在無源光網絡中實現家庭網關功能的方法及裝置的製作方法

2023-05-29 21:02:36 1

專利名稱：在無源光網絡中實現家庭網關功能的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及無源光網絡技術領域，尤其涉及一種在無源光網絡中實現家庭網關功能的 方法及裝置。
背景技術：
無源光網絡(Passive Optical Network, PON)是一種純介質網絡，採用點對多點的光 纖傳輸和接入技術，下行採用廣播方式、上行採用時分多址方式，可以靈活地組成樹型、星 型和總線型等拓撲結構，在光分支點不需要節點設備，只需要安裝一個簡單的光分支器即 可，因此具有節省光纜資源、帶寬資源共享、節省機房投資、設備安全性高、建網速度快、綜 合建網成本低等優點。無源光網絡能夠避免外部設備的電磁幹擾和雷電影響，減少線路和外部設備的 故障率，提高系統可靠性，同時節省了維護成本，是電信維護部門長期期待的技術。無源 光網絡主要包括吉比特無源光網絡(GP0N)、乙太網無源光網絡(ΕΡ0Ν)、下一代無源光網絡 (NGPON)和波分復用無源光網絡(WPON)等。如圖1所示，PON組網結構中包括局端設備光線路終端(Optical Line Terminal, 0LT)和光網絡單元(Optical Network Unit，0NU)。OLT—般放置在機房中，ONU則根據不 同的應用場景放置在樓道或者家庭中。OLT是服務提供商設施處的終端。ONU提供對用戶的扇出連接。每條PON中繼線最多可支持32次分路和64個0NU。 用戶與ONU的連接可以使用同軸電纜、雙絞線、光纜，甚至是無線連接。在現有的無源光網絡中，由ONU完成家庭網關的功能，但是，由於無源光網絡中部 署有較多的0NU，採用ONU實現家庭網關功能，將會大大增加網絡部署成本，而且也會產生 大量ONU難於管理維護的問題。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種在無源光網絡中實現家庭網關功能的方法及裝 置，解決由光網絡單元實現家庭網關功能造成的網絡部署成本高及難於維護的問題。為解決上述技術問題，本發明的一種在無源光網絡中實現家庭網關功能的方法， 包括
在光線路終端中設置虛擬遠程網關，該虛擬遠程網關與光網絡單元連接，為光網絡單 元下的終端設備申請公網地址及實現報文轉發，並為終端設備分配私網地址。進一步地，虛擬遠程網關上設置有多種業務出口，業務出口與所支持的業務所對 應的路由轉發實體連接。進一步地，虛擬遠程網關為終端設備申請公網地址包括
虛擬遠程網關進行撥號，根據終端設備的業務類型選擇業務出口，經所選擇的業務出 口，通過對應的路由轉發實體，向與該路由轉發實體連接的路由伺服器申請公網地址。進一步地，虛擬遠程網關為終端設備分配私網地址包括
終端設備向虛擬遠程網關發起地址申請，虛擬遠程網關接收到終端設備的地址申請後，根據用戶配置的網段，為終端設備分配網段內的私網地址，並將該私網地址反饋給終端 設備。進一步地，虛擬遠程網關為終端設備實現報文轉發包括
虛擬遠程網關接收到終端設備的首報文後，對該首報文進行出口封裝，建立控制連接， 根據首報文的目的地址將首報文發送給對應的路由轉發實體，通過該路由轉發實體將首報 文發送給上聯設備。進一步地，該方法還包括
虛擬遠程網關將首報文發送給對應的路由轉發實體後，還建立路由轉發表，在該路由 轉發表中記錄該首報文的源地址和源埠到終端設備的公網地址和轉發首報文的業務出 口的映射關係，源地址和源埠分別為終端設備的私網地址和報文發送埠。進一步地，該方法還包括
虛擬遠程網關建立路由轉發表後，在接收到上聯設備的響應報文後，根據該響應報文 的目的地址和目的埠查詢路由轉發表，查找到該響應報文的目的地址和目的埠對應的 私網地址和報文發送埠，將響應報文發送給終端設備。進一步地，該方法還包括
虛擬遠程網關在接收到終端設備發送的首報文之後的正常報文時，根據路由轉發表， 對正常報文進行加速轉發。進一步地，一種在無源光網絡中實現家庭網關功能的裝置，包括虛擬遠程網關， 該虛擬遠程網關與光網絡單元連接，其中
