CN101471851B - 包交换网络中从设备向主设备注册的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种包交换网络中从设备向主设备注册的方法，不但在发送注册请求时，在一个注册窗口里进行后退；而且在产生注册冲突时，会随机后退多个注册窗口，注册窗口后退的取值范围随冲突次数的增加而指数增加，作为算法的一种改进，可以限定注册窗口后退取值范围的上限，避免多次注册冲突后从设备后退时间过长的问题。本发明的包交换网络中从设备向主设备注册的方法，能在上行带宽较小且从设备数量很多的情况下，降低冲突概率和提高注册效率，降低对主设备分配注册窗口的大小和频率的要求。
Description
技术领域
本发明属于包交换网络技术领域，特别涉及一种包交换网络中从设备向主设备注册的方法。
背景技术
在一些包交换网络中，主设备向从设备发送数据包的方向为下行方向；从设备向主设备发送数据包的方向为上行方向。主设备采用TDM方式控制管理多个从设备到主设备的上行通信。从设备在可以发送或接收数据之前，需先向主设备进行注册。
为了能让新激活的从设备能够发送注册请求，主设备需不时地分配上行注册窗口，所有新激活的从设备可以在注册窗口中发送注册请求。由于注册窗口是共享的，因此有可能多个注册请求相互重叠产生冲突，主设备将无法识别从设备的注册请求，从而造成注册失败。系统需提供某种机制，使得从设备发送的注册请求有机会正确地到达主设备。
注册窗口占用的是系统的上行带宽，且这部分资源只能用于新激活的从设备发送注册请求。因此从带宽利用率角度来看，注册窗口所占带宽资源应越少越好。
在以太网无源光网络(EPON)中，新激活的光网络单元(ONU)必须先向光线路终端(OLT)注册成功后，OLT才会为ONU分配上行时间片。OLT定期分配注册窗口，新激活ONU可在注册窗口中发送注册请求，为避免冲突，每个ONU随机推迟一段时间后发送注册请求。
EPON的随机时延后退注册算法有以下缺点：
当出现注册冲突后，ONU会在下一个收到的注册窗口中，随机推迟一段时间后继续发送注册请求。这样的结果是，上次发生注册冲突的所有ONU，会在同一个注册窗口中继续相互竞争，增大了冲突概率。
OLT可适当加大注册窗口，或增加发送注册窗口的频率，以解决大量ONU同时注册所造成的注册时间过长的问题。由于EPON的带宽较高(1Gbps上行速率)，且一个OLT一般下连32～64个ONU。注册窗口所占用的带宽相比于上行总带宽而言，其比例还较容易接受。但是对于上行带宽较小的网络，且一个主设备下连从设备数量很多，主设备如果加大注册窗口的频率，和/或加大注册窗口的大小，注册窗口会占用比较多的上行带宽资源，从而降低系统上行可用带宽的利用率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种包交换网络中从设备向主设备注册的方法，能在上行带宽较小且从设备数量很多的情况下，降低冲突概率和提高注册效率，降低对主设备分配注册窗口的大小和频率的要求。
为解决上述技术问题，本发明的包交换网络中从设备向主设备注册的方法，包括以下步骤：
(1)定义整数X为连续注册冲突次数，初始值为0；
(2)主设备定期或不定期地分配注册窗口，并且注册窗口的相关信息通告给所有从设备；
(3)从设备根据注册窗口的大小和发送注册请求所需的时间，计算出最大后退时间D；
(4)从设备在接收到的第一个注册窗口中发送注册请求，从设备在[0，D]范围内产生一个数A，选择在第一个注册窗口开始时刻经过A之后的时刻开始发送注册请求；
(5)若发生注册冲突，进行步骤(6)；若不发生注册冲突，进行步骤(10)；
(6)X＝X+1；
(7)从设备在[0，2X]范围内产生一个随机整数B；
(8)从设备在后续收到的B个注册窗口中不发送注册请求，等待B个注册窗口后，从设备在收到的随后一个注册窗口中发送注册请求，从设备在[0，D]内产生一个数C，从设备选择在该注册窗口开始时刻经过C之后的时刻开始发送注册请求；
(9)若发生注册冲突，进行步骤(6)；若不发生注册冲突，进行步骤(10)；
(10)从设备注册请求发送到主设备，从设备向主设备注册结束。
数A、C可以为从设备在[0，D]范围内随机产生。
为解决上述技术问题，本发明的包交换网络中从设备向主设备注册的方法，可以包括以下步骤：
