一种最大化网络编码效益的SIEPON节能调度方法技术

本发明专利技术公开了一种基于网络编码技术（NC）的服务互通以太网无源光网络（SIEPON）节能调度机制。该节能调度机制通过面向最新的EPON标准草案-SIEPON，同时实现了在OLT和ONU两端的节能，此外，在该节能调度机制中，充分考虑了双向业务流量的情况，提出了一种OLT和ONU的发射机和接收机可自适应、周期性的开启和关闭的调度模式。

【技术实现步骤摘要】
一种最大化网络编码NC效益的EPON节能调度方法
本专利技术涉及一种基于网络编码技术(NC,NetworkCoding)的服务互通以太网无源光网络(SIEPON，ServiceInteroperabilityEthernetPassiveOpticalNetwork)节能调度机制。针对业务本地化趋势以及EPON网络节能减排的需求进行相应的资源分配和光网络单元(ONU，OpticalNetworkUnit)休眠控制机制，属于光纤接入网络

技术介绍
飞速发展的网络业务需求对我国宽带战略的实施提出了诸多挑战，随着电信网络中高清电视(HDTV，High-DefinitionTV)、对等网络(P2P，Peer-to-Peer)文件共享、3D(3Dimensional)交互游戏等新业务的出现和快速发展，宽带接入网络的业务已逐渐出现本地化趋势，即业务的源和目的节点均为网络内部节点。而NC技术是信息论的一个重要突破，近年来已成为信息领域的研究热点，其通过编码节点对流经它的不同信息流进行编码组合缩短编码节点的数据包发送时间，因此，NC技术在宽带接入网络中的应用优势越来越强。近年来已经陆续出现了NC技术在宽带接入网络中应用的相关研究成果，方向主要集中在编码技术的实现、性能评价以及PON中的节能技术研究上。Belzner等人首次提出了NC技术在PON中的应用并通过仿真证明NC可以在拥塞情况下有效降低接入网内部通信的丢包率和排队时延。Miller等人对EPON中的NC技术进行了研究，提出了NC技术不仅可以在节点对之间进行，也可以在任意多个形成循环的节点之间进行。该研究通过仿真结果表明，NC技术在EPON中可以提升最大50％的下行吞吐量。专利技术人对下一代PON中基于NC的能源管理技术进行了研究，对NC技术在EPON的应用进行了部分试验验证，并提出了基于NC技术和下行带宽预约机制的ONU精确睡眠控制机制(DBR-ASC，Downstream-BandwidthReservation-basedAccurateONUSleepControl)。与此同时，关于PON的节能技术研究已引起了国内外学者的广泛关注。国内著名高校如北京邮电大学，以及各大通信企业，如烽火科技、华为、中兴等对PON节能技术及相关产品的研究也正积极进行，并发表了多篇学术论文，申请了多项专利。国家自然科学基金委员会和国家高技术研究发展计划(863)计划也将下一代绿色网络的研究列为资助项目。其中，EPON技术以其诸多优点已成为当前主流的接入方式。针对EPON节能的相关标准，在IEEE802.3av工作组的建议中已明确提出要对ONU引入低能耗模式，并具体描述了EPON中休眠节能的基本原理。目前，EPON最新标准草案-SIEPON中提出了EPON的能源管理系列模块，指明了将ONU休眠作为节能的关键技术，此外，还指明了SIEPON中ONU的两种休眠模式、两种休眠机制以及两种休眠周期等。SIEPON可支持两种ONU休眠节能机制，一种是光线路终端(OLT，OpticalLineTerminal)驱动机制，即ONU严格受OLT的控制，此时OLT必须采用所有的活跃性监测机制来控制每一时刻ONU的状态；另一种是混合机制，即ONU休眠周期是建立在OLT和ONU双方同意的基础之上，该机制允许ONU根据用户的活跃性决定其是否进入休眠模式。基于上述相关标准，国内外许多研究机构和学者也纷纷就EPON节能技术展开研究，如上行中心调度机制(UCS，UpstreamCentricScheduling)、下行中心调度机制(DCS，DownstreamCentricScheduling)、实时休眠控制机制(JIT-SC，Just-In-TimeSleepControl)、休眠感知的MAC层协议以及休眠和周期性唤醒机制(SPW，SleepandPeriodicWake-up)等。因此，针对接入网络业务本地化趋势以及接入网络节能减排的需求，实现一种最大化NC效益的SIEPON节能调度机制，可以有效提升网络在节能效率、延迟以及吞吐量等数据传送性能方面的能力。
