CN102195738B - 用于吉比特无源光网络系统下行帧同步的处理方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于吉比特无源光网络系统下行帧同步的处理方法及装置，该方法包括：对GPON系统的下行帧的同步域中的数据进行前向纠错FEC编码，其中同步域包括物理同步域Psync域和标志域Ident域；将FEC编码的数据填充在下行帧中所设置的FEC校验域中，发送下行帧。通过本发明，达到了提高GPON下行帧同步可靠性效果。

Description

用于吉比特无源光网络系统下行帧同步的处理方法及装置
技术领域
本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种用于GPON系统下行帧同步的处理方法及装置。
背景技术
在吉比特无源光网络(Gigabit-Capable Passive Optical Network，简称为GPON)协议中，图1是相关技术中的GPON系统下行帧的帧结构的示意图，如图1所示，一个下行帧包括PCBd和GTC payload两部分。其中，PCBd由物理同步域PSync域、标志域Ident域、PLOAMD域等部分组成其中Psync域为4字节，默认值为0XB6AB31E0，Ident域为4字节，为了便于实现下行帧的同步，Psync域是不进行扰码处理的，在前向纠错编码(Forward Error Correction，简称为FEC)时，也不会破坏PCBd域的数据结构。
图2是相关技术中的GPON下行帧同步状态机的状态转换的示意图，ONU开始处于搜索状态(Hunt)，在Hunt状态，ONU逐比特和字节搜索Psync域。一旦找到一个正确的Psync，ONU就进入预同步状态(Pre-Sync)，并设置计数器N＝1。接着ONU每隔125us搜索下一个Psync。每找到一个正确的Psync，计数器值加1。如果找到一个错误的Psync，则ONU回到Hunt状态。在Pre-Sync状态下，如果计数器的值为M1，则ONU进入同步状态(Sync)。进入Sync状态后，ONU声明已经找到下行帧结构，并开始处理PCBd信息和Payload信息；如果检测到M2个连续错误的Psync，则ONU声明丢失了下行帧定界，返回到Hunt状态。
图3是相关技术中的GPON下行帧Ident域结构的示意图，如图3所示，Ident域中4字节的低30比特为复帧计数器，每帧的Ident域的计数值比前一帧大1，当计数器达到最大值后，下一帧置为零。复帧计数器可以用于对用户数据进行加密，也可以用于为系统提供较低速率的同步参考信号。Ident域为了容忍差错，ONU必须实现本地复帧计数器和复帧同步状态机。复帧同步状态机和Psync域中描述的同步状态机相同。在Hunt状态，ONU把接收到的Ident域中的复帧计数器载入本地计数器。在Pre-sync和Sync状态，ONU比较本地值和接收到的计数器值，如果两者匹配则表示下行帧同步正确，如果两者不匹配则表示下行帧不同步或者传输错误。
在GPON系统中，传输速率相对较低，但是在10G GPON中，下行速率从原来的2.5Gbps提高到了10Gbps，在传输的过程中帧头的误码率将会大大提高，Psync域或者Ident域出现错误累计到一定的次数时，ONU就会进入失步状态，这样会导致ONU下行数据的瞬间断流，从而影响整个GPON系统的正常运行。
针对相关技术中GPON系统中由于帧头误码率比较高导致光网络终端进入失步状态，致使系统传输数据可靠性比较差的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种用于GPON系统的下行帧同步的处理方法及装置，以解决上述问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于吉比特无源光网络GPON系统的下行帧同步的处理方法，包括：
对GPON系统的下行帧的同步域中的数据进行前向纠错FEC编码，其中同步域包括物理同步域Psync域和标志域Ident域；将FEC编码的数据填充在下行帧中所设置的FEC校验域中；发送下行帧。
优选地，上述方法还包括：接收上述下行帧，并根据上述FEC编码的数据对下行帧结构中的同步域的数据进行校验；根据校验结果进行下行帧的帧同步的处理。
优选地，根据上述FEC编码的数据对下行帧结构中的同步域的数据进行校验包括：GPON系统光网络终端的同步状态机检测出错误的Psync值时，对下行帧结构中的Psync域的数据进行FEC校验；将对Psync进行FEC校验得到的Psync值与预设的Psync值相比较，如果相同，则向同步状态机反馈正确信息；否则反馈错误信息。
