CN101933263A - 受保护的无源光通信系统 - Google Patents

Abstract

一种受保护的光通信系统(10)，其具有：多个终端(14)；用于在工作状态下与终端(14)通信的主前端(22)；和备用前端(37)，其设置为允许在发生故障时与终端(14)通信，主前端(22)和备用前端(37)各能够工作以发送用于与终端(14)通信的帧的序列，各帧具有报头部分和净荷部分，主前端(22)设置为在正常操作时发送在各帧的报头部分中的控制指令和净荷部分中的用户数据，备用前端(37)设置为响应于故障而发送在帧的净荷部分中的控制指令和在该帧的报头部分中的控制消息，该控制消息表示在净荷部分中存在控制指令，终端响应于所述控制消息，使得：在帧的报头中存在控制消息时，各终端(14)将该帧的净荷解释为包含用于改变终端(14)的一个或更多个操作属性的控制指令；以及在帧的报头部分中不存在控制消息时，各终端(14)设置为将该帧的净荷解释为包含用户数据并且根据与用户数据关联的地址将用户数据转发到终端(14)外部的一个或更多个用户。

Description

受保护的无源光通信系统

技术领域

本发明涉及光通信系统，尤其涉及具有主供应臂和备用供应臂的受保护的光通信系统。

背景技术

在所谓无源光网络或PON中，通过具有呈树形结构排列的多个分路器接头的分配网，多个终端连接到供应臂。供应臂通常由沿着光路设置的前端(head end)形成，并且在某些情况下可以包括中继器。出于容错的目的，已知提供有也连接到分配网的备用供应臂。备用供应臂复制主供应臂的功能，使得如果在主供应臂中出现故障，则备用供应臂可以接管。但是，在这样的故障的情况下，终端经常进入非工作状态或其他故障状态，并且备用供应臂在进行接管时它通常需要执行初始化例程，以使终端返回到工作状态。这可能太耗费时间。

发明内容

根据本发明，提供了一种如权利要求1所述的光通信系统。本发明的另一方面在权利要求9中说明。

附图说明

现在将参照下面的图仅作为示例来进一步描述本发明，在附图中：

图1a示出了根据本发明的光网络；

图1b示出了图1a中示出的OLT的详情；

图2示出了现有技术的下行帧结构；

图3示出了下行PLOAM信元；

图4示出了现有技术的下行数据信元；

图5是图1a的ONT的框图；

图6示出了根据本发明的下行帧结构；

图7示出了光网络的另一实施方式；

图8是图1a的实施方式的示意性表示；以及

图9更详细地示出了在图7的实施方式中使用的OLT机架。

具体实施方式

图1a示出了受保护的光通信系统10，光通信系统10具有分配网12，分配网12用于将光信号分配到多个终端或这里称为ONT14的光网络终端。在正常工作期间，信号通过主(原)供应臂16供应到分配网。但是，备用(次)供应臂18也连接到分配网，使得如果在主供应臂中出现故障，则备用供应臂可以替代地将信号供应到分配网。主供应臂16具有前端22，前端22也称为光线路终端或OLT，用于产生光信号并接收来自ONT 14的信号。OLT位于标记为A的节点处，通常由单模光纤形成的光路26在OLT与分配网之间延伸。备用供应臂具有与主供应臂相同的组件，尤其是备用(次)OLT 37通过备用光路38连接到分配网。备用OLT具有与主OLT的组件相对应的组件，用于执行相应的功能。

分配网具有呈树形结构排列的多个分路器接头(未示出)，用于将信号从OLT分配到ONT。在本示例中，分配网12具有连接到主路径(和备用路径)的第一无源光分路器，该分路器将来自主路径(或备用路径)的入射光分配到多个分支路径，每个分支路径连接到相应的更进一步的分路器。通常将提供进一步的多级分路(未示出)，通常使得可以连接64甚至1024个ONT。通常，光网络(优选地为分配网自身)将具有10公里以上或甚至60公里以上的范围。

