CN101237377A

CN101237377A - Epon无线接入多媒体终端

Info

Publication number: CN101237377A
Application number: CNA200810046811XA
Authority: CN
Inventors: 刘德明; 常宇光; 张敏明; 翁世泽
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2008-01-29
Filing date: 2008-01-29
Publication date: 2008-08-06

Abstract

本发明提供了一种EPON无线接入多媒体终端，其包括EPON光网络单元和无线局域网单元，EPON光网络单元通过以太网交换单元和无线局域网单元相连，EPON光网络单元还接有光收发单元，无线局域网单元通过无线收发单元与天线相连；该多媒体终端通过正交频分复用无线接入技术与以太无源光网络技术的融合，实现以太网无源光网络与无线接入终端网络的无缝融合。本发明使光纤入户成本大幅度降低、性能提高，具有相当好的应用前景。

Description

EPON无线接入多媒体终端

技术领域

本发明涉及一种通信终端，特别是涉及一种无线接入终端。

背景技术

低成本解决光纤到户(FTTH)接入终端问题是现在光通信技术研究的热点。

以太网无源光网络(EPON)是光纤传输系统中常用技术，其采用点到多点结构，无源光纤分支功率分配方式，在以太网之上提供多种业务。由于IP/Ethernet应用占到整个局域网通信的95％以上，EPON成为最佳的技术和最经济的网络结构的完美结合。EPON不需任何复杂的协议，光信号就能精确地传送到最终用户，来自最终用户的数据也能被集中传送到中心网络，将成为连接接入网最终用户的一种最有效的通信方法。而目前的光纤到户EPON光网络采用光接入终端，一方面成本昂贵，另一方面用户在光接入终端之后仍需采用电缆布线方式接入家庭网络设备。

无线局域网(WLAN)作为局域网(LAN)的一种，是计算机网络和无线通信技术结合的产物。WLAN与传统的综合布线以太网方式比较，具有很多优势：只需布设无线基站(AP)，网络架构方便快捷，省去了综合布线方式中布设信息点的花费与时间；在办公环境下，桌面不再有杂乱的网络连线；与便携式笔记本电脑配合，实现移动办公，在家中的卧室、客厅、电视房都可以上网，符合用户追求个性化的要求。

从运营商和服务提供商的角度来看，EPON系统可以带来多方面的好处，包括降低安装、管理和运营成本，提高投资回报率，增加新的赢利机会，长期保持竞争优势等。而WLAN的通信范围不受环境条件的限制，具有投资费用低的特点，省去了不少铜线设备的开销。而且WLAN设计灵活，安装迅速，只需几周的时间就可投入使用，资金回收快；同时，WLAN扩容非常方便，可因需求而定，方便快捷，避免了初期过量配置设备造成的浪费；且WLAN维护简便，只须配备少量维护人员，大大降低了运营费用。因此在适当的场合，适时地采用EPON与WLAN结合的系统，WLAN可更方便的拓展到更多角落，无论对于原有的运营商还是新兴的运营商，都将是一个最佳的选择方案。

目前市场上出现的各种档次的无线路由器多为国外产品，使用的多是IEEE 802.11a和802.11b协议版本，这些无线路由器具有低速率无线接入局域网的特性，安全性和抗干扰性不强的特点，不能与EPON光网络进行无缝连接。

国内从事WLAN研究开发工作起步较晚，关于无线接入路由器的专利较少，其中主要围绕连接第三代移动电话系统、连接WCDMA无线系统、连接PHS低功率无线电话系统。这些无线路由器设计中大多考虑的是与无线通信系统的接口，即使有个别关于无线局域网的相关专利，但多是低速率接入设备，难以同宽带千兆以太无源光网络进行连接。目前主流的WLAN设备是基于协议IEEE802.11b，最高速率为11Mbps，并且随着距离及干扰的增大其实际速率将显著降低，与普通以太网的10/100Mbps相去甚远。基于协议IEEE802.11g的WLAN产品能提供理想的最高速率54Mbps，但基本还处于起步阶段，特别是成本较高，价格上的优势并不明显。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种EPON无线接入多媒体终端，该终端通过正交频分复用(OFDM)无线接入技术与以太无源光网络(EPON)技术的融合，能够以较成本、高速率地接入光纤宽带互联网。

