CN103200126B - Xg-pon系统流量管理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种XG-PON系统流量管理装置及方法，该方法包括以下步骤：上行方向，PON？MAC模块将上行XGEM流映射为以太网流并插入一层VLAN？ID等于XGEM？Port-ID的最外层VLAN；TM模块基于XGEM？Port-ID实现上行流量管理，然后剥掉最外层VLAN，记录上行以太网流标识与XGEMPort-ID的映射关系表；下行方向，TM模块根据以太网标识和映射关系表获得相应的XGEM？Port-ID，并插入最外层VLAN，实现下行流量管理；PON？MAC模块根据映射关系表获得相应的XGEM？Port-ID，然后剥掉最外层VLAN，发送给ONU。本发明，有效地保证了XG-PON系统流量管理功能的完整性和可靠性，满足了因接入网用户增多、业务扩容带来的运营商需要细分数据流、合理地管理用户业务的需求。
Description
技术领域
本发明涉及PON系统，具体涉及XG-PON系统流量管理装置及方法。
背景技术
在全球信息化的大背景下，宽带接入发展迅速。XG-PON技术已成为业界最具有代表性与广泛应用前景的下一代光接入技术。随着接入网用户的增多，设备的不断扩容，接入网系统越来越庞大，运营商对网络设备的QoS(Quality of Service，服务质量)越来越重视，如何保证网络承载多种业务传送的可靠性和相应业务的QoS、合理地进行流量管理，已成为业界关注的焦点。QoS包括业务流分类、优先级标记、排队及调度、流量整形、流量管制、拥塞避免和缓存管理等，这些构成了流量管理(TrafficManagement，TM)的基本功能。
XG-PON系统的局端设备OLT(Optical Line Terminal，光线路终端)实现流量管理有两种方式：一种是在PON(Passive Optical Network，无源光纤网络)的MAC(Media Access Control，介质访问控制)芯片上实现；另一种是在PON的MAC的前端芯片上实现。
由于PON MAC芯片存在一些限制，如在内存大小和内存管理方面，目前还没有一家PON MAC芯片厂商完全集成了QoS功能，为了获得好的QoS功能，XG-PON系统流量管理只能在PON MAC的前端芯片上实现。前端芯片为了识别XGEM(XG-PON encapsulation method，XG-PON封装方法)数据流(以下简称XGEM流)的特征，对PON MAC芯片提出了一定的要求：需要PON MAC将XGEM流的信息，如XGEM Port-ID(XGEM端口号)信息插入到以太网数据流(以下简称以太网流)中。一般采用的方法是：PON MAC加一个外层VLAN(Virtual Local Area Network，虚拟局域网)，VLAN-ID(VLAN标识符)等于XGEM Port-ID，这样前端芯片可以识别XGEM Port-ID流。
PON MAC前端芯片一般使用FPGA(Field Programmable Gata Array，现场可编程门阵列)、交换芯片SW(Switch)、网络处理器NP(NetworkProcessor)或TM专用芯片等来完成流量管理功能。前端芯片根据功能又称为TM管理芯片。
TM专用芯片的成本较高，可编程性及灵活性小，目前很少商业使用。PON MAC+SW可以完成部分流量管理功能，但存在很大的限制：
由于交换芯片不能识别两层以上VLAN的数据包(不能基于流的特征TRAP(代理发送)某些包，或进行VLAN转换)，PON MAC芯片就不能对双层VLAN的XGEM流再加一层VLAN(VLAN-ID等于XGEM Port-ID)，以致交换芯片无法识别所有XGEM流，进而无法完全实现基于XGEM流的QoS功能，例如基于XGEM Port-ID的流限速，排队及调度等。
XG-PON系统的XGEM Port-ID范围为0-65535，远远超出VLAN-ID的范围(0-4095)。采用一层标准的VLAN标识符(0x8100+3位优先级+1位规范标识位+12位VLAN-ID)将不能满足要求，采用两层VLAN标识XGEM Port-ID或非标准格式标识的话，交换芯片又不能识别。