虛擬遠程網關，用於為光網絡單元下的終端設備申請公網地址及實現報文轉發，並為 終端設備分配私網地址。進一步地，虛擬遠程網關包括公網地址申請實體；
公網地址申請實體，用於進行撥號，根據終端設備的業務類型選擇業務出口，經所選擇 的業務出口，通過對應的路由轉發實體，向與該路由轉發實體連接的路由伺服器申請公網 地址。進一步地，虛擬遠程網關還包括私網地址分配實體；
私網地址分配實體，用於在接收到終端設備的地址申請後，根據用戶配置的網段，為終 端設備分配網段內的私網地址，並將該私網地址反饋給終端設備。進一步地，虛擬遠程網關還包括地址轉換/路由實體，其中
地址轉換/路由實體，用於在接收到終端設備的首報文後，對該首報文進行出口封裝， 建立控制連接，根據首報文的目的地址將首報文發送給對應的路由轉發實體，通過該路由 轉發實體將首報文發送給上聯設備。進一步地，虛擬遠程網關還包括硬體加速實體；
地址轉換/路由實體，還用於建立路由轉發表，在該路由轉發表中記錄首報文的源地 址和源埠到終端設備的公網地址和轉發首報文的業務出口的映射關係，並將該路由轉發 表下發給硬體加速實體，源地址和源埠分別為終端設備的私網地址和報文發送埠 ；
硬體加速實體，用於在接收到終端設備發送的首報文之後的正常報文時，根據地址轉 換/路由實體下發的路由轉發表，對正常報文進行加速轉發。進一步地，公網地址申請實體包括動態主機協議配置客戶端實體和點對點撥號客戶端實體；私網地址分配實體為動態主機協議配置伺服器實體。綜上所述，本發明通過在OLT上實現家庭網關功能，不再需要每一個ONU提供該功 能，ONU僅實現PON接入接口，從而大大降低了 ONU的成本，通用性得到加強，為大規模部署 PON業務提供了便利；另外，不再需要為每一個ONU進行家庭網關的業務配置，減少了業務 的運營成本。


圖1為現有技術中無源光網絡的組網示意圖2為本發明實施方式在無源光網絡中實現家庭網關功能的方法的應用場景的組網 示意圖3為本實施方式在無源光網絡中實現家庭網關功能的方法中的虛擬遠程網關的結 構示意圖4為本實施方式的在無源光網絡中實現家庭網關功能的方法的流程圖。
具體實施例方式
本實施方式通過在光線路終端中設置虛擬遠程網關，由虛擬遠程網關為光網絡單元下 的終端設備申請公網地址、分配私網地址及實現報文轉發。如圖2所示，本實施方式通過在OLT中配置與ONU對應的虛擬遠程網關(virtual remote gateway, VRG)，在OLT中可以為每個ONU配置一個對應的虛擬遠程網關，一個虛擬 遠程網關為一個ONU提供服務；也可以在OLT中配置一個或多個虛擬遠程網關，由一個虛擬 遠程網關為多個ONU提供服務。虛擬遠程網關上設置有多種業務出口，每個業務出口與該 業務出口支持的業務所對應的路由轉發實體連接。根據不同業務，路由轉發實體包括HSI Bridge (高速上網橋)、VOD Router (視頻點播業務轉發實體)和VOC Router (語音業務轉 發實體)等。如圖3所示，VRG中包括以下實體公網地址申請實體、私網地址分配實體、地址 轉換(Network address translation, Nat) / 路由(router)實體以及硬體力口速(hardware acceleration)實體，上述私網地址分配實體可以是動態主機協議配置伺服器(DHCP SERVER)實體，上述公網地址申請實體包含動態主機協議配置客戶端(DHCP CLIENT)實體 和點對點撥號客戶端(ΡΡΡ0Ε CLIENT)實體，其中
DHCP伺服器實體，用於為用戶側ONU下的所有用戶分配IP位址，一般是私網IP位址。DHCP客戶端實體，用於網絡側針對特定業務從DHCP伺服器(路由器)獲取IP位址， 一般是公網IP位址。PPPOE客戶端實體，用於網絡側從特定業務的BRAS伺服器獲取IP位址，一般是公 網IP位址。Nat/路由實體，用於將用戶側的數據報文以軟體方式轉發到網絡側，完成地址轉 換和路由轉發等功能。硬體加速實體，用於將用戶側的數據報文以硬體加速轉發到網絡側，完成地址轉 換和路由轉發等功能。由於不同業務採用的地址分配方式並不相同，因此，需要採用DHCP客戶端或 PPPOE客戶端來獲取網絡側地址。圖4所示為本實施方式實現家庭網關功能的方法，包括步驟401，終端設備接入到0NU，通過ONU的預設的虛擬區域網(VLAN)接入到OLT ； 步驟402，用戶完成業務配置，包括啟用DHCP伺服器以及設置需要分配的私網地址的 網段；
