CN101946524B - 用于在千兆位无源光网络上提供双速率传输的系统、方法和计算机可读介质 - Google Patents

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Abstract

在双速率千兆位无源光网络中，光线路终端(OLT)传输与第二速率(NGPON)消息帧交织的第一速率(GPON)消息帧。所述GPON消息帧的未使用ATM分段拥有NGPON消息帧的有效载荷部分和头部，从而使消息帧保持在所述网络所需的预定长度。

Description

用于在千兆位无源光网络上提供双速率传输的系统、方法和计算机可读介质
技术领域
本发明涉及千兆位无源光网络(GPON)，并且特别涉及提供双速率传输的GPON。
背景技术
由ITU-T推荐G.984.1、G.984.2、G.984.3和G.984.4所规范的千兆位无源光网络(GPON)被世界各地的网络运营商所广泛采纳作为首选的宽带接入网。凭借在下行方向中的2.488Gbps的比特率和在上行方向中的1.244Gbps的比特率，GPON提供足够高的每个用户带宽用以实现诸如语音、互联网接入、广播电视、视频点播(videoon-demand，VOD)以及高清电视(high definition television，HDTV)等服务的高效同时传送。然而，随着在接入网络上递送的新的服务出现，对于带宽的需求据预期将会增长至超过GPON的容量。为满足这一需求，人们正在考虑具有更高比特率的新一代GPON(NGPON)的标准化。在关于NGPON的早期讨论中，网络运营商强调了对NGPON与GPON的兼容性的需要，这将保证这两种系统共存于同一物理PON上，而不会扰乱彼此的运行。这种方案对于网络运营商而言是具有成本效益的，因为这将允许在不需要对那些更愿意订购旧有的、较为便宜的GPON服务的用户所使用的用户端设备(customer premises equipment，CPE)进行升级的情况下，逐步升级GPON基础设施。
为实现这一目标，必须同时在物理(physical，PHY)层和介质访问控制(media access control，MAC)层上实现NGPON与GPON的兼容。本申请人的共同待决申请(律师卷宗编号129279)中公开了用于解决物理层的系统和方法，该申请的全部内容在此通过交叉引用明确地并入。
所需的是用于在MAC层上提供NGPON与GPON的兼容性的系统和方法。
发明内容
依据本公开内容的一个方面，提供无源光网络，该无源光网络包括至少一个光线路终端、至少一个运行于第一速率的第一光网络终端、至少一个运行于第二速率的第二光网络终端，其中上述至少一个光线路终端将至少一个消息帧传输到至少一个第一光网络终端和至少一个第二光网络终端中的至少一个，该至少一个消息帧包括第一速率头部、包括有第二速率头部和第二速率有效载荷的第一分段，以及包括有第一速率有效载荷的第二分段。
依据本公开内容的一个方面，提供用于从光线路终端传输信号的方法，该方法包括以第一速率传输第一头部、以第二速率传输第二头部、以第一速率传输第一有效载荷，以及以第二速率传输第二有效载荷。
依据本公开内容的一个方面，提供用于对在运行于无源光网络的多种运行速率之一的光网络终端中所接收到的信号进行处理的方法，该方法包括确定上述信号的消息帧、确定上述消息帧的以光网络终端的运行速率传输的头部、确定上述消息帧的以光网络终端的运行速率传输的数据信号，以及处理上述数据信号。
依据本公开内容的一个方面，提供光线路终端，该光线路终端包括信号发生器用于在无源光网络上生成传输信号，该传输信号包括帧格式，该帧格式包括第一头部、第二头部、第一数据信号，以及第二数据信号，其中光线路终端以第一传输速率传输第一头部和第一数据信号，并且其中光线路终端以第二传输速率传输第二头部和第二数据信号。
