具体实施方式
以下,参照附图说明本发明的实施例。在以下实施例中,说明把本发明适用于ITU标准的G-PON的情况,但是,本发明也可以适用于G-PON以外的其他PON系统,例如适合于基于以太网(注册商标)帧的信息转发的GE-PON(Gigabit-Ethernet PON:千兆以太网PON)、和在PON区间中利用固定长度的ATM单元转发信息的B-PON(Broadband PON:宽带PON)。
图1表示适用本发明的PON系统的结构图。
PON系统由站侧光传输路径终端装置(OLT)10、多个加入者连接装置(ONU)20(20-1~20-k)、和连接这些要素的PON区间的光分配网ODN构成。PON区间的光分配网由连接OLT10的集线光纤11、和连接各个ONU20-i的支线光纤12-i(i=1~k)构成,支线光纤12-i通过光分离器(光耦合器)13从集线光纤11分支而成。OLT10通常设置在通信公司及ISP(Internet Service Provider:因特网服务供应商)拥有的用户线路收容站中,ONU20-i(i=1~k)被设置在办公楼及公寓等建筑物及用户住宅中。
ONU20-i分别具有多个用户连接线路Lij(j=1~m),通过这些连接线路收容多个用户终端TE。用户终端包括例如表示为TE-111、TE-112(TE-k11、TE-k12),并通过住宅内路由器或住宅内交换器30-1(30-k)连接ONU20-1(ONU20-k)的情况,和例如表示为TE-21、TE-2m(TE-km),并直接连接ONU20-2(20-k)的情况。
NW表示由多个路由器40(40-1~40-n)构成的广域网络(包括ISP网)。在PON系统中连接的各个用户终端TE,通过ONU20-i、OLT10、路由器40-1与连接广域网络NW的服务器50(50-1、50-2)通信。
在图1中,为了简化,服务器50-1、50-2直接连接路由器40-1,但在实际的网络中,在这些服务器50-1、50-2和路由器40-1之间还可以存在其他的路由器。并且,在网络NW中,除服务器50-1、50-2之外,还存在可以从各个用户终端接入的多个服务器,但在图1中省略了。
OLT10经过路由器40-1从通信线路L1接收例如服务器40-2发送的发给用户终端TE-111的帧后,把该接收帧转换为基于PON区间固有的传输层通信协议的帧格式(在G-POM中为GEM帧),并发送给光纤11。在PON区间中,OLT10发送给光纤11的下行帧通过分离器13被分支到支线光纤12-1~12-k中,并广播给所有ONU20-1~20-k。
各个ONU20-i被分配了在PON内固有的端口ID。各个ONU参照接收帧的标题部(在G-PON中为GEM标题)表示的目的地识别信息(端口ID),对目的地识别信息与自身端口ID一致的帧、或者目的地识别信息表示多播端口ID的帧进行接收处理,并将除此之外的接收帧废弃。在包括发给用户终端TE-111的帧的GEM帧中,被赋予了包括ONU20-1固有的端口ID的GEM标题。因此,只有ONU20-1对该GEM帧进行接收处理。ONU20-1从GEM帧中去除GEM标题,按照接收帧的标题表示的目的地信息,将接收帧转发给与用户终端TE-111的连接线路L11。
另一方面,从ONU20-1~20-k朝向网络NW的上行帧为了避免在光纤11上的冲突,OLT10利用预先分配给各个ONU的独立的发送时间段来发送,以在光纤11上被时分复用的状态到达OLT10。OLT10根据需要进行格式转换后,把从光纤11接收的上行帧转发给路由器40-1。
在本发明中,OLT10连接着信号传输速度不同的多个ONU。在以下的说明中,假设ONU20-1~20-k具有2.4Gbps或10Gbps中的某一种信号传输速度。
图2表示在用户终端与ONU之间的通信协议、以及OLT10与路由器40-1之间的通信协议为以太网时,OLT10从路由器40-1接收的下行通信帧F1的格式、和PON区间的下行GEM帧70的格式。
来自路由器40-1的接收帧F1由IP包60和L2标题63构成。IP包60由IP标题61和IP有效载荷62构成。在IP标题61中包含发送源IP地址(SA)611、目的地IP地址(DA)612、及其他标题信息。
