CN105703916A - 一种基于sdn多域配电光网络的控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于SDN多域配电光网络的控制方法，包括：获取当前光网络单元的服务申请请求以及每个域中各时隙电力用户的流量统计信息；对第一预设时间内所述流量统计信息进行预测，获得未来第二预设时间内的需求带宽预测信息；根据所述需求带宽预测信息对多域光网络单元的链路带宽进行均衡分配；计算每个光网络单元的时隙分布以及时隙节能状态，反馈至所述光网络单元。本申请实现了多域PON网络的带宽优化，能够有效提升配电网络资源利用率，通过统一的控制接口保障每个电力用户的服务质量，使用远程交互操作方式降低了网络的运营成本。通过更新多域控制器完成带宽资源的动态调度与按需分配，降低了配电网络的能耗，实现了节能减排的目的。

Description

一种基于SDN多域配电光网络的控制方法及装置

技术领域

本发明涉及智能配电技术领域，特别是涉及一种基于SDN多域配电光网络的控制方法及装置。

背景技术

随着智能配电业务建设与应用的深入，无源光网络技术(PON)作为该领域的主要技术手段，有效地支撑了各类智能配电业务的试点建设。

在目前的配电PON通信网络中，运维人员需要根据域内的用户分布情况和应用服务情况，通过网络管理系统对相关OLT设备中的网络资源和管理策略进行手动修改与配置，例如带宽分配策略参数和操作维护管理配置等，这种人工手动的修改配置方式提高了运行和维护成本。此外，不同用户之间的数据流缺乏动态控制与资源智能调度，以至于用户的服务质量需求很难得以实时保证，由此导致了全网中网络资源利用率偏低的情况。

随着配电通信网规模的扩大，网络设备的增加，网络能耗将成为不可忽视的问题。当前作为集中式的网络控制架构，软件定义网络在受到了学术界与产业界的重视，通过OpenFlow协议实现网络协议与功能的可编程化和可重构化，以全局的视角将多种资源进行抽象以提供统一的控制接口完成控制与管理的目标。如何通过标准化的可编程动态控制方式，实现用户侧的远程控制和不同用户网络域数据流量的统一分配是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于SDN多域配电光网络的控制方法及装置，目的在于解决现有人工手动修改配置方式运行维护成本高、不能实现智能控制的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于SDN多域配电光网络的控制方法，包括：

获取当前光网络单元的服务申请请求以及每个域中各时隙电力用户的流量统计信息；

对第一预设时间内所述流量统计信息进行预测，获得未来第二预设时间内的需求带宽预测信息；

根据所述需求带宽预测信息对多域光网络单元的链路带宽进行均衡分配；

计算每个光网络单元的时隙分布以及时隙节能状态，反馈至所述光网络单元。

可选地，所述根据所述需求带宽预测信息对多域光网络单元的链路带宽进行均衡分配包括：

降低空闲域光线路终端链路的带宽，转移至繁忙域光线路链路带宽。

可选地，在所述根据所述需求带宽预测信息对多域光网络单元的链路带宽进行均衡分配之后还包括：

判断对应光线路终端的可用资源带宽是否大于最低需求带宽，如果是，则按照所述服务申请请求容许的最大时延分配带宽；如果否，则启动延时重传操作。

可选地，在计算每个光网络单元的时隙分布以及时隙节能状态，反馈至所述光网络单元之后还包括：

所述光网络单元根据下发的时隙节能状态，启动相对应的休眠状态。

可选地，所述对第一预设时间内所述流量统计信息进行预测，获得未来第二预设时间内的需求带宽预测信息包括：

统计所述第一预设时间内光线路终端资源利用率期望、光线路终端服务队列长度期望以及服务请求中业务数据量的期望，对所述第二预设时间内服务请求的繁忙程度进行评估。

本发明还提供了一种基于SDN多域配电光网络的控制装置，包括：

获取模块，用于获取当前光网络单元的服务申请请求以及每个域中各时隙电力用户的流量统计信息；

预测模块，用于对第一预设时间内所述流量统计信息进行预测，获得未来第二预设时间内的需求带宽预测信息；

分配模块，用于根据所述需求带宽预测信息对多域光网络单元的链路带宽进行均衡分配；

计算模块，用于计算每个光网络单元的时隙分布以及时隙节能状态，反馈至所述光网络单元。

可选地，所述分配模块具体用于：

降低空闲域光线路终端链路的带宽，转移至繁忙域光线路链路带宽。

可选地，还包括：

判断模块，用于在所述根据所述需求带宽预测信息对多域光网络单元的链路带宽进行均衡分配之后，判断对应光线路终端的可用资源带宽是否大于最低需求带宽，如果是，则按照所述服务申请请求容许的最大时延分配带宽；如果否，则启动延时重传操作。

