一种基于软件定义的光接入网系统及其实现方法与流程

本发明涉及光通信技术领域，具体涉及一种基于软件定义的光接入网系统及其实现方法。

背景技术：

随着三网融合进程的加快和互联网中新兴业务的迅猛发展，接入网中的业务呈现多样化与复杂化。日益增多的家庭和商业用户一方面希望获得更大的接入带宽，另一方面希望能够灵活精细地对自身业务带宽进行控制，因此，人们对光接入网提出了更高的要求，除了进一步将传统1G PON(passive optical network，无源光网络)升级到10G PON以外，更希望其能具备智能、开放和灵活管控等特点，而传统接入网系统采用预先配置的管理模式，用户和业务的带宽以及服务等级在网络开通时就已固定，不易更改，造成带宽分配以及业务自动发现过程不够灵活，很难满足上述需求。

软件定义网络(SDN)作为一种新型的网络架构，将网络控制与转发相分离，并对底层物理设备实行可编程化控制，实现网络的开放与灵活管控。目前，SDN已经在多个领域得到运用，如数据中心、光传送网等等，而将SDN思想运用到光接入网来实现接入网系统的开放与灵活管控，也受到越来越多人的关注与研究。

SDN主要运用于网状网络中，通过控制器对全局信息的掌控，合理地对不同业务流进行路由，使网络资源的利用率最大化。而对于接入网，其拓扑属于点到多点的树形结构，所有业务流都是在光线路终端(OLT，optical line terminal)与光网络单元(ONU，optical network unit)间进行传输，不存在路由问题，与SDN最初的应用场景不符，因此，如何在充分考虑作为PON核心的媒体接入层的带宽分配、用户接入注册等功能的基础上，针对现有PON系统带宽分配以及自动发现过程不够灵活的缺陷，对光接入网进行SDN化，已成为亟需解决问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是在充分考虑作为PON核心的媒体接入层的带宽分配、用户接入注册等功能的基础上，针对现有PON系统带宽分配以及自动发现过程不够灵活的缺陷，对光接入网进行SDN化的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种基于软件定义的光接入网系统，包括SDN控制器和光线路终端，其中，所述SDN控制器包括带宽分配模块、ONU注册管理模块、存储网络状态信息和ONU在线信息的数据库以及南向协议接口；所述光线路终端包括一个南向协议代理；

所述带宽分配模块根据所述数据库中的网络状态信息计算各个ONU的带宽分配参数，并通过所述南向协议接口发送给所述南向协议代理；所述南向协议代理解析带宽分配参数，并传送给传输汇聚层的动态带宽分配模块；所述动态带宽分配模块更新带宽分配算法中相应的带宽分配参数，重新进行各个ONU的带宽分配，并周期性的将带宽分配统计通过所述南向协议代理上报所述SDN控制器，更新所述数据库网络状态信息，所述带宽分配模块重新进行带宽分配参数计算；

所述ONU注册管理模块发起一个自动发现过程，并通过所述南向协议接口告知所述南向协议代理；所述南向协议代理将自动发现过程发起信令告知传输汇聚层；所述传输汇聚层根据ITU-TG984.3中定义的自动发现流程进行ONU注册激活，并在ONU注册成功后，将ONU的统计信息发送给SDN控制器，更新数据库13中ONU在线信息；所述ONU注册管理模块根据ONU在线信息调整下一次发起自动发现过程的开启参数。

本发明还提供一种基于软件定义的光接入网系统的实现方法，包括以下步骤：

在GPON的光线路终端上行方向添加SDN控制器对带宽分配及ONU接入注册进行实时监控、调整，并在光线路终端中添加南向协议代理，实现SDN控制器与光线路终端通过南向协议进行通信；

对于带宽分配：

SDN控制器中带宽分配模块根据网络状态信息计算各个ONU的带宽分配参数，并通过南向协议发送给传输汇聚层；

南向协议代理解析带宽分配参数，发给传输汇聚层的动态带宽分配模块，更新其自身带宽分配算法中相应的带宽分配参数，并根据新更新的带宽分配参数和ITU-T G984.3标准中定义的信令交互协议对各个ONU进行带宽分配；

