CN102256188B - 用于在以太网无源光网络（EPONs）中冗余的系统 - Google Patents

Abstract

一种用于在以太网无源光网络（EPONs）中冗余的系统，便于从故障中快速恢复（少于50毫秒）、光纤网络的路径冗余，以及OLTs的位置冗余。光网络单元（ONU）在正常状态中监视输入的通信，当所输入的通信在预定的最小长度的时间内是安静的，该ONU转换到宽松状态，在该宽松状态中：该ONU接受旧的和新的安全匙；一旦接收信息包，该ONU基于该信息包的时间戳更新ONU的时间戳；以及该ONU转换到操作的正常状态。当所述ONU是处于所述宽松状态时，如果在预定给出的时间长度内未接收到信息包，所述ONU转换到注销状态。在本系统中，主OLTs和备用OLTs不需要安全参数的同步化或者对于不同光纤长度的同步化。

Description

用于在以太网无源光网络(EPONs)中冗余的系统

技术领域

    本发明总体上涉及通信网络领域，尤其是涉及用于在以太无源光网络中冗余的系统。

背景技术

关于技术上的背景资料可在IEEE 802.3说明书中找到（尤其是用于1吉比特[1G]的条款64和65，以及用于10吉比特[10G]的将被发布的条款76和77）。用于在网络中，尤其是在以太网无源光网络（EPONs）中冗余的需要，是本领域所熟知的。参考图1，一个EPON网络的图，一个OLT（网络提供者的光线路传输设备）（100，101）通过光纤网络（104A、104B和107A、107B、107N）与ONUs（与用户相关联的光网络单元）108A、108B、108N进行通信。一个被动分光器106便于OLT-0 100或OLT-1 101与ONUs 108A、108B、108N进行通信。一个主机124提供构造信息、命令、控制和OLTs（100，101）的监控。可采用许多种体系机构来提供光纤网络的冗余，而EPON通信通常包括便于从网络故障中恢复的特征。在一个EPON系统中的冗余便于服务的连贯性，包括：从第一OLT（有时称为“主（main）”）到第二OLT（有时称为“备用（standby）”）的转换，和/或从第一网络到第二网络的转换。这个转换可包括供选择的OLTs和光纤电缆。

Toshiaki Mukojima的公开号为2008/0037981 A1、名称为“带有N+1冗余的光通信系统”的美国专利申请教导了 一种用于两个或更多有源界面的系统，每个界面控制光信号在一个通信网络与一个或多个用户终端之间的传输和接收。由所有有源界面采用的控制信息是存储在可通向所述有界面的共同存储器中。如果在一个有源界面检测到故障，一个备用界面将从存储器中抽取该故障界面的控制信息，并将该控制信息发送到盖备用界面。这些界面是必要地共定位的，因为该控制信息包括RTT（往返时间）数据。

Hirokazu Ozaki的公开号为2008/0025724 A1、名称为“PON系统，站端设备与用于相同设备的冗余方法”的美国专利申请教导了一种系统，该系统包括：复数个PONs，复数个ONUs，以及一个站端设备，该站端设备包括：复数个PON界面部分，采用一个或多个光开关器件，以提供PONs的1:N冗余，通过串联N光开关模块。该PON界面部分是共定位在该站端设备内的，且据推测，在该站端设备内的的一个调节的光通道长度的值是设定的。

Youichi Sugihara的公开号为2007/0268818 A1、名称为“站端传输单元，用于站端传输单元的操作控制方法，和采用站端传输单元的光网络”的美国专利申请教导了一种用于冗余单元的方法，该冗余单元关闭和释放它们的界面的关闭到在用于PON网络的有源单元之间的转换开关。虽然这个方法提供了物理层交换，但这个方法没有提及网络故障和恢复的操作方面或服务。

在本说明书的上下文中，包括与OLT（100,101）有关的问题，例如一个内部逻辑错误，或者与光纤网络有关的问题，例如在一个OLT与在光纤网络上的第一节点之间的光纤电缆104A、104B内的断裂。许多传统的冗余技术提供了从主OLT到备用OLT的转换，在延时后，服务将按照既定的说明书而被恢复到ONU。当转换时间能相对延长约1秒时，在EPON系统中的OLT冗余是相对简单的。在这个例子中，ONUs注销，备用OLT上线，所有ONUs再注册，以及服务是最终恢复到所有的ONUs。

