CN101489155B - 一种无源光网络系统及其业务保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无源光网络PON系统及其业务保护方法，该系统的第一、二光网络终端设备ONUs均包括：PON接口、协议转换模块、以太网交换机、用户业务处理模块、备份以太网口，协议转换模块位于以太网交换机和PON接口之间，用于实现PON协议和以太网协议的转换；以太网交换机与用户业务处理模块、协议处理模块和备份以太网口相连，用于通过划分虚拟局域网实现所述用户业务处理模块与所述协议转换模块、用户业务处理模块与备份以太网口之间的导通；第一ONU和第二ONU的备份以太网口通过备份链路相连；在第一、二ONU的以太网交换机上通过划分虚拟局域网将各自包含的连接以太网交换机和所述协议转换模块的A端口和连接以太网交换机和备份以太网口的B端口导通。

Description

一种无源光网络系统及其业务保护方法

技术领域

本发明涉及光网络领域，具体地讲涉及到一种无源光网络系统及其业务保护方法。 

背景技术

无源光网络(Passive Optical Network，PON)是指接入用户的光纤配线网中，中间部分不含有任何有源电子设备，全部由光分路器等无源器件实现用户信号的汇聚上行和广播下行。无源光网络技术是一种极具竞争潜力的宽带接入技术，是实现用户“最后一公里”接入的重要技术手段。它在光分配网络(Optical Distribution Network，ODN)中采用了无源光器件，用光纤作为传输介质，具有带宽高、防电磁干扰能力强、损耗低、成本小，结构简单等特点。近年内，各种PON技术已逐渐进入了大规模的商用阶段。 

如图1所示，现有技术中无源光网络系统主要采用了树型拓扑结构。其中，用户的业务分别通过光网络单元(Optical Network Unit，ONU)或光网络终端(Optical Network Terminal，ONT)接入，然后在光分配网络ODN上汇聚，最后被发送到光线路终端(Optical Line Terminal，OLT)。但是，在这种单一的树型拓扑结构中，由于这种树型结构对各种故障无保护和恢复的措施，也缺少定位故障的手段，在这种情况下，如果设备或者链路发生故障，并长时间得不到恢复，用户的业务就会收到严重的影响，带来严重的安全问题，同时对故障的定位也是非常的困难。所以，无源光网络的安全性就成为一个必须受到重视的问题，在网络发生故障的情况下无源光网络系统中必须要能够提供业务保护功能。 

在现有技术中，无源光网络系统中可通过全保护光纤倒换方式提供业务保护，如图2所示。其中，OLT与ODN之间以及ONU与每个ONU/ONT之间都有两条链路相连，其中一条链路作为冗余备份，通过这种方式可以保证在发生故障时可以使业务得以迅速恢复。 

但是，该现有技术的故障保护措施是通过增加大量的冗余设备来保证网络的畅通和业务的正常运行，存在以下一些缺点： 

1.建设成本高。需要两套完全一样的传输设备，且每个ONU都需要增加一个光接口，将大大增加ONU成本。 

2.带宽利用率低。两条工作通路只有一条在工作，另外一条始终处于空闲状态，造成了大量的资源浪费。 

3.无法定位故障和指出故障类型。 

发明内容

本发明解决的技术问题是提出一种无源光网络系统及其业务保护方法，以实现在无源光网络发生链路故障或者设备故障的时候可提供业务保护和故障诊断，降低建设成本，提高带宽利用率。 

为解决上述问题，本发明提出了一种无源光网络系统，包括： 

光线路终端，通过光分配网络连接到所述光线路终端的第一光网络终端设备和第二光网络终端设备；其中： 

所述光线路终端，用于处理用户业务数据和对光分配网络和光网络终端设备组的管理和控制； 

所述第一无源光网络终端设备和所述第二无源光网络终端设备互为保护关系，且均包括：无源光网络接口、协议转换模块、以太网交换机、用户业务处理模块、备份以太网口，其中， 

所述协议转换模块位于以太网交换机和无源光网络接口之间，用于实现无源光网络协议和以太网协议的转换； 

所述以太网交换机与所述用户业务处理模块、所述协议处理模块和所述备份以太网口相连，用于通过划分虚拟局域网实现所述用户业务处理模块与所述协议转换模块、所述用户业务处理模块与所述备份以太网口之间的导通； 

