CN103199935A - 基于onu学习的网络编码连接管理的方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

一种在PON网络中管理网络编码连接的方法、装置和系统，具体包括：OLT学习PON网络结构，OLT对下行数据进行标记处理，ONU学习PON网络结构，ONU根据网络结构判断数据是否为PON网络内部数据即为可编码数据，根据判定条件决定可编码数据是否进行网络编码，ONU对网络编码数据预处理，OLT进行网络编码，ONU进行网络解码。本发明是一种合理的在PON中管理网络编码连接的方法、装置和系统，而且简单、高效、灵活。

Description

基于ONU学习的网络编码连接管理的方法、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PON中的使用，包括PON中网络编码配对的发现规则、数据的预处理方法、网络编码及解码处理方法、支持网络编码功能的PON系统。

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。

网络编码技术是一种编码算法，在理论上它可以将现有的网络吞吐量提高一倍，同时还能改善网络的可靠性和防范攻击的能力。是一种十分有效的网络新型处理技术。

PON网络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，并根据需求动态分配，实现了点到多点的灵活调度结构，是。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：

由于无论是在本地实现二层交换，还是在外部网络实现三层交换，其数据均未发生实际的变化，因此以在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。如果两个ONU之间，ONU-1到ONU-2需要传输50M字节的数据，ONU-2到ONU-1需要传输60M字节的数据，由于ONU上行发送数据为时分复用，就需要上行依次发送50M字节及60M字节的数据，而OLT需要分别将50M字节及60M字节的数据通过下行广播的方式完成发送。

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。

发明内容

本发明提供了基于ONU学习的网络编码连接管理的的方法、装置和系统，能够减少ONU之间传输数据占用的PON网络的下行数据带宽，以便增加PON网络总的数据流量、吞吐量，是一种新的提高PON系统效率的方法，实现简单、高效。本发明主要解决了在PON网络中确定网络编码数据和OLT与ONU的协同，直接在数据层面完成了网络编码功能的加入，没有对PON的控制层产生影响。

为了实现上述技术，本发明通过以下技术方案实现：

在无源光网络PON中建立基于ONU学习的网络编码连接管理方法，主要包括2个部分

第1部分，确定预备编码数据。通过光线路终端OLT加入标识字段，使得光网络单元ONU能够学习到无源光网络拓扑结构；ONU检测无源光网络内部的数据，选择预备编码数据；

第2部分，OLT与ONU的协同。通过上行数据的编码前标记和下行数据的编码后标记，OLT和ONU明确预备编码数据和网络编码数据，进行网络编码与解码处理；

其中，所述标识字段用于区分不同的ONU；所述预备编码数据是无源光网络中ONU上行发送数据中，预备进行网络编码的数据；所述网络编码数据是无源光网络中OLT下行发送数据中，将所述预备编码数据进行网络编码后生成的数据。

