CN101686095A - 用于在epon中实现非对称线路速率的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在EPON中实现非对称线路速率的方法和设备。本发明的一个实施例提供一种用于在包括中心节点和至少一个远程节点的以太网无源光网络(EPON)中实现非对称线路速率的方法。在运行期间，该系统提供下行码组时钟，其中它的每个周期对应于从中心节点发送到远程节点的码组。该系统也提供上行码组时钟，其中它的每个周期对应于在中心节点处从远程节点接收到的码组。另外，该系统提供多点控制协议(MPCP)时钟，其中MPCP时钟相对于下行码组时钟的频率比与MPCP时钟相对于上行码组时钟的频率比不同，因此使得下行传输可以以比上行传输线路速率更快的线路速率执行。

Description

用于在EPON中实现非对称线路速率的方法和设备
本案是基于在2006年5月23日提交的、申请号为200680025186.X(PCT/US2006/020513)、发明名称为“用于在EPON中实现非对称线路速率的方法和设备”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及以太网无源光网络的设计。更特别地，本发明涉及一种用于在以太网无源光网络中实现非对称线路速率的方法和设备。
背景技术
为了跟上日益增长的因特网业务的步伐，已经广泛部署了光纤及关联的光传输设备，显著地增加了骨干网的容量。这虽然增加了骨干网的容量，但是与接入网容量的相应增长不匹配。即使使用了诸如数字用户线(DSL)和电缆调制解调器(CM)之类的宽带解决方案，当前的接入网提供的有限带宽在给终端用户提供高带宽方面还是形成了严重的瓶颈。
在目前开发的不同技术当中，以太网无源光网络(EPON)是下一代接入网的最佳备选技术之一。EPON将普遍存在的以太网技术与廉价的无源光学器件组合起来。因此，它们利用无源光学器件的成本效率和高容量提供了以太网的简单性和可扩展性。特别地，由于光纤的高带宽，EPON能够同时提供宽带语音、数据和视频业务。利用DSL或CM技术很难提供这种集成服务。而且，EPON更适合于网际协议(IP)业务，这是因为以太网帧可以直接封装不同大小的本地IP包，然而ATM无源光网络(APON)使用固定大小的ATM信元，因此需要包分段(packetfragmentation)和重组。
典型地，EPON用于网络的“第一英里”，其提供服务提供商的中心局和商业用户或住宅用户之间的连通性。逻辑上，第一英里是一种点到多点的网络，中心局服务于多个用户。在EPON中可以使用树型拓扑，其中一根光纤将中心局连接到无源光分路器/合路器。这一无源光分路器/合路器划分下行光信号并分发给用户，并且对来自用户的上行光信号进行组合(参见图1)。
EPON内的传输典型地在光线路终端(OLT)和光网络单元(ONU)(参见图2)之间执行。OLT一般驻留在中心局并且将光接入网连接到城域骨干网，城域骨干网典型地是属于因特网服务提供商(ISP)或本地交换运营商的外部网络。ONU可以位于路边或终端用户位置，并且可以提供宽带语音、数据和视频服务。ONU典型地连接到1乘N(1×N)无源光耦合器，其中N是ONU的数量，并且无源光耦合器典型地通过单个光链路连接到OLT。(注意，可以使用多个级联的光分路器/耦合器。)这一配置可以有效地节省EPON所需要的光纤数量和硬件数量。
EPON内的通信包括下行业务(从OLT到ONU)和上行业务(从ONU到OLT)。在下行方向上，由于1×N无源光耦合器的广播性质，由OLT将数据帧广播给所有的ONU并且随后由它们的目的地ONU选择性地提取。在上行方向上，ONU需要共享信道容量和资源，因为只有一个利用OLT连接无源光耦合器的链路。
为了与其他以太网设备互操作，EPON理想地应符合IEEE 802标准。因此，在IEEE 802.3ah标准中标准化了EPON体系结构。这一标准只提供对称线路速率，也就是上行和下行通信都以1.25Gbps的线路速率执行。但是，EPON用户通常希望得到不同的上行和下行线路速率。遗憾的是，还没有实现了非对称线路速率的现有EPON体系结构。
因此，需要一种用于在使得服务提供商可以提供更多样化的服务的EPON中实现非对称线路速率的方法和设备。
发明内容
