GPON网络C类光链路保护倒换优化方法

摘要

一种GPON网络C类光链路保护倒换优化方法，将C类光链路保护倒换GPON网络中的所有OLT都连接到SDN控制器，组成基于SDN架构的C类光链路保护倒换GPON网络，在OLT和ONU之间建立主光链路的过程中，SDN控制器进行光链路建立优化控制，使得GPON网络中的主光链路符合光链路负载均衡要求，在OLT和ONU之间发生了光链路保护倒换之后，SDN控制器对GPON网络中的光链路保护倒换进行优化控制，使得GPON网络中的主光链路符合光链路负载均衡要求。本发明由SDN控制器自动计算完成光链路保护倒换，简化了网络维护工作，既能保证光网络的可靠性，又能把ONU业务均衡到OLT的主用PON接口和备用PON接口上。

说明书

技术领域

本发明涉及一种GPON（吉比特无源光网络，gigabit passive optical network）网络C类光链路保护倒换优化方法，尤其涉及一种基于SDN（自防御网络，Self-Defending Network）的GPON网络C类光链路保护倒换优化方法。

背景技术

为了提高光网络的可靠性和健壮性，可在PON（无源光网络，Passive Optical Network）系统中采用光链路保护倒换机制。光链路保护主要有四种类型。如图1所示，是C类光链路保护，具有以下特点：

1、OLT（光线路终端，Optical Line Terminal）双PON接口，主用、备用的PON接口均处于工作状态（热备份）。OLT应保证主用PON接口的业务信息能够同步备份到备用PON接口，使得保护倒换过程中，备用PON接口能维持ONU（光网络单元，Optical Network Unit）的业务属性不变。

2、光分路器：使用2个1:N光分路器。

3、ONU采用一个PON MAC和两个光模块，正常情况下备用的光模块处于冷备用状态。ONU的两个光模块分别连接到OLT的主用和备用PON接口。

4、         ONU和OLT均检测链路状态，并根据链路状态决定是否倒换。

为了防止光链路中断，导致ONU业务丢失，传统的办法就是采用光链路保护倒换机制。在GPON系统中，光链路保护倒换的触发条件包括：

1、输入光信号丢失（LOS）；

2、输入通道信道劣化：

2.1、输入光信号功率过高或过低；

2.2、误码率越限；

3、设备硬件故障：

3.1、光模块故障；

3.2、PON MAC芯片故障（适用于不同PON MAC芯片之间保护的情况）；

3.3、板卡故障（适用于PON板间保护的情况）；

对于OLT和ONU设备而言，当检测到上述物理层故障时，应连续检测转换保护时间switching guard time（4帧时间），如该故障一直存在则正式确认该光链路失效事件，如在switching guard time内该故障得到恢复，则不确认该光链路失效事件。

当OLT检测到特定PON接口下任何一个处于激活状态的ONU的上行光链路发生光链路保护倒换触发事件时，OLT 应立即停止向该ONU发送下行光信号，并将该ONU的流量倒换到备用PON接口上（即逐个对失效的光链路进行倒换），并通过备用PON接口向ONU发送 POPUP 消息。ONU在检测到上述光链路失效事件后，应立即将业务倒换到备用PON接口，并进入POPUP状态，ONU在接收到OLT发过来的POPUP消息以后，重新开始测距，直到进入运行态，ONU业务开始恢复。

上述传统的光链路保护倒换机制在某种极端的情况下，ONU业务可能全部集中在OLT主用或备用PON接口上。原有的网络不是基于SDN架构，而是分布式控制的，很难感知光链路的变化，一旦光链路发生变化，网络管理员需要强制倒换。如果管理员强制倒换，必须要求网络管理员清楚地了解整个光网络的链路状态。对于一个较大规模的网络，这项工作显然不够轻松，而且非常容易出错。

发明内容

本发明提供一种GPON网络C类光链路保护倒换优化方法，基于SDN架构，由SDN控制器自动计算完成光链路保护倒换，简化了网络维护工作，既能保证光网络的可靠性，又能把ONU业务均衡到OLT的主用PON接口和备用PON接口上。

为了达到上述目的，本发明提供一种GPON网络C类光链路保护倒换优化方法，包含以下步骤：

建立基于SDN架构的C类光链路保护倒换GPON网络，将C类光链路保护倒换GPON网络中的所有OLT都连接到SDN控制器，组成基于SDN架构的C类光链路保护倒换GPON网络；

