CN102474356B

CN102474356B - 调度具有调谐时间不同的可调谐激光器的波分复用无源光网络

Info

Publication number: CN102474356B
Application number: CN201080035631.7A
Authority: CN
Inventors: 尼尔万·安萨里; 张晶晶
Original assignee: New Jersey Institute of Technology
Current assignee: New Jersey Institute of Technology
Priority date: 2009-08-13
Filing date: 2010-08-13
Publication date: 2014-12-03
Anticipated expiration: 2030-08-13
Also published as: CN102474356A; US8521025B2; US20110211834A1; KR20120043107A; WO2011019992A1; KR101358795B1

Abstract

总体上描述了用于在波分复用(WDM)无源光网络(PON)中的网络流量调度的技术。通过将调度映射成多处理器调度问题来实现使用可调谐激光器作为光发生器的混合WDM/TDM PON中的动态波长指派和时间分配，其中波长通道作为机器，ONU请求作为任务。波长可以被视为并行的相同机器。当考虑激光器调谐时间时，采用多个启发式算法来计算目的在于最小化最迟任务完成时间的抢占式调度和非抢占式调度。所述算法分别计算激光器调谐时间为零和无穷大的两个极端情况。使用这两个极端情况的结果，用于任意激光器调谐时间情况下的启发式调度方案对于所述两种调度类型产生接近的平均最迟任务完成时间。

Description

调度具有调谐时间不同的可调谐激光器的波分复用无源光网络

相关申请的交叉引用

本申请要求于2009年8月13日提交的美国临时专利申请No.61/233,539的权益。出于各种目的，该临时专利申请的公开内容通过引用并入本文中。

背景技术

除非文中另有说明，在本部分中描述的材料不是相对于本申请的权利要求的现有技术，而且并不因为包括在本部分中而被认为是现有技术。

波分复用(WDM)无源光网络(PON)是最新发展起来的网络技术，用于满足由于网络的普及和带宽需求应用的喷发而引起的快速增长的流量需求。多波长供应的内在高成本会阻碍WDM PON的部署。与时分复用(TDM)PON相比，WDM PON可以与使得远程节点、发送器、接收器具有多波长供应能力的额外基本建设费用相关联。多波长供应是确定WDM PON架构的容量的一个参数。具体地，PON系统的容量可以取决于网络架构、光学装置的波长支持能力以及源发生器和接收器的数据速率。

类似于多波长源，可调谐激光源能够产生多个波长，每次一个波长。从网络运营商的观点来看，可调谐激光器提供如下优点：例如简单的仓储管理、降低的节约成本以及自动波长供应。从MAC层的观点来看，在波长固定的激光器的情况下，一个波长通道被固定的一组激光器使用，因此对于使用不同波长通道的激光器的流量，不能够利用统计复用增益。在波长可调谐激光器的情况下，可调谐激光器的波长可调谐性有助于较大的一组激光器的流量的统计复用，因此潜在地产生较好的系统性能。本公开内容了解到在使用可调谐激光器光学网络单元(optical network unit，ONU)来设计WDM PON时存在若干限制。例如，取决于所采用的技术，激光器调谐时间的范围为数十纳秒至秒、乃至分钟。不同的调谐时间会导致不同的网络性能。因此在给定的不同激光器调谐时间的情况下，ONU上的网络流量调度会变得复杂。

附图说明

结合附图并根据下面的描述和所附权利要求，本公开内容在下面所描述的特征和其他特征将会变得更加明显。应当理解的是，这些附图只是描绘了根据本公开内容的若干实施方式，因此不被认为是限制本公开内容的范围，通过使用附图以另外的特征和细节对本公开内容进行描述，其中：

图1示出了示例性的WDM PON架构，其中在调度用于ONU的网络流量中会考虑激光器调谐时间；

图2示出了在激光器调谐时间的值为零的情况下抢占式调度的示例；

图3示出了在激光器调谐时间的值为1.5的情况下抢占式调度的示例；

图4示出了在激光器调谐时间的值在零与无穷大之间的情况下抢占式调度的示例；

图5示出了在激光器调谐时间的值为零的情况下非抢占式调度的示例；

图6示出了在激光器调谐时间的值在零与无穷大之间的情况下非抢占式调度的示例；

图7是示出了针对激光器的不同调谐时间的平均最迟任务完成时间的示图；

图8示出了通用计算装置，所述通用计算装置可以用于实施在考虑激光器调谐时间的情况下在WDM PON中的可调谐激光器ONU上的网络流量调度；

图9是示出了可以通过计算装置如图8中的装置800执行的抢占式调度的示例性方法的流程图；

图10是示出了可以通过计算装置如图8中的装置800执行的非抢占式调度的示例性方法的流程图；以及

图11示出了全部根据文中描述的至少一些实施方式布置的示例性计算机程序产品的框图。

具体实施方式

在下面的具体说明中，参照就此形成一部分的附图。在附图中，除非上下文另有说明，相似的附图标记通常表示相似的部件。在具体说明中描述的示例性实施例、附图和权利要求不意在进行限制。在不脱离文中所示主题内容的精神或范围的情况下，可以使用其他实施方式，也可以进行其他变化。容易理解的是，可以以各种不同的配置来布置、替代、组合、分离以及设计文中大体描述的并示于图中的本公开内容的方面，所有的这些配置在本文中予以明确地考虑。

本公开内容总体上特别涉及如下方法、设备、系统、装置和/或计算机程序产品，该方法、设备、系统、装置和/或计算机程序产品与在考虑激光器调谐时间的情况下优化调度WDM PON中的可调谐激光器ONU的网络流量有关。

简而言之，具有任何激光器调谐时间的动态带宽分配(dynamic bandwidth allocation，DBA)可以被映射成多处理器调度问题，其中，波长通道作为机器，来自ONU的请求作为任务，以及激光器调谐时间作为任务切换波长所花费的时间。然后，可以最小化最迟ONU请求(任务)完成时间，以在具有非零激光器调谐时间的实际情况中在抢占式或非抢占式调度的情况下实现较小延迟、公平性以及载荷平衡。还可针对其中任务占用不可忽略的时间来切换机器的任何多处理器调度计算实施一些实施方式。可以在各种领域、如工业工程和电信中实施该实施方式。

图1示出了WDM PON架构的示例，其中可以根据文中描述的至少一些实施方式在调度ONU的网络流量中考虑激光器调谐时间。为了给上行传输提供多个波长，取决于光发生器的放置，可以以两种主要类型的架构来实现WDM PON。第一种类型为将光学网络单元(ONU)配以激光器，以用于光学网络单元本身的上行流量传输。激光器可以放置在ONU侧。第二种类型可以将激光器用在光线路终端(OLT)侧，以提供用于上行传输的种子光。由OLT供给的未调制光可以首先向下传输至ONU，然后被ONU调制并反射回。代替激光器，可以在ONU处设置反射接收器和调制器以实现无色ONU。反射调制器可以基于与电吸收调制器组合的反射半导体光学放大器(RSOA)。因为信号和种子光在相同的波长上以相反的方向传输，这种类型的网络会需要考虑光反射(包括瑞利散射)的影响，这会限制最大网络覆盖以及最大通道比特率。根据第一种类型的网络架构可以更简单、更可靠以及潜在地能够实现较高的损耗预算和较大的比特率。

取决于波长产生能力，存在有三种主要类型的光源发生器，即特定波长源、波长可调谐源和多波长源。特定波长源可以发射一个特定波长，例如常见的分布反馈式(DFB)激光二极管(LD)、分布式布拉格反射器(DBR)LD或垂直腔面发射LD。多波长源能够同时产生多个WDM波长，包括多频率激光器、增益耦合DFB LD阵列或啁啾脉冲WDM。除了多波长源之外，波长可调谐源也可以产生多个波长。然而，波长可调谐源通常可以每次产生一个波长。可调谐激光器可以利用多种技术，例如DFB阵列、取样光栅DBR、外腔式二极管激光标准器等。不同的技术会产生不同的调谐范围。

从介质访问控制(MAC)层的观点看，在特定波长激光器的情况下，一个波长通道被固定的一组激光器所使用，因此对于使用不同波长通道的激光器的流量，不能够充分利用统计复用增益。在可调谐波长激光器的情况下，波长可调谐性有助于较大的一组激光器的流量的统计复用，从而潜在地提高系统性能。可调谐激光器还为网络运营商提供了简单的仓储管理和降低的备件成本。

根据一些实施方式，在如示图100中所示的时分复用(TDM)方式中，一个波长可以被多于一个的ONU(106、108)共享。上行传输的混合WDM/TDM特性使得可以充分利用来自不同ONU的流量中的统计增益。在上行传输中，在ONU处的可调谐激光器(122、126)可以被配置成首先向远程节点(RN)104发送调制信号。所述RN可以包括波长不敏感功率合成器118，所述波长不敏感功率合成器118被配置成将来自ONU的上行信号复用到连接至OLT 102的光纤上。然后，既在时域中复用又在波长域中复用的信号可以通过RN 104传输到OLT 102。OLT 102可以包括被配置成接收所述上行信号的波长解复用器114和接收器阵列112。可替代地，OLT 102还可以包括下行WDM源110，所述下行WDM源110被配置成通过在RN 104处的分路器116将传输向下发送到下行接收器120和124。WDM耦合器128用于为系统的不同部件之间的光传输路径提供耦合。