优选地，根据校验结果进行下行帧的帧同步的处理包括：接收到FEC校验的信息后，判断同步状态机的状态，如果处于预同步Pre-Sync状态且接收到正确消息，则right_cnt计数器加1；如果处于同步状态且接收到错误消息，则error_cnt计数器加1。
优选地，根据FEC编码的数据对下行帧结构中的同步域数据进行校验包括：GPON系统光网络终端的复帧计数器的计数值和本地计数器不匹配时，对下行帧结构中的Ident域进行校验；GPON系统光网络终端的同步状态机检测出对Ident域进行校验得到的复帧计数器的计数值与本地计数器的计数值相比较，如果相同，则向同步状态机反馈正确信息；否则反馈错误信息。
优选地，根据校验结果进行下行帧的帧同步的处理包括：接收到FEC校验的信息后，判断同步状态机的状态，如果处于预同步Pre-Sync状态且接收到正确消息，则right_cnt计数器加1；如果处于同步状态且接收到错误消息，则error_cnt计数器加1。
优选地，FEC校验域为16字节，并采用里德·所罗门码RS(255，239)编码格式。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于吉比特无源光网络GPON系统的光线路终端OLT，包括：
编码模块，用于对GPON系统的下行帧的同步域中的数据进行前向纠错FEC编码，其中同步域包括Psync域和Ident域；填充模块，用于将编码模块生成的FEC编码的数据填充在下行帧中所设置的FEC校验域中；发送模块，用于发送下行帧。
优选地，FEC校验域为16字节，并采用里德·所罗门码RS(255，239)编码格式。
根据本发明的再一方面，提供了一种用于吉比特无源光网络GPON系统的光网络终端ONU，包括：
接收模块，用于接收发送模块发送的下行帧；校验模块，用于根据接收模块接收到的FEC编码的数据对下行帧结构中的同步域的数据进行校验；处理模块，用于根据校验模块的校验结果进行下行帧的帧同步的处理。
通过本发明，采用对GPON系统的下行帧的同步域中的数据进行前向纠错FEC编码，其中同步域包括物理同步域Psync域和标志域Ident域；将FEC编码的数据填充在下行帧中所设置的FEC校验域中；发送下行帧，解决了GPON系统中由于帧头误码率比较高导致光网络终端进入失步状态致使系统传输数据可靠性比较差的问题，进而达到了提高GPON下行帧同步可靠性效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是相关技术中的GPON系统下行帧的帧结构的示意图；
图2是相关技术中的GPON下行帧同步状态机的状态转换的示意图；
图3是相关技术中的GPON下行帧Ident域结构的示意图；
图4是根据本发明实施例的10G GPON下行帧帧结构的示意图；
图5是根据本发明实施例的用于GPON系统下行帧同步的处理方法的流程图；
图6是根据本发明实施例的10G GPON下行帧同步处理的流程图；
图7是根据本发明实施例的10G GPON下行帧复帧计数器同步状态机的状态转换示意图；
图8是根据本发明实施例的用于10G GPON系统的OLT的结构框图；
图9是根据本发明实施例的用于10G GPON系统的ONU的结构框图；
图10是根据本发明实施例的10G GPON下行帧同步处理的硬件实现的结构框图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
图4是根据本发明实施例的10G GPON下行帧帧结构的示意图，如图4所示，对GPON的下行帧结构作了改进，新的帧结构增加了16字节的FEC校验域(Parity)，并采用里德·所罗门码(Reed-Solomon)RS(255，239)编码处理方式，用于对4字节的Psync域和4字节的Ident域(以下称为同步域)进行FEC编码处理(即，不论下行FEC编码功能是否打开，光线路终端(Optical LineTerminal，简称为OLT)都必须对8字节的同步域作FEC编码处理，产生16字节的校验数据，并将校验数据填充在帧结构的Parity域，而ONU的同步状态机在检测到错误Psync帧头时都必须申请对同步域进行FEC解码。这样，在下行FEC功能打开时，FEC编码就不再是从Psync域开始，而是从PLOAMd域开始以239字节为单位进行编码)。同时，16字节的Parity域校验数据可以纠正Psync域和Ident域在传输过程中发生的大部分错误。
