CN102739514A - 一种同轴电缆媒体转换器及流量交换的方法 - Google Patents

一种同轴电缆媒体转换器及流量交换的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种同轴电缆以太网(EoC)同轴电缆媒体转换器(CMC)以及在光线路终端(OLT)和电缆调制解调器(CM)之间交换流量的方法。其中同轴电缆媒体转换器(CMC)仅执行电缆调制解调器终端系统(CMTS)的功能(例如，MAC和PHY)的子集。CMC位于光线路终端(OLT)和多个电缆调制解调器(CM)之间，CMC为多个电缆调制解调器(CM)提供服务。从OLT的网络管理端，CMC表现得如同光网络单元(ONU)，并能够像光网络单元(ONU)一样被管理。从用户端，CMC为CM提供与CMTS相同的连接功能，并提供服务以终结来自CM的同轴连接。

Description

一种同轴电缆媒体转换器及流量交换的方法
技术领域
本发明涉及光纤同轴电缆混合(HFC)网络。
背景技术
光纤同轴电缆混合(HFC)网络是结合光纤线路和同轴电缆的网络。有线电视(CATV)运营商通常使用HFC网络来提供电视播放节目和高速数据接入。
无源光网络(PON)共享单根光纤，使用廉价的光分路器将单根光纤的信号分成多个分支量传输给各个独立用户。以太网无源光网络(EPON)是一种基于以太网标准的PON。无论在用户住所或中央办公室，EPON均可提供简单、易于管理的连通性至基于以太网的IP设备。与其它千兆以太网媒体一样，EPON非常适合传输分组数据流量。
现在，HFC网络通常包括PON(例如，EPON)的跨段(span)。对光纤到户(FTTH)光网络单元(ONU)而言，PON的跨段一直延伸到网络用户，例如，或对标准的电缆调制解调器(CM)而言，连接至到达该用户的同轴电缆的跨段。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种同轴电缆媒体转换器(CMC)，所述同轴电缆媒体转换器包括：
光纤收发器；
第一芯片，连接至所述光纤收发器，用于以太网无源光网络(EPON)媒体访问控制(MAC)层；
第二芯片，连接至所述第一芯片，用于电缆数据传输业务接口规范(DOCSIS)MAC层；及
DOCSIS物理层(PHY)芯片，连接至所述第二芯片。
优选地，所述第一芯片从所述光纤收发器中接收EPON MAC帧，删除所接收的EPON MAC帧中EPON报头，并将封装在所接收的EPON MAC帧中的以太网帧转发到所述第二芯片。
优选地，所述第一芯片从所述第二芯片中接收以太网帧，将所述以太网帧封装到EPON MAC帧中，并将所述EPON MAC帧发送到所述光纤收发器。
优选地，所述第二芯片从所述第一芯片中接收以太网帧，将所述以太网帧封装到DOCSIS MAC帧中，并将所述DOCSIS MAC帧转发到所述DOCSIS PHY芯片。
优选地，所述第二芯片从所述DOCSIS PHY芯片接收DOCSIS MAC帧，删除所接收的DOCSIS MAC帧中DOCSIS报头，并将封装在所述DOCSIS MAC帧中的以太网帧转发到所述第一芯片。
优选地，所述第一芯片和所述第二芯片通过千兆媒体独立接口(GMII)相连接。
优选地，所述第二芯片包括：
虚拟局域网(VLAN)交换模块(switch)；及
多个队列，所述多个队列包括多个上行流队列和多个下行流队列。
优选地，所述VLAN交换模块从所述第一芯片接收以太网帧，并将所述以太网帧交换到所述第二芯片的多个下行流队列中的分配队列(assigned queue)。
优选地，所述VLAN交换模块对嵌入在所述以太网帧中的VLAN标签(tag)进行处理，以将包含在所述VLAN标签中的电缆调制解调器索引(cable modemindex)和服务类别(class of service，简称CoS)映射到队列号码，其中所述队列号码标识所述分配队列。
优选地，通过光线路终端(OLT)将所述VLAN插入到所述以太网帧中，其中所述电缆调制解调器索引和所述CoS分别标识在所述以太网帧的所述电缆调制解调器中的目的地(destination)电缆调制解调器CMC和目的地DOCSIS业务流(service flow)。
优选地，所述VLAN交换模块从所述多个上行流队列的选择队列中接收以太网帧，根据所述选择队列将VLAN标签插入到所述以太网帧，并将所述以太网帧转发到所述第一芯片。
优选地，所述VLAN标签接收用于标识所述选择队列的队列号码，将所述队列号码映射到电缆调制解调器索引和服务类别(CoS)，并从所述电缆调制解调器索引和所述CoS生成所述VLAN标签。
根据本发明的一个方面，提供一种将流量从电缆调制解调器交换到光线路终端(OLT)的方法，所述方法包括：
从所述电缆调制解调器接收以太网帧，所述以太网帧与来自所述电缆调制解调器的上行业务流相关联；
获取与所述电缆调制解调器相关联的电缆调制解调器索引和与所述上行业务流相关联的服务类别；
根据所获取的电缆调制解调器索引和服务类别生成标签；
将所生成的标签插入到所述以太网帧中；及
将所述以太网帧发送到所述光线路终端。
优选地，所述方法进一步包括：
将所述以太网帧放置在队列中，其中所述队列被静态地或动态地分配到来自所述电缆调制解调器的所述上行业务流。
优选地，所述获取步骤包括通过查找表将所述队列的队列号码映射到所述电缆调制解调器索引和所述服务类别。
优选地，所述标签是IEEE虚拟局域网(VLAN)标签。
优选地，所述方法进一步包括：
根据与所述上行业务流相关联的所述服务类别，将逻辑链路标识符(LLID)字段(field)添加到所述以太网帧。
根据本发明的一个方面，提供一种将流量从光线路终端(OLT)交换到电缆调制解调器的方法，所述方法包括：
从所述OLT接收以太网帧；
对包含在所述以太网帧中的标签进行处理，以获取嵌入在所述标签中的电缆调制解调器索引和服务类别；
从所获取的电缆调制解调器索引和服务类别中确定目的地电缆调制解调器和所述目的地电缆调制解调器的下行业务流；及
将所述以太网帧发送到所述目的地电缆调制解调器。