在OLT和ONU之间建立主光链路的过程中，SDN控制器进行光链路建立优化控制，使得GPON网络中的主光链路符合光链路负载均衡要求；

在OLT和ONU之间发生了光链路保护倒换之后，SDN控制器对GPON网络中的光链路保护倒换进行优化控制，使得GPON网络中的主光链路符合光链路负载均衡要求；

所述的光链路负载均衡要求包含：使得GPON网络中建立在OLT的主用PON接口上的主光链路的数量M等于建立在OLT的备用PON接口上的主光链路的数量N，或者使得建立在OLT的主用PON接口上的主光链路的数量M与建立在OLT的备用PON接口上的主光链路的数量N之间的差值小于等于1。

当OLT和ONU之间建立主光链路的时候，OLT将主光链路建立信息上报给SDN控制器，所述的主光链路建立信息包含：建立主光链路的OLT的PON接口id和ONU的id。

SDN控制器进行光链路建立优化控制包含以下步骤：

如果SDN控制器收到了主光链路建立信息，则SDN控制器分别统计GPON网络中OLT上主用PON接口的主光链路数目M和备用PON接口的主光链路数目N，若M>N，则SDN控制器控制OLT和ONU之间的主光链路建立在OLT的备用PON接口上，若M≤N，则SDN控制器控制OLT和ONU之间的主光链路建立在OLT的主用PON接口上。

当OLT和ONU之间发生了光链路保护倒换之后，OLT需要将光链路保护倒换信息上报给SDN控制器，所述的光链路保护倒换信息包含：倒换前的OLT的PON接口id、ONU 的id、以及倒换后的OLT的PON接口id和ONU的id。

SDN控制器对GPON网络中的光链路保护倒换进行优化控制包含以下步骤：

步骤S3.1、如果SDN控制器收到了光链路保护倒换信息，则进行步骤S3.2；

步骤S3.2、SDN控制器计算GPON网络中的光链路负载，即，分别统计GPON网络中OLT上主用PON接口的主光链路数目M和备用PON接口的主光链路数目N；

步骤S3.3、SDN控制器判断M和N的和是否为偶数，若是，进行步骤S3.6，若否，进行步骤S3.4；

步骤S3.4、SDN控制器判断M和N之间的差值是否小于等于1，若是，则结束优化，若否，进行步骤S3.5；

步骤S3.5、SDN控制器将M和N中较大的数目减一，进行步骤S3.6；

步骤S3.6、SDN控制器判断M是否大于N，若是，进行步骤S3.7，若否，进行步骤S3.9；

步骤S3.7、除了步骤S3.1中发生了光链路倒换的OLT以外，SDN控制器随机选择一个OLT，对其主用PON接口上的主光链路进行强制切换，将切换到备用PON接口上，进行步骤S3.8；

步骤S3.8、SDN控制器判断M是否大于N，若是，进行步骤S3.7，若否，则结束优化；

步骤S3.9、SDN控制器判断M是否等于N，若是，则结束优化，若否，进行步骤S3.10；

步骤S3.10、除了步骤S3.1中发生了光链路倒换的OLT以外，SDN控制器随机选择一个OLT，对其备用PON接口上的主光链路进行强制切换，切换到主用PON接口上，进行步骤S3.11；

步骤S3.11、SDN控制器判断N是否大于M，若是，进行步骤S3.10，若否，则结束优化。

所述的步骤S3.2中，SDN控制器根据OLT上报的光链路保护倒换信息和网络拓扑信息计算GPON网络中OLT上主用PON接口的主光链路数目M和备用PON接口的主光链路数目N。

所述的步骤S3.7和步骤S3.10中，SDN控制器对主光链路进行强制切换包含以下步骤：

SDN控制器发送私有的Experimenter报文给选定的OLT，通知OLT进行强制光链路保护倒换；

被选定的OLT接收到私有的Experimenter报文，获得ONU id信息、源PON接口id信息和目的PON接口id信息；

OLT进行OLT侧倒换；

OLT将私有的Experimenter报文转化成私有的OMCI消息通过目的PON接口发送给ONU，通知ONU进行ONU侧倒换；

ONU进行ONU侧倒换。

所述的OLT进行OLT侧倒换包含：OLT立即停止向该ONU发送下行光信号，并将该ONU的流量从源PON接口倒换到目的PON接口上，并通过目的PON接口向ONU发送 POPUP消息。

所述的ONU进行ONU侧倒换包含：ONU接收到私有的OMCI消息后，立即将业务倒换到目的PON接口，并进入POPUP状态，ONU在接收到OLT发过来的POPUP消息以后，重新开始测距，直到进入运行态，ONU业务开始恢复。

