CN102036131A - 一种基于GPON系统的端到端QoS控制方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于GPON系统的端到端QoS控制方法和装置，通过ONT在数据上行方向检测各种业务流量，并根据是否超过设定的CIR门限，来决定降低此业务优先级的方案以保证用户流的CIR部分，对于介于CIR门限和PIR门限之间部分则根据网络拥塞程度而转发或通过，同时对于超过PIR门限的数据流实行直接丢弃。本发明的这种方式可以有效利用用户带宽，在流量不冲突情况下，最大限度满足用户需求。并在发生拥塞情况下，保证高优先级业务通过的同时不影响低优先级业务，同时实现了尽系统可能发送剩余流量。

Description

一种基于GPON系统的端到端QoS控制方法和装置
技术领域
本发明涉及一种GPON(G比特无源光网络)系统端到端QoS(Qualityof Service)控制的技术，具体涉及ONT(Optical network terminal光网络终端)在数据上行方向对各种业务流量进行控制的技术。
背景技术
GPON技术是基于ITU-T G.984.x标准的最新一代宽带无源光综合接入标准，具有高带宽，高效率，大覆盖范围，用户接口丰富等众多优点，被大多数运营商视为实现接入网业务宽带化，综合化改造的理想技术。作为接入设备是由局端的OLT(光线路终端)，用户端的ONT，由连接OLT和ONT设备的单模光纤(SM fiber)和无源分光器(Splitter)组成的ODN(光分配网络)以及网管系统组成。电信组网中OLT上行连接网络边缘路由器(PE路由器)，以及处于网路核心的路由器(P路由器)，并使用VPN技术最终连接到各服务提供商以获得各种业务。
虽然网络中各种独立的设备都有QoS保证机制，但对于整个系统来说，如何实现端到端的QoS保证才更为重要。因为业务对网络性能的要求直接来源于业务对端到端客户感知的满意程度的需求。尤其对于目前在网络中涌现出的越来越多的实时业务，如VoIP、IPTV、VOD、HSI等业务对端到端的可用带宽、时延、抖动和丢包十分敏感，这些性能参数严重影响着此类业务的开展和运营维护。这些指标的组合整体反映了承载网络所能提供的QoS，因此准确把握这些网络QoS指标是对网络承载性能进行测评的基础。端到端的QoS保障机制在组网中分别在GPON系统的ONT和连接各RSP的PE之间实现。
本申请重点关注可用带宽这个参数，GPON基于下一代宽带网络的带宽分配技术，多用户时分复用的形式共享一个上行总带宽，而OLT采用的是动态带宽分配(DBA)调节每个用户的带宽，即OLT为每个用户的Tcont(传输容器)分配上行发送时隙。所以各用户的Tcont带宽都会有保证带宽和最大带宽的范围，保证带宽内的流量是系统在任何情况下都可以满足的，最大带宽是当与其他用户的保证带宽没有冲突的情况下，系统给予该用户的最大流量值，这样就可以更有效的利用系统带宽。而对单独的家庭用户来说，同时需要承载VoIP、HSI、IPTV、VOD等不同业务，这些业务分属不同Gemport(承载业务通道)，当然Gemport间也就是不同业务间也是有优先级调度关系，现网通常情况下采用在同一Tcont的四种业务实行SP(严格优先级)调度，即按照优先级映射关系优先保证级别高的业务。例如：业务实时性要求最高的VoIP业务优先级(802.1q Priority)最高，通常为7，该优先级业务的数据属于SP调度能够完全保证的数据流量优先通过，HSI、IPTV、VOD的优先级由高到低可以分别为Priority＝6、Priority＝5、Priority＝4。这样HSI的优先级高于IPTV，IPTV的优先级高于VOD，按照这种方式设计的调度模式能有保证高优先级的业务完全通过后，才轮到下一优先级的业务得到带宽。
现有的这种保证高优先级业务的方法会带来一些风险，具体如下：
