CN103138833B - 基于流量监测的pon中网络编码配对关系管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于流量监测的PON中网络编码配对关系管理方法，该方法中OLT能建立起存在双向数据传输的ONU对的网络编码连接关系，当OLT检测到此ONU对的双向数据流交互后，即可开始网络编码过程；OLT基于ONU标识符统计所有存在双向数据传输的ONU对，并采用一定的算法，将双向数据流量大小转化为对应的影响因子；OLT实时监控影响因子的变化情况，如果当未参与网络编码ONU对的影响因子IFn大于参与网络编码ONU对的影响因子IFp时，则拆除IFp对应的网络编码对，同时为IFn对应的ONU对建立网络编码连接。本方法能实时地根据ONU流量大小特点确定是否适合参与网络编码，从而找到参与网络编码的最佳网络编码对，提高网络带宽的利用率，进一步减小了网络的拥塞。

Description

基于流量监测的PON中网络编码配对关系管理方法

技术领域

本发明涉及基于流量监测的PON中网络编码配对关系管理方法，属于通信技术领域。

背景技术

传统的通信网络传送数据的方式是存储转发，即除了数据的发送节点和接收节点以外的节点只负责路由，而不对数据内容做任何处理，中间节点扮演着转发器的角色。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，然而随着对网络编码的深入研究，人们改变了这种传统观点

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。RAhlswede等人以蝴蝶网络的研究为例，指出通过网络编码，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。

当前对无源光网络中的网络编码的基本方案研究中，并没有关注如何根据参与编码的流量大小来对无源光网络中网络编码过程进行相应的调整，以实现最大限度的提高网络链路利用率。因此本发明提出了基于流量监测的PON中网络编码配对关系管理方法，并且提出了该方法的详细实现方式。

发明内容

本发明的目的在于提供基于流量监测的PON中网络编码配对关系管理方法，该方法根据参与编码的流量大小来对无源光网络中网络编码过程进行相应的调整，以实现最大限度的提高网络链路利用率。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

基于流量监测的PON中网络编码配对关系管理方法，其特征在于：

在无源光网络PON中，根据是否参加网络编码，将光线路终端OLT侧的上行接收数据帧分为两大类：普通数据帧和待编码的数据帧；待编码的数据帧参与网络编码，普通数据帧不参与网络编码，OLT基于光网络单元ONU标识符对帧进行统计；

对于参与网络编码的ONU，OLT对其进行双向数据流量统计，并按照一定的算法，划分出代表适合参与网络编码的双向统计流量的影响因子；对于未参与网络编码的ONU，以ONU标识符为单位统计所有存在数据交互的ONU对，并按照一定的算法，给出潜在的能转化为表示参与网络编码的合适度的影响因子；

对所有的ONU对的影响因子进行比较，拆除不适合进行网络编码的ONU对，并建立起适合参与网络编码的ONU对得网络编码关系。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：当OLT检测到存在双向数据传输的ONU对时，OLT建立起存在双向数据传输的ONU对的网络编码连接关系，存在双向数据传输的ONU对随即进入到网络编码进程当中，OLT检测到此ONU对的双向数据流交互后，即可开始网络编码过程；

步骤2：OLT基于ONU标识符统计所有存在双向数据传输的ONU对，并采用一定的算法，将双向数据流量大小转化为对应的影响因子；其中，影响因子分为参与网络编码ONU对的影响因子IFp和未参与网络编码ONU对的影响因子IFn；OLT实时监控影响因子的变化情况，如果当IFn大于IFp时，则拆除IFp对应的网络编码对，同时为IFn对应的ONU对建立网络编码连接；

3、如权利要求2的步骤1所述的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1-1：当OLT检测到存在双向数据传输的ONU对时，OLT为其分配表示其配对关系的唯一的配对号MatchID，具体从本地的MatchID维护表中抽取一个未被使用的MatchID，通过Connect帧下发给对应的ONU对，从而建立起存在双向数据传输的ONU对的网络编码连接关系；

步骤1-2：ONU接收到Connect帧后，随即进入到网络编码进程当中，OLT检测到此ONU对的双向数据流交互后，即可开始网络编码过程。

4、如权利要求2的步骤2所述的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤2-1：OLT统计所有存在双向数据传输的ONU对，并建立起统计表信息，在统计表中，将存在双向数据传输的ONU对分为两类：正在参与网络编码的ONU对，和未参与网络编码的ONU对；对于这两种ONU对，采用流量统计的算法，为每一对ONU维护一个影响因子，用于标示此ONU对参与网络编码的合适度；

