分配最低的优先级队列或者第四优先级输出缓冲器572。

速率受限业务类型

本发明还可以限制特定业务量类型的带宽。例如，业务供应商希望限制穿过在同一逻辑通路的用户的多播流在200Mbit/s下。多播业务量具有IP目的地址，其前四个比特为1110₂，且实时流协议(作为Apple的QuickTime及Real Networks的RealVideo的基础使用)通常使用的目的端口为554。为了识别多播RTSP包，可以使用如下的示例性分类器配置：

掩码6：000000000000000000000000FFFF

0F00000000001FFF00FF000000000000F0000000

0000FFFF0000

值6：0000000000000000000000000800

05000000000000000011000000000000E0000000

0000022A0000

该业务速率管理者将配置成200Mbit/s且其突发极限为1.5秒。

峰值速率4：250Mbit/s(说明这一示例性峰值速率是任意的，因为速率超过200Mbit/s是不允许的。)

预约带宽速率4：200Mbit/s

突发极限4：300Mbit

流应用对于时延有点敏感，所以将这种业务量赋予第二高优先级或者分配给第二优先级输出缓冲器568是有一定好处的。

防止业务冲突拒绝

业务冲突拒绝的一种通常类型是依赖使用ICMP互联网控制消息协议请求(ICMP-用来进行互联网的内务管理)对受害者进行洪泛。由于合法使用ICMP诊断请求少量的带宽，限制ICMP业务量的速率可以防止基于ICMP的业务冲突拒绝。ICMP消息在IP头通常具有协议值1。

掩码7：000000000000000000000000FFFF

000000000000000000FF00000000000000000000

000000000000

值7：0000000000000000000000000800

0000000000000000000100000000000000000000

000000000000

峰值速率5：256Mbit/s

预约带宽速率5：256Mbit/s

突发包极限5：0bit

ICMP业务量即使被传递到最低优先级的队列，或者第四输出缓冲592也是安全的。

高级业务的优先级划分

与商业合作的业务供应商可能希望给关键的商业业务优先级，例如虚拟专网(VPN)。本发明使得为这样的业务进行标记和划分优先级变得更加容易。例如，两种普通的和传统的VPN协议是微软的PPTP和标准L2TP。这两种协议都可以简单分类。PPTP业务典型使用TCP端口1723或者普通路由封装(IP协议47)。L2TP业务典型为关键交换使用UDP端口500及为用户业务使用UDP端口1701。下面是标识这种业务的4个分类器的示例性掩码和校验值。

掩码8：000000000000000000000000FFFF

0F00000000001FFF00FF00000000000000000000

FFFF00000000

值8：0000000000000000000000000800

0500000000000000000100000000000000000000

06BB00000000

掩码9：000000000000000000000000FFFF

000000000000000000FF00000000000000000000

000000000000

值9：0000000000000000000000000800

0000000000000000002F00000000000000000000

000000000000

掩码10：000000000000000000000000FFFF

0F00000000001FFF00FF00000000000000000000

FFFF00000000

值10：0000000000000000000000000800

0500000000000000001100000000000000000000

01F400000000

掩码11：000000000000000000000000FFFF

0F00000000001FFF00FF00000000000000000000

FFFF00000000

值11：0000000000000000000000000800

0500000000000000001100000000000000000000

06A500000000

每一用户的峰值和预约带宽速率可以根据业务等级协议分配。

用户带宽分配

本发明的一个关键特征就是可以对分配到每个用户的带宽进行详细的管理。本发明系统在此方面提供的灵活性几乎是没有限制的；下面仅仅展示了一个代表性的例子。

在这个示例性实施例中，业务供应商可以定义互联网接入的三种业务等级——高级，标准，入口级。入口级业务可以粗略的与现有的电缆调制解调器和数字用户环路(DSL)业务相比。它可以提供1Mbit/s的带宽及尽量最好的传递。标准级的业务可以提供与以太网相同的性能：10Mbit/s带宽及尽量最好的传递。高级业务可以加倍带宽到20Mbit/s及提供优先级传递。高级业务可以将优先级划分到标准和入口级业务之前。