本发明的一个实施例提供一种用于在包括中心节点和至少一个远程节点的以太网无源光网络(EPON)中实现非对称线路速率的方法。在运行期间，该系统提供下行码组时钟，其中它的每个周期对应于从中心节点发送到远程节点的码组。该系统也提供上行码组时钟，其中它的每个周期对应于在中心节点处从远程节点接收到的码组。另外，该系统提供多点控制协议(MPCP)时钟，其中MPCP时钟相对于下行码组时钟的频率比与MPCP时钟相对于上行码组时钟的频率比不同，因此使得下行传输可以以比上行传输线路速率更快的线路速率执行。
在本实施例的一个变型中，该系统以比上行码组时钟速率更高的速率运行下行码组时钟。
在另一个变型中，上行码组时钟是1.25Gbps，下行码组时钟是2.5Gbps。另外，该系统以上行码组时钟速率的一半的速率运行MPCP时钟，因此使得MPCP时钟可以保持与在上行传输和下行传输都以大约1.25Gbps的速率执行的传统EPON中运行的相同。
在另一个变型中，上行码组时钟是1.25Gbps，下行码组时钟是2.5Gbps。另外，该系统以下行码组时钟速率的一半的速率运行MPCP时钟。
本发明的一个实施例提供了一种用于在包括中心节点和至少一个远程节点的EPON中实现非对称线路速率的方法。在运行期间，该系统以大约1.25Gbps的有效数据速率接收第一数据流，以大约1.25Gbps的有效数据速率接收第二数据流。然后，该系统复用第一和第二数据流以获得大约2.5Gbps的有效下行数据速率。该系统也以大约1.25Gbps的速率接收从至少一个远程节点发送到中心节点的上行数据流。
在本实施例的一个变型中，该系统接收下行数据并且对所接收的下行数据进行解复用以产生第一和第二数据流。该系统随后向光网络单元(ONU)转发第一数据流。
在本实施例的一个变型中，第一数据流包含EPON帧，每个EPON帧用逻辑链路标识符(LLID)来标记。第二数据流包含不用LLID来标记的广播帧。
在本实施例的一个变型中，第一数据流由第一光线路终端(OLT)产生。第二数据流由第二OLT产生。另外，第一OLT负责调度来自远程节点的上行业务。
在另一个变型中，该系统在远程节点处以大约2.5Gbps的速率接收下行数据流并选择性地向ONU转发EPON帧，其中转发到ONU的数据的有效数据速率不超过大约1.25Gbps。
在另一个变型中，复用第一和第二数据流包括缓冲所接收的包以及基于缓冲器接收每个数据帧的顺序以大约2.5Gbps的速率发送缓冲的数据帧。
在另一个变型中，缓冲所接收的包包括提供与接收的MPCP消息同步的MPCP时钟，缓冲MPCP消息，基于该MPCP时钟计算下行发送该MPCP消息的传输时间，以及基于所计算的传输时间更新MPCP消息的时间戳。
在另一个变型中，缓冲所接收的包包括提供本地时钟，缓冲MPCP消息，基于该本地时钟测量该MPCP消息由于缓冲而经受的时间延迟量，以及在下行发送MPCP消息之前基于所测量的延迟更新MPCP消息的时间戳。
在另一个变型中，该系统在有固定缓冲延迟的第一缓冲器中缓冲MPCP消息。该系统也在第二缓冲器中缓冲来自第一数据流的除了MPCP消息之外的数据帧，并且在第三缓冲器中缓冲来自第二数据流的除了MPCP消息之外的数据帧。另外，该系统在将固定缓冲延迟引入到MPCP消息之后发送该MPCP消息。
在另一个变型中，复用第一和第二数据流包括基于从第一和第二数据流接收的码组以大约2.5Gbps的速率执行码组交织，其中如果所接收的码组是8B/10B编码的，那么一个码组可以包含10比特，否则可以包含8比特。
在本实施例的一个变型中，复用第一和第二数据流包括在第一波长上光传输第一数据流，在第二波长上光传输第二数据流，以及使用波分复用器复用第一波长和第二波长。另外，该系统在远程节点处对第一波长和第二波长进行解复用。
附图说明
图1示出了其中中心局和多个用户通过光纤和以太网无源光分路器连接的EPON(现有技术)。
图2示出了普通运行模式下的EPON(现有技术)。
图3显示了示出发现过程的时间-空间图(现有技术)。
图4示出了根据本发明一个实施例的在EPON中实现非对称线路速率的慢MPCP时钟操作。
图5示出了根据本发明一个实施例的在EPON中实现非对称线路速率的快MPCP时钟操作。
图6示出了根据本发明一个实施例而使用附加的复用器/解复用器在EPON中实现非对称线路速率。
图7示出了根据本发明一个实施例的在EPON中实现非对称线路速率的双OLT操作。
图8示出了根据本发明一个实施例的在EPON中实现非对称线路速率的先入先出帧复用方案。
图9示出了根据本发明一个实施例的在EPON中实现非对称线路速率的先行(look-ahead)缓冲和帧复用方案。
