CN103124382B - 面向非对称数据传送的差异化网络编码方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在无源光网络中面向非对称数据传送的差异化网络编码方法，一套支持非面向非对称数据传送的差异化网络编码的装置和系统，主要包括：在无源光网络中ONU之间传输的数据不一致时，配对数据进行网络编码，超出部分根据控制信息，选择不同的处理方式和发送方式。处理方式主要包括普通数据处理、标准数据编码、重复数据编码和保护数据编码；发送方式主要包括不等待发送和等待发送。本发明解决了在PON网络中实现网络编码的方法，尤其解决了网络编码数据不对称情况下，使用不同的策略，使得数据能够及时进行网络编码，提高了网络编码的处理速度或安全性，并提高了PON网络的传输效率。

Description

面向非对称数据传送的差异化网络编码方法、装置和系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及网络编码在无源光纤网络(PassiveOpticalNetwork，PON)中的使用，包括无源光网络中非对称数据网络编码的根据控制信息选择处理方式和发送方式。其中，处理方式主要为是否进行网络编码，以及如何进行网络编码；发送方式主要为是否需要等待配对数据，以及如何判定为超出数据。

背景技术

传统的通信网络传送数据的方式是存储转发，即在数据传输过程中，中间节点只扮演着转发器的角色，只负责查找路由、转发数据，而不对数据内容做任何处理。长期以来，人们普遍认为在中间节点上对传输的数据进行加工不会产生任何收益，然而网络编码理论彻底推翻了这种传统观点。

网络编码是一种融合了路由和编码的信息交换技术，它的核心思想是在网络中的各个节点上对各条信道上收到的信息进行线性或者非线性的处理，然后转发给下游节点，中间节点扮演着编码器或信号处理器的角色。根据图论中的最大流-最小割定理，数据的发送方和接收方通信的最大速率不能超过双方之间的最大流值(或最小割值)，如果采用传统多播路由的方法，一般不能达到该上界。但是，通过网络编码，可以达到多播路由传输的最大流界，提高了信息的传输效率，从而奠定了网络编码在现代网络通信研究领域的重要地位。

无源光纤网络PON具有典型的树形网络结构，OLT为局端，ONU作为终端，下行采用广播传输共享带宽，上行采用时分复用共享带宽，并能够根据需求动态分配，实现了点到多点的灵活调度结构，是接入网的重要实现手段。结合网络编码技术，PON系统能够极大的提高下行传输速率。

在现有的PON系统中，如果ONU之间存在数据业务，业界通常在OLT接收到ONU数据后，在本地实现二层的数据交换，或通过OLT向上传输，在三层实现交换。其具体做法参见下文：

OLT本地实现二层交换为例，说明ONU之间的数据传输，方法流程如图1所示：

步骤101、ONU-1将要传输给ONU-2的数据A上行发送给OLT。

步骤102、OLT将数据A下行广播发送给各个ONU。

步骤103、ONU-2接收到OLT发送的下行数据A，完成了从ONU-1到ONU-2数据A的传输。

步骤104、ONU-2将要传输给ONU-1的数据B上行发送给OLT。

步骤105、OLT将数据B下行广播发送给各个ONU。

步骤106、ONU-1接收到OLT发送的下行数据B，完成了从ONU-2到ONU-1数据B的传输。流程结束，实现了两个ONU之间的数据传输。

在对现有技术的研究和实践过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

如果在PON网络中，要实现ONU之间数据的交互传输，需要消耗时分复用的上行数据带宽，并消耗同样的下行数据带宽。网络编码可以节省下行带宽，但需要编码的数据一致，不能很好的处理不对称数据的超出部分。

对于一个PON系统，OLT需要将接收到的外部网络数据通过下行链路广播发送，而ONU之间的数据占用下行数据带宽，减小了PON与外部网络总的数据吞吐量。因此如果使用网络编码技术，使得系统的下行总流量减小，则可以传输更多的有效数据。

发明内容

本发明提供了一种在PON网络中加入网络编码的设计方式，能够减少ONU之间传输数据占用的PON网络下行数据带宽，以便增加PON网络总的数据流量、吞吐量，是一种新的提高PON网络系统效率的方法，实现简单、高效。

为了实现上述技术，本发明通过以下技术方案实现：

一种在PON网络中面向非对称数据传送的差异化网络编码方法，具体为

当ONU之间传输的数据量不一致时，针对其中可以配对码的部分进行网络编码；对不对称数据的超出部分，根据控制信息选择具体的处理方式和发送方式。

步骤1，OLT检测ONU之间的数据，控制ONU完成网络编码连接的建立和拆除。

步骤2，OLT将2组上行网络编码数据，进行网络编码，生成下行网络编码数据。

步骤3，ONU将下行网络编码数据，与本地缓存的上行网络编码数据，进行网络解码，生成对端的上行网络编码数据，即为接收数据。

步骤4，特别的对于不对称数据超出部分，OLT和ONU需要根据控制信息选择具体的处理方式和发送方式。其中，处理方式主要为是否进行网络编码，以及如何进行网络编码；发送方式主要为是否需要等待配对数据，以及如何判定为超出数据。

