CN102740173A - 对epon mac流量进行分速率的方法以及物理层芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于对通信链路上的以太网无源光网络(EPON)介质访问控制(MAC)流量进行分速率的方法、物理层(PHY)芯片以及一种用于对下行以太网无源光网络(EPON)介质访问控制(MAC)流量进行分速率的方法。实施例示出了，根据物理介质的可用带宽和/或传输能力对EPON MAC流量进行分速率。在PHY层中对EPON MAC流量执行分速率。执行分速率的PHY层可位于支持端到端EPON MAC链路的通信路径中的任何地方。由于分速率在PHY层中执行，在EPON MAC链路任一端的EPON MAC层无法知晓正在执行分速率，使得EPON MAC层会按常规实施方式，依据IEEE标准继续操作。

Description

对EPON MAC流量进行分速率的方法以及物理层芯片

技术领域

本发明涉及以太网无源光网络(EPON)通信。

背景技术

无源光网络(PON)为单根共享的光纤，利用廉价的光分路器将单根光纤分成分离的多股以分别馈入单个用户。以太网PON(EPON)是基于以太网标准的PON。EPON可提供通往基于以太网的IP设备的简单的、易于管理的连结，该IP设备既可以位于客户端，也可以位于中心局(central office)。与其它的吉比特以太网介质一样，EPONS也非常适合于携带分组流量。

现有的EPON光链路终端(OLT)实施EPON MAC层。EPON MAC可提供各种包处理能力、服务质量(QoS)功能和管理功能。

为了保证对EPON MAC功能的最充分的利用，需要EPON MAC从OLT到光网格单元(ONU)是端到端的。这意味着在OLT和ONU间必须使用按标准定义的EPON MAC数据速率(1Gbps或10Gbps)。但是，实践中，OLT和ONU间的物理介质(其包括，例光纤同轴电缆混合网络)并不总是保持EPONMAC的全数据速率。因此，需要在上行或下行流量中对EPON MAC通信链路进行分速率(sub-rating)。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种用于对通信链路上的以太网无源光网络(EPON)介质访问控制(MAC)流量进行分速率的方法，所述方法包括：

从第一EPON MAC层接收具有包队列长度值的第一控制帧；

增加所述第一控制帧中的所述包队列长度值；

发送具有所述增加的包队列长度值的所述第一控制帧到第二EPON MAC层；

从所述第二EPON MAC层接收具有传输时隙值的第二控制帧；

减小所述传输时隙值；以及

转发具有所述减小的时隙传输值的所述第二控制帧到所述第一EPONMAC层。

优选地，所述第一控制帧是由IEEE802.3ah或IEEE802.3av定义的报告多点控制协议数据单元(MPCPDU)。

优选地，所述第二控制帧是由IEEE802.3ah或IEEE802.3av定义的门多点控制协议数据单元(MPCPDU)。

优选地，所示第一EPON MAC层位于光网络单元(ONU)中。

优选地，所述第二EPON MAC层位于光链路终端(OLT)中。

优选地，所述增加步骤包括，根据所述通信链路实际支持的数据速率和指定的运行EPON MAC数据速率中的至少一个，上变换所述包队列长度值。

优选地，所述指定的运行EPON MAC数据速率是10G-EPON的10Gbps和1G-EPON的1Gbps中的一个。

优选地，根据所述增加的包队列长度值确定所述传输时隙值。

优选地，所述减小步骤包括，根据所述通信链路实际支持的数据速率和指定的运行EPON MAC数据速率中的至少一个，下变换所述传输时隙值。

优选地，所述减小步骤包括，以与所述包队列长度值的所述上变换成反比的方式，下变换所述传输时隙值。

优选地，所述方法还包括：

以所述指定的运行EPON MAC数据速率从所述第一EPON MAC层接收数据包；及

以所述通信链路所述实际支持的数据速率在所述通信链路上发送所述数据包。

优选地，所述第一和第二EPON MAC层是由IEEE802.3av定义的10G-EPON MAC层或由IEEE802.3ah定义的1G-EPON MAC层。

优选地，所述通信链路包括同轴电缆。

优选地，所述通信链路包括光纤链路。

优选地，所述通信链路包括混合光纤同轴电缆混合(HFC)网络。

优选地，所述方法在PHY层执行。

优选地，所述PHY层将光网络单元(ONU)连接到所述通信链路。

优选地，所述PHY层位于同轴介质转换器(CMC)中，所述同轴介质转换器位于光网络单元(ONU)和光链路终端(OLT)之间。

优选地，所述PHY层是EPON MAC层或同轴PHY层。

优选地，所述方法在PHY设备中执行。

根据本发明的一个方面，提供一种物理层(PHY)芯片，所述物理层芯片包括：

介质访问控制(MAC)接口，用于与第一以太网无源光网络(EPON)MAC层进行通信；

拦截模块，用于拦截来自所述第一EPON MAC层的第一控制帧和增加所述第一控制帧中的包队列长度值；

收发模块，用于发送所述第一控制帧到第二EPON MAC层。

优选地，所述收发模块还用于，从所述第二EPON MAC层接收第二控制帧，且所述拦截模块还用于，拦截所述第二控制帧和减小所述第二控制帧中的传输时隙值。

根据本发明的一个方面，提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括具有记录在其中的计算机程序逻辑的计算机可用的硬件介质，当所述计算机逻辑由处理器执行时，可根据一种方法，对通信链路上的以太网无源光网络(EPON)介质访问控制(MAC)流量进行分速率，所述方法包括：