优选地，所述确定步骤包括通过查找表将所获取的电缆调制解调器索引和服务类别映射到队列号码，其中所述队列号码标识分配给流量的队列，所述流量以在所述目的地电缆调制解调器的所述下行业务流为目的地。
优选地，所述标签是IEEE虚拟局域网(VLAN)标签。
附图说明
附图作为说明书的一部分，用于说明本发明，并结合具体实施方式进一步解释本发明的原理，以使本领域技术人员能够实施本发明。
图1是传统的有线网络的示意图；
图2是传统的光纤同轴电缆混合(HFC)网络的示意图；
图3是根据本发明一个实施例的EPON(以太网无源光网络)-DOCSIS(电缆数据传输业务接口规范)EoC(同轴电缆以太网)HFC的示意图；
图4是根据本发明一实施例的EPON到DOCSIS EoC的转换的示意图；
图5是根据本发明一实施例的DOCSIS同轴电缆媒体转换器(CMC)的示意图；
图6是根据本发明另一实施例的DOCSIS CMC的示意图；
图7是根据本发明一个实施例的上行流和下行流的VLAN交换的示意图；
图8是根据本发明一个实施例的VLAN标签的示意图；
图9是根据本发明一个实施例的用于流量交换的方法的处理流程图；
图10是根据本发明另一个实施例的用于流量交换的方法的处理流程图；
图11是根据本发明一个实施例的处理OLT(光线路终端)下行流流量的示意图；
图12是根据本发明一个实施例的处理OLT上行流流量的示意图；
图13是包含有混合的FTTH(光纤到户)ONU(光网络单元)和连接电缆调制解调器(CM)的同轴电缆的网络的示意图；
图14是根据本发明一个实施例的修改主机接口命令的示意图；
图15是根据本发明一个实施例的修改后的OAM(操作、管理和维护)消息的示意图；
图16是根据本发明一个实施例的统一的EPON OLT管理界面的示例示意图；
图17是根据本发明一个实施例的网络架构的示意图。
下面将结合附图对本发明进行详细描述。一般地，附图标记最左边的数字标识该附图标记首次出现时的那幅附图的编号。
具体实施方式
图1示出了传统的高速有线网络(cable network)100。传统的网络100包括提供服务给电缆调制解调器(CM)群116的中心局交换机(CO)或集线器(hub)102，CM群(CM population)116含有多个CM(和机顶盒)用户。在用户端，CO/Hub 102通过电缆调制解调器终端系统(CMTS)104连接至同轴网络112，同轴网络112将CO/Hub 102连接至CM群116。在高速网络端，CO/Hub 102通过CMTS104连接至大容量(high capacity)数据链路118，数据链路118将CO/Hub 102连接至互联网协议(IP)网络(例如互联网)110。在实际应用中，CO/Hub 102可以包括多个CMTS 104(例如，多达10个)，以支持由CO/Hub 102提供服务的电缆调制解调器群116。此外，CO/Hub 102可以通过多个大容量数据链路118连接至IP网络110。
如图1所示，CMTS 104包括射频(RF)同轴电缆接口106和高速(例如，以太网)接口108。RF同轴电缆接口106传输发送至CM群116的RF信号及从CM群116发送出的RF信号。RF同轴电缆接口106可以连接至多个同轴电缆，该多个同轴电缆转而可以各自使用位于有线网络100下行链路更远端的组合器114聚合来自多个CM用户的流量。一般地，CMTS 104和CM群116之间的流量可以，例如，以封装在DOCSIS(电缆数据传输业务接口规范)帧之中的以太网帧的形式传输。以太网接口108传输发送到IP网络110的IP流量以及从IP网络110发送出的IP流量。
通常，CMTS 104提供服务给CM群，该CM群的范围从几千到数万(例如，5000-100,000)。此外，CMTS 104包括执行IP分组路由的第三层(L3)交换机(即，网络路由器)。在CMTS连接至互联网的情况下，例如，CMTS 104包括执行OSPF(开放式最短路径优先)路由协议的L3交换机。这样，CMTS 104是大型的、复杂的和昂贵的网络组件。
图2示出了传统的光纤同轴电缆混合(HFC)网络200。传统的网络200包括提供服务给CM群210的中心局交换机(CO)或集线器(hub)202。在用户端，CO/Hub 102通过光线路终端(OLT)204连接至无源光网络(PON)206，无源光网络206将CO/Hub 202连接至CM群210。如上面所描述的传统的网络100，在高速网络端，CO/Hub 202连接至大容量数据链路118，大容量数据链路118将CO/Hub202连接至IP网络(例如互联网)110。
CO/Hub 202可以包括一个或多个OLT 204，以支持由CO/Hub 202提供服务的CM群210。每个OLT 204连接至各自的光纤线路，该光纤线路提供服务给CM群210中对应的CM段(segment)212。OLT 204可以执行IEEE以太网无源光网络(EPON)标准协议(IEEE 802.3)或其他数据的PON协议(例如，千兆PON(G-PON)或宽带PON(BPON))。此外，OLT 204通常支持L3和第二层(L2)交换两者。
CM群210与OLT 202之间的连接是通过光纤同轴电缆混合网络完成的。如图2所示，PON 206延伸到CM群210的每个CM段212的附近，然后建立到达CM段212的每个CM用户的单独的同轴电缆连接208。例如，可以将光纤线路拉伸到多租户大楼的地下室，然后建立到达多租户大楼中的每个房间的单独的同轴电缆连接。
当CM群210是标准的电缆调制解调器时(即，不能够运行PON数据链路层)，CM的同轴电缆连接208必须以与传统的同轴电缆网络(例如，有线网络100)相同的方式终结(terminate)。这样，如图2所示，CM群210的每个CM段212都配置有CMTS 104，以终结该段的同轴电缆连接208。CMTS 104可以执行DOCSIS或任何其他同轴电缆以太网(EoC)(标准化或非标准化)协议。此外，CMTS 104执行如上所述的L3交换。
