CN105792027B - 无源光网络系统、控制器及通信的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无源光网络系统、控制器及通信的方法，其中，无源光网络系统包括：至少一个控制器、M个光线路终端、N个光网络单元和M:N光分器，其中，至少一个控制器，用于控制上述M个光线路终端；上述M个光线路终端根据上述至少一个控制器的控制通过M:N光分器与N个光网络单元进行多点对多点通信；M和N为大于1的整数。通过本发明，控制器控制多个光线路终端通过M:N光分器与多个光网络单元通信，使得光线路终端和光网络单元形成了多点对多点的组网方式，进而达到了提高无源光网络系统可靠性的效果。

Description

无源光网络系统、控制器及通信的方法
技术领域
本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种无源光网络系统、控制器及通信的方法。
背景技术
无源光纤网络(Passive Optical Network，简称为PON)技术是实现光纤接入(Fiber-to-the-x，简称为FTTX)建设的主流技术。PON技术采用点到多点的用户网络拓扑结构，利用光纤实现数据、语音和视频的全业务接入。
图1是根据相关技术的PON系统的结构示意图，如图1所示，PON系统主要包括：光线路终端(Optical Line Terminal，简称为OLT)、光分配网络(Optical DistributionNetwork，简称为ODN)和光网络单元(Optical Network Unit，简称为ONU)。
在如图1所示的PON系统中，OLT作为整个网络/节点的核心和主导部分，完成ONU注册和管理、全网的同步和管理以及协议的转换、与上联网络之间的通信等功能。ONU作为用户端设备在整个网络中属于从属部分，完成与OLT之间的正常通信并为终端用户提供不同的应用端口。ODN在网络中的定义为从OLT－ONU的线路部分，包括光缆、配线部分以及分光器(Splitter)全部为无源器件，是整个网络信号传输的载体。连接OLT和分光器为单根主干光纤，分光器和ONU之间为点对多点的多条分支光纤。
在如图1所示的PON系统中，从OLT到ONU之间采用点到多点的系统架构。该架构不能实现异地OLT之间的保护和流量均衡，在系统可靠性和灵活性方面均存在局限性。
图2是根据相关技术的PON系统接入网的结构示意图，如图2所示，多个ONU的注册和数据转发均汇聚到单个OLT来实现，OLT上行流量也连接城域网的单独路由器。该架构不能实现跨OLT的流量均衡，也不能实现N:1保护功能。
图3是根据相关技术的PON系统接入网的功能结构的结构示意图，如图3所示，传统OLT的数据链路层包括：操作、管理和维护(Operation Administration and Maintenance，简称为OAM)子层、媒体接入控制(Media Access Control，简称为MAC)控制子层和MAC子层。其中OAM子层实现业务配置和管理，ONU认证，密钥交换，故障检测和光层控制等功能。MAC控制子层实现ONU接入控制，ONU初始化，测距和DBA等功能。MAC子层实现物理层数据的封装和转发功能。此外，物理层实现编解码、前向纠错(Forward Error Correction，简称为FEC)、电光转换和线路传输功能。
软件定义网络(Software Defined Network，简称为SDN)是一种新型的网络架构，旨在将网络的控制平面与转发平面进行分离，并对底层网络进行虚拟化，实现可编程化控制。图4是根据相关技术的SDN系统的结构示意图，如图4所示，SDN定义了三个逻辑层：应用层、控制层、基础网络层。其中，基础网络负责高速数据转发；控制层则对下层通过标准的协议与基础网络进行通信，对上层则通过开放接口向应用层提供对网络资源的控制能力；应用层则基于控制层提供的开放能力，来实现丰富多彩的业务创新。
SDN软硬分离的设计理念，将数据转发设备视为被管理的资源，通过网络操作系统实现逻辑上集中的管控。网络操作系统对物理网络进行了抽象，屏蔽了差异化物理网络设备的具体细节，为上层应用提供了统一的管理视图和网络编程接口。这样，基于网络操作系统这个平台，用户可以开发各种应用程序，通过软件来定义逻辑上的网络拓扑和功能，从而满足网络业务的不同需求，提高了传统网络的创新能力。
发明内容
本发明提供了一种无源光网络系统、控制器及通信的方法，以至少解决现有技术无源光网络系统可靠性和灵活性较低的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种无源光网络系统，包括：至少一个控制器、M个光线路终端、N个光网络单元和M:N光分器，其中，上述至少一个控制器，用于控制上述M个光线路终端；上述M个光线路终端根据至少一个控制器的控制，通过M:N光分器与上述N个光网络单元进行多点对多点通信；其中，M和N为大于1的整数。