(1)定义整数X为连续注册冲突次数，初始值为0；
(2)主设备定期或不定期分配注册窗口并将注册窗口的信息告知从设备，注册窗口包含N个子注册窗口，子注册窗口按照时间顺序从1依次排序，子注册窗口的大小保证在包交换网络系统允许的距离范围内任何一个从设备可以完整发送一个注册请求；
(3)从设备在接收到的第一个注册窗口中发送注册请求，产生一个不大于N的随机正整数A，选择在第一个注册窗口的序号为A的子注册窗口的起始时刻发送注册请求；
(4)如不发生注册冲突，进行步骤(9)，若发生注册冲突，进行步骤(5)；
(5)X＝X+1；
(6)从设备在[0，2X]范围内产生一个随机整数B；
(7)从设备在后续收到的B个注册窗口中不发送注册请求，等待B个注册窗口后，在收到的随后一个注册窗口中发送注册请求，从设备产生一个不大于N的随机正整数C，在该注册窗口的序号为C的子注册窗口的起始时刻发送注册请求；
(8)如不发生注册冲突，进行步骤(9)，若再次有注册冲突，跳至步骤(5)；
(9)若未发生注册冲突，从设备注册请求发送到主设备，从设备向主设备注册结束。
本发明的包交换网络中从设备向主设备注册的方法不但在发送注册请求时，在一个注册窗口里进行随机后退，而且在产生注册冲突时，会随机后退多个注册窗口，注册窗口后退的取值范围随冲突次数的增加而指数增加，作为算法的一种改进，可以限定注册窗口后退取值范围的上限，避免多次注册冲突后从设备后退时间过长的问题。本方法从注册窗口内部来看，采用了随机后退发送注册请求的方式；在注册窗口来看，采用了注册窗口随机后退的方式，从两个层面上降低了注册冲突概率，因而称之为二维退避注册算法。可应用在主设备下连从设备数量很多，而且链路带宽较低的系统中，通过两个层面的后退发送注册请求，降低了注册冲突，提高了系统带宽利用率和缩减注册时间。
附图说明
下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明的包交换网络中从设备向主设备注册的方法一实施方式流程图；
图2是本发明的包交换网络中从设备向主设备注册的方法一实施例注册窗口示意图。
具体实施方式
本发明的包交换网络中从设备向主设备注册的方法一实施方式如图1所示，包括以下步骤：
1.定义正整数M，为连续注册次数上限，系统可配置；定义整数X，为连续注册冲突次数，初始值为0；
2.定义D，表示从设备在注册窗口中的最大随机后退时间。从设备可基于注册窗口的大小和发送注册请求所需的时间，推算出D，注册窗口大小为W，发送一个完整的注册请求所需时间为V，注册请求所需时间V包括了主设备接收端用于同步的时间，则D＝W-V；
3.主设备不时地(定期或不定期)分配注册窗口，并将注册窗口相关信息(如注册窗口的起始时刻、注册窗口的大小)通告给所有从设备；
4.从设备在接收到的第一个注册窗口中发送注册请求，从设备在[0，D](闭区间，包括0和D)范围内产生一个随机数A，选择在注册窗口开始时刻经过A之后的时刻开始发送注册请求；
5.如不发生注册冲突，进行步骤9，若发生注册冲突，先进行如下计算：
若X＞＝M，则X＝M；
若X＜M，则X＝X+1；
6.从设备在[0，2X](闭区间，包括0和2X)范围内产生一个随机整数B，该随机整数B标识了从设备需要后退的注册窗口的数量；
7.从设备在后续收到的B个注册窗口中不发送注册请求，等待B个注册窗口后，从设备在收到的随后一个注册窗口中发送注册请求，从设备在[0，D]内产生一个随机数C，从设备选择在该注册窗口开始时刻经过C之后的时刻开始发送注册请求；
8.如不发生注册冲突，进行步骤9，若再次有注册冲突，跳至步骤5；
9.若未发生注册冲突，从设备注册请求发送到主设备，从设备向主设备注册结束。
下面以基于同轴电缆传输以太网帧的EOC网络(EOC，Ethernet over Cable)为例。
实施例1，在EOC网络中，一个局端设备通过同轴电缆与多个用户端设备相连，EOC网络采用TDM方式控制多个用户端设备到局端设备的上行通信，新激活的用户端设备需进行注册，局端设备负责分配每个注册过用户端设备的上行时间片。为让新激活的用户端设备发送注册请求，局端设备周期性或非周期性发送注册窗口，并将注册窗口的相关信息广播给所有用户端设备。
新激活的用户端设备的注册步骤如下：
1.连续注册次数上限定义正整数M，连续注册冲突数X设置为0；
