CN101310463A - 一种无源光网络的测距方法与系统及光网络单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信传输领域，特别公开了一种无源光网络的测距方法与系统及光网络单元。本发明实施例的无源光网络的测距方法包括：向分光环回器件发送初始测距信号，记录当前发送时间信息为第一时间信息；接收来自所述分光环回器件的环回测距信号，判断所述环回测距信号是否为所述初始测距信号的环回信号；若是，则记录当前接收时间信息为第二时间信息；将所述第一时间信息和所述第二时间信息相减得到测距信息，并根据该测距信息实现测距。本发明实施例的技术方案使光信号没有经过光线路终端的处理，从而减少了测距时间。

Description

一种无源光网络的测距方法与系统及光网络单元

本申请要求于 2006 年 11 月 27 日提交中国专利局、 申请号为 200610157093.4、 发明名称为"一种无源光网络的测距方法与系统 "的中国专利 申请的优先权， 其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明涉及通信传输领域， 尤指一种无源光网络的测距方法与系统及 光网络单元。

背景技术

随着光器件及相关技术的发展， 主干网的单信道速率已经有了很大的 提高。 光放大器、 色散补偿技术和光纤技术的发展， 使得密集波分复用 ( DWDM, Dense Wavelength Division Multiplexing )的复用波长数目更多。 这两方面的技术发展使主干网的容量有了长足的进步。 在客户一侧， 人们 对信息的需求更加迫切。 网络游戏、 网上电影、 网络下载以及将来开通的 数字电视（IPTV ) 等， 用户对带宽的要求会越来越高， 于是就产生了接入 瓶颈限制的问题。 为了解决这个问题， 人们提出了很多的解决方案： 非对 称数字用户线（ ADSL), 甚高速数字用户线 (VDSL),光接入网（ OAN, Optical Access Network )。 在光接入网中， 根据是否采用有源器件分为有源光接入 网和无源光接入网 （PON, Passive Optical Network ) 。

在现有的接入方案中， 无源光接入网 （PON )技术是最吸引人、 应用 最广的解决方案。 它具有独特的优点： 1) ΡΟΝ在光配线网 （ODN, Optical Distribution Network )中全部采用无源器件， 可以减少站点。 2) PON维护简 单， 且具有可升级性。 3) 接入采用光传输， 具有高带宽， 可以满足现有及 将来的带宽需求。

现有技术中的 PON 统拓朴结构示意图如图 1所示， PON由安装于中心 控制站的光线路终端（ OLT, Optical Line Terminals ) 110、光分配网（ ODN, Optical Distribution Network )和安装于用户场所的光网络单元 130(ONU1、 ONU2、 ...ONU_N)三部分组成。上述光分配网可以包括图 1中的分光器件 120， 还可以包括光纤。 PON下行链路采用广播方式发送， 从 OLT发出的下行信 息被所有 ONU接收到，各个 ONU(Optical Network Unit)遵循一定的机制只提 取属于自己的下行信息。 上行链路采用时分复用技术， 多个 ONU共享上行 带宽。

由于 ONU所处的物理位置不一样， 所以各自所发数据帧到达 OLT的时 间会不一样， 就有可能产生发送碰撞冲突。 为了解决这个问题， 必须对各 个 ONU进行测距，从而保证各个 ONU到达 OLT的逻辑时间上不会发生冲突。 在测距的时候， 必须对所测距的 ONU保留一段测距时间， 在此测距时间内 其它 ONU不发送上行业务以避免发生沖突。 此段时间被称为测距开窗时间 ( ranging window ) ， 此时间的长短被称为开窗窗口。 OLT周期性的发出测 距的授权信号， 授权信号携带本地的时间信息。 各 ONU在接收到授权信号 时， 暂时不发送上行的业务。 现有的测距方法以 ONU1进行测距为例， 步骤 为：