一方面，为了实现PON网络中确定预备编码数据的功能，其特征主要包括：

步骤1，OLT和ONU在传输数据中加入标识字段，学习无源光网络拓扑结构；

步骤2，ONU根据数据地址查询拓扑，确定无源光网络内部的数据，选择预备编码数据；

另一方面，为了实现PON网络中OLT与ONU的协同处理，其特征主要包括：

步骤3，ONU发送上行数据，对预备编码数据加入编码前标记，并本地缓存；

步骤4，OLT接收上行数据，根据编码前标记，将预备编码数据进行网络编码，生成网络编码数据，加入编码后标记，并下行发送；

步骤5，ONU接收下行数据，根据编码后标记，将网络编码数据与从本地缓存中提取的对应预备编码数据，进行网络解码，获得接收数据。

其中，所述步骤1“OLT和ONU在传输数据中加入标识字段，学习无源光网络拓扑结构”，具体为

步骤1-1，ONU上行发送数据，加入本地的标识字段，数据帧头部具有数据源的主机地址；

步骤1-2，OLT接收上行数据，记录标识字段与主机地址的对应关系，即完成了OLT对无源光网络拓扑结构的学习，表示为标识字段与主机地址的对应表；

步骤1-3，OLT下行发送数据，根据目的主机地址，加入对应的目的标识字段；根据源主机地址，加入对应的源标识字段；

步骤1-4，ONU接收下行数据，判断目的标识字段，如果符合本地的标识字段，则接收数据；如果不符合本地的标识字段，则不接收数据；

步骤1-5，ONU对本地接收的下行数据，记录源标识字段与源主机地址的对应关系，即完成了ONU对无源光网络拓扑结构的学习，获得标识字段与主机地址的对应表。

另外，所述步骤2“ONU根据数据地址查询拓扑，确定无源光网络内部的数据，选择预备编码数据”，具体为：

步骤2-1，ONU对于上行数据，提取数据帧头部的目的Addr地址。

步骤2-2，ONU查询学习到的PON网络拓扑结构，确定目的Addr地址对应的Mark。

步骤2-3，如果查询失败，目的Addr地址没有对应的Mark，则数据不可进行网络编码。

步骤2-4，如果查询成功，目的Addr地址对应某ONU的Mark，则数据可以进行网络编码。

步骤2-5，ONU对可以进行网络编码的数据，根据定义的规则判定，如果符合条件，数据就是预备编码数据；如果不符合条件，数据就是非预备编码数据。

其次，所述步骤3“ONU发送上行数据，对预备编码数据加入编码前标记，并本地缓存”，具体为：

步骤3-1，ONU发送上行数据，对于预备编码数据进行编码前标记，加入目的标识字段，与源标识字段即本地的标识字段共存；

步骤3-2，ONU对预备编码数据加入数据序号，与其他预备编码数据区分，在原有序号未释放前，不重复使用同一序号；

步骤3-3，数据序号具有有效范围，不在有效范围内的序号，即属于非编码数据序号；

步骤3-4，ONU将预备编码数据进行本地缓存，完成网络编码数据的预处理操作；

步骤3-5，ONU对非预备编码数据，加入目的标识字段为预定义的无效标识字段；加入的数据序号为非编码数据序号；且不进行本地缓存。

再次，所述步骤4“OLT接收上行数据，根据编码前标记，将预备编码数据进行网络编码，生成网络编码数据，加入编码后标记，并下行发送”，具体为：

步骤4-1，OLT接收上行数据，根据编码前标记，判断是否为预备编码数据，如果具有有效目的标识字段和源标识字段，数据就是预备编码数据；如果只有源标识字段，没有有效目的标识字段，数据就不是预备编码数据；

步骤4-2，OLT将预备编码数据进行缓存，如果有两组数据，源标识字段与目的标识字段成对，则完成网络编码操作，生成网络编码数据；

步骤4-3，OLT对网络编码数据进行编码后标记，加入互为源和目的的2个标识字段；加入参与编码的2组数据的序号，其中序号与标识字段按顺序对应；

步骤4-4，OLT将加入编码后标记的网络编码数据，下行发送。

最后，所述步骤5“ONU接收下行数据，根据编码后标记，将网络编码数据与从本地缓存中提取的对应预备编码数据，进行网络解码，获得接收数据”，具体为：

步骤5-1，ONU接收下行数据，根据编码后标记，判断是否为网络编码数据，如果具有有效的2个标识字段，并且具有对应的有效数据序号，则数据就是网络编码数据；如果具有2个预定义的非编码数据序号，则数据就不是网络编码数据；

需要判断目的标识字段如果为本地的标识字段，则数据是ONU接收的普通数据；如果目的标识字段不为本地的标识字段，则数据不是ONU接收的数据。

步骤5-2，ONU对于网络编码数据，提取与本地标识字段对应的数据序号，从本地缓存中提取出对应的预备编码数据，利用预备编码数据与网络编码数据，进行网络编码逆运算即网络解码，获取ONU需要接收的数据。

步骤5-3，ONU将预备编码数据从缓存中清除，并释放数据序号。

另一方面，本发明提供了一种支持网络编码连接管理的光线路终端OLT装置，用于实现网络编码功能，主要包括：

数据接收和学习单元，用于接收上行数据，记录数据帧中的源标识字段与源主机地址的对应关系，即学习网络拓扑；为普通数据处理单元提供查询功能；

预备编码数据识别单元，用于接收数据接收和学习单元发送的上行数据，检测上行数据帧标记，识别预备编码数据和非预备编码数据；

网络编码单元，用于接收预备编码数据识别单元发送的上行数据，缓存其中的预备编码数据，调度和选择成对的预备编码数据，实现网络编码功能；

普通数据处理单元，用于接收预备编码数据识别单元发送的上行数据和外部网络发送的下行数据，处理其中的非预备编码数据，通过查询数据接收和学习单元的网络拓扑，实现无源光网络的转发功能；

数据标记和发送单元，用于接收网络编码单元发送的网络编码数据和普通数据处理单元发送的非网络编码数据，在下行数据中加入标记，发送下行数据。其中，非网络编码数据，标记目的标识字段和源标识字段，数据序号标为无效；网络编码数据，标记互为目的和源的2个标识字段，及对应的2组数据序号。

另一方面，本发明提供了一种支持网络编码连接的光网络单元ONU装置，用于实现网络解码功能，主要包括：

数据接收和学习单元，用于接收下行数据，记录数据帧中的源标识字段与源主机地址的对应关系，即学习网络拓扑；为预备编码数据选择单元提供查询功能；

网络编码数据识别单元，用于接收数据接收和处理单元发送的下行数据，检测下行数据帧标记，识别网络编码数据和非网络编码数据；

网络解码单元，用于接收预备编码数据选择单元发送的上行数据，缓存其中的预备编码数据；用于接收网络编码数据识别单元发送的下行数据，调度网络编码数据和对应的本地预备编码数据，实现网络解码功能；