本发明的技术方案是：包括EPON光网络单元和无线局域网单元，EPON光网络单元通过快速以太网交换单元和无线局域网单元相连通，EPON光网络单元通过光收发单元与光线路终端相连通，无线局域网单元通过无线收发单元与天线相连。该多媒体终端通过正交频分复用无线接入技术与以太无源光网络技术的融合，实现以太网无源光网络与无线接入终端网络的无缝融合。

本发明的有益效果是：本发明是无线通信技术和光通信技术的融合，采用802.11无线通信模块和嵌入式系统的组合构成核心路由模块。由于不采用铺设复杂的线缆和破坏现有的基础设施建设，所需器件少，成本低，可大大降低EPON光纤接入到家的价格，具有很强的市场竞争力。而且，本发明所涉及的单元模块及其技术立足于已取得的研究成果，技术优势十分突出，不存在不可克服的技术风险。因而具有相当好的应用前景。

附图说明

图1是本发明的结构框图。

图2是本发明的功能流程图。

图3是本发明的功能模块。

图4是图3中桥接模块的流程图。

图5是图3中帧格式转换模块的流程图。

图6是图3中管理模块的处理流程图。

具体实施方式

本发明在国家863项目研究成果的基础上，研究低成本解决光纤到户(FTTH)“最后一百米”问题。通过正交频分复用(OFDM)无线接入技术与以太无源光网络(EPON)技术的融合，开发出光纤到户无线接入终端设备。

如图1所示，本发明包括EPON光网络单元和无线局域网单元，EPON光网络单元通过以太网交换单元和无线局域网单元相连，EPON光网络单元还接有光收发单元，无线局域网单元通过无线收发单元与天线相连。该多媒体终端通过正交频分复用无线接入技术与以太无源光网络技术的融合，实现以太网无源光网络与无线接入终端网络的无缝融合。

光收发单元与上行光线路终端(OLT)相连，为实现点到多点的双向传输，光收发单元须采用突发模式千兆光收发合一模块。光收发单元可选用FTM9412PF10或者FTM9712PF20等。

EPON光网络单元提供EPON接口，该光网络单元包括媒体访问控制(MAC)子层、并串和并转换(SERDES)功能模块，遵循IEEE802.3Z、IEEE802.3X和IEEE802.3ah标准。EPON光网络单元可选用PAS6001芯片或者PAS6201芯片等。为提高缓存性能，EPON光网络单元还可接有同步动态随机存储器(SDRAM)和闪存(Flash)。EPON光网络单元与光收发单元之间通过SERDES进行双向通信，光收发单元可传送给EPON光网络单元PON Los(信号丢失)信号，EPON光网络单元则可传送给光收发单元TX DIS信号。

以太网交换单元支持IEEE802.3帧，丢弃或者传送这些帧给一个或者多个开关端口。以太网交换单元的一些开关端口还可以通过有线网络接口与有线局域网相连，以增强本接入终端的实用性。以太网交换单元可以选用88E6045、88E6092或者88E6095等芯片。以太网交换单元通过千兆媒体独立接口(GMII)与EPON光网络单元进行双向通信，通过串行管理数据输入输出总线(MDIO)与EPON光网络单元交换控制信号。EPON光网络单元传送给以太网交换单元MDC(修改检测码)控制信号。

无线局域网单元可包括使用ARM9的CPU、使用IEEE802.11g/b协议的媒体访问控制器(MAC)、基带处理器、启动只读存储器(Boot ROM)、SDRAM和Flash存储器控制器、直接内存存取引擎等。为提高缓存性能，无线局域网单元可接上SDRAM和Flash。无线局域网单元可选用88W8510H芯片。无线局域网单元通过50MHz信号与以太网交换单元进行通信，并与以太网交换单元的媒体独立接口(MII)相连。

无线收发单元包括射频收发器和开关滤波组件，射频收发器与无线局域网单元相连，天线通过开关滤波组件接至射频收发器。射频收发器包括功率放大器、低噪音放大器、电压控制振荡器和频率合成器。射频收发器可选用88W8010芯片。

整个无线接入终端的供电电压为12V，其还包括电源单元。电源单元可提供3.3V、2.5V、1.8V、1.5V、1.2V五种电压，为光收发单元、EPON光网络单元、以太网交换单元、无线局域网单元、射频收发器提供电力。