从第一EPON MAC层接收具有包队列长度值的第一控制帧；

增加所述第一控制帧中的所述包队列长度值；

发送具有所述增加的包队列长度值的所述第一控制帧到第二EPON MAC层；

从第二EPON MAC层接收具有传输时隙值的第二控制帧；

减小所述传输时隙值；以及

转发带有所述减小的时隙传输值的所述第二控制帧到所述第一EPONMAC层。

根据本发明的一个方面，提供一种对下行以太网无源光网络(EPON)介质访问控制(MAC)流量进行分速率的方法，所述方法包括：

接收帧；

确定所述接收的帧是数据帧还是控制帧；

如果所述接收的帧是控制帧且已超过控制帧阈值，则丢弃所述接收的帧；及

如果所述接收的帧是数据帧且已超过数据帧阈值，则丢弃所述接收的帧。

优选地，所述方法进一步包括：

如果所述接收的帧是控制帧且没有超过所述控制帧阈值，则发送所述接收的帧到帧缓冲器；

如果所述接收的帧是数据帧且没有超过所述数据帧阈值，则发送所述接收的帧到所述帧缓冲器。

优选地，所述控制帧阈值大于所述数据帧阈值。

附图说明

此处包含的并且形成部分说明书的附图阐述了本发明，并与说明书一起进一步用于解释本发明的原则以及使相关领域的技术人员能够制造和使用本发明。

图1示出了根据本发明实施例的、示例性的以太网无源光网络(EPON)-基于同轴电缆的以太网无源光网络(EPOC)混合网络架构；

图2示出了根据本发明实施例的、另一示例性的EPON-EPOC混合网络架构；

图3示出了根据本发明实施例的、光链路终端(OLT)和同轴网络单元(CNU)之间的示例性的端到端分层通信架构；

图4示出了根据本发明实施例的、光链路终端(OLT)和同轴网络单元(CNU)间的另一示例性的端到端分层通信架构；

图5示出了根据本发明实施例的、对上行EPON MAC流量进行分速率的示例性过程；

图6示出了根据本发明实施例的、上行EPON MAC流量的示例性流程；

图7是根据本发明实施例的、用于对上行EPON MAC流量进行分速率的方法的过程流程图；

图8示出了根据本发明实施例的、对下行EPON MAC流量进行分速率的示例性过程；

图9是根据本发明实施例的、用于对下行EPON MAC流量进行分速率的方法的过程流程图。

将参照附图描述本发明。通常地，以相应的标号中最左边的数字代表性地表明元件首次出现的附图。

具体实施方式

1.EPON-EPOC混合网络实施例

图1示出了根据本发明实施例的、示例性的以太网无源光网络(EPON)-基于同轴电缆的以太网无源光网络(EPOC)混合网络架构。如图1所示，示例性的网络架构100包括光链路终端(OLT)102、可选的无源光分路器106、包括同轴介质转换器(CMC：Coaxial Media Converter)122的通信节点110、可选的放大器116、可选的同轴分路器118、同轴网络单元(CNU)122和多个用户媒体设备124。

OLT102位于网络的中心局(CO：central office)处，且连接到光纤链路104。OLT102可实施DOCSIS(电缆数据服务接口规范)中介层(DML)，该DOCSIS中介层可使OLT102提供网络组件(例如，CMC、CMU、光网络单元(ONU))的DOCSIS保障和管理。此外，OLT102可实施EPON介质访问控制(MAC)层(例如，IEEE802.3ah或IEEE802.3av)。

可选地，无源分路器106可用于将光纤链路104分成多个光纤链路108。这样可使处于不同地理区域的多个用户能够由相同的OLT102以点对多点的拓扑结构提供服务。

通信节点110可作为网络的EPON侧与EPOC侧之间的桥。因此，节点110从网络的EPON侧连接到光纤链路108a，且从网络的EPOC侧连接到同轴电缆114。实施例中，通信节点110包括同轴介质转换器(CMC)112，CMC112实现了EPON到EPOC的桥接和转换(反之亦然)。

CMC112执行从EPON到EPOC的物理层(PHY)转换，且反之亦然。实施例中，CMC112包括连接到光纤链路108的第一接口(未在图1中显示)，用于从OLT102接收第一光信号并生成具有第一物理层(PHY)编码的第一比特流。实施例中，第一PHY编码是EPON PHY编码。CMC112还包括连接到第一接口的PHY转换模块(未在图1中显示)，用于执行第一比特流的PHY层转换并生成具有第二PHY编码的第二比特流。实施例中，第二PHY编码为EPOC PHY编码。再者，CMC112包括连接到PHY转换模块和同轴电缆114的第二接口(未在图1中显示)，用于从第二比特流生成第一射频(RF)信号并通过同轴电缆114发送第一射频信号。