预备编码数据选择单元，用于接收主机发送的数据，通过查询数据接收和学习单元的网络拓扑，确定可以进行网络编码的数据；根据判定条件，选择预备编码数据；

普通数据处理单元，用于接收网络编码数据识别单元发送的下行数据和预备编码数据选择单元发送的上行数据，处理其中的非网络编码数据，实现无源光网络的数据传送功能；

数据标记和发送单元，用于预备编码数据选择单元，在上行数据中加入标记，发送上行数据。其中非预备编码数据，标记无效标识字段和源标识字段，数据序号标为无效；预备编码数据，标记目的标识字段和源标识字段，及分配的本地数据序号。

另一方面，本发明提供了一种支持网络编码连接的无源光网络系统，所述系统包括：

光配线网ODN，用于连接OLT与ONU，实现树形拓扑结构，包括光纤和无缘分光器；

光线路终端OLT，为网络的中心局设备，用于学习网络拓扑，识别预备编码数据，实现网络编码功能，在网络编码数据中加入编码后标记；主要包括数据接收和学习单元、预备编码数据识别单元、网络编码单元、普通数据处理单元和数据标记和发送单元，

光网络单元ONU，为网络的用户端设备，用于学习网络拓扑，选择可以进行网络编码的数据，在预备编码数据中加入编码前标记，对网络编码数据进行解码；主要包括数据接收和学习单元、网络编码数据识别单元、网络解码单元、预备编码数据选择单元、普通数据处理单元和数据标记和发送单元。

由以上技术方案可以看出，由于本发明通过在OLT学习PON拓扑结构的原有基础上，加入ONU学习PON拓扑结构的功能，能够使得ONU直接发现PON网络内部的数据，选择符合条件的预备编码数据；并通过ONU在预备编码数据中加入编码前标记和OLT在网络编码数据帧加入编码后标记，实现了OLT与ONU的协同处理。

附图说明

图1、现有技术传输PON网络中ONU之间数据的方法流程图；

图2、本发明实施例提供的在无源光网络中建立网络编码连接的总体方法实施例流程图；

图3、本发明实施例提供的在无源光网络中建立网络编码连接的第一部分实施例流程图；

图4、本发明实施例提供的在无源光网络中建立网络编码连接的第二部分实施例流程图；

图5、本发明实施例提供的支持网络编码连接的光线路终端的实施例结构图；

图6、本发明实施例提供的支持网络编码连接的光网络单元的实施例结构图；

图7、本发明实施例提供的支持网络编码连接的无源光网络的系统实施例结构图。

具体实施方式

本发明实施示例提供了一种在PON网络中实现网络编码的方法。

以下为描述方便，假设ONU1对应标识字段Mark1，相连的主机1地址Addr1；ONU2对应标识字段Mark2，相连的主机2地址Addr2。ONU1传向ONU2的预备编码数据A，普通数据1(非预备编码数据)；ONU2传向ONU1的预备编码数据B，普通数据2(非预备编码数据)。

假设OLT下行数据网络编码数据A+B，普通数据0(非网络编码数据)。为外部网络预定义对应1个特殊Mark0，不会分配给ONU；外部网络主机0地址Addr0。

本发明中主机的Addr地址，也可以由IP地址等其他可以标志主机的内容代替。对于多组网络编码，根据目的和源Mark不同，可以相互区别。

实施例一：

本发明实施例提供的在PON网络中建立网络编码连接的方法实施例，如下文所述：

第1部分，确定预备编码数据。通过光线路终端OLT加入标识字段，使得光网络单元ONU能够学习到无源光网络拓扑结构；ONU检测无源光网络内部的数据，选择预备编码数据；