如图1所示，本发明的无线局域网单元采用正交频分复用(OFDM)无线传输技术和IEEE802.11的无线局域网协议。为与使用IEEE802.3协议的EPON光网络单元无缝融合，通过WLAN软件路由桥接技术和IEEE802.11c协议开发了无线路由器嵌入式桥接软件模块，该软件模块安装在无线局域网单元上。

本发明的软件部分在数据链路层(DLL)开发，对数据链路层的以上各层是透明的，其软件功能主要包括：

(1)桥接功能：对数据包的过滤、存贮、转发；

(2)移动管理：对移动主机的认证、登录、散步的管理；

(3)实现对以上两项功能的管理。

本发明的软件实现是基于eCOS嵌入式操作系统的架构下开发的，其软件结构模块如图3所示，包括地址数据库学习模块、桥接模块、帧格式转换模块、管理模块、无线网络接口和有线网络接口。地址数据库学习模块和桥接模块互相通讯，桥接模块通过帧格式转换模块、管理模块与无线网络接口互相通讯，桥接模块还与有线网络接口互相通讯。

本发明的软件功能流程图如图2所示，开始初始化之后，先初始化有线和无线网络接口，然后管理模块初始化，开始侦听有线和无线端口，并判断端口接收类型：

如果是有线端口接收(IEEE802.3帧)则与桥接模块通讯，最后进行结束判断，如果判断结果“是”则结束，如果判断结果“否”，则重新返回到初始化有线和无线网络接口之后，管理模块初始化之前。

如果是无线端口接收(IEEE802.11帧)则与管理模块相通讯，最后进行结束判断，如果判断结果“是”则结束，如果判断结果“否”，则重现返回到初始化有线和无线网络接口之后，管理模块初始化之前。

软件部分各功能模块的说明如下：

(1)地址数据库学习模块

本发明内部建有保存地址信息的数据库，而EPON无线多媒体终端的两个主要软件功能散步管理和桥接功能都涉及对数据库的修改，删除等操作。所以地址数据库学习模块根据地址信息的变化实现对地址数据库的管理。

(2)桥接模块

IEEE802.11协议中引入了一个称为端口(Port)的概念，它主要是一个连接有线IEEE802.X局域网与IEEE802.11无线网的逻辑点，提供将两者结合起来的逻辑业务。在媒体访问控制层(MAC层)，要实现IEEE802.11和IEEE802.X有线局域网之间的通信，必然要有网桥的功能，该功能由EPON无线多媒体终端的桥接模块来提供，并且是采用透明网桥。该网桥完全遵守IEEE802.1d与IEEE802.11协议。

桥接模块将所有的网络设备抽象成为一个个的端口，对每个端口上的所有主机地址维护地址列表，且具有自动更新与自动学习的功能，并把帧从收到帧的端口传到网桥的其它端口。桥接模块中所处理的帧都只是具有有线帧的帧格式，所有无线网卡传给此模块的帧必须经过帧格式的转换。同时在桥接模块中不区分是无线网卡来的帧还是有线网卡来的帧，经过桥转发的帧也不区分是转发给有线网卡的还是无线网卡的。

桥接模块的程序流程图如图4所示。桥接模块收到接收端口送来的一帧之后，学习帧的源地址及帧来的端口，然后判断帧目的地址是否为多目或广播地址。

如果判断“否”，即非多目或广播帧，则在地址列表中查找帧的目的地址，如果找到该地址项目，则将帧转发至项目所指示的端口并结束，如果未找到该地址项目，则将帧转发至其它端口并结束。

如果判断“是”，即为多目或广播帧，则将帧转发至其它端口并结束。

(3)帧格式转换模块

IEEE802.11无线帧的帧格式与IEEE802.X有线帧的帧格式是不同的，因此EPON无线多媒体终端作为移动终端连接到有线网络的接入点，具有将无线与有线这两种不同的帧格式进行互相转换的能力，以实现无线网络与有线网络之间的通信，帧格式转换处理模块完成此功能。

