CN101119163A - 一种实现组播业务的wdm-pon方法、系统及光线路终端 - Google Patents

Abstract

一种实现组播业务的WDM－PON方法、系统及光线路终端，包括：光线路终端根据来自各光网络单元的组播组请求报文复制组播组数据，将发送给各个光网络单元的组播组数据和下行单播数据进行子载波复用及并调制到不同波长的光信号中，将不同波长的光信号合成为一个下行混合光信号；光纤分配网将下行混合光信号中不同波长的光信号分别路由至相应波长的光网络单元，由各光网络单元恢复相应波长的下行光信号中的组播组数据和/或下行单播数据。本发明提供了组播组数据与单播数据混合在一起传输到ONU的方法，提高了单一波长的带宽利用率，更好地确保组播和单播的QoS，有利于促进IPTV的推广应用。

Description

一种实现组播业务的WDM-PON方法、系统及光线路终端

技术领域

本发明涉及光通信技术，特别涉及宽带接入光纤技术，具体的讲是一种实现组播业务的WDM-PON方法、系统及光线路终端。

背景技术

现有的使用较为普遍的互联网业务接入方式大致包括：拨号调制解调器、非对称数字线用户线(ADSL)、电缆调制解调器(CM)、超高速DSL(VDSL)，其速率分别从56K到几兆不等。但人们对高质量的视频信息业务、视频点播(VoD：Video on Demand)业务等的需求将日益增加，未来宽带接入将需要100Mbps以上的传输速率。而上述的几种通用的接入方式已无法满足传输要求。因而，利用光纤铺设接入网的需求迅速增长。由于无源光网络(PON)具有巨大的带宽以及运营维护成本低等优点，是一种比较理想的宽带接入方式。

如图1所示：一无源光网络一般包括：一中心局，一光分配网和许多的光网络单元(ONU)单元。PON根据不同的实现方式分为：采用ATM的ATM-PON、基于以太网的EPON(Ethernet Over PON)、具有千兆比特速率的GPON(GigabitPON)、采用波分复用的WDM-PON，以及采用CDMA的OCMDA-PON。

其中，波分复用系统(WDM-PON)由于其巨大的带宽容量、类似点对点信息安全性而引起广泛关注，但WDM-PON成本很高，因此一直无法得到真正的商业应用。最近几年，由于光通信技术的发展，相关的光通信器件价格下降，WDM-PON再度成为热点，许多设备厂商和通信专家在减少WDM-PON网络设备复杂性、降低成本方面作了大量、深入的研究。这些研究解决了大量的技术难点，并在降低成本方面取得了很大的成效，如无热阵列波导光栅(AWG，Array Waveguide Grating)技术、OLT中的多波长光源技术、ONU中的光反射放大技术、ONU中的注入锁定光源技术等。

目前，已出现了大量的WDM-PON的实现架构，WDM-PON逻辑上是一种点对点的网络结构。而点对点的网络结构实现组播业务时，普遍采用数据的带内多拷贝方式传输，由于组播的数据量比较大，以HDTV为例，每个节目流的数据量大概为20Mbps，如果用户同时收看多个HDTV节目的话，会占用用户的较多带内带宽资源。这个问题在FTTB或FTTC中尤其突出，因为在这种情况下，ONU是由多个用户共享的，即一个波长上的带宽资源是共享的，如果同一个ONU下的多个用户收看不同的组播节目的话，组播数据占用的带宽将急剧增加，换言之，下行用于传输各用户的单播数据的带宽将大大减少。

为解决这一问题，目前有一种利用AWG的自由光谱区的周期性以有效传输组播数据的方法。如图2所示，PON中的OLT中的n个固定波长的激光器产生波长分别为FSR+λ₁到FSR+λ_n的激光，然后由耦合器把n个激光合成一个混合未调制激光，再用一个外部调制器将组播数据一次性地调制到上述波长分别为FSR+λ₁到FSR+λ_n的激光中，再通过光放大器及分支器把承载组播数据的n个激光分成n份，并分别与n个承载了下行单播数据的光信号混合成一个光信号，将混合后信号输入到第一级的N:N的AWG的各个输入端。经过第一级AWG和第二级AWG的波长路由之后，最终各个ONU都接收到承载该ONU的下行单播数据及组播数据的光信号，再经由ONU内部的粗波分、PD及反射调制和接收单元，恢复出用户的单播数据和组播数据，并转发给相应设备处理。