进一步的，上述至少一个控制器，还用于根据预设节能策略和/或网络流量，关闭或开启上述M个光线路终端中的部分或全部光线路终端或光线路终端的波长。
进一步的，上述至少一个控制器，还用于根据预设负载均衡策略，选择向N个光网络单元发送数据的光线路终端，和/或选择接收N个光网络单元发送的数据的光线路终端。
进一步的，上述至少一个控制器，还用于将M个光线路终端中的M1个光线路终端设置为工作状态，将M2个光线路终端设置为备份状态，形成M1:M2保护状态，其中，M1、M2为大于0的整数，且M1+M2小于或等于M。
进一步的，上述至少一个控制器，还用于控制所述N个光网络单元数据链路层的功能，其中，控制包括以下至少之一：光网络单元的接入、注册、认证和管理。
根据本发明的另一个方面，提供了一种控制器，包括：第一控制模块，用于控制M个光线路终端通过M:N光分器与N个光网络单元进行多点对多点通信，其中，M和N为大于1的整数。
进一步的，上述控制器还包括：节能模块，用于根据预设节能策略和/或网络流量，关闭或开启M个光线路终端中的部分或全部光线路终端或光线路终端的部分波长。
进一步的，上述控制器还包括：负载均衡模块，用于根据预设负载均衡策略，选择向N个光网络单元发送数据的光线路终端，和/或选择接收N个光网络单元发送的数据的光线路终端。
进一步的，上述控制器还包括：保护模块，用于将M个光线路终端中的M1个光线路终端设置为工作状态，将M2个光线路终端设置为备份状态，形成M1:M2保护状态，其中，M1、M2为大于0的整数，且M1+M2小于或等于M。
进一步的，上述控制器还包括：第二控制模块，用于控制所述N个光网络单元数据链路层的功能，其中，控制包括以下至少之一：光网络单元的接入、注册、认证和管理。
根据本发明的再一个方面，提供了一种无源光网络系统中通信的方法，包括：控制M个光线路终端通过M:N光分器与N个光网络单元进行多点对多点通信，其中，M和N为大于1的整数。
进一步的，上述方法还包括：根据预设节能策略和/或网络流量，关闭或开启M个光线路终端中的部分或全部光线路终端或光线路终端的波长。
进一步的，上述方法还包括：根据预设负载均衡策略，选择向上述N个光网络单元发送数据的光线路终端，和/或选择接收上述N个光网络单元发送的数据的光线路终端。
进一步的，上述方法还包括：将上述M个光线路终端中的M1个光线路终端设置为工作状态，将M2个光线路终端设置为备份状态，形成M1:M2保护状态，其中，M1、M2为大于0的整数，且M1+M2小于或等于M。
进一步的，上述方法还包括：控制所述N个光网络单元数据链路层的功能，其中，控制包括以下至少之一：光网络单元的接入、注册、认证和管理。
通过本发明，控制器控制多个光线路终端通过M:N光分器与多个光网络单元通信，使得光线路终端和光网络单元形成了多点对多点的组网方式，进而达到了提高无源光网络系统可靠性的效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据相关技术的PON系统的结构示意图；
图2是根据相关技术的PON系统接入网的结构示意图；
图3是根据相关技术的PON系统接入网的功能结构的结构示意图；
图4是根据相关技术的SDN系统的结构示意图；
图5是根据本发明实施例的无源光网络系统的结构示意图；
图6是根据本发明实施例的控制器的结构框图；
图7是根据本发明实施例的无源光网络系统中通信的方法的流程图；
图8是根据本发明实施例可选实施方式一的无源光网络系统的结构示意图；
图9是根据本发明实施例可选实施方式二的光线路终端和控制器的功能框的结构示意图；
图10是根据本发明实施例可选实施方式二的多点对多点无源光网络系统的结构示意图；
图11是根据本发明实施例可选实施方式二的光网络单元和光线路终端流的示意图；
图12是根据本发明实施例可选实施方式二的光分器的结构示意图；
图13是根据本发明实施例可选实施方式二的流量发生拥塞处理的示意图；以及
图14是根据本发明实施例可选实施方式二的冗灾实现方式的示意图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本实施例中提供了一种无源光网络系统，图5是根据本发明实施例的无源光网络系统的结构示意图，如图5所示，该系统包括：至少一个控制器1、M个光线路终端2、N个光网络单元3和M:N光分器4，其中，上述至少一个控制器1，用于控制上述M个光线路终端2；上述M个光线路终端2根据至少一个控制器1的控制，通过M:N光分器4与上述N个光网络单元3进行多点对多点通信；其中，M和N为大于1的整数。