其中,IP标题的发送源IP地址(SA)611表示IP包的发送源、例如服务器50-1的IP地址,目的地IP地址(DA)612表示作为IP包的目的地的用户终端的IP地址。
在本实施例中,L2标题63是以太网标题,包括目的地MAC地址(DMAC)631、发送源MAC地址(SMAC)632、协议类型634、及其他标题项目635。表示L2标题后续的包的类别的协议类型634,在本实施例中被设定为表示是IP包的值。并且,DMAC631表示作为以太网帧的目的地的用户终端的MAC地址,SMAC表示作为以太网帧的发送源的路由器40-1的MAC地址。为了提高通信的安全性,在用户终端利用形成于和路由器40-1之间的VLAN(Virtual LAN:虚拟LAN)发送接收帧时,L2标题63中还包含VLAN识别符(VID)633。
PON区间的下行GEM帧70由5字节的GEM标题71和可变长度的GEM有效载荷72构成。PON区间的下行帧按照GEM标题71中包含的端口ID进行接收控制。OLT10对GEM有效载荷72设定来自路由器40-1的接收帧F1,对GEM标题71设定用于指定应该接收接收帧F1的ONU的端口ID。并且,在来自路由器40-1的接收帧F1是应该由连接光纤11的全部ONU接收的多播帧时,OLT10对GEM有效载荷72设定来自路由器40-1的接收帧F1,对GEM标题71设定预先确定的多播用的端口ID。
图3表示从OLT10发送给光纤11的TC(TransmissionConvergence:传输会聚)下行帧(downstream frame)(在G-PON中为GTC帧)80的格式。
GTC下行帧80由作为标题的PCBd(Physical Control Blockdownstream:下行物理控制块)81、和GTC有效载荷82构成。GTC下行帧80的最大长度例如在G-PON中为38880字节。在图2中说明的GEM帧70按照图4中的GEM(1)、GEM(2)所示,被映射至GTC有效载荷82。
在本实施例中,在一个GTC下行帧80中发送发给2.4GbpsONU的GEM帧,发给10GbpsONU的GEM帧在其他的GTC下行帧80中发送。
图4表示能够连接信号传输速度不同的多种ONU的本发明的OLT10的第1实施例。
OLT10包括:OLT控制部100;连接集线光纤11的光发送接收部101;连接广域网侧的线路L1的发送线路接口102A和接收线路接口102B;设于光发送接收部101和发送线路接口102A之间的上行信号处理电路;设于光发送接收部101和接收线路接口102B之间的下行信号处理电路。
上行信号处理电路包括:将通过光发送接收部101接收的光信号转换为电信号的光电(O/E)转换部110;由连接O/E转换部110的10Gbps解调电路111A和2.4Gbps解调电路111B构成的解调部;选择解调电路111A、111B中的一方的输出的选择器113;连接选择器113的上行帧处理部114。上行帧处理部114包括:根据选择器的输出信号再生上行帧的上行帧末端部1141;连接上行帧末端部1141的上行帧分析部1142;和上行帧生成部1143,把从上行帧分析部1142输出的帧转换为适合于通信线路L1上的协议的格式。
上行帧分析部1142分析上行接收帧,在接收帧是PON区间中的控制帧时,将其输出给OLT控制部100,在接收帧是用户帧或者应该转发给路由器40-1的控制帧时,将其转发给上行帧生成部1143。
上行帧生成部1143例如在通信线路L1上的协议是ATM时,把接收帧转换为ATM单元组,并转发给发送线路接口102A。进行帧的格式转换所需要的信息是从网络结构信息存储器130中读出的。在本实施例中,假设通信线路L1上的协议是以太网、并且上行接收帧也是以太网帧,所以上行帧生成部1143把从上行帧分析部1142输出的以太网帧原样转发给发送线路接口102A即可。