帧格式的转换，在驱动程序(位于网络接口)与网桥接口之间实现，即无线网络要传给有线网络的帧要先进行帧格式的转换，然后再传给桥接模块；有线网络要传给无线网络的帧，也要先转换成IEEE802.11的帧格式。对于数据帧来说，关键的部分是Frame Body部分，即上层的协议资料单元。在无线端口，EPON无线多媒体终端收到一个IEEE802.11的数据帧后，剥离其MAC头，在Frame Body前加上符合有线帧格式的MAC头，根据IEEE802.11帧来填写有线帧中的目的地址、源地址与数据，并重新计算帧的长度，封装成帧。同理，也可以将从有线端口收到的有线帧转换成IEEE802.11帧。

图5给出了从IEEE802.X有线帧格式到IEEE802.11无线帧格式转换的流程图。当接收的有线帧进入入口之后，进行是否直接封装的判断。

如果判断为“否”，则再判断协议是否小于等于1500：如果判断为“是”，则说明该帧为IEEE802.3帧，将数据填入IEEE802.11数据域，然后建立IEEE802.11帧长，最后返回；如果判断为“否”，则该帧为DIXII帧，建立逻辑链路控制(LLC)头，然后建立子网访问协议(SNAP)头，再将数据域填入IEEE802.11数据域，建立IEEE802.11帧，最后返回。从IEEE802.11无线帧格式到IEEE802.X有线帧格式转换的流程与上述流程类似。

(5)管理模块

EPON无线多媒体终端对覆盖区域内移动终端的管理是动态变化的，包括对登录、认证、重登录的响应以及对数据帧的转发等等，表现在EPON无线多媒体终端的管理模块中就是完成对数据帧及各种不同管理帧的处理。当EPON无线多媒体终端的驱动程序接收到一帧，如果是管理帧，区分出是认证帧、登录帧还是重登录帧后，再分别做出相应的处理和回应；如果是从无线网络来的数据帧，先进行移动终端相关信息的更新，然后看帧的源地址是否在终端的本地地址列表中，若在，说明是合法的数据帧，将其复制后，一份重新发送到无线信道，另一份转发到有线网络，否则丢弃该帧；如果是从有线网络上来的数据帧，要验证此帧的目的地址是否在EPON无线多媒体终端的本地地址列表中，若在，或者目的地址是多目地址或广播地址，直接对其进行转发。

其流程图如图6所示。从网卡上接收到一帧之后，先判断是否为管理帧：

若判断为“是”，即是管理帧，则进一步判断其是否为认证帧，如果判断为“是”，则转入对认证帧的处理并结束，如果判断为“否”即非认证帧，则进一步判断其是否为登录请求帧，如果判断为“是”，则转入对登录请求帧的处理并结束，如果判断为“否”即非登录请求帧，则再判断其是否为重登录请求帧，如果判断为是，则转入对重登录请求帧的处理并结束，如果判断为“否”即非登录请求帧，则未在处理范围丢弃该帧并结束。

若判断为“否”，即非管理帧，则说明其是数据帧，转入对数据帧的处理并结束。

实施例1：

如图1所示，本发明包括光收发单元、EPON光网络单元、以太网交换单元、无线局域网单元、无线收发单元、天线和电源模块。EPON光网络单元通过以太网交换单元和无线局域网单元相连，EPON光网络单元还接有光收发单元，无线局域网单元通过无线收发单元与天线相连。光收发单元选用FTM9412PF10，EPON光网络单元使用PAS6201，以太网交换单元使用88E6045，无线局域网单元使用88W8510H。无线收发单元包括射频收发器和开关滤波组件，射频收发器使用88W8010。整个无线接入终端的供电电压为12V，，电源单元可提供3.3V、2.5V、1.8V、1.5V、1.2V五种电压，为光收发单元、EPON光网络单元、以太网交换单元、无线局域网单元、射频收发器提供电力。EPON光网络单元和无线局域网单元均接有SDRAM和Flash。以太网交换单元还和有线网络接口相连。

实施例2：

除光收发单元使用FTM9712PF20，EPON光网络单元使用PAS6001，以太网交换单元使用88E6092外，其余与实施例1相同。光收发单元FTM9712PF20和FTM9412PF10基本功能相似，对于本产品来说，选择任意一款都是不错的选择，对产品影响甚微。PAS6201是PAS6001的升级芯片，内部集成了ARM922 CPU，在此基础上开发的ONU，除了能比较完善的实现数据部分的功能外，还可以进一步开发基于IP协议的语音(VoIP)、WiFi等应用。而PAS6001没有CPU，可根据需要进行选择，但是在本产品中二者都适用。88E6092和88E6045两者封装相同，属于同一款芯片，差别不大。实施例2实现了实施例1的各项功能指标和技术参数，完成了产品所要求的基本功能。