图10示出了根据本发明一个实施例的在EPON中实现非对称线路速率的先行缓冲方案的示例性实现。
图11示出了根据本发明一个实施例的在EPON中实现非对称线路速率的码组交织复用方案。
图12示出了根据本发明一个实施例的在EPON中实现非对称线路速率的波分复用方案。
图13示出了根据本发明一个实施例的在EPON中实现非对称线路速率的提供两个OLT的波分复用方案。
表1显示了根据本发明一个实施例的示出先行缓冲方案的调度器的示例性实现的伪代码。
具体实施方式
为了使本领域普通技术人员能够实现并使用本发明而给出了以下描述，并且以下描述是在特定应用的上下文及其需求中提供的。所公开的实施例的各种修改对本领域普通技术人员来说是很明显的，并且在不偏离本发明的本质和范围的情况下，这里定义的一般原理可以应用于其他实施例和应用(例如，一般的无源光网络(PON)体系结构)。这样，本发明并非旨在限于所示出的实施例，而是应被给予与这里所公开的原理和特征一致的最大范围。
这一详细描述中所描述的操作过程可以存储在数字电路可读存储介质上，其可以是能够存储由数字电路使用的代码和/或数据的任意设备或介质。这包括但不限于专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、半导体存储器、诸如磁盘驱动器、磁带、CD(压缩光盘)和DVD(数字通用光盘或数字视频光盘)之类的磁和光存储设备以及包含在传输媒介(带有其上调制有信号的载波或不带有其上调制有信号的载波)中的计算机指令信号。
无源光网络拓扑
图1示出了其中中心局和多个用户通过光纤和无源光分路器连接在一起的无源光网络(现有技术)。如图1所示，多个用户通过光纤和无源光分路器102连接到中心局101。无源光分路器102可以放置在终端用户位置附近，以便最小化初始的光纤部署成本。中心局101可以连接到诸如由因特网服务提供商(ISP)运行的城域网之类的外部网络103。注意，尽管图1示出了树形拓扑，但是PON也可以基于诸如环或总线之类的其他拓扑。
EPON中的普通运行模式
图2示出了普通运行模式下的EPON(现有技术)。为了使得ONU可以在任意时间加入EPON，EPON典型地有两种运行模式：普通运行模式和发现(初始化)模式。普通运行模式提供常规的上行数据传输，其中OLT给所有已初始化的ONU分配传输机会。
如图2所示，在下行方向上，OLT 201向ONU 1(211)、ONU 2(212)和ONU 3(213)广播下行数据。尽管所有的ONU可以接收下行数据的相同副本，但每个ONU只是选择性地向它对应的用户转发发往它自己的数据，这些用户分别是用户1(221)、用户2(222)和用户3(223)。
IEEE 802.3标准将码组定义为表示编码数据或控制信息的一组编码符号。对于1000BASE-X，当用来表示数据时，码组是用来传送一个字节的一组10个比特。相应地，表示全部码组的发送和接收的码组时钟以125MHz运行。
根据IEEE 802.3ah标准，EPON实体(诸如OLT或ONU)在MAC控制子层内实现多点控制协议(MPCP)功能。MPCP由EPON用于调度上行传输。
如图2所示，在上行方向，OLT 201首先根据ONU的服务级别协议将传输时隙调度和分配给每个ONU。当不在它的传输时隙中时，ONU典型地缓冲从它的用户接收到的数据。当它的已调度的传输时隙到达时，ONU在分配的发送窗口内发送缓冲的用户数据。
EPON系统使用MPCP时钟来调度上行传输的开始和持续时间。MPCP时钟有1个时间量(TQ)的分辨率。TQ定义为等同于两个码组的传输时间。因此，在采用1.25Gbps线路速率的系统中，TQ对应于16ns，因此MPCP时钟以62.5MHz运行。
因为每个ONU根据OLT的调度依次发送上行数据，所以可以有效地利用上行链路容量。但是，为使得调度正确工作，OLT需要发现并初始化新加入的ONU。在发现期间，OLT可以收集对传输调度来说关键的信息，诸如ONU的往返时间(RTT)、它的媒体访问控制(MAC)地址、它的服务级别协议等等。(注意，在一些情况下，OLT可能已知服务级别协议)。
EPON中的发现模式
图3显示了示出发现过程的时间-空间图。在发现过程开始时，OLT301首先设置时间间隔的开始时间ts，在这一时间间隔中OLT 301进入发现模式并允许新ONU注册(这一时间间隔称为发现窗口)。注意，从当前时间到ts，OLT 301可以持续从已注册的ONU接收普通的上行数据。OLT 301也设置其中允许每个新加入的ONU向OLT 301发送响应消息以请求注册的时间间隔(称为发现时隙)，其中发现时隙的开始时间与发现窗口的开始时间ts相同。由于可能有多个寻求注册的ONU，并且由于未注册的ONU和OLT 301之间的距离是未知的，所以发现窗口的大小应当至少包括发现时隙的大小和ONU与OLT 301之间的最大允许往返延迟。