动态带宽分配模块周期性的将带宽分配统计信息通过南向协议代理上报给SDN控制器，更新数据库中网络状态信息；

根据更新后的网络状态信息，重新计算不同ONU带宽分配的参数，并开始下一轮带宽分配流程；

对于ONU接入注册：

SDN控制器中ONU注册管理模块发起一个自动发现过程，并告知南向协议代理；

南向协议代理将自动发现过程发起信令告知传输汇聚层；

传输汇聚层根据ITU-T G984.3中定义的自动发现流程进行ONU注册激活，并在ONU注册成功后，将ONU的统计信息上报给SDN控制器，更新数据库中的ONU在线信息，

根据更新的ONU在线信息计算下一次自动发现过程的开启参数。

在上述方法中，所述南向协议为Openflow协议、简单网络管理协议、TR-069协议或者PON网管系统本身南向标准协议。

在上述方法中，

当GPON整体流量较小时，SDN控制器增大各个ONU的带宽分配参数；

当GPON整体流量较大时，SDN控制器降低各个ONU的带宽分配参数。

在上述方法中，ITU-T G984.3标准中定义的带宽分配信令交互协议只在GPON内进行，SDN控制器只是周期性对存储在传输汇聚层动态带宽分配模块中的带宽分配参数进行控制，不直接与ONU有信令交互。

在上述方法中，带宽分配统计信息上报周期为DBA周期的任意整数倍。

在上述方法中，

当GPON内ONU在线数量较大时，SDN控制器降低自动发现过程的发起频率以及自动发现的安静窗口大小；

当GPON内ONU在线数量较小时，SDN控制器增大自动发现过程的发起频率以及自动发现的安静窗口大小。

本发明通过在GPON中光线路终端上行方向添加SDN控制器对带宽分配以及ONU接入注册进行实时监控、调整，并在光线路终端中添加南向协议代理，解决SDN控制器与光线路终端之间的互相通信问题，从而使GPON传输汇聚层的控制上移到SDN控制器上，实现对GPON网络的带宽分配以及ONU接入注册的灵活控制、调整，有效地降低系统延时，提高了网络带宽的利用率。

附图说明

图1为本发明提供一种基于软件定义的光接入网系统的结构示意图；

图2为本发明中带宽分配的流程图；

图3为本发明中ONU接入注册的流程图。

具体实施方式

本发明针对现有PON系统带宽分配以及自动发现过程不够灵活的缺陷，对光接入网进行SDN化，提供了一种既可以实时根据GPON内流量情况调整不同ONU分配的带宽，又可以根据ONU实际在线数来确定合适的自动发现窗口的方案，使网络资源的利用率最大化。

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明做出详细的说明。

如图1所示，本发明提供的一种基于软件定义的光接入网系统，包括SDN控制器10和光线路终端OLT。其中，SDN控制器10包括带宽分配模块11、ONU注册管理模块12、存储网络状态信息和ONU在线信息的数据库13以及与光线路终端OLT通信的南向协议接口14；光线路终端OLT包括一个南向协议代理21，用来与SDN控制器10的南向协议接口通信，其余部分与GPON OLT相同，如包括传输汇聚层的PLOAM(物理层操作管理和维护)、OMCI(ONU管理和控制接口)、Embedded OAM(嵌入式操作管理和维护)以及DBA模块(动态带宽分配模块)等，在此不再赘述。需要说明的是，在GPON系统中，PLOAM、OMCI以及Embedded OAM模块负责GPON系统中的带宽分配及ONU注册管理，在本发明中主要是提供相应的硬件接口，与SDN控制器10进行通信。

SDN控制器10的带宽分配模块11根据数据库13中的网络状态信息计算各个ONU的带宽分配参数，并通过南向协议接口14发送给南向协议代理21，用于指导OLT对ONU的带宽请求进行合理的带宽分配；南向协议代理21对带宽分配参数进行解析，并传送给光线路终端OLT传输汇聚层的DBA(动态带宽分配)模块，DBA模块更新其带宽分配算法中相应的带宽分配参数，重新进行各个ONU的带宽分配，并周期性的将带宽分配统计通过南向协议代理21上报给SDN控制器10，更新数据库13的网络状态信息，带宽分配模块11根据更新的网络状态信息重新进行带宽分配参数计算，开始下一轮带宽分配。

SDN控制器10的ONU注册管理模块12发起一个自动发现过程，并通过南向协议接口14告知南向协议代理21；南向协议代理21将接收到的自动发现过程发起信令后告知传输汇聚层，传输汇聚层根据ITU-TG984.3中定义的自动发现流程进行ONU注册激活，并在ONU注册成功后，将ONU的统计信息发送给SDN控制器10，SDN控制器10对上报的ONU统计信息进行处理，并存储在数据库13中，更新ONU在线信息，ONU注册管理模块12根据更新的ONU在线信息调整下一次发起自动发现过程的开启参数(发起频率与安静窗口大小)。