其中一方面，所述“对于不对称数据超出部分，OLT和ONU需要根据控制信息选择具体的处理方式”，主要为

步骤4-1，如果控制信息为不编码，则不进行网络编码，按照普通数据的方式处理。

步骤4-2，如果控制信息为标准编码，则进行网络编码，另一组数据为预先定义的标准数据。

步骤4-3，如果控制信息为重复编码，则进行网络编码，另一组数据为重复使用的对端数据。

步骤4-4，如果控制信息为保护编码，则进行网络编码，另一组数据为连接特定的保护数据。

其一，所述“控制信息为不编码，则不进行网络编码，按照普通数据的方式处理”，具体为

步骤4-1-1，超出数据不作为网络编码数据处理，按照无源光网络中非网络编码数据组帧发送。

步骤4-1-1，根据系统的要求，下行输出时，可以加密，也可以不加密。

其二，所述“控制信息为标准编码，则进行网络编码，另一组数据为预先定义的标准数据”，具体为

超出数据与系统定义的标准数据，进行网络编码。其中，标准数据要保证OLT和ONU保持一致，主要包括数据的长度、前导码和帧净荷。即OLT与ONU不经过通信，能够采用相同的数据编码和解码。

步骤4-2-1，标准数据的长度，可以为变长，保持与超出数据的帧长度一致，可以利于网络编码；

步骤4-2-2，标准数据的前导码，可以为特殊的可识别前导码，保证不会与网络编码数据冲突；也可以与超出数据的前导码一致；

步骤4-2-3，标准数据的帧净荷，以多个字节为单位，可以为循环重复的特定字节，也可以为有规律的变化数据。

其三，所述“控制信息为重复编码，则进行网络编码，另一组数据为重复使用的对端数据”，具体为

重复使用已使用过的对端数据，与超出数据进行网络编码。其中，对于对端数据的重复使用规则，主要包括使用范围、选择规则和处理策略。

步骤4-3-1，重复使用的数据，为对端数据的最新若干数据帧，及时释放较早数据占用的资源；

步骤4-3-2，选择规则可以是按顺序依次循环使用，可以是选择短于超出数据的最长数据帧，可以是随机选择；

步骤4-3-3，处理策略主要是ONU接收后，如果发现是已解码的对端数据，可以不作处理；也可以不作区分，重复处理。

其四，所述“控制信息为保护编码，则进行网络编码，另一组数据为连接特定的保护数据”，具体为

OLT和ONU在建立网络编码连接时，规定一组特定数据，类似于密钥保护；其中，保护数据的使用规则主要包括数据的通知、关键字节和生成规则；

步骤4-4-1，数据的通知，主要信息在连接建立时的控制帧中；

步骤4-4-2，数据的关键字节在控制帧中，或者在其他数据中，控制帧只包含其位置信息；

步骤4-4-3，数据的生成规则，由关键字节按照规律产生，主要是循环重复。

另一方面，所述“对于不对称数据超出部分，OLT和ONU需要根据控制信息选择具体的发送方式”，主要为

步骤4-5，m个动态带宽分配DBA周期内，双方数据均完成上行后，超出部分不等待，直接发送。

步骤4-6，OLT缓存超出部分，直到对应的数据到达，进行网络编码；或者超出等待时间，直接发送。

其一，所述“m个动态带宽分配DBA周期内，双方数据均完成上行后，超出部分不等待，直接发送”，具体为

步骤4-5-1，在m个DBA周期内，先上行的数据，需要缓存在OLT中，等待后上行的数据。

步骤4-5-2，后上行的数据达到后，依次与先上行的数据进行网络编码。

步骤4-5-3，如果先上行的数据与后上行的数据，数据帧数一致，正好完成网络编码。

步骤4-5-4，如果先上行的数据多于后上行的数据，在后上行的数据传输完成后，先上行的数据从缓存中读出，按照超出数据的方式处理。

步骤4-5-5，如果先上行的数据少于后上行的数据，在先上行的数据编码完成后，后上行的数据不需要缓存，直接按照超出数据的方式处理。

其二，所述“OLT缓存超出部分，直到对应的数据到达，进行网络编码”，具体为：

步骤4-6-1，如果缓存中没有配对或同组数据，则缓存上行数据。

步骤4-6-2，如果缓存中存在同组的数据，则缓存上行数据。

步骤4-6-3，如果缓存中存在配对的数据，则进行网络编码。

所述“OLT缓存超出部分，超出等待时间，直接发送”，具体为：

步骤4-6-4，设定网络编码数据缓存等待时间T，并记录数据存入时间，如果超出缓存等待时间，判定为数据的超出部分，处理后发送。如果数据能够进行分类，则不同类型的数据可以设定不同的缓存等待时间。

步骤4-6-5，如果缓存空间不足，判定最接近缓存等待时间的数据为超出部分，处理后发送。

步骤4-6-6，如果同时存在多种数据需要处理的情况，按照配对数据到达、超出缓存等待时间、缓存空间不足和非网络编码数据的优先级依次处理。

另一方面为一种支持网络编码的光线路终端OLT装置，主要用于主导网络编码连接的建立和拆除，完成网络编码过程，主要包括

上行数据接收单元，用于接收ONU装置上行数据发送单元的数据，确定其中的上行网络编码数据；

网络编码控制单元，用于主导网络编码连接的建立和拆除，接收上行数据接收单元的数据，检测其中ONU之间的传输数据，如果数据量超出门限，适宜使用网络编码，并且当前具有空闲的网络编码资源，则建立网络编码连接；如果数据量低于门限，不适用使用网络编码，或有更适合的数据占用网络编码资源，则拆除网络编码连接；根据配置，选择超出数据处理单元的控制信息；

网络编码缓存单元，用于接收上行数据接收单元的数据，缓存上行网络编码数据，记录存入数据的有效时间，并管理超时和缓存空间不足的问题。

网络编码处理单元，用于控制网络编码缓存单元，将配对成功的2组上行网络编码数据，进行网络编码处理，生成下行网络编码数据。

超出数据处理单元，用于接收网络编码控制单元的控制信息，将未配对成功的上行网络编码数据，按照不同的方式进行超出数据处理；主要包括普通数据处理单元，标准数据编码单元，重复数据编码单元和保护数据编码单元；