通过这样业务的定义，QoS的配置将会变得直接。业务量分类可以映射到每个用户的目的IP子网。例如，假设为16个用户的每一个分配28比特从10.0.0.0范围的子网。(用户1是10.0.0.0/28，用户2是10.0.0.16/28，继续一直到10.0.0.240/28。/28表示仅代表地址的前28位。)为了区别16个用户需要16个分类器：

掩码12：000000000000000000000000FFFF

00000000000000000000000000000000FFFFFFF0

000000000000

值12：0000000000000000000000000800

000000000000000000000000000000000A000000

000000000000

掩码13：000000000000000000000000FFFF

00000000000000000000000000000000FFFFFFF0

000000000000

值13：0000000000000000000000000800

000000000000000000000000000000000A000010

000000000000

掩码26：000000000000000000000000FFFF

00000000000000000000000000000000FFFFFFF0

000000000000

值26：0000000000000000000000000800

000000000000000000000000000000000A0000E0

000000000000

掩码27：000000000000000000000000FFFF

00000000000000000000000000000000FFFFFFF0

000000000000

值27：0000000000000000000000000800

000000000000000000000000000000000A0000F0

000000000000

对于每个用户，可以根据所接收的业务定义速率管理者。在本例中，高级用户可以突发到他们正常速率的150％，而其他用户限制在他们正常速率范围内。

峰值速率“高级”：30Mbit/s

预约带宽速率“高级”：20Mbit/s

突发包极限“高级”：30Mbit

峰值速率“标准”：10Mbit/s

预约带宽速率“标准”：10Mbit/s

突发包极限“标准”：15Mbit

峰值速率“值”：1Mbit/s

预约带宽速率“值”：1Mbit/s

突发包极限“值”：1.5Mbit

高级用户可以将其业务分配到第三高优先级队列或者第三组输出缓冲器570，而标准和值用户可以分配到最低优先级护着第四优先级输出缓冲器572。

骨干网集成

当业务质量(QoS)可以跨越整个网络全局管理的时候，它是最为有利的，且本发明为全局QoS跨越整个骨干网的管理提供了不平行的机会。集成的基础是IP的差异业务(diffserv)体系结构。

差异业务的应用支持

SOI140可以支持两个应用，它们可以从对业务质量的支持中明显受益：IP上承载的话音和IP上承载的T1/E1。在这两种情况下，业务供应商可以配置所述应用，用特定的差异业务码点来标记它的数据包。这些设置允许应用受益于加速转发，保证转发或者受益于本发明在整个IP网络上的等级选择并划分其优先级。另外，SOI的VoIP实现支持在连续通话基础上媒体网关控制器的命令的DSCP值的设置。这一特性允许，例如，给特殊的通话以特殊的优先级(例如E911业务)。

创建业务等级协议

收发器节点(TN)120为与用户管理业务等级协议(SLA)提供了广泛的支持。虽然TN120在整个的协议中必须仅是一个部件，就像接入网络，但是它是决定性的。下面检验了TN怎样为SLA作贡献及上面的学说怎样通过它所谓的业务质量(QoS)和功能性管理支持SLA。

SLA的要素

典型的业务等级协议在如ATM或者帧中继的专网技术中更加普遍。但是TN120的QoS管理的力度及灵活性，使与上面相同的观念延伸到IP接入网中。常规ATM或者帧中继SLA的一部分观念同样是TN管理SLA的一部分。

在此使用的定义：

·峰值速率。网络从用户接收的业务量突发包的最大速率，用比特每秒表示。网络将丢弃超过峰值速率的业务量。

·保持速率。网络提供给用户的最小吞吐量，用比特每秒表示。

·突发包大小。在用户的峰值速率下，网络无间断接收业务量的多少，用比特描述。

·最大延时。用户业务量在网络上传播时所经历的最大延时。

·丢失率。和峰值速率，保持速率，及突发包大小相一致的业务量而可能被网络丢弃的百分比。

当然，业务供应商在其业务等级协议中可以包括其他要素。收发器节点120提供丰富的特性，这样业务供应商可以定位增值业务。收发器节点120支持如下的业务：

·应用的等级划分。将关键的网络应用以优先级(例如虚拟专网业务)。

·增强的统计。提供业务量详细业务量情况和统计数据来帮助网络用户扩充计划。

·有源监控。连续监控用户业务量来提早发现网络应用的故障(如，网络服务器故障)。

·网络安全。为用户提供业务量加密。

说明书的这一部分关注常规的SLA性能标准。它检查激光收发器节点120怎样为网络的性能作贡献，及怎样提供下行数据的QoS管理来实现SLA要求。下面的表格列出了说明书这一部分吞吐量计算公式中关键的参数和值。

