鄧偉，周桂平，范軍麗，林立霞，周文安

(1.北京國(guó)電通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司，北京市 100072；2.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司，沈陽市 110006；3.北京郵電大學(xué)，北京市100876)

基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)的電力光纖到戶帶寬分配技術(shù)

鄧偉1，周桂平2，范軍麗1，林立霞3，周文安3

(1.北京國(guó)電通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司，北京市 100072；2.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司，沈陽市 110006；3.北京郵電大學(xué)，北京市100876)

以太無源光網(wǎng)絡(luò)(Ethernet passive optical network，EPON)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)電力光纖到戶(power fiber to the home，PFTTH)組網(wǎng)的重要手段，與EPON在光纖系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用不同，電力光纖到戶系統(tǒng)不僅需要為用戶提供語音、數(shù)據(jù)和視頻等互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)服務(wù)，還需承載用戶的電力類業(yè)務(wù)。文章詳細(xì)分析了終端用戶的業(yè)務(wù)需求，并針對(duì)電力類業(yè)務(wù)和互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)提出了相對(duì)應(yīng)的分級(jí)策略。同時(shí)，針對(duì)傳統(tǒng)EPON系統(tǒng)帶寬分配機(jī)制不靈活等問題，提出了基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)(software defined network，SDN)的EPON系統(tǒng)架構(gòu)，并結(jié)合該架構(gòu)，提出了以電力類業(yè)務(wù)為主、以互聯(lián)網(wǎng)類業(yè)務(wù)為輔的動(dòng)態(tài)帶寬分配策略，從而滿足了用戶的業(yè)務(wù)需求，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性和可管理性。

電力光纖到戶(PFTTH)；以太無源光網(wǎng)絡(luò)(EPON)；軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)；電力業(yè)務(wù)；互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)；動(dòng)態(tài)帶寬分配

0 引 言

電力光纖到戶(power fiber to the home，PFTTH)是指在低壓通信接入網(wǎng)中采用光纖復(fù)合低壓電纜(optical fiber composite low-voltage cable，OPLC)將光纖隨低壓電力線敷設(shè)，實(shí)現(xiàn)表到戶，配合無源光網(wǎng)絡(luò)(passive optical network，PON)技術(shù)，承載用電信息采集、智能用電雙向交互、“三網(wǎng)融合”等業(yè)務(wù)[1]。推進(jìn)電力光纖到戶工程的發(fā)展，統(tǒng)籌部署電網(wǎng)和通信網(wǎng)深度融合的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)完善能源互聯(lián)網(wǎng)信息通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)同纜傳輸、共建共享具有深遠(yuǎn)的意義。

接入網(wǎng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)用戶網(wǎng)絡(luò)與公眾網(wǎng)絡(luò)之間各類業(yè)務(wù)的傳送，高效的上行接入控制協(xié)議和帶寬動(dòng)態(tài)分配算法，是提升接入網(wǎng)業(yè)務(wù)承載能力的關(guān)鍵因素[2]。電力光纖到戶接入網(wǎng)在應(yīng)用中一方面承載電力類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)用電信息采集以及智能用電雙向交互業(yè)務(wù)；另一方面承載用戶互聯(lián)網(wǎng)類業(yè)務(wù)，支撐用戶視頻、數(shù)據(jù)、語音等。用戶接入業(yè)務(wù)具有數(shù)據(jù)量大、類型多、突發(fā)性強(qiáng)等特點(diǎn)，因此靈活的電力光纖到戶帶寬分配機(jī)制、較強(qiáng)的信道適應(yīng)能力，對(duì)實(shí)現(xiàn)電力光纖系統(tǒng)在接入網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用具有重要意義。

電力光纖到戶應(yīng)用PON技術(shù)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與通信網(wǎng)的統(tǒng)籌部署。由于以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)(Ethernet passive optical network，EPON)具有組網(wǎng)靈活、覆蓋距離長(zhǎng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)，已成為電力光纖到戶的一種重要組網(wǎng)技術(shù)。EPON上行通信為多點(diǎn)到點(diǎn)結(jié)構(gòu)，即用戶上行通信數(shù)據(jù)采用時(shí)分多址接入(time division multiple access，TDMA)技術(shù)，因此必須在上行方向分配合理的帶寬資源[3]，從而在為用戶提供多業(yè)務(wù)接入的同時(shí)，避免數(shù)據(jù)沖突。

鑒于此，本文詳細(xì)分析電力光纖到戶所承載電力類業(yè)務(wù)以及互聯(lián)網(wǎng)類業(yè)務(wù)的特征，并針對(duì)EPON架構(gòu)現(xiàn)有帶寬分配策略進(jìn)行分析，總結(jié)傳統(tǒng)EPON架構(gòu)下帶寬分配機(jī)制存在的問題，最終為更好地滿足電力光纖到戶的多業(yè)務(wù)需求，提出一種基于EPON技術(shù)的新型的、靈活的系統(tǒng)架構(gòu)，并基于電力光纖到戶應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)計(jì)以電力類業(yè)務(wù)為主，以互聯(lián)網(wǎng)類業(yè)務(wù)為輔的帶寬分配策略。

1 電力光纖到戶用戶業(yè)務(wù)需求

1.1 電力類業(yè)務(wù)需求

電力光纖到戶承載電力系統(tǒng)末端電力類相關(guān)業(yè)務(wù)，現(xiàn)階段主要包括用戶智能電表通信、用戶端用電監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)等，未來還將涉及分布式能源控制等內(nèi)容[4]，本文重點(diǎn)考慮用戶智能電表通信和用戶端用電監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)。

智能電表通信業(yè)務(wù)主要是指智能電表將采集的用戶用電量信息、各家電功率、用電狀態(tài)等信息進(jìn)行上傳，并輔助實(shí)現(xiàn)用水、用氣信息量的采集，以及電網(wǎng)向用戶傳送實(shí)時(shí)電費(fèi)、遠(yuǎn)程智能家電控制等內(nèi)容，該業(yè)務(wù)具有一定的周期性[5]。電網(wǎng)可以定時(shí)或即時(shí)取得用戶分時(shí)段(如15 min、1 h等)或?qū)崟r(shí)的多種計(jì)量值，從而分析居民家庭用電規(guī)律和高峰負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)負(fù)荷預(yù)測(cè)[6]，進(jìn)而制定合理的電力供需方案，提高配電側(cè)電力系統(tǒng)調(diào)度的智能化水平。

用戶端用電監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)是指為保障電網(wǎng)的可靠運(yùn)行，在小區(qū)配電間、樓內(nèi)配電間、充電樁等安裝的監(jiān)視傳感器所提供的數(shù)據(jù)，主要包括供用電運(yùn)行狀況、電能質(zhì)量、故障智能監(jiān)測(cè)、故障定位信息、自愈控制信息的傳送[7]。

在電力光纖到戶中，電力類業(yè)務(wù)通信需求見表1[7]。

電力系統(tǒng)的運(yùn)行對(duì)可靠性和穩(wěn)定性等要求極高，為此，在電力光纖到戶應(yīng)用中，應(yīng)確保終端用戶電力類業(yè)務(wù)在采集、整合、傳輸?shù)攘鞒讨械臏?zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性、可靠性以及安全性。

表1電力類業(yè)務(wù)通信需求
Table1Communicationdemandsofpowerbusiness

1.2 互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求

互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)主要包括話音、數(shù)據(jù)、圖像、視頻等多媒體綜合業(yè)務(wù)。傳統(tǒng)EPON系統(tǒng)根據(jù)不同種類業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量(quality of service，QoS)需求，通常將業(yè)務(wù)按照優(yōu)先級(jí)由高到低定義為加速轉(zhuǎn)發(fā)型(expedited forwarding，EF)業(yè)務(wù)、保證轉(zhuǎn)發(fā)型(assured forwarding，AF)業(yè)務(wù)以及盡力而為型(best effort，BE)業(yè)務(wù)。其中：EF業(yè)務(wù)主要是指對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的業(yè)務(wù)，如語音；AF業(yè)務(wù)主要是指對(duì)帶寬有較大需求，但是對(duì)時(shí)延不是特別敏感的應(yīng)用，如視頻信息；BE業(yè)務(wù)主要是對(duì)數(shù)據(jù)包抖動(dòng)、時(shí)延和帶寬等都沒有特殊性要求的業(yè)務(wù)，如數(shù)據(jù)流信息。

1.3 電力光纖到戶業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)

在電力光纖到戶系統(tǒng)中，由于用戶業(yè)務(wù)需求除互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)外，還包括相關(guān)電力類業(yè)務(wù)，因此應(yīng)基于電力光纖到戶應(yīng)用場(chǎng)景提出合適的業(yè)務(wù)分類策略。

在電力類業(yè)務(wù)中，由表1可以看出，用戶端用電監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延的要求性較高，且這些業(yè)務(wù)直接反映電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，因此，將其置為EF業(yè)務(wù)。智能電表通信業(yè)務(wù)直接反映用戶側(cè)電網(wǎng)中的電壓、電流、功率等信息，對(duì)配電網(wǎng)的負(fù)荷有較大影響，將其業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)設(shè)定為AF。在互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)中，遵循原有業(yè)務(wù)分類策略，即分為EF、AF、BE這3類業(yè)務(wù)。如何對(duì)智能電表通信業(yè)務(wù)和互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)這2類業(yè)務(wù)進(jìn)行區(qū)分將在后續(xù)內(nèi)容中詳細(xì)給出。

2 EPON資源分配機(jī)制

EPON由光線路終端(optical line terminal，OLT)、光分配網(wǎng)絡(luò)(optical distribution network，ODN)和光網(wǎng)絡(luò)單元(optical network unit，ONU)這3個(gè)部分組成，如圖1[8]所示。EPON支持用戶業(yè)務(wù)雙向通信，下行傳輸采用時(shí)分多路復(fù)用(time division multiple，TDM)協(xié)議，即同時(shí)向所有用戶發(fā)送信息，每個(gè)用戶只接收發(fā)給自己的信息；上行傳輸采用TDMA協(xié)議，即每一特定時(shí)刻只有1個(gè)用戶向局端傳輸數(shù)據(jù)。

上行通信時(shí)，各ONU向OLT發(fā)起業(yè)務(wù)請(qǐng)求，OLT根據(jù)收到的請(qǐng)求給各ONU授權(quán)上行傳輸帶寬。由于EPON上行傳輸采用共享模式，為避免各ONU上行數(shù)據(jù)發(fā)生沖突并確保各ONU帶寬的公平分配，需采用合理的動(dòng)態(tài)帶寬分配(dynamic bandwidth allocation，DBA)策略。

圖1 EPON系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)Fig.1 Basic structure of EPON system

在傳統(tǒng)EPON系統(tǒng)中，比較經(jīng)典的DBA機(jī)制主要有自適應(yīng)周期間插輪詢(interleaved polling with adaptive cycle time，IPACT)算法[9]、支持QoS的DBA算法以及基于預(yù)測(cè)的DBA算法[10]。IPACT的基本思想是OLT通過輪詢機(jī)制獲取各ONU緩存的隊(duì)列長(zhǎng)度，然后進(jìn)行集中分配，該機(jī)制的缺點(diǎn)在于緩存隊(duì)列都是無差別的數(shù)據(jù)包。為實(shí)現(xiàn)EPON對(duì)多業(yè)務(wù)的支持，基于EF、AF、BE業(yè)務(wù)分類的DBA算法被提出[11]，OLT在輪詢過程中，給每個(gè)ONU的每個(gè)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列分配帶寬，但該方法未考慮各ONU之間帶寬分配的公平性。在OLT與ONU進(jìn)行信息交互之間，各ONU會(huì)產(chǎn)生新的業(yè)務(wù)請(qǐng)求，為了降低業(yè)務(wù)延遲，基于用戶業(yè)務(wù)預(yù)測(cè)的帶寬分配策略被相繼提出[12-14]，常用的預(yù)測(cè)算法有回歸類模型預(yù)測(cè)算法、卡爾曼濾波器預(yù)測(cè)算法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)算法等，該機(jī)制提高了數(shù)據(jù)保障的實(shí)時(shí)性，但同時(shí)增加了OLT的運(yùn)算開銷。

根據(jù)上述分析可以看出，傳統(tǒng)EPON資源分配機(jī)制存在2個(gè)問題：(1)傳統(tǒng)EPON資源分配機(jī)制以采用單一的DBA算法為主，即OLT針對(duì)共享信道上所有的業(yè)務(wù)使用單一的DBA算法進(jìn)行帶寬分配，隨著用戶業(yè)務(wù)類型的逐步增加，該機(jī)制無法靈活地滿足用戶新接入業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量需求；(2)OLT與各ONU之間的DBA機(jī)制不可編程，維護(hù)成本較高。

由于在電力光纖到戶應(yīng)用中，面臨的業(yè)務(wù)不僅涵蓋互聯(lián)網(wǎng)類業(yè)務(wù)，還包括電力類業(yè)務(wù)，且用戶電力類業(yè)務(wù)需求還在逐步擴(kuò)展，如分布式能源控制業(yè)務(wù)等。因此，研究設(shè)計(jì)靈活的帶寬分配策略以適應(yīng)電力類業(yè)務(wù)和互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展的需求，并具備一定的可擴(kuò)展性，是本文的重點(diǎn)。

3 基于SDN的電力光纖到戶系統(tǒng)架構(gòu)

軟件定義網(wǎng)絡(luò)(software defined networking，SDN)等新技術(shù)的出現(xiàn)使得PON系統(tǒng)的軟件可編程成為可能[8]。近年來，基于SDN的EPON系統(tǒng)得到了研究，文獻(xiàn)[15-17]提出了基于SDN的可感知應(yīng)用的EPON系統(tǒng)架構(gòu)。文獻(xiàn)[15]設(shè)想在各ONU連接的終端設(shè)備上內(nèi)置可獲取實(shí)時(shí)視頻流信息的應(yīng)用，并基于該設(shè)想，獲取視頻應(yīng)用的反饋信息，從而優(yōu)化視頻流的資源分配策略。文獻(xiàn)[17]重點(diǎn)研究不同OLT之間的資源分配策略，強(qiáng)調(diào)該系統(tǒng)管理的靈活性。文獻(xiàn)[18]將EPON的MAC層進(jìn)行軟件定義，將DBA模塊可編程化，提出了ONU之間高業(yè)務(wù)優(yōu)先分配的策略，提高了系統(tǒng)帶寬分配的效率，但文章只基于原有互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)進(jìn)行了研究。

SDN的核心理念是將路由控制和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)分離，將傳統(tǒng)緊耦合的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)解耦成應(yīng)用、控制、轉(zhuǎn)發(fā)3層分離的結(jié)構(gòu)，并通過相關(guān)協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的集中管控和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的可編程[15]。OpenFlow是SDN的一種具體實(shí)現(xiàn)方式，其將原來全部通過交換機(jī)/路由器控制的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)過程轉(zhuǎn)化為由OpenFlow交換機(jī)和控制服務(wù)器分別獨(dú)立完成的過程，本文采用OpenFlow V1.3.0版本。

3.1 基于SDN的EPON系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在EPON系統(tǒng)中，根據(jù)IEEE 802.3—2012標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，由OLT的MAC Control Client層對(duì)所有ONU的帶寬請(qǐng)求進(jìn)行決策。為了解決上述分析中提到的傳統(tǒng)EPON帶寬分配機(jī)制單一以及對(duì)擴(kuò)展業(yè)務(wù)支撐靈活性差等問題，本文結(jié)合SDN及OpenFlow技術(shù)，提出了基于SDN的EPON-OLT結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 基于SDN的EPON-OLT結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of SDN-based EPON-OLT

基于SDN的EPON-OLT架構(gòu)主要對(duì)OLT的MAC Control Client子層進(jìn)行擴(kuò)展，內(nèi)置OpenFlow代理和DBA模塊，但并不改變?cè)蠴LT與ONU之間通過報(bào)告幀(REPORT)和授權(quán)幀(GATE)來實(shí)現(xiàn)通信的機(jī)制。一方面，OpenFlow控制器(以下簡(jiǎn)稱“控制器”)通過OpenFlow代理對(duì)OLT內(nèi)的DBA模塊予以管理，控制器可內(nèi)置并靈活更新多個(gè)DBA算法；另一方面，當(dāng)MAC Control Client收到多點(diǎn)MAC控制子層(multipoint MAC control protocol，MPCP)的MA_CONTROL.request (REPORT)信息時(shí)，將所接收的MPCP子層的數(shù)據(jù)流輸入DBA模塊內(nèi)的DBA流表進(jìn)行流處理，流表內(nèi)容定義如圖3所示。流表內(nèi)容由控制器預(yù)先配置，并通過與數(shù)據(jù)流進(jìn)行匹配確定該數(shù)據(jù)流所需執(zhí)行的DBA算法以及ONU帶寬分配策略執(zhí)行的先后順序，而后產(chǎn)生MA_CONTROL.indication(GATE)信息傳輸?shù)組PCP子層，由MPCP子層執(zhí)行后續(xù)處理過程。

圖3 基于SDN的PFTTH流表項(xiàng)結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of schedule table in SDN-based PFTTH

控制器通過部署流表來實(shí)現(xiàn)對(duì)OLT數(shù)據(jù)平面的流量控制，本文重點(diǎn)關(guān)注匹配域和指令集的相關(guān)內(nèi)容。圖3描述了基于SDN的EPON系統(tǒng)流表項(xiàng)結(jié)構(gòu)，匹配域包括解析REPORT幀所獲取的ONU邏輯鏈路標(biāo)識(shí)(logical link identifier，LLID)、ONU請(qǐng)求業(yè)務(wù)的類型以及ONU請(qǐng)求的帶寬大小，以此來判斷ONU帶寬分配的優(yōu)先級(jí)以及所應(yīng)執(zhí)行的DBA算法和分配的帶寬大小。

3.2 基于SDN的電力光纖到戶系統(tǒng)資源分配機(jī)制

在電力光纖到戶應(yīng)用中，根據(jù)面向的用戶業(yè)務(wù)不同，應(yīng)部署電力類ONU和三網(wǎng)融合類ONU分別為用戶提供相應(yīng)的服務(wù)?；赟DN的EPON系統(tǒng)在電力光纖到戶中的應(yīng)用架構(gòu)如圖4所示。

與傳統(tǒng)EPON系統(tǒng)不同，在電力光纖到戶應(yīng)用中，OLT需針對(duì)電力類ONU所請(qǐng)求的電力類業(yè)務(wù)帶寬以及三網(wǎng)融合類ONU所請(qǐng)求的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)帶寬進(jìn)行綜合分配。那么本文所研究的帶寬分配機(jī)制應(yīng)重點(diǎn)解決3個(gè)問題：(1)OLT如何區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)來源于電力類ONU還是三網(wǎng)融合類ONU；(2)電力類相關(guān)數(shù)據(jù)量較小，如何保障在用戶數(shù)據(jù)量大的條件下，確保

圖4 基于 SDN 的電力光纖到戶系統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)Fig.4 Structure of SDN-based PFTTH

電力類數(shù)據(jù)可以到達(dá)OLT；(3)如何保障這2類業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量要求?；谏鲜鲅芯磕繕?biāo)，本文提出了基于LLID識(shí)別ONU類型的方法，并設(shè)計(jì)了電力類業(yè)務(wù)優(yōu)先分配的帶寬分配策略。

3.2.1ONU類型識(shí)別

在電力光纖到戶系統(tǒng)中，ONU類型的標(biāo)識(shí)可利用注冊(cè)請(qǐng)求幀(REGISTER_REQ)的保留位在注冊(cè)過程予以實(shí)現(xiàn)，而后由OLT分配相應(yīng)的LLID。LLID為2個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，而一般1個(gè)PON口最多接入128個(gè)ONU設(shè)備，因此可將00 00—00 FF分配給電力類ONU，01 FF—FF FF分配給三網(wǎng)融合類ONU，以此通過LLID識(shí)別ONU設(shè)備類型。

此外，由于OLT通過讀取ONU的REPORT幀內(nèi)容，識(shí)別各ONU并獲得各ONU的帶寬需求，而后執(zhí)行DBA，因此針對(duì)電力類ONU和三網(wǎng)融合類ONU可設(shè)計(jì)不同的REPORT幀結(jié)構(gòu)，如圖5—6所示。

圖5 電力類 ONU REPORT 幀結(jié)構(gòu)Fig.5 REPORT frame structure of power ONUs

圖6 三網(wǎng)融合類 ONU REPORT 幀結(jié)構(gòu)Fig.6 REPORT frame structure of Internet ONUs

3.2.2電力類業(yè)務(wù)優(yōu)先分配實(shí)現(xiàn)機(jī)制

電力光纖到戶帶寬分配流程如下詳述。

(1)在輪詢周期T內(nèi)，MPCP子層接收到來自各ONU的REPORT幀，獲取各ONU的LLID和帶寬請(qǐng)求信息，并將上述數(shù)據(jù)發(fā)送到動(dòng)態(tài)帶寬分配流表項(xiàng)中。

(2)每一個(gè)ONU的數(shù)據(jù)處理總是從優(yōu)先級(jí)最高的流表1開始，將獲取的數(shù)據(jù)各個(gè)字段與各流表項(xiàng)中的匹配域進(jìn)行對(duì)照。本例中，流表1處理電力類ONU EF、AF業(yè)務(wù)的請(qǐng)求，若所處理的ONU有EF請(qǐng)求，則將該ONU分配帶寬優(yōu)先級(jí)置為1級(jí)，同時(shí)計(jì)數(shù)器計(jì)量加1；若該ONU存在AF業(yè)務(wù)請(qǐng)求，則將業(yè)務(wù)分配優(yōu)先級(jí)置為2級(jí)。流表2處理三網(wǎng)融合類ONU

業(yè)務(wù)請(qǐng)求，若滿足則將該ONU分配帶寬優(yōu)先級(jí)置為3級(jí)。同時(shí)，每一個(gè)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列采用先進(jìn)先出的原則來處理各ONU帶寬請(qǐng)求。

(3)帶寬分配策略的執(zhí)行。

1)電力類業(yè)務(wù)帶寬分配策略。為保障電力類業(yè)務(wù)的優(yōu)先傳輸，同時(shí)考慮到電力類業(yè)務(wù)上傳信息量較小，將帶寬分配優(yōu)先級(jí)1執(zhí)行帶寬“IPACT-Limited”DBA分配策略。即當(dāng)電力類ONU業(yè)務(wù)請(qǐng)求小于DBA算法中設(shè)置的上限時(shí)，直接分配給該ONU所請(qǐng)求的帶寬大小，若ONU業(yè)務(wù)請(qǐng)求超過該上限時(shí)，直接分配上限帶寬大小。本周期無法上傳的信息等待下一次周期再上傳，即Bi=min{Ri,request，WMAX}。其中：Bi為本次為ONUi所分配的帶寬大??；Ri,request為ONUi所請(qǐng)求的帶寬大小；WMAX為可分配給ONUi的最大帶寬。

2)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)帶寬分配策略。為實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的帶寬分配，同時(shí)保障互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)具有很好的吞吐量。對(duì)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)采用基于多余帶寬分配的算法進(jìn)行帶寬分配，其基本思想為在每個(gè)輪詢周期設(shè)置最小保證帶寬，當(dāng)ONU的請(qǐng)求帶寬小于最小保證帶寬時(shí)，視為輕載，直接分配帶寬；當(dāng)ONU的請(qǐng)求帶寬大于最小保證帶寬時(shí)，視為重載，等待所有的ONU請(qǐng)求都收到后再分配帶寬，且將所有輕載剩余的帶寬平均分配給每個(gè)重載ONU，以此實(shí)現(xiàn)帶寬的有效利用。電力光纖到戶帶寬分配流程如圖7所示。

圖7 電力光纖到戶資源分配流程Fig.7 Bandwidth allocation process in PFTTH

本文提出的基于SDN的帶寬分配策略同經(jīng)典EPON下帶寬分配策略相比具有以下特點(diǎn)：(1)可以明確地區(qū)分電力光纖到戶應(yīng)用中電力類業(yè)務(wù)和互聯(lián)網(wǎng)類業(yè)務(wù)信息，并通過執(zhí)行不同的DBA算法保障不同業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量要求；(2)可以依托SDN架構(gòu)靈活地改變DBA機(jī)制，并對(duì)后續(xù)業(yè)務(wù)具備良好的可擴(kuò)展性。但是，文章提出的策略以確保電力類業(yè)務(wù)的絕對(duì)優(yōu)先級(jí)為出發(fā)點(diǎn)，該機(jī)制在處理互聯(lián)網(wǎng)類某些優(yōu)先級(jí)較高的業(yè)務(wù)時(shí)會(huì)帶來一定的時(shí)延。由此，在今后的研究中，可進(jìn)一步完善混合業(yè)務(wù)的分級(jí)策略。

4 結(jié) 論

(1)在電力光纖到戶應(yīng)用中，以電力類業(yè)務(wù)為主，以互聯(lián)網(wǎng)類業(yè)務(wù)為輔的帶寬分配策略可以優(yōu)先保障用戶電力類業(yè)務(wù)需求，從而滿足電力系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)可靠性和穩(wěn)定性的要求。

(2)基于SDN的電力光纖到戶系統(tǒng)架構(gòu)可以靈活地滿足電力光纖到戶的多業(yè)務(wù)需求，并可以有效支撐用戶后期業(yè)務(wù)的發(fā)展。

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2017-06-12

鄧偉(1976)，男，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)殡娏π畔⑼ㄐ拧⒐饫|網(wǎng)絡(luò)、傳輸網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)；

周桂平(1981)，男，博士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)及其自動(dòng)化；

范軍麗(1986)，女，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)橹悄苡秒?、信息通信技術(shù)；

林立霞(1989)，女，博士研究生，通信作者，主要研究方向?yàn)橄乱淮鷮拵ЬW(wǎng)絡(luò)通信；

周文安(1971)，女，博士，副教授，主要研究方向?yàn)橄乱淮鷮拵ЬW(wǎng)絡(luò)和無線互聯(lián)網(wǎng)、服務(wù)科學(xué)與服務(wù)工程。

(編輯 景賀峰)

DynamicBandwidthAllocationforPowerFibertotheHomeBasedonSDN

DENG Wei1，ZHOU Guiping2，F(xiàn)AN Junli1，LIN Lixia3，ZHOU Wenan3

(1.Beijing Guodiantong Network Technology Co., Ltd., Beijing 100072, China;2.State Grid Liaoning Electric Power Supply Co., Ltd., Shenyang 110006, China;3.Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China)

The Ethernet passive optical network (EPON) technology is an important networking means to realize the power fiber to the home (PFTTH).The EPON technology has been widely used in the power fiber to the home, which provides services for user’s traditional Internet services including voice, video and data traffic. Unlike the traditional application of EPON in fiber to the home, the PFTTH system needs to carry power service and Internet service. This paper describes the service requirements of the user in the PFTTH system and proposes the corresponding classification strategy for power service and Internet service. At the same time, according to the inherent flexibility issues of bandwidth allocation in traditional EPON system, we put forward a new software defined network (SDN) based PFTTH system architecture. Combined with this architecture, we realize the dynamic bandwidth allocation strategy, which takes the power service primarily and the Internet service secondary. In this way, we can meet the user’s business needs and improve the system’s flexibility and management.

power fiber to the home (PFTTH); Ethernet passive optical network (EPON); software defined network (SDN); power service; Internet service; dynamic bandwidth allocation

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFB0901200)

Project supported by the National Key Research and Development Program of China(2016YFB0901200)

TM46

A

1000-7229(2017)11-0081-06

10.3969/j.issn.1000-7229.2017.11.011