2.用户端设备根据注册窗口的大小和发送注册请求所需的时间，计算出最大随机后退时间为D；
3.用户端设备在接收到的第一个注册窗口中发送注册请求，用户端设备在[0，D]范围内产生一个随机数A，选择在注册窗口开始时刻经过A之后的时刻开始发送注册请求；
4.若发现注册冲突，进行步骤5；若不存在注册冲突，用户端设备注册请求发送到局端设备，用户端设备向局端设备注册结束；
5.若X＜M，X＝X+1；若X＞＝M，X＝M；
6.用户端设备在[0，2X]内产生一个随机整数B；
7.用户端设备在后续接收到的B个注册窗口中保持静默，不发送注册请求；
8.在等待B个注册窗口后，用户端设备在收到的随后一个注册窗口中可以发送注册请求。用户端设备在[0，D]内产生一个随机整数C，选择在注册窗口开始时刻经过C之后的时刻开始发送注册请求；
9.若发现注册冲突，进行步骤5；若不存在注册冲突，用户端设备注册请求发送到局端设备，用户端设备向局端设备注册结束。
实施例2，在EOC网络中，一个局端设备通过同轴电缆与多个用户端设备相连，EOC网络采用TDM方式控制多个用户端设备到局端设备的上行通信，新激活的用户端设备需进行注册，局端设备负责分配每个注册过用户端设备的上行时间片。为让新激活的用户端设备发送注册请求，局端设备周期性或非周期性发送注册窗口，并将注册窗口的相关信息广播给所有用户端设备。
注册窗口如图2所示，包含N(N为正整数)个子注册窗口，子注册窗口按照时间顺序从1依次排序，子注册窗口的大小保证在包交换网络系统允许的距离范围内任何一个从设备可以完整发送一个注册请求；主设备并将注册窗口的相关信息(如注册窗口的起始时刻、注册窗口的大小、子注册窗口的数量、子注册窗口的序号、子注册窗口的大小、子注册窗口的起始时刻、子注册窗口的结束时刻等信息)广播给所有用户端设备。
EOC系统中定义用户端设备到局端设备的往返时延为RTT，RTT的波动范围为+/-T；离局端设备最近合法距离的用户端设备的RTT为MinRTT；定义离局端设备最远合法距离的用户端设备的RTT为MaxRTT，完整发送一个注册请求的时间为V(完整发送一个注册请求所需的时间V中包括了主设备接收端用于同步的时间)，每个子注册窗口的长度不小于V+MaxRTT-MinRTT+2*T。用户端设备选择在某个子注册窗口发送注册请求时，应在该子注册窗口的起始时刻开始发送注册请求。
新激活的用户端设备的注册步骤如下：
1.连续注册次数上限定义正整数M，连续注册冲突数X设置为0；
2.用户端设备在接收到的第一个注册窗口中发送注册请求，用户端设备产生一个不大于N的随机正整数A，用户端设备选择在第A个子注册窗口中发送注册请求；
3.若不存在注册冲突，用户端设备注册请求发送到局端设备，用户端设备向局端设备注册结束；
4.若发现注册冲突，
a)若X＜M，X＝X+1；
b)若X＞＝M，X＝M；
5.用户端设备在[0，2X]内产生一个随机整数B；
6.用户端设备在后续接收到的B个注册窗口中保持静默，不发送注册请求；
7.在等待B个注册窗口后，用户端设备在收到的随后一个注册窗口中可以发送注册请求。用户端设备产生一个不大于N的随机正整数C，用户端设备选择在第C个子注册窗口中发送注册请求；
8.若不存在注册冲突，从设备注册请求发送到局端设备，用户端设备向局端设备注册结束；
9.若再次有注册冲突，跳至步骤4。
本实施例2，在注册窗口中包含多个子注册窗口，从设备随机选择注册窗口中包含的多个子注册窗口中的一个，在该子注册窗口的起始时刻开始发送注册请求，从而实现在根据注册窗口的大小和发送注册请求所需的时间计算出的最大随机后退时间内发送注册请求。
本发明的包交换网络中从设备向主设备注册的方法不关注如何发现注册冲突的具体方式，可能是物理层发现冲突后报告给从设备的注册过程，可能是从设备的注册过程发现注册超时，或是其它实现方式；不关注从设备如何产生随机数的机制。本算法不但在发送注册请求时，在一个注册窗口里进行随机后退；而且在产生注册冲突时，会随机后退多个注册窗口。注册窗口后退的取值范围随冲突次数的增加而指数增加。
作为算法的一种改进，可以限定注册窗口后退取值范围的上限，避免多次注册冲突后从设备后退时间过长的问题。