如今传统的网络200的架构存在于各种有线网络市场中。当CM段212为大约数千CM用户的数量级时，如图2所示的方式配置CMTS 104来终结同轴电缆连接，对有线网络运营商来说是经济合理的。然而，在某些市场(例如，中国)，连接至特定CMTS 104的CM用户的数量要低得多(大约为几百的数量级)，这使得该解决方案对网络运营商来说成本效益很差。一个可替代的解决方案可从该架构中消除(eliminate)CMTS 104，通过将CM 210完全升级为支持PON的CM，使得从同轴电缆连接208到PON 206仅仅需要物理层转换。然而，这个可替代的解决方案也是昂贵的且也许不总是可行的。
本发明的实施例，如下面进一步的描述，允许从上面所描述的HFC架构中消除CMTS，而不要求对网络用户的CM(或机顶盒)进行升级。根据本发明的实施例，使用小尺寸EoC(例如，DOCSIS、MoCA等)同轴电缆媒体转换器(CMC)代替CMTS，该CMC仅仅执行先前由CMTS执行的功能的子集，以及如下面进一步所描述的附加的转换功能。在一个实施例中，CMC仅仅执行EoC MAC和PHY层，以及能够根据由CMC提供服务的CM的数量而缩放(scaled)。从OLT的网络管理端，CMC表现得像光网络单元(ONU)一样并能够如同光网络单元(ONU)一样被管理。从用户端，CMC通过同轴电缆提供与CMTS相同的连接功能，并用于终结来自CM的同轴电缆连接。然而，CMC并不像CMTS那样执行L3或L2交换，相比CMTS，CMC的尺寸、复杂度和成本显着地降低。作为替代，进一步描述的实施例中，利用OLT的L3和L2交换能力来将L3和L2交换操作转移到OLT，因此在CMC上仅执行简单的映射/转换。
现在将对本发明的实施例进行描述。基于本文的教导，本领域的技术人员应当明白，实施例并不局限于本文所描述的例子。例如，将结合EPON-DOCSIS HFC来对实施例进行描述。然而，实施例并不局限于这样的PON或EoC技术，任何PON/EoC技术的其他组合均可以使用。此外，提供使实施例能够实现的硬件电路和/软件的例子，仅作为说明的目的，而没有限制性。
图3示出了根据本发明一个实施例的EPON-DOCSIS HFC网络300。如图3所示，示例网络300包括OLT 302和CMC 304，CMC 304提供服务给CM段212。CM段212包括多个CM和机顶盒。
OLT 302和CMC 304通过PON 206相连接。在一个实施例中，OLT 302和CMC304使用EPON来通过PON 206进行通信。CMC 304代替了在图2中所描述的传统的架构中的CMTS。因此，CMC 304通过如图2所示的同轴电缆连接208连接至CM段212的各个CM。在一个实施例中，通过同轴电缆连接208使用EoC技术，例如DOCSIS。
因此，CMC 304桥接通过PON 206使用的PON技术和通过同轴电缆连接208使用的EoC技术。特别地，CMC 304终结由OLT 302使用的PON协议并将流量转换为由CM 212使用的EoC协议。在一个实施例中，CMC 304桥接EPON和DOCSIS，以使能在EPON OLT 302和DOCSIS CM 212之间通过HFC网络的端到端通信。
在HFC网络的PON 206跨段上，CMC 304表现得如同ONU一样。因此，OLT302能够以与ONU相同的方式配置CMC 304。在HFC网络的同轴电缆跨段上，CMC 304通过分配时隙给CM 212来提供流量调度(traffic scheduling)，并将来自CM 212的流量聚合到PON LLID(逻辑链路标识符)上。此外，必要时，CMC 304提供DOCSIS管理(例如配置文件、SNMP等)，以仿真(emulate)CM 212在端到端DOCSIS网络上运行。
图4示出了根据本发明一个实施例的EPON到DOCSIS EoC的转换400。特别地，示例400示出了根据实施例的在CMC 304中实施的一些网络层、功能或模块。基于本文的教导，本领域的技术人员应当明白，可以根据通过HFC网络使用的特定的PON和EoC技术来实施其他网络层和/或功能。此外，如果需要，CMC 304可以实施更多或更少的层、功能和/或模块。
在示例400中，CMC 304包括EPON接口402和DOCSIS接口404。在一个实施例中，EPON接口402执行EPON PHY层(包括电源控制功能406、线路编码功能408和EPON组帧功能410)、EPON MAC子层412、EPON数据链路层功能子集(包括链路层加密功能414(例如中国搅动(China churning))、EPON MPCP(多点控制协议)416和EPON DBA(动态带宽分配)418)和OAM(操作、管理和维护)功能420。
DSCSIS接口404类似地执行DOCSIS PHY层(例如，其执行用于下行流通信的QAM(正交振幅调制)功能422、用于上行流通信的SCDMA(同步码分多址)功能424、用于支持如在DOCSIS 3.0所述的信道绑定的信道绑定功能426、FEC(前向纠错)功能428和DOCSIS组帧功能430)、DOCSIS MAC子层432、DOCSIS数据链路层功能(包括DES(数据加密标准)加密功能434的子集、DOCSIS QoS(服务质量)436和DOCSIS SCH(调度)功能438)，以及DOCSIS QAM功能440。
根据实施例，CMC 304可以实施更多或更少的层、功能和/或模块，而继续提供从EPON到DOCSIS的桥接，反之亦然。重要的是应当注意，根据实施例，虽然CMC 304可以实施如上面所述的某些数据链路层功能，但是CMC 304不执行L2交换(在本领域中有时被称为“桥接”)，L2交换通常需要L2MAC地址桥接，该L2MAC地址桥接使用MAC目的地地址(DA)查找以进行交换决策。
图5示出了根据本发明一个实施例的DOCSIS同轴电缆媒体转换器(CMC)500。DOCSIS CMC 304位于OLT 302和DOCSIS CM 442之间。如图5所示，示例性DOCSIS CMC 500包括与其他组件在一起的光脉冲收发器502、EPON MAC芯片504、DOCSIS EoC MAC芯片506和一个或多个DOCSIS EoC PHY芯片508。本领域的技术人员应当明白，在其他的实施例中，EPON MAC、DOCSIS EoC MAC和DOCSIS EoC PHY芯片中的一个或多个可以集成于单个芯片中。