在EPOC到EPON的转换中(即，在上行通信过程中)，CMC112的第二接口用于从CNU122接收第二RF信号并从该第二RF信号生成具有第二PHY编码(例如，EPOC PHY编码)的第三比特流。CMC112的PHY转换模块用于执行第三比特流的PHY层转换，以生成具有第一PHY编码的第四比特流(例如，EPON PHY编码)。随后，CMC112的第一接口用于从第四比特流生成第二光信号，并通过光纤链路108发送第二光信号至OLT102。

可选地，放大器116和第二分路器118可放置于通信节点110与CNU122之间的路径中。在同轴电缆114通过第二光分路器118分路之前，放大器116放大同轴电缆114上的RF信号。第二光分路器118将同轴电缆114分成多个同轴电缆120，用以在同轴电缆上为数个处于相同或不同地理区域的用户提供服务。

CNU122通常位于网络的用户端。实施例中，CNU122实施EPON MAC层，由此端到端的EPON MAC链路由OLT102终止。因此，CMC112使能OLT102与CNU122之间的端到端保障、管理和服务质量(QoS)功能。CNU122还可提供GigE(吉比特以太网)和100M以太网端口以将用户媒体设备124连接到网络。因此，CNU122使能各种服务的网关集成，该各种服务包括VOIP(IP语音)、MoCA(同轴电缆多媒体联盟)、HPNA(家居电话线联网联盟)、Wi-Fi(Wi-Fi联盟)等。在物理层，CNU122可执行从同轴电缆到另一介质的物理层转换，同时保留EPON MAC层。

根据实施例，根据所需服务或用于网络的基础设施，可在OLT102和CNU122之间的路径中的任何位置进行EPON-EPOC转换，用以提供各种服务配置。例如，CMC112可以不集成在节点110中，而是集成在OLT102中、放大器116中、或被集成在位于OLT102和CNU122间的光网络单元(ONU)(未在图1中显示)中。

图2示出了根据本发明实施例的、另一示例性的EPON-EPOC混合网络架构200。特别地，典型网络架构200使能同步FTTH(光纤到户)和多租户建筑EPOC服务配置。

示例性的网络架构200包括上述示例网络架构100中类似的部件，包括位于CO集线器中的OLT102、无源分路器106、CMC112和一个或多个CNU122。OLT102、分路器106、CMC112和CNU122以与上面关于图1的方式相同的方式进行操作。

CMC112例如位于多租户建筑204的地下室中。因此，网络的EPON侧尽可能延伸到用户，而网络的EPOC侧仅在CMC112和位于多租户建筑204的个人公寓的CNU单元122间提供短的同轴连接。

此外，示例性的网络架构200包括光网络单元(ONU)206。ONU206通过全光纤链路连接到OLT102，全光纤链路包括光纤链路104和108c。ONU206能够提供FTTH服务到家庭202，使光纤链路108c到达家庭202的生活空间的边界(例如，家庭202外墙上的盒子)。

相应地，示例性的网络架构200可使操作员能利用同一OLT给ONU和CNU提供服务。这包括端到端保障、管理、和同时用于光纤和同轴电缆用户的单个接口的QoS。此外，示例性的网络架构200消除了常规的两层管理架构，常规两级管理架构在终端用户侧使用介质单元(media cell)来管理用户，和利用OLT来管理介质单元。

2.基于端到端EPON MAC的光纤同轴电缆混合(HFC)网络

图3示出了根据本发明实施例的、光链路终端(OLT)和同轴电缆网络单元(CNU)之间的示例性的端到端分层通信架构300。示例性的架构300可通过CMC112实现OLT102和CNU122间的两路EPON-EPOC通信。

如图3所示，OLT102和CNU122通过光纤同轴电缆混合(HFC)网络进行连接。HFC网络包括光纤链路302、CMC112和同轴电缆304。本领域的技术人员应了解，图3中的HFC网络仅用作示例。实际中，HFC网络可包括其它组件，其它组件包括放大器、分路器等。光纤链路302和同轴电缆304均包括一个或多个连接在网络组件之间的链路/电缆。

OLT102实施EPON PHY层306和EPON MAC层310。CNU122实施同轴电缆PHY层308和EPON MAC层310。CMC112位于OLT102和CNU122之间，且仅在OLT102和CNU122之间的PHY级处执行转换，反之亦然。特别地，CMC112在EPOM PHY和同轴电缆PHY之间进行转换，反之亦然。

通过同时在OLT102和CNU122实施相同的EPON MAC层310，示例网络架构300可使EPON MAC以端到端的方式(即，从OLT102到CNU122)被使用，从而在光纤同轴电缆混合(HFC)网络上充分利用EPON MAC的包处理能力、QoS功能、和管理功能和管理功能。

图4示出了根据本发明实施例的、光链路终端(OLT)和同轴网络单元(CNU)之间的另一示例性端到端分层通信架构400。

与示例性架构300类似，示例性架构400可通过CMC112实现OLT102和CNU122间的两路EPON-EPOC通信。再者，示例性架构400可使EPONMAC以端到端的方式(即，从OLT102到CNU122)被使用。