下行数据发送单元，用于接收网络编码处理单元的数据和超出数据处理单元的数据，组帧下行发送给ONU装置。

另一方面为一种支持网络编码的光网络单元ONU装置，主要用于辅助网络编码连接的建立和拆除，完成网络解码过程，主要包括

下行数据接收单元，用于接收OLT装置下行数据发送单元的数据，确定其中的配对数据生成的下行网络编码数据和超出数据生成的数据；

网络解码控制单元，用于接收下行数接收模块的控制帧，辅助OLT装置的网络编码控制单元完成网络编码连接的建立和拆除：接收OLT发送的建立网络编码连接的控制信息，协同建立网络编码连接；接收OLT发送的拆除网络编码连接的控制信息，协同拆除网络编码连接；接收OLT发送的超出数据处理控制信息，并控制超出数据解码单元；

网络解码缓存单元，用于接收上行数据发送单元的数据，缓存其中的上行网络编码数据，记录存入数据的索引信息，能够提取与下行网络编码数据对应的数据。

网络解码处理单元，用于接收下行数据接收单元的数据和控制网络解码缓存单元，将下行网络编码数据与对应的上行网络编码数据，进行网络解码处理，生成对端的上行网络编码数据，即为接收数据。

超出数据解码单元，用于接收网络解码控制单元的控制信息，对超出数据产生的下行数据的处理；对应OLT设备的超出数据处理单元的处理方式，主要包括普通数据处理单元，标准数据解码单元，重复数据解码单元和保护数据解码单元。

上行数据发送单元，用于接收主机数据，根据网络解码控制单元的控制，确定上行网络编码数据和非网络编码数据，组帧上行发送给OLT装置。

另一方面为一种支持网络编码的PON网络的系统，所述系统包括：

光配线网ODN，用于连接OLT与ONU，实现无源光网络的树形拓扑结构，包括光纤和无源分光器；

光线路终端OLT，为网络的中心局设备，用于主导网络编码连接的建立和拆除，对配对数据进行网络编码，对不对称数据进行超出数据处理，进行标记后下行发送；主要包括上行数据接收单元、网络编码控制单元、网络编码缓存单元、网络编码处理单元、超出数据处理单元和下行数据发送单元；

光网络单元ONU，为网络的用户端设备，用于协同网络编码连接的建立和拆除，对预备编码数据进行标记和预处理，对配对数据生成的下行网络编码数据进行网络解码，对超出数据生成的数据进行解码；主要包括下行数据接收单元、网络解码控制单元、网络解码缓存单元、网络解码处理单元、超出数据处理单元和上行数据发送单元。

由以上技术方案可以看出，由于本发明通过不对称数据的超出数据的不同处理方式，能够很好的解决网络编码数据需要对应的问题，减小了网络编码的实现难度，避免了复杂的处理或编、解码过程中可能出现的问题。同时每一种处理方式都有其独特的优势，能够很好的适应不同的设计需要，有效提高了PON网络的网络编码效率。

附图说明

图1、现有技术无源光网络中ONU之间传输数据的方法流程图；

图2、本发明实施例提供的无源光网络实现非对称数据网络编码的方法实施例流程图；

图3、本发明实施例提供的无源光网络实现非对称数据网络编码的方法处理方式流程图；

图4、本发明实施例提供的无源光网络实现非对称数据网络编码的方法普通处理流程图；

图5、本发明实施例提供的无源光网络实现非对称数据网络编码的方法标准编码流程图；

图6、本发明实施例提供的无源光网络实现非对称数据网络编码的方法重复编码流程图；

图7、本发明实施例提供的无源光网络实现非对称数据网络编码的方法保护编码流程图；

图8、本发明实施例提供的无源光网络实现非对称数据网络编码的方法发送方式流程图；

图9、本发明实施例提供的无源光网络实现非对称数据网络编码的不等待发送流程图；

图10、本发明实施例提供的无源光网络实现非对称数据网络编码的等待发送流程图；

图11、本发明实施例提供的支持非对称数据网络编码的OLT装置实施例结构图；

图12、本发明实施例提供的支持非对称数据网络编码的ONU装置实施例结构图；

图13、本发明实施例提供的支持非对称数据网络编码的无源光网络系统实施例结构图。

具体实施方式

本发明实施示例提供了一种在PON网络中实现不对称数据的网络编码的方法、一种支持不对称数据的网络编码的PON网络的系统。

以下为描述方便，假设存在2组上行网络编码数据，A1+A2和B1，其中A1和B1为对应数据，A2为超出数据。

实施例一：

本发明实施例提供的管理媒体接入控制地址表的方法实施例如下文所述：一种在PON网络中实现不对称数据的网络编码的方法，具体为

当ONU之间传输的数据量不一致时，针对其中可以配对编码的部分进行网络编码；对不对称数据的超出部分，根据控制信息选择具体的处理方式和发送方式。

假设上行网络编码数据为A1+A2和B1，其中A1和B1对应配对，A2为超出部分。

步骤201，OLT检测ONU之间的数据，控制ONU完成网络编码连接的建立和拆除。

OLT检测ONU之间的数据，当ONU1传向ONU2的数据与ONU2传向ONU1的数据，均超出门限，适宜采用网络编码，则OLT发送建立网络编码连接的控制帧通知ONU1和ONU2，并带有网络编码数据的判断信息；当ONU1传向ONU2的数据或ONU2传向ONU1的数据，低于设定门限，不适用采用网络编码，则OLT发送拆除网络编码连接的控制帧通知ONU1和ONU2。

