TWI488449B - Dynamic bandwidth allocation method for passive fiber - optic network - Google Patents

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Description

應用於被動光纖網路之會談動態頻寬分配方法
本發明係關於一種應用於被動光纖網路之會談動態頻寬分配方法。
隨著網際網路應用多元化，許多應用程式皆以會談(Session)為基礎，從傳統Client/Sever結構，延伸至點對點(Peer-to-Peer)、點對多點(Point-to-Multipoint)等各種應用。 然而，大部分多媒體串流應用服務皆採用會談(Session)模式，其特性是在談通訊建立期間才動態決定所使用的資料通道(Data Channel)，並且動態交換會談媒體格式資訊(例如：Session Descript Protocol；SDP)；因此，不僅網路封包已經無法從單純的IP Address(位址)與TCP/UDP port(埠)來決定應用種類，而且也無法事先準確地評估應用服務所需之頻寬大小。
除此之外，以PON網路(Passive Optical Network，被動光纖網路)為例，上行頻寬是所有ONU(Optical Network Unit，光纖網路單元)共享的資源，一般採用狀態回報動態頻寬分配(SR DBA,Status Reporting Dynamic Bandwidth Allocation)或流量監控動態頻寬分配(TM DBA,Traffic monitoring Dynamic Bandwidth Allocation)來進行頻寬動態分配，但無論是SR DBA或是TM DBA皆無法即時且準確地動態分配各ONU所需之頻寬。
美國US 2008/0273878 A1號專利提出一個服務資料流對應服務傳輸頻道的方法，其包含a)依訊息特徵將設定系統參數設入ONT(Optical Network Terminal)及b)ONT接收到服務資料流之後，當服務資料流與定參數特徵相吻合時，將該服務資料流對應至特定之傳輸頻道。
中華民國專利公開第2008/24346號專利提出一種考量服務品質之乙太被動光纖網路動態頻寬配置方法，該方法主要應用一個偵檢器來檢視應用服務的訊息內容當中有關應用服務建立連線或中斷連線之控制碼，該偵檢器之輸出連接至光纖網路用戶端設備的頻寬狀態報告單元，藉由頻寬報告單元將此頻寬需求予以特殊之佇列長度值，位於局端(OLT,Optical Line Termination)的頻寬配置單元檢視所收到REPORT訊息之佇列長度報告欄位內容，而可得知使用者的頻寬需求，然後配置適當頻寬給該ONU使用。
前述的習知頻寬配置方法仍然無法即時且準確地動態分配各ONU所需之頻寬。
本發明之主要目的在於提供一種應用於被動光纖網路之會談動態頻寬分配方法，其可即時且準確地動態分配頻寬。
為了達成前述目的，依據本發明所提供之一種應用於被動光纖網路之會談動態頻寬分配方法，包含有下列步驟：A)在一個PON(Passive Optical Network，被動光纖網 路)的網路系統下，對各個ONU(Optical Network Unit，光纖網路單元)傳送至一分解器的封包加以複製，並將複製的封包經由該ONU本身所具有的一探聽裝置(Snooping Agent)以會談分類的方式過濾出特定封包；其中，該PON網路系統主要為複數個ONU經由該分解器連接於一OLT(Optical Line Termination，局端)的架構；B)使各該ONU將前述之特定封包經由一網路隧道傳輸技術傳送至一頻寬分析器；C)以該頻寬分析器分析前述特定封包本身之資訊或與前後封包之關聯性，進而產生一會談狀態資訊(Session State Information)，並儲存於一資料庫中；以及D)該OLT取用該資料庫中的會談狀態資訊，並藉由一SDBA(Session-Based Dynamic Bandwidth Allocation，以會談為基礎之動態頻寬分配)機制來動態分配頻寬；其中以GPON(Gigabit Passive Optical Network，千兆被動光纖網路)為例，該SDBA機制為，ONU藉由GTC Frame(GPON Transmission Convergence,GPON傳輸匯聚框)的DBAu Report回報傳送緩衝區(Sending Buffer)狀態，以動態請求頻寬，在該OLT決定頻寬分配後，透過GTC Frame的BWmap(Bandwidth Map，頻寬映射)指定各個ONU上行傳輸之起始點與期間，進而控制各ONU上行頻寬資源的使用。