依据本公开内容的一个方面，提供计算机可读介质，其包括指令，用于：生成多个第一消息帧，每个第一消息帧包括第一头部、第一有效载荷部分以及第一未使用部分；生成多个第二消息帧，每个第二消息帧包括第二头部、第二有效载荷部分以及第二未使用部分；并且对上述第一消息帧和第二消息帧进行交织，使上述第二头部和上述第二有效载荷部分被提供在上述第一未使用部分中，并且使上述第一头部和上述第一有效载荷部分被提供在上述第二未使用部分中。
附图说明
现在将参考特定实施方式和随附的附图，仅通过举例的方式来描述本发明，在附图中：
图1示意性地示出千兆位无源光网络；
图2示出用于单速率无源光网络的典型帧格式；
图3示出用于双速率无源光网络的双速率帧格式；
图4示出交织的帧格式；
图5示出由处理器所执行的指令集；
图6示出在传输图4的双速率帧格式中所执行的步骤的流程图；
图7示出在接收图4的双速率帧格式中由光网络终端执行的步骤的流程图；
图8示出备选的双速率帧格式；
图9示出备选的交织的帧格式；
图10示出组帧系统；以及
图11示出使用共享资源的组帧系统。
具体实施方式
参考图1，其示出了光网络10，该光网络10具有无源分光器13、居于中心局的双速率光线路终端(Optical Line Terminal，OLT)12、居于用户端(customer premises，CP)的若干GPON光网络终端(Optical Network Terminals，ONT)14、15和若干NGPON ONT 16、17。在一种实施方式中，GPON ONT 14、15被配置用于在比如2.5Gb/s的第一数据速率上运行，并且NGPON ONT被配置用于在比如10Gb/s的更快的第二数据速率上运行。GPON标准(ITU推荐G.984.3)要求OLT12传输125μs长的、背靠背的GPON传输会聚(GPON Transmission Convergence，GTC)下行帧的连续序列。在图2中示例说明了下行消息帧的范例。每个消息帧20包括GTC头部22中的物理控制区块下行(Physical Control Block downstream，PCBd)头部21，跟随以有效载荷区段。有效载荷区段通常具有两个分段，ATM分段23和GEM分段24。世界上采用GPON的网络运营商通常仅选择使用GEM分段24来传送以太网和TDM帧。另一方面，ATM分段23未被使用并且在PCBd 21中其容量字段通常被设置为零。依据G.984.3标准，GPON ONT 14、15通常被设计用以只接收GEM有效载荷24，而忽略ATM分段23的内容。
如果由双速率OLT 12来交替地发送GPON和NGPON下行帧，即，在一个125μs时段中是GPON帧而在下一个中是NGPON帧，那么将会在几个方面违反G.984.3标准。第一，下行帧的传输将不会如G.984.3所要求的那样是连续的。第二，NGPON头部中预期的GPON物理同步(Physical synchronization，Psync)字段的缺失将会导致ONT激活困难或者无法实现(第10.2条)，因为ONT需要接收至少两个有效背靠背帧来移动超过其初始加电状态。其他对标准的违反将包括GPON ONT无法翻译NGPON帧中的位交织奇偶校验(bit-interleaved parity，BIP)字段和计算BIP用以测量链路上的错误数量(根据G.984.3，第8.1.3.4条)。同时，GPON ONT将不能够正确地使用GPON GTC头部的IDENT字段，这将会损害加密和FEC控制机制。
预期GPON帧和NGPON帧的交替传输将会使以前部署的GPONONT发生混乱并且导致它们失灵是合理的。预期新部署的NGPONONT将以类似的方式受到影响也是合理的。因此，为了成功实施双速率GPON，必须有不同的MAC层多路复用方案。
依据本公开内容的实施方式，如图3中所示的帧交织系统和方法可被使用以确保GPON下行帧和NGPON下行帧二者的连续的和同时的传输。帧交织对GPON下行帧中的未使用ATM分段加以利用。NGPON格式被假设为与GPON的相类似，包括类似于GTC的头部，跟随以两个分段。