主OLT和备用OLT通常位于不同的地理位置，例如分开1公里以上，使得它们各自的供应路径可以遵循不同的路由。主OLT和备用OLT地理上是分开的，并且各在相应节点A、B处连接到用于与光系统收发数据业务的核心电信网。主OLT和备用OLT连接到公共路由器39，公共路由器39能够将业务选择性地路由到备用供应臂和主供应臂。在电信网内，提供了一种在中央管理器单元40中实现的运行支撑系统或OSS，中央管理器单元40通过公共路由器连接到各OLT以至少部分地基于从OLT接收的状态数据来控制他们的运行。中央管理器单元还可操作地连接到公共路由器以控制将业务引导到两个OLT中的哪一个。

在图1b中详细地示出了OLT。该OLT具有：光学级29，其用于向分配网发送光信号和从分配网接收光信号；背接口(back interface)30，其用于与核心网通信；调度器级31，其用于控制从ONT进行的发送；发送级32，其用于产生下行发送到ONT的数据；以及实现为管理模块35的部件管理器或EM，其用于控制OLT运行的一个或更多个方面。中央时钟单元33设置为向调度器级31提供定时信号。

管理模块35设置为基于光通信系统的性能的各种指标来产生状态数据，并且将该数据传递到背接口，以通过核心网发送到外部。指标的示例可以包括接收的光信号的信号水平或者在OLT处的管理模块自动执行的本地测试的结果。管理模块还设置为经由背接口来接收外部命令信号，并且响应于这些外部信号执行指定的动作。

调度器级31配置为产生称为授权的指令，该指令用于控制从不同ONT进行的发送。从OLT发送的授权包含给定的ONT在预定时间发送数据达预定时间段的指令，该预定时间是相对于集中式时间限定的(尽管其他协议数据发送中的其他时间是相对于控制信号的本地到达时间来定时的)。

时钟单元33允许调度器级来对授权进行定时，使得来自一个ONT的上行突发与来自他们的光路径在分路器处进行组合的另一ONT的突发将发生冲突或重叠的风险基本不存在(或者降低风险)。因而，调度器级调度ONT发送，使得在远离临时(主动或被动)交织数据的接头处执行用于临时交织来自不同ONT的数据的必要定时功能。因而按照在无源光网络或PON中正常执行复用的方式，通过ONT发送的定时来实现复用。然后，OLT可以使用TDMA(时分多址)协议来存取来自各ONT的数据。

考虑从不同ONT的转接时间(transit time)，OLT，具体为其调度器级，设置为实施“测距”处理，在该“测距”处理中调度器级指示所选择的ONT在接收指令后在指定时间量之后或立即返回信号。调度器级设置为计算往返时间，即，在发送指令和返回信号到达之间经过的时间。对于不同的ONT，往返时间将通常是不同的。因此，在各自往返时间的基础上，OLT设置为计算每个ONT的差分延迟偏移量(也称为均衡延迟)。计算延迟偏移量，使得对于每个ONT，从该ONT的转接时间与该ONT的延迟偏移量的和是相同的。调度器级设置为向每个ONT发送各自的延迟偏移量。然后，每个ONT可以对授权的响应延迟相应的延迟偏移量，使得多个ONT对OLT作出响应，它们仿佛位于离OLT相同距离处。

发送级配置为按照帧的形式组合用于发送的数据，每个帧通常为恒定的持续时间，并且帧通常具有一个或更多个周期特征(cycliccharacteristic)。图2中示出了当OLT处于规则状态，即，当ONT正确地被同步并且正常发送和接收数据(在该情况下ONT将处于工作状态)时的下行(DS)帧的示例。持续时间为125μ的帧是由报头部分(称为PCBd(程序控制块，下行))和净荷部分(称为DS帧净荷)形成。报头部分具有用于承载一个或更多个信令信元的多个协议专用字段。在本示例中，提供有：用于物理同步的PSync字段；用于提供超帧计数的Ident字段；用于承载物理层运行和维护(PLOAM：Physical Layer Operation andMaintenance)信元的PLOAMd字段，该PLOAMd字段传达OLT为了运行而使用的信息；用于误差测量的BIP字段；和用于循环冗余校验等的PLend字段；以及上行(US)BWmap字段，其包括用于将上行带宽分配给ONT的授权。PLend字段还包括有关BWmap字段中的授权的数量的信息。

