CN105871746B - 一种基于sdn多域配电光网络的终端控制方法 - Google Patents

一种基于sdn多域配电光网络的终端控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于SDN多域配电光网络的终端控制方法，包括：各个域光线路终端将对应的光网络单元的服务请求以及网络状态发送至多域控制器；所述多域控制器根据所述光线路终端的队列缓存信息以及预测结果评估预设时间内的流量需求，进行带宽分配；所述光线路终端将对应的光网络单元的时隙长度和所分配的上行带宽信息反馈至所述多域控制器；所述多域控制器判断各个光网络单元的状态模式，对所述光网络单元的睡眠模式进行控制。本发明所提供的基于SDN多域配电光网络的终端控制方法，实现了多域配电网带宽优化，满足配电光网络绿色化、节能化的要求，通过统一的控制接口保障了每个用户的服务质量。

Description

一种基于SDN多域配电光网络的终端控制方法
技术领域
本发明涉及配电技术领域，特别是涉及一种基于SDN多域配电光网络的终端控制方法。
背景技术
随着配电自动化、电动汽车充换电等配用电业务的快速发展，配电通信网向着高容量、综合化、智能型的网络演进。由于配电通信网覆盖区域的分散性和终端设备的庞大数量，其对成本和设备节能十分敏感，因此如何降低对配电网流量疏导的困难，进而降低全局配电网络能耗尤为重要。。
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。
一般而言，电力用户业务流量需求具有地域性和潮汐效应，可将配电网分域处理，根据全局用户设备分布情况和应用服务情况，用分域的方式简化控制流程，方便管理。如何通过OpenFlow控制器对全局配电网络资源及网络状态的感知和管理调度能力，实现全局配电网的带宽优化和节能减排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多域配电光网络的终端控制方法，目的在于解决现有技术中不能实现多域配电网络带宽优化以及节能减排的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于SDN多域配电光网络的终端控制方法，包括：
各个域光线路终端将对应的光网络单元的服务请求以及网络状态发送至多域控制器；
所述多域控制器根据所述光线路终端的队列缓存信息以及预测结果评估预设时间内的流量需求，进行带宽分配；
所述光线路终端将对应的光网络单元的时隙长度和所分配的上行带宽信息反馈至所述多域控制器；
所述多域控制器判断各个光网络单元的状态模式，对所述光网络单元的睡眠模式进行控制。
可选地，所述光线路终端将对应的光网络单元的时隙长度和所分配的上行带宽信息反馈至所述多域控制器包括：
判断当前带宽服务请求是否超过预设带宽阈值，如果是，则切换到工作状态；如果否，则执行后续步骤。
可选地，所述多域控制器判断各个光网络单元的状态模式，对所述光网络单元的睡眠模式进行控制包括：
在预设时间阈值内无数据请求或上行流量小于预设第一限定值时，所述光网络单元切换到假寐模式，关闭发送机，保留接收机部分功能；
当超过所述预设时间阈值且在预设轮询周期内无数据请求或上行流量小于预设第二限定值时，所述光网络单元切换至浅睡眠模式，关闭接收机与发送机；
当超过所述预设轮询周期无数据请求或所述上行流量小于预设第三限定值时，所述光网络单元切换到深睡眠模式，关闭接收机与发送机。
可选地，所述多域控制器判断各个光网络单元的状态模式，对所述光网络单元的睡眠模式进行控制还包括：
判断各个所述光网络单元的当前睡眠模式；
当所述光网络单元处于假寐模式或浅睡眠模式时，在对应第一睡眠周期内若所述光网络单元接收到用户侧的数据发送请求，则进入活跃模式；否则保持原先的状态，在下一个轮询周期开始时刻进入活跃模式；
当所述光网络单元处于深睡眠模式时，在对应第二睡眠周期开始时刻进入活跃模式，否则保持深睡眠状态。
可选地，所述多域控制器根据所述光线路终端的队列缓存信息以及预测结果评估预设时间内的流量需求，进行带宽分配包括：
对第一预设时间内的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。
可选地，所述多域控制器根据所述光线路终端的队列缓存信息以及预测结果评估预设时间内的流量需求，进行带宽分配包括：
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，在所述光线路终端将对应的光网络单元的时隙长度和所分配的上行带宽信息反馈至所述多域控制器之前还包括：
根据所述光线路终端反馈消息中所述光网络单元请求业务的不同类型和上报信息长度，将来自相同光网络单元的业务请求带宽进行汇聚，分配到连续时隙。
可选地，在所述光线路终端将对应的光网络单元的时隙长度和所分配的上行带宽信息反馈至所述多域控制器之后还包括：