一个ONU将在特定情形下注销，包括： 

1、经过长时间，通常不超过300毫秒，而该ONU未接收到任何下游GATE信息包。

2、在由ONU（1 TQ，或时间份额是16纳秒）从OLT中接收的时间戳内有一个不超过16TQ（256纳秒）的时间戳漂移。当从采用第一时钟的第一OLT到采用第二时钟的第二OLT的转换中 ，会产生时间戳漂移。此处的多个时钟是不同步的。即使使这些时钟同步，从每个OLTs到在光纤网络上的第一节点的光纤电缆的长度是时间戳漂移的一个来源。

3、一个新的OLT不会有用于一个ONU的当前安全匙。当一个OLT采用一个ONU不再使用的安全匙发送数据时，该ONU将不会认知所述数据。因为该ONU不能认知所述数据，该ONU将处于不接收数据的状态，并在给出的时间之后，ONU将注销。在一个例子中，该处控制信息包是不加密的，该ONU将仍不能认识这些数据，并将处于一个能接收信号的状态。在本说明书的上下文中，数据被用作对于所有通信信息的一个一般参考，除非另外说明。在一个例子中，系统安全仅是该数据信息包时，该控制信息包被解密后发送，该ONU将类似地处于不接收数据的一个状态。

当一个ONU注销时，对于恢复的传统时间是约1秒，典型地在300毫秒与1500毫秒之间。对于恢复的这个传统时间是不够长的，用于已布设的新应用，以及计划用于未来布设的应用。申请提供者现在命令时间恢复到低于50毫秒，以便提供新的申请和对于用户的更高水平的服务。为获得在这个时间表内的恢复，ONUs将被允许去登记，当转换到一个冗余OLT时，该ONUs将不允许注销。

传统的冗余实施方式通常共同定位冗余OLTs以便分享能够共同资源，同步化OLTs，或者最小化光纤电缆的长度的差别。OLTs的一个流行的实施方式是作为一个印刷电路板，带有多个OLTs布设在网络提供者的设备内的单一底架上，以及单一主机控制该OLTs。然而，在每个OLT具有一个时钟发生器用于该OLT的时间戳计数器的例子中，这些时间戳计数器是未同步化的。这些时间戳计数器平均超前16纳秒（1 TQ），而同步化需要至少2组电缆（1组电缆用于时钟，而另1组电缆用于重设）连接在OLT之间。这个例子是一个不同的实施方式，具有严格的物理限制。由于从每个OLTs到该光纤网络的第一节点的光纤电缆的长度不同，在往返时间（RTT）上具有许多变化。在本例中，使所述RTT同步化是一个手动过程，也具有严格物理限制。此外，由于缺乏位置冗余，共定位的OLTs和主机暴露了该系统导致故障。在本说明书的上下文中，位置冗余是指该系统的各部分在物理上不同的分散位置的布设。在位置非冗余的一个非限制性例子中，主OLT和备用OLT两者都定位在相同的房间。自然灾害，例如洪水、诸如火灾等事故、或者电力中断，都会影响主OLT和备用OLT两者日常维护，导致所述EPON的故障。

用于使安全匙同步的传统技术包括：对于每个ONU，维持当前安全匙的一个实时数据库。正如之前所述的，如果一个新OLT没有用于一个ONU的当前安全匙时，该ONU将不能认知从该新OLT发送的数据，潜在地导致该ONU注销，而所述数据将被废弃。在两个OLTs之间实时地使安全匙同步是一个复杂的技术，可能要求广泛的硬件，在OLTs之间配线。

因此，具有一个用于EPON冗余的系统是可取的，该系统提供的恢复不会超过50毫秒。具有该EPON的多层的冗余也是可取的，包括：网络提供者OLT（设备冗余）、光纤网络（路径冗余）和物理定位（位置冗余）。

发明内容

一种用于在以太网无源光网络（EPONs）中冗余的系统，包括：至少一个光网络单元（ONU），当所述ONU是在正常状态时，所述ONU监视输入的通信，而当所述输入的通信在预定的最小的时间长度内是安静的，所述ONU转换到宽松状态（lenient state），在所述宽松状态中：所述ONU接受旧的和新的安全匙；一旦接收到信息包，则：所述ONU基于所述信息包的时间戳更新ONU的时间戳；以及所述ONU转换到所述操作的正常状态；以及当所述ONU是处于所述宽松状态时，如果在预定给出的时间长度内未接收到信息包，所述ONU转换到注销状态。