可选地，还包括：

启动模块，用于在计算每个光网络单元的时隙分布以及时隙节能状态，反馈至所述光网络单元之后，根据下发的时隙节能状态，启动相对应的休眠状态。

可选地，所述预测模块具体用于：

统计所述第一预设时间内光线路终端资源利用率期望、光线路终端服务队列长度期望以及服务请求中业务数据量的期望，对所述第二预设时间内服务请求的繁忙程度进行评估。

本发明所提供的基于SDN多域配电光网络的控制方法及装置，通过获取当前光网络单元的服务申请请求以及每个域中各时隙电力用户的流量统计信息；对第一预设时间内流量统计信息进行预测，获得未来第二预设时间内的需求带宽预测信息；根据需求带宽预测信息对多域光网络单元的链路带宽进行均衡分配；计算每个光网络单元的时隙分布以及时隙节能状态，反馈至光网络单元。本申请实现了多域PON网络的带宽优化，能够有效提升配电网络资源利用率，通过统一的控制接口保障每个电力用户的服务质量，使用远程交互操作方式降低了网络的运营成本。另外，通过更新多域控制器完成带宽资源的动态调度与按需分配，降低了配电网络的能耗，实现了节能减排的目的。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，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讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的基于SDN多域配电光网络的控制方法的一种具体实施方式的流程图；

图2为本发明所提供的配电光网络架构示意图；

图3为本发明所提供的SDN多域配电光网络的控制方法的另一种具体实施方式的流程图；

图4为本发明实施例提供的基于SDN多域配电光网络的控制装置的结构框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明所提供的基于SDN多域配电光网络的控制方法的一种具体实施方式的流程图如图1所示，该方法包括：

步骤S101：获取当前光网络单元的服务申请请求以及每个域中各时隙电力用户的流量统计信息；

步骤S102：对第一预设时间内所述流量统计信息进行预测，获得未来第二预设时间内的需求带宽预测信息；

作为一种具体实施方式，本实施例中通过统计所述第一预设时间内光线路终端资源利用率期望、光线路终端服务队列长度期望以及服务请求中业务数据量的期望，对所述第二预设时间内服务请求的繁忙程度进行评估。

步骤S103：根据所述需求带宽预测信息对多域光网络单元的链路带宽进行均衡分配；

具体地，该步骤可通过降低空闲域光线路终端链路的带宽，转移至繁忙域光线路链路带宽实现。

步骤S104：计算每个光网络单元的时隙分布以及时隙节能状态，反馈至所述光网络单元。

本发明所提供的基于SDN多域配电光网络的控制方法，通过获取当前光网络单元的服务申请请求以及每个域中各时隙电力用户的流量统计信息；对第一预设时间内流量统计信息进行预测，获得未来第二预设时间内的需求带宽预测信息；根据需求带宽预测信息对多域光网络单元的链路带宽进行均衡分配；计算每个光网络单元的时隙分布以及时隙节能状态，反馈至光网络单元。本申请实现了多域PON网络的带宽优化，能够有效提升配电网络资源利用率，通过统一的控制接口保障每个电力用户的服务质量，使用远程交互操作方式降低了网络的运营成本。另外，通过更新多域控制器完成带宽资源的动态调度与按需分配，降低了配电网络的能耗，实现了节能减排的目的。