光脉冲收发器502连接至光纤线路，该光纤线路将DOCSIS CMC连接到OLT302。因此，在下行通信中，光脉冲收发器502从OLT 302中接收EPON PHY编码信号。收发器502基于EPON PHY编码信号生成EPON MAC帧，并将其转发到EPON MAC芯片504。在上行通信中，收发器502从EPON MAC芯片504中接收EPON MAC帧，其使用EPON PHY信令通过光纤线路发送EPON MAC帧。
EPON MAC芯片504执行EPON MAC层功能。在一个实施例中，EPON MAC芯片504支持1或2Gbps的下行流数据速率，和1Gbps的上行流数据速率。EPONMAC芯片504终结OLT 302的EPON MAC层的EPON MAC链路。因此，在下行通信中，EPON MAC芯片504从收发器502中接收EPON MAC帧，从所接收的EPONMAC帧中删除EPON报头，并将封装的以太网帧转发到DOCSIS EoC MAC芯片506。在上行通信中，EPON MAC芯片504从DOCSIS EoC MAC芯片506中接收以太网帧，通过添加适当的EPON报头(例如，分配给CMC 304的LLID)将该以太网帧封装到EPON MAC帧中，并发送到光脉冲收发器502，以便通过光纤线路传送至OLT 302。
DOCSIS EoC MAC芯片506执行与EPON MAC芯片504类似的功能，但其相对于CMC 304的同轴电缆端。特别地，DOCSIS EoC MAC芯片506执行DOCSISMAC层功能。DOCSIS EoC MAC芯片506终结DOCSIS CM 442的DOCSIS MAC链路。在下行通信中，DOCSIS EoC MAC芯片506从EPON MAC芯片504中接收以太网帧，将适当的DOCSIS报头添加到以太网帧中以生成DOCSIS MAC帧，并将DOCSIS MAC帧转发到DOCSIS EoC PHY芯片508，以通过同轴电缆传送至DOCSIS CM 442。在上行通信中，DOCSIS EoC MAC芯片506从DOCSIS EoC PHY芯片508中接收DOCSIS MAC帧，从所接收的DOCSIS MAC帧中删除DOCSIS报头，并将封装的以太网帧转发到EPON MAC芯片504。
DOCSIS EoC PHY芯片508使能通过同轴电缆发送/接收数据。在下行通信中，DOCSIS EoC PHY芯片508从DOCSIS EoC MAC芯片506中接收DOCSIS MAC帧，使用DOCSIS PHY信令通过同轴电缆发送DOCSIS MAC帧。在上行通信中，DOCSIS EoC PHY芯片508从CM 442中接收DOCSIS PHY编码信号，基于DOCSISPHY编码信号生成DOCSIS MAC帧，并将DOCSIS MAC帧转发到DOCSIS EoCMAC芯片506。
如图5所示，EPON MAC芯片504和DOCSIS EoC MAC芯片506可以具有相关联的快闪存储器或随机存储器(RAM)，例如快闪存储单元518、DDR(双数据速率)存储单元520和快闪存储单元522。而且，在CMC 304的同轴电缆端，传统的模拟电路(如上行放大器链路510、下行放大器链路512、数模转换器514和锁相环516)可以与PHY芯片508一起使用，以使能通过同轴电缆发送/接收。基于本文的教导，本领域技术人员应当明白，CMC 304还可以采用与示例性DOCSISCMC 500不同的方式来实施。
图6示出了根据本发明一个实施例的DOCSIS CMC 304的另一个实施示例600。为了简化，实施示例600没有示出CMC 304的一些组件(上面图5所描述的)。
如图6所示，在实施示例600中，EPON MAC芯片504通过GMII接口(千兆位媒体独立接口)604连接至DOCSIS EoC MAC芯片506。中央处理单元(CPU)602通过接口606控制DOCSIS EoC MAC芯片506。此外，CPU 602通过带内OAM消息控制EPON MAC芯片504，该带内OAM消息通过DOCSIS EoC MAC芯片506进行交换。
DOCSIS EoC MAC芯片506可采用FPAG(现场可编程门阵列)实现。在一个实施例中，DOCSIS EoC MAC芯片506包括VLAN(虚拟局域网)交换模块608、多个队列610和调度模块612。
VLAN交换模块608执行EPON MAC芯片504和队列610之间的以太网帧的VLAN交换。根据本发明的实施例，通过将VLAN标签(例如，IEEE VLAN、S-VLAN等)插入到在OLT 302和CMC 304之间传送的以太网帧中，使能在VLAN交换模块608的VLAN交换。当由OLT 302插入VLAN标签时，该VLAN标签标识以太网帧的目的地电缆调制解调器(CM)(使用CM索引)，和该以太网帧的服务类别(CoS)。类似地，当由CMC 304插入VLAN标签时，该VLAN标签标识以太网帧的源发地CM(通过CM索引)，和该以太网帧的CoS。根据实施例，可将VLAN标签插入到以太网帧内部(例如，在以太网类型/尺寸字段之前)或以太网帧的开始处。
根据实施例，在CMC 304处的VLAN交换包括通过VLAN交换模块608将VLAN标签映射/转换为队列号码，反之亦然。图7示出了根据本发明一个实施例的上行流和下行流的VLAN交换。
如图7所示，在上行通信中(即，从CMC 304到OLT 302)，VLAN交换模块608接收队列号码702，队列号码702代表以太网帧将要从此发送的上行队列(来自队列610)的号码。VLAN交换模块608调用队列分配器LUT(查找表)704来获取当前分配给具有队列号码702的队列的CM索引(即，CM)和CoS。然后，VLAN交换模块608基于CM索引和CoS(在图7中，CM索引表示为“CNU#”，CoS表示为“服务”)生成VLAN标签706(或其中的一部分)，将生成的VLAN标签插入到以太网帧中，并将以太网帧转发到EPON MAC芯片504。EPON MAC芯片504使用来自以太网帧的CoS，来将该帧映射为LLID(不同的CoS使用不同的LLID)，在通过光纤线路传送之前，将LLID添加到以太网帧，作为部分EPON报头。