图2中的WDM-PON系统虽然可以很好地克服带内多拷贝实现组播时占用带宽的不足，但该系统架构十分复杂，成本极高，还占用了很多的波长资源，减少了用户可用的波长数。

发明内容

为解决现有WDM-PON系统实现组播业务时面临的问题，本发明提供一种支持组播业务的WDM-PON方法、系统及光线路终端，利用子载波复用(SCM，Subcarrier Multiplexing)实现WDM-PON系统的组播业务。

为实现上述目的，本发明提供了：光线路终端根据来自各光网络单元的组播组请求报文复制组播组数据，将发送给各个光网络单元的组播组数据和下行单播数据进行子载波复用及并调制到不同波长的光信号中，将不同波长的光信号合成为一个下行混合光信号；光纤分配网将下行混合光信号中不同波长的光信号分别路由至相应波长的光网络单元，由各光网络单元恢复相应波长的下行光信号中的组播组数据和/或下行单播数据。

本发明还提供了：一种实现组播业务的WDM-PON系统包括有：光线路终端、光纤分配网、及多个光网络单元，光线路终端通过光纤分配网与光网络单元连接，其中，光线路终端，根据来自光网络单元的组播组请求报文，复制各个组播组数据，并将发送给光网络单元的下行单播数据及组播组数据进行子载波复用及调制到不同波长的光信号中，将不同波长的光信号合成为一个下行混合光信号；光网络单元，将相应波长的下行光信号转换为电信号，对转换得到的电信号进行子载波解复用并解调，恢复出组播组数据和下行单播数据。

本发明还提供了一种实现组播业务的光线路终端，包括：交换单元，转发各个光网络单元的组播组请求报文至IGMP报文处理及控制单元；及，转发下行单播数据至下行复用及调制发射单元，转发组播组数据至组播数据复制及转发单元；

上行接收及解调单元，用于恢复各个光网络单元的上行光信号中的上行单播数据及组播组请求报文；

IGMP报文处理及控制单元，根据各个光网络单元的组播组请求报文生成复制及转发控制指令，并输出至组播数据复制及转发单元；

组播数据复制及转发单元，根据复制及转发控制指令复制组播组数据，并输出至下行复用及调制发射单元；

下行复用及调制发射单元，在电域将发送给光网络单元的下行单播数据及组播组数据以子载波方式复用为一个混合电信号，将各个混合电信号调制到不同波长的光信号中，并将不同波长的光信号合成为一个下行混合光信号并输出至第一环形器；

第一环形器，将下行混合光信号输出至光纤分配网；及，将从光纤分配网中接收到的上行光信号输入至上行接收及解调单元。

本发明解决了WDM-PON通过带内多拷贝传输组播时的不足，通过子载波复用的方式，扩大了单一波长上的带宽利用率，由于组播数据与单播数据在不同的通道中传输，彼此独立，避免相互间的服务质量(QoS)影响。还使得支持组播业务的WDM-PON系统实现更加简单，降低了系统实现成本，节省了波长资源，更好地确保组播和单播数据的QoS，有利于促进IPTV的推广应用。

附图说明

图1所示为无源光网络的架构示意图；

图2所示为一种现有的支持组播业务的WDM-PON系统的架构示意图；

图3所示为本发明实施例的WDM-PON系统的架构示意图；

图4所示为图3实施例中光线路终端的结构示意图；

图5A所示为图4中的OLT中一个频域复周实施例的示意图；

图5B所示为图4中的OLT中另一个频域复用实施例的示意图；

图6A为图5A中的频域复用实施例的实现示意图；

图6B为图5B中的频域复用实施例的实现示意图；

图7为图3实施例中光网络单元结构示意图；

图8A所示为对应于图5A、图6A的解调及解复用实现示意图；

图8B所示为对应于图5B、图6B的解调及解复用实现示意图。

具体实施方式

利用上述原理，下面结合附图，详细介绍本发明利用SCM方法实现组播的WDM-PON系统。图3所示为本发明实现组播业务的WDM-PON系统实施例的结构示意图，图3中，WDM-PON系统由光线路终端(OLT)、光纤分配网(ODN)、及n个光网络单元(ONU)组成，ONU与OLT间通过光纤分配网连接。