示图100中的每个ONU(106、108)可以设置有适于在上行数据传输中使用的可调谐激光器(122、126)。每个激光器(122、126)可以被调谐至特定的一组波长。不同激光器所调谐的波长组可以包括相同的特定波长组、重叠的波长组或不连贯的波长组。一些特定波长可以被多于一个的ONU共享，以使得可以充分利用共享波长的ONU的流量中的统计增益。

上行调制信号可以首先通过可调谐激光器从ONU(106、108)传输到RN 104。在RN 104接收所述上行信号之后，RN 104可以使用WDM耦合器128将上行信号从下行信号中分离，然后可以利用波长不敏感功率合成器118将来自整体ONU的上行信号复用到连接至OLT 102的光纤上。功率合成器118的输出信号可以在时域和波长域两者中复用。然后，RN 104可以将复用信号发送到OLT 102。OLT 102可以利用波长解复用器114和接收器阵列112来接收所述上行信号。在一些示例中，解复用器114的输出端口的数量和接收器的数量都可以等于网络中使用的波长的总数量。如示图100中所示，示例性的上行传输链路可以包括四个WDM耦合器128、功率合成器118、密集WDM解复用器114以及光纤。ONU、OLT、RN以及WDM耦合器可以被视为网络的节点。

通过充分利用光纤的高带宽，WDM PON提供了高带宽供应。除了上述示例性网络架构之外，还可以使用其他的途径来解决多波长供应。在一些示例性系统中，每个ONU可以设置有用于其本身的上行流量传输的激光器。在ONU处设置的激光器可以每次产生多个波长。其他示例性系统可以在OLT侧使用激光器以为ONU处的上行数据传输提供光源。OLT处供给的未调制信号首先向下传输至ONU，然后被ONU调制并反射回。代替激光器，可以在ONU处使用反射接收器和调制器。反射调制器可以基于与电吸收调制器(EAM)组合的反射半导体光学放大器RSOA。在OLT处放置激光器的方案使得能够共享成本集中的上行源发生器。特定波长源只发射一种特定波长，例如常见的DFB。这些特定波长激光器必须在不同的波长处被指定以用于多波长供应。类似于多波长源，可调谐源能够产生多个波长，但每次只产生一个波长。

可调谐收发器可以基于各种技术，例如机械可调谐性、声光可调谐性或电光可调谐性。作为一种新兴技术，可调谐激光器的重要成本元素包括“非光学”规格和光学规格，“非光学”规格例如为封装大小、输出功率、在波长上的功率变化以及电功耗，光学规格包括调谐速度和调谐范围。激光器的调谐(波长切换)时间影响调度方案，因而影响系统性能。根据所采用的技术，调谐时间的范围可以为数十纳秒(电光)至数十毫秒(机械)乃至秒或分钟。通常，调谐速度越高，所需要的技术越复杂，从而可调谐激光器的成本就越高。假定DBA周期持续2ms，从MAC层调度的观点看，与一个DBA周期相比，某些技术的调谐时间不能够被忽略。在设计调度方案时，实施方式将激光器调谐时间纳入考虑。

图2示出了在激光器调谐时间的值为零的情况下抢占式调度的示例。通过将波长通道视为并行的独立机器以及将来自ONU的队列请求视为任务，具有可调谐激光器ONU的WDM PON的网络流量调度可以被映射成多处理器调度问题。多处理器调度问题中的机器和任务两者可以具有一些独特的特性。对于任务，来自相同ONU中的队列的请求可以被视为一个单个任务。然后，任务可被视为具有两个主要特性：(1)由于激光器的调谐时间，当属于同一ONU的两个任务使用不同的波长通道时，在所述两个任务的调度时间之间会需要一定的时间间隙；(2)任务可以被分成一组子任务，每个子任务对应于来自于ONU中的一个队列的请求。这些分解的子任务可以进一步被分成每一个对应于队列中的特定分组的请求的子任务。因此，所述任务可以是“可抢占的(preemptable)”。然而，因为在PON中不允许分割，所以分组不能够被进一步分解成子分组。因此，任务不能够被无穷尽地分解。因此，一些子任务是“不可抢占的(non-preemptable)”。对于机器，每个机器(波长通道)可以具有它本身的动态资源分配(DBA)周期。假定WDM PON使用扩展型多点控制协议(MPCP)，关于WDM PON中的每一个波长的DBA周期的持续时间可以动态地适应于进入的流量。周期长度会具有上限，以避免明显的延迟从而满足一些队列的服务质量(QoS)需求。另外，因为不同波长上的流量状况会彼此不同，所以波长的周期长度会彼此不同。因此，可以将使所有波长的DBA周期持续时间相等视为调度目的。

根据一些实施方式，具有可调谐激光器的WDM PON中的网络流量调度可以被映射成多处理器调度问题，其中任务可以是可抢占的或不可抢占的。激光器的调谐时间可以被分成三种类型：(1)与周期持续时间相比是可忽略的；(2)不可忽略但少于一个周期持续时间；以及(3)大于一个周期。对于第一种类型的激光器，可以利用多处理器调度中的现有算法来解决该问题。对于第三种类型的激光器，因为激光器不能够在一个周期内在波长之间切换，所以调度被简化成单处理器问题。实施方式针对利用启发式算法的、具有抢占式任务和非抢占式任务的第二种类型的激光器的网络流量调度。

建模任务的一种方式为将ONU的每个队列请求视为单个任务。由于激光器的开/关时间，在来自不同ONU的任务的调度之间需要保护时间。为了节省保护时间，为简便起见，可以连续地调度来自于相同ONU的任务以及将所述任务组合到一起作为单个任务。从而，将ONU的全部请求作为单个任务。

在多处理器调度中，与不可抢占任务相比，可抢占任务可以被更灵活地调度并产生较好的系统性能。然而，当允许抢占时，任务可以被划分并在不连续的时间段内被调度，这会引起用于激光器开/关的一些额外的时间间隙。确定由保护时间引入的额外成本是否在价值上超过由灵活性引入的额外性能提高会是一个挑战。一些实施方式将用于激光器开/关的保护时间假定为零，并比较抢占式调度和非抢占式调度的性能。

在为ONU指派波长时，可以针对两个主要原因试图最小化所有请求中的最迟任务完成时间以及均化所有波长通道的使用。第一，假定一个波长的负荷重于另一个波长的负荷，被指派了过负荷波长的ONU与使用其他波长的ONU相比会经历较长的等待时间。均化波长的使用会确保ONU中的公平性。第二，就准时调度框架而言，OLT在任何波长变得空闲之前作出带宽分配决策。如果所有的波长同时变得空闲，调度器可以收集来自大多数ONU的请求并由此作出公平的决策。如果一个波长比其他波长早得多地转为空闲，少量请求会在决策制定时间之前到达调度器。在一些最坏的情况下，准时调度可以被降级成在线调度，其中只针对一个ONU请求进行决策。这会导致不公平性以及增加计算带宽分配的频率。因此，为了延迟更小、公平性以及载荷平衡，可以将最小化最迟任务完成时间视为调度目的。

可以利用DBA周期在数学上将调度公式化。混合WDM/TDM PON中的DBA周期指的是两个连续DBA决策制定实例之间的时间差。为了表述DBA周期，会使用到如下定义：

n：ONU的数量；

m：波长的数量；

τ：激光器调谐时间；

t：当前周期的决策时间。

r＝{r₁，r₂，...，r_n}：来自n个ONU的请求在m个相同机器上的的持续时间；

{λ₁，λ₂，...，λ_n}：n个ONU处的激光器在时间t分别被调谐至的波长；

{C₁ ^-1，C₂ ^-1，...，C_n ^-1}：在最后周期中在m个波长上的最迟任务完成时间。

目标可以被定义成寻找一种调度，使得在所搜寻的调度中的所有波长上的最迟任务完成时间等于或小于在分别允许抢占式和不允许抢占式的特定调度中的所有波长上的最迟任务完成时间。

可以看出，对于任何给定请求，具有较小调谐时间的激光器产生较小的最迟任务完成时间。由此，对所搜寻的调度中的所有波长上的最迟任务时间可以推断上限和下限(τ＝0和τ＝+∞)。对于τ＝+∞，只能够在波长λ_i上调度请求i，波长w上的最迟任务完成时间可以被定义为a¹ _w+∑_{i|λi＝w}r_i，其中a¹为λ_i＝w时请求i的最迟任务完成时间，a^u为λ_i≠w时请求i的最迟任务完成时间。因此，a¹≤a^u≤a¹+τ，且如果λ_i＝w，则最后周期的最迟任务完成时间为a¹ _w，否则为a^u _w。