在上述实施例的基础上，在根据所述需求带宽预测信息对多域光网络单元的链路带宽进行均衡分配之后还可以进一步包括：

判断对应光线路终端的可用资源带宽是否大于最低需求带宽，如果是，则按照所述服务申请请求容许的最大时延分配带宽；如果否，则启动延时重传操作。

在计算每个光网络单元的时隙分布以及时隙节能状态，反馈至所述光网络单元之后还可以进一步包括：

所述光网络单元根据下发的时隙节能状态，启动相对应的休眠状态。

为方便描述本申请中用OLT表示光线路终端，用ONU表示光网络单元。

目前主流的无源光网络技术采用树形网络拓扑，不需要路由功能，而且对成本极其敏感，终端设备数量庞大。本发明基于如图2所示的配电光网络架构，在每台OLT设备之上部署域控制器，当然域控制器也可集成到OLT设备中。在每个域中域控制器与OLT之间采用扩展后的OpenFlow协议通信，实现该域下的OLT、ONU等网络设备集中管控；在域控制器之上，部署多域控制器(或协同控制器)实现各域之间资源的协同调度。

为了降低成本和考虑技术过渡的平滑性，采用类似OLT与ONU之间的带内控制方式，多域控制器通过透传OpenFlow协议控制指令，另外考虑到配电网的控制粒度的需求和成本，ONU仍然由OLT直接管理，控制器通过OLT对ONU实现间接的控制，将网络网关、多域控制器、OLT的控制程序逻辑分离并集中到骨干网汇聚侧，再加入对OpenFlow协议的支持。更多的创新体现在基于配电网络的节能控制装置和控制流程的实现。控制器与网络设备之间的南向接口采用扩展后的OpenFlow协议通信，控制器为应用提供高度抽象化的北向接口，应用程序不需要关心底层设备细节，更加关注控制逻辑。

通过收集OF-OLT设备中各时隙电力用户流量的统计信息，多域控制器均衡分配全网OLT链路带宽/流量。在接收到流量状态后，通过流量调度策略为不同服务分配所需求的时隙带宽。根据休眠策略计算每个ONU的时隙分布和时隙节能状态(工作/假寐/睡眠)，根据计算好的时隙节能状态，反馈调整每个ONU带宽时隙分配以达到要求节能效果。本申请架构中多域控制器可直接控制OF-OLT。

本实施例OF-OLT中，下行流量由发射机产生，并广播到所有相连的ONU处。对于上行链路而言，接收机接收流量并针对相应的ONU分配具有不同粒度的带宽时隙。嵌入在OF-OLT中的OpenFlow协议代理维护了信息流表，并以软件的方式模拟OLT相关控制信息(例如ONU休眠状态)，将软件内容映射为对硬件(发射接收机内部设备开关)的控制与适配。因此，上行和下行链接被虚拟化成为逻辑流，由OpenFlow协议代理软件实现控制。在ONU中，同样嵌入OpenFlow协议代理的信息流表，与OF-OLT之间通过信令交互，根据OF-OLT模块ONU休眠状态开关相关信息，直接对ONU发射接收机内部设备开关进行控制。

在上述场景下，本发明所提供的SDN多域配电光网络的控制方法的另一种具体实施方式的流程图如图3所示，该方法包括：

步骤S201：等待电力业务触发。

步骤S202：当电力业务请求到达时，ONU验证请求，并映射成服务请求。

步骤S203：各个域OLT汇聚服务请求和ONU网络状态形成流表上报至控制器。

ONU向OLT提交申请，每个域的OLT再将当前所有ONU终端的服务申请请求和实时流量信息上报给多域控制器。控制器汇聚全网资源信息和实时网络状态信息。

步骤S204：通过采用过去一段时间内的资源变化情况以预测当前及未来一段时间内流量变化情况，对多域光网络单元的链路带宽进行均衡分配。

由于网络状态的时变性，使用动态资源预测方案，启动流量监测模块对全网各个域的流量进行监测。通过采用过去一段时间内的资源变化情况以预测当前及未来一段时间内流量变化情况。

具体地，可统计过去的T时间内的OLT资源利用率期望、OLT服务队列长度期望以及服务请求中业务数据量的期望，以评估下一时刻服务请求的繁忙程度。多域控制模块根据预测结果均衡分配全网链路带宽，降低空闲域OLT链路总带宽，转移到繁忙域OLT链路带宽。