根据当前光线路终端缓存的数据量，为每个所述光网络单元计算所分配的下行带宽的时隙长度。
本发明所提供的基于SDN多域配电光网络的终端控制方法，各个域光线路终端将对应的光网络单元的服务请求以及网络状态发送至多域控制器；多域控制器根据光线路终端的队列缓存信息以及预测结果评估预设时间内的流量需求，进行带宽分配；光线路终端将对应的光网络单元的时隙长度和所分配的上行带宽信息反馈至多域控制器；多域控制器判断各个光网络单元的状态模式，对光网络单元的睡眠模式进行控制。本申请实现了多域配电网带宽优化，满足配电光网络绿色化、节能化的要求，通过统一的控制接口保障了每个用户的服务质量。
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为本发明所提供的配电光网络架构示意图；
图2为本发明所提供的基于SDN多域配电光网络的终端控制方法的一种具体实施方式的流程图；
图3为本发明所提供的基于SDN多域配电光网络的终端控制方法的另一种具体实施方式的流程图；
图4为本发明所提供的基于SDN多域配电光网络的终端控制方法的另一种具体实施方式的工作状态时隙示意图。
具体实施方式
传统的配电光网络由四级骨干通信网、接入网组成，四级骨干通信网完成接入网的信息汇聚与回传，接入网由光线路终端OLT(Optical Line Terminal)、光网络单元ONU(Optical Network Unit)、分光器组成。本发明提出的软件定义配电光网络架构，如图1所示。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。本发明基于该架构提出ONU休眠节能方法。
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多域配电光网络的终端控制方法的一种具体实施方式的流程图如图2所示，该方法包括：
步骤S101：各个域光线路终端将对应的光网络单元的服务请求以及网络状态发送至多域控制器；
步骤S102：所述多域控制器根据所述光线路终端的队列缓存信息以及预测结果评估预设时间内的流量需求，进行带宽分配；
具体地，可以通过下述过程实现：对第一预设时间内的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，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。
步骤S103：所述光线路终端将对应的光网络单元的时隙长度和所分配的上行带宽信息反馈至所述多域控制器；
步骤S104：所述多域控制器判断各个光网络单元的状态模式，对所述光网络单元的睡眠模式进行控制。
本发明所提供的基于SDN多域配电光网络的终端控制方法，各个域光线路终端将对应的光网络单元的服务请求以及网络状态发送至多域控制器；多域控制器根据光线路终端的队列缓存信息以及预测结果评估预设时间内的流量需求，进行带宽分配；光线路终端将对应的光网络单元的时隙长度和所分配的上行带宽信息反馈至多域控制器；多域控制器判断各个光网络单元的状态模式，对光网络单元的睡眠模式进行控制。本申请实现了多域配电网带宽优化，满足配电光网络绿色化、节能化的要求，通过统一的控制接口保障了每个用户的服务质量。
在上述实施例的基础上，本发明所提供的基于SDN多域配电光网络的终端控制方法中，步骤S103所述光线路终端将对应的光网络单元的时隙长度和所分配的上行带宽信息反馈至所述多域控制器可以具体为：
判断当前带宽服务请求是否超过预设带宽阈值，如果是，则切换到工作状态；如果否，则执行后续步骤。
在上述实施例的基础上，步骤S104多域控制器判断各个光网络单元的状态模式，对所述光网络单元的睡眠模式进行控制可以具体为：
在预设时间阈值内无数据请求或上行流量小于预设第一限定值时，所述光网络单元切换到假寐模式，关闭发送机，保留接收机部分功能；
当超过所述预设时间阈值且在预设轮询周期内无数据请求或上行流量小于预设第二限定值时，所述光网络单元切换至浅睡眠模式，关闭接收机与发送机；
当超过所述预设轮询周期无数据请求或所述上行流量小于预设第三限定值时，所述光网络单元切换到深睡眠模式，关闭接收机与发送机。
下面对光网络单元ONU的四种节能状态进行进一步详细说明。
(1)假寐模式：假寐是指ONU在正常工作状态下，对于短时间内电力用户无数据请求或上行数据流量较小时，ONU向OLT发送假寐请求。OLT收到ONU睡眠请求后，判断ONU是否满足休眠条件。若满足，发送给ONU休眠指令，ONU接收到休眠授权后，进入睡眠状态。假寐间隔设定为一个DBA周期，ONU关闭发送机，保持接收机的部分功能。在睡眠周期内，若ONU收到用户侧的数据发送请求，ONU则进入唤醒状态。若用户侧无数据请求，则在下一个DBA周期的开始时刻唤醒，ONU唤醒时发送唤醒请求给OLT，OLT接收后，确认唤醒命令，ONU进入正常工作模式，开启光发送机，与OLT进行正常通信。