1.本用户没有产生拥塞的情况下，如果某一种业务突然数据量增大，假设只有存在HSI业务，当上行流量大于Tcont的保证带宽甚至到达Tcont的最大带宽时，该业务数据都是可以正常通过ONT上行，在OLT上也没有任何流量整形，当数据到达PE router或者P router，PE上行出口同样使用SP调度的话，该用户或者情况类似产生的大量突发HSI数据造成网络拥塞，可能对其他正常用户的HSI业务产生影响，同样也会影响其他低优先级业务。
2.如果用户多种业务同时存在，某一种业务流量突然增大，在Tcont内就造成拥塞，由于采用严格优先级调度算法，必须保证高优先级业务全部通过，这样其他低优先级业务被丢弃。
综上所述，在现有的动态带宽分配机制中采用的严格优先级调度对于某一业务数据量突发增加的情况下，由于缺乏有效灵活的调度机制，导致系统可能发生网络拥塞。现有的专利申请中也没有发现解决该技术问题的有效技术方案。
发明内容
本发明要解决的主要技术问题是，提供一种基于GPON系统的端到端QoS控制方法和装置，实现根据上行数据包的传输速率动态进行上行流量调整。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于GPON系统的端到端QoS控制方法，包括以下处理过程：
对每个承载业务通道设置CIR门限和PIR门限，其中PIR门限值大于CIR门限值；
当通过承载业务通道上行的数据包传输速率小于该通道的CIR门限时，正常上行数据包；
当通过承载业务通道上行的数据包传输速率介于CIR门限和PIR门限之间时，对上行的数据包进行流量控制；
当通过承载业务通道上行的数据包传输速率大于PIR门限之间时，丢弃上行的数据包。
优选的，所述设置CIR门限和PIR门限中还包括：设置每个用户的所有承载业务通道的CIR门限之和不超过该用户Tcont的保证带宽；设置每个用户的所有承载业务通道的PIR门限之和不超过该用户Tcont的最大带宽。
进一步的，所述对上行的数据包进行流量控制具体为：降低上行数据包的优先级，根据网络拥塞程度丢弃数据包或者上行数据包；以及在光网络终端直接丢弃上行的数据包。
优选的，所述设置承载业务通道的CIR门限和PIR门限具体为：先在光线路终端配置界面远程设置，然后通过OMCI消息将设置发送到光网络终端，由光网络终端完成各承载业务通道的CIR门限和PIR门限设置。
本发明还提供了一种基于GPON系统的端到端QoS控制装置，包括：门限设置单元，用于设置承载业务通道的CIR门限和PIR门限，其中PIR门限值大于CIR门限值；上行速率比较单元，用于比较通过承载业务通道上行的数据包传输速率与该通道设置的CIR门限和PIR门限；数据包控制单元，用于根据上行速率比较单元输出的速率比较结果完成上行数据包的控制。
优选的，所述数据包控制单元对上行数据包进行的控制具体包括：当通过承载业务通道上行的数据包传输速率小于该通道的CIR门限时，正常上行数据包；当通过承载业务通道上行的数据包传输速率介于CIR门限和PIR门限之间时，对上行的数据包进行流量控制；当通过承载业务通道上行的数据包传输速率大于PIR门限之间时，丢弃上行的数据包。
进一步的，所述的流程控制包括以下方式之一：降低上行数据包的优先级，根据网络拥塞程度丢弃数据包或者上行数据包；以及在光网络终端直接丢弃上行的数据包。
优选的，所述门限设置单元按照以下原则完成CIR门限和PIR门限设置：每个用户的所有承载业务通道的CIR门限之和不超过该用户Tcont的保证带宽；每个用户的所有承载业务通道的PIR门限之和不超过该用户Tcont的最大带宽。
采用本发明提出的端到端QoS控制方法和装置，ONT可以在数据上行方向检测各种业务流量，并根据是否超过设定的CIR门限，来决定降低此业务优先级的方案以保证用户流的CIR部分，对于介于CIR门限和PIR门限之间部分则根据网络拥塞程度而转发或通过，同时对于超过PIR门限的数据流实行直接丢弃。本发明的这种方式可以有效利用用户带宽，在流量不冲突情况下，最大限度满足用户需求。并在发生拥塞情况下，保证高优先级业务通过的同时不影响低优先级业务，同时实现了尽系统可能发送剩余流量。
附图说明
图1为本发明实施一端到端QoS控制方法的处理流程图；