在时间t1(t1＜ts)，OLT 301向所有的ONU，包括新加入的未注册ONU 302广播发现请求消息311(根据IEEE 802.3ah多点控制协议(MPCP)标准，其可以是DISCOVERY_GATE消息)。发现请求消息311包括作为由OLT 301发送该消息的时间的时间戳t1和作为发现时隙的开始时间的时间戳ts。在接收发现请求消息311后，ONU 302根据发现请求消息311承载的时间戳将它的本地时钟设置为t1。
当ONU 302的本地时钟到达发现时隙的开始时间ts时，ONU 302等待一个额外的随机延迟，然后发送响应消息314(根据IEEE 802.3ahMPCP标准，其可以是REGISTER_REQUEST消息)。应用这一随机延迟以在来自多个未初始化的ONU的响应消息始终发生冲突时避免持续冲突。响应消息314包含ONU 302的MAC地址和时间戳t2，t2是发送响应消息314时ONU 302的本地时间。
当OLT 301在时间t3从ONU 302接收到响应消息314时，它学习在发送响应消息314时ONU 302的MAC地址和ONU 302的本地时间t2。然后，OLT 302可以计算ONU 302的往返延迟，其为[(t3-t1)-(t2-t1)]＝(t3-t2)。
慢MPCP时钟操作
为了实现非对称线路速率，本发明的一个实施例对下行传输和上行传输采用不同的线路速率。但是，OLT或ONU中的MPCP时钟保持为常量并且相对于更慢的上行码组时钟保持1∶2的频率比。图4示出了根据本发明一个实施例的在EPON中实现非对称线路速率的慢MPCP时钟操作。如图4所示，OLT 402实现了MPCP功能410和PHY层414。类似地，ONU 404也实现了MPCP功能和PHY层。对于下行传输，OLT 402使用频率是MPCP时钟四倍的传输码组时钟。对于上行传输，ONU 404使用频率是MPCP时钟两倍的传输码组时钟。注意，MPCP时钟对于下行和上行传输都相同。通过这种方式，该系统使得下行传输的线路速率可以是上行传输的两倍。例如，该系统可以实现2.5Gbps的下行线路速率和1.25Gbps的上行线路速率而维持为常量的MPCP时钟。
快MPCP时钟操作
本发明的一个实施例采用常量MPCP时钟，其相对于更快的下行码组时钟保持1∶2的频率比。图5示出了根据本发明一个实施例的在EPON中实现非对称线路速率的快MPCP时钟操作。如图5所示，OLT 502使用频率为MPCP时钟两倍的下行传输码组时钟。对于上行传输，ONU504使用频率与MPCP时钟相同的传输码组时钟。注意，MPCP时钟对于OLT 502和ONU 504都是相同的。
外部复用器/解复用器
上述方法对下行和上行通信采用不同的传输码组时钟。这些方法典型地需要对现有的EPON设备进行修改。可能希望在不修改传统的1.25Gbps设备的情况下在EPON中实现非对称线路速率。
图6示出了根据本发明一个实施例而使用附加的复用器/解复用器在EPON中实现非对称线路速率。在这一示例中，外部复用器610用于对速率均为1.25Gbps的两个数据流进行复用以及产生2.5Gbps的单个数据流。来自OLT 602的一个1.25Gbps流和其他流可能承载广播数据帧。例如，可以使用这一附加的广播信道来承载TV广播信号。然后，由光分路器/耦合器620分割复用的2.5Gbps流并分发到所有的ONU，诸如ONU 604。与ONU 604定位在一起的是解复用器612，其将接收的2.5Gbps流解复用成两个1.25Gbps流。由ONU 604接收一个1.25Gbps流并转发到用户。其他广播流直接发送到用户。
在本发明的一个实施例中，广播信道内的数据帧没有LLID标签。更一般地，这一广播流可以提供各种各样的数据格式，因为这一流绕过了OLT 610和ONU 612。如果使用这一信道来承载诸如IP TV信道，则期望用户机顶盒可以执行对应的信道解码和过滤。