实施例3：除以太网交换单元使用88E6095外，其余与实施例1相同。88E6095和88E6045封装相同，属于同一款芯片的不同版本。它的变换对产品的功能要求几乎没有影响。可以很好的实现实施例1的各项功能指标和技术参数。故达到产品的要求。

实施例1～3的性能指标：

参数	单位	指标
参数	单位	指标	无线访问节点覆盖范围	米	≥100
无线接入终端并发用户	个	≥30	无线访问节点覆盖范围	米	≥100
无线接入终端并发用户	个	≥30	用户有效接入速率	Mbps	20
低速连接等级	Mbps	6	用户有效接入速率	Mbps	20
低速连接等级	Mbps	6	接收灵敏度	dBm	-85

产品测试结果：无线访问节点覆盖范围大于120米，无线接入终端并发用户大于30个，用户有效接入速率23Mbps左右，低速连接等级6Mbps，接收灵敏度-90dBm。均达到测试要求，个别参数比要求高很多，充分体现了产品的优越性能。

Claims

1.一种EPON无线接入多媒体终端，其特征是：包括EPON光网络单元和无线局域网单元，EPON光网络单元通过以太网交换单元和无线局域网单元相连，EPON光网络单元还接有光收发单元，无线局域网单元通过无线收发单元与天线相连；该多媒体终端通过正交频分复用无线接入技术与以太无源光网络技术的融合，实现以太网无源光网络与无线接入终端网络的无缝融合。

2.如权利要求1所述的EPON无线接入多媒体终端，其特征是：所述EPON光网络单元提供EPON接口，该光网络单元包括媒体访问控制子层、并串和串并转换功能模块。

3.如权利要求1所述的EPON无线接入多媒体终端，其特征是：所述无线局域网单元包括CPU、媒体访问控制器、基带处理器、启动只读存储器、SDRAM和Flash存储器控制器、直接内存存取引擎。

4.如权利要求1所述的EPON无线接入多媒体终端，其特征是：所述以太网交换单元与有线网络接口相连。

5.如权利要求1所述的EPON无线接入多媒体终端，其特征是：所述EPON光网络单元和无线局域网单元均接有同步动态随机存储器和闪存。

6.如权利要求1所述的EPON无线接入多媒体终端，其特征是：所述无线收发单元包括射频收发器和开关滤波组件，射频收发器与无线局域网单元相连，天线通过开关滤波组件接至射频收发器。

7.如权利要求6所述的EPON无线接入多媒体终端，其特征是：所述射频收发器包括功率放大器、低噪音放大器、电压控制振荡器和频率合成器。

8.如权利要求6所述的EPON无线接入多媒体终端，其特征是：还包括电源单元，其为光收发单元、EPON光网络单元、以太网交换单元、无线局域网单元、射频收发器提供电力。

9.如权利要求1所述的EPON无线接入多媒体终端，其特征是：其上安有软件模块，软件模块包括地址数据库学习模块、桥接模块、帧格式转换模块、管理模块、无线网络接口和有线网络接口，地址数据库学习模块和桥接模块互相通讯，桥接模块通过帧格式转换模块、管理模块与无线网络接口互相通讯，桥接模块还与有线网络接口互相通讯。

10.如权利要求9所述的EPON无线接入多媒体终端，其特征是：其软件模块的工作流程为，开始初始化之后，先初始化有线和无线网络接口，然后管理模块初始化，开始侦听有线和无线端口，并判断端口接收类型，如果是有线端口接收则与桥接模块通讯，最后进行结束判断，如果判断结果“是”则结束，如果判断结果“否”，则重新返回到初始化有线和无线网络接口之后，管理模块初始化之前；如果是无线端口接收则与移动管理功能模块相通讯，最后进行结束判断，如果判断结果“是”则结束，如果判断结果“否”，则重现返回到初始化有线和无线网络接口之后，管理模块初始化之前。