图4为OLT的结构示意图，OLT主要由：交换单元、IGMP(Internet GroupManagement Potocol，互联网组管理协议)报文处理及控制单元、组播数据复制及转发单元、下行复用及调制发射单元、上行接收及解调单元及第一环形器构成。

其中，第一环形器，将下行复用及调制发射单元的下行混合光信号输出到光纤分配网(ODN)中；或者把来自光纤分配网的上行混合光信号输出到上行接收及解调模块。

上行接收及解调单元主要由第一AWG、第一光/电转换单元(O/E)及解调单元组成。第一AWG对来自第一环形器的携带各用户上行数据的上行混合光信号进行解复用。第一O/E(光电转换单元)将解复用后的各上行光信号转换为电信号，解调单元对电信号进行解调恢复出上行单播数据及组播组请求报文，并输出给交换单元。

交换单元把用户的上行单播数据转发到上一级设备，把用户加入组播组的组播组请求报文转发给IGMP报文处理及控制控制单元。交换单元还用于接收来自上一级设备的下行数据，提取下行数据中的下行单播数据、组播数据和IGMP管理报文，并分别转发到不同的输出端口，即，转发下行单播数据至下行复用及调制发射单元的频域复用单元，转发组播数据至组播数据复制及转发单元，转发IGMP管理报文至IGMP报文处理及控制单元；

IGMP报文处理及控制单元，根据用户的组播组请求报文生成复制及转发控制指令，并输出至组播数据复制及转发单元；IGMP报文处理及控制单元还根据交换单元转发的IGMP管理报文执行IGMP代理功能。复制及转发控制指令，用于指示组播数据复制及转发单元对各个组播组数据复制的数量以及复制后的组播组数据输出到下行复用及调制发射单元，其中根据各个ONU用户选择的组播节目来确定输出到哪个频域复用单元。IGMP报文处理及控制单元还可以进一步结合现有的组播权限管理单元生成复制及转发控制指令，譬如，先由组播权限管理单元对用户的组播组请求报文进行鉴权，若用户对组播组请求报文所请求的组播组数据无权接收，则组播权限管理单元将不会生成相应的复制及转发控制指令。

组播数据复制及转发单元，接收交换单元转发的组播组数据，然后根据复制及转发控制指令，将组播组数据复制相应的数量，并在复制及转发控制指令所指定的端口上输出复制后的组播数据，以输出至下行复用及调制发射单元。

下行复用及调制发射单元包括：频域复用单元，电/光转换单元(E/O)及耦合器。其中，频域复用单元在电域把组播组数据和单播数据复用为混合电信号。频域复用单元将组播组数据调制到高频段，避免组播数据的频谱与用户下行单播数据的频谱重叠，完成频域的复用。电/光转换单元把混合电信号调制到不同波长的光中，形成不同波长的下行光信号，耦合器把不同波长的下行光信号混合后，通过第一环形器输出至光纤分配网。

如图7所示为本发明实施例中ONU的结构示意图。ONU包括：第二环形器、调制发射单元、转发单元、接收解调单元。

其中，转发单元完成用户的上行数据和下行数据的转发处理。转发单元将来自用户的上行数据，即上行单播数据和组播组请求报文转发给调制发射单元；及将接收的解调单元恢复的下行数据，即下行单播数据及组播组数据，在相应的端口上转发出去。

第二环形器，将调制发射单元输出的上行光信号输出到光纤分配网(ODN)，另一方面把来自光纤分配网(ODN)的下行光信号输出至接收解调单元。

接收解调单元包括：第二光/电转换单元(O/E)、解调及解复用单元。第二光电转换单元接收来自第二环形器输出的下行光信号，并将下行光信号转换为电信号，再由解调及解复用单元在电域完成子载波解复用及解调，恢复出下行单播数据及组播组数据。