較佳地，於步驟A)中，各該複製的封包中具有IGMP(Internet Group Management Protocol，網際網路群組管理協定)封包、RTSP(Real Time Streaming Protocol，即時 串流協定)封包或SIP(Session Initiation Protocol，會談發起協定)封包；該探聽裝置以會談分類的方式將複製的封包過濾出特定封包時，係依IGMP封包、RTSP封包或SIP封包的格式來進行分類。
較佳地，於步驟C)中，在該頻寬分析器進行分析時，若分析的封包為RTSP封包時，係分析每一RTSP封包先後之關聯性，並分析該RTSP封包的SDP(Session Description Protocol，會談描述協定)會談內容，取得媒體格式資訊並推算每一會談所需資料頻寬大小，進而形成該會談狀態資訊。
較佳地，於步驟C)中，在該頻寬分析器進行分析時，若分析的封包為IGMP封包時，係將該IGMP封包中的來源端MAC位址、來源端IP位址和群播群組位址等資訊進行關聯性的結合，藉此動態維護一IGMP成員關係表，進而形成該會談狀態資訊。
較佳地，於步驟C)中，在該頻寬分析器進行分析時，若分析的封包為SIP封包時，係將該SIP封包的SDP資訊，擷取所需的媒體資訊，並透過比對一媒體頻寬參考表來推算每一會談所需之上行與下行頻寬，進而形成該會談狀態資訊。
較佳地，於步驟D)中，在進行SDBA機制來動態分配頻寬時，係額外預留資料傳輸量為(t4-t2+RTT(ONUn))×(BWu(ONUn)，其中t2為OLT收到ONUn(第n個ONU)回報Buffer(緩衝區)狀態的時間，t4為 OLT送出ONUn頻寬分配資訊的時間，RTT(ONUn)為OLT至ONUn之Round-Trip Time(同一個封包的來回時間)，BWu(ONUn)為頻寬分析器所分析之該ONUn之會談應用所需上行頻寬。
為了詳細說明本發明之技術特點所在，茲舉以下之較佳實施例並配合圖式說明如後，其中：如第一圖至第三圖所示，本發明一較佳實施例所提供之一種應用於被動光纖網路之會談動態頻寬分配方法，主要具有下列步驟：
A)在一個PON(Passive Optical Network，被動光纖網路)的網路系統11下，對各個ONU(Optical Network Unit,光纖網路單元)12傳送至一分解器(splitter)14的封包加以複製，並將複製的封包經由該ONU 12本身所具有的一探聽裝置22(Snooping Agent)以會談分類的方式過濾出特定封包；其中，該PON網路系統11主要為複數個ONU 12經由該分解器14連接於一OLT(Optical Line Termination,局端)16的架構。前述各該複製的封包中具有IGMP(Internet Group Management Protocol，網際網路群組管理協定)封包、RTSP(Real Time Streaming Protocol，即時串流協定)封包或SIP(Session Initiation Protocol，會談發起協定)封包；該探聽裝置22以會談分類的方式將複製的封包過濾出特定封包時，係依IGMP封包、RTSP封包或SIP封包的格式 來進行分類。
B)使各該ONU 12將前述之特定封包經由一網路隧道傳輸技術傳送至一頻寬分析器26。於本實施例中，該網路隧道傳輸技術所使用的網路隧道，在第一圖中係以圖號24之元件表示，其係傳輸於現有PON網路線路或專屬線路。
