CN112738661A - 一种在i-pon网络的广播通道上实现双向下行加速的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种在I‑PON网络的广播通道上实现双向下行加速的方法，包括如下步骤：步骤一，构建UDP隧道，包括：在I‑PON系统中增设代理网关，该代理网关与城域网双向数据通信，该代理网关用于构建UDP隧道；步骤二，注册，走UDP隧道的业务需要终端到代理网关注册；步骤三，利用UDP隧道进行数据传输，包括：1)终端基于TCP协议向VOD服务器发出第一数据包，该第一数据包的目标IP地址是VOD服务器，目标MAC地址是子网网关，源IP地址是终端，源MAC地址是终端。该发明将部分OTT点播业务转移到由万兆系统承载，减轻OLT‑ONU通道户带宽的负担，保证视频的流畅性，提高了视频质量，同时也很大程度的提高了万兆下行带宽的利用率，减少浪费。

Description

一种在I-PON网络的广播通道上实现双向下行加速的方法
技术领域
本发明涉及广播电视网络光纤入户系统领域，尤其涉及到一种在I-PON网络的广播通道上实现双向下行加速的方法。
背景技术
按照国家标准，在I-PON组网方案中，有一种是I-PON双纤三波组网方案，该方案采用双纤入户，万兆IP广播传输使用一纤，PON上下行数据传输使用另一纤。万兆IP广播信号通过I-PON光接收机接收后，通过百兆或千兆网络接口，或通过ONU接收的数据信号一起接入家庭网络，提供给机顶盒、PC终端、融合终端等设备。
目前，现网I-PON系统的整体结构中，直播业务由万兆系统承载(VOD点播业务未在I-PON系统启用)，OTT点播业务由PON(OLT-OUN)承载，EPON/GPON数据网络承载了所有的双向业务，包括宽带数据业务和视频点播业务。
现有架构的优势：
1、部署相对简单。
2、基本满足现有较小码率节目点播和宽带上网的需求。
3、万兆IP广播和PON上下行数据传输通道完全分开，避免了多波长间的干扰。
但现有架构也存在明显问题：
1、OLT-ONU通道户均带宽只有15Mbps，互联网业务和视频点播业务共享带宽，在高峰时段网络可能发生拥塞，无法保证视频流畅。
2、广电的数据网是一张为满足互联网宽带业务需求而建设的网，目的是满足数据业务需求，而视频业务和数据业务存在巨大的差异，对QoS(包括网络延时、抖动、丢包)要求完全不同，因此用数据网做视频业务面临巨大挑战，难以保证质量。
3、万兆下行带宽目前只用于广播节目，实际使用带宽只有不到3Gbps，剩余7Gbps带宽闲置，造成浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种在I-PON网络的广播通道上实现双向下行加速的方法，可以将部分OTT点播业务转移到由万兆系统承载。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种在I-PON网络的广播通道上实现双向下行加速的方法，包括如下步骤：
步骤一，构建UDP隧道，包括：
在I-PON系统中增设代理网关，该代理网关与城域网双向数据通信，该代理网关用于构建UDP隧道；
步骤二，注册，走UDP隧道的业务需要终端到代理网关注册；
步骤三，利用UDP隧道进行数据传输，包括：
1)终端基于TCP协议向VOD服务器发出第一数据包，该第一数据包的目标IP地址是VOD服务器，目标MAC地址是子网网关，源IP地址是终端，源MAC地址是终端；
2)第一数据包通过PON上下行数据传输通道到达终端网关时，终端网关对第一数据包进行修改，增加一个新的UDP包头，构成第二数据包，第二数据包的目标IP地址是代理网关，目标MAC地址是子网网关，源IP地址是终端，源MAC地址是终端；
3)第二数据包基于UDP协议并通过PON上下行数据传输通道传输到代理网关；
4)代理网关收到第二数据包后，去掉第二数据包的UDP包头，并修改TCP包头，构成第三数据包，第三数据包的目标IP地址是VOD服务器，目标MAC地址是代理网关子网网关，源IP地址是代理网关，源MAC地址是代理网关；
5)代理网关将第三数据包以报文的格式并根据以太网协议传输至VOD服务器；
6)VOD服务器收到点播请求之后回复消息报文，消息报文的目标IP地址是代理网关，目标MAC地址是VOD子网网关，源IP地址是VOD服务器，源MAC地址是VOD服务器；