在一个可选择的实施方式中，一旦接收到所述ONU的所述信息包，所述ONU进一步基于所述信息包的安全计数器更新ONU安全计数器。

在一个可选择的实施方式中，所述系统还包括：至少两个光线路传输设备（OLT），其中第一OLT被布设在第一位置，而第二OLT被布设在第二位置；以及无源光分路器，用于在所述OLTs与所述至少一个ONU之间交换信息包。

在一个可选择的实施方式中，一些所述OLTs是被配置为传输转换信号，而另一些所述OLT s是被配置为接收来自其他OLTs的转换信号。在一个可选择的实施方式中，当一个OLT接收到所述转换信号时，所述OLT执行一个转换程序。在一个可选择的实施方式中，所述OLT是这样配置的以致在所述转换程序之后，确定IGMP和MAC地址表信息。

在一个可选择的实施方式中，所述系统还包括一个或多个主机，配置为传输转换信号，而所述OLTs被配置为来自所述一个或多个主机的转换信号。在一个可选择的实施方式中，当一个OLT接收到所述转换信号时，所述OLT执行一个转换程序。在一个可选择的实施方式中，所述的系统还包括一个或多个网络开关，可操作地连接到所述OLTs，所述一个或多个网络开关被配置到在所述OLTs与网络之间的界面。在一个可选择的实施方式中，所述OLTs被配置为保持独立用于监视和故障排除的统计计数器。

在一个可选择的实施方式中，所述系统被配置为在少于50毫秒内从使用所述第一OLT的状态转换到使用所述第二OLT的状态。

在一个可选择的实施方式中，当所述至少一个ONU仍处于注册时，所述系统被配置为重新计算在OLT转换之后的往返时间（RTT）。

附图说明

    本发明这里将仅通过实施例的方式结合以下附图来进行说明，附图中：

图1是一个EPON网络的图； 

图2是一个冗余EPON网络的图；

图3是所述OLT转换程序的时序流程图；

图4是ONU宽松模式操作的流程图；

图5是一个N:1冗余EPON网络的一个例子的图。

具体实施方式

根据本实施例的系统的原理和操作将参考附图和所附的说明而得到更好的理解。本实施例是一个用于在以太网无源光网络（EPONs）中冗余的系统。所述系统便于从故障中快速恢复，特别是在少于50毫秒的恢复时间内。所述系统也便于光纤网络的路径冗余。所述系统还便于实施所述OLTs的位置冗余，这样便于所述光纤网络的更大的路径冗余。对于备用OLT的安全信息可从主OLT同步更新。需注意，这个系统能被用来提供N:1冗余。为简化说明，本说明书首先描述了2:1冗余的实施例，然后描述这个实施例是如何能被扩展为提供N:1冗余的实施方式。

现在参考附图，图2是一个冗余EPON网络的图，第一光线路传输设备（OLT）200A被布设在第一位置，而第二OLT 200B被布设在第二位置。将每个OLT 布设在不同的物理位置，便于位置冗余。位置冗余的想要的水平和特别的应用将提供这样的需要以用于确定哪些位置将是足够满足位置冗余需要的。在一个实施例中，这些OLTs被设置在相同房间内，或甚至在相同底架内，每个OLT具有独立的电力供应和网络连接。在另一个实施例中，每个OLT被布设在不同建筑中。OLTs的位置冗余构造将受到所述EPON说明书的操作参数和布设实际情况的限制。OLTs被配置为通过第一通信通道104A和104B分别发送和接收信息包，到无源光分路器106。第二通信通道107A、107B和107N可操作地将无源光分路器106分别连接到一个或多个关联的光网络单元（ONUs）214A、214B和214N。在本说明书的上下文中，有源通信通道是这样一个通信通道，信息包从该通信通道中被接收，以及在通信通道上的给出的设备之间，信息包可被传输到该通信通道。在本说明书的上下文中，安静的通信通道是这样一个通信通道，它传输的不是在该通信通道上给出的设备之间的信息包。安静的通信通道能物理地具有能在该通信通道上携带的信号，并减少在该网络上的设备的物理输入，但如果该信号不适合该接受设备，或者如果该接收设备不能处理该信号，所述通信通道将被认为对于该设备是安静的。安静的通道的一个非限制性例子是：信息包从一个OLT被传输到一个ONU的例子，但该ONU不具有正确的安全匙以解密所接收的信息包。在这个例子中，所述ONU不能接收可用数据，而该输入的通信通道被认为是安静的。