如图4所示，OLT102和CNU122实施相同的层2(L2)功能402，层2包括EPON MAC层。但是，由于OLT102和CNU122连接到不同的物理媒介(即，光纤与同轴电缆)，OLT102和CNU122实施不同的物理层(PHY)(层1)。

CMC112位于OLT102和CNU122之间，并仅在OLT102和CNU122之间的PHY级实施转换，反之亦然。特别地，CMC112将具有OLT102的PHY编码(例如，EPON PHY编码)的第一比特流转换成具有CNU122的PHY编码(例如，EPOC PHY编码)的第二比特流，反之亦然。相应地，CMC112的转换不会影响或改变由层2以及以上的层产生的接收比特流中的任何帧，包括由OLT102或CNU122处实施的EPON MAC层产生的任何帧。换而言之，包含在第一比特流和第二比特流中的数据包具有相同的MAC层。实施例中，MAC层是EPON MAC层(例如，IEEE802.3ahMAC层)。

实施例中，CMC112包括两个物理层(PHY)，分别实施第一和第二PHY栈，第一PHY栈用于通过光纤链路传输原始比特，而第二PHY栈用于通过同轴电缆传输原始比特。通常，第一PHY栈匹配由OLT102使用的PHY栈，而第二PHY栈匹配由CNU122使用的PHY栈。实施例中，第一PHY栈配置成EPON PHY栈，而第二PHY栈配置成同轴电缆PHY栈。此外，CMC112包括两路转换模块，用于调整由第一PHY栈接收的引入比特流，用以通过第二PHY栈进行传输，反之亦然。

实施例中，如图4所示，第一PHY栈包括两个子层404和406。子层404执行光纤链路上的功率相关的传输功能，包括确定和设置传输功率等级。子层406执行链路编码功能，包括确定由第一PHY从光纤链路302接收的输入比特流的链路编码率、解除(stripping)输入比特流的链路编码、和增加链路编码到从第一PHY输出的比特流。实施例中，第一PHY使用8b/10b的链路编码。

第二PHY栈包括子层408、410、412和414。子层408执行链路编码和包成帧功能，包括确定由第二PHY从同轴电缆304接收的输入比特流的链路编码率、解除输入比特流的链路编码、和增加链路编码到从第二PHY输出的比特流。实施例中，第二PHY使用64b/66b的链路编码。此外，子层408可执行成帧功能，包括增加成帧比特到来自第二PHY的输出比特流和去除由第二PHY接收的输入比特流的成帧比特。成帧比特可确定比特流中的数据包的起始与终止。

子层410可执行前向纠错(FEC)功能，包括增加内部和/或外部FEC比特到来自第二PHY的输出比特流，FEC纠正(correct)、以及解除由第二PHY接收的输入比特流的FEC比特。

子层412执行子带分复用(Sub-Band Division Multiplexing)功能，包括确定子带发送来自第二PHY的输出比特流、将输出比特流分成多个子带(将在下面参照图5做进一步描述)、确定子带的宽度、和装配(assembing)由第二PHY在多个子带上接收的比特流以生成输入比特流。根据实施例，子层412可实施例如子带分复用(SDM)、小波正交频分复用(OFDM)、和离散小波多音(DWMT)中的任何一个。

子层414执行同轴电缆上与功率相关的传输功能。子层414可以是专有子层或是其它可由标准机构采用的子层。

CMC112的第一PHY和第二PHY连同CMC112的可选的其它模块(例如，第一和第二PHY之间的链接或接口模块)一起形成两路转换模块，两路转换模块可调整由第一PHY接收的输入比特流，用于由第二PHY进行传输，反之亦然。实施例中，由第一PHY在光纤链路上接收的输入比特流由第一PHY栈的子层404和406进行处理以生成中间比特流。随后中间比特流由第二PHY栈的子层408、410、412和414进行连续地处理以生成输出比特流，用于由第二PHY在同轴电缆上进行传输。以类似的方式调整由第二PHY在同轴电缆上接收的输入比特流，用以由第一PHY在光纤链路上进行传输。

本领域的技术人员应了解，上述对示例架构300和400的描述仅用作举例，而不是对本发明的实施例的限制。例如，在其它实施例中，层1(PHY)和层2(MAC)栈和子层可用于执行上述的介质转换功能。

3.分速率(sub-rating)EPON MAC流量的实施例

上面论述了使EPON MAC能在HFC网络上以端到端的方式被使用的实施例。这些实施例使得EPON MAC层的包处理能力、QoS功能和管理功能在HFC网络上被充分利用。

IEEE标准为EPON MAC定义了两种数据速率(上行或下行)。这两种数据速率是10Gbps(10G-EPON，IEEE802.3av)和1Gbps(1G-EPON，IEEE802.3ah)。因此，要端到端地运行EPON MAC，OLT和CNU处的EPON MAC层必须使用这两种数据速率中的一种。

实际上，HFC网络可能无法支持EPON MAC全数据速率。例如，在一些HFC网络中，网络的EPOC部分(例如，CMC和CNU间的同轴电缆)可能没有足够的带宽(由于有限的频谱或噪声损伤)以支持EPON MAC全数据速率。在其它情况下，成本因素迫使低成本收发器不能支持例如在OLT、CMC或CNU处使用EPON MAC全数据速率。相应地，要在网络上持续运行EPONMAC端到端(每个标准规范，EPON MAC本身未经修改)，必须根据物理介质的可用带宽和/或传输能力对EPON MAC流量进行分速率(sub-rate)。

