CN101047442A - 一种无源光网络的维护方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无源光网络，公开一种无源光网络PON的维护方法及其系统，该PON的光线路终端OLT中设置有光功率检测模块，用于检测PON中接收到的光信号的总功率，光网络单元ONU设置有光发射器电源模块，所述方法包括如下步骤：A.OLT对ONU的上行信号进行解析；B.若无法进行解析，则PON中存在故障ONU，OLT将发出告警，PON进入检测状态；C.在OLT侧通过记录上行信号的光功率值进行故障检测，并定位故障ONU，所述OLT命令关闭故障ONU的光发射器电源，隔离该故障ONU，PON退出检测状态，并返回步骤A进入工作状态。本发明中，当出现某个或某些ONU发生故障时，系统能够检测出故障ONU，并对其进行隔离，使其不影响其他正常ONU，提高整个PON系统的安全性、稳定性和自愈能力。

Description

一种无源光网络的维护方法及其系统
技术领域
本发明涉及无源光网络(PON，Passive Optical Network)技术，尤其涉及一种无源光网络的维护方法及其系统。
背景技术
在规模越来越大的宽带接入网络中，现有的大部分局域网(LAN)都运行在100Mbit/s的网络上，许多大规模的商业公司正在向吉比特以太网(GE)过渡。而在城域核心网和城域边缘网上，SONET/SDH/GE带宽容量非常充裕，这使得接入网部分产生了严重的带宽瓶颈。与电缆传输相比较，光纤传输具有容量大、损耗小、防电磁干扰能力强等优势，因而，随着光纤传输的成本逐步下降，接入网的光纤化是必然的发展趋势。代表着“最后一公里”部分的接入网段，有超低成本、简单结构以及便于实现等要求，这给技术实现带来了很大的挑战。PON(Passive Optical Network，无源光网络)由于采用无源器件，是实现宽带光接入网最有潜力的技术。
作为有很大潜力的宽带接入技术的一种，PON技术的优点体现在以下几个方面：1.光纤接入网是最能适应未来发展的解决方案，特别是PON和其他现有技术，如ATM、Ethernet、WDM型结合而形成的各种x-PON技术已被证明是当前综合宽带接入中非常经济有效的方式；2.由于采用PON技术，整个光分配网是无源的，无源光网络的体积小且设备简单；3.与铜缆网相比，PON可减少维护运行费用，并彻底避免了电磁干扰和雷电干扰；4.PON的无源ONU(光网络单元)无需供电，不仅免除了供电的一系列问题，而且可靠性比有源设备要高的多；5.因为使用的是无源器件，共享光纤传输介质，整个光网络的费用较低；6.可支持开发新业务，特别是多媒体和宽带业务，从而加强运营企业竞争力，增速新业务的开展，补偿光网络建设的新投资，将接入网的数字化进一步推向用户；7.PON在一定程度上对所使用的传输体制是透明的，升级起来比较容易。
针对PON技术，从承载的内容来分类，主要包括APON(ATM BasedPON)、EPON(Ethernet Based PON)以及GPON(Gigabit PON)等。通过采用APON、EPON或GPON技术，在PON的主干光纤上可以支持155Mbit/s、622Mbit/s、1.25Gbit/s或2.5Gbit/s的速率。为同时支持语音、数据和视频应用，每个用户的带宽分配可以是静态的，也可以是动态的。
光纤接入根据光纤深入的程度，可以分为光纤到户(FTTH，Fiber to theHome)、光纤到楼(FTTB，Fiber to the Building/Curb)、光纤到路边(FTTCurb，Fiber to the Curb)、光纤到交接箱(FTTC，Fiber to the Cabinet)、光纤到驻地(FTTP，Fiber to the Premises)等等，统称为光纤到X(FTTX，Fiber to theX)。