步骤S205：判断对应OLT可用资源带宽是否大于最低需求带宽，如果是，则进入步骤S206；如果否，则进入步骤S212。

步骤S206：按照服务请求容许的最大时延分配带宽。

本步骤即在保证服务请求不失败的前提下，采用合理的预测评估方案，通过设备休眠机制达到降低能耗和成本的目标。考虑到带宽分配到每个时隙，若设置的OLT可支持最大带宽过大或者睡眠周期过长，则睡眠时间内到达的服务等待时间会增加，将降低用户体验从而影响服务质量。

因此，可以将OLT设备可支持最大带宽降到最低。同时，在节能角度，我们又希望设备被唤醒的次数降低，因此，我们设置一个时间阈值，若在时间内，数据流量始终小于某一设定值，则将睡眠阈值增加到，以达到最佳节能效果。睡眠阈值可以由控制器直接预测并设定。

步骤S207：根据该时刻全网ONU的睡眠状态时隙分布，计算ONU节能状态。

带宽分配模块启动自适应休眠控制模块的睡眠时隙计算单元，根据该时刻全网ONU的睡眠状态时隙分布，计算ONU节能状态。操作维护管理模块根据休眠控制模块计算好的时隙节能状态，反馈给带宽分配模块调整每个ONU带宽时隙分配以达到要求节能效果。确定下一时隙ONU节能状态。

步骤S208：OF-OLT功能授权模块接收到OF南向接口消息，根据计算好的节能状态打开/关闭OLT收发机。

步骤S209：ONU与OLT通过信令交互，启动ONU休眠状态开关模块，接收OF-OLT中ONU休眠状态开关模块指令，并做出相应节能动作，打开/关闭ONU收发机。

步骤S210：ONU根据下发下来的时隙节能状态，为服务请求分配带宽。

步骤S211：当时服务请求处理结果，则返回步骤S201。

步骤S212：启动延时重传机制(更新最大容许时延)。

步骤S213：判断最大容许时延是否大于重传固定延时，是则业务阻塞，否则返回步骤S201。

本发明依托于软件定义配电光网络架构中多域控制器对网络多域资源的全局控制与调度能力。多域控制器可以随时掌握配电通信网络各部分的资源状态，可以迅速判断合适的时隙单元节能状态。另外，本发明在软件定义配电光网络架构下，引入多域控制器，通过SDN架构下控制器的集中控制能力，通过节能控制模块实现对ONU休眠的控制，提高了节能的效率。

下面对本发明实施例提供的基于SDN多域配电光网络的控制装置进行介绍，下文描述的基于SDN多域配电光网络的控制装置与上文描述的基于SDN多域配电光网络的控制方法可相互对应参照。

图4为本发明实施例提供的基于SDN多域配电光网络的控制装置的结构框图，参照图4基于SDN多域配电光网络的控制装置可以包括：

获取模块，用于获取当前光网络单元的服务申请请求以及每个域中各时隙电力用户的流量统计信息；

预测模块，用于对第一预设时间内所述流量统计信息进行预测，获得未来第二预设时间内的需求带宽预测信息；

分配模块，用于根据所述需求带宽预测信息对多域光网络单元的链路带宽进行均衡分配；

计算模块，用于计算每个光网络单元的时隙分布以及时隙节能状态，反馈至所述光网络单元。

作为一种具体实施方式，本发明所提供的基于SDN多域配电光网络的控制装置中分配模块具体用于：

降低空闲域光线路终端链路的带宽，转移至繁忙域光线路链路带宽。

作为一种具体实施方式，本发明所提供的基于SDN多域配电光网络的控制装置还可以进一步包括：

判断模块，用于在所述根据所述需求带宽预测信息对多域光网络单元的链路带宽进行均衡分配之后，判断对应光线路终端的可用资源带宽是否大于最低需求带宽，如果是，则按照所述服务申请请求容许的最大时延分配带宽；如果否，则启动延时重传操作。

作为一种具体实施方式，本发明所提供的基于SDN多域配电光网络的控制装置还可以进一步包括：

启动模块，用于在计算每个光网络单元的时隙分布以及时隙节能状态，反馈至所述光网络单元之后，所述光网络单元根据下发的时隙节能状态，启动相对应的休眠状态。

作为一种具体实施方式，本发明所提供的基于SDN多域配电光网络的控制装置中预测模块具体可以用于：

统计所述第一预设时间内光线路终端资源利用率期望、光线路终端服务队列长度期望以及服务请求中业务数据量的期望，对所述第二预设时间内服务请求的繁忙程度进行评估。

综上，本发明实现了多域PON网络的带宽优化，能够有效提升配电网络资源利用率，通过统一的控制接口保障每个电力用户的服务质量，使用远程交互操作方式降低网络的运营成本。