所述的私有的Experimenter报文格式包含：

版本；

类型；

长度；

事务ID；

报文值；

报文类型；

源PON接口id信息；

目的PON接口id信息；

ONU id信息；

预留字段；

其中，报文值、报文类型、源PON接口id信息、目的PON接口id信息和ONU id信息是私有扩展字段。

本发明基于SDN架构，由SDN控制器自动计算完成光链路保护倒换，简化了网络维护工作，既能保证光网络的可靠性，又能把ONU业务均衡到OLT的主用PON接口和备用PON接口上。

附图说明

图1是背景技术中C类光链路保护的GPON网络结构示意图。

图2是本发明提供的一种GPON网络C类光链路保护倒换优化方法的流程图。

图3是SDN控制器进行光链路建立优化控制的流程图。

图4是SDN控制器对GPON网络中的光链路保护倒换进行优化控制的流程图。

图5是SDN控制器对主光链路进行强制切换的流程图。

图6是私有的Experimenter报文的格式。

具体实施方式

以下根据图2～图6，具体说明本发明的较佳实施例。

如图2所示，本发明提供一种GPON网络C类光链路保护倒换优化方法，包含以下步骤：

步骤S1、建立基于SDN架构的C类光链路保护倒换GPON网络。

将C类光链路保护倒换GPON网络中的所有OLT都连接到SDN控制器，组成基于SDN架构的C类光链路保护倒换GPON网络。

步骤S2、在OLT和ONU之间建立主光链路的过程中，SDN控制器进行光链路建立优化控制，使得GPON网络中建立在OLT的主用PON接口上的主光链路的数量M等于建立在OLT的备用PON接口上的主光链路的数量N，或者使得建立在OLT的主用PON接口上的主光链路的数量M与建立在OLT的备用PON接口上的主光链路的数量N之间的差值小于等于1。

步骤S3、在OLT和ONU之间发生了光链路保护倒换之后，SDN控制器对GPON网络中的光链路保护倒换进行优化控制，使得GPON网络中建立在OLT的主用PON接口上的主光链路的数量M等于建立在OLT的备用PON接口上的主光链路的数量N，或者使得建立在OLT的主用PON接口上的主光链路的数量M与建立在OLT的备用PON接口上的主光链路的数量N之间的差值小于等于1。

所述的步骤S2中，当OLT和ONU之间建立主光链路的时候，OLT需要将主光链路建立信息上报给SDN控制器。

所述的主光链路建立信息包含：建立主光链路的OLT的PON接口id和ONU的id。

如图3所示，所述的步骤S2包含以下步骤：

步骤S2.1、如果SDN控制器收到了主光链路建立信息，则进行步骤S2.2。

步骤S2.2、SDN控制器计算GPON网络中的光链路负载，即，分别统计GPON网络中OLT上主用PON接口的主光链路数目M和备用PON接口的主光链路数目N。

步骤S2.3、SDN控制器判断M和N的大小，若M>N，则进行步骤S2.4，若M≤N，则进行步骤S2.5。

步骤S2.4、SDN控制器控制OLT和ONU之间的主光链路建立在OLT的备用PON接口上。

步骤S2.5、SDN控制器控制OLT和ONU之间的主光链路建立在OLT的主用PON接口上。

在所述的步骤S3中，当OLT和ONU之间发生了光链路保护倒换之后，OLT需要将光链路保护倒换信息上报给SDN控制器。

所述的光链路保护倒换信息包含：倒换前的OLT的PON接口id、ONU 的id、以及倒换后的OLT的PON接口id和ONU的id。

所述的步骤S3包含以下步骤：

步骤S3.1、如果SDN控制器收到了光链路保护倒换信息，则进行步骤S3.2。

步骤S3.2、SDN控制器计算GPON网络中的光链路负载，即，分别统计GPON网络中OLT上主用PON接口的主光链路数目M和备用PON接口的主光链路数目N。

步骤S3.3、SDN控制器判断M和N的和是否为偶数，若是，进行步骤S3.6，若否，进行步骤S3.4。

步骤S3.4、SDN控制器判断M和N之间的差值是否小于等于1，若是，则结束优化，若否，进行步骤S3.5。

步骤S3.5、SDN控制器将M和N中较大的数目减一（则M和N的和变为偶数），进行步骤S3.6。

步骤S3.6、SDN控制器判断M是否大于N，若是，进行步骤S3.7，若否，进行步骤S3.9。

步骤S3.7、除了步骤S3.1中发生了光链路倒换的OLT以外，SDN控制器随机选择一个OLT，对其主用PON接口上的主光链路进行强制切换，将切换到备用PON接口上，进行步骤S3.8。