图2为本发明实施例二端到端QoS控制装置的系统框图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明通过对每个Gemport(承载业务的通道)设置CIR门限、PIR门限，PIR门限值大于CIR门限值，目的用来保证用户数据流的CIR部分，对于小于各业务设定CIR部分的数据不做修改，超过CIR但小于PIR的部分降低其优先级，根据网络拥塞程度丢弃或通过，当然也可以选择在ONT直接丢弃这部分流量；同时对于超过PIR门限的数据流实行直接丢弃。具体应用中可以设置所有业务的CIR相加小于等于Tcont的保证带宽，PIR相加小于等于Tcont设置的最大带宽。在具体应用中可以使用OMCI(ONTManagement Control Interface)命令，在OLT配置界面远程设置ONT的Gemport参数。ONT接收到OMCI消息后设置PON MAC芯片对每条Gemport给定CIR、PIR判定门限。这样符合规则的数据流使用扩展VLAN修改降低优先级或者直接丢弃数据包。
实施例一：
首先自定义OMCI消息，OMCI是ITU-T定义的GPON标准管理G.984.4协议内容，里面有一整套完善的ONT远程管理方法，但是同时G.984.4也是开放性协议，可以参照协议格式采取自定义的方式增加。协议中对ONU的每个特性都会定义一个管理实体(Message identifier)，从而采用创建、设置、修改、删除这些管理实体实现对ONT的远程管理。本实施例中需要首先增加Traffic Limit-UNI实体，在该实体中设置CIR Tag(CIR速率标签)，其中0表示CIR仅用于限速，1表示CIR用于流量标识，即进行优先级修改。此外，设置两个优先级调整模式：Priority 1和Priority 2.
Priority 1：当CIR Tag为1，且流量低于CIR时将VLAN优先级修改为当前值；或者当CIR Tag为0时，直接修改报文的VLAN优先级。
Priority 2：当CIR Tag为1，且流量高于CIR时将VLAN优先级修改为当前值。
本实施例中，底层芯片收到OMCI设置的命令后，可以首先进行PIR实现，即在UNI入口对总速率进行限制，以丢弃掉超过PIR流量的报文。之后的流程请参考图1所示，包括以下处理过程：
步骤11，报文匹配。通过CFP(Compact Field Processor)功能对从UNI口进来的报文进行匹配，该报文可以基于VLAN值、Pirority优先级值，或者是以太网类型进行区分。
步骤12，CIR速率检测。通过CFP的METER(流量表)功能来标识CIR速率，METER功能可以区分出配置速率的带内(In_Band)和带外(Out_Band)流量，带外流量为Rate_Violation.带内流量为None Rate_Violation。
步骤13，读取CIR标签，当CIR标签为0时转步骤14；当CIR标签为1时转步骤15。
步骤14，CIR门限仅用于限速(Priority1有效，Priority2无效)时。此时对带内流量进行Priority1的修改，对带外流量直接进行丢弃。这样实际达到的效果就是该报文被限制了CIR的速率。
步骤15，CIR用于流量标识，进行优先级修改(Priority1和Priority2有效)时。此时对带内和带外流量均进行修改Priority的操作。但是在芯片的出口方向对带外的流量做了个从Priority1到Priority2的映射，这个映射是通过对Rate_Violation的报文，带外报文设置了Priority1到Priority2的映射来实现。比如前文提到的对HIS(Priority1＝6)、IPTV(Priority1＝5)、VOD(Priority1＝4)业务的带外报文优先级分别修改为Priority2＝3、2、1。
实施二：
如图2所示端到端QoS控制装置，包括：门限设置单元21，用于设置承载业务通道的CIR门限和PIR门限，其中PIR门限值大于CIR门限值；上行速率比较单元22，用于比较通过承载业务通道上行的数据包传输速率与该通道设置的CIR门限和PIR门限；数据包控制单元23，用于根据上行速率比较单元输出的速率比较结果完成上行数据包的控制。