(2)浅睡眠模式：浅睡眠是指ONU在正常工作状态下，对于一段时间内电力用户无数据请求或上行数据流量较小时，ONU向OLT发送浅睡眠请求。OLT收到ONU睡眠请求后，判断ONU是否满足休眠条件。若满足，发送给ONU休眠指令，ONU接收到休眠授权后，进入睡眠状态。浅睡眠间隔设定为一个DBA周期，ONU关闭发送机和接收机的全部功能，并且关闭用户接口功能。在睡眠周期内，若ONU收到用户侧的数据发送请求，ONU则进入唤醒状态。若用户侧无数据请求，则在下一个DBA周期的开始时刻唤醒，ONU唤醒时发送唤醒请求给OLT，OLT接收后，确认唤醒命令，ONU进入正常工作模式，开启光发送机与光接收机，与OLT进行正常通信。
(3)深睡眠模式：睡眠模式是在假寐模式和浅睡眠模式的基础上进行的，OLT在判断ONU在一个DBA内的上行流量小于预先设定的某一阈值时，继续对该ONU进行监测，在接下来的连续几个周期内，ONU上下行流量均满足小于这一阈值的条件，表明该ONU的通信数据量较小，可以进入深睡眠模式。此时OLT发送睡眠授权指令给ONU，使该ONU进入到深睡眠模式，ONU在接收到OLT的深睡眠授权后，关闭用户接口功能以及光接收机和光发送机功能，只保留计时器功能，进入到深睡眠模式。深睡眠模式下，ONU的睡眠间隔由OLT指定，一般为多个DBA周期长度。睡眠周期到来之后，OLT给ONU发送唤醒授权，ONU接收到该授权后，进入正常运行状态，开启所有功能模块，接收来自OLT和用户侧的消息。
(4)活跃模式：
确认唤醒后，或者接收连续数据请求，或者上行流量大于预先设置好的阈值，保持所有功能模块开启。接收来自OLT和用户侧的消息。
本实施例中多域控制器判断各个光网络单元的状态模式，对所述光网络单元的睡眠模式进行控制还可以进一步包括：
判断各个所述光网络单元的当前睡眠模式；
当所述光网络单元处于假寐模式或浅睡眠模式时，在对应第一睡眠周期内若所述光网络单元接收到用户侧的数据发送请求，则进入活跃模式；否则保持原先的状态，在下一个轮询周期开始时刻进入活跃模式；
当所述光网络单元处于深睡眠模式时，在对应第二睡眠周期开始时刻进入活跃模式，否则保持深睡眠状态。
以OLT完成两个DBA周期的带宽分配为例，本发明所提供的基于SDN多域配电光网络的终端控制方法的另一种具体实施方式的流程图以及工作状态时隙示意图如图3、图4所示。多域设备节能的具体实现方法由以下几个步骤组成：
步骤S201：等待业务触发。
步骤S202：当业务请求到达时，ONU验证请求，并映射成服务请求。
步骤S203：各个域OLT汇聚ONU服务请求以及网络状态，上报至多域控制器。
ONU向OLT提交申请，汇总后每个域的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控制器。控制器汇聚全网多域资源信息和实时网络状态信息。
步骤S204：控制器根据各域OLT队列缓存信息以及预测结果评估T时间内流量需求，分配多域ONU链路带宽。
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。根据各域OLT队列缓存信息以及预测结果分配全网链路带宽，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：OLT在上一周期收集所有ONU请求报告信息，根据OLT反馈消息中ONU请求业务不同类型和上报信息长度，将来自相同ONU的业务请求带宽进行汇聚，分配到连续时隙，以减少ONU睡眠唤醒次数，达到绿色节能。权衡汇聚后，得到每个ONU发送的时隙长度和所分配的上行带宽信息，反馈给多域控制器。
步骤S206：根据当前OLT缓存的数据量，为每个ONU计算所分配的下行带宽的时隙长度。
步骤S207：判断是否有大带宽服务请求，如果是，则切换到工作模式，并进入步骤S212。如果否，则进入步骤S208。
步骤S208：控制器内部计时器设定一个时间阈值t0，t0<T，一个DBA轮询周期为T。
步骤S209：控制器判断各个ONU的状态模式，确定给进入睡眠模式的ONU发送睡眠命令的时刻。计时器工作，如果在t0时间内，无数据请求或上行流量小于某一限定值，ONU切换到假寐模式，关闭发送机，保留接收机部分功能，进入步骤S210；如果时间超过t0时刻且在一个DBA周期T内，无数据请求或上行流量较小，ONU切换到浅睡眠模式，关闭接收机与发送机，进入步骤S210；否则，超过一个DBA周期T仍无数据请求或上行流量小于某一限定值，ONU切换到深睡眠模式，关闭接收机与发送机，进入步骤S211。
步骤S210：假寐或浅睡眠间隔设定为一个DBA周期，在T内，若ONU收到用户侧的数据发送请求，ONU则进入唤醒状态。若用户侧无数据请求，则仍旧保持假寐或睡眠状态，并在下一个DBA周期的开始时刻唤醒，ONU进入正常工作模式，开启光发送机与光接收机，与OLT进行正常通信，进入步骤S212。