VRG與網絡側包括多種業務出口，如高速上網業務(high speed internet, HSI)、視頻 點播業務(video on demand，VOD)和語音(VOICE)業務等。網絡側需要對業務進行劃分， 為業務配置不同的客戶端撥號方式，如DHCP客戶端撥號方式或PPPOE客戶端撥號方式等。步驟403，ONU使能VRG功能，觸發該ONU對應的VRG的PPPOE客戶端或DHCP客戶 端進行PPPOE或DHCP撥號，根據終端設備的業務類型選擇業務出口，經選擇的業務出口，通 過對應的路由轉發實體向路由器申請IP位址；
步驟404，ONU下的終端設備發起DHCP地址申請，從VRG中的DHCP伺服器獲取內部的 私網地址；
步驟405，DHCP伺服器根據用戶配置的網段，為終端設備分配所配置網段內的私網地 址，並將私網地址反饋給終端設備；
步驟406，ONU下的終端設備進行業務，向OLT發送首報文，首報文的源地址為終端設備 的私網地址；
業務包括高速上網、VOD和VOICE等。步驟407，OLT收到用戶的首報文後，對首報文進行出口封裝，建立控制連接，Nat/ 路由實體根據目的IP位址進行路由，將報文轉發給對應的路由轉發實體；
步驟408，Nat/路由實體建立NAT轉發表，記錄首報文的源地址和源埠到公網地址和 報文轉發埠的映射關係，將建立的NAT轉發表下發到硬體加速實體，其中，源地址和源端 口分別為述終端設備的私網地址和報文發送埠；
步驟409，路由轉發實體通過路由或橋接方式將報文發往上聯設備；
步驟410，OLT接收到上聯設備的響應報文後，通過路由轉發實體將響應報文發送給
VRG ；
步驟411，VRG的Nat/路由實體根據響應報文的目的地址和目的埠查詢NAT轉發表， 查找到對應的私網地址和報文發送埠，將響應報文發送給終端設備；
步驟412，終端設備後續的正常報文發送到OLT後，由OLT上的硬體加速實體根據NAT 轉發表進行加速轉發。ONU去使能VRG操作，通知VRG業務控制模塊，觸發ONU對應的VRG進行PPPOE/ DHCP下線，釋放IP位址過程。下面以OLT下接入三個ONU, 0NUU0NU2和0NU3，每一個ONU下接入的用戶包括PC 上網業務，STB (Set top box)機頂盒視頻業務，SIP (Session Initiation Protocol)客 戶端語音業務。每一個ONU通過一個特定vlan，接入到0LT，每一個ONU對應OLT上的一個獨立 VRG，每一個VRG實現的業務都包括上網，視頻和語音三種業務，分別通過橋接或者路由方 式接入到上聯伺服器。下面詳細表述VRG業務過程。步驟a，用戶完成VRG業務配置，主要包括設置VRG側分配的地址段，如 192. 1. 1. 2 192. 1. 1. 254 ；步驟b，ONUl使能VRG功能後，觸發ONUl對應VRGl的PPPOE客戶端實體或DHCP客戶 端實體進行撥號，申請公網IP位址；
假設從寬帶遠程接入伺服器(Broadband Remote Access Server，BRAS)分配的PPPOE 撥號獲取的公網地址為1. 1. 1. 1，V0D業務撥號獲取的公網地址為10. 40. 1. 2，V0ICE業務撥 號獲取的公網地址為172. 26. 1. 1。步驟c，ONUl下的實際用戶(PCll)發起DHCP地址申請，從VRGl中的DHCP伺服器 實體獲取內部私網地址，假設內部私網地址為192. 1.1.2；
步驟d =ONU下的實際用戶(PCll)進行高速上網，向OLT發送首報文，報文的目的地址 為2. 2. 1. 1，源地址為私網地址192. 1. 1. 2，源TCP埠為1234 ；
