CN107196876A - 一种无源光接入网络及其流量调度方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无源光接入网络及其流量调度方法，该网络包括：OpenFlow控制器、具有OpenFlow协议代理功能的光线路终端节点OF‑OLT、光网络单元ONU，所述OpenFlow控制器通过城域网与至少一个所述光线路终端节点OF‑OLT分别相连；所述光线路终端节点OF‑OLT分别与至少一个所述光网络单元ONU相连。本发明提供的无源光接入网络，由OF‑OLT与ONU之间的信令实现资源调度，节省了成本且避免信令风暴。同时，通过集中式的OpenFlow控制器完成对多网络域之间用户的带宽资源分配以及统一的动态调度，从而实现服务质量保证和网络资源的优化配置，能够有效提高网络资源利用率低下的问题。

Description

一种无源光接入网络及其流量调度方法
技术领域
本发明涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种无源光接入网络及其流量调度方法。
背景技术
由光线路终端(OLT，Optical Line Terminal)和光网络单元(ONU，OpticalNetwork Unit)节点组成的无源光网络(PON，Passive Optical Network)技术，拥有造价低、灵活组网、资源占用低等巨大优势，在接入网领域得到广泛应用。
但是在目前商用的PON设备运营中，运营者需要定期到用户所在的接入网络域，根据域内的用户分布情况和应用服务情况，通过网络管理***对相关OLT设备中的接入网资源和管理策略进行手动修改与配置，例如动态带宽分配(DBA，Dynamic BandwidthAllocation)策略参数和操作维护管理(OAM，Operation Administration andMaintenance)配置等。
此外，不同用户之间的数据流缺乏动态控制与资源智能调度，以至于用户的服务质量需求很难得以保证，由此导致了全网中网络资源利用率偏低的情况。因此，如何提高网络资源利用率、降低网络运营成本成为了亟待解决的问题。
在接入网领域，用户本地侧的数据流量和业务类型具有灵活和多样化特征，对于PON的维护主要通过网络管理***进行。然而网管只能对业务概览、告警、性能等业务信息进行监控，无法对PON进行实时控制，更无法对流量进行控制。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题是，如何提供一种能够提高无源光接入网络的资源利用率并降低运营成本的技术方案。
为解决以上技术问题，本发明在第一方面提供一种无源光接入网络，包括：OpenFlow控制器、具有OpenFlow协议代理功能的光线路终端节点OF-OLT、光网络单元ONU，所述OpenFlow控制器通过城域网与至少一个所述光线路终端节点OF-OLT分别相连；所述光线路终端节点OF-OLT分别与至少一个所述光网络单元ONU相连。
在一种可能的实现方式中，所述OpenFlow控制器部署在核心侧的控制中心内。
在一种可能的实现方式中，所述城域网包括：分组传送网PTN、多业务传送平台MSTP或光传送网OTN。
为解决以上技术问题，本发明在第二方面提供无源光接入网络的流量调度方法，包括：光网络单元ONU验证服务请求，并向对应的光线路终端节点OF-OLT发送服务请求；所述光线路终端节点OF-OLT将所述光网络单元ONU的服务请求和自身的实时流量信息上报给OpenFlow控制器；所述OpenFlow控制器汇聚全网资源信息和实时网络状态信息，并按照预设的策略分配带宽。
在一种可能的实现方式中，所述OpenFlow控制器汇聚全网资源信息和实时网络状态信息，并按照预设的策略分配带宽包括：所述OpenFlow控制器根据过去t0时间内的OLT资源利用率期望、OLT服务队列长度期望以及所述服务请求中业务数据量的期望，计算未来时间t1内网络的带宽需求；所述OpenFlow控制器按照成本最低原则或用户体验最优原则为所述服务请求分配带宽，并对所述光线路终端节点OLT的总上行带宽进行分配。
在一种可能的实现方式中，所述OpenFlow控制器按照成本最低原则或用户体验最优原则为所述服务请求分配带宽，并对所述光线路终端节点OLT的总上行带宽进行分配包括：根据业务最大容许时延计算网络最低需求带宽；比较所述光线路终端节点OLT的可用带宽与所述网络最低需求带宽，根据比较结果进行带宽分配。
在一种可能的实现方式中，所述比较所述光线路终端节点OLT的可用带宽与所述网络最低需求带宽，根据比较结果进行带宽分配包括：当所述光线路终端节点OLT的可用带宽大于所述网络最低需求带宽时，按照成本最低原则或用户体验最优原则为所述服务请求分配带宽，并对所述光线路终端节点OLT的总上行带宽进行分配；当所述光线路终端节点OLT的可用带宽不大于所述网络最低需求带宽时，启用延时重传机制。