步骤201，OLT和ONU在传输数据中加入标识字段，学习无源光网络拓扑结构；

OLT通过接收ONU1和ONU2发送的上行数据，学习源主机地址和源标识字段的对应关系；

ONU1和ONU2通过接收OLT发送的下行数据，学习源主机地址和源标识字段的对应关系。

步骤202，ONU根据数据地址查询拓扑，确定无源光网络内部的数据，选择预备编码数据；

ONU1发送上行数据时，根据学习到的情况，确定发送给ONU2的数据，为数据A；

ONU2发送上行数据时，根据学习到的情况，确定发送给ONU1的数据，为数据B。

第2部分，OLT与ONU的协同。通过上行数据的编码前标记和下行数据的编码后标记，OLT和ONU明确预备编码数据和网络编码数据，进行网络编码与解码处理；

步骤203，ONU发送上行数据，对预备编码数据加入编码前标记，并本地缓存；

ONU1将数据A标记源和目的标识字段及数据序号，并缓存；

ONU2将数据B标记源和目的标识字段及数据序号，并缓存。

步骤204，OLT接收上行数据，根据编码前标记，将预备编码数据进行网络编码，生成网络编码数据，加入编码后标记，并下行发送；

OLT接收到数据A和B，网络编码为A+B，标记2个标识字段和2个数据序号，并发送。

步骤205，ONU接收下行数据，根据编码后标记，将网络编码数据与从本地缓存中提取的对应预备编码数据，进行网络解码，获得接收数据。

ONU1根据标记接收到A+B，提取A，进行网络编码后，获得B；

ONU2根据标记接收到A+B，提取B，进行网络编码后，获得A。

另一方面，在PON网络中建立网络编码连接的方法，具体可以分解为以下步骤：

步骤211，ONU上行发送数据，加入本地的标识字段，数据帧头部具有数据源的主机地址；具体为：

ONU1上行发送主机1数据，源地址Addr1，源Mark1。

ONU2上行发送主机2数据，源地址Addr2，源Mark2。

步骤212，OLT接收上行数据，记录标识字段与主机地址的对应关系，即完成了OLT对无源光网络拓扑结构的学习，表示为标识字段与主机地址的对应表；具体为

OLT接收上行数据，依次记录Addr1对应Mark1，Addr2对应Mark2。

同时，OLT接受外部网络数据，记录Addr0对应Mark0。

通过记录源Addr与源Mark对应关系，OLT将信息记录在Addr-Mark对应表中，完成了学习PON网络拓扑的功能。学习功能，是OLT作为局端设备，具有转发能力的必要部分，与一般具有转发能力的系统处理是一致的。

步骤213，OLT下行发送数据，根据目的主机地址，加入对应的目的标识字段；根据源主机地址，加入对应的源标识字段；具体为

OLT下行发送ONU1数据，数据2源Addr2对应源Mark2，目的Addr1对应目的Mark1；外部数据0，源Addr0对应源Mark0，目的Addr2对应目的Mark2。

OLT下行发送ONU2数据，数据1源Addr1对应源Mark1，目的Addr2对应目的Mark2；外部数据0，源Addr0对应源Mark0，目的Addr2对应目的Mark2。

由于源Addr与源Mark对应关系为学习内容，实际不需查询，根据来源方向，将源Mark保留即可，外部网络数据则加入Mark0

步骤214，ONU接收下行数据，判断目的标识字段，如果符合本地的标识字段，则接收数据；如果不符合本地的标识字段，则不接收数据；具体为

ONU1接收下行数据，接收目的Mark为Mark1的数据，包括数据2与部分数据0。

ONU2接收下行数据，接收目的Mark为Mark2的数据，包括数据1与部分数据0。

广播数据所有ONU均接收，不与本发明的内容冲突。

步骤215，ONU对本地接收的下行数据，记录源标识字段与源主机地址的对应关系，即完成了ONU对无源光网络拓扑结构的学习，获得标识字段与主机地址的对应表。具体为

ONU1记录Addr2对应Mark2，Addr0对应Mark0，完成学习。

ONU2记录Addr1对应Mark1，Addr0对应Mark0，完成学习。

其中Addr0对应Mark0可以不记录，产生区别如下：如果记录，发送给目的地址Addr0的数据，查询对应Mark0可以明确为外部网络数据，不能网络编码；如果不记录，由于查询失败，数据同样判定为不能网络编码。

以上步骤，OLT和ONU根据传输数据，学习了PON网络拓扑结构。其中，OLT学习网络拓扑为PON网络实现转发的重要组成部分，在PON网络中通常具备；ONU学习网络拓扑为本发明的加入部分，主要通过OLT下发数据时加入与源Addr对应的源Mark实现。而且，在网络连接发生变化时，相关通信的ONU能够通过新的数据及时将信息更新。

步骤221，ONU对于上行数据，提取数据帧头部的目的主机地址；

步骤222，ONU查询学习到的无源光网络拓扑结构，确定目的主机地址对应的标识字段；

步骤223，如果查询失败，目的主机地址未对应标识字段，则数据不可进行网络编码；

步骤224，如果查询成功，目的主机地址对应某标识字段，则数据可以进行网络编码；

具体为

ONU1对于上行数据，提取数据A目的地址为Addr2，查询对应Mark2，可以网络编码。

ONU2对于上行数据，提取数据B目的地址为Addr1，查询对应Mark1，可以网络编码。

对于其他数据，查询失败默认对应Mark0或查询结果为Mark0，不可进行网络编码。

步骤225，ONU对可以进行网络编码的数据，根据定义的规则判定，如果符合条件，数据就是预备编码数据；如果不符合条件，数据就是非预备编码数据。具体为

定义的判定规则可以灵活选择，如：ONU1发送数据A和接收数据B在一定时间内，数据帧数超过一定门限，此时ONU2接收数据A和发送数据B同样满足条件，表明双向的数据流适合进行网络编码；对于单独一帧数据，可以判定帧长是否足够长，避免较短的帧参与网络编码，实际可能会降低编码效率；如果本地缓存不足，可以减少编码数据。当然，可以选择所有可行数据均进行网络编码，会对系统提出更高要求，如OLT处理能力，ONU缓存能力，对编码效率也会产生一定影响。