步骤S3.8、SDN控制器判断M是否大于N，若是，进行步骤S3.7，若否，则结束优化。

步骤S3.9、SDN控制器判断M是否等于N，若是，则结束优化，若否，进行步骤S3.10。

步骤S3.10、除了步骤S3.1中发生了光链路倒换的OLT以外，SDN控制器随机选择一个OLT，对其备用PON接口上的主光链路进行强制切换，切换到主用PON接口上，进行步骤S3.11。

步骤S3.11、SDN控制器判断N是否大于M，若是，进行步骤S3.10，若否，则结束优化。

所述的步骤S3.2中，SDN控制器根据OLT上报的光链路保护倒换信息和网络拓扑信息（该网络拓扑信息包含交换机的链路连接结构以及信息交换速率，该网络拓扑信息根据LLDP报文计算获得）计算光链路负载，即，GPON网络中OLT上主用PON接口的主光链路数目M和备用PON接口的主光链路数目N。

如图5所示，所述的步骤S3.7和步骤S3.10中，SDN控制器对主光链路进行强制切换包含以下步骤：

步骤S4.1、SDN控制器发送私有的Experimenter报文给选定的OLT，通知OLT进行强制光链路保护倒换。

步骤S4.2、被选定的OLT接收到私有的Experimenter报文，获得ONU id信息、源PON接口id信息和目的PON接口id信息。

步骤S4.3、OLT进行OLT侧倒换。

OLT立即停止向该ONU发送下行光信号，并将该ONU的流量从源PON接口倒换到目的PON接口上，并通过目的PON接口向ONU发送 POPUP消息。

步骤S4.4、OLT将私有的Experimenter报文转化成私有的OMCI消息，并通过目的PON接口发送给ONU，通知ONU进行ONU侧倒换。

步骤S4.5、ONU进行ONU侧倒换。

ONU接收到私有的OMCI消息后，立即将业务倒换到目的PON接口，并进入POPUP状态，ONU在接收到OLT发过来的POPUP消息以后，重新开始测距，直到进入运行态，ONU业务开始恢复。

如图6所示，所述的私有的Experimenter报文格式包含：

版本（Version）；

类型（Type）；

长度（Length）；

事务ID（Transaction id）；

报文值（Experimenter）：Experimenter值为255（自定义的Experimenter报文id）需要向ONF（Open Networking Foundation，最早开始SDN标准化和推广工作的组织）组织申请；

报文类型（Experimenter type）：Experimenter type值为2表明是从SDN控制器方向到OLT；

源PON接口id信息（源PON id）：是指未进行光链路保护倒换时，主光链路是连接到OLT的源PON id；

目的PON接口id信息（目的PON id）：是指进行光链路保护倒换以后，主光链路是连接到OLT的目的PON id；

ONU id信息（ONU id）：是指需要进行光链路保护倒换的ONU；

预留字段（Reserved）：暂时不用，为以后扩充做准备。

其中，报文值（Experimenter）、报文类型（Experimenter type）、源PON接口id信息（源PON id）、目的PON接口id信息（目的PON id）和ONU id信息（ONU id）是私有扩展字段，版本（Version）、类型（Type）、长度（Length）、事务ID（Transaction id）和预留字段（Reserved）是原有定义字段。

所述的私有的OMCI消息的管理实体OPTICAL-LS-C包含以下属性：

管理实体id、工作OPTICAL-LS-C指针、保护OPTICAL-LS-C指针和保护动作。

所述的私有的OMCI消息的管理实体OPTICAL-LS-C的定义如下表所示：

                                                

其中，“ME”表示管理实体，“R”表示只读，“强制”表示必须存在，“R，W”表示可读可写，ONT（光网络终端，Optical Network Termination）是C类光链路保护的管理对象，ONT初始化完成以后，分别建立此对象的实例，一个表示工作侧，另一个表示保护侧。

本发明采用了SDN架构，SDN控制器能够感知光链路保护倒换的触发条件是否合适，然后集中统一计算，均衡负载，最后通过下发Experimenter报文的方式，通知OLT和ONU进行强制光链路保护倒换，由于光链路保护倒换由SDN控制器自动计算完成，因此整个网络的管理和配置非常简单和智能。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。