由于GPON系统中，FEC下行的编码方式为RS(255，239)，因此对同步域的FEC编码也采用这种编码方式，可以减少额外的研发成本。另外，RS(255，239)具有极强的纠错性能，能纠正8个字节的传输错误。因此，只要8字节的同步域和16字节的Parity域在传输过程中出现少于9字节的误码，FEC解码出的Psync域数据始终应该是0XB6AB31E0，这样ONU系统就能持续保持下行帧的同步。在10G GPON中，下行帧帧长为155520字节，仅仅在帧头增加16字节的Parity域开销，对系统带宽也不会有太大的影响。
图5是根据本发明实施例的用于GPON系统下行帧同步的处理方法的流程图，包括：
步骤S502，对GPON系统的下行帧的同步域中的数据进行前向纠错FEC编码，其中上述同步域包括Psync域和Ident域；
步骤S504，将上述FEC编码的数据填充在上述下行帧中所设置的FEC校验域中；
优选地，步骤S502中的FEC编码的数据填充在如图4所示的下行帧帧结构中的Parity域中。
步骤S506，发送上述下行帧。
步骤S504之后，上述方法还包括：接收上述下行帧，根据上述FEC编码的数据对上述下行帧结构中的同步域的数据进行校验；并根据校验结果进行下行帧的帧同步。
优选地，根据上述FEC编码的数据对下行帧结构中的上述同步域的数据进行校验包括：GPON系统光网络终端的同步状态机检测出错误的Psync值时，对下行帧结构中的Psync域的数据进行FEC校验；将对Psync进行FEC校验得到的Psync值与预设的Psync值相比较，如果相同，则向同步状态机反馈正确信息；否则反馈错误信息。
优选地，根据校验结果进行下行帧的帧同步包括：接收到上述FEC校验的信息后，判断上述同步状态机的状态，如果处于预同步Pre-Sync状态且接收到正确消息，则right_cnt计数器加1；如果处于同步状态且接收到错误消息，则error_cnt计数器加1。
优选地，根据上述FEC编码的数据对下行帧结构中的上述同步域数据进行校验还包括：GPON系统光网络终端的复帧计数器的计数值和本地计数器不匹配时，对下行帧结构中的Ident域进行校验；GPON系统光网络终端的同步状态机检测出对Ident域进行校验得到的复帧计数器的计数值与本地计数器的计数值相比较，如果相同，则向上述同步状态机反馈正确信息；否则反馈错误信息。
优选地，根据校验结果进行下行帧的帧同步还包括：接收到上述FEC校验的信息后，判断上述同步状态机的状态，如果处于预同步Pre-Sync状态且接收到正确消息，则right_cnt计数器加1；如果处于同步状态且接收到错误消息，则error_cnt计数器加1。
图6是根据本发明实施例的10G GPON下行帧同步流程图，包括：
在ONU进行下行帧同步时，不需要每次都申请对同步域进行FEC校验，只有在发现Psync域出错时，才申请对Psync域作FEC纠错解码。
步骤S601，同步状态机处于搜索(Hunt)状态，搜索下行帧中的Psync域，发现正确的帧头后锁定数据偏移参数offset，进入预同步(Pre-Sync)状态，置right_cnt计数器为1。
步骤S602，每隔125us搜索下一个Psync，并和预设的值进行匹配校验。
优选地，将FEC解码出的Psync域和预设数据0XB6AB31E0相比较。
步骤S603，如果发现错误的Psync，则先申请FEC校验。
步骤S604，如果FEC解码模块能校验出正确的Psync，向同步状态机反馈正确信息，并进行到步骤S605，如果校验出错误的Psync，向同步状态机反馈错误信息，同步状态机回到搜索状态。
步骤S605，right_cnt计数器值加1。
步骤S606，如果right_cnt计数器计到M1则进入同步(Sync)状态；
步骤S607，同步状态机处于同步(Sync)状态，error_cnt＝0。
步骤S608，在同步(Sync)状态下，ONU检测到一个错误的Psync。
步骤S609，申请进行FEC校验。
步骤S610，如果FEC解码模块能校验出正确的Psync，则error_cnt计数器清零，继续保持同步(Sync)状态；如果校验出错，进行到步骤S611。
步骤S611，error_cnt计数器加1。
步骤S612，当error_cnt计数器计到M2时重新进入搜索(Hunt)状态，这样ONU系统就会重新处于LOF状态，需要重新进行下行帧同步。
图7是根据本发明实施例的的10G GPON下行帧复帧计数器同步状态机的状态转换示意图，如图7所示：