在下行通信中(即，从CMC 304到CM)，VLAN交换模块608接收以太网帧，该以太网帧含有由OLT 302在其中嵌入的VLAN标签708。(应当注意，在将帧转发给DOCSIS EoC MAC芯片506之前，EPON MAC芯片504删除EPON报头)。VLAN交换模块608从以太网帧中剥去VLAN标签708(或其中的一部分)，并根据包含于VLAN标签中的CM索引和CoS，调用队列分配器LUT 704来获取(通过查找表)队列号码710。队列号码710是当前分配给包含于VLAN标签中的CM索引和CoS的下行队列(来自队列610)的号码。
在一个实施例中，CMC 304支持多达512个CM。因此，DOCSIS EoC MAC芯片506在每个方向上(上行和下行)都包括1024个队列。CMC 304可以配置为给每个CM分配2个上行队列和2个下行队列，因此使能每个CM有2个CoS(即，业务流)。在另一个实施例中，CMC 304动态地分配其队列610，以支持来自CM的当前活跃的业务流。因此，可以分配所需要数量的队列给CM，以根据可利用性(availability)来支持它的业务流。
图8示出了根据本发明一个实施例的用于使能CMC 304进行VLAN交换的示例VLAN标签800。示例VLAN标签800是IEEE S-VLAN(服务VLAN)标签，其含有设置为0x88A8的16位(bit)TPID(标签协议标识)字段802，标识帧的CoS的3位业务字段804、设置为0的固定的CFI(规范格式指示符)位806，以及含有固定的3位部分和可变部分(9个最低有效位)的12位VLAN ID(VID)，该可变部分标识源发地/目的地CM的CM索引。
正如上面所述，CMC 304的VLAN交换方案将CM索引、CoS对映射到队列，反之亦然。因此，每一个连接至CMC 304的CM，当其连接并登记(register)到CMC 304时，必须被分配有唯一的CM索引(例如0和511之间的整数)。只要CM连接于CMC 304，该CM索引就继续标识CM。如果CM与CMC 304断开连接或被重置，它的CM索引号码就被释放，并且可能被分配给另一个CM。当CM重新连接并重新登记到CMC 304时，该CM分配到另一个CM索引，该CM索引可以与其先前的CM索引相同或不相同。
在OLT端，OLT 302必须知悉被分配到加入到网络的CM的CM索引。为此，OLT 302检查输入的以太网帧的源地址。当OLT 302确定一个其未知的MAC源地址(即，不存在于它的MAC DA查找表的)时，其检测以太网帧中由CMC 304插入的VLAN标签。正如上面所述，CMC 304使用VLAN标签加标签于以太网帧，该VLAN标签包含源发地(originating)CM的CM索引。之后，OLT 302使用包含在该VLAN标签中的CM索引在其MAC DA查找表中创建与之前未知MAC地址相关联的条目(entry)。随后，OLT 302可以使用该CM索引生成VLAN标签，以插入目的地为该MAC地址的以太网帧中。
由于当CM断开连接时，CM索引可被重新分配，OLT 302必须从CMC 304中侦听CM到达和离开消息。一旦接收到CM离开消息，OLT 302清除所有知悉的与离开的CM相关联的MAC地址。
参考回图6，DOCSIS EoC MAC芯片506还包括调度器612。调度器612通过为连接至CMC 304的CM分配时隙来提供流量调度。此外，调度器612可以根据输入流量的CoS将流量聚合到队列610中。由调度器612基于CoS进行的聚合使能根据通向OLT 302的光纤线路上的CoS进行LLID聚合。可以通过来自OLT 302的ONUSLA(服务等级协定)消息，接收如何配置调度器612的信息。应当注意的是，CMC 304终结OAM链路(通常在OLT和ONU之间)。因此，CMC 304能够检查OAM SLA信息并相应地对其硬件进行编程。此外，CMC 304可以依次发送命令到特定的CM(通过标准DOCSIS命令)，以命令CM执行满足SLA端到端需要的列队和成形(shaping)。
图9示出了根据本发明一个实施例的用于流量交换的方法的处理流程900。在CMC如CMC 304中执行处理流程900，以将上行流量从CM交换到OLT。如图9所示，处理流程900开始于步骤902，步骤902包括从电缆调制解调器中接收以太网帧，该以太网帧与来自电缆调制解调器的上行业务流相关联。在一个实施例中，步骤902进一步包括将以太网帧放置在队列中，其中该队列是静态地或动态地分配给来自电缆调制解调器的上行业务流。
步骤904包括获取与该电缆调制解调器相关联的电缆调制解调器索引和与上行业务流相关联的服务类别。在一个实施例中，通过将在步骤902所放置的以太网帧所在的队列的队列号码映射(通过查找表)为电缆调制解调器索引和服务类别来执行步骤904。
步骤906包括根据所获取的电缆调制解调器索引和服务类别来生成标签。在一个实施例中，该标签是IEEE VLAN标签，其含有服务类别字段和电缆调制解调器索引字段。
步骤908包括将所生成的标签插入以太网帧中。在一个实施例中，将该标签添加到以太网帧。在一个实施例中，将该标签插入到以太网帧内部。
步骤910包括根据与上行业务流相关联的服务类别将逻辑链路标识符(LLID)添加到以太网帧。
最后，步骤912包括根据LLID将以太网帧发送到光线路终端。
图10示出了根据本发明一个实施例的用于流量交换的方法的另一个处理流程1000。在CMC如CMC 304中执行处理流程1000，以将下行流量从OLT交换到CM。如图10所示，处理流程1000开始于步骤1002，步骤1002包括从光线路终端中接收以太网帧。
步骤1004包括对包含于以太网帧中的标签进行处理，来获取嵌入在标签中的电缆调制解调器索引和服务类别。在一个实施例中，该标签是IEEE VLAN标签，其含有服务类别字段和电缆调制解调器索引字段。