如以下将进一步描述的实施例，根据物理介质的可用带宽和/或传输能力，对EPON MAC流量进行分速率。在PHY层中执行EPON MAC流量的分速率。PHY层可在支持端到端EPON MAC链路的通信路径中的任何地方执行分速率，例如，在CNU或CMC中。由于在PHY层中执行分速率，在EPON MAC链路的任一端的EPON MAC层没有发现正在执行分速率，从而继续依据它通常遵守的IEEE标准进行操作。

以下将参照具有与图3中的上述架构类似的架构的HFC网络，对实施例进行描述，例如，基于此处的教导，本领域的技术人员应了解，实施例不限于该示例架构。此外，实施例不局限于在HFC网络中使用。例如，实施例可应用于任何在上行或下行需要EPON MAC流量分速率的基于EPON MAC的网络。例如，实施例可应用于非混合EPON网络，在非混合EPON网络中，在OLT或ONU的网络组件的限制使EPON MAC流量分速率成为必要(例如，可使用低成本的2/3×10Gbps激光器代替10Gbps激光器以运行10G-EPON)。

图5示出了根据本发明实施例的、分速率上行EPON MAC流量的示例性过程500。参照具有与图3中的上述架构类似的架构的示例性HFC网络，对示例性过程500进行描述。具体地，示例性HFC网络包括OLT102、CMC112和CNU122。OLT102使用EPON MAC层310和EPON PHY层306。CMC112在EPON PHY和同轴电缆PHY之间执行转换，反之亦然。CNU122使用同轴电缆PHY层308和EPON MAC层310。由于CNU122实施EPON MAC层，CNU对于OLT来说，正如ONU一样。可由包含在实施分速率的PHY中的处理器执行示例性过程500。

通常，在EPON中，OLT管理多个ONU。EPON标准因此规定，OLT指定时隙，在该时隙过程中ONU进行传输。具体的，EPON标准规定了用于分配传输时隙给ONU的机制。机制包括由ONU执行的“报告”(“Report“)操作和由OLT执行的“门”(“Gate“)操作。在报告操作中，ONU(具有要发送的包)生成和发送报告MPCPDU(多点控制协议数据单元)(报告帧)到OLT。报告帧包括在ONU处的包队列长度的指示。作为对报告帧的应答，OLT生成和发送门MPCPDU(门帧)到ONU。门帧包括时间戳、传输起始时间和传输时隙。根据指定的运行EPON MAC数据速率(例如，1Gbps或10Gbps)和报告帧中指示的包队列长度，OLT确定传输时隙。通常，规定传输时隙以16ns的时间量子(time quanta)为增量(16ns是以1Gbps的速率在EPON中传送2字节的时间)。

实施例利用上述EPON标准分配机制。具体地，如图5所示，过程500开始于CNU122的EPON MAC层310，该CNU122生成和发送报告帧到同轴电缆PHY层308以用于传输。报告帧包括包队列长度值，该包队列长度值是包队列长度在EPON MAC层310处表现出来的值，且报告帧的目的地是OLT102。报告帧通过MAC-PHY接口转发。

在报告帧在同轴电缆304上进行传输之前，同轴PHY层308拦截来自EPON MAC310的报告帧，并基于同轴电缆304上实际支持的数据速率在报告帧中上变换(即，按比例增长)包队列长度值。实施例中，根据指定的运行EPON MAC数据速率与电缆304上实际支持的数据速率的比值(上变换比率)对包队列长度值进行上变换。例如，如果指定的运行EPON MAC的数据速率是1Gbps，而实际支持的数据速率是333Mbps，则包队列长度值乘以因子3。基于此处的教导，本领域的技术人员应了解，根据实施例可采用其它的方式对包队列长度值进行上变换。实施例中，同轴电缆PHY层308包括用于与EPONMAC310进行通信的MAC接口(未在图5中显示)、以及执行对报告帧的拦截并在报告帧在同轴电缆304上进行传输之前对包队列长度值进行上变换的拦截模块(未在图5中显示)。

实施例中，PHY层308根据同轴电缆304任一端处的收发器的一个或多个发送/接收数据速率、同轴电缆304的可用带宽、电缆304上的调制效率和同轴电缆304的测量传输质量(例如，SNR)，确定同轴电缆304上实际支持的数据速率。根据此处的教导，本领域的技术人员应了解，还可利用其它的参数或测量值确定同轴电缆304上实际支持的数据速率。实施例中，同轴电缆PHY层308包括数据速率确定模块(未在图5中显示)，用于确定上述的同轴电缆304上实际支持的数据速率。

在报告帧中上变换包队列长度后，同轴PHY308发送报告帧到OLT102。报告帧由CMC112转发到OLT102。在OLT102处，报告帧由EPON PHY306接收并再转发到EPON MAC310。