网络编码过程中，ONU1将符合判断条件的数据，处理为上行网络编码数据A1+A2；ONU2将符合判断条件的数据处理为上行网络编码数据B1。主要包括标记为网络编码数据和分配数据序号，并将上行网络编码数据，本地缓存。

步骤202，OLT将2组上行网络编码数据，进行网络编码，生成下行网络编码数据。

OLT接收到上行网络编码数据后，将A1和B1配对进行网络编码，生成数据AB1。

步骤203，ONU将下行网络编码数据，与本地缓存的上行网络编码数据，进行网络解码，生成对端的上行网络编码数据，即为接收数据。

ONU1接收到AB1，提取本地缓存的A1，进行网络解码，获得B1，即为接收数据。

ONU2接收到AB1，提取本地缓存的B1，进行网络解码，获得A1，即为接收数据。

步骤204，特别的对于非配对数据，即不对称数据中数据超出的部分，OLT和ONU需要根据控制信息选择具体的处理方式和发送方式。其中，处理方式主要为是否进行网络编码，以及如何进行网络编码；发送方式主要为是否需要等待配对数据，以及如何判定为超出数据。

对于A2数据，OLT根据控制信息，将A2处理为数据AY2后发送。控制信息主要包括处理方式中的是否编码和如何编码，即发送发生中的是否等待和超出判定。其中，ONU1选择性接收A2，ONU2需要接收A2。

其中一方面，所述“对于不对称数据超出部分，OLT和ONU需要根据控制信息选择具体的处理方式”，主要为

步骤241，如果控制信息为不编码，则不进行网络编码，按照普通数据的方式处理。

如果控制信息为不编码1，OLT将A2直接按照普通数据的方式下行发送，ONU1按照普通数据的方式不接收A2，ONU2按照普通数据的方式下行接收A2。

步骤242，如果控制信息为标准编码，则进行网络编码，另一组数据为预先定义的标准数据。

如果控制信息为标准编码2，OLT将A2和标准数据D进行网络编码，生成数据AD2；ONU将AD2和标准数据D进行网络解码，获得数据A2。

步骤243，如果控制信息为重复编码，则进行网络编码，另一组数据为重复使用的对端数据。

如果控制信息为重复编码3，则OLT将A2和B1中的部分数据B2进行网络编码，生成数据AB2；ONU将AB2和B1中对应的部分数据B2进行网络解码，获得A2。

步骤244，如果控制信息为保护编码，则进行网络编码，另一组数据为连接特定的保护数据。

OLT和ONU在建立网络编码连接时，控制帧中带有保护数据的关键字节，可以确定保护数据E。如果控制信息为保护编码4，OLT将A2和保护数据E进行网络编码，生成数据AE2；ONU将AE2和保护数据E进行网络解码，获得A2。

其一，所述“控制信息为不编码，则不进行网络编码，按照普通数据的方式处理”，具体为

步骤2411，超出数据不作为网络编码数据处理，按照PON网络中非网络编码数据组帧发送。

普通数据和网络编码数据在物理层的处理一致，主要区别为标记。即为作区别，普通数据标记为非网络编码数据和数据序号0，网络编码数据标记为网络编码数据和数据序号非0。

步骤2412，根据系统的要求，下行输出时，可以加密，也可以不加密。

对于可选择的处理，如数据加密，按照系统的需要，如同普通数据选择加密或不加密。

其二，所述“控制信息为标准编码，则进行网络编码，另一组数据为预先定义的标准数据”，具体为

超出数据A2与系统定义的标准数据D，进行网络编码。

其中，标准数据要保证OLT和ONU保持一致，主要包括数据的长度、前导码和帧净荷。即OLT与ONU不经过通信，能够采用相同的数据编码和解码。

步骤2421，标准数据的长度，可以为变长，保持与超出数据的帧长度一致，可以利于网络编码；

标准数据D的长度，设计为变长数据，使得与数据A2长度一致。

步骤2422，标准数据的前导码，可以为特殊的可识别前导码，保证不会与网络编码数据冲突；也可以与超出数据的前导码一致；

标准数据D的前导码或相关标记，标记为网络编码数据，标记数据序号0(非网络编码数据序号)，不与正常的网络编码数据冲突；或完全与A2的前导码及相关标记一致。

步骤2423，标准数据的帧净荷，以多个字节为单位，可以为循环重复的特定字节，也可以为有规律的变化数据。

标准数据D，采用多个字节为1单位，如2字节数据x”07070909”重复，如果数据长度为奇数则最后1单位数据截短为1字节x”0707”，也可以为1字节数据x”0001”开始递增变化。只要系统设定OLT与ONU处理一致即可。

其三，所述“控制信息为重复编码，则进行网络编码，另一组数据为重复使用的对端数据”，具体为

重复使用已使用过的对端数据B1，与超出数据A2进行网络编码。

其中，对于对端数据的重复使用规则，主要包括使用范围、选择规则和处理策略。

步骤2431，重复使用的数据，为对端数据的最新若干数据帧，及时释放较早数据占用的资源；

OLT保留B1中最新数据，如最后4个数据帧为B2，及时将其他数据缓存清空。

步骤2432，选择规则可以是按顺序依次循环使用，可以是选择短于超出数据的最长数据帧，可以是随机选择；

按顺序即为A2第1帧A2-1与B2第1帧B2-1编码，同理，A2-2与B2-2、A2-3与B2-3、A2-4与B2-4，之后循环即A2-5与B2-1、A2-6与B2-2……。