步骤1006包括从所获取的电缆调制解调器索引和服务类别中确定目的地电缆调制解调器和在目的地电缆调制解调器中的下行业务流。在一个实施例中，通过将电缆调制解调器索引和服务类别映射(通过查找表)为队列号码来执行步骤1006，其中该队列号码标识被分配给流量的队列，该流量以目的地电缆调制解调器的下行业务流为目的地。队列是静态地或动态地分配给电缆调制解调器的下行业务流。
最后，步骤1008包括将以太网帧发送到目的地电缆调制解调器。在一个实施例中，步骤1008进一步包括将以太网帧放置在队列中，其中该队列被分配给目的地电缆调制解调器的下行业务流。
如上所述，CMC 304(和DOCSIS EoC MAC芯片506)不执行L2交换，L2交换通常需要L2MAC地址桥接，该L2MAC地址桥接使用MAC目的地地址(DA)查找以进行交换决策。作为替代，正如上面所述，在CMC 304中使用简单的基于VLAN的交换，而在OLT 302上执行L2交换(通常是由CMTS执行的)。如上所述，OLT 302具有现有的L3和L2交换能力。因此，仅需在OLT 302上的很少的修改来使能在CMC 304中的基于VLAN的交换。
根据下面所描述的实施例，在OLT 302上执行流量处理。可以由OLT 302的主机接口执行流量处理。在一个实施例中，将各个CM模拟为(modeled as)OLT主机接口的目的地，并在OLT主机接口中通过它们的MAC地址进行标识。在一个实施例中，单个OLT支持多达64个CMC和4000个目的地。
连接至OLT 302的ONU在OLT主机接口中具有对应的OLT域名(domain)。连接到OLT 302的CMC被当作ONU，因而在OLT主机接口中也具有OLT域名。此外，然而，以CMC为目的地的流量是由网络运营商使用网络S-VLAN标签(不同于上面所述的VLAN标签，其被插入在CMC 304和OLT 302之间的流量中)来进行标识。网络S-VLAN标签映射到OLT域名(提供服务给CM目的地的CMC域名)。
图11示出了根据本发明一个实施例的处理OLT下行流(即，从OLT 302到CMC304)流量的示例。如图11所示，处理开始于步骤1102，步骤1102包括根据网络S-VLAN标签的VID字段，域名选择器模块为流量选择OLT域名(即，CMC)。在步骤1104中，将CMC VLAN标签添加到以太网帧中，并根据期望的CoS设置服务字段。然后，在步骤1106中基于所选择的OLT域名执行L2交换。特别地，对以太网帧执行在OLT域名选择内的L2MAC DA查找。这个L2DA查找映射到在所选择的OLT域名内的某一目的地(即，CM)。最后，在步骤1108中，将CMC VLAN标签的VID字段设置为CM索引，该CM索引与在步骤1006中确定的某一目的地相关联，并为该目的地设置适当的LLID。
图12示出了根据本发明一个实施例的处理OLT上行流(即，从OLT 302到IP网络)流量的示例。如图12所示，处理开始于步骤1202，步骤1102包括根据来自CMC的LLID和插入VLAN标签中的CMC的VID字段，目的地选择器模块为流量标识目的地(即，CM目的地)。在步骤1204中，应用目的地规则，其包括根据插入VLAN标签中的CMC的服务字段(CoS)选择队列(从与该目的地相关的一组队列中选择)。然后，在步骤1206中执行ACL(访问控制列表)查找，并将含有通过ACL查找的MAC地址的以太网帧放置在为目的地提供服务的OLT域名中。在步骤1208中，通过OLT域名的域名规则从以太网帧中删除VLAN标签。
正如上面所描述的实施例，因此使能在PON(例如，EPON)和EoC(例如，DOCSIS)之间流量桥接的技术。因此，OLT能够同时服务于在相同的PON上的光纤连接的ONU和CM。然而，光纤连接的ONU和CM在设计上是使用不同的网络管理系统(NMS)进行操作，其中NMS用于配置和供应(provisioning)。例如，标准DOCSIS CM在设计上是使用由DOCSIS采用的SNMP(简单网络管理协议)进行操作。另一方面，EPON标准根据第二层OAM协议定义的NMS，该第二层OAM协议可由EPON的运营商(例如，中国电信、NTT、时代华纳(Time Warner)等)来定义。
因此，为了运行含有混合的光纤连接的ONU(例如，FTTH)和同轴电缆连接的CM的EPON-DOCSIS EoC网络，必须提供两种类型的管理能力。然而，为了单独地支持DOCSIS管理，例如，除了现有的EPON管理以外，对OLT进行修改是高成本的。作为替代，如下面进一步描述的实施例，期望在OLT上有一个统一的网络管理系统来管理ONU和CM两者，其需要对目前在OLT中可用的现有的EPON管理做出较少的修改/补充。正如下面进一步的描述的实施例，通过对现有的OLT软件和EPON管理协议进行的较少的修改/补充、和在CMC中从EPON管理到DOCSIS管理的简单转换，就能实现这样的统一的NMS。因此，可以使用标准的EPON OLT NMS来管理标准的DOCSIS CM。
下面结合含有混合的FTTH ONU和同轴电缆连接的CM的示例HFC来对实施例进行描述。本领域的技术人员应当明白，本发明并不局限于这些示例网络实施例。此外，使用使能在OLT的统一的网络管理系统的执行示例来对实施例进行描述。这些实施例仅是为说明的目的而提供，本发明并不局限于此。此外，本领域的技术人员应当明白，可以将这些实施例应用到任何PON或EoC技术，并不局限于下面所描述的EPON和DOCSIS。
图13示出了根据本发明一个实施例的含有混合的FTTH ONU和同轴电缆连接的CM的示例网络1300。示例网络1300包括位于CO/Hub 202的OLT 1302、CMC304、ONU 1304和多个CM 212。
如图13所示，CMC 304位于例如多租户大楼1306的地下室。这样，网络的EPON端尽可能远地延伸到用户，而网络的同轴电缆端仅提供在CMC 304和CM212之间的较短的同轴电缆连接，CM 212位于多租户大楼1306的各个房间。在一个实施例中，CM 212是标准的DOCSIS CM。
ONU 1304通过全光纤链路连接至OLT 1302，全光纤链路包含光纤线路206和1308。ONU 1304使能FTTH提供服务到家1310，允许光纤线路1308到达用户家1310的生活空间的范围(例如，用户家1310外墙上的盒子)。