因此，采用交换芯片作为TM管理芯片无法实现基于XGEM流的全部QoS功能，不能满足XG-PON系统流量管理的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是解决采用交换芯片作为TM管理芯片无法实现基于XGEM流的全部QoS功能，进而不能满足XG-PON系统流量管理的要求的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种XG-PON系统流量管理的方法，包括以下步骤：
上行方向：
ONU将用户发来的上行以太网流映射为上行XGEM流；
OLT的PON MAC模块接收所述上行XGEM流并映射为以太网流，然后在以太网流中插入一层VLAN ID等于XGEM Port-ID的最外层VLAN，所述最外层VLAN记为GVLAN，并记录所述上行以太网流标识与XGEM Port-ID的映射关系表；
OLT的TM模块接收具有所述GVLAN的上行以太网流并基于XGEMPort-ID实现上行流量管理，然后剥掉所述GVLAN发送给上联设备，同时保存所述上行以太网流标识与所述GVLAN的映射关系表；
下行方向：
OLT的TM模块接收来自上级交换机或城域网的下行以太网流，根据所述以太网流标识查找所述映射关系表，获得相应的XGEM Port-ID，并插入到所述下行以太网流的最外层VLAN中，所述最外层VLAN记为GVLAN，然后基于所述XGEM Port-ID实现下行流量管理，再发送给OLT的PON MAC模块；
OLT的PON MAC模块接收具有所述GVLAN的下行以太网流，根据所述映射关系表获得相应的XGEM Port-ID，然后剥掉所述GVLAN并映射为相应的下行XGEM流，发送给ONU；
ONU将所述下行XGEM流映射为下行以太网流发送给用户。
在上述方法中，所述以太网流具有一层VLAN，记为CVLAN，则以太网报文数据流格式为DA、SA、CVLAN+帧内容；
所述以太网流插入一层VLAN ID等于XGEM Port-ID的最外层VLAN后，以太网报文数据流格式为DA、SA、GVLAN、CVLAN+帧内容。
在上述方法中，所述以太网流具有两层VLAN，分别记为SVLAN和CVLAN，则以太网报文数据流格式为DA、SA、SVLAN、CVLAN+帧内容；
所述以太网流插入一层VLAN ID等于XGEM Port-ID的最外层VLAN后，以太网报文数据流格式为DA、SA、GVLAN、SVLAN、CVLAN+帧内容。
在上述方法中，所述上行流量管理和所述下行流量管理包括基于XGEMPort-ID实现上下行限速、QoS、ACL、QinQ以及VLAN转换等功能。
本发明还提供了一种XG-PON系统流量管理装置，包括设置在OLT上的PON MAC模块和TM模块，
在上行方向：所述PON MAC模块接收ONU发出的上行XGEM流并映射为以太网流，然后在以太网流中插入一层VLAN ID等于XGEM Port-ID的最外层VLAN，所述最外层VLAN记为GVLAN，并记录所述上行以太网流标识与XGEMPort-ID的映射关系表；所述TM模块接收具有所述GVLAN的上行以太网流并基于XGEM Port-ID实现上行流量管理，然后剥掉所述GVLAN发送给上联设备，同时保存所述上行以太网流标识与所述GVLAN的映射关系表；
在下行方向：所述OLT的TM模块接收来自上级交换机或城域网的下行以太网流，根据所述以太网流标识查找所述映射关系表，获得相应的XGEMPort-ID，并插入到所述下行以太网流的最外层VLAN中，所述最外层VLAN记为GVLAN，然后基于所述XGEM Port-ID实现下行流量管理，再发送给OLT的PON MAC模块；所述OLT的PON MAC模块接收具有所述GVLAN的下行以太网流，根据所述映射关系表获得相应的XGEM Port-ID，然后剥掉所述GVLAN并映射为相应的下行XGEM流，发送给ONU。
本发明，有效地保证了XG-PON系统流量管理功能的完整性和可靠性，满足了因接入网用户增多、业务扩容带来的运营商需要细分数据流、合理地管理用户业务的需求，应用到XG-PON系统局端设备上具备可操作性，实用性强。
附图说明
图1为本发明中XG-PON系统的数据流流向示意图；
图2为本发明中XG-PON系统中OLT的处理流程图。
具体实施方式