步驟e =OLT接收到PCll的首報文後，由VRG的nat/路由實體進行軟體處理，對首報文 的出口封裝為PPPOE封裝，封裝vlan為Vlan400，TCP控制連接建立完成後，根據目的地址 2.2. 1. 1，選擇從wan (廣域網)接口 13將首報文發送到高速上網橋(HIS bridge)；
步驟f:Nat/路由實體建立NAT轉發表，記錄源地址192. 1. 1.2，源TCP埠 12；34與 公網地址1. 1. 1. 1，報文轉發埠 2345的映射關係，將建立的NAT轉發表(192. 1. 1. 2，1234 (TCP) . 1. 1. 1，2345 (TCP))下發到硬體加速實體；
高速上網橋模塊不屬於VRG，是目前OLT已實現的功能實體。步驟g，OLT高速上網橋模塊，根據目的MAC地址，進行二層橋接處理後，發往上聯 埠，發送到BRAS，BRAS給予響應；
步驟h，OLT收到BRAS響應報文後，由高速上網橋模塊，根據目的MAC地址，進行二層橋 接處理後，發往VRG;
步驟i，VRG的Nat/路由實體根據目的地址為1. 1. 1. 1，目的埠為2345，反查NAT轉 發表，查找到NAT轉換前目的IP位址為192. 1. 1. 1.2，目的TCP埠為1234，從而從VRGl 對應用戶口發送出去。步驟j，PCll用戶的正常報文(是指控制連接建立後的數據報文)送往OLT後，直 接由OLT上的硬體加速模塊根據NAT轉發表(192. 1. 1. 2/1234 1. 1. 1. 1/2345)進行加速轉 發。其他V0D/V0ICE業務和上網業務類似，這裡不再詳述。ONU去使能VRG操作，通知VRG業務控制實體，觸發ONU對應的VRG網絡側進行 PPPOE客戶端實體/DHCP客戶端實體進行下線操作，釋放IP位址過程。顯然，本領域的技術人員應該明白，上述的本發明的各模塊、各步驟可以用通用的 計算裝置來實現，它們可以集中在單個的計算裝置上，或者分布在多個計算裝置所組成的 網絡上，可選地，它們可以用計算裝置可執行的程序代碼來實現，從而，可以將它們存儲在 存儲裝置中由計算裝置來執行，或者將它們分別製作成各個集成電路模塊，或者將它們的 多個模塊或者步驟製作成單個集成電路模塊來實現。這樣，本發明不限制於任何特定的硬 件和軟體結合。以上所述僅為本發明的實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人 員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、 等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種在無源光網絡中實現家庭網關功能的方法，包括在光線路終端中設置虛擬遠程網關，該虛擬遠程網關與光網絡單元連接，為所述光網 絡單元下的終端設備申請公網地址及實現報文轉發，並為所述終端設備分配私網地址。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述虛擬遠程網關上設置有多種業務出口， 所述業務出口與所支持的業務所對應的路由轉發實體連接。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述虛擬遠程網關為所述終端設備申請公 網地址包括所述虛擬遠程網關進行撥號，根據終端設備的業務類型選擇業務出口，經所選擇的業 務出口，通過對應的路由轉發實體，向與該路由轉發實體連接的路由伺服器申請公網地址。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述虛擬遠程網關為所述終端設備分配私 網地址包括所述終端設備向所述虛擬遠程網關發起地址申請，所述虛擬遠程網關接收到所述終端 設備的地址申請後，根據用戶配置的網段，為所述終端設備分配所述網段內的私網地址，並 將該私網地址反饋給所述終端設備。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述虛擬遠程網關為所述終端設備實現報 文轉發包括所述虛擬遠程網關接收到所述終端設備的首報文後，對該首報文進行出口封裝，建立 控制連接，根據所述首報文的目的地址將所述首報文發送給對應的路由轉發實體，通過該 路由轉發實體將所述首報文發送給上聯設備。