交织帧可被视为由独立的GPON 30和NGPON 35帧构建而成。GPON帧30类似于参考图2描述的帧。具体地，每个GPON帧30包括将非零容量分配给ATM分段33的GPON头部32，但ATM分段33未被使用。GPON帧的GEM分段34携带普通的GPON有效载荷。NGPON帧35包括跟随以分段1中的NGPON有效载荷37(其可被提供为GEM格式)的NGPON GTC头部36。NGPON帧35的第二分段38未被使用。GPON和NGPON帧30、35中的每一个都被构建为要求的125μs长。此外，NGPON头部36和NGPON有效载荷37的合并长度被构建为与GPON帧30的未使用ATM分段33相同的长度，同时NGPON帧35的未使用分段38的长度与GPON帧30的GEM有效载荷的长度相等。
GPON帧30与NGPON帧35交织，使得NGPON GEM分段37的末端与GPON ATM分段33的末端对齐。在图4中示例说明了由此产生的通过双速率OLT进行传输的交织帧40。帧40从GPON GTC头部41开始，然后由NGPON GTC头部42、NGPON有效载荷43和GPON载荷44所跟随。NGPON GTC头部42和NGPON有效载荷43共同占据在GPON GTC头部41中定义为属于GPON帧的ATM分段的空间。类似地，NGPON帧35的未使用分段38关联于GPON帧30的GEM有效载荷分段34以及下一GPON帧30的下一GPON头部39。
在图10中示例说明了组帧系统90。在组帧系统90中，上行调度器91(比如BW映射生成器)调度由NGPON头部生成器92和GPON头部生成器93所产生的头部帧。NGPON有效载荷组帧器94接收来自上行链路网络(未示出)的NGPON有效载荷分组。类似地，GPON有效载荷组帧器95接收来自上行链路网络(未示出)的GPON有效载荷分组。在时间控制器96的控制下，提供给交织部件97的相应的头部和有效载荷被交织，以产生沿网络转发的交织帧。有效载荷分组对应于它们相应的分段的持续时间被逐个铺入帧中。
由于GPON和NGPON头部永远不会被同时生成但却具有相同的总体结构，它们可以全部由同一处理单元生成。这同样适用于有效载荷分组的组帧。图11示例说明了共享资源组帧系统110，在其中组合GPON/NGPON头部生成器111与接收NGPON和GPON有效载荷分组二者的组合GPON/NGPON有效载荷组帧器112被一同提供，并且由时间控制器96在两种网络速率之间对分组速率进行切换。这一实施方式因为共享资源而提供出较为廉价的实施解决方案。
在一种实施方式中，整个消息帧40或其一部分可经由包括指令(即，软件)的计算机可读介质生成，这些指令可以完全或部分地由一个或多个被描述并描绘的元件执行，或在所述元件上运行。例如，如图5中所示，OLT12可包括处理器51，其运行地关联于存储指令集100的存储器52。指令集100可由处理器51所执行以生成第一消息帧30(步骤101)、生成第二消息帧35(步骤102)并且交织第一消息帧和第二消息帧以产生合成的消息帧40。在一种实施方式中，被描绘和描述的处理器运行在适当的速度上，以高效地进行帧的交织并且/或者执行在此描述的功能。在另一实施方式中，一个或多个处理器可被“板外”地置于可能更适合在适当的速度上运行以高效地进行帧的交织并且/或者执行在此描述的功能的替代位置中。
现在将参考图6描述使用图4的交织帧40的处理。作为第一步骤201，OLT以GPON ONT的数据速率传输GPON GTC头部41。在普通ATM分段的开始处，OLT切换到更高的NGPON数据传输速率并且开始传输NGPON帧的GTC头部42(步骤202)。NGPON GTC头部由NGPON有效载荷分段43所跟随(203)。在NGPON有效载荷分段的末端，双速率OLT再次“换档”至较低的GPON数据传输速率并且开始传输GPON GEM分段的有效载荷(步骤204)。GPONGEM分段精确地在GPON GTC帧开始125μs后结束，因此其由下一GPON GTC头部所跟随。