以上步骤，在ONU学习PON网络拓扑的基础上，实现了ONU对预备编码数据的选择，提高了系统对网络编码的处理能力，对预备编码数据和普通数据进行了区分。

步骤231，ONU发送上行数据，对于预备编码数据进行编码前标记，加入目的标识字段，与源标识字段即本地的标识字段共存；具体为

ONU1发送数据A，标记目的Mark2和源Mark1；其他数据，标记目的Mark0和源Mark1。

ONU2发送数据B，标记目的Mark1和源Mark2；其他数据，标记目的Mark0和源Mark2。

步骤232，ONU对预备编码数据加入数据序号，与其他预备编码数据区分，在原有序号未释放前，不重复使用同一序号；具体为

ONU1对数据A中第1帧预备编码数据加入数据序号1，第2帧加入数据序号2，用于区分各个预备编码数据。在第1帧解码后，释放数据序号1，循环使用数据序号，数据序号总量允许最大时延的数据返回。同理，ONU2对数据流B中的数据加入数据序号，也可以从1开始，允许自定义数据序号分配规则。

步骤233，数据序号具有有效范围，不在有效范围内的序号，即属于非编码数据序号；

具体为

数据序号具有有效范围，不在有效范围内的序号，即属于非编码数据序号，如保留数据序号为非编码数据序号。

步骤234，ONU将预备编码数据进行本地缓存，完成网络编码数据的预处理操作；

ONU1本地缓存数据A，ONU2本地缓存数据B，记录对应的目的Mark和数据序号。

步骤235，ONU对非预备编码数据，加入目的标识字段为预定义的无效标识字段；加入的数据序号为非编码数据序号；且不进行本地缓存。具体为

非预备编码数据，ONU加入目的Mark0，加入的数据序号为非编码数据序号0，且不进行本地缓存。

以上过程实现了ONU对预备编码数据的预处理，主要包括标记目的Mark和源Mark，标记数据序号，并将预备编码数据在本地缓存。同时，说明了ONU对非预备编码数据的标记方式，能够与原有PON兼容。

步骤241，OLT接收上行数据，根据编码前标记，判断是否为预备编码数据，如果具有有效目的标识字段和源标识字段，数据就是预备编码数据；如果只有源标识字段，没有有效目的标识字段，数据就不是预备编码数据；具体为

OLT接收ONU1上行数据，数据A有目的Mark2和源Mark1，是预备编码数据；其他数据有目的Mark0和源Mark1，是非预备编码数据。

OLT接收ONU2上行数据，数据B有目的Mark1和源Mark2，是预备编码数据；其他数据有目的Mark0和源Mark2，是非预备编码数据。

步骤242，OLT将预备编码数据进行缓存，如果有两组数据，源标识字段与目的标识字段成对，则完成网络编码操作，生成网络编码数据；具体为

OLT首先接收ONU1数据A，没有配对数据，在本地缓存；

OLT之后接收ONU2数据B，与缓存中的数据A配对，实现网络编码操作，生成数据A+B。

步骤243，OLT对网络编码数据进行编码后标记，加入互为源和目的的2个标识字段；加入参与编码的2组数据的序号，其中序号与标识字段按顺序对应；

步骤244，OLT将加入编码后标记的网络编码数据，下行发送。具体为

OLT对数据A+B，加入Mark1和Mark2，加入2组数据序号，与Mark顺序对应。

OLT将完成编码，并加入Mark与数据序号的数据A+B下行发送。对于其他数据，OLT根据本地查询结果，正常转发到目的方向。

以上步骤完成了OLT将预备编码数据进行网络编码，生成网络编码数据的过程。主要包括预备编码数据的确认和2组数据的组合生成网络编码数据。

步骤251，ONU接收下行数据，根据编码后标记，判断是否为网络编码数据，如果具有有效的2个标识字段，并且具有对应的有效数据序号，则数据就是网络编码数据；如果具有2个预定义的非编码数据序号，则数据就不是网络编码数据；

需要判断目的标识字段如果为本地的标识字段，则数据是ONU接收的普通数据；如果目的标识字段不为本地的标识字段，则数据不是ONU接收的数据；具体为

ONU1接收下行数据，数据A+B具有Mark1和Mark2，具有2组对应的数据序号，是网络编码数据，且其中Mark1与本地Mark1符合。

ONU2接收下行数据，数据A+B具有Mark1和Mark2，具有2在对应的数据序号，是网络编码数据，且其中Mark2与本地Mark2符合。

对于其他数据，具有Mark1和Mark2，但数据序号为0，是非网络编码数据，Mark1和Mark2分别为目的Mark和源Mark，由目的Mark符合的ONU接收。