调制发射单元把来自转发单元的用户上行数据(上行单播数据和组播组请求报文)调制到相应波长的上行光中。图4中，各个ONU的转发单元将用户的上行数据转发到调制发射单元，调制发射单元将交换单元转发的上行数据调制到特定波长的激光中。

如图3、图7所示，ONU_n的调制发射单元将上行数据调制到波长为λ_n的激光中，并把调制过后的光信号发送给第二环形器。环形器将调制发射单元输出的波长为λ_n的上行光信号输出到光纤分配网(ODN)。其它ONU输出的上行光信号(波长为λ₁～λ_n-1)与ONU_n的上行光信号在第二AWG上混合成一个混合光信号后，通过光纤传输到OLT。由OLT的第一环形器输出到第一AWG。

第一AWG将ODN传输的来自第一环形器的携带有各用户上行数据的合成光信号进行解复用，即把混合光信号中波长分别为λ₁，λ₂，......，λ_n的光路由到不同的输出端，输出到各第一光/电转换单元(O/E)，将不同波长的各路光信号转换成电信号，然后输出至对应的解调单元以恢复出用户的上行数据，上行数据中包含上行单播数据和组播组请求报文，其中上行单播数据通过交换单元转发到上一级设备，上行数据中的组播组请求报文转发给IGMP报文处理及控制单元。IGMP报文处理及控制单元根据来自用户的组播组请求报文，生成复制及转发控制指令，并把控制指令输出至组播数据复制及转发单元。

交换单元从来自上一级设备的数据中提取出下行单播数据、组播组数据和IGMP管理报文，分别转发到下行复用及调制发射单元、组播数据复制及转发单元，IGMP报文处理及控制单元。IGMP报文处理及控制单元根据IGMP管理报文完成IGMP代理。

组播数据复制及转发单元根据复制及转发控制指令，将接收的各个组播组数据复制若干份，并输出到对应的频域复用单元。频域复用单元的频域复用使组播数据和下行单播数据分别在两个不同的通道里传输，即在电域把组播数据的频谱和下行单播数据的频谱搬移到不同的频段。

频域复用单元既可以把所有的组播组数据混合在一起，然后调制到一个高频通道，如图5A所示，将所有组播组数据混合在一起，调制到频率为f_m的通道，图6A为与图5A对应的电处理过程。

频域复用单元也可以将各个组播组数据分别调制到不同的高频通道中，如图5B所示，将n个组播组数据分别调制到频率为f₁～f_n的通道，图6B为图5B对应的电处理过程。

频域复用单元完成频域复用后，输出混合电信号至电/光转换单元(E/O)，通过光电转换调制到某一特定波长的下行光中。耦合器把来自各个频域复用单元的不同波长(λ₁～λ_n)的下行光混合成一个混合下行光信号后，通过第一环形器输出到光纤分配网(ODN)。

如图3所示，第二AWG将合成的混合下行光信号进行解复用，把合成的混合下行光信号中的波长分别为λ₁，λ₂，......，λ_n的光信号路由到不同的ONU。ONU₁～ONU_n的第二环形器分别从光纤中接收波长为λ₁～λ_n的下行光信号，并输出至接收解调单元。波长为λ_n的下行光信号通过ONU_n的接收解调单元的光电转换单元还原回混合电信号，再由解调及解复用单元在电域完成电信号的子载波解复用及解调。

图8A为解调及解复用单元对混合电信号进行解复用的过程。图8B为解调及解复用单元对混合电信号的另一种解复用过程，对于本领域的技术人员来说，根据图8A和图8B所示内容可以清楚明白解调及解复用单元的两种解复用过程，因此不再详细描述。解调及解复用单元完成解复用后，进一步解调出用户的下行单播数据和组播组数据，并输出给转发单元，由转发单元再转发至相应的用户终端。