1) ONU1收到 OLT发送的授权信号后， ONU1读取授权信号中的时间信 息 tl写入本地时钟。

2) ONU 1发送携带有本地时间信息的响应帧。

3) OLT收到 ONU1发送的携带有本地时间信息的响应帧后，将所携带时 间信息 t2与本地时钟的本地时间作差， 从而得到往返时间 RTT ( Round Trip Time ) , 进而根据该往返时间 RTT实现测距。

发明人在发明过程中发现如下问题：

在对 ONU进行测距的时候， 开窗的窗口必须覆盖整个系统， 且开窗窗 口必须包含分光器到 OLT端这段距离所对应传输时间。 ONU为了不丟失业 务， 必须配置大的数据存储器。 测距的距离过大， 测距时间过长， 从而使 ONU配置大的数据存储器。 另外， 其它的 ONU必须停止各自的业务， 等待 需要测距的 ONU完成测距， 占用大量带宽； 测距时必须经过两次的光电转 换， 占用大量时间； 并且测距时间釆用标准的最大往返时间， 因此会引入 较大的延时。

当系统的速率升高时， 需要重新定义 ONU的处理时间。 测距方法不具 备鲁棒性。 当系统的距离超过标准规定的最大距离时， 需要重新对平衡时 间进行定义。 在测距时， 在 ONU端存在着读出 OLT时钟标签和写入 ONU时 间标签的处理， 引入了延时并增加了系统的复杂度。 发明内容

本发明实施例提供了一种无源光网络的测距方法与系统及光网络单 元， 以避免测距时所需时间过大等缺点。

本发明实施例提供的一种无源光网络的测距方法， 包括：

一种无源光网络的测距方法， 包括以下步驟：

向分光环回器件发送初始测距信号， 记录当前发送时间信息为第一时 间信息；

接收来自所述分光环回器件 的环回测距信号， 判断所述环回测距信 号是否为所述初始测距信号的环回信号； 若是， 则记录当前接收时间信息 为第二时间信息；

将所述第一时间信息和所述第二时间信息相减得到测距信息， 并根据 该测距信息实现测距。

一种无源光网络的系统， 包括：

分光环回器件， 用于接收初始测距信号， 对所述初始测距信号环回处 理为环回测距信号， 并发送所述环回测距信号；

所述光网络单元 ONU, 用于向所述分光环回器件发送所述初始测距信 号， 记录当前发送时间信息为第一时间信息； 接收所述分光环回器件发送 的所述环回测距信号， 确定所述环回测距信号为所述初始测距信号的环回 信号后， 记录当前接收时间信息为第二时间信息； 将所述第一时间信息和 所述第二时间信息相减得到测距信息， 并根据所述测距信息实现测距。

一种光网络单元， 包括：

时钟模块， 用于记录发送初始测距信号和接收环回测距信号时的第一 时间信息和第二时间 信息；

控制模块， 用于发送所述初始测距信号， 接收环回测距信号， 确定所 述环回测距信号是所述初始测距信号的环回信号后， 将所述时钟模块记录 的所述第一时间信息和所述第二时间信息相减得到测距信息， 并根据所述 测距信息实现测距。

由上述本发明实施例提供的技术方案可见， 本发明实施例通过釆用分 光环回器件的测距方法， 光信号没有经过 OLT的处理， 因此减少了测距时 间， 从而可以不必配置大的数据緩冲器， 大大提高了系统的性能。 本发明 实施例在测距时， 当 OLT和分光器件发生故障， 进行倒换保护时， 不需要 进行重新测距； 当分光器件到 ONU发生故障时， 可大大降低倒换时间， 从 而提高系统的健壮性。 同时， 本发明实施例的系统升级性好， 当 PON系统 距离延长和速率提高时， 并不需要改变系统设置及测距方法。