PON网络的结构可参阅图1所示，包括位于中心局的OLT(Optical LineTerminal，光线路终端)和一系列位于用户驻地的ONU/ONT(Optical NetworkUnit/Terminal，光网络单元/终端)，ONU/ONT的区别主要是ONT直接位于用户端，而ONU与用户间还有其它的网络如以太网，而由于ONU和ONT之间没有本质的区别，以下提到ONU或ONT时，都以ONU代替，在此先叙明。OLT和ONU之间由光纤、无源分光器或耦合器构成的光分配网络ODN(OpticalDistribution Network)连接。在PON网络中，从服务交换局拉出单根光纤到宽带业务子区或办公园区，然后再用无源分光器或耦合器从主光纤分离出若干支路到各个大楼或业务设备上。PON网络中，从OLT到ONU称为下行方向，从ONU到OLT称为上行方向。
OLT基本结构如图2所示，包括光模块、业务处理模块、控制模块和电源模块。ONU的基本结构如图3所示，包括光模块、业务处理模块和电源模块，其中，OLT和ONU中的光模块用于将接收到的信号进行光电转换，其包括光接收器和光发射器。OLT和ONU中的电源模块连接所述光模块，用于向光模块的光发射器(图未示)和光接收器(图未示)同时提供工作电源，此电源模块的开关由人工控制。此外，OLT的业务处理模块一端通过CNI(Central Network Interface，中心网络接口)连接局端上行网络接口，ONU的业务处理模块一端通过UNI(User Network Interface，用户网络接口)连接用户设备。
再次参阅图1所示，PON网络中到用户驻地的下行数据流的传输过程有别于上行数据流的传输过程。下行数据流从OLT广播到各个ONT，各个ONT通过匹配协议传输单元头中的地址信息，只对目的地址和其自身匹配的数据进行处理。由于ODN存在共享介质的特性，上行的流量传输相对较为复杂。为了避免冲突的发生，上行数据流采用TDMA(时分多址)方式，并按照OLT的控制机制对上行方向的传输进行控制。这样，特定的传输时间片代表特定的ONT，同步这些时间片即可避免不同的ONT的突发之间产生冲突。
正因为在点对多点的无源光网络系统中，上行数据流为TDMA方式，各个ONU终端通过时分复用的方式向OLT发送数据。正常情况下，ONU仅仅在OLT分配的时隙(授权)内打开光模块，OLT给各个ONU分配时隙(授权)，保证在同一时刻只有一个ONU可以发光，不会产生冲突。但是如果某个ONU的光模块故障，处于常发光状态(或者有恶意用户将光模块设置为常发光)，那么和这个ONU连在同一个OLT端口下的其他ONU将会全部瘫痪。
对于ONU终端常发光故障问题，目前有一种隔离方式是使用有源光分路器，对分路器各个分支光纤通路进行检测，如果某一路分支常发光，就在分路器上关闭该分支光路。但是，使用有源光分路器完全扔掉了无源光网络光分配网无源的优势，降低了系统的可靠性，增加了维护工作，且成本高昂。
因此，有必要对现有技术进行改进，以能够对常发光的故障ONU进行检测并把故障ONU进行隔离，使其不影响到其他正常工作的ONU终端，以适应实际应用的需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无源光网络PON的维护方法及其系统，当出现某个或某些ONU终端因突发功能失效而处于常发光状态时，系统能够检测出常发光的故障ONU，并对故障ONU进行隔离，使其不影响到其他正常工作的ONU，提高整个PON系统的安全性、稳定性和自愈能力。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种无源光网络PON的维护方法，所述无源光网络包括光线路终端OLT和光网络单元ONU，从OLT到ONU称为下行方向，从ONU到OLT称为上行方向，所述方法包括如下步骤：