所述第一光网络终端设备和所述第二光网络终端设备的备份以太网口相连； 

当所述光线路终端检测到所述第一无源光网络终端设备故障后，通知互为保护关系的所述第二无源光网络终端设备承担数据转发工作；所述第二无源光网络终端设备接收所述光线路终端的通知后，同意承担所述第一无源光网络终端设备数据转发工作时， 

在所述第一无源光网络终端设备的以太网交换机上通过划分虚拟局域网将其上连接以太网交换机和所述协议转换模块的A端口和连接以太网交换机和备份以太网口的B端口导通； 

在所述第二无源光网络终端设备的以太网交换机上通过划分虚拟局域网将其上连接以太网交换机和所述协议转换模块的A端口和连接以太网交换机和备份以太网口的B端口导通。 

本发明实施例提供了一种无源光网络终端设备，包括：无源光网络接口、协议转换模块、以太网交换机、用户业务处理模块、备份以太网口， 

所述备份以太网口用于连接另一个无源光网络终端设备，其中无源光网络终端设备与所述另一个无源光网络终端设备互为保护关系； 

所述协议转换模块位于以太网交换机和无源光网络接口之间，用于实现无源光网络协议和以太网协议的转换； 

所述以太网交换机与所述用户业务处理模块、所述协议处理模块和所述备份以太网口相连，用于通过划分虚拟局域网实现所述用户业务处理模块与所述协议转换模块、所述用户业务处理模块与所述备份以太网口之间的导通； 

当光线路终端检测到自身无源光网络终端设备故障后，通知互为保护关 系的另一无源光网络终端设备承担数据转发工作；所述另一无源光网络终端设备接收所述光线路终端的通知后，同意承担所述无源光网络终端设备数据转发工作时，在所述以太网交换机上通过划分虚拟局域网将A端口切换到B端口，其中，所述A端口为连接所述以太网交换机和所述协议转换模块的端口，所述B端口为连接所述以太网交换机和所述备份以太网口的端口。 

本发明实施例还提供了一种无源光网络终端设备的业务保护方法，所述无源光网络终端设备包括：无源光网络接口、以太网交换机、位于所述无源光网络接口和所述以太网交换机之间的协议转换模块、连接到所述以太网交换机的用户业务处理模块、连接到所述以太网交换机的备份以太网口，所述方法包括： 

利用所述协议转换模块实现无源光网络协议和以太网协议的转换； 

所述以太网交换机通过划分虚拟局域网实现所述用户业务处理模块与所述协议转换模块、所述用户业务处理模块与所述备份以太网口之间的导通； 

当所述光线路终端检测到另一无源光网络终端设备故障后，通知互为保护关系的无源光网络终端设备承担数据转发工作；所述无源光网络终端设备接收所述光线路终端的通知后，同意承担所述另一个无源光网络终端设备数据转发工作时，在所述以太网交换机上通过划分虚拟局域网将A端口和B端口导通，其中，所述A端口为连接所述以太网交换机和所述协议转换模块的端口，所述B端口为连接所述以太网交换机和所述备份以太网口的端口，其中所述无源光网络终端设备与所述另一无源光网络终端设备互为保护关系。 

本发明实施例进一步提供了一种无源光网络终端设备，包括：无源光网络接口、协议转换模块、以太网交换机、用户业务处理模块、备份以太网口， 

所述备份以太网口用于连接另一个无源光网络终端设备，其中无源光网络终端设备与所述另一个无源光网络终端设备互为保护关系； 

所述协议转换模块位于以太网交换机和无源光网络接口之间，用于实现无源光网络协议和以太网协议的转换； 

所述以太网交换机与所述用户业务处理模块、所述协议处理模块和所述备份以太网口相连，用于通过划分虚拟局域网实现所述用户业务处理模块与 所述协议转换模块、所述用户业务处理模块与所述备份以太网口之间的导通； 