在一种可能的实现方式中，所述成本最低原则包括：在满足所述网络最低需求带宽时，降低空闲光线路终端节点OLT链路总带宽，增加繁忙光线路终端节点OLT链路总带宽，并启动设备睡眠唤醒机制。
在一种可能的实现方式中，所述用户体验最优原则包括：降低空闲光线路终端节点OLT链路总带宽并转移到繁忙光线路终端节点OLT链路，在满足所述网络最低需求带宽时，按照可以提供的最大带宽分配给所述服务请求。
在一种可能的实现方式中，当所述光线路终端节点OLT的可用带宽不大于所述网络最低需求带宽时，启用延时重传机制包括：更新所述业务最大容许时延，判断更新后的业务最大容许时延是否大于重传固定时延；当更新后的业务最大容许时延大于重传固定时延时，判断为业务堵塞；当更新后的业务最大容许时延不大于重传固定时延时，重新验证所述服务请求。
本发明提供的无源光接入网络及其流量调度方法，采用集中控制的软件定义光接入网络SDOAN架构实现服务感知流量调度，由OF-OLT与ONU之间的信令实现资源调度，节省了成本且避免信令风暴。同时，通过集中式的OpenFlow控制器完成对多网络域之间用户的带宽资源分配以及统一的动态调度，从而实现服务质量保证和网络资源的优化配置，能够有效提高网络资源利用率低下的问题。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本发明的原理。
图1为本发明中无源光接入网络的架构图；
图2为本发明中OpenFlow协议扩展的流表项的示意图；
图3为本发明中无源光接入网络的流量调度方法的流程图；
图4为本发明中步骤303的一种实现方式的流程图；
图5为本发明中步骤A2的一种实现方式的流程图；
图6为本发明中无源光接入网络的流量调度方法的信息交互流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
本发明提出了一种基于SDN(Software Defined Network，软件定义网络)的新型软件定义光接入网架构，在该架构下，用户通过OpenFlow(一种网络交换模型)协议实现网络协议与功能的可编程和可重构化，并引入服务感知的流量调度策略，进行以全局的视角将多种资源进行抽象以提供统一的控制接口完成控制与管理的目标。
本发明的集中控制的新型软件定义光接入网络(Software-defined opticalaccess network，SDOAN)架构如图1所示，该无源光接入网络包括：OpenFlow控制器、具有OpenFlow协议代理功能的光线路终端节点OF-OLT、光网络单元ONU，所述OpenFlow控制器通过城域网与至少一个所述光线路终端节点OF-OLT分别相连；所述光线路终端节点OF-OLT分别与至少一个所述光网络单元ONU相连。
分布式的多域无源光接入网络通过以分组传送网(PTN，Packet TransportNetwork)、多业务传送平台(MSTP，Multi-Service Transfer Platform)以及光传送网(OTN，OpticalTransportNetwork)为代表技术的城域网络进行汇聚，实现网络之间的互联互通。同时OpenFlow控制器(OC)部署在核心侧的控制中心内，PON通过OpenFlow协议实现软件定义化，并通过OC集中控制。为了更好控制PON，部署了具有OpenFlow协议代理功能的OLT节点，并对OpenFlow协议进行扩展，这些节点称为OF-OLT。
需要注意的是，为了节省成本并避免信令风暴，本发明将数以百计的ONU设计成不通过OC直接控制，而由OF-OLT与ONU之间的信令实现资源调度。这样设计SDOAN架构有两个目的：首先，位于控制中心侧的远端集中式控制器由运营商维护，运营商将策略模块以插件程序的方式(Plug-In)部署在控制器中，实现了通过远程的统一控制方式对多域接入网中的网络资源和控制策略的管理与配置，降低了现场运营和维护的成本；其次，通过集中式的OpenFlow控制器完成对多网络域之间用户的带宽资源分配以及统一的动态调度，从而实现服务质量保证和网络资源的优化配置。
在SDOAN架构中，为了实现对接入设备的控制并实现相应功能，需要对OpenFlow流表项进行扩展，具体扩展的流表项如图2所示。OpenFlow协议将流表项定义为规则、动作和状态三种结构实体。规则字段被扩展为输入/输出端口和PON功能标签，其中该标签包括保护时间、带宽、时隙和ONU的数量等，这些扩展描述了PON的主要特征。而OF-OLT节点对数据流的动作操作则主要包含上行、下行、丢弃和配置工作，通过规则与动作的不同组合完成OF-OLT的控制功能。扩展协议中的统计字段则负责监控流量特征，并为调度策略提供必要的参数。