本发明适用于GPON系统为ITU-T标准下的1G GPON系统或者是ITU-T标准下的10G GPON系统。SDN控制器10与光线路终端OLT通过相应的南向协议进行通信；南向协议代理21与GPON的传输汇聚层通过OLT本身的硬件接口进行通信。

本发明提供的一种基于软件定义的光接入网系统的实现方法，包括以下步骤：

在GPON中光线路终端上行方向添加SDN控制器对带宽分配以及ONU接入注册进行实时监控、调整，从而使GPON传输汇聚层的控制上移到SDN控制器上，实现对GPON网络的带宽分配以及ONU接入注册的灵活控制，并在光线路终端中添加南向协议代理，实现SDN控制器与光线路终端通过南向协议进行通信；

如图2所示，对于带宽分配，包括如下步骤：

步骤S11、SDN控制器中带宽分配模块根据网络状态信息计算各个ONU的带宽分配参数(具体为传输容器T-CONT的参数，各个参数所涉及的含义由ITU-T G984.3标准所规定)，并通过南向协议(南向协议为Openflow协议、简单网络管理协议(SNMP)、TR-069协议或者PON网管系统本身南向标准协议等)发送给OLT的传输汇聚层，用于指导OLT对ONU的带宽请求进行合理的带宽分配。

在步骤S11中，当GPON整体流量较小时，SDN控制器会增大各个ONU的带宽分配参数，使得各个ONU在自己的分配时隙中能尽可能地传完所有的数据，降低ONU数据延时；而当GPON整体流量较大时，SDN控制器会降低个ONU的带宽分配参数，防止负荷较大的ONU抢占过多的带宽，影响ONU数据传输的公平性和延时。

步骤S12、南向协议代理解析带宽分配参数，发给传输汇聚层的DBA模块，DBA模块根据收到的带宽分配参数更新自身带宽分配算法中相应的带宽分配参数，OLT根据新更新的带宽分配参数和ITU-T G984.3标准中定义的信令交互协议对各个ONU进行带宽分配。

在步骤S12中，ITU-T G984.3标准中定义的带宽分配信令交互协议只在GPON内进行，SDN控制器只是周期性对存储在OLT传输汇聚层DBA模块中的带宽分配参数进行控制，而不直接与ONU有信令交互。

步骤S13、DBA模块周期性的将带宽分配统计信息通过南向协议代理上报给SDN控制器，带宽分配统计信息上报周期(控制器与OLT的交互周期)以DBA周期为基准，用户可以设定带宽分配统计上报周期为M个DBA周期，M可以为任意整数，这样，经过M个DBA周期以后，DBA模块会将M个DBA周期的带宽分配统计信息上报给SDN控制器。

步骤S14、统计在周期性上报的带宽分配统计信息中，不同ONU的带宽请求以及实际分配的带宽大小，并存储在数据库中，更新网络状态信息。

步骤S15、根据更新后的网络状态信息，重新计算不同ONU的带宽分配参数，并开始下一轮带宽分配流程。

如图3所示，对于ONU接入注册,包括如下步骤：

步骤S21、SDN控制器中ONU注册管理模块发起一个自动发现过程，并告知南向协议代理。

步骤S22、南向协议代理接收到自动发现过程发起信令后，将其命令告知OLT的传输汇聚层。

步骤S23、OLT的传输汇聚层接收到自动发现过程发起命令后，根据ITU-T G984.3中定义的自动发现流程进行ONU注册激活。

步骤S24、ONU注册成功后，OLT将ONU的统计信息上报给SDN控制器。

步骤S25、SDN控制器对上报的ONU统计信息进行处理，并存储在数据库中，更新ONU在线信息，在根据更新的ONU在线信息计算下一次自动发现过程的开启参数。

在本发明中，当GPON内在线ONU在线数量较大时，SDN控制器将降低自动发现过程的发起频率以及自动发现的安静窗口大小，提高GPON带宽的利用率；当GPON内在线ONU在线数量较小时，SDN控制器增大自动发现过程的发起频率以及自动发现的安静窗口大小，保证ONU的注册效率。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。