也可以选择短于A2数据的B2中的最长数据帧，如A2-1帧长为1000，B2帧长依次为1002、800、1020和990，则选择A2-1与B2-4网络编码。

随机选择即为每次编码数据为随机选取，只要在下行网络编码数据中标记参与编码的数据序号，ONU即可正确选择对应的数据，进行解码。

步骤2433，处理策略主要是ONU接收后，如果发现是已解码的对端数据，可以不作处理；也可以不作区分，重复处理。

ONU1接收到AB2后，由于ONU1已经接收到B1包括B2，因此可以不处理，也可以重复处理以便于其他用途，如重复传输，确保数据的正确性等。

ONU2接收到AB2后，需要重复读取B2数据，因此与OLT相同的，ONU2可以释放较早的B1缓存空间，不可以释放B2的缓存空间，如收到B2-4参与的数据后，B2-1之前的数据可以释放，B2-1之后的数据继续缓存，直到拆除网络编码连接。

其四，所述“控制信息为保护编码，则进行网络编码，另一组数据为连接特定的保护数据”，具体为

OLT和ONU在建立网络编码连接时，规定一组特定数据，类似于密钥保护

其中，保护数据的使用规则主要包括数据的通知、关键字节和生成规则。

步骤2441，数据的通知，主要信息在连接建立时的控制帧中；

OLT和ONU建立网络编码连接时，需要发送控制数据，可以是OLT选择关键数据的产生，也可以是ONU选择关键数据的产生，对端需要接收该数据的通知。

步骤2442，数据的关键字节在控制帧中，或者在其他数据中，控制帧只包含其位置信息；

控制帧中，可以直接包含关键字节，如OLT通知ONU1关键字节为x”0947”，OLT通知ONU2关键字节为x”3672”，关键字节的位数越多，保护数据的安全性越高。

控制帧中，也可以包含关键字节的位置信息，如ONU1通知OLT关键字节为第1帧的第67和68字节，ONU2通知OLT关键字节为第3帧的33和34字节。

步骤2443，数据的生成规则，由关键字节按照规律产生，主要是循环重复。

数据的帧净荷，可以是关键字节重复，如果字节数较多，帧长度不为整数倍，则最后的数据需要截短为适合的长度。如A2-3帧长为800字节，关键字节为x”094773492958”，则数据为重复266次的x”094773492958”，和1次x”09477349”。

另一方面，所述“对于不对称数据超出部分，OLT和ONU需要根据控制信息选择具体的发送方式”，主要为

步骤245，m(m为自然数，典型值为1，下同)个DBA周期内，双方数据均完成上行后，超出部分不等待，直接发送。

m个DBA周期内，A1+A2和B1上行后，A1和B1网络编码，A2按照超出数据处理发送。

步骤246，OLT缓存超出部分，直到对应的数据到达，进行网络编码；或者超出等待时间，直接发送。

m个DBA周期内，A1+A2和B1上行后，首先与缓存中已有的数据网络编码，之后缓存多出的数据A2，直到新DBA周期，与新的数据B进行网络编码；或者数据A2在等待时间内没有新的数据B到达，则判定为超出数据。

其一，所述“m个动态带宽分配DBA周期内，双方数据均完成上行后，超出部分不等待，直接发送”，具体为

步骤2451，在m个DBA周期内，先上行的数据，需要缓存在OLT中，等待后上行的数据

m个DBA周期内，A1+A2先上行，缓存在OLT中，等到后上行的数据B1；获得B1先上行，缓存在OLT中，等到后上行的数据A1+A2。

步骤2452，后上行的数据达到后，依次与先上行的数据进行网络编码。

后上行的数据B1，与缓存中先上行的数据A1进行网络编码；或者后上行的数据A1，与缓存中先上行的数据B1进行网络编码。

步骤2453，如果先上行的数据与后上行的数据，数据帧数一致，正好完成网络编码。

如果A1和B1数据帧数一致，即A2数据帧数为0，则正好完成网络编码。

步骤2454，如果先上行的数据多于后上行的数据，在后上行的数据传输完成后，先上行的数据从缓存中读出，按照超出数据的方式处理。

如果为A1+A2先上行B1后上行，则B1与A1完成网络编码后，判定ONU2上行发送结束而缓存中还有ONU1的数据，则缓存中的A2即为超出数据处理发送。

步骤2455，如果先上行的数据少于后上行的数据，在先上行的数据编码完成后，后上行的数据不需要缓存，直接按照超出数据的方式处理。

如果为B1先上行A1+A2后上行，则A1与B1完成网络编码后，判定缓存中的数据已编码结束而ONU1仍有数据，则继续上行的A2即为超出数据处理发送。

其二，所述“OLT缓存超出部分，直到对应的数据到达，进行网络编码”，具体为：

对于不对称数据中的超出部分，需要缓存等待配对数据，因此上行数据到达时，缓存中可能存在配对或同组的数据。

步骤2461，如果缓存中没有配对或同组数据，则缓存上行数据。

如果A1+A2到达后，缓存中没有ONU1之前的数据A0或者ONU2之前的数据B0，则缓存A1+A2；如果B1到达后，缓存中没有A0或者B0，则缓存B1。

步骤2462，如果缓存中存在同组的数据，则缓存上行数据。

如果A1+A2到达后，缓存中为A0，则缓存A1+A2；如果B1到达后，缓存中为B0，则缓存B1。

步骤2463，如果缓存中存在配对的数据，则进行网络编码。

如果A1+A2到达后，缓存中为B0，则A1+A2与B0进行网络编码；如果B1到达后，缓存中为A0，则B1与A0进行网络编码。

其中，缓存中不会同时出现A0和B0，否则A0和B0可以进行网络编码，直到至少一方发送完成(不包括需要重复使用的数据)。如果缓存中原本为B0，而A1+A2的数据量大于B0，则依次经历步骤293、294和295。