实施例1
图3示出本发明实施例提供的无源光接入网络的流量调度方法的流程图，如图1所示，该方法包括：
步骤301：光网络单元ONU验证服务请求，并向对应的光线路终端节点OF-OLT发送服务请求；
步骤302：所述光线路终端节点OF-OLT将所述光网络单元ONU的服务请求和自身的实时流量信息上报给OpenFlow控制器；
步骤303：所述OpenFlow控制器汇聚全网资源信息和实时网络状态信息，并按照预设的策略分配带宽。
在本发明中，当服务请求到达时，ONU验证服务请求并将其映射为请求参数TRi(d,t)，通过OAM协议向对应的OF-OLT提交申请，每个OF-OLT再将当前所有ONU终端的服务申请请求和实时流量信息上报给OpenFlow控制器。OpenFlow控制器汇聚全网资源信息和实时网络状态信息后按照策略分配带宽。
本发明实施例提供的无源光接入网络的流量调度方法，采用集中控制的软件定义光接入网络SDOAN架构实现服务感知流量调度，由OF-OLT与ONU之间的信令实现资源调度，节省了成本且避免信令风暴。同时，通过集中式的OpenFlow控制器完成对多网络域之间用户的带宽资源分配以及统一的动态调度，从而实现服务质量保证和网络资源的优化配置，能够有效提高网络资源利用率低下的问题。
实施例2
图4示出步骤303的一种实现方式的流程图，如图4所示，步骤303可以实施为以下步骤：
步骤401：所述OpenFlow控制器根据过去t0时间内的OLT资源利用率期望、OLT服务队列长度期望以及所述服务请求中业务数据量的期望，计算未来时间t1内网络的带宽需求；
步骤402：所述OpenFlow控制器按照成本最低原则或用户体验最优原则为所述服务请求分配带宽，并对所述光线路终端节点OLT的总上行带宽进行分配。
由于网络状态的时变性，本发明采用动态资源预测方案，通过采样过去一段时间内的资源变化情况，以预测当前及未来一段时间内参数变化情况。即统计过去的t0时间内的OLT资源利用率期望、OLT服务队列长度期望以及服务请求中业务数据量的期望，以预测下一时刻t1内服务请求的繁忙程度。然后按照成本最低原则或用户体验最优原则为服务请求分配合适的带宽，并重新对各个OLT的总上行带宽进行分配。
可选的，步骤402可以实施为以下步骤：步骤A1：根据业务最大容许时延计算网络最低需求带宽；步骤A2：比较所述光线路终端节点OLT的可用带宽与所述网络最低需求带宽，根据比较结果进行带宽分配。
本实施例为实施例一中步骤103的进一步说明，具有实施例一的全部有益技术效果，在此不再赘述。
实施例3
图5示出实施例2中步骤A2的一种实现方式的流程图，如图5所示，步骤A2可以实施为以下步骤：
步骤501：当所述光线路终端节点OLT的可用带宽大于所述网络最低需求带宽时，按照成本最低原则或用户体验最优原则为所述服务请求分配带宽，并对所述光线路终端节点OLT的总上行带宽进行分配；
可选的，所述成本最低原则包括：在满足所述网络最低需求带宽时，降低空闲光线路终端节点OLT链路总带宽，增加繁忙光线路终端节点OLT链路总带宽，并启动设备睡眠唤醒机制。
成本最低原则是按照服务请求容许的最大时延分配带宽，即保证服务请求不失败的前提下，通过合理的预测评估方案将设备可支持最大带宽降到最低，通过设备休眠机制达到降低能耗和成本的目标。根据预测评估结果保留未来一小段t1时间内的带宽需求，并且不断使用预测评估结果完成迭代优化，保证t1时间内的带宽需求不受影响，同时其余的空闲带宽被压缩，以实现降低网络运营成本的需求。
可选的，所述用户体验最优原则包括：降低空闲光线路终端节点OLT链路总带宽并转移到繁忙光线路终端节点OLT链路，在满足所述网络最低需求带宽时，按照可以提供的最大带宽分配给所述服务请求。
用户体验最优原则是按照网络链路可以提供的最大带宽来分配资源，即通过充分利用带宽资源，大幅度提高资源利用率和终端用户体验。通过合理的预测评估方案计算出未来一小段t1时间内的带宽需求，在不影响t1时间内的带宽需求前提下，按照可以提供的最大带宽满足服务请求，达到在网络空闲与繁忙状态下资源利用率和用户体验大幅度提升的目标。
步骤502：当所述光线路终端节点OLT的可用带宽不大于所述网络最低需求带宽时，启用延时重传机制。
在一种可能的实现方式中，步骤502可以实施为以下步骤：
步骤B1：更新所述业务最大容许时延，判断更新后的业务最大容许时延是否大于重传固定时延；
更新业务最大容许时延的方法为：OpenFlow控制器根据当前OLT可用带宽反推出服务请求成功执行所对应的最大容许时延。
任何一个业务在该网络里均存在生命周期，此处将该生命周期定义为重传固定时延，如果某业务从业务触发开始经过一个生命周期仍然没有被完全执行，即认为存在业务堵塞。