本发明中，XG-PON系统主要包括局端设备OLT和远端设备ONU(OpticalNetwork Unit，光网络单元)。OLT位于运营商侧，用于管理维护ONU的接入；ONU位于用户侧，为用户提供各项业务接入功能。XG-PON系统中OLT根据功能划分主要包含两个功能模块：PON MAC模块和TM模块，在处理不同用户不同业务的数据流时，PON MAC模块实现数据流在XGEM流与以太网流之间的相互映射，TM模块处理的数据流是以太网流，实现流量管理功能。本发明中，将不同的用户数据业务映射到具有不同的XGEM Port-ID的以太网流，XG-PON系统基于XGEM Port-ID实现以太网流的流量管理。
为了实现基于XGEM Port-ID实现以太网流的流量管理，OLT收到的数据流需要包含可以区分出不同用户不同业务的特征信息，如SA(SourceAddress，源地址)、DA(Destination Address，目的地址)、VLAN-ID和优先级COS(Class of Service，服务等级)等。为保证各用户不同业务流量管理的准确性，首先需要确保来自不同用户的多种业务数据流经过局端设备处理时可以唯一的映射成XGEM流或以太网流。这就需要在数据流上行方向根据数据流特征标识XGEM流和以太网流，记录XGEM流与以太网流之间映射的若干表项；在数据流下行方向通过数据流特征查找这些表项，映射成对应的XGEM流或以太网流。
下面结合附图对本发明作出详细的说明。
图1是本发明中XG-PON系统的数据流流向示意图，从整体概述了用户业务数据流经过XG-PON系统的数据流向和处理过程。如图1所示，本发明提供的XG-PON系统流量管理的方法包括以下步骤：
上行方向：
A1)用户发出的上行以太网流从ONU的用户接口输入，由ONU映射为上行XGEM流并从ONU的PON口输出；
A2)上行XGEM流经光纤传输到达OLT，在OLT的PON MAC模块完成上行XGEM流到以太网流的映射，并在太网流中插入一层VLAN ID等于XGEMPort-ID的最外层VLAN，最外层VLAN记为GVLAN，并记录上行以太网流标识与XGEM Port-ID的映射关系表；
A3)包含有GVLAN的上行以太网流到达OLT的TM模块后，在TM模块上基于XGEM Port-ID完成上行限速、VLAN转换、QinQ(QinQ技术也称Stacked VLAN或Double VLAN，标准出自IEEE 802.1ad，其实现将用户私网VLAN Tag封装在公网VLAN Tag中，使报文带着两层VLAN Tag穿越运营商的骨干网络(公网))、ACL(访问控制列表，Access Control List，是路由器和交换机接口的指令列表，用来控制端口进出的数据包)、QoS等功能，实现XG-PON系统在局端侧的上行流量管理，然后剥掉上述GVLAN，同时保存所述上行以太网流标识与所述GVLAN的映射关系表；
A3)完成上行流量管理后的上行以太网流经背板发送到上联设备，完成本流程上行方向的处理。
下行方向：
A4)来自上级交换机或城域网的下行以太网流经背板到达OLT的TM模块，OLT的TM模块根据下行以太网流中的以太网流标识查找映射关系表，获得相应的XGEM Port-ID，并插入到下行以太网流的最外层VLAN中，所述最外层VLAN记为GVLAN，然后基于XGEM Port-ID完成下行限速、VLAN转换、QinQ、ACL、QoS等功能，实现XG-PON系统在局端侧的下行流量管理；
A5)包含有GVLAN的下行以太网流到达OLT的PON MAC模块后，根据映射关系表获得相应的XGEM Port-ID，然后剥掉GVLAN映射为相应的下行XGEM流；
A6)下行XGEM流经光纤传输到达ONU，ONU完成下行XGEM流到以太网流的映射后还原为下行以太网流发送到各用户端口，完成本流程下行方向的处理。
本发明中，根据不同的用户业务数据流特征(以太网标识)来确定XGEMPort-ID，目前，常用的以太网标识有以下几种：
B1)用户业务数据流特征采用以太网流的最外层VLAN来标识，记为User-VLAN；进入到OLT的以太网流可能是一层或两层VLAN，若是一层VLAN记作CVLAN，User-VLAN等于CVLAN；若是两层VLAN，其内层VLAN记作CVLAN、外层VLAN记作SVLAN，User-VLAN等于SVLAN；
B2)用户业务数据流特征采用以太网流的SA+CVLAN+SVLAN来标识，其中SVLAN可为空；