当光线路终端检测到另一无源光网络终端设备故障后，通知互为保护关系的无源光网络终端设备承担数据转发工作；所述无源光网络终端设备接收所述光线路终端的通知后，同意承担所述另一无源光网络终端设备数据转发工作时，在所述以太网交换机上通过划分虚拟局域网将A端口和B端口导通，其中，所述A端口为连接所述以太网交换机和所述协议转换模块的端口，所述B端口为连接所述以太网交换机和所述备份以太网口的端口。 

与现有技术相比，本发明具有以下优点： 

1.本发明只需要在设备之间增加备份链路，不需要增加冗余的设备，提高网络安全性的同时大大节约了建设成本； 

2.本发明只是增加了连接在设备之间的备份链路，不需要增加冗余的业务通道，避免了资源的浪费，提高了带宽利用率； 

3.本发明还可以为无源光网络的链路故障和设备故障提供诊断手段。 

附图说明

图1是树型无源光网络的拓扑结构图； 

图2是现有技术无源光网络全保护光纤倒换方式组网示意图； 

图3是本发明无源光网络系统组网示意图； 

图4是本发明无源光网络业务保护策略示意图； 

图5是本发明中ONU之间备份链路是光纤链路时的业务端口切换模块结构图； 

图6是本发明中ONU之间备份链路是以太网链路时的业务端口切换模块结构图。 

具体实施方式

下面根据附图对本发明的优选实施例作出详细的说明。 

图3是本发明无源光网络系统组网示意图，其中，光网络终端设备ONU/ONT由光纤与光分配网络设备ODN相连，光分配网络设备ODN由光纤与光线路终端设备OLT相连，用户的业务数据由ONU/ONT接入，在ODN上汇聚，然后被发送到OLT作进一步处理；光网络终端设备ONU/ONT中需要保护的设备被划分为保护组，保护组内的设备通过备份链路互相相连。在本实施例中，两台设备被划分在一个保护组，保护组内的两台设备通过备份链路互相连接，它们互相组成保护关系，同时，该保护组的信息被记录在光线路终端设备OLT中。 

下面说明本发明的该装置在无源光网络发生故障的情况下如何实现业务保护和故障定位。 

如图4所示，当平时无故障时，ONU1与ONU2之间通过备份链路定时查询对方状态，并定时将状态上报给OLT； 

当ONU1到ODN的光纤断纤或者连接ONU1和ODN的PON接口模块发生故障时，ONU1自身检测到和OLT的连接中断，启动故障恢复机制，并通过定时查询机制告知ONU2自身出现故障，需要ONU2承担备份转发工作；同时，OLT也会检测到与ONU1联系中断，通知ONU2作为备份伙伴承担数据转发工作；ONU2得到OLT的通知后，向ONU1应答，同意承担ONU1数据的转发工作；这样，ONU1将业务数据通过备份链路发送给ONU2，ONU2将ONU1的业务数据发送给ODN，从而实现ONU1业务的恢复。 

当ONU1发生断电故障，备份链路中断或系统故障时，OLT检测到ONU1掉线，马上通知ONU2通过备份链路对ONU1进行故障诊断。ONU2首先检测备份链路状态是否正常，如果备份链路状态不正常，则故障原因为ONU1掉电 或备份链路中断；如果备份链路状态正常，但ONU2无法收到ONU1的定时查询报文，则故障原因为ONU1系统故障，需要人为诊断和排除。 

其中，当ONU1到ODN的光纤中断或者连接ONU1和ODN的PON接口模块发生故障时实现业务保护的实现根据备份链路的不同有不同具体实现方法： 

当备份链路是光纤时： 

此时，ONU内部采用一种业务端口切换模块，如图5所示。图中用内含三角形的圆环表示，暂称光分发器。其中，光分发器具有如下功能：从三个接口A/B/C进入的光信号都可从另外两个接口出去，除了光功率稍有衰减外，光信号在有效波长窗口内保持信号无失真。此模块可作为一个整体光器件，也可用三个1:2分光器组合构成。当三个1:2分光器如上图圆内三角形两两互连时，从A接口进入的光信号1分为2，可从B、C两个接口出去，从B接口进入的光信号同样可从A、C两个接口出去，从C接口进入的光信号同样可从A、B两个接口出去。 