另一方面,下行信号处理电路包括:接收缓冲器120,用于暂时存储接收线路接口102B从通信线路L1接收的下行帧(或下行包);下行帧处理部121,把从接收缓冲器120读出的下行帧转换为PON区间固有的帧格式并输出;缓冲存储器122,暂时缓冲存储从下行帧处理部121输出的下行PON帧;下行发送控制部123;电光(E/O)转换部124;交换器130,将从缓冲存储器122读出的下行帧选择性地分配给10Gbps调制电路131A和2.4Gbps调制电路131B中的某一方;选择器132,把调制电路131A、131B中的一方的输出信号选择性地提供给所述E/O转换部124。E/O转换部124把来自选择器132的输出信号转换为光信号,并输出给光发送接收部101。
下行帧处理部121包括:下行帧分析部1210,分析从接收缓冲器120读出的下行帧;缓冲存储器1211,暂时缓冲存储从下行帧分析部1210输出的帧PON帧生成部1212,把从OLT控制部100提供的下行控制帧(或控制包)、和从缓冲存储器1211读出的下行用户帧转换为GEM帧。
OLT控制部100从各个ONU接收表示发送数据的存储状态或发送数据长度的控制帧,按照频带管理表140控制应该分配给各个ONU的上行帧的发送时间段。分配给各个ONU的上行帧的发送时间段,利用由OLT控制部生成的下行控制帧通知给各个ONU。
在ONU管理表150中,如图5(A)所示,存储有ONU识别符(端口ID)151与信号传输速度(时钟频率)152之间的对应关系。并且,在标题管理表160中包括多个表项,这些表项表示下行帧的目的地地址(DMAC)与应该对GEM标题设定的端口ID之间的对应关系。例如,包括图1中的用户终端TE-111、TE-112的MAC地址的表项,存储有ONU20-1的端口ID作为端口ID。
PON帧生成部1212从标题管理表160检索与下行帧的L2标题表示的DMAC相对应的端口ID,根据ONU管理表150判定与该端口ID相对应的信号传输速度(10Gbps或2.4Gbps),生成包括端口ID的GEM标题。PON帧生成部1212通过附加上述GEM标题,把从缓冲存储器1211读出的下行用户帧和从OLT控制部100提供的下行控制帧转换为GEM帧,并按照信号传输速度不同将GEM帧缓冲存储在缓冲存储器122中。
下行发送控制部123形成TC帧(在本实施例中为GTC帧),从缓冲存储器122读出GEM帧,并用TC帧的有效载荷发送该GEM帧。下行发送控制部123通过交换器130将从缓冲存储器122读出的GEM帧选择性地分配给调制电路131A或131B。从时钟频率为10Gbps的缓冲区域读出的GEM帧通过10Gbps的调制电路131A被调制,从时钟频率为2.4Gbps的缓冲区域读出的GEM帧通过2.4Gbps的调制电路131B被调制。下行发送控制部123通过与交换器130联动并控制选择器132,将通过调制电路131A、131B生成的调制信号选择性地输出给E/O转换部124。
如上所述,通过按照GEM标题表示的端口ID切换应该适用的调制电路,例如能够按照图6中示意性地表示的,以适合目的地ONU的信号传输速度的频率调制GEM帧。下行帧通过光纤网转发给全部ONU,但是根据上述结构,各个ONU20能够从与各自的信号传输速度(时钟频率)一致的GEM帧中,选择性地接收处理具有自身端口ID的GEM帧。
OLT10将上行帧的发送频带分配给各个ONU20,所以能够与来自各个ONU的上行帧的接收定时相对应地,控制选择器113。因此,在从信号传输速度为10Gbps的ONU接收上行帧时,通过选择器113选择10Gbps解调电路111A的输出,在从信号传输速度为2.4Gbps的ONU接收上行帧时,通过选择器113选择2.4Gbps解调电路111B的输出,由此可以将被解调的上行帧信号提供给上行帧末端部1141。
图7表示本发明的OLT10的第2实施例。
第2实施例的OLT10把10Gbps作为标准的信号传输速度。本实施例的特征在于,在下行信号处理电路的交换器130和选择器132之间设置比特串转换电路133,通过该比特串转换电路133,把发送给对应2.4Gbps的ONU的下行帧的比特串,转换为10Gbps的比特串。