在正常状态中，这些ONUs被配置为监视相关联的第二通信通道。当相关联的第二通信通道在最小长度的时间内是安静的时，传统的从正常状态到注销状态的ONU传输，需要约1000毫秒来再注册，在此期间，应用数据不被传输或接收。在一个实施例中，为避免注销，这些ONUs被配置为具有创新的“宽松状态（lenient state）”。当一个相关联的通信通道是在最小长度的时间内是安静的时，该ONU从正常状态转换为宽松状态。在该宽松状态中，该ONU开始接受旧的（之前用过的）安全匙和用于解密所接收的信息包的当前的安全匙，如下面所述。该旧的安全匙被用于加密和传输信息包。这个宽松状态允许该ONU接收一个信息包，基于该信息包的时间戳更新该ONU的时间戳，并基于该信息包的安全计数器更新该ONU的安全计数器。在该宽松状态接收一个信息包之后，该ONU转换到操作的正常状态。当该ONU是处于宽松状态且未在给定的时间长度内接收到信息包时，该ONU转换到注销状态。使用宽松状态可降低转换时间，幅度为平均1000毫秒到最差例子的21毫秒，正如下面将要描述的。

主机224A和224B通过通信通道234连接到OLT-1 200A和OLT-2 200B。网络开关220通过通信通道230A和230B被分别连接到OLT-1 200A和OLT-2 200B。网络开关220提供了通过通信通道232到核心网络222的连接。在OLT-1 200A和OLT-2 200B之间的通信通道236是用于通用输入/输出引脚（GPIO）连接，且在本说明书的上下文中，是指作为GPIO连接。来自OLT-1 200A的GPIO输出引脚连接到在OLT-1 200A上的GPIO输入引脚。在一个实施例中，OLTs被布设在不同的物理构造中，所述GPIO通信通道能适合于远程应用。用于远程通信通道的技术是本领域所熟知的，且基于本说明书，本领域的技术人员将能实施相应的技术。所述GPIO连接被配置为将转换信号从主OLT-1 200A传输到备用OLT-2 200B。当OLT-2 200B接收一个转换信号时，对于OLT-2 200B启动转换程序。用于传输转换信号的一个优选实施例是通过将主OLT的GPIO降低到“0”。这可以这样实现：通过设置该GPIO到输入模式，此处的输出获得一个“高Z”值，由下拉电阻下拉。在这个传输转换信号的优选实施例中，如果主OLT信号是低的水平，或者如果该主OLT有电力故障，备用OLT接收转换信号。这允许备用OLT来识别主OLT的电力故障。需注意，正如其他地方所述，在转换程序完成之后，OLT-2 200B已经变成主OLT，而OLT-1 200A已经变成备用OLT，准备用于将来的转换。

也正如OLT转换所知的，光纤保护开关可通过各种情况来启动，这些情况包括：

——         主OLT已被检测到一个与光纤通信通道有关的故障；

——         备用OLT识别主OLT的电力故障；以及

——         转换命令被给出到这些OLTs。

备用和主OLTs可被布设在多种构造中，包括但不限于，每个OLT定位在不同的物理位置，OLT的共定位但布设在分开的底架内，或OLT印刷电路板（PCBs）布设在相同的底板内。在这些OLTs在相同的底板内分开的印刷电路板上被实施的例子中，不需要使两个印刷电路板之间的时钟和重设信号同步化。每个OLT具有用于与所述EPON通信的相关联的光纤。起始的选择哪个OLT为主OLT以及哪个OLT为备用OLT，是取决于应用的特殊性和布设需求。一旦使用，任一单元可作为主OLT，而另一单元将作为备用OLT。在转换完成之后，前一主OLT变成备用OLT，而前一备用OLT作为主OLT来操作。没有必要维持特定的OLT永久地特定作为主OLT或者备用OLT。

在本说明书中，我们任意地选择OLT-1 200A作为起始的主OLT，而选择OLT-1 200B作为起始的备用OLT，来辅助说明这个OLT转换。该备用OLT-1 200B是无源的，不会启动在通信通道104B上的转换到所述EPON或者到通过通信通道230B到网络开关。类似地，一个主机224A被视为主要主机，提供构造信息、命令、控制，以及对所述OLTs的监视。由所述主机保持的信息包括：哪些ONUs是注册的，以及所述ONUs的动态带宽分布（DBA）次序、地址表、IGMP代理表、ONU网络设置、每个ONU的安全状态（启用/键），以及诸如分类规则的静态OLT构造。主要主机224A主动更新，并由主OLT-1 200A来更新。该主要主机224A更新备用OLT-1 200B，并能更新备用主机224B。