如上所述，GPON ONT通常被配置用以忽略ATM分段，并且因而由NGPON GTC头部42和NGPON有效载荷43所传送的数据将不会由GPON ONT进行处理。类似地，NGPON ONT可被配置用以忽略NGPON帧35的第二分段38，该分段对应于交织帧40的GPONGEM有效载荷44并因此不包含有关的NGPON数据。
现在将参考图7的流程图300描述由图1中所示的网络10的NGPON ONT 16、17所执行的处理。NGPON ONT接收来自OLT的传输，该传输可包括消息帧，比如图4中所描绘的消息帧40。在步骤302，NGPON ONT检测NGPON头部并确定消息帧。ONT可以在随后确定由帧40所提供的NGPON有效载荷43的位置(步骤303)并且开始对被提供于有效载荷43中的NGPON数据进行处理(步骤304)。
在一种实施方式中，OLT 12通过保持其带宽映射(BWmap)的长度在每个GTC帧中相同而将其GTC头部的容量保持恒定，这确保了GPON GEM分段和跟随的GPON GTC头部的总持续时间精确地匹配NGPON帧中的空闲第二分段的持续时间。在一种实施方式中，NGPON GTC头部总是在GPON GTC头部之后立即被传输，与GTC头部的恒定长度相结合，使得每个NGPON GTC帧精确地为125μs长。恒定帧因此能够提供语音服务和类似服务所需的8kHz时间基准。
在图8中所示的备选实施方式中，对帧顺序做出了调整。在这一实施方式中，NGPON帧具有NGPON GTC头部36，由未使用的第一分段37所跟随。NGPON有效载荷因此被提供在第二分段38中。GPON帧30与NGPON帧35交织，从而使帧35的NGPON有效载荷38和下一NGPON帧72的NGPON头部71一同与GPON帧30的未使用ATM分段33对齐。由双速率OLT所传输的帧被示例说明于图9中，并且包括NGPON帧80和GPON帧87。NGPON帧80具有NGPON头部81，其由GPON GEM有效载荷82、GPON头部83并且随后由NGPON有效载荷84所跟随。从GPON帧87的角度来看，存在有GPON头部83，其由NGPON有效载荷84、NGPON头部85并且随后由GPON有效载荷86所跟随。
在本实施方式中，假设已解决了物理层多路复用的问题，使得GPON ONT在NGPON帧的传输持续时间保持锁定，并且反之亦然。物理层多路复用可以通过使用以上所引用的申请人的共同待决申请中所描述的系统和方法而解决，在该系统和方法中在有效ONT分段的数据信号中，即，有效载荷中为空闲ONT提供了时钟信号，即，非数据信号。为了在OLT和ONT侧相等地计算BIP，还假设了物理层解决方案通过OLT和ONT确保了在NGPON位流和GPON位流的相应的未使用有效载荷分段的持续时间中，由GPON ONT对NGPON位流以及由NGPON ONT对GPON位流进行明确地翻译。
上述实施方式的一个优点是，其允许NGPON协议仿照GPON协议进行设计，伴随有为在125μs帧中更高的字节数量而对某些字段做出的调节，而不需要任何对于双速率运行的特殊规定。一旦PON中的所有ONT都被升级为NGPON，通过将第二未使用NGPON分段38的容量降低为零，OLT运行可以无缝地转入单速率NGPON协议。
进一步的优点是，GPON和NGPON GEM有效载荷分段的定容是灵活的。基于网络中GPON和NGPON ONT的数量和比率，分段的定容可以静态地执行。备选地，可以在从帧到帧的基础上动态地执行定容，以精确地匹配两种网络所需的瞬时带宽，从而最小化延迟时间并且最大化下行带宽效率。