C)以該頻寬分析器26分析前述特定封包本身之資訊或與前後封包之關聯性，進而產生一會談狀態資訊(Session State Information)，並儲存於一資料庫28中。其中，在該頻寬分析器26進行分析時，若分析的封包為RTSP封包時，係分析每一RTSP封包先後之關聯性，並分析該RTSP封包的SDP(Session Description Protocol，會談描述協定)會談內容，取得媒體格式資訊並推算每一會談所需資料頻寬大小，進而形成該會談狀態資訊。若分析的封包為IGMP封包時，係將該IGMP封包中的來源端MAC位址、來源端IP位址和群播群組位址等資訊進行關聯性的結合，藉此動態維護一IGMP成員關係表，進而形成該會談狀態資訊。若分析的封包為SIP封包時，係將該SIP封包的SDP資訊，擷取所需的媒體資訊，並透過比對一媒體頻寬參考表來推算每一會談所需之上行與下行頻寬，進而形成該會談狀態資訊。前述之IGMP成員關係表及媒體頻寬參考表，係為所屬技術領域中具有通常知識者所能理解者，容不以圖式或表格表示之。
D)該OLT 16取用該資料庫28中的會談狀態資訊，並 藉由一SDBA(Session-Based Dynamic Bandwidth Allocation，以會談為基礎之動態頻寬分配)機制來動態分配頻寬；其中，以GPON網路為例，該SDBA機制為，ONU 12藉由GTC Frame(GPON Transmission Convergence frame,GPON傳輸匯聚框)的DBAu(Dynamic Bandwidth Reporting Upstream)回報傳送緩衝區(Sending Buffer)狀態，以動態請求頻寬，在該OLT 16決定頻寬分配後，透過GTC Frame的BWmap(Bandwidth Map，頻寬映射)指定各個ONU 12上行傳輸之起始點與期間，進而控制各ONU 12上行頻寬資源的使用。於第一圖中，該OLT 16係更經由網際網路91連接於其他伺服器92或電腦93，此僅為外接之應用部分，與本案之申請重點無關，容不贅述。
於前述步驟D)中，如第三圖所示，以現有習知GPON SR DBA的計算方法為基礎而言，須額外事先預估(t5-t1)×BWu(ONUn)的會談應用資料傳輸量。其中t1為ONUn回報Buffer(緩衝區)狀態的時間，t5為ONU 12收到OLT 16指定頻寬分配資訊的時間，BWu(ONUn)為頻寬分析器26所分析之該ONUn之會談應用所需上行頻寬；而會談應用頻寬必須額外預留資料傳輸量。
同樣如第三圖所示，在不採用前述習知SR DBA的計算方法，而改為使用SDBA機制來動態分配頻寬時，則額外預留資料傳輸量為(t4-t2+RTT(ONUn))×(BWu(ONUn)。其中t2為OLT 16收到ONUn(第n個ONU)回報Buffer(緩衝區)狀態的時間，t4為OLT 16送出ONUn頻寬分配資訊 的時間，RTT(ONUn)為OLT 16至ONUn之Round-Trip Time(同一個封包的來回時間)，BWu(ONUn)為頻寬分析器26所分析之該ONUn之會談應用所需上行頻寬。
須補充說明的是，前述實施例雖以GPON(千兆被動光纖網路)為例，但並不限制於GPON，一般的被動光纖網路(PON)亦能使用本發明之技術來分配頻寬，亦即，本發明並不以應用於GPON為限制。
上述步驟利用了會談頻寬分析以及SDBA機制的整合，可以事先額外給予會談網際網路應用即時串流所需之頻寬資源，可以保證即時會談應用所需之上行頻寬資源之外，並且能準確地動態分配頻寬，使得通話品質更為穩定。
11‧‧‧PON網路系統
12‧‧‧ONU(光纖網路單元)
14‧‧‧分解器
16‧‧‧OLT(局端)
22‧‧‧探聽裝置
24‧‧‧網路隧道
26‧‧‧頻寬分析器
28‧‧‧資料庫
91‧‧‧網際網路
92‧‧‧伺服器
93‧‧‧電腦
第一圖係本發明一較佳實施例之方塊示意圖。
第二圖係本發明一較佳實施例之資料流程圖。
第三圖係本發明一較佳實施例之頻寬請求與計算之時序圖。
11‧‧‧PON網路系統
12‧‧‧ONU(光纖網路單元)
14‧‧‧分解器
16‧‧‧OLT(局端)
22‧‧‧探聽裝置
24‧‧‧網路隧道
26‧‧‧頻寬分析器
28‧‧‧資料庫
91‧‧‧網際網路
92‧‧‧伺服器
93‧‧‧電腦

Claims (7)