B3)用户业务数据流特征采用以太网流的DA+CVLAN+SVLAN来标识，其中SVLAN可为空。
用户业务数据流特征还可以采用以太网流的其他特征来标识，如DA、SA、CVLAN、SVLAN、CCOS、SCOS、以太网类型等等，或这些特征的任意组合，实际应用采用哪种特征来标识需要根据流量管理的功能需求来决定。
本实施例以B1-B3这三种方式进行说明。
XGEM流信息标识方式为：在以太网流的最外层VLAN插入VLAN-ID等于XGEM Port-ID(本实施例中XGEM Port-ID＝User-VLAN，采用B1方式来标识以太网流。)的最外层VLAN，记作GVLAN；XGEM流信息去除方式为在以太网流中剥掉GVLAN。
OLT的PON MAC模块记录上行方向承载用户业务的以太网流与通过光纤传输的XGEM流之间映射的信息，采用User-VLAN与XGEM Port-ID一一映射形成Uvlan-Gport-TBL表；数据下行时，PON MAC根据以太网流信息中的GVLAN查找Uvlan-Gport-TBL表中相同的User-VLAN找到对应的XGEMPort-ID，并映射为下行XGEM流。
OLT的TM模块记录上行方向收到的以太网流信息，包括承载用户业务数据流特征(本实施例采用B2方式)和XGEM流信息，采用SA+CVLAN+SVLAN与GVLAN一一映射形成Sa-Gvlan-TBL表；数据下行时，TM模块根据以太网流特征(本实施例采用B3方式)，通过DA+CVLAN+SVLAN查找Sa-Gvlan-TBL表中相同的SA+CVLAN+SVLAN获得对应的GVLAN。
图2为本发明中XG-PON系统中OLT的处理流程图，详细描述了OLT实现用户业务数据流量管理的过程，包括以下步骤：
在上行方向：
C1)PON MAC模块完成XGEM流到以太网流的映射并记录Uvlan-Gport-TBL表项(以太网标识User-VLAN与XGEM Port-ID的映射关系)。
C2)PON MAC模块在以太网流中标识XGEM Port-ID(在以太网流的最外层VLAN中添加XGEM Port-ID信息)，并发送给TM模块；
C3)TM模块记录表项Sa-Gvlan-TBL(以太网标识SA+CVLAN+SVLAN与GVLAN的映射关系)；
C4)TM模块实现XG-PON系统上行流量管理；
C5)TM模块去除以太网流中的XGEM流信息，并将以太网流发送出去，完成本流程上行方向的处理；
在下行方向：
D1)TM模块根据DA+CVLAN+SVLAN查找Sa-Gvlan-TBL表得到GVLAN，并将以太网流对应的XGEM流信息添加到以太网流中标识XGEM流信息；
D2)TM模块实现XG-PON系统下行流量管理，并将以太网流发送到PONMAC模块；
D3)PON MAC模块根据GVLAN查找Uvlan-Gport-TBL表获得以太网流映射到XGEM流时对应的XGEM Port-ID；
D4)PON MAC模块去除以太网流中的XGEM流信息，根据XGEM Port-ID完成以太网流到XGEM流的映射，并将XGEM流发送出去，完成本流程下行方向的处理。
上行流量管理和下行流量管理包括上下行限速、QoS、访问控制列表、双层VLAN以及VLAN转换的任意组合。
图2中相应数据流的特征如下表：
本发明还提供了一种XG-PON系统流量管理装置，包括设置在OLT上的PON MAC模块和PON TM模块。
在上行方向：所述PON MAC模块接收ONU发出的上行XGEM流并映射为以太网流，然后在以太网流中插入一层VLAN ID等于XGEM Port-ID的最外层VLAN，所述最外层VLAN记为GVLAN，并记录所述上行以太网流标识与XGEMPort-ID的映射关系表；所述TM模块接收具有所述GVLAN的上行以太网流并基于XGEM Port-ID实现上行流量管理，然后剥掉所述GVLAN发送给上联设备，同时保存所述上行以太网流标识与所述GVLAN的映射关系表；
在下行方向：所述OLT的TM模块接收来自上级交换机或城域网的下行以太网流，根据所述以太网流标识查找所述映射关系表，获得相应的XGEMPort-ID，并插入到所述下行以太网流的最外层VLAN中，所述最外层VLAN记为GVLAN，然后基于所述XGEM Port-ID实现下行流量管理，再发送给OLT的PON MAC模块；所述OLT的PON MAC模块接收具有所述GVLAN的下行以太网流，根据所述映射关系表获得相应的XGEM Port-ID，然后剥掉所述GVLAN并映射为相应的下行XGEM流，发送给ONU。