参考图3，OLT转换程序的时序流程图，栏300是用于该转换的动作，栏310是主机，栏320是起始的备用OLT，而栏340是起始的主OLT。顺着该页往下是相对时序302。需注意，在本说明书所描述的时间长度是优选的，但超时设定和等待时间是可配置的，而该系统可根据适合于具体应用的特定时间长度来配置。所述转换程序可以多种方式来启动，包括但不限于：主机310发出启动转换命令312到主OLT 340，该主OLT检测与光纤通信通道有关的故障342，该主OLT不检测任意上游通信量，或者检测与光纤网络有关的故障（例如，通过光纤监视），在这些例子中，主OLT 340通过关闭传输激光器而停止传输344。 

在传输已经停止344之后，主OLT 340触发348所述GPIO。当主OLT 340有电力故障346时，也可起始所述转换程序，在该例中，由于掉电，该GPIO被触发348（而激光器由于电力故障而关闭）。在一个实施例中，根据上述的下拉电阻技术来触发所述GPIO。在一个例子中，转换命令被给出到主OLT，以使主OLT脱离使用，并维持在主OLT上。在另一个例子中，如果该主OLT正发生故障，该OLT仍具有电力，而该GPIO将不会被下拉。故障中的OLT的一个非限制性例子是在OLT上的处理器有问题（通常称为“卡住（stuck）”或“挂起（hung）”CPU）。故障中的OLT的一个非限制性例子是在OLT的PON接收线路上有问题，导致安静的通信通道。对于这个例子，在主机上的看门狗（watchdog）程序监视主OLT，如果该主OLT对该看门狗程序不反应，则主机启动开始转换命令道备用OLT以启动转换程序。

继续用于主OLT 340的转换程序，在仍有电力供给主OLT的例子中，在GPIO被触发之后，该主OLT通知350主机310：该主OLT将不再作为主OLT。该主OLT 340等待352一个超时期间以允许原始备用OLT 320启动作为新的主OLT，然后原主OLT 340变成新的备用OLT 354。优选地，该超时期间应该是至少两次动态带宽分布（DBA）循环，以确保没有ONUs不得不传输任意更多的上游信息包。在一个非限制性例子中，该DBA循环是0.5毫秒，而该超时期间被设为3毫秒。可选地，当该OLT 320设置GPIO 324时，则OLT 340变成新的备用OLT 354。

在一些传统系统中，OLT监视所述EPON网络，但这些传统系统仍然需要解决之前所述的同步化和安全问题 。目前正在描述的实施例提供了更多总体解决方案，在这些方案中，备用（冗余）OLT 320不监视所述EPON网络（监听上游通信量）因为该备用OLT不知道何时会期待接收到数据，因此该备用OLT不能同步地接收数据，且不能知悉该EPON网络。

当主OLT 340触发348所述GPIO时，由备用OLT 320检测到该GPIO触发。需注意，当该备用OLT 320被触发并启动变成新的主OLT的转换程序时，该备用OLT的激光器是关的。在任意给出的时间内，至多一个OLT有一个激光器是开的，以便于校正无源分光器106（图2）的多重控制。该备用OLT 320转换程序是通过设置所述GPIO324来启动的。主机被通知326：该备用OLT 320正在运作为主OLT，接着该OLT 320等待328一段超时期间，在一个实施例中是3毫秒。这个超时期间是必要的，因此对于ONUs的通信通道将是安静的，换言之，目的是为了使该线路畅通。该ONUs识别没有下游通信量的一段时间，停止传输，并转换到宽松状态。在等待328一段超时期间之后，该OLT 320打开330传输激光器。接着，从新主OLT 320到所述ONUs校准RTTs。测量该RTT的一种技术是从所述OLT 320发送GATE命令到所述ONUs，以校准对于每个ONU的RTT。另一种技术是在使数据库从主OLT到备用OLT的同步化的常规操作期间，调整从主机所接收的RTTs。 校准该RTT的程序是可与执行对于每个ONU的专门发现程序进行比较的，该处每个ONU已经采用GATE/REPORT讯息而被注册。对于一个REPORT讯息，所述OLT发送给每个ONU一个GATE。所接收的REPORT讯息被用于计算所述RTT。