A、OLT对ONU的上行信号进行解析；
B、若OLT对ONU的上行信号无法进行解析，则所述PON中存在发生故障的ONU，所述OLT将发出告警，PON进入检测状态；以及
C、在OLT侧通过记录上行信号的光功率值进行故障检测，并根据检测到光功率值定位故障ONU，所述OLT下发命令关闭故障ONU的光发射器电源，隔离该故障ONU，所述PON退出检测状态，并返回步骤A进入工作状态。
所述步骤C具体包括如下步骤：
C1、OLT下发命令使所有ONU停止发送上行光信号，所述OLT侧记录此时的光功率值P1；
C2、若P1＝0，OLT逐个命令ONU发送上行光信号，当第N个ONU发送上行光信号时，OLT对上行光信号无法进行解析，则第N个ONU为故障ONU，所述OLT隔离该第N个故障ONU；
C3、若P1！＝0，OLT分别检测每一个ONU并确定其中的故障ONU，具体为：所述OLT选择一个ONUx，命令其发送上行光信号，并通过光功率检测装置记录此时光功率值Px：
若Px＝P1，则ONUx为故障ONU；
若Px＞P1，则ONUx为非故障ONU，所述OLT命令该ONUx停止发射光信号；
依次类推，检测每一个ONU，找出所有故障ONU，所述ONU对所有故障ONU进行隔离。
所述OLT包括光功率检测装置，用于记录PON中上行信号的光功率值。
所述步骤B中，上行信号无法解析包括：报文无法识别，误码率、误帧率超过PON的设定值，或者信噪比低于PON的设定值。
所述步骤C中，OLT向故障ONU的光发射电源下发的关闭命令通过控制报文、操作维护报文扩展，或者根据现有协议自定义携带。
本发明还描述了一种维护无源光网络的系统，所述无源光网络包括光线路终端OLT和光网络单元ONU，所述OLT包括业务处理模块、控制模块及光模块，所述OLT还包括光功率检测模块，该光功率检测模块与控制模块和光模块的连接，检测PON中接收到的光信号的总功率。
所述光模块分别包括光接收器、光发射器和光耦合/解耦合器，所述光功能检测装置与光耦合/解耦合器连接，通过光耦合/解耦合器分出光给光功率检测装置来探测光功率的变化。
所述ONU包括业务处理模块、包含光发射器、光接收器和光耦合/解耦合器的光模块，以及光发射器电源模块，该光发射器电源模块设有电源开光，以控制ONU光模块的光发射器的通断，所述ONU中的处理模块接收OLT下发的命令来控制光发射器电源模块的控制开关。
本发明的有益效果如下：本发明的OLT中增加了光功能检测装置，用以记录PON中接收到的光信号的总功率，通过接收到的光功率值判断PON中故障ONU，方法简单，可靠。此外，ONU光模块设有光发射电源，使光接收器和光发射器的电源分开，并且该光发射电源的开关可以被PON协议控制芯片控制，这就意味着，可以在OLT局端发送命令远程关闭光发射器的电源，从而令光发射器停止工作。
在本发明中，通过使用上述的OLT和ONU，同时采用上述检测并隔离的方法，在PON网络中形成了一套故障诊断系统，可以实现PON网络的常发光ONU故障的检测，并对故障的ONU进行隔离，使其不影响到其他正常工作的ONU，维护PON系统的正常工作，从而提高了整个网络的安全性、稳定性和自愈能力。
附图说明
图1是PON网络结构示意图。
图2是现有技术中OLT结构示意图。
图3是现有技术中ONU结构示意图。
图4是本发明OLT结构示意图。
图5是本发明ONU结构示意图。
图6是本发明PON维护的过程逻辑图。
具体实施方式
下面结合附图和典型的实施方式对本发明作进一步的介绍，但不作为对本发明的限定。
请参阅图4，是本发明OLT结构示意图，该OLT包括光模块、业务处理模块(PON协议控制芯片)、控制模块(控制逻辑电路)和光功率检测装置，其中，光模块包括：光接收器，连接上行通路，用于接收上行光信号并进行光电转换；光发射器，连接下行通路，用于将待发送的电信号进行光电转换后通过下行通路发送；以及光耦合/解耦合器。光功率检测装置与控制逻辑电路和光耦合/解耦合器连接，当光耦合/解耦合器分出一束光给光功率检测装置时，该光功率检测装置可以灵敏的探测光功率的变化。