图3中示出了PLOAM信元。信元自身具有多个字段，即，在该示例中相对于PSync字段中的同步信号位于预定时间位置处的信息。具体地说，在第一个八位字节中提供关于ONT标识符(ONT ID)或关于指示该信元旨在针对全部ONT的广播标识符的字段。在第二个八位字节中存在指示正在被发送的消息的类型的消息ID字段。在随后的十个八位字节中为由消息ID指示的特定类型消息有关的数据提供了数据字段。一般来说，消息ID指定用于控制ONT的预定控制指令。例如，等于“5”的消息ID是指关于ONT自身去启动并停止发送上行业务的指令。数据字段之后是用于循环冗余校验的字段。因而，PLOAMd信元代表具有预定信息结构的发送单元。

帧的净荷部分是由一系列连续数据信元D组成，每个数据信元D编址到给定的ONT。图4中示出了数据信元的示例。信元具有包含一个或更多个协议专用字段F的信元报头部分H和包含消费者数据的净荷部分P。字段F之一是表示净荷中的数据所要输出到的ONU的端口号的端口号字段。

ONT每个设置为响应于来自OLT的调度指令或“授权”来发送数据的短突发，并且在缺乏授权时一般禁止发送数据。图5中更详细地示出了ONT。ONT具有用于将来自光分配网的下行光信号转换到电域的光接收器42、以及用于朝向OLT在上行方向发送信号的光源44。光接收器42连接到读取器单元46，读取器单元46设置为监测上行业务以及(i)如果数据未编址到那个ONT则忽略该数据，或者(ii)如果数据编址到那个ONT(明确地或者通过广播地址)，在该ONT处记录该数据用于本地处理。

读取器单元连接到多个单独可寻址的缓冲器(这里为针对ONT的操作有关的数据的内务缓冲器48)，并且服务是用于用户数据的缓冲器50。为了将数据从服务缓冲器传递到后接口(rear interface)而提供了分配器模块52。将来自分配器模块的数据映射到作为信道的多个端口之一，这些信道根据在数据信元的报头部分中发现的端口号而被映射到在后接口中的相应物理输出。这些输出每个可连接到各自的外部用户装置(未示出)，外部用户装置的示例包括个人计算机和电话装置。

本地控制器54可操作地连接到用于从帧报头接收数据的内务缓冲器，这里具体地为基于消息ID所识别的PLOAM信元中的控制指令。为了正确地解释消息ID，本地控制器已访问包含指令表的本地存储器47，该指令表具有与消息ID关联地存储的每个预协商的控制指令。消息ID和他们的控制指令将在制造阶段被存储在ONT中。

具体地说，本地存储与给定ID关联地具有称为“POPUP”消息的指令，以使本地控制器让ONT进入工作状态(其中ONT可以正常发送和接收数据)或者进入测距状态(其中，ONT禁止发送正常的使用数据)，这取决于承载POP-UP消息的PLOAM信元是否编址到特定ONT或者它是否被广播：即，ONT ID字段是否具有单独的地址或者广播地址。因而，如果接收到具有广播地址的POP-UP消息，则正在接收的ONT每个将根据存储在本地存储器中的预协商的指令表而进入测距状态。但是，如果ONT接收到具体地编址到该ONT的PLOAM信元中的POP-UP消息，将使该ONT进入工作状态。

在ONT处设置本地时钟单元。本地时钟单元设置为在比特层级和帧层级都与下行信号实现同步。可以将时钟单元视作提供了多个计数器，一个计数器每帧加一，而另一计数器每字节加一并且在每个给定帧被复位。

读取器单元访问在制造阶段存储在本地存储器中的格式信息。格式信息包括图2中示出的帧结构的详情，具体地是有关帧的不同字段和部分的描述的信息。具体地说，读取器单元访问PLOAM信元结构的详情。