作为替代，该系统可以在头端(head end)采用多个OLT以利用复用的下行容量。图7示出了根据本发明一个实施例的在EPON中实现非对称线路速率的双OLT操作。在这一示例中，下行复用器710连接到两个OLT 702和704。每个OLT产生一个1.25Gbps流。复用器710产生一个2.5Gbps的聚合流。在尾端(tail end)，过滤器712选择性地向ONU 714转发下行包。这些转发的包包括发往ONU 714的单播包、多播包和广播包。过滤器712也确保它与ONU 714的通信信道的数据速率不超过1.25Gbps。
在本发明的一个实施例中，驻留在头端的两个OLT中只有一个负责接收上行包和调度下行传输。如图7所示，OLT 702负责接收上行包和调度ONU的上行传输窗口。OLT 704不参与上行调度过程并且只负责发送下行包。
对下行包的调度
与复用多个数据流关联的一个问题是如何对MPCP消息维持为常量的往返时间(参见与图3关联的描述)。例如，因为数据帧异步地到达下行复用器的两个输入端口，并且因为这些帧要被串行化，所以这些帧经过的延迟可能会改变。这一延迟改变可能会负面地影响MPCP协议的运行。本发明的实施例为这一问题提供若干解决方案。
解决延迟改变问题的一种方法是当包离开下行复用器时给它们正确地打上时间戳，以便可以计算精确的往返时间。例如，复用器基于接收到帧的顺序来串行化从它的两个输入端口(其分别连接到两个OLT)接收到的帧。为了确保MPCP正确运行，外部复用器理想地具有它自己的MPCP时钟。这一MPCP时钟基于下行数据并且与接收的下行MPCP消息中的时间戳同步。当在一些数据帧后面对MPCP消息(例如GATE消息)进行缓冲之后，在发送该MPCP消息之前，复用器理想地根据它自己的MPCP时钟更新MPCP消息的时间戳字段。更进一步地，复用器可以在向ONU下行发送帧之前重新计算该帧的校验和。
在一个实施例中，复用器可能不需要维持它自己的MPCP时钟。作为替代，它可以提供自由运行的时钟。基于这一自由运行的时钟，它可以计算与MPCP消息到达和发送之间的时间对应的时间延迟delta。可能的时钟漂移错误量可以忽略，因为包的最大缓冲延迟的持续时间很小。因此，这一自由运行的时钟可能不需要与MPCP时钟一样频繁地同步。例如，复用器可以启动一个计时器以计算MPCP消息经历的时间延迟。当复用器准备发送该消息时，它可以将该消息的时间戳增加delta。
注意，这种更新时间戳的机制可以在与OLT ASIC相邻的头端中或在与ONU相邻的尾端中实现。在头端中更新时间戳的优势是每个接收的下行MPCP消息都具有正确的时间戳，其可以用于对复用器中的MPCP时钟进行同步。
在尾端实现中，在接收到第一MPCP消息后，尾端的过滤器可以一次性同步它的MPCP时钟。因此，之后过滤器的MPCP时钟保持同步。当MPCP消息到达时，它已经经历了在头端复用器处发生的延迟。过滤器简单地检测到达时带有错误时间戳的MPCP消息并根据它的本地MPCP时钟修正该时间戳。在ONU失去正确的MPCP同步的情况下，该ONU可以向OLT重新注册以恢复同步。
图8示出了根据本发明一个实施例的在EPON中实现非对称线路速率的先入先出帧复用方案。如图8所示，数据帧802和MPCP GATE消息810到达复用器的输入端口1。数据帧804到达复用器的输入端口2。因为帧802在帧804之前被完全接收，而且帧804在GATE消息810之前被完全接收，所以它们将被以相同的顺序以2.5Gbps的速率发送。随后，GATE消息810经历一定的延迟量，因为它需要被缓冲直到数据帧804被发送为止。在发送GATE消息810之前，复用器更新其时间戳以反映消息810的精确传输时间。
前面提到的方法需要修改MPCP消息的时间戳。复用器也可以采用对MPCP消息引入固定缓冲延迟的缓冲机制，其消除了延迟改变问题。本发明的一个实施例通过使用先行缓冲区实现这种固定缓冲延迟。
图9示出了根据本发明一个实施例的在EPON中实现非对称线路速率的先行缓冲方案。在这一示例中，MPCP GATE消息910经历固定的缓冲延迟，其等于或大于大小最大的帧的传输延迟。当常规数据帧到达复用器时，它们被存储到缓冲延迟可以为任意的随机访问缓冲器，这依赖于系统何时从该缓冲区中抽出数据帧用于发送。但是，当MPCP消息到达时，它被存储于具有等于或大于大小最大的帧的传输延迟的固定延迟的缓冲器中。通过这种方式，如果数据帧与MPCP消息竞争，则给予MPCP消息比数据帧更高的优先级用于发送。因此，该系统可以保证所有的MPCP消息经历相同的缓冲延迟量。这一常量缓冲延迟不会干扰上行帧调度，因为为了往返时间计算的目的，它可以是不与传播延迟相区别的。