另外，本申请在软件定义配电光网络架构中更新了多域控制器装置，引入自动感知的ONU休眠控制策略，完成带宽资源的动态调度与按需分配，降低了配电网络能耗，实现了节能减排的目的。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的基于SDN多域配电光网络的控制方法以及装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明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的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于SDN多域配电光网络的控制方法，其特征在于，包括：

获取当前光网络单元的服务申请请求以及每个域中各时隙电力用户的流量统计信息；

对第一预设时间内所述流量统计信息进行预测，获得未来第二预设时间内的需求带宽预测信息；

根据所述需求带宽预测信息对多域光网络单元的链路带宽进行均衡分配；

计算每个光网络单元的时隙分布以及时隙节能状态，反馈至所述光网络单元。

2.如权利要求1所述的基于SDN多域配电光网络的控制方法，其特征在于，所述根据所述需求带宽预测信息对多域光网络单元的链路带宽进行均衡分配包括：

降低空闲域光线路终端链路的带宽，转移至繁忙域光线路链路带宽。

3.如权利要求2所述的基于SDN多域配电光网络的控制方法，其特征在于，在所述根据所述需求带宽预测信息对多域光网络单元的链路带宽进行均衡分配之后还包括：

判断对应光线路终端的可用资源带宽是否大于最低需求带宽，如果是，则按照所述服务申请请求容许的最大时延分配带宽；如果否，则启动延时重传操作。

4.如权利要求1至3任一项所述的基于SDN多域配电光网络的控制方法，其特征在于，在计算每个光网络单元的时隙分布以及时隙节能状态，反馈至所述光网络单元之后还包括：

所述光网络单元根据下发的时隙节能状态，启动相对应的休眠状态。

5.如权利要求4所述的基于SDN多域配电光网络的控制方法，其特征在于，所述对第一预设时间内所述流量统计信息进行预测，获得未来第二预设时间内的需求带宽预测信息包括：

统计所述第一预设时间内光线路终端资源利用率期望、光线路终端服务队列长度期望以及服务请求中业务数据量的期望，对所述第二预设时间内服务请求的繁忙程度进行评估。

6.一种基于SDN多域配电光网络的控制装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取当前光网络单元的服务申请请求以及每个域中各时隙电力用户的流量统计信息；

预测模块，用于对第一预设时间内所述流量统计信息进行预测，获得未来第二预设时间内的需求带宽预测信息；

分配模块，用于根据所述需求带宽预测信息对多域光网络单元的链路带宽进行均衡分配；

计算模块，用于计算每个光网络单元的时隙分布以及时隙节能状态，反馈至所述光网络单元。

7.如权利要求6所述的基于SDN多域配电光网络的控制装置，其特征在于，所述分配模块具体用于：

降低空闲域光线路终端链路的带宽，转移至繁忙域光线路链路带宽。

8.如权利要求7所述的基于SDN多域配电光网络的控制装置，其特征在于，还包括：

判断模块，用于在所述根据所述需求带宽预测信息对多域光网络单元的链路带宽进行均衡分配之后，判断对应光线路终端的可用资源带宽是否大于最低需求带宽，如果是，则按照所述服务申请请求容许的最大时延分配带宽；如果否，则启动延时重传操作。

9.如权利要求6至8任一项所述的基于SDN多域配电光网络的控制装置，其特征在于，还包括：

启动模块，用于在计算每个光网络单元的时隙分布以及时隙节能状态，反馈至所述光网络单元之后，根据下发的时隙节能状态，启动相对应的休眠状态。

10.如权利要求9所述的基于SDN多域配电光网络的控制装置，其特征在于，所述预测模块具体用于：

统计所述第一预设时间内光线路终端资源利用率期望、光线路终端服务队列长度期望以及服务请求中业务数据量的期望，对所述第二预设时间内服务请求的繁忙程度进行评估。