读取器单元联结到本地时钟单元以从其接收定时信号。使用这些定时信号，并且基于存储的格式信息，读取器单元设置为从到达的帧中的各字段提取信息，并且将该信息视情况而定传递到内务缓冲器和表面缓冲器。更详细地说，读取器单元设置为将存储的帧结构与到达的数据比特进行匹配，并根据本地存储器中存储的多组规则之一处理在帧中的不同时间位置处的信息。这些规则管理如何处理在帧中的不同时间位置处的信息。

一组规则与帧内的每个类型的可能信元相关联。因而，称为数据信元规则的这种组规则管理如何操纵数据信元中的数据，并且称为信令信元规则的不同的一组规则管理如何操纵PLOAM信令信元中的数据。因为在不同信元类型中包含的信息结构不同，所以需要正确的信息以正确地提取给定信元中的信息。

因而，基于与图2的帧结构有关的格式信息，读取器单元设置为在对应于帧报头中的PLOAMd字段的时间片处调用信令信元规则，并且针对与帧净荷中的标记为“D”的信元相对应的每个时间片，要求数据信元规则。

数据信元规则使读取器单元将数据信元的净荷部分中的数据转发到服务缓冲器，以发送到输出，使得数据可以被外部用户接收。相反，信令信元规则使PLOAM信元中的信息被传递到内务缓冲器，以由ONT在内部使用。

通常，即，在没有故障(不能充分快速地校正(如，通过测距)的故障)时，备用供应臂是空闲的并且主供应臂承载到分配网的业务和来自分配网的业务。但是，响应于接收到表示在主供应臂中的故障的状态数据，中央管理器单元40设置为在切换处理中关闭主供应臂，启动备用供应臂，并且一旦启动，将业务引导向备用供应臂。

需要调用的切换处理的故障的一个结果是ONT进入错误状态或者进入ONT不能正常发送用户数据的其他非工作状态。因此，对于备用OLT必要的是，使ONT返回工作状态。但是，来自备用OLT的广播POP-UP消息将使ONT进入测距状态，这通常不是必要的。此外，规则的下行帧的报头部分不能容纳针对每个ONT的单独编址的POPUP消息。

因此，OLT设置为发送在帧的净荷部分中的多个PLOAM信元，如图6所示。每个PLOAM信元包含单独编址的POP-UP消息，为信元净荷中的每个ONT提供一个PLOAM信元。

为了使ONT正确地处理帧净荷中编址到该ONT的PLOAM信元，在帧报头的PLOAMd字段中设置控制指令。控制指令包含在这里被称为多PLOAM消息(该消息优选地具有与之关联的消息ID)的消息中。多PLOAM消息具有与原始PLOAM信元相同的格式，使得可以调用存储在ONT中的信令信元规则以读取消息，并且从其提取控制指令。

该控制指令使ONT的读取器单元来针对包含多PLOAM消息的帧的净荷部分调用信令信元规则，而不调用数据信元规则，在帧净荷方面读取器单元在缺省时调用数据信元规则。凭借多PLOAM消息，可以在单个帧的净荷中包含多个单独编址的POP-UP消息，在相应PLOAM信元中的每个POP-UP消息被编址到相应的ONT。因而，在主供应臂有故障时，与仅在每个帧中发送单个POP-UP消息时所需要的帧发送数量相比，可以利用较小数量的帧发送而使ONT返回工作状态。

因为上述实施方式降低了对每帧仅发送单个POP-UP消息的需要，可以实现在故障时更快地重新启动两个ONT。尽管多PLOAM消息在具有多个供应臂的受保护PON网络中特别有用，但是多PLOAM消息也可以用于简单PON中，以实现快速重新启动，脱离故障。