固有的链路特性

C	链路容量(500Mbit/s)
C	链路容量(500Mbit/s)	τ	超帧周期(8ms)

严格的SLA和超额认购

由于商业要求在各业务供应商和各用户中是不同的，所以收发器节点120允许供应商在执行SLA性能标准时具有明显的灵活性。某些调度可以要求打不破的业务等级协议；那些环境要求保守的物资供应策略。保守的物资供应可以提供非常紧密的性能保证，但是通常的结果是较低的全网络应用，和最终较大的资金花费。

在其他的调度(例如，住宅的互联网接入)中，SLA不是普通的且也不是可以预计的。在其他环境中更加激进的物资供应策略将会生效。总体上说，当网络的物资供应很激进时，有意义的SLA通常不是可执行的；但是，合成的网络可以在更高的网络应用中操作。

说明书的这一部分考虑了严格的SLA和稍稍缓和的SLA。缓和的SLA允许了网络资源的谨慎的超额认购量；作为交换，业务供应商不能给网络所有方面性能提供严格的保证。典型的超额认购说明业务供应商承诺比交付者技术容量稍微更多的带宽。由于多数的用户通常并不连续利用他们所有承诺或保证的带宽，保证中没有使用的部分可以暂时分配给其他用户。

下行性能

收发器节点120的灵活性为控制下行性能提供了广泛的灵活性，且下行链路的供给提供许多不同的方法。这一部分考虑到环境的典型配置，其中业务等级协议更加普通——商业的互联网接入。为了聚焦关键参数，这一论述做了几个简化的假设(但不是不切实际的)。

·互联网数据业务在分类中与其他应用分离。即为如VoIP和T1/E1 over IP的特定的应用使用独立的分类器。

·每个用户数据的业务被独立的分类和控制。这一假设要求一个分类器和一个控制器将致力于一个通道上的每16个用户。

·所有恒定比特速率(CBR)业务(例如，IP上的语音，T1/E1)仅由保持速率和突发包大小控制；峰值速率在这一业务中没有使用。(非数据业务的控制器设置预约带宽外业务的WRED参数来丢弃所有预约带宽外数据包；设置最小和最大门限为0来实现这一动作。)

·数据业务并不是时间为关键性的(网上冲浪，文件下载，等)被分配到最低优先级的输出缓冲器。

·16个用户数据业务的所有控制器具有相同的预约带宽内业务的WRED参数，对预约带宽外业务具有不同的最大丢弃概率。

推荐的WRED参数值包括如下的(定义见图9和10)：

·预约带宽内最小门限，Th_min，50000字节

·预约带宽内最大门限，Th_max，150000字节

·预约带宽内最大丢弃概率，P_max，26(根据25/256的概率)

·预约带宽外最小门限，Th_min/our，10000字节

·预约带宽外最大门限，Th_max/our，30000字节

通过以上这些假设，如下参数可以表示下行通信性能的特征。

下行通道特性

C_D	下行链路容量；为所有恒定比特速率业务少于保持速率的物理链路容量
C_D	下行链路容量；为所有恒定比特速率业务少于保持速率的物理链路容量	H_D	非数据控制器的突发包大小的和

下行配置参数(每个用户)

B_D	下行突发包大小(比特)
B_D	下行突发包大小(比特)	P_D	下行峰值速率(比特/秒)
R_D	下行保持速率(比特/秒)	P_D	下行峰值速率(比特/秒)
R_D	下行保持速率(比特/秒)	W_D	下行最大丢弃概率(无单位)

严格的SLA和温和的SLA都是可能的。严格的SLA要求配置符合下列的约束。

·所有用户的峰值速率的和必须小于链路容量。[∑P_D＜C_D]