原始备用OLT 320启动操作334作为新主OLT，包括启动操作所述DBA。如果适用，所述OLT 320发送336IGMP询问以便更新IGMP代理表。所述IGMP和MAC地址表不能从主OLT实时复制到备用OLT。因此，在启动操作之后，新主OLT将知悉诸如IGMP和MAC地址表信息等缺少的信息。

在所述转换程序期间，主机310从主OLT 340接收314通知350“主OLT将不再作为主OLT”，或接收来自备用OLT 320的通知326“备用OLT将操作为主OLT”。主机310通知316从主OLT 340到备用转换的网络开关300，因此该网络开关能交换端口304以停止路由数据到主OLT 340，并启动路由数据岛备用OLT 320。

统计计数器是由每个OLT来维持的，以便于监视和故障排除。可从有源主OLT和从旧的主/备用OLT中阅读统计。在这些OLTs之间的统计的同步化是不必要的。在一个非限制性的例子中，主机是从第一OLT中阅读统计，该第一OLT被操作为有源主OLT。一个转换发生，第二OLT现在被操作为主OLT。该主机现在从第二OLT阅读统计。如果该主机能仍与第一OLT通信，则该主机也仍能从该第一OLT中阅读（任何仍存在的）统计。当故障发生时，这个特征能被采用，或者便于手工转换，例如在需要维持或更新到一个OLT的情形时。用于转换所需的时间能按以下方式计算：给出的这些时间是对于最差的情形的：

——         主OLT不响应看门狗程序：3毫秒

——         触发GPIO转换信号：1毫秒

——         备用OLT（新的主OLT）等待EPON以进入宽松状态：3毫秒

——         对于64 ONUs 的RTT计算：14毫秒

总共21毫秒的延迟，这是在转换时间的限度内低于预想的50毫秒的。

供参考，对于64 ONUs的往返时间（RTT）延迟所需时间的计算如下：

——         1米光纤需要1/(在光纤中的光速) = 1 m / (200000000 m/s) = 5 nsec

——         从OLT到ONU的最大光纤长度 = 20 km，这样需要20 km * 5 nsec/m = 100 uSec。

——         从一个OLT到一个ONU再回到该OLT的往返时间是：

[100 usec 用于从一个OLT到一个ONU] + [20 usec 用于在该ONU中的GATE 过程，从GATE到REPORT 是1250TQ] + [100 usec用于从该ONU回到该OLT] = 220 usec 。

——         64 ONUs * 220 usec = 14 msec 。

参考图4，ONU宽松模式操作的流程图，一个ONU在正常状态中操作，显示为块400。对于传统的ONU的正常状态操作的细节已在IEEE 802.3说明书中详细描述。正如在本说明书其他地方所描述的，在正常状态中，ONU被配置为监视相关联的通信通道。取决于实际应用，该监视可采用多种不同技术来实现。在一个可选的实施方式中，该ONU在物理层监视相关联的通信通道，显示在块402，例如，察看该ONU是否接受到信号。对于物理层监视（块402）的另一个可选择的优选实施方式显示在块404中，此处该ONU监视GATE命令是否正被接收，如果缺乏GATE命令则表明所监视的通信通道是安静的。当一个相关联的通信通道在一段最短的时间长度内是安静的时，该ONU从正常状态转换到宽松状态，块406。如果该ONU在宽松状态中的给定的时间长度内仍未接收到来自该OLT的信息包，该ONU将宽松状态超时，显示在块408，该ONU转换到注销状态，块420。在注销之后，块420，该ONU经过传统的再注册，块422，重新转换为操作的正常状态。