  1. 一種應用於被動光纖網路之會談動態頻寬分配方法，包含有下列步驟：A)在一個PON(Passive Optical Network，被動光纖網路)的網路系統下，對各個ONU(Optical Network Unit，光纖網路單元)傳送至一分解器(Splitter)的封包加以複製，並將複製的封包經由該ONU本身所具有的一探聽裝置(Snooping Agent)以會談分類的方式過濾出特定封包；其中，該PON網路系統主要為複數個ONU經由該分解器連接於一OLT(Optical Line Termination，局端)的架構；B)使該等ONU將前述之特定封包經由一網路隧道傳輸技術傳送至一頻寬分析器；C)以該頻寬分析器分析前述特定封包本身之資訊或與前後封包之關聯性，進而產生一會談狀態資訊(Session State Information)，並儲存於一資料庫中；以及D)該OLT取用該資料庫中的一會談狀態資訊，並藉由一SDBA(Session-Based Dynamic Bandwidth Allocation，以會談為基礎之動態頻寬分配)機制來動態分配頻寬；其中，以GPON網路為例，該SDBA機制為，該等ONU藉由GTC Frame(GPON Transmission Convergence,GPON傳輸匯聚框)的DBAu Report回報傳送緩衝區(Sending Buffer)狀態，以動態請求頻寬，在該OLT決定頻寬分配後，透過GTC Frame的BWmap(Bandwidth Map，頻寬映射)指定該等ONU上行傳輸之起始點與期間，進而控制該等ONU上行頻寬資源 的使用。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述之應用於被動光纖網路之會談動態頻寬分配方法，其中：於步驟A)中，該等複製的封包中具有一IGMP(Internet Group Management Protocol，網際網路群組管理協定)封包、一RTSP(Real Time Streaming Protocol，即時串流協定)封包或一SIP(Session Initiation Protocol，會談發起協定)封包；該探聽裝置以會談分類的方式將複製的封包過濾出特定封包時，係依IGMP封包、RTSP封包或SIP封包的格式來進行分類。
  3. 依據申請專利範圍第2項所述之應用於被動光纖網路之會談動態頻寬分配方法，其中：於步驟C)中，在該頻寬分析器進行分析時，若分析的封包為該RTSP封包時，係分析該RTSP封包先後之關聯性，並分析該RTSP封包的SDP(Session Description Protocol，會談描述協定)會談內容，取得媒體格式資訊並推算每一會談所需資料頻寬大小，進而形成該會談狀態資訊。
  4. 依據申請專利範圍第2項所述之應用於被動光纖網路之會談動態頻寬分配方法，其中：於步驟C)中，在該頻寬分析器進行分析時，若分析的封包為該IGMP封包時，係將該IGMP封包中的來源端MAC位址、來源端IP位址和群播群組位址等資訊進行關聯性的結合，藉此動態維護一IGMP成員關係表，進而形成該會談狀態資訊。
  5. 依據申請專利範圍第2項所述之應用於被動光纖網路之會談動態頻寬分配方法，其中：於步驟C)中，在該頻 寬分析器進行分析時，若分析的封包為該SIP封包時，係將該SIP封包的SDP資訊，擷取所需的媒體資訊，並透過比對一媒體頻寬參考表來推算每一會談所需之上行與下行頻寬，進而形成該會談狀態資訊。
  6. 依據申請專利範圍第1項所述之應用於被動光纖網路之會談動態頻寬分配方法，其中：於步驟D)中，在進行SDBA機制來動態分配頻寬時，係額外預留資料傳輸量為(t4-t2+RTT(ONUn))×(BWu(ONUn)，其中t2為該OLT收到ONUn(第n個ONU)回報Buffer(緩衝區)狀態的時間，t4為該OLT送出ONUn頻寬分配資訊的時間，RTT(ONUn)為該OLT至ONUn之Round-Trip Time(同一個封包的來回時間)，BWu(ONUn)為一頻寬分析器所分析之ONUn之會談應用所需上行頻寬。
  7. 依據申請專利範圍第1項所述之應用於被動光纖網路之會談動態頻寬分配方法，其中：於步驟B)中，該網路隧道傳輸技術所使用的網路隧道，係傳輸於現有GPON網路線路或專屬線路。
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