对于τ＝0，可以通过多处理器调度问题来确定调度。根据一些实施方式，可以利用诸如如下算法1之类的算法。

1：w＝1

2：for i＝1：n do

3：if波长w上的可用资源足以调度请求i，then

4：从后面将波长w上的可用时间分配给请求i

5：更新波长w上的可用资源

6：else

7：将波长w上的剩余时间分配给请求i

8：将请求i的剩余部分指派给波长w+1

9：w＝w+1

10：end if

11：end for

算法1将波长逐个指派给请求，而没有任何排序。如果波长上的剩余时间不足以满足请求，可以如行7和行8所示将未调度部分移至下一波长。

当对于所有的w≠w’a¹ _w≠a¹ _w’时，需要在具有较小可用时间的波长中调度大的请求。为了在该情况下获得该调度，可以通过加入在如下算法2中详细描述的排序过程来改进算法1。

1：索引ONU请求，使得r1≥r2≥...≥rn

2：索引波长，使得a¹ ₁≤a¹ ₂≤...≤a¹ _m

3：执行算法1

与算法1相比，算法2加入了两种排序过程：按照其大小的降序顺序将请求排序，以及按照其可用时间的升序顺序将波长排序。

图2的示图200包括遵循算法2的、具有八个ONU(232)和三个波长236的调度示例。ONU(232)的激光器调谐时间τ_i(234)以最大的一个在第一个的方式进行排序。最迟任务完成时间a¹ _w 238和a^u _w 240也排列在波长236下方。请求在波长w₁242上的分配示出了请求1在该波长上如何被分配以持续时间[6，14]。波长w₁上的剩余持续时间不足以满足请求2。可以在波长w₁上在持续时间[0，6]中调度请求2的一部分，而另一部分在波长w₂上在持续时间[13，14]中被调度，如波长w₂244的请求的分配所示。类似地，可以在波长w₂上调度请求4的一部分，而另一部分在波长w₃上被调度，如波长w₃246的请求的分配所示。基于时间轴248示出了请求的分配。所述请求在时间点14之前被调度。

图3示出了在激光器调谐时间的值为1.5的情况下抢占式调度的示例。算法2针对τ＝0的情况所产生的调度在激光器调谐时间τ大于0的情况下可能不是可行的调度，这是因为激光器没有被给予最够的时间去切换波长。为了在0＜τ＜+∞的情况下产生可行调度，可以利用启发式算法来改进算法2。

因为所有的请求被推迟时间τ，请求i的相应激光器在a¹ _w+τ期间为空闲，该激光器被给予足够的时间来调度第一请求。通过算法2请求可以被分成至多两部分，其中一部分在波长的末端被调度，而另一部分在波长的开始端被调度。算法3将每个波长上的最后调度推迟τ，由此激光器被给予足够的时间来调度最后调度的请求。

1：使用算法2来构建调度S

2：将所有请求的调度推迟τ

3：将每个波长上的最后请求的调度推迟τ

算法3中所描述的修改包括两个步骤。第一步骤为如行2中所描述的将所有请求的调度推迟τ。第二步骤为如行3中所描述的将每个波长上的最后请求的调度推迟τ。

如图示300中所示，对于τ＝1.5的情况，在沿着时间轴348对波长w₁、w₂和w₃(352、354、356)分配请求时，对每个波长请求1至8以两个延期分隔开。结果，最迟任务完成时间从14增加至17(或者说增加了 2个τ)。

图4示出了在激光器调谐时间的值在零与无穷大之间的情况下抢占式调度的示例。当激光器调谐时间为0＜τ＜+∞时，激光器需要被给予至少为τ的持续时间以切换波长。在抢占式下行流量调度计算中，在任何波长上可以调度任何请求，但是请求不能被分成部分并在多个波长上被调度。在任何波长上能够被分配的持续时间等于()。是否所有请求都能够在之前被调度等同于考虑所有的这些给出的请求是否可以被分成m个组，其中每个组中的请求的总和不大于

在算法3产生的调度中，在每个波长上存在有两个持续时间为τ的空闲时间间隙。一个是在a¹ _w与a¹ _w+τ之间的时间间隙，另一个是在最后请求的调度之前的时间间隙。为了产生所有波长(r，τ)的最迟任务完成时间小于所有波长(r，0)+2τ的最迟任务完成时间的调度S，需要正确地填充这些空闲时间间隙。为此，可以利用另一种启发式算法4。

1：初始化x_w＝γ_w，

2：索引波长，使得a¹ ₁≤a¹ ₂≤...≤a¹ _m

3：for w＝1：m do

4：/^＊步骤1：在a^u _w与之间的分配^＊/

5：索引未调度的请求，使得r₁≥r₂≥...

6：for i＝1：n do

7：if r_i≤y_w-a^u _w and x_w-r_i≥(a^u _λi-a¹ _λi)then

8：将持续时间[y_w-r_i，y_w]分配给请求i

9：y_w＝y_w-r_i，x_λi＝x_λ1-r_i

10：end if

11：end for

12：将x_w和y_w分别表示成x^＊ _w和y^＊ _w。

13：/^＊步骤2：在a^u _w与y^＊ _w之间的分配^＊/

14：索引λ_i＝w的未调度请求，使得r₁≥r₂≥...

15：i＝1

16：While在波长w上存在可用时间以及存在λ_i＝w的未调度请求do

17：if r_i≤y_w-a¹ _w then

18：将波长w上的时间[y_w-r_i，y_w]分配给请求i

19：else

20：将波长w上的时间[a¹ _w，y_w]和波长w+1上的时间分配给请求i

21：

22：end if

23：i＝i+1

24：end while

25：end for

算法4根据三种基本原则构建调度：(1)最好在a¹ _w与a^u _w之间的时间间隙中填充λ_i＝w的请求。只有在a¹ _λi与a^u _λi之间的填充间隙在所述调度之后不受影响，才可以在与λ_i不同的波长上调度请求i。(2)类似于算法2，为了确保最大的请求具有足够的带宽，可以首先分配具有最小a¹ _w的波长中的资源，以及最先调度最大请求。(3)类似于算法3，可以在波长上的时间跨度的中部不允许抢占。如果一个请求被抢占并在波长上的[μ，v]期间被调度，则该请求不能够在任何波长的μ-τ和v+τ期间被调度，并因此导致较小的机会在其他波长中调度所述请求的剩余部分。

更具体地，算法4将波长上的资源分配过程分成两个步骤。第一步骤为分配在a^u _w与最迟任务完成时间之间的持续时间。第二步骤为分配在a¹ _w与a^u _w之间的持续时间。在波长w上的a^u _w与最迟任务完成时间之间的持续时间可以分配给任何请求，而在波长w上的a¹ _w与a^u _w之间的持续时间仅可以分配给λ_i≠w的请求。当分配在a^u _w与最迟任务完成时间之间的资源时，可以首先考虑最大请求。为了避免在调度中部的抢占，只有在a^u _w之后的剩余可用持续时间足以容纳所述请求，才可以在波长w上调度请求。另一方面，因为将请求i分配到波长w上可以降低可用于填充波长λ_i上在a¹ _λi与a^u _λi之间的间隙的总流量γ_λi，所以只有在a¹ _λi与a^u _λi之间的间隙填充不受影响，才可以将请求i分配到波长w上，如行7所示。

x_w可以用于追踪能够填充a¹ _w与a^u _w之间的间隙的总流量，而y_w可以用于追踪波长w上的可用时间的结束。x_w和y_w分别被初始化为γ_w和持续时间a¹ _w和y_w为仍然可用的资源。在第一步骤执行完之后，x_w和y_w 可以分别被表示为x^＊ _w和y^＊ _w。第一步骤试图针对全部w使得y^＊ _w接近a^u _w而不影响a¹ _w与a^u _w之间的间隙的填充。分配在a¹ _w与y^＊ _w之间的时间的第二步骤首先考虑λ_i＝w的最大未调度请求。如果剩余时间不足以调度所述请求，则所述请求的剩余未调度部分将被调度到下一波长上，如行20所述。

可以看出，如果x^＊ _w≥y^＊ _w-a¹ _w，则可以分配波长w上的在a¹ _w与y^＊ _w之间的持续时间，并且在波长w上不存在空闲时间间隙。如果x^＊ _w＜y^＊ _w-a¹ _w，则波长w上的在a¹ _w与y^＊ _w-x^＊ _w之间的持续时间空闲。算法4采取了两种措施来降低空闲时间间隙的持续时间。一种是使y^＊ _w尽可能接近a^u _w，而另一种是如果γ_w≥a^u _w-a¹ _w则确保x^＊ _w总是在a^u _w-a¹ _w之上。