通过本发明实施例，控制器控制多个光线路终端通过M:N光分器与多个光网络单元通信，使得光线路终端和光网络单元形成了多点对多点的组网方式，进而达到了提高无源光网络系统可靠性的效果。
在本发明实施例的一个可选实施方式中，上述至少一个控制器1，还用于根据预设节能策略和/或网络流量，关闭或开启上述M个光线路终端2中的部分或全部光线路终端或光线路终端的波长。通过该可选实施方式，控制器可以关闭或开启光线路终端或光线路终端的波长，从而达到节能的目的。例如，在网络流量较小时，可以将部分光线路终端关闭，光网络单元与未关闭的光线路终端通信。
在本发明实施例的一个可选实施方式中，上述至少一个控制器1，还用于根据预设负载均衡策略，选择向N个光网络单元发送数据的光线路终端，和/或选择接收N个光网络单元发送的数据的光线路终端。通过该可选实施方式，实现了光线路终端的负载均衡。另外，在光线路终端出现故障时，可以选择其他光线路终端接收光网络单元发送的上行数据，从而可以避免光线路终端出现故障时导致通信中断。
在本发明实施例的一个可选实施方式中，上述至少一个控制器1，还用于将M个光线路终端中的M1个光线路终端设置为工作状态，将M2个光线路终端设置为备份状态，形成M1:M2保护状态，其中，M1、M2为大于0的整数，且M1+M2小于或等于M。通过该可选实施例，实现了通信链路的保护。
在本发明实施例的一个可选实施方式中，上述至少一个控制器1，还用于控制上述N个光网络单元数据链路层的功能，其中，控制包括以下至少之一：光网络单元的接入、注册、认证和管理。通过该可选实施方式，达到了业务控制和转发分离的目的。光网络单元的业务配置、管理及注册由光线路终端控制，上移到控制器，控制器实现全局控制，注册到某一个光线路终端上的某个光网络单元，可以由控制器根据需要任意指定从其他光线路终端上注册上来。
在本发明实施例中还提供了一种控制器，图6是根据本发明实施例的控制器的结构框图，如图6所示，该控制器包括：第一控制模块10，用于控制M个光线路终端通过M:N光分器与N个光网络单元进行多点对多点通信，其中，M和N为大于1的整数。
在本发明实施例的一个可选实施方式中，上述控制器还包括：节能模块，用于根据预设节能策略和/或网络流量，关闭或开启M个光线路终端中的部分或全部光线路终端或光线路终端的波长。
在本发明实施例的一个可选实施方式中，上述控制器还包括：负载均衡模块，用于根据预设负载均衡策略，选择向N个光网络单元发送数据的光线路终端，和/或选择接收N个光网络单元发送的数据的光线路终端。
在本发明实施例的一个可选实施方式中，上述控制器还包括：保护模块，用于将M个光线路终端中的M1个光线路终端设置为工作状态，将M2个光线路终端设置为备份状态，形成M1:M2保护状态，其中，M1、M2为大于0的整数，且M1+M2小于或等于M。
在本发明实施例的一个可选实施方式中，上述控制器还包括：第二控制模块，用于控制所述N个光网络单元数据链路层的功能，其中，控制包括以下至少之一：光网络单元的接入、注册、认证和管理。
在本发明实施例中还提供了一种无源光网络系统中通信的方法，图7是根据本发明实施例的无源光网络系统中通信的方法的流程图，如图7所示，该方法包括以下步骤：
步骤S702，控制M个光线路终端通过M:N光分器与N个光网络单元进行多点对多点通信，其中，M和N为大于1的整数。
通过上述步骤，实现了光线路终端与光网络单元的多点对多点通信，提高了无源光网络的可靠性。
在本发明实施例的一个可选实施方式中，上述方法还包括：根据预设节能策略和/或网络流量，关闭或开启M个光线路终端中的部分或全部光线路终端或光线路终端的波长。
在本发明实施例的一个可选实施方式中，上述方法还包括：根据预设负载均衡策略，选择向上述N个光网络单元发送数据的光线路终端，和/或选择接收上述N个光网络单元发送的数据的光线路终端。
在本发明实施例的一个可选实施方式中，上述方法还包括：将上述M个光线路终端中的M1个光线路终端设置为工作状态，将M2个光线路终端设置为备份状态，形成M1:M2保护状态，其中，M1、M2为大于0的整数，且M1+M2小于或等于M。
在本发明实施例的一个可选实施方式中，上述方法还包括：控制所述N个光网络单元数据链路层的功能，其中，控制包括以下至少之一：光网络单元的接入、注册、认证和管理。
可选实施方式一
传统光接入网典型拓扑架构为点到多点，采用光线路终端PON口连接主干光纤，主干光纤再连接到分光器，分光器一般采用1：N分光器(在有双光线路终端保护情况下采用2：N分光器)，该架构的特点是一台光线路终端控制多台光网络单元，光网络单元的注册、认证和流量转发都由光线路终端集中控制。该架构的缺点是不能实现跨地域的光线路终端流量均衡，光线路终端和光网络单元紧耦合，不适合当前SDN和云架构灵活的应用需求。