在搜索(Hunt)状态，ONU把接收到的Ident域中的复帧计数器载入本地计数器。在预同步和同步状态，ONU比较本地值和接收到的计数器值，匹配表示同步正确，不匹配表示传输错误或者不同步。当不匹配时，则先需要申请FEC校验，如果能校验出正确或错误的复帧计数器的计数值，则相应的right_cnt或error_cnt计数器加1。
在搜索状态，搜索到一次匹配值，就进入预同步状态，否则就回到搜索状态，达到连续M1次匹配，进入同步状态。
在同步状态，如果连续搜索到M2次不匹配，就回到搜索状态。
通过此实施例，实现了Parity域对Ident域数据的保护，在采用复帧计数器进行同步时，得到了稳定的复帧计数器，使得ONU下行AES解密的可靠性也将得到更好的保证。
通过以上的处理方法，我们可以在Psync正确时保持同步的前提下，在Psync错误时也尽可能地使ONU保持同步，提高了系统的可靠性。当然，16字节的Parity域在传输过程中也会出错，但如果这时Psync是对的，ONU的状态仍然不会受到影响，除非Psync域和Parity域都出现错误，这只能说明PCBd域的信道已经非常差了，这也不是FEC所能解决的问题。
图8是根据本发明实施例的用于10G GPON系统的OLT的结构框图，如图8所示，包括：
编码模块82，用于对GPON系统的下行帧的同步域中的数据进行前向纠错FEC编码，其中同步域包括Psync域和Ident域；填充模块84，连接至编码模块82，用于将编码模块82生成的FEC编码的数据填充在下行帧中所设置的FEC校验域中；发送模块86，连接至填充模块84，用于发送填充模块84填充的下行帧。
图9是根据本发明实施例的用于10G GPON系统的ONU的结构框图，如图9所示，下面对上述结构进行详细描述：
接收模块92，连接至发送模块86，用于接收发送模块发送的下行帧；校验模块94，连接至接收模块92，用于根据接收模块92接收到的FEC编码的数据对下行帧结构中的同步域的数据进行校验；处理模块96，连接至校验模块94，用于根据校验模块94的校验结果进行下行帧的帧同步的处理。
图10是根据本发明实施例的10G GPON系统的ONU的硬件的结构框图，如图10所示，包括：帧定界模块101(相当于图9中的接收模块92)、异步先入先出模块102、上行处理模块103、同步状态机模块104(相当于图9中的处理模块96)、FEC校验模块105(相当于图9中的校验模块94)、解扰码模块106、下行处理模块107，下面对上述结构进行详细描述：
如图10所示，从PON口侧输入的9.952Gbps串行数据经过串并转换，产生155.52MHz且位宽为64比特的并行数据。首先这64比特的数据被送入帧定界模块101用于界定帧头的位置及偏移量offset，这样就可以保证帧定界模块送出的64比特数据中最高字节MSB为0XB6AB31E0数据的第一个字节0XB6。然后，数据被送入异步FIFO模块102，这个模块的输入时钟clk1为155.52MHz，输出时钟clk2可以为ONU系统工作时钟，可以是156.25MHz，这样下行的数据就可以与ONU系统工作时钟保持同步，之后的处理都可以按同步电路原理进行设计。
随后数据进入同步状态机模块104，这个模块主要实现图7所示的同步状态机功能。当同步状态机第一次检测到帧头并进入Pre-Sync状态后，需要有一个内部计数器进行下行帧计数，每125us清一次零。在进入Pre-Sync状态后，清零的时刻也即Psync到来的时刻，这时候要判断此刻的数据是否为0XB6AB31E0，如果不匹配，则需要向FEC校验模块105申请同步域校验，FEC校验模块105的输入数据首先需要解扰码处理才能进行FEC解码。由于FEC校验模块105校验同步域的时间是固定的，大约为四百多个时钟周期，离下一个Psync到来还有很长时间，所以同步状态机有足够的时间对FEC校验模块105的校验结果进行处理。另外，在清零的时刻，同步状态机模块104还需要向ONU上行处理模块103发送up_start指示信号，用于指示ONU上行的起始时刻，上行处理模块103工作在clk1时钟域。Up_start信号可以在同步状态机处于Sync状态时才给出，而同步状态机处于Sync状态时，即使Psync与0XB6AB31E0不匹配，也需要给出指示信号，因为有可能FEC校验模块105可以纠正Psync的错误。