EPON MAC310接收报告帧，并依据EPON标准按照通常的方式对报告帧进行处理。具体地，EPON MAC310根据报告帧确定传输起始时间和传输时隙，并生成具有所确定的起始时间和传输时隙的时戳门帧(time-stamped Gateframe)。根据指定的运行EPON MAC的数据速率(例如，1Gbps或10Gbps)和报告帧中的上变换的包队列长度值，确定传输时隙。当EPON MAC310确定起始时间时，还可计算OLT102和CNU122之间的RTT(round trip time：往返时延)。根据EPON标准，利用门和报告操作，可测量RTT。

然后，EPON MAC310发送门帧到CNU122(即，ONU发起报告帧)。门帧通过CMC112由EPON PHY306发送到同轴PHY308。

在CNU122处，同轴电缆PHY308在门帧转发到EPON MAC310前对其进行拦截、下变换门帧中指示的传输时隙值、以及再转发门帧到EPONMAC310。实施例中，通过与用于上变换报告帧中的包队列长度值的上变换比率成反比的比率(下变换比率)，同轴电缆PHY308下变换传输时隙。换而言之，上变换比率与下变换比率的乘积等于一(1)。实施例中，与执行包队列长度的上转换的拦截模块相同的(或不同的)拦截模块执行这些步骤。

通过上述过程，为CNU122传输其数据包而分配的传输时隙是足够长的，使得所有的包能够在网络中任何其它的预定ONU在同一物理介质上开始与PLT102进行传输之前到达OLT102。如果物理介质支持EPON MAC全数据速率，链路任一端处的EPON MAC层310在相同的条件下进行操作。换而言之，EPON MAC层310仅全EPON MAC数据速率进行传输，且不会以任何方式降速率(down-rate)其流量。实际上，在CNU122处，EPON MAC310并不知道上变换的队列包长度值的传输时隙已被OLT102许可(grant)，以至于假定更小的传输时隙值对其可用的情况下，以EPON MAC全数据速率进行传输。

当CNU122的EPON MAC层310从同轴PHY层308接收门帧时，EPONMAC层310依据EPON标准并按照其通常的方法处理门帧，使其正常地遵守。具体地，EPON MAC层310根据包含在门帧中的时间戳更新时间戳寄存器、根据包含在门帧中的起始时间更新时隙开始寄存器(slot start register)、根据包含在门帧中的下变换传输时隙值更新时隙长度寄存器(slot length register)。随后，EPON MAC层310等待所分配的起始时间以开始数据包传输。

当到达所分配的开始时间时，EPON MAC层310以指定的运行EPONMAC数据速率(例如，1Gbps或10Gbps)开始数据包的传输。

图6示出了根据本发明实施例的、上行EPON MAC流量的示例性流程600。示例性流程600发生在图5中所示的过程已被执行之后，参照与上面图3和图5中的HFC网络相同的HFC网络对示例性流程600进行描述。

示例性流程600示出了从CNU122的EPON MAC310层发送到OLT102的EPON MAC层310的EPON MAC流量的相同片段。EPON MAC流量片段可以是单个EPON MAC数据包或具有多个EPON MAC数据包的数据包流。

在EPON MAC层310和CNU122的同轴电缆PHY层308之间，EPON

MAC流量片段位于图6中片段602的时阈中，以指定的运行EPON MAC数据速率(例如，1Gbps或10Gbps)进行传输。如上，EPON MAC层310在操作中假定由OLT102分配的时隙等于包含在门帧中的下变换的传输时隙。

在CNU122的同轴电缆PHY层308和CMC112的同轴电缆PHY层308之间，EPON MAC流量片段位于图6中片段602的时阈中，该EPON MAC流量片段以同轴电缆304实际支持的数据速率进行传输。如上，同轴电缆304的实际支持的数据速率可能低于指定的运行EPON MAC数据速率。但是，由于同轴PHY层308已预先上变换发送到OLT102的报告帧中的包队列长度值，同轴PHY308获得更多的时间通过同轴电缆304发送EPON MAC流量片段到CMC112。

CMC112以同轴电缆304实际支持的数据速率通过同轴电缆304接收EPON MAC流量片段。但是，CMC112必须以指定的运行EPON MAC数据速率通过光纤链路302重新发送EPON MAC流量片段。由于同轴电缆304实际支持的数据速率低于指定的运行EPON MAC数据速率，CMC112不能立即重新发送所接收的EPON MAC流量片段。相应地，实施例中，CMC112缓冲所接收的EPON MAC流量片段，且在预定的延迟后开始以指定的EPON MAC数据速率通过光纤链路302传送EPON MAC流量片段。根据实施例，缓冲可在同轴PHY层308或在CMC112的EPON PHY306中执行。

光纤链路302上的EPON MAC流量片段的传输发生在图6中的片段606的时域中。如上，传输是以指定的运行EPON MAC数据速率完成的。图6中的示例性的段608示出了光纤链路302上的整个流量格式。例如图6中的片段608描绘了整个流量图样，由于在CMC112的缓冲，空闲周期后面是使用周期。通常，光纤链路302的使用百分比大约等于下变换比率，下变换比率用于对CNU122的同轴电缆PHY308处的分配传输时隙值进行下变换。