请参阅图5，是本发明ONU结构示意图，该ONU包括光模块，业务处理模块(PON协议控制芯片)以及光发射器电源模块。ONU的光模块包括光接收器、光发射器和光耦合/解耦合器。该ONU主要进行光电转换，即将用户侧发出的电信号转换为光信号，将接收到的光信号转换为用户侧设备所能识别的电信号。值得注意的是，现有技术ONU中的光接收器和光发射器共用一个电源，并且电源的开关由人工控制，而在本发明中，光接收器和光发射器的电源是分开的，并且光发射器的电源开关可以被PON协议控制芯片控制，这就意味着，可以在OLT局端发送命令关闭ONU的光发射器的电源，从而令光发射器停止工作。例如，若出现某个或者某些ONU发生常发光故障，OLT可以下发关闭光模块指令给某个ONU或所有ONU，ONU的PON协议控制芯片收到该指令后关闭光模块的发射电源模块的开关，具体关闭指令通过现有控制报文、OAM(Operation And Maintenance，操作维护)报文扩展，或者根据现有协议自定义等携带，具体扩展和定义方式为本领域技术人员熟知，这里不再赘述。
通过配套使用本发明上述的OLT和ONU，在PON网络中形成了一套故障诊断系统，可以实现PON网络的常发光ONU故障的检测，并对故障的ONU进行隔离。
图6是本发明的检测并隔离常发光故障光网络单元的过程逻辑图。当有ONU发生故障，持续发射上行光信号，此时将严重干扰其他ONU的上行光信号，导致整个上行信号都不可解析。上行信号无法解析包括：误码率、误帧率非常高，报文无法识别，信噪比非常低，其中，误码率、误帧率非常高具体表现为超过PON的设定值，信噪比非常低具体表现为低于PON的设定值，该PON的设定值主要依据PON的承受能力而定。因为无法解析，当OLT在一段时间内都没有收到上行信号，就可以判断已经有ONU发生了故障，此时OLT就发出告警，并进入故障诊断状态，即定位是哪个ONU发生了故障。
首先OLT下发命令去激活所有的ONU，所有正常ONU都将停止发送上行数据，但是故障ONU由于光发射模块出现故障，所以仍然持续发光，OLT内的光功率检测装置记录此时的光功率值为P1。
假设P1＝0，则认为故障ONU仍然可以关闭，这种情况下处理比较简单。逐一命令ONU发送上行信号，当第N个ONU发送上行信号时，系统上行通信又开始无法解析或者整个系统瘫痪，则可断定第N个ONU是故障ONU，OLT给ONU发送命令，关闭该第N个ONU的电源，从而使其彻底停止发送上行光信号，即隔离该第N个ONU。
假设P1!＝0，则认为，故障ONU已经不听从命令，无法关闭，则采取以下步骤：
OLT逐个命令ONU发射上行光信号，检测完毕光功率值后再关闭该ONU；
假设第x个ONU是正常ONU，此时检测到的光功率值为P1+T＞P1，T为第x个ONU发射的上行光信号的光功率值；
假设第x个ONU是故障ONU，因为此时仍然只是第x个ONU一个在发送上行光信号，所以检测到的光功率值仍然为P1，就可确定第x个ONU为故障ONU。
当确定第x个ONU为故障ONU后，OLT给ONU发送命令，关闭第x个ONU的电源，从而使其彻底停止发送上行光信号，即隔离该第x个ONU。
隔离所有故障ONU后，上行通信恢复正常，PON恢复正常工作模式。
综上，本发明的方法可以概括为两个过程，即系统故障点发现过程和系统恢复过程，具体如下：
(1)系统故障点发现过程：
OLT进入故障处理状态，关闭所有ONU的上行数据发送(非电源关闭)，在OLT侧检测光接收功率；
记录此时的检测光功率值；
有目的选择某个ONU发送数据(其余仍然不发数据)，OLT检测此时的光接收功率，并记录。  如果此时光检测值比命令关闭所有ONU时高，则该ONU工作正常，否则，为故障点；