7)代理网关收到消息报文后，修改消息报文的TCP包头，并增加一个新的UDP包头，构成第四数据包，第四数据包通过城域网传输至SDN交换机；第四数据包的目标IP地址是用户侧区域IP，目标MAC地址是终端所在子网网关，源IP地址是代理网关，源MAC地址是代理网关，端口号是约定端口号；
8)SDN交换机将第四数据包转为组播数据，第四数据包以组播报文的形式在万兆IP广播数据传输通道中广播转发至用户侧；
9)终端网关收到第四数据包后，去掉第四数据包的UDP包头，构成第五数据包，第五数据包的目标IP是终端，目标MAC地址是终端，源IP地址是VOD服务器，源MAC地址是终端子网网关；
10)终端收到第五数据包后，进行处理，并完成点播业务的交互。
进一步地，注册，包括：
1)终端经PON上下行数据传输通道向代理网关发送注册信息，代理网关建立注册数据表，注册数据表内容包括终端IP地址，终端MAC地址，终端所在区域，终端端口号，终端所在子网网关MAC地址，需要使用隧道的服务IP地址，注册时间，对应的组播通道；
2)注册成功后，代理网关向终端回复确认信息，并带上分配的下发通道信息发至终端网关；
3)终端收到确认信息后，终端与代理网关构建完成UDP隧道。
更进一步地，所述代理网关是P4交换机、SDN交换机或者服务器加SDN交换机。
本发明的有益效果是：
本发明提供的一种在I-PON网络的广播通道上实现双向下行加速的方法，该方法通过在网络侧增设代理网关用于构建UDP隧道，通过注册实现终端与代理网关构建完成UDP隧道，并通过利用UDP隧道进行数据传输实现双向下行加速，核心内容在于提供了利用UDP隧道进行数据传输的具体操作步骤，即，通过修改各级数据包的包头实现数据传输路径的改变，从而将部分OTT点播业务转移到由万兆系统承载，减轻OLT-ONU通道户带宽的负担，保证视频的流畅性，提高了视频质量，同时也很大程度的提高了万兆下行带宽的利用率，减少浪费。
附图说明
图1为本发明优选实施例的结构示意图。
图中标号为：1、城域网；2、光纤通道交换机；3、光纤放大器；4、光线路终端；5、分光器；6、光接收机；7、网关；8、应用设备；9、代理网关；10、视频点播系统；11、广电有线电视系统；12、管理系统；13、应用前端；14、互联网；20、用户终端。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行说明，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围内。
实施例1：
本实施例提供一种I-PON系统，如图1所示，I-PON系统分为业务及管理系统端、网络端、光分配网络端和用户侧。其中，业务及管理系统端包括广电有线电视系统11(CATV)、视频点播系统10(VOD)、管理系统12、应用前端13和互联网14。网络端包含城域网1、光线路终端4(OLT)、光纤通道交换机2、光纤放大器3和代理网关9，其中的光纤通道交换机2为SDN交换机，代理网关9为P4交换机、SDN交换机、或者服务器加SDN交换机。光分配网络端包括多个相互独立的分光器5；用户侧包括多个用户终端20，每个用户终端20都包括光接收机6、网关7和应用设备8，应用设备8包括电话、电视等，光接收机6为ONU+I-PON光接收机。
本实施例的I-PON系统具有两条数据传输通道，一条为万兆IP广播数据传输通道，另一条为PON上下行数据传输通道(OLT-ONU通道，千兆带宽)，万兆IP广播数据传输通道为单向下行数据传输通道，PON上下行数据传输通道为双向上下行数据传输通道。
万兆IP广播数据传输通道的组成部分包括：广电有线电视系统11(CATV)、光纤通道交换机2、光纤放大器3、多个分光器5、多个用户终端20。其连接方式是：广电有线电视系统11(CATV)、光纤通道交换机2、光纤放大器3、多个分光器5、多个用户终端20依次通信连接。数据传输方向是：广电有线电视系统11(CATV)、光纤通道交换机2、光纤放大器3、多个分光器5、多个用户终端20依次单向传输。