当所述ONU是处于宽松状态时，块408，该ONU接受包括旧的和新的安全匙，显示在块410，在下面详细描述。换言之，包括旧的和新的安全匙都被使用，以试图解码所接收的信息包。需注意，当该ONU进入宽松状态时，该ONU开始接受旧的和新的安全匙，显示在块410，之后，该ONU继续接受同样的旧的和新的安全匙。在一个可选择的实施方式中，在转换之后，所述OLT发送不安全的信息包到该ONU，而该ONU在宽松模式接受这些不安全的信息包并传输这些不安全的信息包，直到建立新的安全连接，换言之，直到已经交换到新的安全匙。当所述通信是安静的且该ONU尚未接收到信息包时，块412，该ONU保持在宽松状态，块406。如果该ONU接收到信息包，该ONU的时间戳基于该信息包的时间戳而被更新，块414，该ONU接受该信息包的安全计数器，块415，该ONU转换到操作的正常状态，块400。正如之前所描述的，如果在从一个OLT中由一个ONU接收的时间戳内有大于16 TQ (256 nsec)的时间戳漂移，传统的ONUs将注销。在宽松状态中的ONU允许该ONU更新不定的时间戳，基于该ONU不会注销，便于快速从故障中恢复。接受该ONU时间戳计数器只有一次性调整，提供了在该ONU上对抗重放攻击的保护方式。另一种在通信网络中可被实施的对抗重放攻击的保护方式是：分配每个信息包一个安全计数器。一个非限制性的例子是IEEE标准802.1 AE，在该标准中，每个信息包获得一个安全计数器，该计数器从一个信息包增量到下一个被传输的信息包。当一个传统的ONU接收一个带有错误安全计数器的信息包时，该ONU将忽略该信息包。只要所接收的信息包继续具有不被接受的安全计数器，该ONU将继续忽略这些信息包，导致对于该ONU的安静状态，并最终导致该ONU的注销。在宽松状态的ONU允许该ONU接受一次新的安全计数器，或者换言之，接受一个坏的安全计数器。接受一个新的安全计数器，将允许该ONU继续接收信息包，避免安静状态，避免注销，并便于从故障中快速恢复。上述宽松状态的这些特征的实施方式是可变的，取决于特定应用。一次性接受一个新的安全计数器的特征的一个非限制性的实施例是采用可变的重放保护，如在IEEE标准802.1AE中所述。当一个ONU进入宽松状态，该可变的重放保护被关闭，允许该ONU接受一个新的安全计数器。当由该ONU接收一个信息包时，一个新的安全计数器已经被接受（该ONU也进行其他上述的功能），该ONU转换到正常状态，该可变的重放保护被打开。基于这个说明，本领域的熟练技术人员应能实施适当的技术。

为实施所述宽松状态的安全特征，当一个ONU是处于正常状态时，该ONU发出一个新的安全匙，该新的安全匙被发送到相关联的OLT，该OLT采用该新的安全匙启动，而该ONU和该OLT保留该已被使用的安全匙，现在成为旧的安全匙。每次发出新的安全匙时，会保留旧的安全匙。在一个非限制性的例子中，由一个ONU采用第一安全匙。当发出第二安全匙（也称为新的安全匙）时，第一安全匙不再使用于加密和解密，但它仍由该ONU和该OLT保留为旧的安全匙。当发出第三安全匙时，第一安全匙被废弃，第二安全匙成为旧的安全匙，而第三（新的）安全匙被用于所传输和接收的信息包的加密和解密。如果该ONU在最小的时间长度内未接收到数据，该ONU转换到宽松状态，如上所述。在宽松状态中，包括第二（旧的）和第三（新的）安全匙都被用于试图解密信息包。如果该ONU在宽松状态中仍传输数据，该ONU采用该旧的安全匙来加密将被传输的数据，因为新的OLT可能未具有新的安全匙，该新的安全匙正在该ONU与旧的OLT之间使用。需注意，如果该新的OLT不具有该新的安全匙，则该新的OLT将能采用旧的安全匙来解密。如果即使采用包括旧的和新的安全匙仍未接收到可识别的信息包，在给出的一段时间后，该ONU转换到注销状态。如果一个信息包被成功地解密并采用第二安全匙（在我们的继续例子中，旧的安全匙）而被识别，该ONU的时间戳以所接收的信息包的时间戳来更新，该ONU转换到正常状态，由该ONU使用第二安全匙来加密/传输和解密/接收数据。现在处于正常状态，当发出第四安全匙时，第三安全匙将不保留，第二安全匙仍保留为旧的安全匙，而第四安全匙成为新的安全匙（第三安全匙被废弃）。

转回参考图2，系统的容错可通过在不同部件和不同通信通道实施冗余来得到改善。在一个实施例中，代替通信通道234而被实施为单一共享网络，通信通道234被实施为带有冗余连接到每个OLT并在主机之间。在其他实施例中，冗余网络开关220和冗余相关联的通信通道230A、230B、232也可被实施。基于本说明书和实际应用的需要，本领域的技术人员将能够实施提供了所需容错的系统。