依次类推，检测所有ONU，找出所有故障的ONU。
(2)系统恢复过程：
OLT下发命令关闭故障ONU的光发射电源，系统退出检测状态，进入工作状态。此时，除故障ONU外的所有ONU均能正常工作。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种无源光网络PON的维护方法，所述无源光网络包括光线路终端OLT和光网络单元ONU，从OLT到ONU称为下行方向，从ONU到OLT称为上行方向，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
A、OLT对ONU的上行信号进行解析；
B、若OLT对ONU的上行信号无法进行解析，则所述PON中存在发生故障的ONU，所述OLT将发出告警，PON进入检测状态；以及
C、在OLT侧通过记录上行信号的光功率值进行故障检测，并根据检测到光功率值定位故障ONU，所述OLT下发命令关闭故障ONU的光发射器电源，隔离该故障ONU，所述PON退出检测状态，并返回步骤A进入工作状态。
2.根据权利要求1所述的无源光网络PON的维护方法，其特征在于：所述步骤C具体包括如下步骤：
C1、OLT下发命令使所有ONU停止发送上行光信号，所述OLT侧记录此时的光功率值P1；
C2、若P1＝0，OLT逐个命令ONU发送上行光信号，当第N个ONU发送上行光信号时，OLT对上行光信号无法进行解析，则第N个ONU为故障ONU，所述OLT隔离该第N个故障ONU；
C3、若P1！＝0，OLT分别检测每一个ONU并确定其中的故障ONU，所述OLT隔离所有故障ONU。
3.根据权利要求2所述的无源光网络PON的维护方法，其特征在于：所述步骤C3具体为：所述OLT选择一个ONUx，命令其发送上行光信号，并通过光功率检测装置记录此时光功率值Px：
若Px＝P1，则ONUx为故障ONU；
若Px＞P1，则ONUx为非故障ONU，所述OLT命令该ONUx停止发射光信号；
依次类推，检测每一个ONU，找出所有故障ONU，所述ONU对所有故障ONU进行隔离。
4.根据权利要求1所述的无源光网络PON的维护方法，其特征在于：所述OLT包括光功率检测装置，用于记录PON中上行信号的光功率值。
5.根据权利要求1所述的无源光网络PON的维护方法，其特征在于：所述步骤B中上行信号无法解析包括：报文无法识别，误码率、误帧率超过PON的设定值，或者信噪比低于PON的设定值。
6.根据权利要求1所述的无源光网络PON的维护方法，其特征在于：所述步骤C中，OLT向故障ONU的光发射电源下发的关闭命令通过控制报文、操作维护报文扩展，或者根据现有协议自定义携带。
7.一种维护无源光网络的系统，所述无源光网络包括光线路终端OLT和光网络单元ONU，所述OLT包括业务处理模块、控制模块及光模块，其特征在于：所述OLT还包括光功率检测模块，该光功率检测模块与控制模块和光模块连接，检测OLT中接收到的光信号的总功率。
8.根据权利要求7所述的维护无源光网络的系统，其特征在于：所述光模块分别包括光接收器、光发射器和光耦合/解耦合器，所述光功能检测装置与光耦合/解耦合器连接，通过光耦合/解耦合器分出光给光功率检测装置来探测光功率的变化。
9.根据权利要求7所述的维护无源光网络的系统，其特征在于：所述ONU包括业务处理模块、包含光发射器、光接收器和光耦合/解耦合器的光模块，以及光发射器电源模块，该光发射器电源模块设有控制开关，以控制ONU光模块的光发射器的通断，所述ONU中的业务处理模块接收OLT下发的命令来控制光发射器电源模块的控制开关。
10.根据权利要求9所述的维护无源光网络的系统，其特征在于：所述OLT下发的命令通过控制报文、操作维护报文扩展，或者根据现有协议自定义携带。
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