附图说明

图 1为现有技术中的 PON 统拓朴结构示意图；

图 2为本发明实施例的 PON系统拓朴结构示意图；

图 3为本发明实施例提供的分光环回器件的分光环回模块图。

具体实施方式

本发明实施例的 PON系统拓朴结构示意图如图 2所示。 光线路终端 OLT 210到分光环回器件 220的这段距离 L，是每个光网络单元 ONU 230在测距过 程中都必须经过的距离， 对 ONU的测距时间并没有影响。 因此在测距的时 候， 没有必要对 L这段距离进行测距。 在实际情况下， 一般是把分光环回器 件 220放在越靠近最终的接入用户越好， 因此位于光线路终端 OLT 210与光 网络单元 ONU 230之间的分光环回器件 220， 距离 ONU较近， 从而光纤距离 L大于接入部分的光纤距离 Li ( Ll、 L2、 L3 ) 。 利用分光环回器件 220形成 一种环回， 通过环回进行测距， 目的是为了使各个 ONU的逻辑时间相同保 证不沖突。

下面结合两个具体实施例来说明本发明的技术方案。

本发明的第一个具体实施例为： 釆用加入低频低幅信号来标志 ONU的 初始测距信号进行测距的方法， 具体步骤如下：

1)光网络单元 ONU进行测距时， 向分光环回器件发送加入了低频低幅 信号的初始测距信号， 并记录存储此时的光网络单元 ONU的时间信息为第 一时间信息， 记为 tl。

初始测距信号包括 ONU的 ID信息， 并且针对是首次测距还是再次测距 进行标记。 通常， ONU是接收到了光线路终端 OLT经由分光环回器件发送 的测距授权信号， 确定被授权之后才发送初始测距信号的。 此测距授权信 号可包括是对所有的 ONU发出测距授权或是对某一个 ONU发出测距授权。 2 )分光环回器件接收并环回处理加入了低频低幅信号的初始测距信号 后，将得到的环回测距信号发送给光网络单元 ONU。

3)光网络单元 ONU接收到环回测距信号后， 判断测距是否成功。

若初始测距信号携带的低频低幅信号的频率信息与环回测距信号携带 的低频低幅信号的频率信息相同， 则表示环回测距信号是所述初始测距信 号的环回信号，也即表示可以测距成功，则记录存储此时的光网络单元 ONU 的时间信息为第二时间信息， 记为 t2。 信号是否为所述初始测距信号的环回信号， 如判断初始测距信号与环回测 距信号的信元是否相同， 或判断初始测距信号的功率是否为环回测距信号 的功率与损耗功率之和等， 来确定所述环回测距信号是否为所述初始测距 信号的环回信号， 并以此来判断测距是否可以成功。

如果初始测距信号为携带频率信息的光信号； 则判断所述环回测距信 号是否为所述初始测距信号的环回信号的过程还可以是： 判断所述初始测 距信号携带的所述频率信息与所述环回测距信号的频率信息是否相同， 若 是则确定所述环回测距信号是所述初始测距信号的环回信号。 上述频率信 息加载在光信号上或者是通过改变激光器的驱动电流加入到光信号上。

若所述环回测距信号不是所述初始测距信号的环回信号， 则表示测距 不成功， 则光网络单元 ONU对初始测距信号进行随机延时调整和 /或功率调 整，返回执行步骤 1 )， 即向所述分光环回器件重新发送新的初始测距信号。 如果多次测距不成功， 或者在设定一个时间值 T内测距不成功， 则上报网管 或故障指示管理者。 也就是说， 如果预设次数内测距不成功， 或者在设定 一个时间值 T内测距不成功， 则所述的光网络单元 ONU向网管或故障指示 管理者上报故障信息。

4) tl和 t2相减得到光网络单元 ONU的往返时间， 从而计算出延时调整 时间即测距信息， 进而根据该测距信息实现测距。

本发明的第二个具体实施例为： 一种无源光网络的测距系统， 包括光 线路终端 OLT、 分光环回器件和一个或多个光网络单元 ONU，

光线路终端 OLT, 用于发送测距授权信号给所述的分光环回器件。 光 线路终端 OLT将来自上层网络的下行信号， 如电话、 视频、 数据等业务源 信号， 发送给分光环回器件， 然后传送到最终的用户。 同时 OLT还用于产 生测距授权信号经过发射模块发送到分光环回器件， 完成相关的控制处理 以及注册、 管理等功能。