根据实施例，示例网络1300的网络运营商能够在OLT 1302使用统一的网络管理系统来管理/服务FTTH ONU 1304和CM 212两者。这包括使用单个接口为光纤用户和同轴电缆用户两者提供端到端供应、管理和QoS。
在一个实施例中，OLT 1302支持EPON OLT网络管理系统(NMS)。EPONOLT NMS采用L2OAM协议(以下简称为“EPON OAM”)，其由EPON运营商定义。EPON OAM协议定义EPON OAM消息，其可用于管理和供应ONU。此外，EPON OLT NMS具有允许网络运营商利用NMS来管理ONU的主机接口。该主机接口为网络运营商提供多种主机接口命令，该多种主机接口命令可用于将特定EPON OAM消息发送到ONU。
根据实施例，对EPON OLT NMS进行修改，以使能EPON OLT使用相同的主机接口和相同的EPON OAM协议消息来管理CM和ONU。特别地，实施例包括对EPON OLT NMS的主机接口进行的修改，和对NMS使用的EPON OAM协议进行的修改，以使能统一管理ONU和CM两者。下面提供这些修改的执行示例。基于本文的启示，本领域的技术人员应当明白，还可以以各种其方式执行这些修改，而这些修改也在本发明的实施例的范围之内。
图14示出了根据本发明一个实施例的修改主机接口命令1400的示例。特别地，如图14所示，对主机命令进行修改来添加对CM内容的支持。在一个实施例中，通过添加“标志(Lable)”字段来完成这个操作，“标志”字段可用于标识主机接口命令是给ONU的还是给CM的。如果主机接口命令是给ONU的，标志字段设置到ONU ID。如果主机接口命令是给CM的，标志字段设置到CM ID。应当注意的是，因为CMC包括ONU，它可以使用它的ONU ID寻址(addressed)。这样，只需进行这一较少的修改，相同的主机接口命令可用于ONU、CMC和CM。本领域的技术人员应当明白，为了将CM内容添加到主机接口命令，还可以按照需要在OLT逻辑中进行相应的修改。
当主机接口命令的目的是CM(如由CM标志确定的)时，由此产生的EPONOAM消息(这是由主机接口命令的结果而生成的)必须标识出该EPON OAM消息是给CM的。因此，在一个实施例中，当EPON OAM消息的目的是CM时，对EPON OAM协议消息进行修改以包括CM内容支持。
图15示出了根据本发明一个实施例的修改后的EPON OAM消息的示例1500。如图15所示，通过在EPON OAM消息内添加“CM内容”字段，对EPON OAM消息进行修改来添加CM内容的支持。CM内容字段标识出EPON OAM消息欲送达的目标CM。这样，使用较少的修改，由OLT 1302使用的来管理ONU(例如ONU1304)的EPON OAM协议还可以扩展到管理CM(例如CM 212)。根据本文的教导，本领域的技术人员应当明白，如有需要，还可以在OLT逻辑中执行相应的修改以使能添加CM内容到EPON OAM协议消息。
EPON OAM消息的目标CM接收方可以支持或可以不支持EPON OAM。在CM支持EPON OAM的情况下，可以不用修改，CMC 304简单地将EPON OAM消息转发到CM。在这样的情况下，EPON OAM链路(来自OLT 1302)在CM本身终结。在另一方面，当CM不支持EPON OAM(例如，标准的DOCSIS CM的情况)时，CMC 304以OLT 1302终结OAM链路，并将EPON OAM消息转换为由CM支持的OAM信息(例如，DOCSIS OAM消息或SNMP命令)。在图4中所示，例如，CMC 304可以在示例802.3ah(EPON)OAM协议(其是L2OAM协议)和DOCSISOAM协议之间进行转换，反之亦然。
因此，根据实施例，当CMC 304接收到修改的EPON OAM消息(其包括CM内容字段)时，CMC 304对CM内容字段进行处理以确定EPON OAM消息的目标CM。然后，在将OAM消息发送到目标CM接收方之前，CMC 304确定是否需要将EPON OAM消息转换为DOCSIS OAM消息。
因此，正如上面所述，实施例使能使用相同的EPON OLT NMS来无缝地和充分地管理ONU和CM。这包括使用单个接口为ONU和CM用户两者提供端到端供应、管理和QoS。
图16示出了根据本发明一个实施例的统一的EPON OLT管理界面的示例图1600。如图16所示，管理界面显示了被管理网络的分级式层次(hierarchical)视图。分级式层次的父节点(parent node)是NMS所在的OLT 1602。在分级式层次中的子节点(child node)包括ONU(例如ONU 1604)和CMC(例如CMC 1606)，以及孙节点(grandchild node)包括由CMC提供服务的CM(例如CM 1608)。通过点击网络分级式层次视图中的节点的各个列表，可以对在网络中的任何节点(无论是OLT 1602、ONU 1604、CMC 1606还是CM 1608)进行管理。节点列表包括，例如，节点类型(即，OLT、ONU、CMC、CM)、节点设备的序列号和与节点相关联的地址。管理界面为ONU和CM提供相同的端到端供应、管理和QoS功能。例如，如图16所示，管理界面使能ONU 1604和CM 1608具有相同的LLID分配功能、SLA设置、队列和端口滤波器配置、VLAN规则和统计数据。
实施例并不限制上面所述的EPON OLT NMS的使用。事实上，根据实施例，在OLT上的NMS可以是网络运营商期望使用的任何NMS。为了实现这个，实施例提供OLT调解层，该OLT调解层从所使用的NMS转换为由CMC 304支持的EPON OLT NMS。如上面所述，CMC 304可再转换回由CM支持的NMS协议。例如，根据实施例，网络运营商可以使用DOCSIS NMS(SNMP)来管理如上面所述的EPON-DOCSIS EoC。这在图17中示出，其示出了根据本发明一个实施例的示例网络架构1700。