技术实现思路
目前，基于NC技术或节能技术在SIEPON网络中的应用，主要存在以下缺点：1.目前的NC技术以及EPON中ONU休眠节能调度机制都是在传统EPON架构基础上进行的，并未适应最新的EPON标准化现状，也就未能充分利用该标准的重要特征之一：统一数据路径单元，即EPON服务路由(ESP,EPONServicePath)。2.传统的NC技术实现节能是指在OLT端将多个数据包编码为一个数据包从而实现节能。同时，ONU休眠控制机制通过关闭物理层器件来实现在ONU端的节能。因此，无论哪种节能方式都属于EPON系统在单端节点处的节能。3.现有研究的ONU休眠模式大都遵从ITU-TG.984中的快速休眠以及假寐模式，未考虑上行或下行某一单向业务流量过大导致的对休眠周期的影响。鉴于此，本专利技术的主要目的是基于最新的EPON标准草案，提供一种可最大化NC效益的SIEPON节能调度机制。该节能调度机制面向最新的EPON标准草案-SIEPON，同时实现了在OLT和ONU两端的节能，此外，在该节能调度过程中，充分考虑了双向业务流量的情况，提出了一种OLT和ONU的发射机和接收机自适应、周期性的开启和关闭的调度模式。本专利技术采用下述的技术方案：一种最大化网络编码NC效益的EPON节能调度方法包括如下步骤：(1)首先，在每一个轮询周期内，ONU将按照业务特性将所有的待编码数据包和不需网络编码的数据包映射到EPON服务路由ESP上，每一条ESP都需依次历经输入功能模块I、分类功能模块C、修正功能模块M、维护/整形功能模块P/S、交叉连接功能模块X、队列功能模块Q、调度功能模块S以及输出功能模块O，在ESP的分类功能模块C中根据编码标识判断是否需要进行网络编码并通过请求控制信息REPORT将所有数据包转发至OLT；(2)其次，设定OLT和ONU在整个过程中保持同步；当OLT监测到有数据包到达时，在OLT的队列功能模块Q中对ONU之间需要进行交互的数据包进行异或编码操作，设定编码操作时队列中的等待延迟为一固定值；(3)最后，OLT将数据包从ESP的队列功能模块Q中取出，对于一个ONU，在每一个轮询周期中OLT在调度完所有非编码包之后在调度功能模块[S]中调度这些经过编码的数据包，通过广播相应的授权信息GATE将已编码信息告知ONU。进一步地，授权信息GATE包含编码包传输的起始时间以及编码包的传输持续时间，计算如下：在OLT中，当到达一个ONU的编码包调度时，属于该ONU的其它编码包也将优先调度；因此，当该ONU的第一个编码包调度之后，就可以确定编码数据包的传输起始时间；当最后一个发往该ONU的编码包调度完成时，可获得编码包的传输结束时间。调度过程中实施NC和ONU休眠控制机制，在OLT端：1)对于给定的业务，若在任意轮询周期内某个ONU处于运行状态时，令其它的ONU处于休眠状态；2)对于编码包的传输，OLT优先调度编码包给处于运行模式的ONU以实现进一步的节能；3)进行动态带宽分配DBA计算，在每一轮询周期中，当且仅当ONU在收到GATE控制信息或发送REPORT控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种最大化NC效益的EPON节能调度方法，所述方法包括如下步骤：(1)首先，在每一个轮询周期内，ONU将按照业务特性将所有的待编码数据包和不需网络编码的数据包映射到ESP上，每一条ESP都需依次历经输入功能模块[I]、分类功能模块[C]、修正功能模块[M]、维护/整形功能模块[P/S]、交叉连接功能模块[X]、队列功能模块[Q]、调度功能模块[S]以及输出功能模块[O]，在ESP的分类功能模块[C