基于此处的教导，本领域的技术人员应了解，上述实施例的一个或多个步骤可在沿着CNU122的EPON MAC层310和OLT102的EPON MAV层310之间的端到端EPON MCA链路的不同的实体处执行。例如，在上述实施例中，分速率过程(即，队列包长度值的上变换、传输时隙值的下变换等)被描述成在CNU122的同轴PHY层308中执行。但是，本发明不仅仅局限于此。例如，分速率过程的一个或多个步骤可在CMC112的同轴PHY308、在CMC112的EPON PHY306、或在两者中执行(作为在CNU122的同轴PHY层308中执行的附加或替代)。

再者，基于此处的教导，本领域的技术人员应了解，上述实施例能以自适应的方式实施，从而适应条件的变化(例如，传输质量、噪声等)。例如，实施例中，周期性地确定同轴电缆304实际支持的数据速率，分速率过程相应地进行调整。

在其它方案中，HFC网络结构是这样的，CMC112分别通过同轴电缆304连接到多个CNU122，以及通过光纤链路304连接到OLT102。相应地，上述的实施例在每个单独的CNU122的同轴电缆PHY层308中实施。在不同CNU中实施的实施例独立进行操作，每个操作分别基于连接CNU到CMC112的各自的同轴电缆304。因此，不同的CNU能以不同的上行数据速率传输到CMC112。

图7是根据本发明示例性实施例的、用于分速率EPON MAC流量的方法的过程流程图700。过程700可在PHY层中实施。PHY层可以是在上述示例性实施例中描述的同轴电缆PHY层，或是其它介质类型的PHY层(例如，光PHY层，如EPON PHY)。PHY层可以是连接ONU到EPON或到EPON/EPOC混合(即，HFC)网络的PHY。或者，PHY层可设在位于EPON/EPOC网络中的ONU和OLT之间的AMC中。过程700还可由多个位于网络中的不同位置的PHY层执行。

过程700开始于步骤702，步骤702包括，从第一EPON MAC层接收具有包队列长度值的第一控制帧。实施例中，第一控制帧是报告MPCPDU(报告帧)。第一EPON MAC层可以是ONU的MAC层。

步骤704包括，增加第一控制帧中的包队列长度值。实施例中，步骤704包括，基于连接到PHY层的物理介质上实际支持的数据速率上变换包队列长度值。实施例中，根据指定的运行EPON MAC数据速率与介质上实际支持的数据速率的比率(上变换比率)上变换包队列长度值。

随后，步骤706包括，发送具有增加的包队列长度值的第一控制帧到第二EPON MAC层。实施例中，第二EPON MAC层位于管理ONU的OLT中。

步骤708包括，从第二EPON MAC层接收具有传输时隙值的第二控制帧。实施例中，第二控制帧是门MPCPDU(门帧)。

步骤710包括，减小包含在第二控制帧中的传输时隙值。实施例中，步骤710包括，采用与用于在步骤704中上变换第一控制帧的包队列长度值的上变换比率成反比的比率(下变换比率)，下变换传输时隙值。

最后，步骤712包括，转发具有减小的时隙传输值的第二控制帧到第一EPON MAC层。随后，第一EPON MAC层基于减小的时隙传输值但是以正常的EPON数据速率(1Gbps或10Gbps)开始进行数据传输。

如上，IEEE标准为上行和下行通信定义的EPON MAC数据速率都是1Gbps和10Gbps。因此，在HFC网络的EPOC部分(例如，同轴电缆304)不能维持指定的运行EPON MAC数据速率的情况下，必须分速率(sub-rate)下行EPON MAC流量(和上行EPON MAC流量一样)。根据实施例，根据物理介质的可用带宽和/或传输能力对下行EPON MAC流量执行分速率。实施例中，在PHY层中对下行EPON MAC流量执行分速率。执行分速率的PHY层可位于支持端到端EPON MAC链路的通信路径中的任何地方。实施例中，在OLT中(在OLT的EPON MAC中或EPON PHY层中)、CMC中、或两者中对下行EPON MAC流量执行分速率。但是，在一些实施例中，不能在OLT中对EPON MAC流量执行分速率。因此，只能在其它下行处执行分速率，例如，在CMC处。由于是在PHY层中执行分速率，在EPON MAC链路任一端的EPON MAC层无法知晓正在执行分速率，从而将按照常规实施方式依据IEEE标准继续操作。

图8示出了根据本发明实施例的、分速率下行EPON MAC流量的示例性过程。示例性过程800示出的方案中，仅在CMC对下行EPON MAC流量执行分速率。当在OLT处无法执行分速率时，可使用示例性过程800。如图8所示，过程800开始于，OLT102通过光纤链路302以指定的运行EPON MAC数据速率(例如，1Gbps)发送下行流量。

CMC112接收以指定的运行EPON MAC数据速率(例如，1Gbps)从OLT102发送的下行流量。但是，CMC112将不会以大于同轴电缆304实际支持的数据速率(例如，示例过程800中为500Mbps)在同轴电缆304上进行发送。因此，当同轴电缆304实际支持的数据速率低于指定的运行EPON MAC数据速率时，必须在CMC112处丢弃下行流量EPON MAC的一部分。