图示400示出了具有12个ONU(462)和四个波长(468)的示例性情况。请求464连同所指派的波长466一起根据大小(从大到小)被排序。对于该示例性情况，所有激光器的激光器调谐时间为τ＝5。决策时间t＝0。在最后周期中波长上的最迟任务完成时间分别为0、1、1和2(在波长分配474、476、478和480中的阴影区域)。因此，a¹ _w(470)＝{0，1，1，2}，a^u _w(472)＝{5，5，5，5}，以及不能在波长w₁上调度具有最大大小的请求1，这是因为从a^u ₁至的带宽不足以满足请求1。请求2满足所有条件并在w₁波长上被调度。在调度请求2之后，a^u ₁与之间的剩余持续时间可以只容纳大小不大于3的请求。大小为3的请求8没有在波长w₁上的a^u ₁与之间被调度，这是因为a¹ ₁与a^u ₁之间的间隙在没有请求8的情况下不能被填充。

在调度请求9之后，波长w₁上a^u ₁与之间的时间已全部被分配。调度进入分配[a¹ ₁，a^u ₁]的第二步骤。在调度λ_i＝1的所有请求中的最大请求6之后，剩余持续时间不足以调度下一个最大请求，即大小为3的请求8。因此，请求8被分成两个部分，其中大小为1的第一部分在波长w₁上被调度，大小为2的第二部分在波长w₂上被调度。在针对所有请求重复该过程之后，所有请求能够在之前被调度。

图5示出了在激光器调谐时间的值为零的情况下非抢占式调度的示例。当不允许抢占时(非抢占式情况)，最迟任务完成时间与激光器调谐时间之间的关系仍然保持，即对于任何请求，(r，τ)的最迟任务完成时间等于或小于(r，τ+ε)的最迟任务完成时间，其中ε大于零。

如先前所述的，当τ＝+∞时，激光器一直保持在其相应的原始波长上。因此，抢占式和非抢占式调度产生相同的最迟任务完成时间。在τ＝0的情况下，对于非抢占式调度，可以使用启发式首次适配递减(FFD)算法(或类似算法)。

1：索引请求，使得r₁≥r₂≥...≥r_n

2：索引波长，使得a¹ ₁≤a¹ ₂≤...≤a¹ _m

3：for i＝1：n do

4：w＝1

5：while请求i仍未被调度，do

6：if波长w对于所述请求具有足够的带宽，then

7：将波长w指派给所述请求

8：else

9：w＝w+1

10：end if

11：end while

12：end for

上述算法5是FFD算法的示例，并且首先按照任务的大小的降序顺序将任务排序，以及按照机器的通道可用时间的降序顺序将机器排序。然后，算法从第一机器搜索并试图将任务指派给适合该任务的第一机器。如果所有的任务可以在之前被调度，则为可行方案。

图示500示出了具有9个ONU 582和三个波长586的示例性情况，其中根据非抢占式调度对请求584进行调度。请求584再一次根据大小(从大到小)被排序，并针对每个波长列出了a¹ _w 588。如沿着时间轴548的波长分配590、592和594中所示的，请求被分配到波长w₁、w₂和w₃上，而没有根据算法5在两个波长之间划分请求。

图6示出了在激光器调谐时间的值在零和无穷大之间的情况下非抢占式调度的示例。在0＜τ＝+∞的通常情况下，当不允许抢占时，调度为NP-hard，因为它不比在τ＝0的情况下的计算容易。对于该特定调度，可以通过以不同的方式修改算法5使用两种启发式算法。下面的算法6描述了可以采用的第一种启发式算法。在算法6中，首先使用算法5来构建调度S。然后，所有请求的调度被推迟时间τ，以给予激光器足够的时间切换波长。因为在调度S中不允许抢占，在调度S中仅在一个波长上调度每个请求。通过将S中的τ＝0的所有请求推迟持续时间τ，a¹ _w与a¹ _w+τ之间的时间段是空闲的，因此激光器可以具有足够的时间切换波长。

1：使用算法5构建调度S

2：将S中的所有请求的调度推迟时间τ

在由算法6产生的调度中，没有占用在a¹ _w与a¹ _w+τ之间的持续时间。为了产生具有较小最迟任务完成时间的调度，可以通过在所有波长上填充空闲持续时间来采用下面的算法7。算法7包括两个步骤。第一步骤为将波长w上在a¹ _w与a^u _w之间的时间段分配给λ_i＝w的请求。因为最大任务不易于切换波长，所以最大任务可以被给予较高的优先级。第二步骤为分配在a¹ _u与之间的时间段，根据一些实施方式，可以在第二步骤中直接使用算法5。

1：/^＊步骤1：在a^u _w与之间的调度^＊/

2：for w＝1：m do

3：索引λ_i＝w的请求，使得r₁≥r₂≥r₃...

4：将时间分配给λ_i＝w的请求，直至时间超过a^u _w为止

5：end for

6：/^＊步骤2：在a¹ _w与a^u _w之间的调度^＊/

7：运行算法5，将带宽分配给剩余未调度的请求

图示600示出了利用算法7的如图4中所示的相同示例性情况，假定调谐时间为5以及与请求被指派到的波长λ_i606一起列出了12个ONU 602和相关联的请求r_i 604。还示出了可用波长w 608及其相应的a¹ _w(610)和a^u _w(612)。波长分配614、616、618和620显示了任务2、3、4、8和10如何在第一步骤之后仍使用其最后的调谐波长。在第二步骤之后，剩余任务沿着时间轴648在时间点13之前被成功地调度。应当注意的是，不能够被进一步减小。因此，最迟任务完成时间为13。

尽管在上面已经使用图1至图6中的具体的示例、部件、情况和配置对实施方式进行了讨论，但是它们意在提供一般准则以用于优化WDM PON的可调谐激光器ONU中的网路流量调度。这些示例不构成对实施方式的限制，可以使用采用了文中所描述的原理的其他部件、最大化方案以及配置来实施。例如，除了作为调度网络流量、波长数量等的例子提供的算法之外可实施其他算法。

因此，根据至少一些实施方式，具有任何激光器调谐时间的动态带宽分配(DBA)被映射成多处理器调度问题，其中，波长通道作为机器，来自ONU的请求作为任务。然后最迟ONU请求(任务)完成时间被最小化，以在具有非零激光器调谐时间和抢占式或非抢占式调度的实际情况中实现较小的延迟、公平性以及载荷平衡。

对于抢占式调度，可以通过四种算法的组合来完成请求分配。第一种算法可以将波长逐个分配给请求，而没有排序。如果波长上的剩余时间不足以满足请求，未调度的部分会被移至下一波长。第二种算法可以加入两种排序过程。第一过程按照请求的大小的降序顺序将请求排序。第二过程按照波长的可用时间的升序顺序将波长排序。第一种算法和第二种算法没有考虑非零激光器调谐时间。第三种算法可以通过将所有请求和每个波长上的最后请求的调度推迟激光器调谐时间来实现。第四种算法则可以在调度中填充空闲时间以及通过将波长上的资源分配过程分成两个步骤来优化所述分配。第一步骤为分配在a^u _w与之间的持续时间；第二步骤为分配在a¹ _w与a^u _w之间的持续时间，其中a¹ _w为当激光器被调谐到当前波长的情况下的最迟任务完成时间，a^u _w为当激光器要被调谐到任何其他波长的情况下的最迟任务完成时间，为最迟任务完成时间的预定义界限。当在a^u _w与之间分配资源时，可以首先考虑最大请求。为了避免在调度中部的抢占，如果在a^u _w之后的剩余可用持续时间足以容纳所述请求时可以在波长w上调度请求，以降低总流量。

对于非抢占式调度，可以通过三种算法的组合来实现请求分配。第一种算法可以按照任务的大小的降序顺序将任务排序以及按照机器的通道可用时间的降序顺序将机器排序。然后，可以从第一机器开始执行搜索，以及将任务指派给适合所述任务的第一机器。如果可以在之前调度所有任务，则为可行方案。第二种算法将请求的调度推迟激光器调谐时间以将非零激光器调谐时间纳入考虑。第三种算法通过填充所有波长上的空闲持续时间来产生具有较小最迟任务完成时间的调度。作为第一步骤，当激光器被调谐到如下当前波长时，可以将在a¹ _w与a^u _w之间的持续时间分配给请求，由于最大任务不易于切换波长，上述当前波长将较高优先级给予该最大任务。接着，可以根据第一算法针对a^u _w与之间的持续时间分配任务。

图7是示出了针对激光器的不同调谐时间的平均最迟任务完成时间的示图。示图700示出了根据一些实施方式的示例性系统的仿真结果，其中示出了平均最迟请求完成时间722随着激光器调谐时间724的增加而增加。在示例性系统中，当调谐时间为小于～20的时候，相应最迟请求完成时间没有远离当τ＝0时获得的值。这意味着与调谐时间等于0的激光器相比，调谐时间等于20的激光器可以实现几乎相同的特性。然而，当调谐时间增加超过24时，最迟任务完成时间大幅增加。