如图9所示，数据帧902和MPCP GATE消息910到达复用器的输入端口1。数据帧904到达复用器的输入端口2。数据帧902在帧904之前被全部接收，帧904在GATE消息910之前被全部接收。因此，首先发送数据帧902。但是，尽管数据帧904在GATE消息910之前被接收，但数据帧904被存储在随机访问缓冲器中而GATE消息910接下来会被发送。随后，GATE消息910经历固定的延迟，并且它的原始时间戳不需要更新。
图10示出了根据本发明一个实施例的在EPON中实现非对称线路速率的先行缓冲方案的示例性实现。在这一示例中，复用器1000包括三个缓冲器：用于具有等于或大于最大帧的传输延迟的固定延迟的MPCP消息的FIFO缓冲器1002，以及两个可以随机访问数据帧的FIFO缓冲器1004和1006。从输入1到达的包被发送到两个缓冲器：MPCP消息被发送到延迟固定的缓冲器1002，并且常规数据帧被发送到随机访问缓冲器1004。由于头端中的两个OLT中只有一个用于MPCP调度的目的，另一个不用于MPCP目的并且连接到输入2的OLT只发送下行数据帧。因此，到达输入2的帧只包含随后发送到随机访问缓冲器1006的数据帧。
当MPCP消息进入延迟固定的缓冲器1002时，期望随机访问缓冲器1004和1006中的所有其他数据帧向MPCP消息给予优先权。如果在延迟固定的缓冲器1002中已经没有其他MPCP消息，并且如果随机访问缓冲器1004或1006中存储有一个可以在MPCP消息从缓冲器1002出现之前发送的数据帧，则调度器1008可以允许发送该数据帧，因为它不会干扰MPCP消息的传输。另外，调度器1008可以在随机访问缓冲器1004和1006的每一个内维护先入先出顺序用于数据帧的传输。当从缓冲器1004和1006中获取数据帧时，调度器1008可以采用任意方案。例如，调度器1008可以向两个随机访问缓冲器中的一个给予优先权。作为替代，调度器1008可以采用负载均衡方案或轮循(round robin)方案。
表1
  timeLeft-直到发送MPCP帧为止的时间间隔fixedDelay-由MPCP帧引起的常量延迟(fixedDelay应当等于或大于大小最大的帧的传输时间)localTime-2.5Gbps(250MHz)的字节计数器————————————————————loop forever{if(M.empty)timeLeft＝fixedDelayelsetimeLeft＝M.headFrame.time+fixedDelay-localTimeif(timeLeft＝＝0){send M.headFramelocalTime＝localTime+M.headFrame.s i ze}else if(！D1.empty AND D1.headFrame.size＜timeLeft){send D1.headFramelocalTime＝localTime+D1.headFrame.size}else if(！D2.empty AND D2.headFrame.size＜timeLeft){send D2.headFramelocalTime＝localTime+D2.headFrame.si ze}else{send IDLE
         localTime＝localTime+2}}
表1显示了根据本发明一个实施例的示出先行缓冲方案的调度器的示例性实现的伪代码。在伪代码中，对象“M”、“D1”和“D2”分别指用于MPCP帧的固定延迟缓冲器和两个随机访问缓冲器。
码组交织
解决延迟改变问题的一种替代性方法是使用码组交织。图11示出了根据本发明一个实施例的在EPON中实现非对称线路速率的码组交织复用方案。如图11所示，复用器可以交织从两个输入端口接收的码组。结果，对MPCP消息和其他数据帧只有很小的常量延迟，因为不需要基本的包级缓冲(packet-level buffering)。
码组交织可能引起的一个潜在问题是它可能会引入增加的运行差异。例如，如果在每个输入端口运行差异可以取值-1或+1，那么组合流中的运行差异可以取值-3、-1、+1和+3。为了大多数实践的目的，这一增加的差异范围不会导致任何问题。然而，如果需要严格遵守-1/+1的范围，那么交织器可以进行简单的重新编码，其中带有错误运行差异的10B码组由具有相反差异值的对应码组替代。
WDM叠加
由于EPON中底层物理层的全光性质，可以使用多个波长来增加下行容量。图12示出了根据本发明一个实施例的在EPON中实现非对称线路速率的波分复用方案。在这一示例中，两个波长被同时发送，每个波长承载1.25Gbps的数据。波分复用器(WDM)1210用于在下行方向上组合两个波长。一个波长可以承载来自OLT 1202的常规EPON业务。另一个可以用于承载广播数据，如图12所示。