所述“OLT缓存超出部分，超出等待时间，直接发送”，具体为：

步骤2464，设定网络编码数据缓存等待时间T，并记录数据存入时间，如果超出缓存等待时间，判定为数据的超出部分，处理后发送。如果数据能够进行分类，则不同类型的数据可以设定不同的缓存等待时间。

设定缓存等待时间T，记录存入时间Tin，如果当前时间Tnow-Tin＞＝T，则表明数据超出了等待时间，判定为数据超出部分。如果数据可以进行分类，对时延要求严格的数据，或者高优先级的数据，设定较短的等待时间；时延要求低的数据，允许设定较长的等待时间。

步骤2465，如果缓存空间不足，判定最接近缓存等待时间的数据为超出部分，处理后发送。

缓存空间不足时，如由于A数据量大，OLT缓存有一定的A0且没有超时，A1+A2上行，超出了缓存空间容量，此时需要将A0按照超出数据处理发送。

步骤2466，如果同时存在多种数据需要处理的情况，按照配对数据到达、超出缓存等待时间、缓存空间不足和非网络编码数据的优先级依次处理。

OLT中缓存有A0+A1+A2，数据B1到达时A0超时，并且缓存空间不足，则首先A0和B1进行网络编码；然后如果B1较少，仍然超出等待时间的A0按照超出数据处理发送；如果有其他网络编码连接的数据X上行缓存在OLT中，使得空间不足，则将最接近缓存等待时间的A1按照超出数据发送；最后发送非网络编码数据。

其中，优先级的顺序可以根据系统的需求有所调整，并且在多个网络编码连接共用缓存空间时，可能出现配对数据到达、超出缓存等待时间和缓存空间不足冲突的问题，部分系统中如每个网络编码连接单独使用一个队列，不会同时出现冲突，因此根据系统实现不同，具体限定不同。

以上过程，即为本发明提供的在无源光网络中实现不对称数据的网络编码的方法实施例。

实施例二：

本发明实施例提供的支持不对称数据的网络编码的光线路终端OLT装置，主要用于主导网络编码连接的建立和拆除，完成网络编码过程，主要包括

上行数据接收单元421，用于接收数据，确定其中的上行网络编码数据；

网络编码控制单元422，用于主导网络编码连接的建立和拆除，接收上行数据接收单元421的数据，检测其中ONU之间的传输数据，如果数据量超出门限，适宜使用网络编码，并且当前具有空闲的网络编码资源，则建立网络编码连接；如果数据量低于门限，不适用使用网络编码，或有更适合的数据占用网络编码资源，则拆除网络编码连接；根据配置，选择超出数据处理单元425的控制信息；

网络编码缓存单元423，用于接收上行数据接收单元421的数据，缓存上行网络编码数据，记录存入数据的有效时间，并管理超时和缓存空间不足的问题。

网络编码处理单元424，用于控制网络编码缓存单元423，将配对成功的2组上行网络编码数据，进行网络编码处理，生成下行网络编码数据。

超出数据处理单元425，用于接收网络编码控制单元422的控制信息，将未配对成功的上行网络编码数据，按照不同的方式进行超出数据处理；主要包括普通数据处理单元4251，标准数据编码单元4252，重复数据编码单元4253和保护数据编码单元4254；

下行数据发送单元426，用于接收网络编码处理单元的数据424和超出数据处理单元425的数据，组帧下行发送。

实施例三：

本发明实施例提供的支持不对称数据的网络编码的光网络单元ONU装置，主要用于辅助网络编码连接的建立和拆除，完成网络解码过程，主要包括

下行数据接收单元431，用于接收数据，确定其中的配对数据生成的下行网络编码数据和超出数据生成的数据；

网络解码控制单元432，用于接收下行数接收单元431的控制帧，辅助OLT装置的网络编码控制单元422完成网络编码连接的建立和拆除：接收OLT发送的建立网络编码连接的控制信息，协同建立网络编码连接；接收OLT发送的拆除网络编码连接的控制信息，协同拆除网络编码连接；接收OLT发送的超出数据处理控制信息，并控制超出数据解码单元435；

网络解码缓存单元433，用于接收上行数据发送单元436的数据，缓存其中的上行网络编码数据，记录存入数据的索引信息，能够提取与下行网络编码数据对应的数据。

网络解码处理单元434，用于接收下行数据接收单元431的数据和控制网络解码缓存单元433，将下行网络编码数据与对应的上行网络编码数据，进行网络解码处理，生成对端的上行网络编码数据，即为接收数据。

超出数据解码单元435，用于接收网络解码控制单元432的控制信息，对超出数据产生的下行数据的处理；对应OLT设备的超出数据处理单元的处理方式，主要包括普通数据处理单元4351，标准数据解码单元4352，重复数据解码单元4353和保护数据解码单元4354。

上行数据发送单元436，用于接收主机数据，根据网络解码控制单元432的控制，确定上行网络编码数据和非网络编码数据，组帧上行发送。

实施例四：

本发明实施例提供的支持不对称数据的网络编码的PON网络的系统实施例如下文所述：

光配线网ODN设备410，用于连接OLT装置420与ONU装置430，实现无源光网络的树形拓扑结构，包括光纤和无源分光器；

光线路终端OLT装置420，为网络的中心局设备，用于主导网络编码连接的建立和拆除，对配对数据进行网络编码，对不对称数据进行超出数据处理，进行标记后下行发送；主要包括上行数据接收单元421、网络编码控制单元422、网络编码缓存单元423、网络编码处理单元424、超出数据处理单元425和下行数据发送单元426；