通过这个约束SLA参数可以简单的从配置值中得出。

SLA规则	TN配置参赛
SLA规则	TN配置参赛	峰值发送速率	与下行峰值速率相等[＝P_D]
保持发送速率	与下行保持速率相等[＝R_D]	峰值发送速率	与下行峰值速率相等[＝P_D]
保持发送速率	与下行保持速率相等[＝R_D]	发送突发包大小	与下行突发包大小[＝B_D]
TN下行延时	不会大于等待非数据业务的时间加上发送预约带宽外业务的最大门限数据的时间[＝H_D/C+Th_max/our/C_D]	发送突发包大小	与下行突发包大小[＝B_D]
TN下行延时	不会大于等待非数据业务的时间加上发送预约带宽外业务的最大门限数据的时间[＝H_D/C+Th_max/our/C_D]	TN下行丢失率	0

温和的SLA的要求少于严格的配置约束，就是如下约束的。

·所有用户的保持速率之和必须小于链路容量。[∑R_D＜C_D]在温和的情况下，封闭的SLA参数的公式形式并不可能。

下面的规则为这些参数提供了相似的绑定。

SLA规则	TN配置参数
SLA规则	TN配置参数	峰值发送速率	或者下行峰值速率或者至少加权共享过度链路容量(超过所有TN下行保持速率的容量，无论哪个小一点)[＞＝min(P_D，R_D+(C_D-∑R_D)B_DW_D/∑(B_D*W_D))]
保持发送速率	与下行保持速率相等[＝R_D]	峰值发送速率

发送突发包大小	与下行突发包大小[＝B_D]
发送突发包大小	与下行突发包大小[＝B_D]	TN下行延时	不会大于等待非数据业务的时间加上发送预约带宽外业务的最大门限数据的时间[＝H_D/C+Th_max/our/C_D]
TN下行丢失率	0	TN下行延时	不会大于等待非数据业务的时间加上发送预约带宽外业务的最大门限数据的时间[＝H_D/C+Th_max/our/C_D]

可以理解前述的关联仅仅是表示了本发明的实施例，在此可以作多种修改而不会背离由权利要求所定义的本发明的保护范围和精神。

Claims

1.光网络系统，包括：

光抽头路由设备；

多个光抽头多路复用器，用来从光抽头路由设备接收下行数据包，光抽头路由设备确定哪个下行数据包发送到各个多路复用器，每个光抽头多路复用器包括：

多个分类器，用来确定下行数据包中包含的信息的类型及将下行数据包分配到特定的控制器，及

多个控制器，用来根据比较由网络供应商分配给每个控制器的参数和下行数据包来控制带宽。

2.如权利要求1所述的光网络系统，其中分配给每个控制器的参数包含至少一个峰值速率、突发包大小以及保持速率。

3.如权利要求1所述的光网络系统，其中每个控制器通过给数据包分配随机加权提早丢弃值来控制带宽。

4.如权利要求1所述的光网络系统，其中每个光抽头多路复用器还包含多个输出缓冲器，用来存储至少一个从各个控制器接收的下行数据包。

5.如权利要求1所述的光网络系统，进一步包括多个输出缓冲器，每个输出缓冲器具有所分配的优先级值，它与输出缓冲器的空队列相关联。

6.如权利要求3所述的光网络系统，其中每个输出缓冲器使用随机提早丢弃函数来评估数据包，随机提早丢弃函数利用了随机加权提早丢弃值。

7.如权利要求6所述的光网络系统，其中随机加权提早丢弃值包含最大丢弃概率值。

8.如权利要求7所述的光网络系统，进一步包括多个输出缓冲器，每个输出缓冲器在其平均容量在最大和最小门限之间的情况下，对数据包执行随机提早丢弃函数，其中随机提早丢弃函数利最大丢弃概率值。