提供了下面的附加意见。

GPON是基于无源光网络的ITU-T标准化的光纤接入网络。PON(无源光网络)经由光分配网(ODN)将前端(OLT)与多个远程站(ONU或ONT)连接，光分配网由在OLT与功率分路器之间的光纤馈线组成，单独光纤从功率分路器连接到每个ONU。建议ITU-T G.984.3规定了控制协议，即，针对GPON的TC层。它使用针对下行(即，从OLT到ONU的发送)和上行(即，从所有ONU到OLT)二者的帧格式。帧格式结构规定了125μs的固定持续时间，并且其中在下行中存在仅一个物理层OAM(PLOAM)消息(称为PLOAMd)，参见图3。在上行方向，存在针对每个ONU发送的一个PLOAM消息，称为PLOAMu。图2示出了GPON下行帧的结构。在下行中GPON比特率为2488.52M比特/秒，这在每帧中产生38880字节。PLOAMd消息是13个字节长。

OLT按照连续模式发送下行业务并且广播到全部ONT。每个ONT检测寻址到它的业务，然后该ONT将该业务传递到相关用户接口，丢弃其余的。在上行方向，每个ONT向OLT发送信息的突发。这些突发通过功率分配器被复用到同一光纤。OLT控制这些突发的分配以避免在分割点之后的冲突。每个ONT一般连接在离OLT不同的光纤距离处。为了能够控制突发发送位置，OLT需要对每个单独ONU测距。在ONU启动期间，OLT对ONU测距，这是通过测量到每个ONU的往返延迟(RTD)并计算每个ONU必须应用于其发送使得全部ONU同步并且通常防止冲突所需要的缓冲器延迟来进行的。该缓冲器延迟称为ONU(i)的均衡延迟(EqD(i))。该EqD(i)经由PLOAMd消息(“Ranging_Time”消息)被传送到ONU(i)。在每个ONU应用其EqD(n)后，在OLT发送下行帧和OLT处开始接收上行帧之间的总延迟为均衡后的往返延迟。

双父系保护(parenting protection)是将ONU/ONT连接到两个地理上不同的OLT的保护类型。在通常运行中，只有主OLT是活动的并且管理整个PON，而不允许次OLT进行发送。

当存在需要启动保护切换的故障时，次OLT应该接管对PON中的ONT的控制。该切换在时间上应该在短时间中发生。

在一种实现中，可以将多个PLOAMd消息发送到每个ONT达三次。超过一种类型的PLOAMd消息必须被发送到次OLT上以重新启动ONT，但是出于说明的目的，它只需要仅一种类型的PLOAMd消息被发送到每个ONT达三次，以使它返回到在次OLT上运行。如果PON具有连接的64个ONT，并且因为在每个PON帧中正常存在仅一个PLOAMd消息的空间，即每125μs，这将需要64×125μs×3＝24ms来发送全部消息。该时间不是很长，但希望扩展的GPON将支持128个ONT，这样该时间增加到48ms。针对长距离PON该问题将恶化，其中希望所支持的ONT的数量将是512，因而需要192ms，甚至是1024个ONT，该时间将扩大到384ms。

向每个ONT发送PLOAMd消息仅是保护切换问题中的一个方面。为了将保护切换花费时间降低到50ms以下，重要的是使保护切换处理的每一单个步骤最小。

该实施方式提出了改善双父系保护切换处理中的一个必要步骤的方法。这涉及限定新的PLOAMd消息，该消息指示ONT在该下行帧的净荷内还存在PLOAMd消息，优选地在净荷的开始处存在PLOAMd消息。实际上，在ONT处于由次OLT重新启动的处理中，净荷的其余部分将是空的。如果我们具有带128个ONT的PON，我们在帧中总共38,880比特中(减去帧报头所占据的比特)仅需要128×13比特＝1664比特。

甚至在具有1024个ONT的长距离PON的情况下，其中PLOAMd消息的长度为了为ONU-ID(不是GPON和E-GPON中所需的1比特，而是2比特)安排空间而必须增加到14比特的，这将需要1024×14比特＝14336比特。

OLT必须向每个ONT发送PLOAMd消息达三次，即，将需要3个PON帧。因此，向全部ONT发送全部3个PLOAMd消息所需要的时间为3×125μs＝325μs，而与ONT的数量无关，这代表了与通常处理相比的巨大改善(2个数量级)。

G.984.3(02/2004)规定了控制消息的格式并且在下行方向上定义了19条消息。注意，这些消息的结构可以不同的(如，不同长度的ONU-ID字段)，但基本的理念保持相同。