正如前所述，上面描述的一个2:1冗余的实施例可被扩展到提供N:1冗余的实施方式。参考图5，一个N:1冗余EPON网络的例子的图，显示了带有单一备用OLT的三个EPON网络。EPON网络-1，标号500，是类似于图2所示的EPON网络。OLT-1 200A被布设在第一位置，通过通信通道104A连接到无源光分路器106。通信通道507可操作地将无源光分路器106连接到一个或多个相关联的ONUs 214A、214B和214N。为简化描述，对于每个EPON的主机、网络开关、通信通道以及其他部件都未在图5中画出。

类似于EPON网络-1，标号为530的EPON网络-2包括OLT-3 532，它通过通信通道534连接到无源光分路器536。通信通道537可操作地将无源光分路器536连接到一个或多个相关联的ONUs 538A、538B和538N。标号为540的EPON网络-3包括OLT-3 542，它通过通信通道544连接到无源光分路器546。通信通道547可操作地将无源光分路器546连接到一个或多个相关联的ONUs 548A、548B和548N。 

一个普通备用OLT-2 200B被布设在第二位置并分别通过通信通道104B、534B和544B连接到无源分光器106、536和546。OLT-2 200B被分别通过通信通道236、539和549连接到OLT-1 200A、OLT-3 532和OLT-N 542，以提供上述的GPIO功能性。正如根据图2所述，这些部件能被布设在共定位的位置或者在物理上不同的分散的位置。基于上述内容和N:1网络的例子，本领域的技术人员将能实施其他N:1网络。

需要明确的是，上面的描述仅是用作一些实施例，而有更多其他实施例是可行的，它们都落入本发明所附的权利要求所定义的范围之内。

Claims (1)

1.一种用于在以太网无源光网络（EPONs）中冗余的系统，包括：

（a）至少一个光网络单元（ONU），当所述ONU是在正常状态时，所述ONU在加密的方式监视输入的通信，所述加密的方式是以来自第一光线路传输设备（OLT）的第一安全匙来加密，并采用第一时间戳来避免被所述第一OLT注销，而当所述输入的通信在预定的最小的时间长度内是安静的时，所述ONU转换到宽松状态，所述转换独立于所述第一OLT，在所述宽松状态中：

（i）所述ONU采用所述第一安全匙和来自第二OLT的第二安全匙来解密；

（ii）一旦传输信息包，所述ONU采用所述第一安全匙来加密所传输的信息包；以及

 （iii）一旦接收到信息包，则：

（A）所述ONU基于所述信息包的时间戳更新ONU的时间戳，并开始采用更新的时间戳以避免被所述第二OLT注销；以及

（B）所述ONU转换到所述操作的正常状态；

当所述ONU是处于所述宽松状态时，如果在预定给出的时间长度内所述输入的通信是安静的，所述ONU转换到注销状态；

其中，安静的输入通信是指能物理地具有在所述输入通信上的信号，并到达所述ONU，但所述信号并不打算用于所述ONU。

2．根据权利要求1所述的系统，其特征在于：一旦接收到所述信息包，所述ONU进一步基于所述信息包的安全计数器更新ONU安全计数器。

3．根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

       所述第一OLT被布设在第一位置，而第二OLT被布设在第二位置；以及

       所述系统还包括（b）无源光分路器，用于在所述OLTs与所述至少一个ONU之间交换信息包。

4．根据权利要求3所述的系统，其特征在于：一些所述OLTs是被配置为传输转换信号，而另一些所述OLT s是被配置为接收来自其他OLTs的转换信号。

5．根据权利要求4所述的系统，其特征在于：当一个OLT接收到所述转换信号时，所述OLT执行一个转换程序。

6．根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述OLT是这样配置的以致在所述转换程序之后，确定IGMP和MAC地址表信息。

7．根据权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括：（c）一个或多个主机，配置为传输转换信号，而所述OLTs被配置为来自所述一个或多个主机的转换信号。

8．根据权利要求7所述的系统，其特征在于：当一个OLT接收到所述转换信号时，所述OLT执行一个转换程序。

9．根据权利要求3所述的系统，其特征在于：还包括一个或多个网络开关，可操作地连接到所述OLTs，所述一个或多个网络开关被配置到在所述OLTs与网络之间的界面。

10．根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述OLTs被配置为保持独立用于监视和故障排除的统计计数器。

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