该模块还包含一个光开关K1/K2，所述光开关的功能是根据施加的电信号控制光路的开断。 

当ONU1和OLT相连的支路光纤M1中断时，ONU1检测到和OLT的连接中断，启动故障恢复机制；ONU1将光开关K1合上，光模块发出的光信号就从备份光纤N发送到ONU2。 

OLT检测到ONU1掉线后，在自身信息库中找到ONU1的备份伙伴是ONU2，将通知ONU2启动故障恢复机制；ONU2接收到OLT的通知后，将自身的光开关K2合上。 

当ONU1和ONU2都合上自身的光开关K1和K2后，ONU1就已经可以通过ONU2的光纤M2重新登陆PON网络，恢复其业务。 

由图5可以看出，此时ONU1和ONU2可看作是接在一个1:2分光器下的两个PON终端，ONU1到OLT的物理链路和原来基本相同，ONU1和ONU2不用为故障恢复作其他任何工作。 

当备份链路是以太网链路时： 

此时，ONU内部采用另外一种业务端口切换模块，如图6所示。 

该模块包括协议转换模块和以太网交换机。其中协议转换模块位于以太网交换机和无源光网络接口之间，用于实现无源光网络协议和以太网协议的转换；以太网交换机与用户业务处理模块、协议转换模块和备份以太网口相连，用于通过划分虚拟局域网(Virtual Local Area Network，VLAN)实现用户业务处理模块与协议转换模块、用户业务处理模块与备份以太网口之间的导通。 

当ONU1到ODN的支路光纤M1中断时，ONU1自身检测到和OLT的连接中断，启动故障恢复机制，通过定时查询机制告知ONU2自身出现故障，需要ONU2承担备份转发工作；这时OLT也检测到ONU1掉线，通知ONU2作为备份伙伴承担数据转发工作；ONU2得到OLT的通知后，向ONU1应答，同意承担ONU1数据的转发工作，在交换机上通过划分VLAN将A端口和B端口导通，建立备份以太网口E2到PON接口的连接，实现E2到PON接口的数据的传输，并且将此连接情况上报给OLT。 

ONU1接受到ONU2的应答同意消息后，将上行到PON接口的数据流切换到备份以太网口E1，即通过重新划分VLAN的方式从以太网交换机的A端口切换到B端口。 

OLT在得到ONU1故障通知，并通知ONU2承担备份转发工作后，将分配给ONU1的带宽参数(一般包括最小带宽和最大带宽等)添加到ONU2本身的带宽参数上，使ONU1数据在ONU2上的转发不会影响ONU2本身的业务。 

在另外一些实现方式下，ONU2可以单独给ONU1分配一条PON网络上的逻辑通道，并上报给OLT。OLT将ONU1原来的带宽参数直接赋值给这条备份用的逻辑通道，这样ONU1和ONU2的数据和带宽参数就不会混淆，也不会互相影响。 

ONU1发生断线故障或自身PON接口模块出现故障时，上述各种实现方式都可使ONU2在正常提供自身业务的基础上，将ONU1的数据转发到OLT，从而恢复ONU1的各种业务。 

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。 

Claims (13)

1.一种无源光网络系统，包括：光线路终端，通过光分配网络连接到所述光线路终端的第一无源光网络终端设备和第二无源光网络终端设备；其特征在于，

所述光线路终端，用于处理用户业务数据和对光分配网络和无源光网络终端设备的管理和控制；

所述第一无源光网络终端设备和所述第二无源光网络终端设备互为保护关系，且均包括：无源光网络接口、协议转换模块、以太网交换机、用户业务处理模块、备份以太网口，其中，

所述协议转换模块位于以太网交换机和无源光网络接口之间，

用于实现无源光网络协议和以太网协议的转换；

所述以太网交换机与所述用户业务处理模块、所述协议转换模块和所述备份以太网口相连，用于通过划分虚拟局域网实现所述用户业务处理模块与所述协议转换模块、所述用户业务处理模块与所述备份以太网口之间的导通；