OLT10的光信号发送接收部101例如把NRZ(Non Return toZero:不归零)形式的10Gbps的信号发送接收作为标准模式。图8(A)表示从缓冲存储器122读出的发送给对应2.4Gbps的ONU的帧的比特串。在比特串转换电路133中,将上述发送帧的各个比特按照图8(B)所示进行4倍增,在调制电路134中以10Gbps的时钟频率调制后,如图8(C)所示,可以将2.4Gbps的信号虚拟地作为10Gbps的光信号加以发送。
另一方面,从各个ONU发送的上行帧的发送信号通过10Gbps的解调电路111解调后,通过比特串转换电路112被转换为2.4Gbps的信号。OLT控制部100接收从对应10Gbps的ONU发送的上行帧时,通过选择器113选择解调电路111的输出,接收从对应2.4Gbps的ONU发送的上行帧时,通过选择器113选择比特串转换电路112的输出,并提供给上行帧末端部114。
图9表示从OLT10到ONU20的下行帧的发送序列的一例。
OLT10以与下行帧的目的地ONU的信号发送接收速度对应的发送速度,发送各个下行帧。因此,在OLT10连接着信号发送接收速度不同的多种ONU时,各个ONU20能够以适合各自的信号发送接收速度的时钟频率接收光信号。虽然也依赖于时钟频率速度或接收机的性能,但通常同步速度为10~500nsec的量级。
在图9的示例中,OLT10按照图9(A)所示将下行帧的发送频带划分为10Gbps用时隙和2.4Gbps用时隙。对于对应10Gbps的各个ONU,利用以10Gbps的信号速度发送的通信开始通知(控制帧)F10-1,通知下行通信时隙的开始,并利用以10Gbps的信号速度发送的通信结束通知F12-1,通知下行通信时隙的结束。10Gbps的下行数据帧(GEM帧)F11-1、F11-2、…在通信开始通知F10-1之后发送。
同样,对于对应2.4Gbps的各个ONU,利用以2.4Gbps的信号速度发送的通信开始通知(控制帧)F10-2,通知下行通信时隙的开始,在发送了下行数据帧F21-1、F21-2、…后,利用以2.4Gbps的信号速度发送的通信结束通知F12-2,通知下行通信时隙的结束。
10Gbps的各个通信开始通知和2.4Gbps的通信开始通知包括时钟同步比特、和用于将在各个时隙发送的下行数据帧的频带(或发送比特数)通知ONU的频带控制信息。在G-PON的情况下,作为通信开始通知F10,可以使用成为GTC帧的标题的PCBd(PhysicalControl Block downstream)。
对应10Gbps的各个ONT22按照图9(C)所示,在接收通信开始通知F10-1时建立时钟同步,判定下行数据帧F11-1、F11-2、…的标题(GEM标题)所表示的端口ID,选择性地接收下行数据帧。对应2.4Gbps的ONU由于不能与10Gbps的通信开始通知F10-1的光信号时钟同步,所以如图9(B)所示,不能接收10Gbps的帧F10-1、F11-1、F12-1。
OLT10通过发送通信结束通知F12-1,使对应10Gbps的各个ONU准备停止接收10Gbps的下行光信号。通过预先告知停止接收10Gbps的下行光信号,在下行光信号的速度在2.4Gbps的下行时隙中从10Gbps切换为2.4Gbps后,可以防止对应10Gbps的各个ONU陷入同步错误状态。另外,也可以利用10Gbps的通信结束通知F12-1,将后续的2.4Gbps的下行时隙的长度(2.4Gbps光信号的频带或比特数)预先告知对应10Gbps的各个ONU。该情况时,各个ONU可以预料10Gbps的下一个下行时隙的开始。
在2.4Gbps的下行时隙中,OLT10以对应2.4Gbps的ONU为对象,重复与上述相同的动作。
图10表示在OLT10与ONU20之间进行的发现(discovery)和测距(ranging)的一般消息序列的图。
OLT10(OLT控制部100)为了确认连接了新的ONU的情况或者连接中的ONU处于正常动作的情况,周期地向全部ONU广播发现用的“GATE”消息(501)。接收了GATE消息的各个ONU分别在经过了随机的等待时间的时刻,向OLT10返回包括ONU信息的“REGSITER_REQUEST”消息(502)。