然后，两个波长上的组合信号由光分路器1212分割并被发送到EPON中的所有ONU。在尾端，WDM解复用器1222对这两个波长进行解复用。一个波长被发送到ONU 1204，另一个波长被发送到接收广播数据的适当设备。注意，当前，IEEE 802.3ah标准指定下行波长为1490nm。对应地，本发明的一个实施例可以使用1550nm作为用于下行传输的另一个波长。
图13示出了根据本发明一个实施例的在EPON中实现非对称线路速率的提供两个OLT的波分复用方案。在这一示例中，两个OLT 1302和1303分别使用两个波长λ1和λ2发送下行业务。复用器1310复用通过分路器1312到达所有ONU的这两个波长。在尾端，WDM解复用器1322分离两个波长并将它们分别发送到ONU 1304和1305。注意，对于任一波长，该系统可以实现对称或非对称线路速率。例如，该系统可以在λ1、λ2或这两者上实现2.5Gbps的下行线路速率。前面提到的实现非对称线路速率的方法中的任意方法都可以应用于λ1或λ2。
注意，尽管这里提供的详细描述使用2.5Gbps的下行线路速率作为示例，但系统可以基于相似的原理实现不同的下行线路速率。例如，前面提到的方法可以使用前面提到的任意方案来实现5Gbps、10Gbps或12.5Gbps的下行线路速率。另外，这些方法也可以在不限于1.25Gbps或多个1.25Gbps的任意上行线路速率的情况下工作。例如，系统可以对上行使用OC-24(1.2448Gbps)，并对下行使用OC-48(2.488Gbps)及以上。因此，本发明的实施例实现了下行和上行线路速率的所有可能的组合，并不限于所公开的示例。
已经仅仅为了说明和描述的目的而提出了对本发明实施例的前述描述。这些描述并非旨在穷举或将本发明限制为所公开的形式。因此，很多修改和变更对本领域的普通技术人员来说都是很明显的。另外，以上所公开的内容并非旨在限制本发明。本发明的范围由所附权利要求书来限定。

Claims (22)

1.一种用于在包括中心节点和至少一个远程节点的EPON中实现非对称线路速率的方法，所述方法包括：
以大约1.25Gbps的有效数据速率接收第一数据流；
以大约1.25Gbps的有效数据速率接收第二数据流；
复用所述第一和第二数据流以获得大约2.5Gbps的有效下行数据速率；以及
以大约1.25Gbps的速率接收从至少一个远程节点发送到所述中心节点的上行数据流。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
接收所述下行数据；
对所述接收的下行数据进行解复用以产生所述第一和第二数据流；以及
向光网络单元(ONU)转发所述第一数据流。
3.根据权利要求1所述的方法，
其中所述第一数据流包含EPON帧，每个EPON帧用逻辑链路标识符(LLID)来标记；以及
其中所述第二数据流包含不用LLID来标记的广播帧。
4.根据权利要求1所述的方法，
其中所述第一数据流由第一光线路终端(OLT)产生；
其中所述第二数据流由第二OLT产生；以及
其中所述第一OLT负责调度来自所述远程节点的上行业务。
5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括：
以大约2.5Gbps的速率在远程节点处接收所述下行数据流；以及
选择性地向ONU转发EPON帧，其中向所述ONU转发的所述数据的有效数据速率不超过大约1.25Gbps。
6.根据权利要求4所述的方法，其中复用所述第一和第二数据流包括：
缓冲所述接收的包；以及
基于缓冲器接收每个数据帧的顺序以大约2.5Gbps的速率发送所述缓冲的数据帧。
7.根据权利要求6所述的方法，其中缓冲所述接收的包包括：
提供与接收的MPCP消息同步的MPCP时钟；
缓冲MPCP消息；
基于所述MPCP时钟计算下行发送所述MPCP消息的传输时间；以及
基于所述计算的传输时间更新所述MPCP消息的时间戳。
8.根据权利要求6所述的方法，其中缓冲所述接收的包包括：
提供本地时钟；
缓冲MPCP消息；
基于所述本地时钟测量所述MPCP消息由于所述缓冲而经受的时间延迟量；以及
在下行发送所述MPCP消息之前基于所述测量的延迟更新所述MPCP消息的时间戳。
9.根据权利要求4所述的方法，其中复用所述第一和第二数据流包括：