如图17所示，在示例网络架构1700中，OLT 1702管理多个ONU 1710。此外，OLT 1702可以管理多个CMC(图17未示出)，该多个CMC提供服务给多个DOCSISEoC连接的CM(图17未示出)。因此，OLT 1702管理含有混合的光纤连接的ONU(如FTTH)和同轴电缆连接的CM的EPON-DOCSIS EoC网络。
OLT 1702本身由DOCSIS NMS 1708管理。DOCSIS NMS 1708使用标准的DOCSIS管理者的相同的SNMP管理者、系统日志(Syslog)服务器、TFTP服务器等。因此，NMS 1708管理OLT 1702的方式与管理CMTS的方式相同。事实上，NMS 1708不需知道其正在管理OLT或者OLT正在管理含有混合的FTTH ONU和同轴电缆CM的网络。
为了实现这个目的，在实施例中，对OLT 1702进行修改，如图17所示。特别地，OLT 1702包括标准的EPON OLT 1704和DML(DOCSIS调解层)模块1706。本领域的技术人员应当明白，可以将DML 1706集成在EPON OLT 1704的标准的逻辑中或提供在NMS 1708和OLT 1704之间的独立的接口。本领域的技术人员应当明白，可以使用硬件或软件实施DML 1706。
因此，DML 1706实现DOCSIS NMS 1708和EPON OLT 1704之间的接口连接。特别地，DML 1706从DOCSIS OAM转换到EPON OAM，反之亦然。应当注意的是，当OAM消息是以CM为目的地时，例如，CMC 304执行从EPON OAM到DOCSIS OAM的第二次转换。在实施例中，DML 1706执行的OAM转换功能与CMC 304执行的OAM转换功能相同。
因而，实施例使能网络运营商使用任何(和单个)其期望的NMS来管理含有混合的FTTH ONU和同轴电缆连接的CM。例如，电缆公司运营商可期望使用DOCSIS NMS(电缆公司已经使用它来管理它的DOCSIS网络)来管理这样的混合网络。如上面所述的实施例，电缆公司运营商可以这样做，通过对在NMS和OLT之间的DML模块进行简单的添加。在另一方面，电话公司运营商(其满意地使用EPON OLT NMS)能够使用未修改的EPON OLT NMS，而对OLT/OAM协议进行较少的修改来管理相同的混合网络。
本发明的上面描述的实施例借助功能性模块来描述某些重要功能的执行过程及其相互关系。为便于描述，此处对这些功能性模块边界进行了专门的定义。在使这些功能可正常工作的前提下，也可重新定义他们的边界。
上面对本发明的具体的实施例进行的描述将充分地揭露了本发明的总体特性，其他人可以应用本领域的技术知识，不需过分的实验，在不离开本发明的总体理念的情况下，可容易地对这些具体的实施例的不同应用做出修改和/或改写。因此，在本发明的教导和引导下，这样的改写和修改是在公开的实施例的相等的意思和范围之内。应当明白，本文的用语或术语仅为说明的目的，而没有限制性。这样，在本发明的教导和引导下，本领域的技术人员可以解释本发明说明书的用语或术语。
本发明的保护范围不应当局限于以上描述的任一实施例，而应该依照权利要求及其等同来限定。

Claims (10)

1.一种同轴电缆媒体转换器(CMC)，其特征在于，所述CMC包括：
光纤收发器；
第一芯片，连接至所述光纤收发器，用于以太网无源光网络(EPON)媒体访问控制(MAC)层；
第二芯片，连接至所述第一芯片，用于电缆数据传输业务接口规范(DOCSIS)MAC层；及
DOCSIS物理层(PHY)芯片，连接至所述第二芯片。
2.根据权利要求1所述的同轴电缆媒体转换器，其特征在于，所述第一芯片从所述光纤收发器中接收EPON MAC帧，删除所接收的EPON MAC帧中EPON报头，并将封装在所接收的EPON MAC帧中的以太网帧转发到所述第二芯片。
3.根据权利要求1所述的同轴电缆媒体转换器，其特征在于，所述第一芯片从所述第二芯片中接收以太网帧，将所述以太网帧封装到EPON MAC帧中，并将所述EPON MAC帧发送到所述光纤收发器。
4.根据权利要求1所述的同轴电缆媒体转换器，其特征在于，所述第二芯片从所述第一芯片中接收以太网帧，将所述以太网帧封装到DOCSIS MAC帧中，并将所述DOCSIS MAC帧转发到所述DOCSIS PHY芯片。
5.根据权利要求1所述的同轴电缆媒体转换器，其特征在于，所述第二芯片从所述DOCSIS PHY芯片中接收DOCSIS MAC帧，删除所接收的DOCSISMAC帧中DOCSIS报头，并将封装在所述DOCSIS MAC帧中的以太网帧转发到所述第一芯片。
6.根据权利要求1所述的同轴电缆媒体转换器，其特征在于，所述第一芯片和所述第二芯片通过千兆媒体独立接口(GMII)相连接。
7.根据权利要求1所述的同轴电缆媒体转换器，其特征在于，所述第二芯片包括：
虚拟局域网(VLAN)交换模块；及
多个队列，所述多个队列包括多个上行流队列和多个下行流队列。
8.一种将流量从电缆调制解调器交换到光线路终端(OLT)的方法，其特征在于，所述方法包括：
从所述电缆调制解调器接收以太网帧，所述以太网帧与来自所述电缆调制解调器的上行业务流相关联；
获取与所述电缆调制解调器相关联的电缆调制解调器索引和与所述上行业务流相关联的服务类别；
根据所获取的电缆调制解调器索引和服务类别生成标签；
将所生成的标签插入到所述以太网帧中；及
将所述以太网帧发送到所述光线路终端。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
将所述以太网帧放置在队列中，其中所述队列静态地或动态地分配到来自所述电缆调制解调器的所述上行业务流。
10.一种将流量从光线路终端(OLT)交换到电缆调制解调器的方法，其特征在于，所述方法包括：
从所述OLT中接收以太网帧；
对包含在所述以太网帧中的标签进行处理，以获取嵌入在所述标签中的电缆调制解调器索引和服务类别；
从所获取的电缆调制解调器索引和服务类别中确定目的地电缆调制解调器和所述目的地电缆调制解调器中的下行业务流；及
将所述以太网帧发送到所述目的地电缆调制解调器。
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