OLT10从ONU20-1接收REGSITER_REQUEST消息时,存储ONU信息后,向ONU20-1返回“REGSITER”消息(503)。然后,OLT10向ONU20-1发送包括ONT的端口ID的“GATE”消息(504)。接收了GATE消息的ONU20-1向OLT10返回“REGSITER_ACK”,消息(505),结束有关ONU20-1的发现处理。关于其他ONU也重复与上述相同的步骤(502~505)。
下面,说明测距。
在PON系统中,由于形成光分配网ODN的支线光纤的长度有差异,所以从各个ONU20发送的光信号到达OLT10的时间产生差异。因此,OLT10通过测距测定与各个ONU20之间的物理距离(传输路径长度),调整来自各个ONU的上行消息的发送定时。在测距中,OLT10向各个ONU发送包括ONU识别符(端口ID)和时间信息等的测距用GATE消息(510)。各个ONU接收到包括自身端口ID的GATE消息后,在经过了随机的等待时间的时刻,向OLT10发送包括端口ID和时间信息的REPORT消息(511)。
在本发明的PON系统中,OLT10按照以下说明的那样,以信号传输速度不同的多种ONU为对象进行发现和测距。
图11表示在本发明的OLT10和ONU20之间执行的发现的消息序列的一例。
在本实施例中,OLT10在不同的时隙中执行以对应10Gbps的ONU为对象的发现消息(GATE)的发送、和以对应2.4Gbps的ONU为对象的发现消息(GATE)的发送。
按照图11(A)所示,在本实施例中,OLT10在发送2.4Gbps的下行通信开始通知F20-1后,广播第1个发现控制帧,即广播标题中包括广播用端口ID的、对应2.4Gbps的全部ONT接收的GATE消息F21-1。OLT10在发送GATE消息F21-1后,进行2.4Gbps的下行通信结束通知F22-1。然后,OLT10发送10Gbps的下行通信开始通知F20-2,广播对应10Gbps的全部ONT接收的10Gbps的GATE消息F21-2,并进行10Gbps的下行通信结束通知F22-1。
对应2.4Gbps的ONU例如20-1按照图11(B)所示,接收2.4Gbps的控制帧F20-1、21-1、22-1,不接收10Gbps的控制帧F20-2、21-2、22-2。同样,对应10Gbps的ONU例如20-2按照图11(C)所示,接收10Gbps的控制帧F20-2、21-2、22-2,不接收2.4Gbps的控制帧F20-1、21-1、22-1。
ONU20-1以发现控制帧(GATE消息)F21-1(或者通信结束通知F22-1)为基准,在经过了随机的等待时间RD#1的时刻,向OLT10返回包括ONU信息的REGSITER_REQUEST消息F23-#1。作为ONU信息,例如在G-PON的情况下适用序列号(SN),在GE-PON的情况下适用ONU的MAC地址。
对应2.4Gbps的其他ONU20-n也在经过了随机的等待时间RD#n的时刻,向OLT10返回包括ONU信息的REGSITER_REQUEST消息F23-#n。
对应10Gbps的ONU 20-2以发现控制帧(GATE消息)F21-2(或者通信结束帧F22-2)为基准,在经过了随机的等待时间RD#2的时刻,向OLT10返回包括ONU信息的REGSITER_REQUEST消息F23-#2。
图12表示在本发明的OLT10和ONU 20之间执行的测距的消息序列的一例。
OLT10按照图12(A)所示,例如在发送了2.4Gbps的通信开始通知F30-1后,顺序选择通过发现已确认存在的对应2.4Gbps的ONU,发送测距用控制帧,即发送包括ONT识别符(端口ID)和时间信息等的测距用GATE消息,并等待来自ONU的响应。
例如,OLT10向ONT识别符为#1的ONT20-1发送GATE消息F31-1后,按照图12(B)所示,ONT20-1向OLT10返回包括时间信息的REPORT消息F32-1。OLT10接收到REPORT消息F32-1后,结束有关ONU20-1的测距,发送对应2.4Gbps的下一个ONU、例如包括ONU20-3的ONT识别符的GATE消息F31-3,等待来自ONU的响应。该情况时,如图11(C)所示,ONT20-1向OLT10返回包括时间消息的REPORT消息F32-1。