在有固定缓冲延迟的第一缓冲器中缓冲MPCP消息；
在第二缓冲器中缓冲来自所述第一数据流的除了MPCP消息之外的数据帧；
在第三缓冲器中缓冲来自所述第二数据流的除了MPCP消息之外的数据帧；以及
在将固定缓冲延迟引入到所述MPCP消息之后发送所述MPCP消息。
10.根据权利要求4所述的方法，其中复用所述第一和第二数据流包括：
基于从所述第一和第二数据流接收的码组以大约2.5Gbps的速率执行码组交织，其中如果所述接收的码组是8B/10B编码的，那么一个码组可以包含10比特，否则可以包含8比特。
11.根据权利要求1所述的方法，
其中复用所述第一和第二数据流包括：
在第一波长上光传输所述第一数据流；
在第二波长上光传输所述第二数据流；以及
使用波分复用器复用所述第一波长和所述第二波长；以及
其中所述方法进一步包括在远程节点处对所述第一波长和所述第二波长进行解复用。
12.一种用于在包括中心节点和至少一个远程节点的EPON中实现非对称线路速率的设备，所述设备包括：
第一输入端口，用于以大约1.25Gbps的有效数据速率接收第一数据流；
第二输入端口，用于以大约1.25Gbps的有效数据速率接收第二数据流；
复用器，用于复用所述第一和第二数据流以获得大约2.5Gbps的有效下行数据速率；以及
头端接收机，用于以大约1.25Gbps的速率接收从至少一个远程节点发送到所述中心节点的上行数据流。
13.根据权利要求12所述的设备，进一步包括：
尾端接收机，用于接收所述下行数据；
解复用器，用于对所述接收的下行数据进行解复用以产生所述第一和第二数据流；以及
转发机制，用于向光网络单元(ONU)转发所述第一数据流。
14.根据权利要求12所述的设备，
其中所述第一数据流包含EPON帧，每个EPON帧用逻辑链路标识符(LLID)来标记；以及
其中所述第二数据流包含不用LLID来标记的广播帧。
15.根据权利要求12所述的设备，进一步包括：
产生所述第一数据流的第一光线路终端(OLT)；以及
产生所述第二数据流的第二OLT；以及
其中所述第一OLT负责调度来自所述远程节点的上行业务。
16.根据权利要求15所述的设备，进一步包括：
尾端接收机，用于以大约2.5Gbps的速率在远程节点处接收所述下行数据流；以及
转发机制，用于选择性地向ONU转发EPON帧，其中向所述ONU转发的所述数据的有效数据速率不超过大约1.25Gbps。
17.根据权利要求15所述的设备，其中在复用所述第一和第二数据流期间，所述复用器用于：
缓冲所述接收的包；以及
基于缓冲器接收每个数据帧的顺序以大约2.5Gbps的速率发送所述缓冲的数据帧。
18.根据权利要求17所述的设备，其中在缓冲所述接收的包期间，所述复用器用于：
提供与接收的MPCP消息同步的MPCP时钟；
缓冲MPCP消息；
基于所述MPCP时钟计算下行发送所述MPCP消息的传输时间；以及
基于所述计算的传输时间更新所述MPCP消息的时间戳。
19.根据权利要求17所述的设备，其中在缓冲所述接收的包期间，所述复用器用于：
提供本地时钟；
缓冲MPCP消息；
基于所述本地时钟测量所述MPCP消息由于所述缓冲而经受的时间延迟量；以及
在下行发送所述MPCP消息之前基于所述测量的延迟更新所述MPCP消息的时间戳。
20.根据权利要求15所述的设备，其中在复用所述第一和第二数据流期间，所述复用器用于：
在有固定缓冲延迟的第一缓冲器中缓冲MPCP消息；
在第二缓冲器中缓冲来自所述第一数据流的除了MPCP消息之外的数据帧；
在第三缓冲器中缓冲来自所述第二数据流的除了MPCP消息之外的数据帧；以及
在将固定缓冲延迟引入到所述MPCP消息之后发送所述MPCP消息。
21.根据权利要求15所述的设备，其中在复用所述第一和第二数据流期间，所述复用器用于基于从所述第一和第二数据流接收的码组以大约2.5Gbps的速率执行码组交织，其中如果所述接收的码组是8B/10B编码的，那么一个码组可以包含10比特，否则可以包含8比特。
22.根据权利要求12所述的设备，
其中在复用所述第一和第二数据流期间，所述复用器用于：
在第一波长上光传输所述第一数据流；
在第二波长上光传输所述第二数据流；以及
使用波分复用器复用所述第一波长和所述第二波长；以及
其中所述设备进一步包括用于在远程节点处对所述第一波长和所述第二波长进行解复用的解复用器。
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