在该可选实施方式中提供了一种支持多点对多点的无源光网络系统的结构示意图，图8是根据本发明实施例可选实施方式一的无源光网络系统的结构示意图，如图8所示，该系统中包括多个光线路终端，可以处于不同的控制机房和地域，多个光线路终端通过M:N分光器连接到分支光纤，最终连接到用户终端。
在如图8所示的系统中，光网络单元可以受多个不同区域的光线路终端控制，可以实现跨域的流量均衡和M：N保护，增强了网络的灵活性和健壮性。
在该可选实施方式中，采用软件可定义接入网，实现业务控制和转发分离架构的软件可定义网络架构；扩展PON层和光层控制与业务转发分离架构，增加实现PON层和光层的软件可定义。光网络单元业务配置和管理及注册由光线路终端控制，上移到控制器(也称为OLT控制器)，控制器实现全局控制，注册到某一台光线路终端上的某个光网络单元，可以由控制器根据需要任意指定从其他光线路终端上注册上来。
在该可选实施方式中，光网络单元可以按时间片，动态的被调度到和任意一台光线路终端通信，而各光线路终端是独立设备，可以部署在不同地理位置，上联不同的路由器，从而实现动态跨域流量均衡。例如，白天可以把企业用户的光网络单元均匀的调度到不同光线路终端，而晚上可以把家庭用户的光网络单元的流量均匀的调度到不同光线路终端，从而实现带宽的最大化动态接入。
在该可选实施方式中，同一台控制器下的光线路终端可以系统级相互冗灾，可以N台工作，1台备份，实现异地N：1，也可以多个N：1组。从而实现高可靠性系统级N：1异地冗灾。
在该可选实施方式中，可以根据网络流量和节能策略，动态调整和聚合某些波长，动态调整用户接入所在的多点对多点光网络的波长分布，关闭和启用空闲光线路终端和波长，实现高效节能。
可选实施方式二
在如图1所示的系统中，多个光网络单元的注册和数据转发均汇聚到单个光线路终端来实现，光线路终端上行流量也连接城域网的单独路由器。该系统不能实现跨光线路终端的流量均衡，也不能实现N:1保护功能。
在本可选实施方式中提供了一种基于SDN的光线路终端和控制器的功能框，支持多点对多点的光纤网络软件可定义接入网架构，在原来业务控制和转发分离架构的软件可定义网络架构基础上，扩展PON层和光层控制与业务转发分离架构，增加实现PON层和光层的软件可定义。打破传统点对点和点对多点光纤网络拓扑通信架构，实现多点对多点光纤网络拓扑通信架构；实现接入流量跨域动态调度均衡；高可靠性系统级X:Y保护；根据网络流量，动态调整用户接入所在的多点对多点光网络的波长分布，使流量动态调整或聚集到某些波长里，关闭和启用空闲光线路终端和波长，实现高效节能。
图9是根据本发明实施例可选实施方式二的光线路终端和控制器的功能框的结构示意图，如图9所示，物理层以及实现数据转发功能的MAC子层的功能仍然由光线路终端来实现，部分MAC控制子层功能，例如光网络单元初始化，测距和DBA功能也由光线路终端实现，后续将演进到DBA的部分功能转移到控制器，实现分布式DBA，例如波长间的DBA(DWBA)。而OAM子层以及MAC控制子层的部分功能，例如光线路终端接入控制，光网络单元注册和认证上移到控制器实现。
在该可选实施方式中，无源光网络系统支持多点对多点通信，图10是根据本发明实施例可选实施方式二的多点对多点无源光网络系统的结构示意图，如图10所示，通过无源分光装置，网络侧方向可以接多套光线路终端，用户侧方向可以接多套光网络单元。在下行方向，任意光线路终端所发送的光信号都可以被每台光网络单元接收到。在上行方向，任意光网络单元发送的信号可以同时被多套光线路终端接收，如图11所示。
在该可选实施方式中提供了一种分光器，图12是根据本发明实施例可选实施方式二的光分器的结构示意图，如图12所示，光分器由两套分光器背靠背实现。
在该可选实施方式中，如图13所示，假设光线路终端1上行流量发生拥塞，控制器可及时获取城域网和每个光线路终端的流量是否产生拥塞，根据拥塞情况并进行动态调度，将多余流量分发到其他光线路终端进行处理，可以方便地实现跨域的流量动态均衡，防止流量拥塞。
在该可选实施方式中，可以实现高可靠性系统级N：1异地冗灾实现方式，如图14所示，假设光线路终端2的主干光纤发生故障，故障上报到控制器，控制器会将连接到光线路终端2的用户切换到其他光线路终端进行处理，方便实现N:1保护功能。由于光网络单元具有动态波长适配功能，配合DBA方式，可以实现快速光网络单元切换。备用光线路终端可以快速获取到控制器下发的故障光线路终端的配置数据和动态数据。因此，可以在保护切换时确保用户实现电信级感知。