步骤2-2：根据不同ONU对的影响因子，OLT实时对比正在参与网络编码的ONU对和未参与网络编码的ONU对各自的影响因子，如果有未参与网络编码的ONU对的影响因子IFn大于正在参与网络编码的ONU对的影响因子IFp，则执行步骤23，拆除影响因子小的正在参与网络编码的ONU对和建立影响因子大的未参与网络编码过程的ONU对；

步骤2-3：OLT向需要被拆除的ONU对发送携带有MatchID的Remove帧，接收到Remove帧的ONU，就在本地注销此MatchID；

步骤2-4：OLT下发Remove帧的同时，Remove帧中的MatchID随即进入三个DBA周期的注销倒计时进程，从此刻开始，只要属于此MatchID下的ONU对的数据帧，无论是待编码数据还是普通数据帧，都视为普通数据帧，直接转发；如果OLT连续三个DBA周期未收到此MatchID下对应ONU的数据，则认为不需要再与对应的ONU进行网络编码，然后注销此MatchI D；

步骤2-5：如果OLT连续三个DBA周期某MatchID下的ONU对无数据交互，则在OLT注销此MatchID；注销后的MatchID即被释放可重新利用。

5、如权利要求3的步骤1-1中所述的Connect帧，其特征在于：

在建立网络编码连接状态时，OLT需要通过Connect帧告知存在双向数据传输的ONU对；建立网络编码连接状态的Connect帧所携带的信息为其所组播的参与网络编码的配对ONU的配对号MatchID和配对ONU下挂终端的地址。

6、如权利要求4中步骤21所述的影响因子，其特征在于：

影响因子的大小主要根据双向数据交互量来评定，评定方法如下所述：

针对所有参与网络编码的ONU对，在OLT侧均维护一个相对应的影响因子；数据量大的ONU对影响因子也相应的上升；有持续数据交互的ONU对，其影响因子也相应上升；

针对未参加网络编码的有数据交互的ONU对，当其累计数据交互达到一定的门限值时，在OTT侧也为此ONU对维护一个相应的影响因子，影响因子的评定方式与参与网络编码的ONU对的影响因子方式相同。

7、如权利要求4中步骤2-2所述的影响因子，其使用方法如下：

OLT实时监测不同ONU对的影响因子，并分别根据检测结果执行以下操作：

如果有参与网络编码ONU对的影响因子过低而超过最低门限，则拆除此ONU对；

如果有未参与网络编码的ONU对的影响因子超过网络编码ONU对的影响因子，则拆除影响因子低的网络编码对，为影响因子高的未参与网络编码的ONU对建立网络编码关系。

8、如权利要求3中步骤2-3所述的Remove帧，其特征在于：

在解除网络编码状态的时，OLT需要通过Remove帧告知参与网络编码的ONU对解除网络编码状态，Remove帧所携带的信息为ONU对的配对号。

本发明具有以下优点和效果：根据网络的流量特点，动态的分配网络资源，实时的调整ONU在无源光网络系统中的状况，根据其流量特点，确定是否适合参与网络编码，从而提高网络带宽的的利用率，进一步减小了网络的拥塞。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例提供的基于流量监测的PON中网络编码配对关系管理方法概要流程图；

图2是本发明一个实施例提供的基于流量监测的PON中网络编码配对关系管理方法详细流程图；

图3本发明实施例的Connect帧的帧净荷格式定义示意图；

图4是本发明实施例的Remove帧的帧净荷格式定义示意图。

具体实施方式

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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提条件下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明一个实施例提供的基于流量监测的PON中网络编码配对关系管理方法概要流程图，执行的步骤依次是：

S101：当OLT检测到存在双向数据传输的ONU n和c时，OLT建立起存在双向数据传输的ONU n和c的网络编码连接关系，存在双向数据传输的ONU n和c随即进入到网络编码进程当中，OLT检测到此ONUn和c的双向数据流交互后，即可开始网络编码过程；