本算法从注册窗口内部来看，采用了随机后退发送注册请求的方式；在注册窗口来看，采用了注册窗口随机后退的方式，从两个层面上降低了注册冲突概率，因而称之为二维退避注册算法。可应用在主设备下连从设备数量很多，而且链路带宽较低的系统中，通过两个层面的随机后退发送注册请求，可降低注册冲突，提高系统带宽利用率和缩减注册时间。
Claims (9)
1.一种包交换网络中从设备向主设备注册的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)定义整数X为连续注册冲突次数，初始值为0；
(2)主设备定期或不定期地分配注册窗口，并且注册窗口的相关信息通告给所有从设备；
(3)从设备根据注册窗口的大小和发送注册请求所需的时间，计算出最大后退时间D；
(4)从设备在接收到的第一个注册窗口中发送注册请求，从设备在[0，D]范围内产生一个数A，选择在第一个注册窗口开始时刻经过A之后的时刻开始发送注册请求；
(5)若发生注册冲突，进行步骤(6)；若不发生注册冲突，进行步骤(10)；
(6)X＝X+1；
(7)从设备在[0，2X]范围内产生一个随机整数B；
(8)从设备在后续收到的B个注册窗口中不发送注册请求，等待B个注册窗口后，从设备在收到的随后一个注册窗口中发送注册请求，从设备在[0，D]内产生一个数C，从设备选择在该注册窗口开始时刻经过C之后的时刻开始发送注册请求；
(9)若发生注册冲突，进行步骤(6)；若不发生注册冲突，进行步骤(10)；
(10)从设备注册请求发送到主设备，从设备向主设备注册结束。
2.根据权利要求1所述的包交换网络中从设备向主设备注册的方法，其特征在于，还定义正整数M为连续注册次数上限，步骤(6)为：若X＞＝M，则X＝M；若X＜M，则X＝X+1。
3.根据权利要求1或2所述的包交换网络中从设备向主设备注册的方法，其特征在于，数A、C为从设备在[0，D]范围内随机产生。
4.根据权利要求1或2所述的包交换网络中从设备向主设备注册的方法，其特征在于，注册窗口大小为W，发送一个完整的注册请求所需时间为V，则D＝W-V。
5.根据权利要求4所述的包交换网络中从设备向主设备注册的方法，其特征在于，从设备完整发送一个注册请求所需的时间中包括了主设备接收端用于同步的时间。
6.一种包交换网络中从设备向主设备注册的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)定义整数X为连续注册冲突次数，初始值为0；
(2)主设备定期或不定期分配注册窗口并将注册窗口的信息告知从设备，注册窗口包含N个子注册窗口，子注册窗口按照时间顺序从1依次排序，子注册窗口的大小保证在包交换网络系统允许的距离范围内任何一个从设备可以完整发送一个注册请求；
(3)从设备在接收到的第一个注册窗口中发送注册请求，产生一个不大于N的随机正整数A，选择在第一个注册窗口的序号为A的子注册窗口的起始时刻发送注册请求；
(4)如不发生注册冲突，进行步骤(9)，若发生注册冲突，进行步骤(5)；
(5)X＝X+1；
(6)从设备在[0，2X]范围内产生一个随机整数B；
(7)从设备在后续收到的B个注册窗口中不发送注册请求，等待B个注册窗口后，在收到的随后一个注册窗口中发送注册请求，从设备产生一个不大于N的随机正整数C，在该注册窗口的序号为C的子注册窗口的起始时刻发送注册请求；
(8)如不发生注册冲突，进行步骤(9)，若再次有注册冲突，跳至步骤(5)；
(9)若未发生注册冲突，从设备注册请求发送到主设备，从设备向主设备注册结束。
7.根据权利要求6所述的包交换网络中从设备向主设备注册的方法，其特征在于，还定义正整数M为连续注册次数上限，步骤(5)为：若X＞＝M，则X＝M；若X＜M，则X＝X+1。
8.根据权利要求6或7所述的包交换网络中从设备向主设备注册的方法，其特征在于，每个子注册窗口的大小无需是一样的。
9.根据权利要求6或7所述的包交换网络中从设备向主设备注册的方法，其特征在于，定义从设备到主设备的往返时延的波动范围为+/-T，主设备最近合法距离的从设备到主设备的往返时延为MinRTT；主设备最远合法距离的从设备到主设备的往返时延为MaxRTT，从设备完整发送一个注册请求的时间为V，每个子注册窗口的长度不小于V+MaxRTT-MinRTT+2*T。
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