所述第一无源光网络终端设备和所述第二无源光网络终端设备的备份以太网口通过备份链路相连；

当所述光线路终端检测到所述第一无源光网络终端设备故障后，通知互为保护关系的所述第二无源光网络终端设备承担数据转发工作；所述第二无 源光网络终端设备接收所述光线路终端的通知后，同意承担所述第一无源光网络终端设备数据转发工作时，

在所述第一无源光网络终端设备的以太网交换机上通过划分虚拟局域网将其上连接以太网交换机和所述协议转换模块的A端口和连接以太网交换机和备份以太网口的B端口导通；

在所述第二无源光网络终端设备的以太网交换机上通过划分虚拟局域网将其上连接以太网交换机和所述协议转换模块的A端口和连接以太网交换机和备份以太网口的B端口导通。

2.根据权利要求1所述的无源光网络系统，其特征在于，

当平时无故障时，第一无源光网络终端设备与第二无源光网络终端设备之间通过备份链路定时查询对方状态，并定时将状态上报给光线路终端。

3.根据权利要求1或2所述的无源光网络系统，其特征在于，所述光线路终端检测到所述第一无源光网络终端设备故障后，通知所述第二无源光网络终端设备承担数据转发工作；所述第二无源光网络终端设备接收所述光线路终端的通知后，同意承担所述第一无源光网络终端设备数据转发工作具体包括：

所述第一无源光网络终端设备自身检测到和所述光线路终端的连接中断，启动故障恢复机制，并通过定时查询机制告知所述第二无源光网络终端 设备自身出现故障，需要所述第二无源光网络终端设备承担数据转发工作；

所述第二无源光网络终端设备接收光线路终端的通知，该通知指示所述第二无源光网络终端设备作为备份伙伴承担数据转发工作；

所述第二无源光网络终端设备向所述第一无源光网络终端设备发送应答，同意承担所述第一无源光网络终端设备数据转发工作。

4.根据权利要求3所述的无源光网络系统，其特征在于，

光线路终端将分配给所述第一无源光网络终端设备的带宽参数添加到所述第二无源光网络终端设备的带宽参数上，使所述第一无源光网络终端设备数据在所述第二无源光网络终端设备上的转发不会影响所述第二无源光网络终端设备本身的业务。

5.根据权利要求3所述的无源光网络系统，其特征在于，

所述第二无源光网络终端设备单独给所述第一无源光网络终端设备分配一条无源光网络上的逻辑通道，并上报给光线路终端；

光线路终端将所述第一无源光网络终端设备原来的带宽参数直接复制给所述备份用的逻辑通道。

6.一种无源光网络终端设备，其特征在于，包括：无源光网络接口、协议转换模块、以太网交换机、用户业务处理模块、备份以太网口，

所述备份以太网口用于连接另一个无源光网络终端设备，其中无源光网 络终端设备与所述另一个无源光网络终端设备互为保护关系；

所述协议转换模块位于以太网交换机和无源光网络接口之间，用于实现无源光网络协议和以太网协议的转换；

所述以太网交换机与所述用户业务处理模块、所述协议转换模块和所述备份以太网口相连，用于通过划分虚拟局域网实现所述用户业务处理模块与所述协议转换模块、所述用户业务处理模块与所述备份以太网口之间的导通；

当光线路终端检测到自身无源光网络终端设备故障后，通知互为保护关系的另一无源光网络终端设备承担数据转发工作；所述另一无源光网络终端设备接收所述光线路终端的通知后，同意承担所述无源光网络终端设备数据转发工作时，在所述以太网交换机上通过划分虚拟局域网将A端口切换到B端口，其中，所述A端口为连接所述以太网交换机和所述协议转换模块的端口，所述B端口为连接所述以太网交换机和所述备份以太网口的端口。

7.根据权利要求6所述的无源光网络终端设备，其特征在于，所述无源光网络终端设备具体用于，

当所述无源光网络终端设备检测到和光线路终端的连接中断，启动故障恢复机制，通过定时查询机制告知所述另一个无源光网络终端设备所述无源光网络终端设备出现故障，需要所述另一个无源光网络终端设备承担数据转发工作； 