S102：OLT基于ONU标识符统计所有存在双向数据传输的ONUn和c，并采用一定的算法，将双向数据流量大小转化为对应的影响因子；其中，影响因子分为参与网络编码ONU n和c的影响因子IFp和未参与网络编码ONUn和c的影响因子IFn；OLT实时监控影响因子的变化情况，如果当IFn大于IFp时，则拆除IFp对应的网络编码对，同时为IFn对应的ONU n和c建立网络编码连接；

图2是本发明一个实施例提供的基于流量监测的PON中网络编码配对关系管理方法详细流程图，执行的步骤依次是：

S201：当OLT检测到存在双向数据传输的ONU n和c时，OLT为其分配表示其配对关系的唯一的配对号MatchID，具体从本地的MatchID维护表中抽取一个未被使用的MatchID，通过Connect帧下发给对应的ONU n和c，从而建立起存在双向数据传输的ONUn和c的网络编码连接关系；

本实施例步骤S201中所述的Connect帧，其特征在于：

在建立网络编码连接状态时，OLT需要通过Connect帧告知存在双向数据传输的ONU n和c；建立网络编码连接状态的Connect帧所携带的信息为其所组播的参与网络编码的配对ONU的配对号MatchID和配对ONU下挂终端的地址(如终端的媒质接入控制MAC地址)；

Connect帧可以采用类似于PON中与带宽分配相关的控制帧(如以太网无源光网络EPON/万兆以太网无源光网络10GEPON中的多点控制协议MPCP帧)的形式单播下发ONU n和c，具体可以通过取值不同的帧标识字段(如EPON/10G EPON中MPCP帧的长度/类型Length/Type字段和操作码Opcode字段)来与带宽分配相关的控制帧进行区分；在Connect帧的帧净荷中应填充与帧接收ONU相配对的ONU的配对连接相关信息：即配对ONU的配对号MatchID和配对ONU下挂终端的地址(如终端的媒质接入控制MAC地址)，为保证Connect帧能完全包含ONU n和c下的全部配对信息，Connect帧的帧长不做限定，保证一组ONUn和c下的全部配对信息在同一Connect帧中即可；

按此要求，在EPON中，Connect帧的帧净荷定义一个可行的定义如图3所示。在图3中，Connect帧帧净荷采用类似于MPCP帧的格式，此格式主要体现在对Length/Type字段和Opcode字段的定义上与现有MPCP帧的定义类似但不重复，本实施例定义Length/Type0x8808，Opcode＝0x0008；Opcode之后的字段用于填充与配对ONUn和c之间的配对号MatchID，以及配对ONU下挂的所有主机MAC地址。

本实施例步骤S201中所述的MatchID，其特征在于：

配对号MatchID可以用于替换数据帧的ONU标识符(如EPON/10GEPON中的LLID，或吉比特无源光网络GPON中的分配标识符Alloc-ID)，MatchID的取值范围与ONU标识符的取值范围互不重叠，当OLT及n和c对配对号MatchID所在字段的校验结果不满足对ONU标识符(LLID/Alloc-ID)的所有校验规则后，才进一步校验该字段是否为配对号MatchID。

S202：ONU接收到Connect帧后，随即进入到网络编码进程当中，OLT检测到此ONU n和c的双向数据流交互后，即可开始网络编码过程；

S203：OLT统计所有存在双向数据传输的ONU n和c，并建立起统计表信息，在统计表中，将存在双向数据传输的ONU对分为两类：正在参与网络编码的ONU对，和未参与网络编码的ONU对；对于这两种ONU对，采用流量统计的算法，为每一对ONU维护一个影响因子，用于标示此ONU对参与网络编码的合适度；

本实施例步骤S203中所述的影响因子，其特征在于；

影响因子的大小主要根据双向数据交互量来评定，评定方法如下所述：

针对所有参与网络编码的ONUn和c，在OLT侧均维护一个相对应的影响因子；数据量大的ONU n和c影响因子也相应的上升；有持续数据交互的ONU n和c，其影响因子也相应上升；

针对未参加网络编码的有数据交互的ONU n和c，当其累计数据交互达到一定的门限值时，在OLT侧也为此ONU n和c维护一个相应的影响因子，影响因子的评定方式与参与网络编码的ONU n和c的影响因子方式相同。