分光环回器件， 用于将测距授权信号分光后传送给一个或多个光网络 单元 ONU， 及用于将来自光网络单元 ONU的信号环回处理为环回测距信 号。 在下行方向上对来自 OLT的下行信号进行分光传输到每个 ONU, 上行 方向上传输 ONU的光信号到 OLT。

光网路单元 ONU接收到 OLT发送的下行信号， 如电话、 视频、 数据等 业务源信号， 再转发给最终的客户端 （如电话、 电脑、 电视等） 。 并把从 客户端的最终客户接收的客户信号发送给 OLT。 光网络单元 ONU进行测距 时， 向分光环回器件发送初始测距信号。 光网络单元 ONU具体包括控制模 块和时钟模块。 时钟模块用于记录存储 ONU发送初始测距信号时的时间信 息 tl。 当初始测距信号到达分光环回器件时， 初始测距信号会被环回为环 回测距信号。 该环回测距信号经过光纤的传输后， 会到达 ONU。

ONU接收到环回测距信号后， 控制模块将接收到的环回测距信号进行 解析， 判断所述环回测距信号是否为所述初始测距信号的环回信号， 如果 是， 时钟模块会读取此时时钟信息 t2。 时钟模块对时钟信息 tl和 t2进行处理 后， 即可得到测距信息， 并把测距信息告知控制模块， 以实现测距。

可以理解， 本发明实施例提供的一种光网络单元 （图未示） ， 包括： 时钟模块， 用于记录发送初始测距信号和接收环回测距信号时的第一 时间信息和第二时间信息； 控制模块， 用于发送所述初始测距信号， 接收 环回测距信号，确定所述环回测距信号是所述初始测距信号的环回信号后， 将所述时钟模块记录的所述第一时间信息和所述第二时间信息相减得到测 距信息， 并根据所述测距信息实现测距。

所述光网络单元还包括授权判定模块， 用于接收测距授权信号并进行 解析， 确定被授权之后， 再通知所述控制模块向所述分光环回器件发送所 述初始测距信号。

所述光网络单元还可以包括调整模块， 在所述控制模块确定所述环回 测距信号不是所述初始测距信号的环回信号后， 通知所述调整模块； 所述 调整模块， 用于根据接收到的所述通知对所述初始测距信号进行随机延时 调整和 /或功率调整， 之后再通知所述控制模块重新发送新的初始测距信 号。

本发明实施例提供的分光环回器件的分光环回模块图如图 3所示。分光 环回器的作用是完成对信号的分光及环回功能。 下行方向上， 分光环回器 把从 OLT发送的下行信号分配到每个支路上到达 ONU，ONU接收下行信号。 在上行方向上， 当发送初始测距信号时分光环回器对测距信号进行环回， ONU完成测距的功能。 ONU在发送上行业务的时候， ONU不接收环回的光 信号， 而仅仅接收下行的信号。 根据前面的第一个具体实施例可以理解， 环回的测距信号和初始测距信号的频率信息是相同的， 因而 ONU可以很容 易地分辨出接收到的信号是环回到测距信号还是下行业务信号， 从而可避 免环回光对下行信号的影响。

图 3中的虚线部分是为了表明， 可以通过分光环回器达到环回的功能。 此环回部分可以通过同一路径环回也可通过不同的路径环回。 本发明实施 例中的分光环回器件可以用组合器件也可以用单独器件来实现信号的分光 环回。 本发明实施例中的分光环回器件可以具体为： ΝχΝ耦合器、 分光器 件和光纤光栅组合器件、 2χΝ耦合器和反射膜组合器件、 2χΝ耦合器和光纤 光栅组合器件。 具体方案分述如下：