本发明解决了带内多拷贝中组播与单播混合在一起传输给ONU的方法中存在的问题，提出了一种通过子载波复用同时传输组播与单播的方法，扩大了单一波长上的带宽利用率，由于组播组数据与下行单播数据在不同的通道中传输，避免了两种数据在同一个带宽资源的有限的通道中传输时，相互间的服务质量(QoS)的影响。该方法还使传输组播组数据的系统实现更简单，降低了实现成本，可更好地确保组播和单播数据的QoS，有利于促进IPTV的推广应用。

Claims (19)

1.一种实现组播业务的WDM-PON方法，其特征在于，包括：

光线路终端根据来自各光网络单元的组播组请求报文复制组播组数据，将发送给各个光网络单元的组播组数据和下行单播数据进行子载波复用及并调制到不同波长的光信号中，将不同波长的光信号合成为下行混合光信号；

光纤分配网将下行混合光信号中不同波长的光信号分别路由至相应波长的光网络单元，由各光网络单元恢复相应波长的下行光信号中的组播组数据和/或下行单播数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，光线路终端进行子载波复用及调制包括以下步骤：

光线路终端在电域将发送给各个光网络单元的组播组数据和下行单播数据以子载波方式进行复用，产生混合电信号；

光线路终端将混合电信号调制到不同波长的光信号中。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，由光线路终端从接收的上行光信号中恢复出各光网络单元的组播组请求报文及上行单播数据。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，光线路终端在电域将各光网络单元的组播组数据和下行单播数据以子载波方式进行复用，包括：

光线路终端将光网络单元的所有组播组数据调制到同一频率通道，下行单播数据保持在基带不变；或者，

光线路终端将光网络单元的各个组播组数据调制到不同频率通道，下行单播数据保持在基带不变。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，各光网络单元恢复相应波长的下行光信号中的组播组数据和下行单播数据，包括：

各光网络单元将相应波长的下行光信号光/电转换为电信号，对转换得到的电信号进行子载波解复用及解调，恢复组播组数据和下行单播数据。

6.一种实现组播业务的WDM-PON系统，包括有：光线路终端、光纤分配网、及多个光网络单元，光线路终端通过光纤分配网与光网络单元连接，其特征在于，

光线路终端，根据来自光网络单元的组播组请求报文，复制各个组播组数据，并将发送给光网络单元的下行单播数据及组播组数据进行子载波复用及调制到不同波长的光信号中，将不同波长的光信号合成为一个下行混合光信号；

光网络单元，将相应波长的下行光信号转换为电信号，对转换得到的电信号进行子载波解复用并解调，恢复出组播组数据和下行单播数据。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，光线路终端还用于解调来自光网络单元的上行光信号。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，光网络单元还用于将上行数据调制到相应波长的上行光信号中。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，光纤分配网，用于将各个光网络单元的上行光信号进行复用，合成为一个上行光信号并传输至光线路终端；及，将光线路终端的下行混合光信号解复用并传输至各光网络单元。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，光线路终端包括：交换单元、上行接收及解调单元、IGMP报文处理及控制单元、组播数据复制及转发单元、下行复用及调制发射单元、第一环形器。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，交换单元，转发各个光网络单元的组播组请求报文至IGMP报文处理及控制单元；及，转发下行单播数据至下行复用及调制发射单元，转发组播组数据至组播数据复制及转发单元；

上行接收及解调单元，用于恢复各个光网络单元的上行光信号中的上行单播数据及组播组请求报文；

IGMP报文处理及控制单元，根据各个光网络单元的组播组请求报文生成复制及转发控制指令，并输出至组播数据复制及转发单元；

组播数据复制及转发单元，根据复制及转发控制指令复制组播组数据，并输出至下行复用及调制发射单元；

下行复用及调制发射单元，在电域将发送给光网络单元的下行单播数据及组播组数据以子载波方式复用为一个混合电信号，将各个混合电信号调制到不同波长的光信号中，并将不同波长的光信号合成为一个下行混合光信号并输出至第一环形器；