PON上下行数据传输通道组成的组成部分包括：视频点播系统10(VOD)、管理系统12、应用前端13、互联网14、城域网1、光线路终端4、多个分光器5、多个用户终端20。其连接方式是：视频点播系统10(VOD)、管理系统12、应用前端13和互联网14分别与城域网1(边缘路由器)通信，城域网1、光线路终端4、多个分光器5、多个用户终端20依次通信连接，并且光线路终端4对分光器5为一对多，分光器5对光接收机6为一对多。数据传输方向是：城域网1、光线路终端4、多个分光器5、多个用户终端20双向数据传输。
本实施例的I-PON系统中，光纤通道交换机2还与城域网1通信连接，数据传输方向为城域网1到光纤通道交换机2单向传输，因此OTT点播业务具备了可以由城域网1进入光纤通道交换机2，从而进入万兆IP广播数据传输通道的链路条件。
本实施例的I-PON系统中，代理网关9还与城域网1通信连接，数据传输方向为城域网1与代理网关9双向传输，代理网关9在I-PON系统中构建出了UDP隧道,在UDP隧道中采用UDP协议传输数据包,使用UDP隧道传递的数据可以是不同协议的数据帧或包(比如TCP协议)，UDP隧道协议将TCP协议的数据帧或包重新封装在新的包头中发送，新的包头提供了路由信息，通过路由信息使得OTT点播业务可以由城域网1进入光纤通道交换机2，从而进入万兆IP广播数据传输通道，在万兆IP广播数据传输通道实现双向下行加速。
实施例2：
本实施例提供一种在I-PON网络的广播通道上实现双向下行加速的方法，包括如下步骤：
步骤一，构建UDP隧道，包括：
在I-PON系统中增设代理网关，该代理网关与城域网双向数据通信，该代理网关用于构建UDP隧道，其中，该代理网关可以是P4交换机、SDN交换机、或者服务器加SDN交换机，
步骤二，注册，包括：
1)终端经PON上下行数据传输通道向代理网关发送注册信息，代理网关建立注册数据表，注册数据表内容包括终端IP地址，终端MAC地址，终端所在区域，终端端口号，终端所在子网网关MAC地址，需要使用隧道的服务IP地址，注册时间，对应的组播通道。
2)注册成功后，代理网关向终端回复确认信息，并带上分配的下发通道信息发至终端网关。
3)终端收到确认信息后，终端与代理网关构建完成UDP隧道。
步骤三，利用UDP隧道进行数据传输，包括：
1)终端基于TCP协议向服务器(VOD服务器、OTT服务器或者其他服务器)发出第一数据包，该第一数据包的目标IP地址是VOD服务器，目标MAC地址是子网网关，源IP地址是终端，源MAC地址是终端。第一数据包的包头内容如表1所示。
表1：
Figure BDA0002838309500000051
2)第一数据包通过PON上下行数据传输通道到达终端网关时，终端网关对第一数据包进行修改，增加一个新的UDP包头，构成第二数据包，第二数据包的目标IP地址是代理网关(即，终端所连接的交换机网关)，目标MAC地址是子网网关，源IP地址是终端，源MAC地址是终端；第二数据包的包头内容如表2所示。
表2：
Figure BDA0002838309500000052
3)第二数据包基于UDP协议并通过PON上下行数据传输通道传输到代理网关；
4)代理网关收到第二数据包后，去掉第二数据包的UDP包头，并修改TCP包头，构成第三数据包，第三数据包的目标IP地址是VOD服务器，目标MAC地址是代理网关子网网关(即，代理网关所连接的上联交换机网关地址)，源IP地址是代理网关，源MAC地址是代理网关；第三数据包的包头内容如表3所示。
表3
Figure BDA0002838309500000061
5)代理网关将第三数据包以报文的格式并根据以太网协议传输至VOD服务器。
6)VOD服务器收到点播请求之后回复消息报文，该消息报文包括握手、确认以及发送业务流等，其中消息报文的目标IP地址是代理网关，目标MAC地址是VOD子网网关，源IP地址是VOD服务器，源MAC地址是VOD服务器；由于在第4步中，第三数据包的源IP地址和源MAC地址是代理网关，因此该消息报文以TCP/IP协议传输至代理网关；消息报文的包头内容如表4所示。
表4：
Figure BDA0002838309500000062
7)代理网关收到消息报文后，修改消息报文的TCP包头，并增加一个新的UDP包头，构成第四数据包，第四数据包通过城域网传输至SDN交换机；第四数据包的目标IP地址是用户侧区域IP，目标MAC地址是终端所在子网网关，源IP地址是代理网关，源MAC地址是代理网关，端口号是约定端口号；第四数据包的包头内容如表5所示。
表5：
Figure BDA0002838309500000063