光网络单元ONU装置430，为网络的用户端设备，用于协同网络编码连接的建立和拆除，对预备编码数据进行标记和预处理，对配对数据生成的下行网络编码数据进行网络解码，对超出数据生成的数据进行解码；主要包括下行数据接收单元431、网络解码控制单元432、网络解码缓存单元433、网络解码处理单元434、超出数据处理单元435和上行数据发送单元436。

以上对本发明实施例所提供的在PON网络中实现不对称数据的网络编码的方法、支持不对称数据的网络编码的PON网络的系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明实施例的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (13)

1.一种在无源光网络中面向非对称数据传送的差异化网络编码方法，其特征在于：

OLT接收来自于ONU的上行数据，并对ONU上行数据进行编码，生成下行网络编码数据；当ONU之间传输的数据量不一致时，针对其中可以配对编码的部分进行网络编码；对不对称数据的超出部分，根据控制信息选择具体的处理方式和发送方式。

2.如权利要求1所述的在无源光网络中面向非对称数据传送的差异化网络编码方法，其特征在于：

步骤1，OLT检测ONU之间的数据，控制ONU完成网络编码连接的建立和拆除；

步骤2，OLT将2组上行网络编码数据，进行网络编码，生成下行网络编码数据；

步骤3，ONU将下行网络编码数据，与本地缓存的上行网络编码数据，进行网络解码，生成对端的上行网络编码数据，即为接收数据；

步骤4，特别的对于不对称数据超出部分，OLT和ONU需要根据控制信息选择具体的处理方式和发送方式；其中，处理方式包括是否进行网络编码，以及如何进行网络编码；发送方式包括是否需要等待配对数据，以及如何判定为超出数据。

3.如权利要求2所述的在无源光网络中面向非对称数据传送的差异化网络编码方法，其特征在于：

所述“对于不对称数据超出部分，OLT和ONU需要根据控制信息选择具体的处理方式”，包括：

步骤4-1，如果控制信息为不编码，则不进行网络编码，按照普通数据的方式处理；

步骤4-2，如果控制信息为标准编码，则进行网络编码，另一组数据为预先定义的标准数据；

步骤4-3，如果控制信息为重复编码，则进行网络编码，另一组数据为重复使用的对端数据；

步骤4-4，如果控制信息为保护编码，则进行网络编码，另一组数据为连接特定的保护数据。

4.如权利要求3所述的在无源光网络中面向非对称数据传送的差异化网络编码方法，其特征在于：

所述“控制信息为不编码，则不进行网络编码，按照普通数据的方式处理”，具体为

步骤4-1-1，超出数据不作为网络编码数据处理，按照无源光网络中非网络编码数据组帧发送；

步骤4-1-2，根据系统的要求，下行输出时，可以加密，也可以不加密。

5.如权利要求3所述的在无源光网络中面向非对称数据传送的差异化网络编码方法，其特征在于：

所述“控制信息为标准编码，则进行网络编码，另一组数据为预先定义的标准数据”，具体为

超出数据与系统定义的标准数据，进行网络编码；其中，标准数据要保证OLT和ONU保持一致，包括数据的长度、前导码和帧净荷；即OLT与ONU不经过通信，能够采用相同的数据编码和解码；