具有Mark0和Mark1的数据，数据序号为0，则为Mark1接收的非网络编码数据。

具有Mark0和Mark2的数据，数据序号为0，则为Mark2接收的非网络编码数据。

步骤252，ONU对于网络编码数据，提取与本地标识字段对应的数据序号，从本地缓存中提取出对应的预备编码数据，利用预备编码数据与网络编码数据，进行网络编码逆运算即网络解码，获取ONU需要接收的数据；

步骤253，ONU将预备编码数据从缓存中清除，并释放数据序号。具体为

ONU1对于数据A+B，提取对应数据序号的本地缓存数据A，网络解码得到数据B。同时释放缓存数据A的空间，并释放对应的数据序号。

ONU2对于数据A+B，提取对应数据序号的本地缓存数据B，网络解码得到数据A。同时释放缓存数据B的空间，并释放对应的数据序号。

通过以上步骤，实现了ONU对网络编码数据的解码，获得了对端ONU的数据，完成了数据A从ONU1到ONU2的过程，完成了数据B从ONU2到ONU1的过程。

以上即为对本发明实施例提供的PON网络中实现网络编码的方法实施例的描述。

实施例二：

本发明实施例提供的一种支持网络编码功能的光线路终端OLT装置，用于实现网络编码功能，主要包括：

数据接收和学习单元421，用于上行数据，记录数据帧中的源标识字段与源主机地址的对应关系，即学习网络拓扑；为普通数据处理单元提供查询功能；

预备编码数据识别单元422，用于接收数据接收和学习单元421发送的上行数据，检测上行数据帧标记，识别预备编码数据和非预备编码数据；

网络编码单元423，用于接收预备编码数据识别单元422发送的上行数据，缓存其中的预备编码数据，调度和选择成对的预备编码数据，实现网络编码功能；

普通数据处理单元424，用于接收预备编码数据识别单元422发送的上行数据和外部网络发送的下行数据，处理其中的非预备编码数据，通过查询数据接收和学习单元421的网络拓扑，实现无源光网络的转发功能；

数据标记和发送单元425，用于接收网络编码单元423发送的网络编码数据和普通数据处理单元424发送的非网络编码数据，在下行数据中加入标记，发送下行数据。其中，非网络编码数据，标记目的标识字段和源标识字段，数据序号标为无效；网络编码数据，标记互为目的和源的2个标识字段，及对应的2组数据序号。

实施例三：

本发明实施例提供的一种支持网络编码功能的光网络单元ONU装置，用于实现网络解码功能，主要包括：

数据接收和学习单元431，用于下行数据，记录数据帧中的源标识字段与源主机地址的对应关系，即学习网络拓扑；为预备编码数据选择单元提供查询功能；

网络编码数据识别单元432，用于接收数据接收和处理单元431发送的下行数据，检测下行数据帧标记，识别网络编码数据和非网络编码数据；

网络解码单元433，用于接收预备编码数据选择单元434发送的上行数据，缓存其中的预备编码数据；用于接收网络编码数据识别单元432发送的下行数据，调度网络编码数据和对应的本地预备编码数据，实现网络解码功能；

预备编码数据选择单元434，用于接收主机发送的数据，通过查询数据接收和学习单元431的网络拓扑，确定可以进行网络编码的数据；根据判定条件，选择预备编码数据；

普通数据处理单元435，用于接收网络编码数据识别单元432发送的下行数据和预备编码数据选择单元434发送的上行数据，处理其中的非网络编码数据，实现无源光网络的数据传送功能；

数据标记和发送单元436，用于接收网络解码单元433发送的预备编码数据和普通数据处理单元435发送的非预备编码数据，在上行数据中加入标记，发送上行数据；共中非预备编码数据，标记无效标识字段和源标识字段，数据序号标为无效；预备编码数据，标记目的标识字段和源标识字段，及分配的本地数据序号。

实施例四：

本发明实施例提供的一种实现网络编码功能的PON系统实施例，包括ODN设备410、OLT设备420和ONU设备430。

光配线网ODN设备410，用于连接OLT装置420与ONU装置430，实现树形拓扑结构，包括光纤和无缘分光器；

光线路终端OLT装置420，为网络的中心局设备，用于学习网络拓扑，识别预备编码数据，实现网络编码功能，在网络编码数据中加入编码后标记；主要包括数据接收和学习单元421、预备编码数据识别单元422、网络编码单元423、普通数据处理单元424和数据标记和发送单元425，

光网络单元ONU装置430，为网络的用户端设备，用于学习网络拓扑，选择可以进行网络编码的数据，在预备编码数据中加入编码前标记，对网络编码数据进行解码；主要包括数据接收和学习单元431、网络编码数据识别单元432、网络解码单元433、预备编码数据选择单元434、普通数据处理单元435和数据标记和发送单元436。

本发明实施例提供的一种实现网络编码功能的PON系统实施例的工作方式，基本和上文描述的在PON网络中实现网络编码的发法的实施例一致，故此不在此处重复描述。

以上对本发明实施例所提供的在PON网络中实现网络编码的方法、管支持网络编码的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 (10)