此外，在不允许抢占(726)情况下所获得的平均最迟任务完成时间略高于遵循相似模式时在允许抢占(728)情况下所获得的最迟任务完成时间。平均性能的差异几乎可以忽略。因此，与非抢占式情况(728)相比，抢占式没有引起显著的平均性能提高。

示图700中所示的仿真结果是出于说明的目的而并不构成对实施方式的限制。根据实施方式的WDM PON的最迟任务完成时间(性能)的图形和值可根据网络配置、部件数量、所用激光器的类型等而不同。

图8示出了示例性通用计算装置800，其可以用于实现根据本公开内容的至少一些示例的、考虑了激光器调谐时间的WDM PON中的可调谐激光器ONU上的网络流量调度。在非常基本的配置802中，计算装置800通常包括一个或更多个处理器804以及系统存储器806。存储器总线808可以用于在处理器804与系统存储器806之间的通信。

取决于期望的配置，处理器804可以具有如下类型，包括但不限于微处理器(μP)、微控制器(μC)、数字信号处理器(DSP)或它们的任意组合。处理器804可以包括一个多级缓存(例如一级高速缓冲存储器(level cache memory)812)、处理器核814以及寄存器816。示例性处理器核814可以包括算术逻辑单元(ALU)、浮点单元(FPU)、数字信号处理核(DSP核)或它们的任意组合。示例性存储器控制器818也可以与处理器804一起使用，或在一些实施方式中存储器控制器818可以是处理器804的内部元件。

取决于期望的配置，系统存储器806可以是如下任何类型，包括但不限于易失性存储器(例如RAM)、非易失性存储器(例如ROM、闪存等)或它们的任意组合。系统存储器806可以包括操作系统820、一个或更多个应用程序822以及程序数据824。应用程序822可以包括调度模块826以及以上讨论的任何其他过程、方法和功能，其中所述调度模块826被设置成为WDM PON中的可调谐激光器ONU调度网络流量。程序数据824可以包括一个或更多个分析数据828(例如网络流量数据、部件特性等)以及上述结合至少图2至图6所讨论的类似数据。该数据对于确定文中所述的可调谐激光器ONU的多个波长上的优化网络流量调度是有用的。在一些实施方式中，应用程序822可以被设置成以操作系统820上的程序数据824操作，使得如文中所述对ONU流量进行调度。所描述的这种基本配置802在图8中通过在内虚线中的那些部件示出。

计算装置800可以具有额外的特征或功能以及额外的接口以有助于基本配置802与任何需要的装置和接口之间的通信。例如，总线/接口控制器830可以用于通过存储器接口总线834来帮助基本配置802与一个或更多个数据存储装置832之间的通信。数据存储装置832可以是可移除存储装置836、非可移除存储装置838或它们的组合。可移除存储装置和非可移除存储装置的示例例如包括：磁盘装置(例如软磁盘驱动器和硬盘驱动器(HDD))、光盘驱动器(例如压缩盘(CD)驱动器或数字多功能盘(DVD)驱动器)、固态驱动器(SSD)以及磁带驱动器。示例性计算机存储介质可以包括以任何存储信息的方法或技术实现的易失性和非易失性介质、可移除和非可移除介质，信息例如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据。

系统存储器806、可移除存储装置836和非可移除存储装置838是计算机存储介质的示例。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光学存储器、磁带盒、磁带、磁盘存储器或其他磁存储装置或可以用于存储期望的信息并可以被计算装置800访问的任何介质。任何这样的计算机存储介质可以是计算装置800的一部分。

计算装置800还可以包括接口总线840，以有助于通过总线/接口控制器830从各种接口装置(例如输出装置842、外围接口844和通信装置866)到基本配置802的通信。示例性输出装置842包括图形处理单元848和音频处理单元850，图形处理单元848和音频处理单元850可以被配置成通过一个或更多个A/V端口852与各种外部装置(例如显示器或扬声器)通信。示例性外围接口844包括串行接口控制器854或并行接口控制器856，它们可以被配置成通过一个或更多个I/O端口858与外部装置如输入装置(例如键盘、鼠标、笔、声音输入装置、触摸输入装置等)或其他外围装置(例如打印机、扫描仪等)通信。示例性通信装置866包括网络控制器860，所述网络控制器860可以被设置成有助于经由一个或更多个通信端口864通过网络通信链路与一个或更多个其他计算装置862通信。

网络通信链路可以为通信介质的一个示例。通信介质通常可以通过计算机可读指令、数据结构、程序模块或调制数据信号中的其他数据例如载波或其他传输机构来实施，并可以包括任何信息传递介质。“调制数据信号”可以是信号的特征被设置或改变成将信息编码到信号中的信号。例如但不限于，通信介质可以包括有线介质(例如有线网络或直接有线连接)以及无线介质(例如声学、射频(RF)、微波、红外(IR)以及其他无线介质)。文中使用的术语“计算机可读介质”可以既包括存储介质又包括通信介质。

计算装置800可以被实施成物理服务器、虚拟服务器、计算云或包括上述任何功能的混合装置的一部分。计算装置800还可以被实施成个人计算机，包括便携式计算机和非便携式计算机配置。此外，计算装置800可以被实施成网络化系统或者通用或专用服务器的一部分。

包括计算装置800的用于网络化系统的网络可以包括服务器、客户端、交换机、路由器、调制解调器、网络服务提供商以及任何合适的通信介质(例如有线或无线通信)的任何拓扑。根据实施方式的系统可以具有静态或动态网络拓扑。网络可以包括安全网络如企业网络(例如LAN、WAN或WLAN)、非安全网络如无线开放网络(例如IEEE 802.11无线网络)或万维网(例如因特网)。所述网络还可以包括适于一起操作的多个不同网络。这样的网络可以被配置成提供文中所述节点之间的通信。例如但不限于，这些网络可以包括无线介质，例如声学、RF、红外和其他无线介质。此外，所述网络可以是相同网络或分离的网络的一部分。

示例性实施方式还可以包括方法。这些方法可以以多种方式实施，包括文中所描述的结构。一种这样的方式为通过本公开内容中所描述的类型装置的机器操作。另外一种可选方式为结合操作员执行一些操作而其他操作由机器来执行、来执行方法的单独操作中的一个或更多个。这些操作员无需彼此搭配，而是每个可仅具有执行程序的一部分的机器。在其他示例中，例如通过机器自动化的预选标准来使人的交互自动化。

图9是示出了根据文中所述的至少一些实施方式设置的、可以通过计算装置如图8中的装置800执行的、用于抢占调度的示例性方法的流程图。块922至块932中描述的操作可以被存储为计算机可读介质(例如控制器装置910的计算机可读介质920)中的计算机可执行指令。控制器装置910可以是专用计算装置，所述专用计算装置可以执行上述结合通用计算装置800描述的用于优化WDM PON容量的算法。

通过将请求分配到WDM PON中的ONU的多个波长上来优化网络流量的过程可以包括如通过块922、924、926、928、930和/或932中的一个或更多个块而示出的一个或更多个操作、功能或动作。

一些示例性过程可以开始于操作922“向请求指派波长”。在操作922处，波长可以被逐个指派给请求，而无需排序。如果波长上的剩余时间不足以满足请求，未调度部分可以移至下一波长。可以通过计算装置的处理器(例如计算装置800的处理器804)来执行所述操作。

操作922可以跟随有操作924，“加入排序”。在操作924处，处理器(例如处理器804)可以加入执行第二种算法或与操作922相同的算法内的两种排序过程。操作924可以包括例如由块926和/或928示出的至少两个子操作。

在子操作926“按照降序的尺寸对请求排序”，处理器804可以按照请求的大小的降序顺序对请求排序。子操作926可以跟随有子操作928，“按照升序的可用时间对波长排序”。在子操作928处，处理器(例如处理器804)可以按照其可用时间的升序顺序对波长排序。操作922至操作928未考虑文中所述的非零激光器调谐时间。

操作924可以跟随有操作930，“将请求推迟激光器调谐时间”。在操作930处，处理器(例如处理器804)可以将所有请求以及在每个波长上的最后请求的调度推迟激光器调谐时间。因为这会在调度中产生空闲时间并会增加调度的最迟任务完成时间，处理可以进行到操作932以在考虑激光器调谐时间的情况下优化波长上的请求的分配。

操作930可以跟随有操作932“填充空闲时间”。在操作932处，处理器(例如处理器804)可以通过将在波长上的资源分配过程分成两个步骤来优化所述分配。第一步骤为分配在a^u _w与之间的持续时间；第二步骤为分配在a¹ _w与a^u _w之间的持续时间，其中a¹ _w为激光器被调谐到当前波长情况时的最迟任务完成时间，a^u _w为激光器被调谐到任何其他波长时的最迟任务完成时间，为最迟任务完成时间的预定义界限。可以在每个ONU(例如图1中的ONU 106和108)上实施所述分配。