这样,在关于对应2.4Gbps的全部ONU的测距结束后,OLT10发送10Gbps的通信开始通知F30-2后,顺序选择通过发现已确认存在的对应10Gbps的ONU,发送测距用GATE消息,并等待来自ONU的响应。对应10Gbps的ONU20-2按照图11(D)所示,针对2.4Gbps的控制帧F30-1、F31-1、F31-3没有响应,在接收到10Gbps的通信开始通知F30-2后,等待接收发给自身节点的GATE消息,在接收到发给自身节点的GATE消息后,向OLT10返回包括时间消息的REPORT消息。
图13表示在一个时隙(TC帧)中统一发送具有相同信号传输速度的多个下行帧(GEM帧)的方法的一例。图13(A)表示形成于缓冲存储器122的10Gbps用的帧队列122A和2.4Gbps用的帧队列122B。
图4、图7所示的下行帧处理部121的PON帧生成部1212,在生成GEM标题部中包含端口ID的GEM帧后,参照ONU管理表150,确定与上述端口序号对应的信号传输速度(时钟频率),将GEM帧缓冲存储在与信号传输速度相对应的帧缓冲器122A或122B中。在图中,表示GEM帧按照A、B、C、D的顺序生成。
下行发送控制部123交替设置10Gbps用的时隙和2.4Gbps用的时隙,例如在10Gbps用的时隙中利用TC标题部发送10Gbps的通信开始通知F10-1后,以FIFO(First-In First-Out:先进先出)形式顺序从10Gbps用的帧队列122A中读出GEM帧F11-1,并利用TC帧的有效载荷发送,然后,在TC帧的最后发送10Gbps的通信结束通知F12-1。然后,下行发送控制部123在2.4Gbps用的时隙中利用TC标题部发送2.4Gbps的通信开始通知F10-2后,以FIFO形式顺序从2.4Gbps用的帧队列122B中读出GEM帧F11-2,并利用TC帧的有效载荷发送,在TC帧的最后发送2.4Gbps的通信结束通知F12-2。
在此,以FIFO形式发送储存于帧队列122A、122B中的信号速度不同的GEM帧,但是,例如也可以按照图5(B)所示,在ONU管理表150中与ONU识别符(端口序号)相对应地登记信号传输速度(时钟频率)152和优先级153,PON帧生成部1212按照优先级不同将GEM帧缓冲存储在缓冲存储器122A、122B中。这种情况下,下行发送控制部123在各个时隙中顺序从高优先级队列读出GEM帧,在高优先级队列为空时,从低优先级队列读出GEM帧,由此可以优先向ONU发送高优先级的帧。
在以上实施例中,在10Gbps用和2.4Gbps用的各个时隙中,OLT10连续发送了信号速度相同的多个下行帧,但是也可以将一个TC帧划分为10Gbps用时隙和2.4Gbps用时隙,在各个时隙中进行在图9中说明的下行帧发送。
在实施例中,以G-PON为例说明了本发明的PON系统的动作,但是本发明也可以适用于G-PON之外的其他PON。在实施例中说明的G-PON把端口ID作为ONU识别符,但是,例如在B-PON系统的情况下可以采用虚拟信道识别符(VPI),在GE-PON的情况下把数据的逻辑链接识别符(LLID:Logical Link Identifier)用作ONU的识别符,换言之,可以用作PON系统的链接ID。因此,通过在ONU管理表150中登记VPI或LLID的值作为ONU识别符(链接ID),并与其对应地存储信号传输速度(时钟频率)152,即使在B-PON或GE-PON中,也能够将信号传输速度不同的多种ONU收容在一个OLT中。
并且,在实施例中,OLT利用TC帧的标题部发送2.4Gbps和10Gbps的通信开始通知,但是,例如在GE-PON的情况下,也可以把这些通知作为独立的帧发送。
根据本发明的PON系统,可以将信号传输速度不同的多种ONU收容在一个OLT中,不必替换现有的ONU,即可灵活地将OLT的性能升级。