在该可选实施方式中，可以根据网络流量，动态调整用户接入所在的多点对多点光网络的波长分布，关闭和启用空闲光线路终端和波长，实现高效节能。假设光线路终端2和光线路终端M当前为轻载状态，控制器获取到这些信息，会将连接到光线路终端2和光线路终端M的相关波长切换到光线路终端1，从而关闭光线路终端2和光线路终端M，进入节能模式。一旦负荷恢复，控制器检测到光线路终端1进入重载状态，驻留在控制器和光线路终端里的分布式DBA机制启动，将多余波长转移到空闲光线路终端中。可以恢复到以前状态，实现动态高效节能。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种无源光网络系统，其特征在于，包括：至少一个控制器、M个光线路终端、N个光网络单元和M:N光分器，其中，
所述至少一个控制器，用于控制所述M个光线路终端；
所述M个光线路终端根据所述至少一个控制器的控制通过所述M:N光分器与所述N个光网络单元进行多点对多点通信；
所述M和所述N为大于1的整数。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个控制器，还用于根据预设节能策略和/或网络流量，关闭或开启所述M个光线路终端中的部分或全部光线路终端或光线路终端的波长。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个控制器，还用于根据预设负载均衡策略，选择向所述N个光网络单元发送数据的光线路终端，和/或选择接收所述N个光网络单元发送的数据的光线路终端。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个控制器，还用于将所述M个光线路终端中的M1个光线路终端设置为工作状态，将M2个光线路终端设置为备份状态，形成M1:M2保护状态，其中，M1、M2为大于0的整数，且M1+M2小于或等于M。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其特征在于，所述至少一个控制器，还用于控制所述N个光网络单元数据链路层上的功能，其中，所述控制包括以下至少之一：光网络单元的接入、注册、认证和管理。
6.一种控制器，其特征在于，包括：
第一控制模块，用于控制M个光线路终端通过M:N光分器与N个光网络单元进行多点对多点通信，其中，所述M和所述N为大于1的整数。
7.根据权利要求6所述的控制器，其特征在于，还包括：
节能模块，用于根据预设节能策略和/或网络流量，关闭或开启所述M个光线路终端中的部分或全部光线路终端或光线路终端的波长。
8.根据权利要求6所述的控制器，其特征在于，还包括：
负载均衡模块，用于根据预设负载均衡策略，选择向所述N个光网络单元发送数据的光线路终端，和/或选择接收所述N个光网络单元发送的数据的光线路终端。
9.根据权利要求6所述的控制器，其特征在于，还包括：
保护模块，用于将所述M个光线路终端中的M1个光线路终端设置为工作状态，将M2个光线路终端设置为备份状态，形成M1:M2保护状态，其中，M1、M2为大于0的整数，且M1+M2小于或等于M。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的控制器，其特征在于，还包括：
第二控制模块，用于控制所述N个光网络单元数据链路层的功能，其中，所述控制包括以下至少之一：光网络单元的接入、注册、认证和管理。
11.一种无源光网络系统中通信的方法，其特征在于，包括：
控制M个光线路终端通过M:N光分器与N个光网络单元进行多点对多点通信，其中，所述M和所述N为大于1的整数。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：
根据预设节能策略和/或网络流量，关闭或开启所述M个光线路终端中的部分或全部光线路终端或光线路终端的波长。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：
根据预设负载均衡策略，选择向所述N个光网络单元发送数据的光线路终端，和/或选择接收所述N个光网络单元发送的数据的光线路终端。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：
将所述M个光线路终端中的M1个光线路终端设置为工作状态，将M2个光线路终端设置为备份状态，形成M1:M2保护状态，其中，M1、M2为大于0的整数，且M1+M2小于或等于M。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
控制所述N个光网络单元数据链路层的功能，其中，所述控制包括以下至少之一：光网络单元的接入、注册、认证和管理。
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