9.如权利要求1所述的光网络系统，其中分配给控制器的参数与用户预约的带宽相关。

10.如权利要求9所述的光网络系统，其中带宽的预约将测量由用户接收的预先确定数据量，用比特每秒表示。

11.如权利要求1所述的光网络系统，其中分类器之一为每个下行数据包评估一个差异业务码点值(DSCP)。

12.如权利要求1所述的光网络系统，其中每个分类器和每个控制器包含现场可编程逻辑器件(FPGA)和专用集成电路(ASIC)之一。

13.处理光网络下行数据包的方法，包括以下步骤：

通过评估数据包的包头对下行数据包进行分类；

确定下行数据包是否适合至少一个速率或者大小的参数；

通过确定下行数据包是否符合速率和大小的参数之一来分配给下行数据包两个优先级值之一；及

根据利用了随机加权提早丢弃值的随机提早丢弃函数确定是否要在多个缓冲器之一存储下行数据包。

14.如权利要求13所述的方法，其中确定下行数据包是否符合速率和大小的参数之一的步骤还包含以下步骤：

确定下行数据包是否超过保持速率；

及确定下行数据包是否超过突发包大小。

15.如权利要求14所述的方法，其中确定下行数据包是否超过保持速率的步骤还包含执行令牌桶算法测量保持速率的步骤。

16.如权利要求13所述的方法，进一步包含了以下步骤：

确定下行数据包是否超过峰值速率；并且

如果下行数据包超过了峰值速率就丢弃该下行数据包。

17.如权利要求16所述的方法，其中确定下行数据包是否超过峰值速率的步骤还包含执行令牌桶算法测量峰值速率的步骤。

18.如权利要求13所述的方法，其中分配给下行数据包两个优先级值之一的步骤包含为下行数据包分配最大丢弃概率值的步骤。

19.如权利要求18所述的方法，其中为下行数据包分配最大丢弃概率值的步骤还包含根据确定数据包是否符合保持速率来为下行数据包分配最大丢弃概率值的步骤。

20.如权利要求19所述的方法，其中通信业务量的预约带宽包含保证一个等级或一组等级的用户接收的最小带宽或者用户在一定时间周期内可以使用的最大带宽。

21.如权利要求13所述的方法，进一步包含了按照预先确定的顺序从多个输出缓冲器中删除一个或者多个数据包的步骤，这一顺序和分配给每个缓冲器而相对于其他缓冲器的优先级有关。

22.如权利要求13所述的方法，进一步包含了执行随机提早丢弃函数的步骤，该函数在输出缓冲器的平均容量在最大和最小门限之间时评估下行数据包的参数，并为下行数据包定义了丢弃概率值。

23.如权利要求13所述的方法，其中分类的步骤进一步包含了评估数据包差异业务码点(DSCP)值的步骤。

24.如权利要求13所述的方法，进一步包含了如下步骤：

使用分类器对下行信号进行分类；

及将下行信号映射到与分类器相关联的控制器。

25.网络控制器系统，包括：

光网络，它包括：

产生下行数据包的数据服务集线器；

连接到数据业务节点的收发器节点，位于数据服务集线器的输出路径上，用于接收和处理下行数据包，收发器节点进一步包括：

多个分类器，用于确定包含在下行数据包内信息的类型，以及

多个控制器，用来通过丢弃数据包或者为下行数据包分配两个优先级值之一来控制带宽；

光抽头；以及

耦合到光抽头的用户光接口。

26.如权利要求25所述的网络控制器系统，进一步包含多个和所分配优先级相关的缓冲器，用于执行随机加权提早丢弃函数。

27.如权利要求25所述的网络控制器系统，其中收发器节点进一步包含光抽头路由设备，用于传送下行数据包到分类器。

28.如权利要求25所述的网络控制器系统，其中优先级值包含随机加权提早丢弃值。

29.如权利要求28所述的网络控制器系统，其中随机加权提早丢弃值包含最大丢弃概率值。

30.控制离开网络的下行数据包的方法，包含以下步骤：

在网络的出口路径处定位多个分类器和控制器；

如果下行数据包超过峰值速率，就由控制器将其丢弃；

由控制器将至少两个优先级值中的一个分配给每个下行数据包；及

通过评估优先级的值在出口路径处控制从网络输出的下行数据包。

31.如权利要求30所述的方法，其中将至少两个优先级值之一分配给每个下行数据包的步骤还包含以下步骤：

确定下行数据包是否符合保持速率；以及

确定下行数据包是否符合突发包的大小。

32.如权利要求30所述的方法，其中控制离开网络的下行数据包的步骤包含根据利用了随机加权提早丢弃值的随机提早丢弃函数来确定是否允许下行数据包到多个缓冲器之一。

33.如权利要求30所述的方法，其中将至少两个优先级值之一分配给每个下行数据包的步骤包含将最大丢弃概率值分配给每个下行数据包的步骤。