方案 1 : (Ν+1)χ(Ν+1)的耦合器方案。 此种方案是利用（Ν+1)χ(Ν+1)耦合 器的特性来完成的。 在下行方向上， OLT发出的光束被分成了 N+1束光， 并 且一束光被终结， 从而完成分光的功能。 在上行方向， ONU可以完成一种 环回， 从而利用这种环回机制可以对 ONU进行测距。

方案 2， 分光器件和光纤光栅组合器件方案。 下行方向上， 某一波长的 光束被分成 Ν束被各个 ONU接收。 上行方向上， 某一波长的光到达分光反 射器件时， 此波长被反射回各个 ONU, 则形成了一种环回机制。

方案 3， 2χΝ 合器和反射膜组合器件方案 （其中的耦合器并不一定限 于 2χΝ形式） 。 下行方向上， OLT发出的光信号被分光器件分成 Ν束， 被各 个 ONU接收。 上行方向上， 当某一 ONU发出的光信号到达耦合器后， 一部 分之间通过耦合器， 一部分在耦合器的一端反射回来， 到达每个 ONU。 从 而完成了 ONU的环回。

方案 4, 2χΝ耦合器和光纤光栅组合器件方案 （其中的耦合器并不一定 限于 2χΝ形式） 。 下行方向上， OLT发出的光信号被分光器件分成 N束， 被 各个 ONU接收。 上行方向上， 某一波长的光信号在分光器件输出被光栅所 反射， 从而形成环回。

从以上描述可以看出， 由上述本发明实施例提供的技术方案可见， 本 发明实施例通过采用分光环回器件的测距方法， 把现有技术中的 PON中的 分光器件采用分光环回器件替代， 从而在分光器和各 ONU之间形成一种环 回机制。 分光环回器件既具备分光功能， 又具备环回功能。 光信号没有经 过 OLT的处理， 因此减少了测距时间， 从而可以不必配置大的数据緩冲器， 大大提高了系统的性能。 与现有技术相比，本发明实施例在测距时， 当 OLT 和分光器件发生故障进行倒换保护时， 不需要进行重新测距； 当分光器件 到 ONU发生故障时， 可大大降低倒换时间， 从而提高系统的健壮性。 同时， 本发明实施例的系统升级性好， 当 PON系统距离延长和速率提高时， 并不 需要改变系统设置及测距方法。

以上所述， 仅为本发明具体实施方式， 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书的保护范围为准。

Claims (14)

1. 权 利 要 求

   1、 一种无源光网络的测距方法， 其特征在于， 包括以下步骤： 向分光环回器件发送初始测距信号， 记录当前发送时间信息为第一时 间信息；

   接收来自所述分光环回器件的环回测距信号， 判断所述环回测距信号 是否为所述初始测距信号的环回信号； 若是， 则记录当前接收时间信息为 第二时间信息；

   将所述第一时间信息和所述第二时间信息相减得到测距信息， 并根据 该测距信息实现测距。
2. 2、 如权利要求 1所述的方法， 其特征在于， 判断所述环回测距信号是 否为所述初始测距信号的环回信号的方法包括： 判断所述初始测距信号与 所述环回测距信号的信元是否相同， 若相同则确定所述环回测距信号是所 述初始测距信号的环回信号。
3. 3、 如权利要求 1所述的方法， 其特征在于， 判断所述环回测距信号是 否为所述初始测距信号的环回信号的方法包括： 判断所述初始测距信号的 功率是否为所述环回测距信号的功率与损耗功率之和， 若是则确定所述环 回测距信号是所述初始测距信号的环回信号。
4. 4、 如权利要求 1所述的方法， 其特征在于，

   所述初始测距信号为采用加入低频低幅信号作标志的信号；

   判断所述环回测距信号是否为所述初始测距信号的环回信号的方法包 括： 判断所述环回测距信号是否为加入所述低频低幅信号标志的信号， 若 是则确定所述环回测距信号是所述初始测距信号的环回信号。
5. 5、 如权利要求 1所述的方法， 其特征在于，