图10是示出了根据文中所描述的至少一些实施方式设置的、可以通过计算装置(例如图8中的装置800)执行的用于非抢占式调度的示例性方法的流程图。

非抢占式调度的一些示例性过程可以开始于操作1022“按照降序的尺寸对请求排序且按照升序的可用时间对波长排序”。在操作1022处，可以按照其尺寸的降序大小对请求排序以及按照波长的通道可用时间的降序顺序对波长排序。所述操作可以通过计算装置的处理器(例如计算装置800的处理器804)执行。

操作1022可以跟随有操作1024，“将任务指派到该任务适合的波长上”。在操作1024处，处理器(例如处理器804)可以从第一波长执行搜索且请求被指派给所述请求适合的第一波长。如果所有的请求可以在之前被调度，则为可行方案。

操作1024可以跟随有操作1026“将请求推迟激光器调谐时间”。在操作1026处，处理器(例如处理器804)可以将所有的请求和每个波长上的最后请求的调度推迟激光器调谐时间。因为这会在调度中创建空闲时间，并会增加用于调度的最迟任务完成时间，所以处理可以继续到操作1028以在考虑激光器调谐时间的情况下优化波长上的请求的分配。

操作1026可以跟随有操作1028“填充空闲时间”。在操作1028处，处理器(例如处理器804)可以通过填充所有波长上的空闲持续时间来产生具有较小最迟任务完成时间的调度。首先，当激光器被调谐到如下当前波长时，可以将在a¹ _w与a^u _w之间的持续时间分配给请求，由于最大任务不易于切换波长，因此上述当前波长将较高优先级给予该最大任务。接下来，可以根据第一算法针对在a^u _w与之间的持续时间分配任务。可以在每个ONU(例如图1中的ONU 106和108)上实施所述分配。

如上所述的、包括在图9和图10的过程中的操作是出于说明的目的。可以通过具有较少或额外操作的类似过程来优化WDM PON的可调谐激光器ONU上的网络流量的调度。在一些示例中，可以以不同的顺序执行所述操作。在一些其他示例中，可以去除多种操作。在又一些示例中，可以将各种操作分成另外的操作或将各种操作组合成更少的操作。尽管被示为按顺序排序的操作，在一些实施方式中，可以以不同的顺序执行各种操作，或在一些情况中可以基本上同时执行各种操作。

图11是示出了根据文中所述的至少一些实施方式设置的示例性计算机程序产品的框图。在一些示例中，如图11所示，计算机程序产品1100可以包括信号承载介质1102，所述信号承载介质1102还可以包括机器可读指令1104，机器可读指令1104在被例如处理器执行时可以提供上述参照图2至图6描述的功能。因此，例如，参照处理器1104，响应于通过介质1102传送给处理器1104的指令1104可以执行图11中所示的一个或更多个任务，以如文中所述的那样执行与WDM PON的可调谐激光器 ONU上的网络流量调度相关联的动作。这些指令中的一些指令可以包括：确定抢占式和非抢占式调度；以及通过先前所描述的一个或更多个算法来执行抢占式调度和非抢占式调度。

在一些实施方式中，图11中描绘的信号承载介质1102可以包括计算机可读介质1106，例如但不限于硬盘驱动器、压缩盘(CD)、数字多功能盘(DVD)、数字磁带、存储器等。在一些实施方式中，信号承载介质1102可以包括可记录介质1108，例如但不限于存储器、读/写(R/W)CD、R/W DVD等。在一些实施方式中，信号承载介质1102可以包括通信介质1110，例如但不限于数字和/或模拟通信介质(例如光纤光缆、波导、有线通信链路、无线通信链路等)。因此，例如，计算机程序产品1100可以通过RF信号承载介质1102被传送到处理器1104，其中信号承载介质1102通过无线通信介质1110(例如遵循IEEE 802.11标准的无线通信介质)被传送。

在一些示例中，本公开内容描述了一种用于分配在波分复用(WDM)无源光网络(PON)的多个波长光网络单元(ONU)上的网络流量请求的方法。所述方法可以包括确定分配是用于抢占式调度还是非抢占式调度。对于抢占式调度，所述方法可以进一步包括：向请求指派波长；将请求和波长排序；将所述请求延迟与每个ONU相关联的激光器调谐时间；以及通过填充空闲时间来优化所述抢占式调度。

在一些示例中，用于抢占式调度的方法还可以包括当指派有请求的波长上的剩余时间不足以满足请求时将所述请求的未调度部分移至下一波长，而且所述将请求推迟可以包括将所有请求和每个波长上的最后请求的调度推迟与当前进行分配的ONU相关联的激光器调谐时间。

在另外的示例中，用于抢占式调度的方法可以包括按照每个请求的大小的降序顺序将请求排序以及按照每个波长的可用时间的升序顺序将波长排序。所述填充空闲时间可以包括首先分配在a^u _w与之间的持续时间以及其次分配在a¹ _w与a^u _w之间的持续时间，其中a¹ _w为当激光器被调谐到当前波长的情况下的最迟任务完成时间，a^u _w为当激光器要被调谐到与当前波长不同的波长的情况下的最迟任务完成时间，为最迟任务完成时间的预定义界限。当将请求分配到a^u _w与之间的波长时，可以根据大小将请求区分优先次序。另外，当在a^u _w之后的剩余的可用持续时间足以容纳所述请求时可以在波长上调度请求。

在又一个示例中，用于非抢占式调度的方法可以包括：按照每个请求的大小的降序顺序将请求排序以及按照每个波长的可用时间的升序顺序将波长排序；根据从第一波长开始的波长顺序执行搜索；以及将每个请求指派给所述请求暂时适合的波长。

当所有的请求在最迟任务完成时间的预定义界限之前被调度时，可以确定所述分配是可行的。对于非抢占时调度，可以在激光器被调谐到当前波长时通过将在a¹ _w与a^u _w之间的持续时间分配给请求来降低最迟任务完成时间，其中a¹ _w为当激光器被调谐到当前波长时的情况下的最迟任务完成时间，a^u _w为当激光器要被调谐到与当前波长不同的波长的情况下的最迟任务完成时间。

在非抢占式调度的情况下，可以基于每个请求的大小的降序顺序将请求区分优先次序。用于非抢占式调度的方法可以进一步包括基于每个请求的大小的降序顺序和每个波长的可用时间的升序顺序针对在a^u _w与之间的持续时间分配剩余请求，其中为最迟任务完成时间的预定义界限。

在一些示例中，本公开内容描述了一种用于分配在波分复用(WDM)无源光网络(PON)的多个波长光网络单元(ONU)上的网络流量请求的设备。所述设备可以包括：存储器，所述存储器被配置成存储指令以及还存储与WDM PON相关联的网络信息数据；以及处理器，所述处理器耦接至所述存储器，其中所述处理器适于执行所述指令。

当执行所述指令时，处理器可以确定分配是用于抢占式调度还是非抢占式调度。对于抢占式调度，处理器可以向请求指派波长，按照每个请求的大小的降序顺序将请求排序以及按照每个波长的可用时间以的升序顺序将波长排序。对于非抢占式调度，处理器可以按照每个请求的大小的降序顺序将请求排序和按照每个波长的可用时间的升序顺序将波长排序，以及将每个请求指派给所述请求暂时适合的波长。在所述两种情况下，处理器可以将请求推迟与每个ONU相关联的激光器调谐时间以及通过填充空闲时间来优化所述调度。

根据另外的示例，处理器可以基于首先在a^u _w与之间的持续时间的分配和其次在a¹ _w与a^u _w之间的持续时间的分配在抢占式调度中填充空闲时间，其中a¹ _w为当激光器被调谐到当前波长的情况下的最迟任务完成时间，a^u _w为当激光器要被调谐到与当前波长不同的其他波长的情况下的最迟任务完成时间，为最迟任务完成时间的预定义界限。在非抢占式调度中，处理器可以基于当激光器被调谐到当前波长时对请求分配在a¹ _w与a^u _w之间的持续时间、以及按照每个请求的大小的降序顺序和每个波长的可用时间的升序顺序针对a^u _w与之间的持续时间分配剩余请求，来填充空闲时间。

WDM PON的ONU可以包括波长可调谐源和/或多波长源。ONU还可以包括全范围激光源和/或有限范围激光源。激光源可以包括多频率激光器、分布反馈(DFB)式激光二极管(LD)阵列、增益耦合DFB阵列、啁啾脉冲WDM、分布式布拉格反射器(DBR)阵列、取样光栅DBR或外腔式激光标准具中的一种或更多种。

在又一个示例中，本公开内容描述了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有指令，以分配在波分复用(WDM)无源光网络(PON)的多个波长光网络单元(ONU)上的网络流量请求。所述指令可以包括：确定分配是用于抢占式调度还是非抢占式调度；向请求指派波长；在抢占式调度的情况下按照每个请求的大小以降序顺序将请求排序以及按照每个波长的可用时间以升序顺序将波长排序；以及在非抢占式调度的情况下按照每个请求的大小以降序顺序将请求排序和按照每个波长的可用时间以升序顺序将波长排序以及将每个请求指派给所述请求暂时适合的波长。