]中根据编码标识判断是否需要进行网络编码并通过请求控制信息REPORT将所有数据包转发至OLT；(2)其次，设定OLT和ONU在整个过程中保持同步；当OLT监测到有数据包到达时，在OLT的队列功能模块[Q]中对ONU之间需要进行交互的数据包进行异或编码操作，设定编码操作时队列中的等待延迟为一固定值；(3)最后，OLT将数据包从ESP的模块[Q]中取出，对于一个ONU，在每一个轮询周期中OLT在调度完所有非编码包之后在调度功能模块[S]中调度这些经过编码的数据包，通过广播相应的授权信息GATE将已编码信息告知ONU。

【技术特征摘要】
1.一种最大化网络编码NC效益的EPON节能调度方法，所述方法包括如下步骤：(1)首先，在每一个轮询周期内，ONU将按照业务特性将所有的待编码数据包和不需网络编码的数据包映射到EPON服务路由ESP上，每一条ESP都需依次历经输入功能模块I、分类功能模块C、修正功能模块M、维护/整形功能模块P/S、交叉连接功能模块X、队列功能模块Q、调度功能模块S以及输出功能模块O，在ESP的分类功能模块C中根据编码标识判断是否需要进行网络编码并通过请求控制信息REPORT将所有数据包转发至OLT；(2)其次，设定OLT和ONU在整个过程中保持同步；当OLT监测到有数据包到达时，在OLT的队列功能模块Q中对ONU之间需要进行交互的数据包进行异或编码操作，设定编码操作时队列中的等待延迟为一固定值；(3)最后，OLT将数据包从ESP的队列功能模块Q中取出，对于一个ONU，在每一个轮询周期中OLT在调度完所有非编码包之后在调度功能模块S中调度这些经过编码的数据包，通过广播相应的授权信息GATE将已编码信息告知ONU。2.根据权利要求1所述的方法，所述授权信息GATE包含编码包传输的起始时间以及编码包的传输持续时间。3.根据权利要求2所述的方法，所述编码包传输的起始时间以及编码包的传输持续时间计算如下：在OLT中，当到达一个ONU的编码包调度时，属于该ONU的其它编码包也将优先调度；因此，当该ONU的第一个编码包调度之后，就可以确定编码数据包的传输起始时间ts_nc,i；当最后一个发往该ONU的编码包调度完成时，可获得编码包的传输结束时间te_nc,i。4.根据权利要求1所述的方法，调度过程中实施NC和ONU休眠控制机制，包括在OLT端：1)对于给定的业务，若在任意轮询周期内某个ONU处于运行状态时，令其它的ONU处于休眠状态；2)对于编码包的传输，OLT优先调度编码包给处于运行模式的ONU以实现进一步的节能；3)进行动态带宽分配DBA计算，在每一轮询周期中，当且仅当ONU在收到GATE控制信息或发送REPORT控制信息时ONU开始运行，并且上述两种信息传输后ONU需立即传输数据帧，其它时间ONU关闭。5.根据权利要求1所述的方法，调度过程中实施NC和ONU休眠控制机制，包括在ONU端：1)下行方向上，一旦接收到GATE信息，ONU的接收机将进入运行状态并且通过分析GATE消息来确定传输的持续时间，接收到所有数据包后，该ONU的接收机进入一个确定的休眠周期；2)上行方向上，当ONU在所分配的时隙内完成上行数据传送后，生成REPORT信息并发送至OLT；之后，该ONU的发射机将返回至休眠状态，当指定的休眠周期结束后，该ONU的发射机终止其休眠状态；3)对于NC包的传输，ONU可以感知到其与其它ONU之间的包交换，若该ONU的第一个数据包被检测到，则所有发往该ONU的其它编码包也被优先调度。6.根据权利要求4所述的方法，下行方向上，在OLT的ESP中调度功能模块S通过服务受限的周期间插轮询的DBA方式为每个ONU计算下一个周期内的数据发送时隙，并通过GATE消息授权，所述GATE消息承载了如下信息：下一轮询周期的GATE起始传输时间，下一个周期发往所有ONU的数据包长度，编码数据包的传输起...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘心，冯楠，李文竹，任丹萍，赵继军，
申请(专利权)人：河北工程大学，
类型：发明
国别省市：河北;13