所述无源光网络终端设备接收到所述另一个无源光网络终端设备的应答同意消息，通过重新划分虚拟局域网络的方式从以太网交换机的A端口切换到B端口。

8.一种无源光网络终端设备的业务保护方法，其特征在于，所述无源光网络终端设备包括：无源光网络接口、以太网交换机、位于所述无源光网络接口和所述以太网交换机之间的协议转换模块、连接到所述以太网交换机的用户业务处理模块、连接到所述以太网交换机的备份以太网口，所述方法包括：

利用所述协议转换模块实现无源光网络协议和以太网协议的转换；

所述以太网交换机通过划分虚拟局域网实现所述用户业务处理模块与所述协议转换模块、所述用户业务处理模块与所述备份以太网口之间的导通；

当光线路终端检测到另一无源光网络终端设备故障后，通知互为保护关系的无源光网络终端设备承担数据转发工作；所述无源光网络终端设备接收所述光线路终端的通知后，同意承担所述另一无源光网络终端设备数据转发工作时，在所述以太网交换机上通过划分虚拟局域网将A端口和B端口导通，其中，所述A端口为连接所述以太网交换机和所述协议转换模块的端口，所述B端口为连接所述以太网交换机和所述备份以太网口的端口，其中所述无源光网络终端设备与所述另一无源光网络终端设备互为保护关系。 

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述光线路终端检测到另一无源光网络终端设备故障后，通知互为保护关系的无源光网络终端设备承担数据转发工作；所述无源光网络终端设备接收所述光线路终端的通知后，同意承担所述另一无源光网络终端设备数据转发工作具体为；

所述无源光网络终端设备接收光线路终端的通知，该通知指示所述无源光网络终端设备作为备份伙伴承担数据转发工作；

所述无源光网络终端设备向所述另一无源光网络终端设备发送应答，同意承担所述另一无源光网络终端设备数据转发工作。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，

所述无源光网络终端设备由所述光线路终端分配带宽参数，其中，所述光线路终端将分配给所述另一无源光网络终端设备的带宽参数添加到所述无源光网络终端设备的带宽参数上，使所述另一无源光网络终端设备数据在所述无源光网络终端设备上的转发不会影响所述无源光网络终端设备本身的业务。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，

所述无源光网络终端设备单独给所述另一无源光网络终端设备分配一条无源光网络上的逻辑通道，并上报给光线路终端；

光线路终端将所述另一无源光网络终端设备原来的带宽参数直接复制给 所述备份用的逻辑通道。

12.一种无源光网络终端设备，其特征在于，包括：无源光网络接口、协议转换模块、以太网交换机、用户业务处理模块、备份以太网口，

所述备份以太网口用于连接另一个无源光网络终端设备，其中无源光网络终端设备与所述另一个无源光网络终端设备互为保护关系；

所述协议转换模块位于以太网交换机和无源光网络接口之间，用于实现无源光网络协议和以太网协议的转换；

所述以太网交换机与所述用户业务处理模块、所述协议转换模块和所述备份以太网口相连，用于通过划分虚拟局域网实现所述用户业务处理模块与所述协议转换模块、所述用户业务处理模块与所述备份以太网口之间的导通；

当光线路终端检测到另一无源光网络终端设备故障后，通知互为保护关系的无源光网络终端设备承担数据转发工作；所述无源光网络终端设备接收所述光线路终端的通知后，同意承担所述另一无源光网络终端设备数据转发工作时，在所述以太网交换机上通过划分虚拟局域网将A端口和B端口导通，其中，所述A端口为连接所述以太网交换机和所述协议转换模块的端口，所述B端口为连接所述以太网交换机和所述备份以太网口的端口。

13.根据权利要求12所述的无源光网络终端设备，其特征在于，所述无源光网络终端设备接收光线路终端的通知，该通知指示所述无源光网络终端设备作为备份伙伴承担数据转发工作；

所述无源光网络终端设备向所述另一无源光网络终端设备发送同意承担所述另一无源光网络终端设备数据转发工作的应答。

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