所述指令还可以包括：在所述两种调度中将所有的请求和每个波长上的最后请求推迟与当前进行分配的ONU相关联的激光器调谐时间，以及通过首先分配在a^u _w与之间的持续时间和其次分配在a¹ _w与a^u _w之间的持续时间来降低抢占式调度的总的最迟任务完成时间，其中a¹ _w为当激光器被调谐到当前波长的情况下的最迟任务完成时间，a^u _w为当激光器要被调谐到与当前波长不同的其他波长的情况下的最迟任务完成时间，为最迟任务完成时间的预定义界限。对于非抢占式调度，所述指令可以包括通过当激光器被调谐到当前波长时将在a¹ _w与a^u _w之间的持续时间分配给请求以及基于每个请求的大小的降序顺序和每个波长的可用时间的升序顺序针对在a^u _w与之间的持续时间分配剩余请求来降低总的最迟任务完成时间。

在抢占式调度的情况下，所述指令可以包括在将请求分配到波长的a^u _w与之间时根据大小将请求区分优先次序。在非抢占式调度的情况下，所述指令可以包括针对所有波长基于每个请求的大小以降序顺序将请求区分优先次序。根据一些示例，如果在a^u _w之后的剩余可用持续时间足以容纳所述请求，则可以在波长上调度请求。尽管在WDM PON的上下文中对实施方式进行了大体上的讨论，但它们不限于WDM PON应用。一些实施方式还可以用于任务花费不可忽略的时间来切换机器的任何多处理器调度计算中。这样的实施方式可以用于各种领域中，如工业工程和电信中。

系统的各方面的硬件实现与软件实现之间几乎没有区别；使用硬件还是软件通常是成本与效率权衡的设计选择(但不总是这样，这是因为在某些上下文中，硬件与软件之间的选择可以变得很重要)。存在可以实现本文中所描述的方法和/或系统和/或其他技术的各种媒介物(例如，硬件、软件和/或固件)，而且，优选的媒介物将随部署有方法和/或系统和/或其他技术的上下文而变化。例如，如果实施者确定速度和准确度最重要，那么实施可以选择主要为硬件和/或固件的媒介物；如果灵活性最重要，那么实施者可以选择主要为软件的实施方式；或者，又可替代地，实施者可以选择硬件、软件和/或固件的一些组合。

以上详细描述已通过使用框图、流程图和/或示例陈述了装置和/或方法的各种实施方式。只要在这样的框图、流程图和/或示例中包括一个或更多个功能和/或操作，本领域普通技术人员将理解，可以通过各种硬件、软件、固件或其实际上的任意组合来单独和/或共同地实现这样的框图、流程图或示例内的每个功能和/或操作。在一个实施方式中，可以通过专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)或其他集成格式来实现本文中所描述的主题事物的若干部分。然而，本领域普通技术人员将认识到，本文中所公开的实施方式的一些方面可以完全或部分地在集成电路中等同地实现为在一个或更多个计算机上运行的一个或更多个计算机程序(例如，在一个或更多个计算机系统上运行的一个或更多个程序)、在一个或更多个处理器上运行的一个或更多个程序(例如，在一个或更多个微处理器上运行的一个或更多个程序)、固件、或其实际上的任意组合，而且还认识到：鉴于本公开内容，为软件和/或固件设计电路和/或编写代码将完全在本领域不同技术人员的技能范围内。

本公开内容不限于本申请中所描述的意在对各方面进行说明的特定实施方式。对本领域技术人员来说，显然在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可以进行多种修改和变化。根据前面所描述的，除了文中列举的那些之外，在本公开内容的范围内的功能等同的方法和设备对本领域普通技术人员是明显的。这样的修改和变化意在落入所附权利要求的范围内。本公开内容只受限于所附权利要求以及所附权利要求所赋予的等同物的全部范围。应当理解的是，本公开内容不限于特定的方法、系统或部件，而这些方法、系统或部件当然可以变化。还要理解的是，文中所用术语只是出于描述特定实施方式的目的，而非意在限制。

此外，本领域普通技术人员将理解：文中所描述的主题事物的机构能够作为各种形式的程序产品来分布，文中所描述的主题事物的说明性实施方式不管实际执行分布的信号承载介质的类型都适用。信号承载介质的示例包括但不限于：可记录型介质(例如软盘、硬盘驱动器、压缩盘(CD)、数字多功能盘(DVD)、数字磁带、计算机存储器等)和传输型介质，如数字和/或模拟通信介质(例如光纤光缆、波导、有线通信链路、无线通信链路等)。

本领域的普通技术人员将认识到，在本领域中以本文中所陈述的方式来描述装置和/或方法是常见的，并且此后使用工程实践将这样描述的装置和/或方法集成到数据处理系统中也是常见的。也就是说，可以通过适量的经验将文中所描述的装置和/或处理的至少一部分集成到数据处理系统中。本领域普通技术人员将认识到，通常的数据处理系统通常包括一个或更多个系统单元外壳、视频显示装置、诸如易失性和非易失性存储器之类的存储器、诸如微处理器和数字信号处理器之类的处理器、诸如操作系统、驱动器、图形用户界面和应用程序之类的计算实体、诸如触摸板或屏之类的一个或更多个交互装置和/或包括反馈回路的控制系统。

可以利用任何合适的商业可用部件(例如在数据计算/通信和/或网络计算/通信系统中的那些常见部件)来实施通常的数据处理系统。文中所描述的主题事物有时说明了包括在其他不同部件内的不同部件或与其他不同部件相连接的不同部件。应当理解的是，这样描绘的架构仅是示例性的，而且实际上可以实施实现相同功能的许多其他架构。在概念意义上，实现相同功能的部件的任意布置是有效地“相关联的”，从而实现期望的功能。因此，文中被组合以获得特定功能的任意两个部件可以视为是彼此“相关联的”，从而实现期望的功能，而无需考虑架构或中间部件。同样地，这样相关联的任意两个部件还可以被视为是彼此“可操作地连接的”或“可操作地耦接的”，以实现期望的功能，并且能够这样相关联的任意两个部件也可以被视为是彼此“可操作地可耦接的”，以实现期望的功能。“可操作地可耦接的”的具体示例包括但不限于：物理地连接和/或物理地相互作用的部件和/或无线地可相互作用的和/或无线地相互作用的部件和/或逻辑地相互作用的和/或逻辑地可相互作用的部件。

关于文中基本上任何复数和/或单数术语的使用，只要对于上下文和/ 或应用是合适的，本领域的普通技术人员可以将复数转换成单数，和/或将单数转换成复数。为了清晰起见，各种单数/复数置换在文中会被清楚地阐明。

本领域的普通技术人员将会理解，通常，文中所使用的术语，特别是在所附权利要求(例如所附权利要求的体)中所使用的术语通常意在“开放性”的术语(例如，术语“包括(including)”应当被解释为“包括但不限于”，术语“具有”应当被解释为“至少具有”，术语“包含(includes)”应当被解释为“包括但不限于”等)。本领域的普通技术人员还将理解，如果意在说明被引入的权利要求陈述物的具体数目，则这样的意图将明确地陈述在权利要求中，在缺乏这样的陈述的情况下，则不存在这样的意图。例如，为了帮助理解，所附权利要求可以包括使用介绍性用语“至少一个”和“一个或更多个”来介绍权利要求陈述物。然而，这样的用语的使用不应当被解释为含有如下之意：由不定冠词“一个(a)”或“一个(an)”引入的权利要求陈述物将包括这样引入的权利要求陈述物的任何特定权利要求限制于只包含一个这样的陈述物的实施方式，即使在同一权利要求包括引入性用语“一个或更多个”或“至少一个”以及诸如“一个(a)”或“一个(an)”之类的不定冠词的情况下(例如，“一个(a)”和/或“一个(an)”应当被解释为意味“至少一个”或“一个或更多个”)也如此；上述对以定冠词来引入权利要求陈述物的情况也适用。另外，即使明确地陈述了介绍的权利要求陈述物的具体数目，但本领域的普通技术人员也会认识到：这样的陈述应当被解释为意味至少具有所陈述的数目(例如，仅有“两个陈述物”的陈述，没有其他修饰，意味着至少两个陈述物，或两个或更多个陈述物)。

此外，在使用类似于“A、B和C等中的至少一个”的惯用语的情况下，通常这样的结构意在被理解成本领域普通技术人员所理解的该惯用语的含义(例如，“具有A、B和C中的至少一个的系统”将包括但不限于具有单独的A、单独的B、单独的C、A和B一起、A和C一起、B和C一起和/或A、B和C一起的系统等)。在使用类似于“A、B或C等中的至少一个”的惯用语的情况下，通常这样的结构意在被理解成本领域普通技术人员所理解的该惯用语的含义(例如，“具有A、B或C中的至少一个的系统”将包括但不限于具有单独的A、单独的B、单独的C、A和B一起、A和C一起、B和C一起和/或A、B和C一起的系统等)。本领域普通技术人员将进一步理解，实际上，不管在说明书、权利要求书中还是在附图中，表示两个或更多个可替换的术语的任意转折词和/或短语应当理解成考虑包括术语中的一个术语、术语中的任一个术语或两个术语的可能性。例如，短语“A或B”应当理解成包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。