1.一种在基于ONU学习的网络编码连接管理的方法，其特征在于，包括以下过程：

在无源光网络PON中建立网络编码连接的方法，主要包括2个部分

第1部分，确定预备编码数据。通过光线路终端OLT加入标识字段，使得光网络单元ONU能够学习到无源光网络拓扑结构；ONU检测无源光网络内部的数据，选择预备编码数据；

第2部分，OLT与ONU的协同。通过上行数据的编码前标记和下行数据的编码后标记，OLT和ONU明确预备编码数据和网络编码数据，进行网络编码与解码处理；

其中，所述标识字段用于区分不同的ONU；所述预备编码数据是无源光网络中ONU上行发送数据中，预备进行网络编码的数据；所述网络编码数据是无源光网络中OLT下据行发送数据中，将所述预备编码数据进行网络编码后生成的数据。

2.如权利要求1所述的基于ONU学习的网络编码连接管理的方法，其特征在于：

所述“基于ONU学习的网络编码连接管理的方法”，具体过程为：

步骤1，OLT和ONU在传输数据中加入标识字段，学习无源光网络拓扑结构；

步骤2，ONU根据数据地址查询拓扑，确定无源光网络内部的数据，选择预备编码数据；

步骤3，ONU发送上行数据，对预备编码数据加入编码前标记，并本地缓存；

步骤4，OLT接收上行数据，根据编码前标记，将预备编码数据进行网络编码，生成网络编码数据，加入编码后标记，并下行发送；

步骤5，ONU接收下行数据，根据编码后标记，将网络编码数据与从本地缓存中提取的对应预备编码数据，进行网络解码，获得接收数据。

3.如权利要求2所述的基于ONU学习的网络编码连接管理的方法，其特征在于：

所述“OLT和ONU在传输数据中加入标识字段，学习无源光网络拓扑结构”，具体为：

步骤1-1，ONU上行发送数据，加入本地的标识字段，数据帧头部具有数据源的主机地址；

步骤1-2，OLT接收上行数据，记录标识字段与主机地址的对应关系，即完成了OLT对无源光网络拓扑结构的学习，表示为标识字段与主机地址的对应表；

步骤1-3，OLT下行发送数据，根据目的主机地址，加入对应的目的标识字段；根据源主机地址，加入对应的源标识字段；

步骤1-4，ONU接收下行数据，判断目的标识字段，如果符合本地的标识字段，则接收数据；如果不符合本地的标识字段，则不接收数据；

步骤1-5，ONU对本地接收的下行数据，记录源标识字段与源主机地址的对应关系，即完成了ONU对无源光网络拓扑结构的学习，获得标识字段与主机地址的对应表。

4.如权利要求2所述的基于ONU学习的网络编码连接管理的方法，其特征在于：

所述“ONU根据数据地址查询拓扑，确定无源光网络内部的数据，选择预备编码数据”，具体为：

步骤2-1，ONU对于上行数据，提取数据帧头部的目的主机地址；

步骤2-2，ONU查询学习到的无源光网络拓扑结构，确定目的主机地址对应的标识字段；

步骤2-3，如果查询失败，目的主机地址未对应标识字段，则数据不可进行网络编码；

步骤2-4，如果查询成功，目的主机地址对应某标识字段，则数据可以进行网络编码；

步骤2-5，ONU对可以进行网络编码的数据，根据定义的规则判定，如果符合条件，数据就是预备编码数据；如果不符合条件，数据就是非预备编码数据。

5.如权利要求2所述的基于ONU学习的网络编码连接管理的方法，其特征在于：

所述“ONU发送上行数据，对预备编码数据加入编码前标记，并本地缓存”，具体为：

步骤3-1，ONU发送上行数据，对于预备编码数据进行编码前标记，加入目的标识字段，与源标识字段即本地的标识字段共存；

步骤3-2，ONU对预备编码数据加入数据序号，与其他预备编码数据区分，在原有序号未释放前，不重复使用同一序号；

步骤3-3，数据序号具有有效范围，不在有效范围内的序号，即属于非编码数据序号；

步骤3-4，ONU将预备编码数据进行本地缓存，完成网络编码数据的预处理操作；

步骤3-5，ONU对非预备编码数据，加入目的标识字段为预定义的无效标识字段；加入的数据序号为非编码数据序号；且不进行本地缓存。

6.如权利要求2所述的基于ONU学习的网络编码连接管理的方法，其特征在于：

所述“OLT接收上行数据，根据编码前标记，将预备编码数据进行网络编码，生成网络编码数据，加入编码后标记，并下行发送”，具体为：

步骤4-1，OLT接收上行数据，根据编码前标记，判断是否为预备编码数据，如果具有有效目的标识字段和源标识字段，数据就是预备编码数据；如果只有源标识字段，没有有效目的标识字段，数据就不是预备编码数据；