步骤B2：当更新后的业务最大容许时延大于重传固定时延时，判断为业务堵塞；
步骤B3：当更新后的业务最大容许时延不大于重传固定时延时，重新验证所述服务请求。
另外，在本发明中，为了实现流量监控的实时性，OpenFlow控制器OC通过OpenFlow协议定期向每个OF-OLT节点发送流量监测请求，同时从相应OF-OLT节点传递回的消息中获得流量的状态信息。
针对一个新的ONU节点接入的情况，统一控制流程如下：当新节点ONU1访问OLT 1以进行服务请求时，OLT1设备将此请求转发到OC中。考虑到服务等级和当前网络的资源条件，可以在OC中完成流量调度，并将计算出的结果通过OC发送新的流条目，为新ONU1安排时隙资源、带宽和相应的配置。
针对已有ONU的需求改变，无源光接入网络SDOAN统一控制流程如下：一旦OC从监测信息中获得已存在的ONU2中服务请求改变，OC将向OF-OLT2发送带宽粒度变化信息，以更新流表项实现灵活地资源动态调整。
本实施例为实施例二中步骤A2的进一步说明，具有实施例一和实施例二的全部有益技术效果，在此不再赘述。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

Claims (10)

1.一种无源光接入网络，其特征在于，包括：OpenFlow控制器、具有OpenFlow协议代理功能的光线路终端节点OF-OLT、光网络单元ONU，
所述OpenFlow控制器通过城域网与至少一个所述光线路终端节点OF-OLT分别相连；
所述光线路终端节点OF-OLT分别与至少一个所述光网络单元ONU相连。
2.根据权利要求1所述的无源光接入网络，其特征在于，所述OpenFlow控制器部署在核心侧的控制中心内。
3.根据权利要求1或2所述的无源光接入网络，其特征在于，所述城域网包括：分组传送网PTN、多业务传送平台MSTP或光传送网OTN。
4.一种如权利要求1-3任意一项所述的无源光接入网络的流量调度方法，其特征在于，包括：
光网络单元ONU验证服务请求，并向对应的光线路终端节点OF-OLT发送服务请求；
所述光线路终端节点OF-OLT将所述光网络单元ONU的服务请求和自身的实时流量信息上报给OpenFlow控制器；
所述OpenFlow控制器汇聚全网资源信息和实时网络状态信息，并按照预设的策略分配带宽。
5.根据权利要求4所述的流量调度方法，其特征在于，所述OpenFlow控制器汇聚全网资源信息和实时网络状态信息，并按照预设的策略分配带宽包括：
所述OpenFlow控制器根据过去t0时间内的OLT资源利用率期望、OLT服务队列长度期望以及所述服务请求中业务数据量的期望，计算未来时间t1内网络的带宽需求；
所述OpenFlow控制器按照成本最低原则或用户体验最优原则为所述服务请求分配带宽，并对所述光线路终端节点OLT的总上行带宽进行分配。
6.根据权利要求5所述的流量调度方法，其特征在于，所述OpenFlow控制器按照成本最低原则或用户体验最优原则为所述服务请求分配带宽，并对所述光线路终端节点OLT的总上行带宽进行分配包括：
根据业务最大容许时延计算网络最低需求带宽；
比较所述光线路终端节点OLT的可用带宽与所述网络最低需求带宽，根据比较结果进行带宽分配。
7.根据权利要求6所述的流量调度方法，其特征在于，所述比较所述光线路终端节点OLT的可用带宽与所述网络最低需求带宽，根据比较结果进行带宽分配包括：
当所述光线路终端节点OLT的可用带宽大于所述网络最低需求带宽时，按照成本最低原则或用户体验最优原则为所述服务请求分配带宽，并对所述光线路终端节点OLT的总上行带宽进行分配；
当所述光线路终端节点OLT的可用带宽不大于所述网络最低需求带宽时，启用延时重传机制。
8.根据权利要求7所述的流量调度方法，其特征在于，所述成本最低原则包括：
在满足所述网络最低需求带宽时，降低空闲光线路终端节点OLT链路总带宽，增加繁忙光线路终端节点OLT链路总带宽，并启动设备睡眠唤醒机制。
9.根据权利要求7所述的流量调度方法，其特征在于，所述用户体验最优原则包括：
降低空闲光线路终端节点OLT链路总带宽并转移到繁忙光线路终端节点OLT链路，在满足所述网络最低需求带宽时，按照可以提供的最大带宽分配给所述服务请求。
10.根据权利要求7所述的流量调度方法，其特征在于，当所述光线路终端节点OLT的可用带宽不大于所述网络最低需求带宽时，启用延时重传机制包括：
更新所述业务最大容许时延，判断更新后的业务最大容许时延是否大于重传固定时延；
当更新后的业务最大容许时延大于重传固定时延时，判断为业务堵塞；
当更新后的业务最大容许时延不大于重传固定时延时，重新验证所述服务请求。
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