此外，在以马库什组描述本公开内容的特征或方面的情况下，本领域的普通技术人员将认识到从而还以马库什组的任何单独成员或成员子组来描述本公开内容。

本领域的普通技术人员将理解，出于任意和所有目的，例如在提供书面描述方面，文中所公开的所有范围还包括任意和所有可能的子范围以及子范围的组合。任何所列出的范围可以容易地被视为充分地描述和实现了被分成至少相等的一半、三分之一、四分之一、五分之一、十分之一等的相同范围。作为非限制性示例，可以将文中所讨论的每个范围容易地分解成下三分之一、中三分之一和上三分之一等。本领域的普通技术人员还将理解，所有的语言，例如“直达”、“至少”、“大于”、“小于”等包括所陈述的数目并涉及随后可分解成如上所讨论的子范围的范围。最后，本领域的普通技术人员还将理解，范围包括每个单独的成员。因此，例如，具有1至3个单元的组涉及具有1、2或3个单元的组。类似地，具有1至5个单元的组涉及具有1、2、3、4或5个单元的组，依次类推。

尽管在文中公开了各方面和实施方式，然而，其他方面和实施方式对于本领域普通技术人员将是明显的。本文中所公开的各种方面和实施方式是出于说明的目的而不是意在限制，真正的范围和精神由所附权利要求示出。

Claims

1.一种用于在波分复用WDM无源光网络PON的多个波长光网络单元ONU上分配网络流量请求的方法，所述方法包括：

确定分配是用于抢占式调度还是非抢占式调度；

对于所述抢占式调度，向请求指派波长；

将所述请求和所述波长排序；

将所述请求推迟与每个ONU相关联的激光器调谐时间；以及

通过填充空闲时间来优化所述抢占式调度。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括当指派了请求的波长上的剩余时间不足以满足所述请求时将所述请求的未调度部分移至下一波长。

3.根据权利要求2所述的方法，其中将所述请求和所述波长排序包括如下步骤中的一个或更多个：

按照每个请求的大小的降序顺序对所述请求排序；以及

按照每个波长的可用时间的升序顺序对所述波长排序。

4.根据权利要求1所述的方法，其中将所述请求推迟包括：将所有请求和每个波长上的最后请求的调度推迟与当前被分配的ONU相关联的激光器调谐时间。

5.根据权利要求1所述的方法，其中填充空闲时间包括：分配在a^u _w与之间的持续时间，其中a^u _w为当激光器要被调谐到与当前波长不同的波长的情况下的最迟任务完成时间，为所述最迟任务完成时间的预定义界限。

6.根据权利要求5所述的方法，其中填充空闲时间还包括：分配在a¹ _w与a^u _w之间的持续时间，其中a¹ _w为当所述激光器被调谐到当前波长时的最迟任务完成时间。

7.根据权利要求5所述的方法，还包括当在a^u _w与之间将请求分配到波长时根据大小将所述请求区分优先次序。

8.根据权利要求5所述的方法，其中填充空闲时间还包括：当在a^u _w之后的剩余可用持续时间足以容纳请求时，在波长上调度请求。

9.根据权利要求1所述的方法，还包括如下步骤中的一个或更多个：

对于所述非抢占式调度，按照每个请求的大小的降序顺序对所述请求排序以及按照每个波长的可用时间的升序顺序对所述波长排序；

以从第一波长开始的波长的顺序执行搜索；以及

将每个请求指派给所述请求暂时适合的波长。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括在所有的请求在最迟任务完成时间的预定义界限之前都被调度的情况下确定所述分配是可行的。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括当激光器被调谐到当前波长时通过将在a¹ _w与a^u _w之间的持续时间分配给请求来减小所述最迟任务完成时间，其中a¹ _w为当所述激光器被调谐到当前波长时的最迟任务完成时间，a^u _w为当所述激光器要被调谐到与所述当前波长不同的波长的情况下的最迟任务完成时间。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括基于每个请求的大小的降序顺序将请求区分优先次序。

13.根据权利要求11所述的方法，还包括基于每个请求的大小的降序顺序和每个波长的可用时间的升序顺序针对在a^u _w与之间的持续时间分配剩余请求，其中为所述最迟任务完成时间的预定义界限。

14.一种用于在波分复用WDM无源光网络PON的多个波长光网络单元ONU上分配网络流量请求的设备，所述设备包括：

存储器，所述存储器被配置成存储指令且还存储与所述波分复用无源光网络相关联的网络信息数据；

处理器，所述处理器耦接到所述存储器，其中所述处理器适于执行所述指令，当所述指令被执行时将所述处理器配置成：

确定分配是用于抢占式调度还是非抢占式调度；

对于所述抢占式调度：

向请求指派波长；

按照每个请求的大小的降序顺序将所述请求排序以及按照每个波长的可用时间的升序顺序将所述波长排序；

对于所述非抢占式调度：

将每个请求指派给所述请求暂时适合的波长；

将所述请求推迟与每个ONU相关联的激光器调谐时间；以及通过填充空闲时间来优化所述调度。

15.根据权利要求14所述的设备，其中所述处理器被配置成基于首先在a^u _w与之间的持续时间的分配以及其次在a¹ _w与a^u _w之间的持续时间的分配来填充在所述抢占式调度中的空闲时间，其中a¹ _w为当激光器被调谐到当前波长时的最迟任务完成时间，a^u _w为当所述激光器要被调谐到与当前波长不同的波长时的最迟任务完成时间，为所述最迟任务完成时间的预定义界限。

16.根据权利要求14所述的设备，其中所述处理器被配置成基于当激光器被调谐到当前波长时将在a¹ _w与a^u _w之间的持续时间分配给请求、以及基于按照每个请求的大小的降序顺序和每个波长的可用时间的升序顺序针对a^u _w与之间的持续时间分配剩余请求，来填充在所述非抢占式调度中的空闲时间，其中a¹ _w为当激光器被调谐到当前波长时的最迟任务完成时间，a^u _w为当所述激光器要被调谐到与当前波长不同的波长时的最迟任务完成时间，为所述最迟任务完成时间的预定义界限。

17.根据权利要求14所述的设备，其中所述波分复用无源光网络的所述ONU包括波长可调谐源和/或多波长源中的至少一种。

18.根据权利要求14所述的设备，其中所述ONU包括全范围激光源和有限范围激光源中的至少一种。

19.根据权利要求18所述的设备，其中所述全范围激光源和有限范围激光源中的所述至少一种包括多频率激光器、分布反馈DFB式激光二极管LD阵列、增益耦合分布反馈阵列、啁啾脉冲波分复用、分布式布拉格反射器DBR阵列、取样光栅分布式布拉格反射器或外腔式激光标准具中的一种或更多种。

20.一种用于在波分复用WDM无源光网络PON的多个波长光网络单元ONU上分配网络流量请求的方法，所述方法包括：

确定分配是用于抢占式调度还是非抢占式调度；

对于所述抢占式调度：

向请求指派波长；

按照每个请求的大小的降序顺序对所述请求排序以及按照每个波长的可用时间的升序顺序对所述波长排序；

对于所述非抢占式调度：

将每个请求指派给所述请求暂时适合的波长；

将所有请求和每个波长上的最后请求推迟与当前被分配的ONU相关联的激光器调谐时间；以及

降低总的最迟任务完成时间。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，降低总的最迟任务完成时间包括：

以如下方式减小针对所述抢占式调度的总的最迟任务完成时间：

首先分配在a^u _w与之间的持续时间，其次分配在a¹ _w与a^u _w之间的持续时间，其中a¹ _w为当激光器被调谐到当前波长时的最迟任务完成时间，a^u _w为当所述激光器要被调谐到与当前波长不同的波长的情况下的最迟任务完成时间，为所述最迟任务完成时间的预定义界限；以及

以如下方式减小用于所述非抢占式调度的总的最迟任务完成时间：

当所述激光器被调谐到当前波长时将a¹ _w与a^u _w之间的持续时间分配给请求，并且基于每个请求的大小的降序顺序和每个波长的可用时间的升序顺序针对a^u _w与之间的持续时间分配剩余请求。

22.根据权利要求21所述的方法，还包括：

对于所述抢占式调度：

当在a^u _w与之间将请求分配到波长时，根据大小将所述请求区分优先顺序；以及

对于所述非抢占式调度：

针对所有波长基于每个请求的大小的降序顺序将请求区分优先顺序。

23.根据权利要求21所述的方法，还包括：

如果在a^u _w之后的剩余可用持续时间足以容纳请求，则在波长上调度请求。