   所述初始测距信号为携带频率信息的光信号；

   判断所述环回测距信号是否为所述初始测距信号的环回信号的方法包 括： 判断所述初始测距信号携带的所述频率信息与所述环回测距信号的频 率信息是否相同， 若是则确定所述环回测距信号是所述初始测距信号的环 回信号。
6. 6、 如权利要求 5所述的方法， 其特征在于， 所述频率信息加载在光信 号上或者是通过改变激光器的驱动电流加入到光信号上。
7. 7、 如权利要求 1至 5所述的任一项方法， 其特征在于， 进一步包括， 若 所述环回测距信号不是所述初始测距信号的环回信号， 则对所述初始测距 信号进行随机延时调整和 /或功率调整， 之后， 重新向所述分光环回器件发 送新的初始测距信号。
8. 8、 如权利要求 7所述的方法， 其特征在于， 进一步包括， 若预设次数 内测距不成功， 或者在设定一个时间值 T内测距不成功， 则上报故障信息。
9. 9、 如权利要求 1所述的方法， 其特征在于， 进一步包括， 接收来自光 线路终端 OLT的测距授权信号并进行解析， 确定被授权之后， 再向所述分 光环回器件发送所述初始测距信号。
10. 10、 一种无源光网络的测距系统， 其特征在于， 包括：

    分光环回器件， 用于接收初始测距信号， 对所述初始测距信号环回处 理为环回测距信号， 并发送所述环回测距信号；

    所述光网络单元 ONU， 用于向所述分光环回器件发送所述初始测距信 号， 记录当前发送时间信息为第一时间信息； 接收所述分光环回器件发送 的所述环回测距信号， 确定所述环回测距信号为所述初始测距信号的环回 信号后， 记录当前接收时间信息为第二时间信息； 将所述第一时间信息和 所述第二时间信息相减得到测距信息， 并根据所述测距信息实现测距。

    11、 如权利要求 10所述的测距系统， 其特征在于， 所述系统进一步包 括： 光线路终端 OLT, 用于发送测距授权信号给所述分光环回器件；

    所述的分光环回器件进一步用于将所述测距授权信号分光后传送给所 述光网络单元 ONU;

    所述光网络单元 ONU进一步用于将接收到的所述分光后的测距授权信 号进行解析， 确定被授权之后， 再向所述分光环回器件发送所述初始测距 信号。
11. 12、 如权利要求 9所述的测距系统， 其特征在于， 所述分光环回器件具 体为： NxN耦合器、 分光器件和光纤光栅组合器件， 或 2χΝ耦合器和光纤 光栅组合器件， 或 2χΝ輛合器和反射膜组合器件。
12. 13、 一种光网络单元， 其特征在于， 包括： 时钟模块，用于记录发送初始测距信号和接收环回测距信号时的第一时间 信息和第二时间信息；

    控制模块， 用于发送所述初始测距信号， 接收环回测距信号， 确定所述环 回测距信号是所述初始测距信号的环回信号后，将所述时钟模块记录的所述第 一时间信息和所述第二时间信息相减得到测距信息，并 居所述测距信息实现 测距。
13. 14、 根据权利要求 13所述的光网络单元， 其特征在于， 所述光网络单元 还包括授权判定模块， 用于接收测距授权信号并进行解析， 确定被授权之后， 再通知所述控制模块向所述分光环回器件发送所述初始测距信号。
14. 15、根据权利要求 13或 14所述的光网络单元， 其特征在于， 所述光网络 单元还包括调整模块，

    在所述控制模块确定所述环回测距信号不是所述初始测距信号的环回信 号后， 通知所述调整模块；

    所述调整模块， 用于根据接收到的所述通知对所述初始测距信号进行随 机延时调整和 /或功率调整， 再通知所述控制模块重新发送新的初始测距信号。