6.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，該方法還包括所述虛擬遠程網關將所述首報文發送給對應的路由轉發實體後，還建立路由轉發表， 在該路由轉發表中記錄該首報文的源地址和源埠到所述終端設備的公網地址和轉發所 述首報文的業務出口的映射關係，所述源地址和源埠分別為所述終端設備的私網地址和 報文發送埠。
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，該方法還包括所述虛擬遠程網關建立所述路由轉發表後，在接收到所述上聯設備的響應報文後，根 據該響應報文的目的地址和目的埠查詢所述路由轉發表，查找到該響應報文的目的地址 和目的埠對應的私網地址和報文發送埠，將所述響應報文發送給所述終端設備。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，該方法還包括所述虛擬遠程網關在接收到所述終端設備發送的首報文之後的正常報文時，根據所述 路由轉發表，對所述正常報文進行加速轉發。
9.一種在無源光網絡中實現家庭網關功能的裝置，包括虛擬遠程網關，該虛擬遠程 網關與光網絡單元連接，其中所述虛擬遠程網關，用於為所述光網絡單元下的終端設備申請公網地址及實現報文轉 發，並為所述終端設備分配私網地址。
10.如權利要求9所述的裝置，其特徵在於，所述虛擬遠程網關包括公網地址申請實體；所述公網地址申請實體，用於進行撥號，根據終端設備的業務類型選擇業務出口，經所 選擇的業務出口，通過對應的路由轉發實體，向與該路由轉發實體連接的路由伺服器申請公網地址。
11.如權利要求10所述的裝置，其特徵在於，所述虛擬遠程網關還包括私網地址分配 實體；所述私網地址分配實體，用於在接收到所述終端設備的地址申請後，根據用戶配置的 網段，為所述終端設備分配所述網段內的私網地址，並將該私網地址反饋給所述終端設備。
12.如權利要求11所述的裝置，其特徵在於，所述虛擬遠程網關還包括地址轉換/路 由實體，其中所述地址轉換/路由實體，用於在接收到所述終端設備的首報文後，對該首報文進行 出口封裝，建立控制連接，根據所述首報文的目的地址將所述首報文發送給對應的路由轉 發實體，通過該路由轉發實體將所述首報文發送給上聯設備。
13.如權利要求12所述的裝置，其特徵在於，所述虛擬遠程網關還包括硬體加速實體；所述地址轉換/路由實體，還用於建立路由轉發表，在該路由轉發表中記錄所述首報 文的源地址和源埠到所述終端設備的公網地址和轉發所述首報文的業務出口的映射關 系，並將該路由轉發表下發給所述硬體加速實體，所述源地址和源埠分別為所述終端設 備的私網地址和報文發送埠；所述硬體加速實體，用於在接收到所述終端設備發送的首報文之後的正常報文時，根 據所述地址轉換/路由實體下發的路由轉發表，對所述正常報文進行加速轉發。
14.如權利要求11所述的裝置，其特徵在於所述公網地址申請實體包括動態主機協議配置客戶端實體和點對點撥號客戶端實 體；所述私網地址分配實體為動態主機協議配置伺服器實體。
全文摘要
本發明公開了一種在無源光網絡中實現家庭網關功能的方法及裝置，包括在光線路終端中設置虛擬遠程網關，該虛擬遠程網關與光網絡單元連接，為光網絡單元下的終端設備申請公網地址及實現報文轉發，並為終端設備分配私網地址。本發明通過在OLT上實現家庭網關功能，不再需要每一個ONU提供該功能，ONU僅實現PON接入接口，從而大大降低了ONU的成本，通用性得到加強，為大規模部署PON業務提供了便利；另外，不再需要為每一個ONU進行家庭網關的業務配置，減少了業務的運營成本。
文檔編號H04L12/66GK102082979SQ20111003118
公開日2011年6月1日 申請日期2011年1月28日 優先權日2011年1月28日
發明者秦遵明 申請人:中興通訊股份有限公司