步骤4-2-1，标准数据的长度不是固定的，通过改变长度使其保持与超出数据的帧长度一致，以利用网络编码；

步骤4-2-2，标准数据的前导码，或者为特殊的可识别前导码，以保证不会与网络编码数据冲突；或者与超出数据的前导码一致；

步骤4-2-3，标准数据的帧净荷，以多个字节为单位，可以为循环重复的特定字节，也可以为有规律的变化数据。

6.如权利要求3所述的在无源光网络中面向非对称数据传送的差异化网络编码方法，其特征在于：

所述“控制信息为重复编码，则进行网络编码，另一组数据为重复使用的对端数据”，具体为

重复使用已使用过的对端数据，与超出数据进行网络编码；其中，对于对端数据的重复使用规则，包括使用范围、选择规则和处理策略；

步骤4-3-1，重复使用的数据，为对端数据的最新若干数据帧，及时释放较早数据占用的资源；

步骤4-3-2，选择规则，或者按顺序依次循环使用，或者选择短于超出数据的最长数据帧，或者随机选择；

步骤4-3-3，处理策略包括：ONU接收后，如果发现是已解码的对端数据，可以不作处理；也可以不作区分，重复处理。

7.如权利要求3所述的在无源光网络中面向非对称数据传送的差异化网络编码方法，其特征在于：

所述“控制信息为保护编码，则进行网络编码，另一组数据为连接特定的保护数据”，具体为

OLT和ONU在建立网络编码连接时，规定一组特定数据，称该组数据为保护数据；其中，保护数据的使用规则包括数据的通知、关键字节和生成规则；

步骤4-4-1，数据的通知，主要信息在连接建立时的控制帧中；

步骤4-4-2，数据的关键字节在控制帧中，或者在其他数据中，控制帧只包含其位置信息；

步骤4-4-3，数据的生成规则，由关键字节按照规律产生，主要是循环重复。

8.如权利要求2所述的在无源光网络中面向非对称数据传送的差异化网络编码方法，其特征在于：

所述“对于不对称数据超出部分，OLT和ONU需要根据控制信息选择具体的发送方式”，包括：

步骤4-5，m个动态带宽分配DBA周期内，双方数据均完成上行后，超出部分不等待，直接发送；

步骤4-6，OLT缓存超出部分，直到对应的数据到达，进行网络编码；或者超出等待时间，直接发送。

9.如权利要求8所述的在无源光网络中面向非对称数据传送的差异化网络编码方法，其特征在于：

所述“m个动态带宽分配DBA周期内，双方数据均完成上行后，超出部分不等待，直接发送”，具体为

步骤4-5-1，在m个DBA周期内，先上行的数据，需要缓存在OLT中，等待后上行的数据；

步骤4-5-2，后上行的数据达到后，依次与先上行的数据进行网络编码；

步骤4-5-3，如果先上行的数据与后上行的数据，数据帧数一致，正好完成网络编码；

步骤4-5-4，如果先上行的数据多于后上行的数据，在后上行的数据传输完成后，先上行的数据从缓存中读出，按照超出数据的方式处理；

步骤4-5-5，如果先上行的数据少于后上行的数据，在先上行的数据编码完成后，后上行的数据不需要缓存，直接按照超出数据的方式处理。

10.如权利要求8所述的在无源光网络中面向非对称数据传送的差异化网络编码方法，其特征在于：

所述“OLT缓存超出部分，直到对应的数据到达，进行网络编码”，具体为：

步骤4-6-1，如果缓存中没有配对或同组数据，则缓存上行数据；

步骤4-6-2，如果缓存中存在同组的数据，则缓存上行数据；

步骤4-6-3，如果缓存中存在配对的数据，则进行网络编码；

所述“超出等待时间，直接发送”，具体为：

步骤4-6-4，设定网络编码数据缓存等待时间T，并记录数据存入时间，如果超出缓存等待时间，判定为数据的超出部分，处理后发送；如果数据能够进行分类，则不同类型的数据可以设定不同的缓存等待时间；

步骤4-6-5，如果缓存空间不足，判定最接近缓存等待时间的数据为超出部分，处理后发送；

步骤4-6-6，如果同时存在多种数据需要处理的情况，按照配对数据到达、超出缓存等待时间、缓存空间不足和非网络编码数据的优先级依次处理。

11.一种支持面向非对称数据传送的差异化网络编码的OLT装置，其特征在于，所述装置包括：

光线路终端OLT装置，主要用于主导网络编码连接的建立和拆除，完成网络编码过程，包括：

上行数据接收单元，用于接收数据，确定其中的上行网络编码数据；

网络编码控制单元，用于主导网络编码连接的建立和拆除，接收上行数据接收单元的数据，检测其中ONU之间的传输数据，如果数据量超出门限，适宜使用网络编码，并且当前具有空闲的网络编码资源，则建立网络编码连接；如果数据量低于门限，不适用使用网络编码，或有更适合的数据占用网络编码资源，则拆除网络编码连接；根据配置，选择超出数据处理单元的控制信息；

网络编码缓存单元，用于接收上行数据接收单元的数据，缓存上行网络编码数据，记录存入数据的有效时间，并管理超时和缓存空间不足的问题；

网络编码处理单元，用于控制网络编码缓存单元，将配对成功的2组上行网络编码数据，进行网络编码处理，生成下行网络编码数据；

超出数据处理单元，用于接收网络编码控制单元的控制信息，将未配对成功的上行网络编码数据，按照不同的方式进行超出数据处理；包括普通数据处理单元，标准数据编码单元，重复数据编码单元和保护数据编码单元；

下行数据发送单元，用于接收网络编码处理单元的数据和超出数据处理单元的数据，组帧下行发送。

12.一种支持面向非对称数据传送的差异化网络编码的ONU装置，其特征在于，所述装置包括：

光网络单元ONU装置，主要用于辅助网络编码连接的建立和拆除，完成网络解码过程，包括：

下行数据接收单元，用于接收数据，确定其中的配对数据生成的下行网络编码数据和超出数据生成的数据；

网络解码控制单元，用于接收下行数接收单元的控制帧，辅助OLT装置的网络编码控制单元完成网络编码连接的建立和拆除：接收OLT发送的建立网络编码连接的控制信息，协同建立网络编码连接；接收OLT发送的拆除网络编码连接的控制信息，协同拆除网络编码连接；接收OLT发送的超出数据处理控制信息，并控制超出数据解码单元；

网络解码缓存单元，用于接收上行数据发送单元的数据，缓存其中的上行网络编码数据，记录存入数据的索引信息，能够提取与下行网络编码数据对应的数据；

网络解码处理单元，用于接收下行数据接收单元的数据和控制网络解码缓存单元，将下行网络编码数据与对应的上行网络编码数据，进行网络解码处理，生成对端的上行网络编码数据，即为接收数据；

超出数据解码单元，用于接收网络解码控制单元的控制信息，对超出数据产生的下行数据的处理；对应OLT设备的超出数据处理单元的处理方式，包括普通数据处理单元，标准数据解码单元，重复数据解码单元和保护数据解码单元；

上行数据发送单元，用于接收主机数据，根据网络解码控制单元的控制，确定上行网络编码数据和非网络编码数据，组帧上行发送。

13.一种支持面向非对称数据传送的差异化网络编码的无源光网络系统，其特征在于包含如权利要求11所述的OLT装置和如权利要求12所述的ONU装置：

光配线网ODN，用于连接OLT与ONU，实现无源光网络的树形拓扑结构，包括光纤和无源分光器；

光线路终端OLT，为网络的中心局设备，用于主导网络编码连接的建立和拆除，对配对数据进行网络编码，对不对称数据进行超出数据处理，进行标记后下行发送；包括上行数据接收单元、网络编码控制单元、网络编码缓存单元、网络编码处理单元、超出数据处理单元和下行数据发送单元；

光网络单元ONU，为网络的用户端设备，用于协同网络编码连接的建立和拆除，对预备编码数据进行标记和预处理，对配对数据生成的下行网络编码数据进行网络解码，对超出数据生成的数据进行解码；包括下行数据接收单元、网络解码控制单元、网络解码缓存单元、网络解码处理单元、超出数据处理单元和上行数据发送单元。