G.984.3修正1(07/2005)定义了新的PLOAM下行消息，产生总共20条PLOAMd消息。

本发明需要附加的PLOAMd消息的定义，我们可以将其称为“PLOAMd净荷”或“多PLOAMd”消息。

消息定义

消息ID：21

消息名称：“PLOAMd净荷”(示例)

功能：向ONU指示PON下行帧在帧净荷中(即，在报头PCBd之后)包含附加的PLOAMd消息，

触发：当OLT需要向PON中的每个ONU发送一个PLOAMd消息时

发送次数：3

接收效果：ONU查找在PON帧净荷中的附加的PLOAMd消息

消息格式

主OLT和备用OLT不是必需位于不同的节点处，如在图1a和图7中示出的，而是在称为类型B结构的结构中可以位于相同地理位置，尤其是作为同一节点。这在图8中示出。具体地说，主OLT和备用OLT可以实现为安装在公共框架、机架或其他支持结构上，如在图9中指出的。

Claims (14)

1.一种光通信系统，该光通信系统具有：多个终端；主前端，其用于在工作状态下与所述终端通信；以及备用前端，其设置为允许在发生故障时与所述终端通信，所述主前端和所述备用前端各能够工作，以发送用于与所述终端通信的一系列的帧，各帧具有报头部分和净荷部分，所述主前端设置为在正常操作时在各帧的所述报头部分中发送控制指令和在各帧的所述净荷部分中发送用户数据，所述备用前端设置为响应于故障而在帧的所述净荷部分中发送控制指令和在该帧的所述报头部分中发送控制消息，所述控制消息表示在所述净荷部分中存在控制指令，所述终端响应于所述控制消息，使得：在帧的报头中存在控制消息时，各终端将该帧的净荷解释为包含用于改变终端的一个或更多个操作属性的控制指令；以及在帧的所述报头部分中不存在控制消息时，各终端设置为将该帧的净荷解释为包含用户数据并且根据与所述用户数据关联的地址将所述用户数据转发到所述终端外部的一个或更多个用户。

2.根据权利要求1所述的光通信系统，其中，为各终端提供各自的控制指令。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的光通信系统，其中，在公共帧的所述净荷部分中提供编址到不同终端的控制指令。

4.根据上述权利要求中任何一项所述的光通信系统，其中，各终端设置为：如果控制指令单独地编址到该终端，则响应于所述控制指令该终端进入工作状态；并且如果所述控制指令具有广播地址，则该终端进入测距状态。

5.根据上述权利要求中任何一项所述的光通信系统，其中，所述光通信系统是无源光网络。

6.根据权利要求5所述的光通信系统，其中，所述无源光网络具有至少20公里的范围。

7.根据权利要求5或权利要求6所述的光通信系统，其中，所述无源光网络具有超过1000个终端。

8.根据上述权利要求中任何一项所述的光通信系统，其中，所述控制指令或每个控制指令是物理层指令。

9.一种光网络中的前端单元的操作方法，所述光网络具有正常工作状态，在所述正常工作状态下所述前端单元向多个终端广播一系列的正常帧，各帧具有报头部分和净荷部分，用户数据被设置在所述净荷部分中，所述方法包括：在所述光网络中发生故障的情况下，发送至少一个修改后的帧，所述修改后的帧在该帧的净荷中具有代替用户数据的控制指令，该控制指令使所述终端从第一状态改变为第二状态。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一状态是故障状态，而所述第二状态是工作状态。

11.根据权利要求9或权利要求10所述的方法，其中，单独编址的控制指令被分别发送到各终端，所述单独编址的控制指令是在公共帧中发送的。

12.根据权利要求9-11中任意一项所述的方法，其中，在所述正常工作状态下，正常帧通过第一前端单元广播到所述终端，并且其中在发生故障时使用第二前端单元来发送所述修改后的帧或每个修改后的帧。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一前端单元和所述第二前端单元地理上分开。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一前端单元和所述第二前端单元位于相同的地理位置处。

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