同步状态机模块104不管同步状态机处于什么状态都将异步FIFO模块102的数据按帧读出，送入解扰码模块106进行解扰码处理。当同步状态机处于Sync状态时，解扰码模块106输出的数据将被送往下行处理模块107进行GTC解帧和GEM解帧处理；而同步状态机处于Hunt状态或Pre-Sync状态时，解扰码模块106输出的数据将被丢弃。
本发明通过在GPON下行帧帧结构的基础上引入了16字节的Parity域，对10G GPON的下行帧同步域进行了有效保护，提高了在下行10Gbps数据流量时下行帧同步的可靠性，尽量避免在信道受到强干扰时出现断流，使得信道出现恶劣变化时能尽可能地保持下行帧同步，使系统能够正常工作。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于吉比特无源光网络GPON系统下行帧同步的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
对所述GPON系统的下行帧的同步域中的数据进行前向纠错FEC编码，其中所述同步域包括物理同步域Psync域和标志域Ident域；
将所述FEC编码的数据填充在所述下行帧中所设置的FEC校验域中；
发送所述下行帧。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
接收所述下行帧，并根据所述FEC编码的数据对所述下行帧结构中的同步域的数据进行校验；
根据校验结果进行下行帧的帧同步的处理。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述FEC编码的数据对所述下行帧结构中的所述同步域的数据进行校验包括：
GPON系统光网络终端的同步状态机检测出错误的Psync值时，对下行帧结构中的Psync域的数据进行FEC校验；
将对Psync进行FEC校验得到的Psync值与预设的Psync值相比较，如果相同，则向所述同步状态机反馈正确信息；否则反馈错误信息。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据校验结果进行下行帧的帧同步的处理包括：接收到所述FEC校验的信息后，判断所述同步状态机的状态，如果处于预同步Pre-Sync状态且接收到所述正确消息，则right_cnt计数器加1；如果处于同步状态且接收到所述错误消息，则error_cnt计数器加1。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述FEC编码的数据对所述下行帧结构中的所述同步域数据进行校验包括：
GPON系统光网络终端的复帧计数器的计数值和本地计数器不匹配时，对下行帧结构中的所述Ident域进行校验；
GPON系统光网络终端的同步状态机检测出对所述Ident域进行校验得到的复帧计数器的计数值与本地计数器的计数值相比较，如果相同，则向所述同步状态机反馈正确信息；否则反馈错误信息。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据校验结果进行下行帧的帧同步的处理包括：接收到所述FEC校验的信息后，判断所述同步状态机的状态，如果处于预同步Pre-Sync状态且接收到所述正确消息，则right_cnt计数器加1；如果处于同步状态且接收到所述错误消息，则error_cnt计数器加1。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述FEC校验域为16字节，并采用里德·所罗门码RS(255，239)编码格式。
8.一种用于吉比特无源光网络GPON系统的光线路终端OLT，其特征在于，包括：
编码模块，用于对所述GPON系统的下行帧的同步域中的数据进行前向纠错FEC编码，其中所述同步域包括Psync域和Ident域；
填充模块，用于将所述编码模块生成的所述FEC编码的数据填充在所述下行帧中所设置的FEC校验域中；
发送模块，用于发送所述下行帧。
9.根据权利要求8所述的OLT，其特征在于，所述FEC校验域为16字节，并采用里德·所罗门码RS(255，239)编码格式。
10.一种用于吉比特无源光网络GPON系统的光网络终端ONU，其特征在于，包括：
接收模块，用于接收发送模块发送的下行帧；
校验模块，用于根据所述接收模块接收到的FEC编码的数据对所述下行帧结构中的同步域的数据进行校验；
处理模块，用于根据所述校验模块的校验结果进行下行帧的帧同步的处理。
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