本发明中，对TM管理芯片的选择不具有唯一性，只要满足本专利需求的TM管理芯片均可使用。不同的TM管理芯片内部资源不同，资源越多，流量管理功能就越强。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.XG-PON系统流量管理的方法，其特征在于，包括以下步骤：
上行方向：
ONU将用户发来的上行以太网流映射为上行XGEM流；
OLT的PON MAC模块接收所述上行XGEM流并映射为以太网流，然后在以太网流中插入一层VLAN ID等于XGEM Port-ID的最外层VLAN，所述最外层VLAN记为GVLAN，并记录所述上行以太网流标识与XGEM Port-ID的映射关系表；
OLT的TM模块接收具有所述GVLAN的上行以太网流并基于XGEMPort-ID实现上行流量管理，然后剥掉所述GVLAN发送给上联设备，同时保存所述上行以太网流标识与所述GVLAN的映射关系表；
下行方向：
OLT的TM模块接收来自上级交换机或城域网的下行以太网流，根据所述以太网流标识查找所述映射关系表，获得相应的XGEM Port-ID，并插入到所述下行以太网流的最外层VLAN中，所述最外层VLAN记为GVLAN，然后基于所述XGEM Port-ID实现下行流量管理，再发送给OLT的PON MAC模块；
OLT的PON MAC模块接收具有所述GVLAN的下行以太网流，根据所述映射关系表获得相应的XGEM Port-ID，然后剥掉所述GVLAN并映射为相应的下行XGEM流，发送给ONU；
ONU将所述下行XGEM流映射为下行以太网流发送给用户。
2.如权利要求1所述的XG-PON系统流量管理的方法，其特征在于，
所述以太网流具有一层VLAN，记为CVLAN，则以太网报文数据流格式为DA、SA、CVLAN+帧内容，其中，DA为目的地址，SA为源地址；
所述以太网流插入一层VLAN ID等于XGEM Port-ID的最外层VLAN后，以太网报文数据流格式为DA、SA、GVLAN、CVLAN+帧内容。
3.如权利要求1所述的XG-PON系统流量管理的方法，其特征在于，
所述以太网流具有两层VLAN，分别记为SVLAN和CVLAN，则以太网报文数据流格式为DA、SA、SVLAN、CVLAN+帧内容，其中，DA为目的地址，SA为源地址；
所述以太网流插入一层VLAN ID等于XGEM Port-ID的最外层VLAN后，以太网报文数据流格式为DA、SA、GVLAN、SVLAN、CVLAN+帧内容。
4.如权利要求1所述的XG-PON系统流量管理的方法，其特征在于，
所述上行流量管理和所述下行流量管理包括基于XGEM Port-ID实现上下行限速、QoS、ACL、QinQ以及VLAN转换功能。
5.XG-PON系统流量管理装置，包括设置在OLT上的PON MAC模块和TM模块，其特征在于，
在上行方向：所述PON MAC模块接收ONU发出的上行XGEM流并映射为以太网流，然后在以太网流中插入一层VLAN ID等于XGEM Port-ID的最外层VLAN，所述最外层VLAN记为GVLAN，并记录所述上行以太网流标识与XGEMPort-ID的映射关系表；所述TM模块接收具有所述GVLAN的上行以太网流并基于XGEM Port-ID实现上行流量管理，然后剥掉所述GVLAN发送给上联设备，同时保存所述上行以太网流标识与所述GVLAN的映射关系表；
在下行方向：所述OLT的TM模块接收来自上级交换机或城域网的下行以太网流，根据所述以太网流标识查找所述映射关系表，获得相应的XGEMPort-ID，并插入到所述下行以太网流的最外层VLAN中，所述最外层VLAN记为GVLAN，然后基于所述XGEM Port-ID实现下行流量管理，再发送给OLT的PON MAC模块；所述OLT的PON MAC模块接收具有所述GVLAN的下行以太网流，根据所述映射关系表获得相应的XGEM Port-ID，然后剥掉所述GVLAN并映射为相应的下行XGEM流，发送给ONU。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |