專利名稱：一種EPON系統中增強QoS和VLAN處理能力的方法
技術領域：
本發明涉及以太網無源光網絡(EPON，Ethernet Passive Optical Network)技 術，尤其涉及一種以太網無源光網絡系統中增強服務質量(QoQ和虛擬局域網(VLAN)處理 能力的方法。
背景技術：
無源光網絡(PON，Passive Optical Network)是一種純介質網絡，由于其消除了 局端與用戶端之間的有源設備，因此能避免外部設備的電磁干擾和雷電影響，減少線路和 外部設備的故障率，提高系統可靠性，同時可節省維護成本。PON業務的透明性較好，EPON 采用點到多點結構，無源光纖傳輸方式，在以太網上提供多種業務，EPON由于使用經濟而高 效的結構，從而成為連接接入網最終用戶的一種最有效的通信方法。
近年以來，隨著接入網用戶規模的不斷擴大，各種復雜的應用環境、日益增長客戶 種類和多業務需求使運營商對系統的Qos的要求越來越高，其中最重要的就是流分類處 理。由于EPON是接入層的產品，對成本非常敏感，如何增強精確的區分客戶和業務的Qos 功能而又不需要增加硬件成本，成為亟待解決的一個技術問題。
目前，綜合國內幾大運營商的需求，PON芯片可用于業務流分類的參數包括邏 輯鏈接標識(LLID，，Logical Link ID)、MAC DA、MAC SA、User Priority (IEEE802. Id), Ethernet類型(如PPPoE、PWE3、MAC Control等)、目的IP地址、源IP地址、IP協議類 型(TCP、UDP, I CMP, IGMP等)、IP T0S/DSCP、L4協議端口等，另外需要支持報文的深度 檢測(前80個字節)流分類。這里，所述LLID是EPON系統分配給通過點到點仿真子層 (P2PE Sublayer)建立起來的邏輯鏈接的一種數字標識，每一個邏輯鏈接都會分配到不同 的 LLID。
作為對802. IQ協議的擴展，QinQ功能應支持基于LLID、CVLAN ID、EtherType, CVLAN 優先級、CVLAN ID+EtherType、CVLAN ID+CVLAN 優先級(Priority)等字段靈活添加 或修改 SVLAN ID ;EtherType 類型至少支持 PPPoE、IPoE 和 ARP 等。在實現 VLAN Stacking 時應支持SVLAN優先級標簽根據內層優先級標簽進行拷貝或轉換。
但現有PON系統設計中，通常僅使用PON芯片提供的流分類和動作，這樣的設計除 了帶來整個交換芯片強大的訪問控制表(ACL)功能被廢棄掉的巨大浪費以外，還存在以下 缺陷
其一、PON芯片提供的流分類的匹配規則有限，不能滿足某些精確匹配的需求；
其二、PON芯片提供的流分類的動作很有限，不能滿足特定的需求；
其三、流分類的條目數很有限，在工程應用中可能無法滿足需求。發明內容
有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種以太網無源光網絡(EPON)系統中增 強QoS和VLAN處理能力的方法，通過在PON系統中添加標記，使得交換芯片能夠基于LLID做上行的數據流分類，并通過合理規劃使原來設計中廢棄的交換芯片的ACL功能得到充分 的應用，擴展和增強PON系統的QoS和VLAN處理能力，提高設備的性價比，并使產品便于升 級和維護。
為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的
一種以太網無源光網絡EPON系統中增強服務質量QoS和虛擬局域網VLAN處理能 力的方法，包括在光纜線路終端OLT接收光網絡單元ONU注冊信息時，記錄其分配的邏輯鏈 接標識LLID的步驟；該方法還包括
A、在數據流上行方向，通過PON芯片判斷是否需要打無源光網絡PON標簽TAG，再 在PON芯片上配置規則，基于LLID的上行數據流，加上一外層VLAN，其中VLAN標識ID取 PON TAG ；并確定TPID值；
B、在下行數據流方向，由交換芯片打上所述確定TPID值，進入到PON芯片的數據 的外層VLAN為PON TAG,所述PON芯片在剝去該VLAN的同時，轉發到ONU或做進一步的動作。
其中，該方法進一步包括在上行、下行數據流方向上對雙速三色及QoS實現，具體 為ΕΡ0Ν系統基于LLID對RFC2697、RFC2698、RFC4115協議的實現，數據流經過計量meter 之后，將報文分成GREEN、YELLOW、RED三種類型，分別在內存管理單元MMU里設置丟棄門限 和調度模式，或者調度之前改變報文的優先級，以滿足Qos需求。
所述判斷是否需要打PON TAG，進一步包括
Al、若上行數據流是不含標簽untagged的包，則由PON芯片打上P0NTAG，交換芯片 則根據PON TAG的VLAN進行轉換；
A2、若上行流是含標簽tagged的包，則根據處理的復雜程度和芯片的支持情況合 理劃分PON芯片和交換芯片的處理職責。
其中，步驟A2所述根據處理的復雜程度和芯片的支持情況合理劃分PON芯片和交 換芯片的處理職責，包括兩種情況
其一為由PON芯片處理，交換芯片透傳；具體為將VLAN操作是單層VLAN的，PON 芯片負責將入口的數據包的用戶VLAN直接替換為業務VLAN，并將用戶VLAN的COS拷貝到 業務VLAN里，交換芯片不對數據包的VLAN做處理；
其二為由PON芯片處理，交換芯片處理；具體為將VLAN操作是雙層VLAN的，PON 芯片將入口的數據包的用戶VLANl替換為用戶VLAN2，并在外層增加PON TAG，然后將用戶 VLANl的COS拷貝到PON TAG里；交換芯片將PON TAG替換為業務VLAN，并將PON TAG的 COS拷貝到業務VLAN里。
所述TP ID值的確定，具體為將所述TPID設置為交換芯片識別的TPID的值包 括將0x8100，0x9100，0x88a8三個中的任一作為PON TAG的TP ID，或其他的該交換芯片能 夠識別的值。
本發明所提供的以太網無源光網絡(EPON)系統中增強QoS和VLAN處理能力的方 法，具有以下優點
采用本發明的方法，使交換芯片能夠基于邏輯鏈接標識(LLID)做上行的數據流 分類，并通過合理規劃，能夠使原設計中廢棄的交換芯片的訪問控制表(ACL)功能得到充 分的應用，既可以作為PON芯片的流分類功能的擴展和補充，也可以同PON芯片劃分處理范圍，從而在不需要增加任何硬件成本的情況下，極大的擴展和增強PON系統的Qos和VLAN 處理能力，提高設備的性價比。并且能夠使采用該方法的產品便于升級維護，滿足運營商提 出的各種環境下的特定需求。


圖1為現有802. IQ協議的包頭格式示意圖2為不帶TAG的包處理流圖3為單層VLAN翻譯包處理流圖4為雙層VLAN操作包處理流圖5為上行數據的總體處理流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖及本發明的實施例對本發明的方法作進一步詳細的說明。
本發明的核心思想是在PON芯片中，將LLID映射到VLAN ID上，然后交給交換芯 片，由交換芯片再通過該VLAN ID區分是從哪個光網絡單元(ONU)的哪一個LLID傳來的數 據包，并基于LLID做上行的數據流分類。對于一些功能簡單的處理，根據芯片特點，選擇交 換芯片或PON芯片單獨完成，而對于一些復雜的QinQ功能的處理，則可以選擇交換芯片和 PON芯片共同協作處理，這樣可以充分的應用交換芯片的ACL，VLAN翻譯表等的資源。
圖1為現有802. IQ協議的包頭格式示意圖，下面結合該圖分析LLID字段和 802. IQ 的 TAG 字段
802. 3ah定義的LLID字段為16個比特，其中有兩個組(field)—個是15比特的 邏輯鏈接標識(LLID)；另外一個是1比特的模式(mode)；其中，Mode 單播的LLID置0 ；多 播和廣播的LLID置1。LLID 未注冊的ONU置0x7FFF，注冊后的ONU使用其他任意值。
802. IQ的頭部共4個字節，其中，標簽協議標識(TPID，Tag Protocol Identifier)為16比特，PRI為3個比特，CFI為1個比特，VLAN ID為12比特，如圖1所7J\ ο
我們將16比特的LLID字段整體映射到12比特的VLAN ID上，該VLAN稱為PON 標簽(TAG)，由光纜終端設備(0LT, optical line terminal)給對應LLID的數據流添加。
以下為這種映射的過程介紹
目前，運營商要求的每端口的ONU個數一般為64個，再考慮到多LLID的情況，目 前多LLID的ONU的PON芯片能夠提供的最大LLID個數為8個，則目前每個端口下最大可能 為512個LLID，而VLAN ID可以區分4096種不同的LLID，這樣按照OLT分配LLID的算法， 必定可以找到一種相應的映射關系，把這些LLID —對一的映射到12比特的VLAN ID上。在 我們系統中OLT只用到LLID的后12位作為logical_link_id，正好可以直接映射到VLAN ID上。如假設OLT為某個ONU分配的LLID為0x3C01，取低12位為PONTAG = OxCOl映射 為 VLAN = 3073。
通過上述理論分析后，再劃分PON兩個芯片各自QoS和VLAN處理的范圍，根 據ITU-T Y. 1291的QoS機制，包括業務流分類(Traffic classification)、優先級標記 (Marking)、排隊及調度(Queuing and scheduling)、流量整形(Traffic shaping)和流量管制(Traffic policing)等。VLAN處理功能應該主要包括1 1和1 :N的VLAN轉換，QinQ 功能等。將1 1和1 :N的VLAN轉換交給PON芯片單獨處理，基本QinQ功能交給交換芯片 單獨處理，某些復雜QinQ功能需要交換芯片和PON芯片共同處理，這種處理劃分的范圍并 非限制性的或唯一的，具體情況可以根據系統的芯片能力以及軟件需求合理劃分。
為了進一步理解本發明的技術內容，下面再舉一實施例進行詳細說明。
首先，在OLT接收ONU注冊信息時，記錄其分配的LL ID。有些PON芯片不支持獲 取對應ONU的LL ID的操作，因此，需要在ONU注冊時，把上報的LL ID作為基本信息保存 下來，后面需要查詢某ONU的LLID時，直接從軟表中獲取。
1、在數據流的上行方向
1) PON芯片判斷是否需要打PON TAG
如果上行數據流是不含標簽(untagged)的包，則由PON芯片打上P0NTAG，交換芯 片根據PON TAG的進行VLAN轉換，其處理流圖如圖2所示。
如果上行流是含標簽(tagged)的包，可以根據處理的復雜程度和芯片的支持情 況合理劃分PON芯片和交換芯片的處理職責，下面分2種情況類型1，由PON芯片處理，交 換芯片透傳；類型2，由PON芯片處理，交換芯片處理。其中，
類型1 將VLAN操作是單層VLAN即VLAN翻譯的處理歸于這一類處理，這種情況 下，PON芯片負責將入口的數據包的用戶VLAN直接替換為業務VLAN，并將用戶VLAN的COS 拷貝到業務VLAN里；交換芯片不對數據包的VLAN做處理。這里，用戶數據包進出PON芯片 和交換芯片的數據流圖，如圖3所示。
類型2 將VLAN操作是雙層VLAN的即內層VLAN翻譯，外層VLAN添加時的操作歸 于類型2的處理，這種情況下，PON芯片將入口的數據包的用戶VLANl替換為用戶VLAN2，并 在外層增加PON TAG,然后將用戶VLANl的COS拷貝到PON TAG里；交換芯片將PON TAG替 換為業務VLAN，并將PON TAG的COS拷貝到業務VLAN里。
其中，用戶數據包進出PON芯片和交換芯片的數據流圖如圖4所示。
2)在PON芯片上配置規則，基于LL ID的上行流，加上一層外層VLAN，VLAN ID則 取 PON TAG。
3) TPID的確定，交換芯片識別的TPID的值一般為0x8100，0x9100，0x88a8三個， 我們選取0x88a8作為PON TAG的TPID，這種選擇并非限制性的，只要交換芯片能夠識別即可。
2、在數據流的下行方向
1)下行的數據流，由交換芯片打上TP ID為0x88a8，VLAN為PON TAG。PON芯片能 夠識別數據流發往哪個端口，但是有可能不能識別0x88a8的TPID，如果PON芯片不能識別 0x88a8的TP ID，則需要在下行方向的流打上TPID = 0x8100,以確保PON芯片能夠識別。
2)進入PON芯片的數據的外層VLAN為PON TAG, PON芯片在剝去這層VLAN的同 時，可以轉發到ONU或者做進一步的動作。
3、雙方向上對雙速三色及Qos的實現
EPON系統基于LL ID對RFC2697、RFC2698、RFC4115協議的實現，流程圖如圖5所 示上行數據流由PON芯片決定是透傳還是加PON TAG，再由交換芯片決定是否分配SVP。
進入交換芯片的數據流經過計量(meter)之后，把報文分成GREEN、YELLOW、RED三種類型，分別在內存管理單元(MMU)里面設置丟棄門限和調度模式，或者調度之前改變報 文的優先級，以滿足Qos需求。具體實現根據交換芯片的不同(broadcom或者是Marvall) 而配置相關寄存器即可，在此不做贅述。
以上所述，僅為本發明的特定的實施描述，其核心思想在于通過加一層VLAN TAG 標識ONU的LLID號，但是顯然可以做出同本發明相同的精神和范圍的各種修改，例如TP ID 值的變換，PON芯片和交換芯片處理范圍的其他劃分。因此，說明書的文字和附圖都是說明 性而非限定性的，這些修改和變換都應屬于本發明，并非用于限定本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種以太網無源光網絡EPON系統中增強服務質量QoS和虛擬局域網VLAN處理能力 的方法，包括在光纜線路終端OLT接收光網絡單元ONU注冊信息時，記錄其分配的邏輯鏈接 標識LLID的步驟；其特征在于，該方法還包括A、在數據流上行方向，通過PON芯片判斷是否需要打無源光網絡PON標簽TAG，再在 PON芯片上配置規則，基于LLID的上行數據流，加上一外層VLAN，其中VLAN標識ID取PON TAG;并確定TPID值；B、在下行數據流方向，由交換芯片打上所述確定標簽協議標識TPID值，進入到PON芯 片的數據的外層VLAN為PON TAG，所述PON芯片在剝去該VLAN的同時，轉發到ONU或做進一步的動作。
2.根據權利要求1所述的EPON系統中增強QoS和VLAN處理能力的方法，其特征在于， 該方法進一步包括在上行、下行數據流方向上對雙速三色及QoS實現，具體為ΕΡ0Ν系統基 于LLID對RFC2697、RFC2698、RFC4115協議的實現，數據流經過計量meter之后，將報文分 成GREEN、YELLOW、RED三種類型，分別在內存管理單元MMU里設置丟棄門限和調度模式，或 者調度之前改變報文的優先級，以滿足Qos需求。
3.根據權利要求1所述的EPON系統中增強QoS和VLAN處理能力的方法，其特征在于， 所述判斷是否需要打PON TAG，進一步包括Al、若上行數據流是不含標簽untagged的包，則由PON芯片打上P0NTAG，交換芯片則根 據PON TAG的VLAN進行轉換；A2、若上行流是含標簽tagged的包，則根據處理的復雜程度和芯片的支持情況合理劃 分PON芯片和交換芯片的處理職責。
4.根據權利要求3所述的EPON系統中增強QoS和VLAN處理能力的方法，其特征在于， 步驟A2所述根據處理的復雜程度和芯片的支持情況合理劃分PON芯片和交換芯片的處理 職責，包括兩種情況其一為由PON芯片處理，交換芯片透傳；具體為將VLAN操作是單層VLAN的，PON芯片 負責將入口的數據包的用戶VLAN直接替換為業務VLAN，并將用戶VLAN的COS拷貝到業務 VLAN里，交換芯片不對數據包的VLAN做處理；其二為由PON芯片處理，交換芯片處理；具體為將VLAN操作是雙層VLAN的，PON芯片 將入口的數據包的用戶VLANl替換為用戶VLAN2，并在外層增加PON TAG,然后將用戶VLANl 的COS拷貝到PON TAG里；交換芯片將PON TAG替換為業務VLAN，并將PON TAG的COS拷 貝到業務VLAN里。
5.根據權利要求1所述的EPON系統中增強QoS和VLAN處理能力的方法，其特征在 于，所述TP ID值的確定，具體為將所述TPID設置為交換芯片識別的TPID的值包括將 0x8100,0x9100,0x88a8三個中的任一作為PONTAG的TP ID,或其他的該交換芯片能夠識別 的值。
全文摘要
本發明公開一種無源光網絡(PON)系統中增強服務質量(Qos)和虛擬局域網(VLAN)處理能力的方法，其通過在PON系統中添加標記，使交換芯片能夠基于邏輯鏈接標識(LLID)做上行的數據流分類，并通過合理規劃，能夠使原設計中廢棄的交換芯片的訪問控制表(ACL)功能得到充分的應用，既可以作為PON芯片的流分類功能的擴展和補充，也可以同PON芯片劃分處理范圍，從而在不需要增加任何硬件成本的情況下，極大的擴展和增強PON系統的Qos和VLAN處理能力，提高設備的性價比。
文檔編號H04Q11/00GK102045607SQ20101060898
公開日2011年5月4日 申請日期2010年12月28日 優先權日2010年12月28日
發明者沈勝慶, 王穎, 鄧作, 雷于紅 申請人:武漢烽火網絡有限責任公司