影响因子使用方法如下所述：

OLT实时监测不同ONU n和c的影响因子，并分别根据检测结果执行以下操作：

如果有参与网络编码ONU n和c的影响因子过低而超过最低门限，则拆除此ONn和c；

如果有未参与网络编码的ONUn和c的影响因子超过网络编码ONUn和c的影响因子，则拆除影响因子低的网络编码对，为影响因子高的未参与网络编码的ONUn和c建立网络编码关系。

S204：根据不同ONU n和c的影响因子，OLT实时对比正在参与网络编码的ONU n和c和未参与网络编码的ONU m和d各自的影响因子，如果有未参与网络编码的ONU m和d的影响因子IFn大于正在参与网络编码的ONU n和c的影响因子IFp，则执行步骤S205，拆除影响因子小的正在参与网络编码的ONUn和c和建立影响因子大的未参与网络编码过程的ONU m和d；

S205：OLT向需要被拆除的ONU n和c发送携带有MatchID的Remove帧，接收到Remove帧的ONU，就在本地注销此MatchID；

本实施例步骤S203中所述的Remove帧，其特征在于：

在解除网络编码状态的时，OLT需要通过Remove帧告知参与网络编码的ONUn和c解除网络编码状态，Remove帧所携带的信息为ONUn和c的配对号；

控制帧Remove可以采用类似于PON中与带宽分配相关的控制帧(如EPON/10G EPON中的MPCP帧)格式，具体通过取值不同的帧标识字段(如EPON/10G EPON中MPCP帧的Length/Type字段和Opcode字段)与带宽分配相关的控制帧以及Connect帧进行区分；控制帧Remove包含的用于解除网络编码配对关系的信息为配对号MatchID；OLT发送Remove帧和ONU n和c接收Remove帧后，两者在本地部删除与Remove帧中MatchID相关联的配对信息，即本地缓存的配对ONU之间的配对号MatchID，以及配对ONU下挂的所有终端MAC地址，并清空缓存中与MatchID相关的数据帧；

按此要求，在EPON中，Remove帧的帧净荷定义一个可行的定义如图4所示。在图4中，Remove帧目的MAC地址设置为组播MAC地址(802.3规定：以太网MAC地址的第48bit用于表示这个地址是组播地址还是单播地址。如果这一位是0，表示此MAC地址是单播地址，如果这位是1，表示此MAC地址是多播地址)；Remove帧作为一种特殊的组播帧，采用类似于MPCP帧的格式，此格式主要体现在对Length/Type字段和Opcode字段的定义上与现有MPCP帧以及Connect的定义类似但不重复，具体定义为Length/Type＝0x8808，Opcode＝0x0009。

S206：OLT下发Remove帧的同时，Remove帧中的MatchID随即进入三个DBA周期的注销倒计时进程，从此刻开始，只要属于此MatchID下的ONU n和c的数据帧，无论是待编码数据还是普通数据帧，都视为普通数据帧，直接转发；如果OLT连续三个DBA周期未收到此MatchID下对应ONU的数据，则认为不需要再与对应的ONU进行网络编码，然后注销此MatchID；

S207：如果OLT连续三个DBA周期某MatchID下的ONU n和c无数据交互，则在OLT注销此MatchID；注销后的MatchID即被释放可重新利用。

以上所述，仅是本发明的的较佳实施例，而非对本发明的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在本发明揭露的方法和技术范围内，可以做出许多可能的变化或替换，因此，凡是未脱离本发明方法的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改及等同变化，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于流量监测的PON中网络编码配对关系管理方法，其特征在于：

在无源光网络PON中，根据是否参加网络编码，将光线路终端OLT侧的上行接收数据帧分为两大类：普通数据帧和待编码的数据帧；待编码的数据帧参与网络编码，普通数据帧不参与网络编码，OLT基于光网络单元ONU标识符对帧进行统计；

对于参与网络编码的ONU，OLT对其进行双向数据流量统计，并按照一定的算法，划分出代表适合参与网络编码的双向统计流量的影响因子；对于未参与网络编码的ONU，以ONU标识符为单位统计所有存在数据交互的ONU对，并按照一定的算法，给出潜在的能转化为表示参与网络编码的合适度的影响因子；

对所有的ONU对的影响因子进行比较，拆除不适合进行网络编码的ONU对，并建立起适合参与网络编码的ONU对的网络编码关系。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：当OLT检测到存在双向数据传输的ONU对时，OLT建立起存在双向数据传输的ONU对的网络编码连接关系，存在双向数据传输的ONU对随即进入到网络编码进程当中，OLT检测到此ONU对的双向数据流交互后，即可开始网络编码过程；