进一步的优点是，提供了GPON与NGPON OLT之间的硬件资源的最高重复使用，从而最小化双速率GPON的成本。例如，硬件模块，比如下行组帧器、上行解析器、加密引擎、FEC引擎、扰频器和解扰频器等，可以通过在它们相应的运行期间定时在不同速率而在GPON与NGPON OLT之间共享。在不同速率上的定时可以例如通过作为公知数字技术的时钟门控而实现。
上述实施方式允许向后兼容的新一代GPON的设计，满足并实现主要网络运营商的需要和要求。
应当明白，在全部以上描述以及在以下权利要求中，除非明确说明，否则“第一”、“第二”以及类似术语不是为了表示时间顺序。此外，本领域内的技术人员能够轻易地明白，在以下权利要求中，方法的步骤并非必须以所列顺序执行并且能够以所述顺序以外的顺序执行。
虽然本发明的实施方式被示例说明于随附的附图中并且被描述于前述说明书中，大家将会明白，本发明不限制在公开的实施方式，而是能够在不背离本发明由以下权利要求所阐述和定义的实质的前提下做出众多重新布置、修改和替换。例如，本发明的功能可以完全地和/或部分地由一个或多个区块、模块、处理器或存储器来执行。并且，这些功能能够以现有方式或者以分布方式在任何能够提供和/或接收信息的设备上执行或者经由所述设备执行。进一步地，虽然被以特定方式描绘，但是各种模块或区块可以在不背离本发明的范围的前提下被重新定位。再进一步，虽然被以特定方式描绘，但是本发明可利用更多或更少数量的模块和连接，用以实现本发明，用以向本发明提供额外的已知特征，并且/或者用以使本发明更加高效。并且，在各个模块之间发送的信息可经由数据网络、互联网、互联网协议网络、无线源以及有线源中的至少一个，并且经由多种协议，在模块之间发送。

Claims (10)

1.一种无源光网络(10)，其包括：
至少一个光线路终端(19)；
至少一个第一光网络终端(14)，其运行在第一速率；
至少一个第二光网络终端(15)，其运行在第二速率；
其中上述至少一个光线路终端将至少一个消息帧(20)传输至所述至少一个第一光网络终端和所述至少一个第二光网络终端中的至少一个，所述至少一个消息帧包括：
第一速率头部(21)；
第一分段(23)，其包括第二速率头部(22)和第二速率有效载荷；以及
第二分段(24)，其包括第一速率有效载荷，
其中所述至少一个消息帧通过帧交织提供，其中交织帧可以被认为从独立第一和第二消息帧构建，
每个第一消息帧包括第一头部、第一有效载荷部分以及第一未使用部分；
每个第二消息帧包括第二头部、第二有效载荷部分以及第二未使用部分；以及
上述第一消息帧和第二消息帧被交织，使上述第二头部和上述第二有效载荷部分被提供在上述第一未使用部分中，并且使上述第一头部和上述第一有效载荷部分被提供在上述第二未使用部分中。
2.根据权利要求1的无源光网络(10)，其中上述第二速率比上述第一速率快。
3.根据权利要求2的无源光网络(10)，其中上述第一速率为2.5Gb/s，并且其中上述第二速率为10Gb/s。
4.根据权利要求1的无源光网络(10)，其中上述消息帧(20)为预定长度。
5.根据权利要求4的无源光网络(10)，其中上述预定长度为125微秒。
6.根据权利要求1的无源光网络(10)，其中上述第二光网络终端(15)处理上述第二速率头部(22)和上述第二速率有效载荷，并且忽略上述第二分段(24)和上述第一速率头部(21)。
7.根据权利要求1的无源光网络(10)，其中上述第一速率头部(21)为：
固定长度；以及
多个上述至少一个消息帧之一中的至少一个。
8.根据权利要求7的无源光网络(10)，其中下一消息帧的下一第一速率头部紧随上述第二分段(24)。
9.根据权利要求1的无源光网络(10)，其中上述第一光网络终端(14)处理上述第一速率头部(21)和上述第二分段(24)，并且忽略上述第一分段(23)的数据。
10.根据权利要求1的无源光网络(10)，其中上述第二速率有效载荷的末端与上述第一分段(23)的末端对齐。
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