步骤4-2，OLT将预备编码数据进行缓存，如果有两组数据，源标识字段与目的标识字段成对，则完成网络编码操作，生成网络编码数据；

步骤4-3，OLT对网络编码数据进行编码后标记，加入互为源和目的的2个标识字段；加入参与编码的2组数据的序号，其中序号与标识字段按顺序对应；

步骤4-4，OLT将加入编码后标记的网络编码数据，下行发送。

7.如权利要求2所述的基于ONU学习的网络编码连接管理的方法，其特征在于：

所述“ONU接收下行数据，根据编码后标记，将网络编码数据与从本地缓存中提取的对应预备编码数据，进行网络解码，获得接收数据”，具体为：

步骤5-1，ONU接收下行数据，根据编码后标记，判断是否为网络编码数据，如果具有有效的2个标识字段，并且具有对应的有效数据序号，则数据就是网络编码数据；如果具有2个预定义的非编码数据序号，则数据就不是网络编码数据；

需要判断目的标识字段如果为本地的标识字段，则数据是ONU接收的普通数据；如果目的标识字段不为本地的标识字段，则数据不是ONU接收的数据；

步骤5-2，ONU对于网络编码数据，提取与本地标识字段对应的数据序号，从本地缓存中提取出对应的预备编码数据，利用预备编码数据与网络编码数据，进行网络编码逆运算即网络解码，获取ONU需要接收的数据；

步骤5-3，ONU将预备编码数据从缓存中清除，并释放数据序号。

8.一种支持网络编码连接管理的无源光网络OLT装置，其特征在于：

光线路终端OLT装置用于实现网络编码功能，主要包括：

数据接收和学习单元，用于接收上行数据，记录数据帧中的源标识字段与源主机地址的对应关系，即学习网络拓扑；为普通数据处理单元提供查询功能；

预备编码数据识别单元，用于接收数据接收和学习单元发送的上行数据，检测上行数据帧标记，识别预备编码数据和非预备编码数据；

网络编码单元，用于接收预备编码数据识别单元发送的上行数据，缓存其中的预备编码数据，调度和选择成对的预备编码数据，实现网络编码功能；

普通数据处理单元，用于接收预备编码数据识别单元发送的上行数据和外部网络发送的下行数据，处理其中的非预备编码数据，通过查询数据接收和学习单元的网络拓扑，实现无源光网络的转发功能；

数据标记和发送单元，用于接收网络编码单元发送的网络编码数据和普通数据处理单元发送的非网络编码数据，在下行数据中加入标记，发送下行数据。其中，非网络编码数据，标记目的标识字段和源标识字段，数据序号标为无效；网络编码数据，标记互为目的和源的2个标识字段，及对应的2组数据序号。

9.一种支持网络编码连接管理的无源光网络系统ONU装置，其特征在于：

光网络单元ONU装置用于实现网络解码功能，主要包括：

数据接收和学习单元，用于接收下行数据，记录数据帧中的源标识字段与源主机地址的对应关系，即学习网络拓扑；为预备编码数据选择单元提供查询功能；

网络编码数据识别单元，用于接收数据接收和处理单元发送的下行数据，检测下行数据帧标记，识别网络编码数据和非网络编码数据；

网络解码单元，用于接收预备编码数据选择单元发送的上行数据，缓存其中的预备编码数据；用于接收网络编码数据识别单元发送的下行数据，调度网络编码数据和对应的本地预备编码数据，实现网络解码功能；

预备编码数据选择单元，用于接收主机发送的数据，通过查询数据接收和学习单元的网络拓扑，确定可以进行网络编码的数据；根据判定条件，选择预备编码数据；

普通数据处理单元，用于接收网络编码数据识别单元发送的下行数据和预备编码数据选择单元发送的上行数据，处理其中的非网络编码数据，实现无源光网络的数据传送功能；

数据标记和发送单元，用于预备编码数据选择单元，在上行数据中加入标记，发送上行数据；其中非预备编码数据，标记无效标识字段和源标识字段，数据序号标为无效；预备编码数据，标记目的标识字段和源标识字段，及分配的本地数据序号。

10.一种支持网络编码连接管理的无源光网络系统，其特征在于，所述系统包括：

光配线网ODN，用于连接OLT与ONU，实现树形拓扑结构，包括光纤和无缘分光器；

光线路终端OLT，为网络的中心局设备，用于学习网络拓扑，识别预备编码数据，实现网络编码功能，在网络编码数据中加入编码后标记；主要包括数据接收和学习单元、预备编码数据识别单元、网络编码单元、普通数据处理单元和数据标记和发送单元，

光网络单元ONU，为网络的用户端设备，用于学习网络拓扑，选择可以进行网络编码的数据，在预备编码数据中加入编码前标记，对网络编码数据进行解码；主要包括数据接收和学习单元、网络编码数据识别单元、网络解码单元、预备编码数据选择单元、普通数据处理单元和数据标记和发送单元。

Images