8)SDN交换机将第四数据包转为组播数据，第四数据包以组播报文的形式在万兆IP广播数据传输通道中广播转发至用户侧。
9)终端网关收到第四数据包后，去掉第四数据包的UDP包头，构成第五数据包，第五数据包的目标IP是终端，目标MAC地址是终端，源IP地址是VOD服务器，源MAC地址是终端子网网关；第五数据包的包头内容如表6所示。
表6：
Figure BDA0002838309500000071
10)终端收到第五数据包后，进行处理，并完成点播业务的交互，VOD点播的节目开始正常播放。
本实施例提供了一种在I-PON网络的广播通道上实现双向下行加速的方法，该方法通过在网络侧增设代理网关用于构建UDP隧道，通过注册实现终端与代理网关构建完成UDP隧道，并通过利用UDP隧道进行数据传输实现双向下行加速，核心内容在于提供了利用UDP隧道进行数据传输的具体操作步骤，即，通过修改各级数据包的包头实现数据传输路径的改变，从而将部分OTT点播业务转移到由万兆系统承载，减轻OLT-ONU通道户带宽的负担，保证视频的流畅性，提高了视频质量，同时也很大程度的提高了万兆下行带宽的利用率，减少浪费。

Claims (3)

1.一种在I-PON网络的广播通道上实现双向下行加速的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一，构建UDP隧道，包括：
在I-PON系统中增设代理网关，该代理网关与城域网双向数据通信，该代理网关用于构建UDP隧道；
步骤二，注册，走UDP隧道的业务需要终端到代理网关注册；
步骤三，利用UDP隧道进行数据传输，包括：
1)终端基于TCP协议向VOD服务器发出第一数据包，该第一数据包的目标IP地址是VOD服务器，目标MAC地址是子网网关，源IP地址是终端，源MAC地址是终端；
2)第一数据包通过PON上下行数据传输通道到达终端网关时，终端网关对第一数据包进行修改，增加一个新的UDP包头，构成第二数据包，第二数据包的目标IP地址是代理网关，目标MAC地址是子网网关，源IP地址是终端，源MAC地址是终端；
3)第二数据包基于UDP协议并通过PON上下行数据传输通道传输到代理网关；
4)代理网关收到第二数据包后，去掉第二数据包的UDP包头，并修改TCP包头，构成第三数据包，第三数据包的目标IP地址是VOD服务器，目标MAC地址是代理网关子网网关，源IP地址是代理网关，源MAC地址是代理网关；
5)代理网关将第三数据包以报文的格式并根据以太网协议传输至VOD服务器；
6)VOD服务器收到点播请求之后回复消息报文，消息报文的目标IP地址是代理网关，目标MAC地址是VOD子网网关，源IP地址是VOD服务器，源MAC地址是VOD服务器；
7)代理网关收到消息报文后，修改消息报文的TCP包头，并增加一个新的UDP包头，构成第四数据包，第四数据包通过城域网传输至SDN交换机；第四数据包的目标IP地址是用户侧区域IP，目标MAC地址是终端所在子网网关，源IP地址是代理网关，源MAC地址是代理网关，端口号是约定端口号；
8)SDN交换机将第四数据包转为组播数据，第四数据包以组播报文的形式在万兆IP广播数据传输通道中广播转发至用户侧；
9)终端网关收到第四数据包后，去掉第四数据包的UDP包头，构成第五数据包，第五数据包的目标IP是终端，目标MAC地址是终端，源IP地址是VOD服务器，源MAC地址是终端子网网关；
10)终端收到第五数据包后，进行处理，并完成点播业务的交互。
2.根据权利要求1所述的一种在I-PON网络的广播通道上实现双向下行加速的方法，其特征在于：
注册，包括：
1)终端经PON上下行数据传输通道向代理网关发送注册信息，代理网关建立注册数据表，注册数据表内容包括终端IP地址，终端MAC地址，终端所在区域，终端端口号，终端所在子网网关MAC地址，需要使用隧道的服务IP地址，注册时间，对应的组播通道；
2)注册成功后，代理网关向终端回复确认信息，并带上分配的下发通道信息发至终端网关；
3)终端收到确认信息后，终端与代理网关构建完成UDP隧道。
3.根据权利要求2所述的一种在I-PON网络的广播通道上实现双向下行加速的方法，其特征在于：所述代理网关是P4交换机、SDN交换机或者服务器加SDN交换机。
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