第一环形器，将下行混合光信号输出至光纤分配网；及，将从光纤分配网中接收到的上行光信号输入至上行接收及解调单元。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，下行复用及调制发射单元包括：频域复用单元、电/光转换单元、耦合器；其中，

频域复用单元，在电域中将发送给各个光网络单元的组播组数据与下行单播数据以子载波方式复用为混合电信号，并输出至电/光转换单元；

电/光转换单元，把来自频域复用单元的混合电信号调制到相应波长的下行光信号中；

耦合器，将各个电/光转换单元的下行光信号合成为一个下行混合光信号。

13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，频域复用单元在电域中将各个光网络单元的组播组数据与下行单播数据以子载波方式复用为一个混合电信号，包括：

光线路终端将各光网络单元的所有组播组数据调制到同一频率通道，单播数据保持在基带不变；或者，

光线路终端将各光网络单元的各个组播组数据调制到不同频率通道，单播数据保持在基带不变。

14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，IGMP报文处理及控制单元根据IGMP管理报文执行IGMP代理。

15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，光网络单元包含有：调制发射单元、第二环形器、接收解调单元、转发单元；

调制发射单元，将上行的组播组请求报文及上行单播数据调制到相应波长的上行光信号中；

第二环形器，将调制发射单元的上行光信号输出至光纤分配网；及，接收光纤分配网的相应波长的下行光信号并输出至接收解调单元；

接收解调单元，包括有第二光/电转换单元、解调及解复用单元；第二光/电转换单元，将相应波长的下行光信号转换为电信号，输出电信号至解调及解复用单元；解调及解复用单元，对电信号进行子载波解复用并解调，恢复出下行单播数据和组播组数据；

转发单元，转发上行单播数据及组播组请求报文至调制发射单元；及转发恢复出的下行单播数据及组播组数据。

16.一种实现组播业务的光线路终端，其特征在于，包括：

交换单元、上行接收及解调单元、IGMP报文处理及控制单元、组播数据复制及转发单元、下行复用及调制发射单元、第一环形器；

交换单元，转发各个光网络单元的组播组请求报文至IGMP报文处理及控制单元；及，转发下行单播数据至下行复用及调制发射单元，转发组播组数据至组播数据复制及转发单元；

上行接收及解调单元，用于恢复各个光网络单元的上行光信号中的上行单播数据及组播组请求报文；

IGMP报文处理及控制单元，根据各个光网络单元的组播组请求报文生成复制及转发控制指令，并输出至组播数据复制及转发单元；

组播数据复制及转发单元，根据复制及转发控制指令复制组播组数据，并输出至下行复用及调制发射单元；

下行复用及调制发射单元，在电域将发送给光网络单元的下行单播数据及组播组数据以子载波方式复用为一个混合电信号，将各个混合电信号调制到不同波长的光信号中，并将不同波长的光信号合成为一个下行混合光信号并输出至第一环形器；

第一环形器，将下行混合光信号输出至光纤分配网；及，将从光纤分配网中接收到的上行光信号输入至上行接收及解调单元。

17.如权利要求16所述的实现组播业务的光线路终端，其特征在于，下行复用及调制发射单元包括：频域复用单元、电/光转换单元、耦合器；其中，

频域复用单元，在电域中将发送给各个光网络单元的组播组数据与下行单播数据以子载波方式复用为混合电信号，并输出至电/光转换单元；

电/光转换单元，把来自频域复用单元的混合电信号调制到相应波长的下行光信号中；

耦合器，将各个电/光转换单元的下行光信号合成为一个下行混合光信号。

18.根据权利要求17所述的实现组播业务的光线路终端，其特征在于，频域复用单元在电域中将各个光网络单元的组播组数据与下行单播数据以子载波方式复用为一个混合电信号，包括：

光线路终端将各光网络单元的所有组播组数据调制到同一频率通道，单播数据保持在基带不变；或者，

光线路终端将各光网络单元的各个组播组数据调制到不同频率通道，单播数据保持在基带不变。

19.根据权利要求18所述的实现组播业务的光线路终端，其特征在于，IGMP报文处理及控制单元根据IGMP管理报文执行IGMP代理。

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