其中数据包控制单元23对上行数据包进行的控制具体包括：
(1)当通过承载业务通道上行的数据包传输速率小于该通道的CIR门限时，正常上行数据包；
(2)当通过承载业务通道上行的数据包传输速率介于CIR门限和PIR门限之间时，对上行的数据包进行流量控制；这里的流程控制可以是降低上行数据包的优先级，根据网络拥塞程度丢弃数据包或者上行数据包；也可以在光网络终端直接丢弃上行的数据包。
(3)当通过承载业务通道上行的数据包传输速率大于PIR门限之间时，丢弃上行的数据包。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于GPON系统的端到端QoS控制方法，其特征在于，包括以下处理过程：
对每个承载业务通道设置CIR门限和PIR门限，其中PIR门限值大于CIR门限值；
当通过承载业务通道上行的数据包传输速率小于该通道的CIR门限时，正常上行数据包；
当通过承载业务通道上行的数据包传输速率介于CIR门限和PIR门限之间时，对上行的数据包进行流量控制；
当通过承载业务通道上行的数据包传输速率大于PIR门限之间时，丢弃上行的数据包。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设置CIR门限和PIR门限中还包括：设置每个用户的所有承载业务通道的CIR门限之和不超过该用户Tcont的保证带宽；设置每个用户的所有承载业务通道的PIR门限之和不超过该用户Tcont的最大带宽。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述对上行的数据包进行流量控制具体为：降低上行数据包的优先级，根据网络拥塞程度丢弃数据包或者上行数据包。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述对上行的数据包进行流量控制具体为：在光网络终端直接丢弃上行的数据包。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述设置承载业务通道的CIR门限和PIR门限具体为：先在光线路终端配置界面远程设置，然后通过OMCI消息将设置发送到光网络终端，由光网络终端完成各承载业务通道的CIR门限和PIR门限设置。
6.一种基于GPON系统的端到端QoS控制装置，其特征在于，所述装置包括：
门限设置单元，用于设置承载业务通道的CIR门限和PIR门限，其中PIR门限值大于CIR门限值；
上行速率比较单元，用于比较通过承载业务通道上行的数据包传输速率与该通道设置的CIR门限和PIR门限；
数据包控制单元，用于根据上行速率比较单元输出的速率比较结果完成上行数据包的控制。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述数据包控制单元对上行数据包进行的控制具体包括：
当通过承载业务通道上行的数据包传输速率小于该通道的CIR门限时，正常上行数据包；
当通过承载业务通道上行的数据包传输速率介于CIR门限和PIR门限之间时，对上行的数据包进行流量控制；
当通过承载业务通道上行的数据包传输速率大于PIR门限之间时，丢弃上行的数据包。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的流程控制包括以下方式之一：降低上行数据包的优先级，根据网络拥塞程度丢弃数据包或者上行数据包；以及在光网络终端直接丢弃上行的数据包。
9.根据权利要求6-8任一项所述的方法，其特征在于，所述门限设置单元按照以下原则完成CIR门限和PIR门限设置：每个用户的所有承载业务通道的CIR门限之和不超过该用户Tcont的保证带宽；每个用户的所有承载业务通道的PIR门限之和不超过该用户Tcont的最大带宽。
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