步骤2：OLT基于ONU标识符统计所有存在双向数据传输的ONU对，并采用一定的算法，将双向数据流量大小转化为对应的影响因子；其中，影响因子分为参与网络编码ONU对的影响因子IFp和未参与网络编码ONU对的影响因子IFn；OLT实时监控影响因子的变化情况，如果当IFn大于IFp时，则拆除IFp对应的网络编码对，同时为IFn对应的ONU对建立网络编码连接。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述的步骤1包括以下步骤：

步骤1-1：当OLT检测到存在双向数据传输的ONU对时，OLT为其分配表示其配对关系的唯一的配对号MatchID，具体从本地的MatchID维护表中抽取一个未被使用的MatchID，通过Connect帧下发给对应的ONU对，从而建立起存在双向数据传输的ONU对的网络编码连接关系；

步骤1-2：ONU接收到Connect帧后，随即进入到网络编码进程当中，OLT检测到此ONU对的双向数据流交互后，即可开始网络编码过程。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述的步骤2包括以下步骤：

步骤2-1：OLT统计所有存在双向数据传输的ONU对，并建立起统计表信息，在统计表中，将存在双向数据传输的ONU对分为两类：正在参与网络编码的ONU对，和未参与网络编码的ONU对；对于这两种ONU对，采用流量统计的算法，为每一对ONU维护一个影响因子，用于标示此ONU对参与网络编码的合适度；

步骤2-2：根据不同ONU对的影响因子，OLT实时对比正在参与网络编码的ONU对和未参与网络编码的ONU对各自的影响因子，如果有未参与网络编码的ONU对的影响因子IFn大于正在参与网络编码的ONU对的影响因子IFp，则执行步骤2-3，拆除影响因子小的正在参与网络编码的ONU对和建立影响因子大的未参与网络编码过程的ONU对；

步骤2-3：OLT向需要被拆除的ONU对发送携带有MatchID的Remove帧，接收到Remove帧的ONU，就在本地注销此MatchID；

步骤2-4：OLT下发Remove帧的同时，Remove帧中的MatchID随即进入三个DBA周期的注销倒计时进程，从此刻开始，只要属于此MatchID下的ONU对的数据帧，无论是待编码数据还是普通数据帧，都视为普通数据帧，直接转发；如果OLT连续三个DBA周期未收到此MatchID下对应ONU的数据，则认为不需要再与对应的ONU进行网络编码，然后注销此MatchID；

步骤2-5：在OLT侧，如果连续三个DBA周期某MatchID下的ONU对无数据交互，则在OLT注销此MatchID；注销后的MatchID即被释放可重新利用。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于：

在建立网络编码连接状态时，OLT需要通过Connect帧告知存在双向数据传输的ONU对；建立网络编码连接状态的Connect帧所携带的信息为其所组播的参与网络编码的配对ONU的配对号MatchID和配对ONU下挂终端的地址。

6.如权利要求4所述的方法，其所述的影响因子的特征在于：

影响因子的大小主要根据双向数据交互量来评定，评定方法如下所述：

针对所有参与网络编码的ONU对，在OLT侧均维护一个相对应的影响因子；数据量大的ONU对影响因子也相应的上升；有持续数据交互的ONU对，其影响因子也相应上升；

针对未参加网络编码的有数据交互的ONU对，当其累计数据交互达到一定的门限值时，在OTT侧也为此ONU对维护一个相应的影响因子，影响因子的评定方式与参与网络编码的ONU对的影响因子方式相同。

7.如权利要求4所述的方法，其所述的影响因子的使用方法如下：

OLT实时监测不同ONU对的影响因子，并分别根据检测结果执行以下操作：

如果有参与网络编码ONU对的影响因子过低而超过最低门限，则拆除此ONU对；

如果有未参与网络编码的ONU对的影响因子超过网络编码ONU对的影响因子，则拆除影响因子低的网络编码对，为影响因子高的未参与网络编码的ONU对建立网络编码关系。

8.如权利要求4所述的方法，其所述的Remove帧的特征在于：

在解除网络编码状态的时，OLT需要通过Remove帧告知参与网络编码的ONU对解除网络 编码状态，Remove帧所携带的信息为ONU对的配对号。