步骤S211：深睡眠模式下，ONU的睡眠间隔由OLT指定，假定为两个DBA周期长度。睡眠周期到来之后，OLT给ONU发送唤醒授权，ONU接收到该授权后，进入正常运行状态，开启所有功能模块，接收来自OLT和用户侧的消息。否则，继续保持深睡眠状态。
步骤S212：判断是否达到两个DBA周期2T，没有到达，则返回步骤S208；到达时间间隔2T，则进入步骤S213。
步骤S213：当时服务请求处理结果。OLT完成两个DBA周期的带宽分配。
本发明在软件定义配电光网络架构中提出多域配电网络应用场景。从多域汇聚、集中控制角度实现多域配电网带宽优化，满足配电光网络绿色化、节能化要求，通过统一的控制接口保障每个用户的服务质量。
另外，本申请从软件定义配电光网络架构出发，主要攻克ONU休眠关键节能控制技术。形成面向软件定义配电光网络架构多域PON节能的总体解决方案，采用四状态、多周期睡眠节能感应方法，系统有较好的节能效率，虽引入了部分额外的时延，但总的时延仍然较小，在系统对时延的要求范围内，表明提出的睡眠节能方法的有效性，在节能的同时能够保证电力系统的通信质量。
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多域配电光网络的终端控制方法进行了详细介绍。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 (6)

1.一种基于SDN多域配电光网络的终端控制方法，其特征在于，包括：
各个域光线路终端将对应的光网络单元的服务请求以及网络状态发送至多域控制器；
所述多域控制器根据所述光线路终端的队列缓存信息以及预测结果评估预设时间内的流量需求，进行带宽分配；
所述光线路终端将对应的光网络单元的时隙长度和所分配的上行带宽信息反馈至所述多域控制器；
所述多域控制器判断各个光网络单元的状态模式，对所述光网络单元的睡眠模式进行控制；
所述多域控制器判断各个光网络单元的状态模式，对所述光网络单元的睡眠模式进行控制包括：
在预设时间阈值内无数据请求或上行流量小于预设第一限定值时，所述光网络单元切换到假寐模式，关闭发送机，保留接收机部分功能；
当超过所述预设时间阈值且在预设轮询周期内无数据请求或上行流量小于预设第二限定值时，所述光网络单元切换至浅睡眠模式，关闭接收机与发送机；
当超过所述预设轮询周期无数据请求或所述上行流量小于预设第三限定值时，所述光网络单元切换到深睡眠模式，关闭接收机与发送机；
所述多域控制器判断各个光网络单元的状态模式，对所述光网络单元的睡眠模式进行控制还包括：
判断各个所述光网络单元的当前睡眠模式；
当所述光网络单元处于假寐模式或浅睡眠模式时，在对应第一睡眠周期内若所述光网络单元接收到用户侧的数据发送请求，则进入活跃模式；否则保持原先的状态，在下一个轮询周期开始时刻进入活跃模式；
当所述光网络单元处于深睡眠模式时，在对应第二睡眠周期开始时刻进入活跃模式，否则保持深睡眠状态。
2.如权利要求1所述的基于SDN多域配电光网络的终端控制方法，其特征在于，所述光线路终端将对应的光网络单元的时隙长度和所分配的上行带宽信息反馈至所述多域控制器包括：
判断当前带宽服务请求是否超过预设带宽阈值，如果是，则切换到工作状态；如果否，则执行后续步骤。
3.如权利要求1或2所述的基于SDN多域配电光网络的终端控制方法，其特征在于，所述多域控制器根据所述光线路终端的队列缓存信息以及预测结果评估预设时间内的流量需求，进行带宽分配包括：
对第一预设时间内的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。
4.如权利要求3所述的基于SDN多域配电光网络的终端控制方法，其特征在于，所述多域控制器根据所述光线路终端的队列缓存信息以及预测结果评估预设时间内的流量需求，进行带宽分配包括：
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。
5.如权利要求4所述的基于SDN多域配电光网络的终端控制方法，其特征在于，在所述光线路终端将对应的光网络单元的时隙长度和所分配的上行带宽信息反馈至所述多域控制器之前还包括：
根据所述光线路终端反馈消息中所述光网络单元请求业务的不同类型和上报信息长度，将来自相同光网络单元的业务请求带宽进行汇聚，分配到连续时隙。
6.如权利要求5所述的基于SDN多域配电光网络的终端控制方法，其特征在于，在所述光线路终端将对应的光网络单元的时隙长度和所分配的上行带宽信息反馈至所述多域控制器之后还包括：
根据当前光线路终端缓存的数据量，为每个所述光网络单元计算所分配的下行带宽的时隙长度。
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