实施例中，如图8所示，CMC112实施缓冲介质模块(buffer mediatormodule)802和帧缓冲器804。CMC112接收的帧由缓冲介质802处理，从而确定该帧是丢弃，还是发送到缓冲器804以用于在同轴电缆304进行进一步传输。本领域的技术人员应了解，该过程还可在逐包(packet-by-packet)级上执行。

在一定条件下，在CMC112的EPON MAC流量的分速率可在CNU122导致无序包(out-of-order packet)。为了解决该问题，时间戳被插入在CMC112发送的包中，且由CNU122提取以按照需要重新排列接收的包。

图9是根据本发明实施例的、用于分速率下行EPON MAC流量的方法的过程流程图900。例如，过程900可由缓冲介质模块802执行。

过程900开始于步骤902，步骤902包括，确定接收的帧是数据帧(用户数据)还是控制帧(MPCP帧)。

如果接收的帧是控制帧，过程900进行到步骤904，步骤904包括，确定是否超过控制帧阈值。实施例中，当达到缓冲器的第一预定义等级时(即，缓冲器被填满到或超过第一预定义等级)，则超过控制帧阈值。如果已经超过控制帧阈值，控制帧在步骤908中被丢弃。否则，控制帧在步骤910中被发送到帧缓冲器。

以类似的方式，如果接收的帧是数据帧，处理过程900进行到步骤906，步骤906包括，确定是否超过数据帧阈值。实施例中，当达到缓冲器的第二预定义等级时(即，缓冲器被填满或超过第二预定义等级)，则超过数据帧阈值。如果已经超过数据帧阈值，数据帧在步骤912中被丢弃。否则数据帧在步骤910中被发送到帧缓冲器。

通常，以比接收数据帧低的数据速率接收控制帧，且控制帧的重要性一般都高于数据帧的重要性。相应地，实施例中，为了确保控制帧被丢弃的频率小于数据帧被丢弃的频率，配置缓冲器的第一预定义等级(其确定是否超过控制帧阈值)高于缓冲器的第二预定义等级(其确定是否超过数据帧阈值)。

基于此处的教导，本领域的技术人员应了解，可修改过程900以适应除了控制和数据帧外的OAM(操作、管理和维护)帧。或者，OAM帧可被视为过程900中的控制帧。

以上在阐述特定功能和其关系的实现的功能构件的帮助下已经描述实施例。此处，为了描述的便利，这些功能构件的边界已经确定。只要适当地执行特定的功能和其关系，可以确定替代性的边界。

特定实施例的前述描述将充分揭示本发明的一般性，以致于通过应用本领域技术人员的知识，在没有过多的实验的情况下、其他人可以为各种应用容易地修改和/或适应性调整上述特定的实施例，而不背离本发明的一般概念。因此，基于此处呈现的教导和引导，这些调整和修改应该在公开实施例的含义和等效变换范围内。应该理解的是，此处的措辞和术语用于说明目的而不是限制目的，从而本说明书的术语或措辞将由技术人员根据教导和引导作出解释。

本发明的实施例的宽度和范围不应该受任一上述示范性实施例的限制，而应该仅仅依照权利要求和它们的等效变换来确定。

相关申请的交叉引用

本专利申请享有2011年5月5日申请的、申请号为No.61/472,017的美国临时专利申请的优先权(代理案卷号为No.12/2875.5540000)，且本专利申请与2010年9日申请的、申请号为No.12/878,643的美国临时专利申请有关，该美国临时专利申请享有2009年9月9日申请的、申请号为No61/240,935的美国临时专利申请和2010年2月22日申请的、申请号为No.61/306,745的美国临时专利申请的优先权，上述全部专利申请以引用的方式整体并入到本申请中。

Claims (10)

1.一种用于对通信链路上的以太网无源光网络(EPON)介质访问控制(MAC)流量进行分速率的方法，其特征在于，所述方法包括：

从第一EPON MAC层接收具有包队列长度值的第一控制帧；

增加所述第一控制帧中的所述包队列长度值；

发送具有所述增加的包队列长度值的所述第一控制帧到第二EPON MAC层；

从所述第二EPON MAC层接收具有传输时隙值的第二控制帧；

减小所述传输时隙值；以及

转发具有所述减小的时隙传输值的所述第二控制帧到所述第一EPONMAC层。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所示第一EPON MAC层位于光网络单元(ONU)中。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二EPON MAC层位于光链路终端(OLT)中。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述增加步骤包括，根据所述通信链路实际支持的数据速率和指定的运行EPON MAC数据速率中的至少一个，上变换所述包队列长度值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，基于所述增加的包队列长度值确定所述传输时隙值。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述减小步骤包括，根据所述通信链路实际支持的数据速率和指定的运行EPON MAC数据速率中的至少一个，下变换所述传输时隙值。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述减小步骤包括，以与所述包队列长度值的所述上变换成反比的方式，下变换所述传输时隙值。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

以所述指定的运行EPON MAC数据速率从所述第一EPON MAC层接收数据包；以及

以所述通信链路所述实际支持的数据速率在所述通信链路上发送所述数据包。

9.一种物理层(PHY)芯片，其特征在于，包括：

介质访问控制(MAC)接口，用于与第一以太网无源光网络(EPON)MAC层进行通信；

拦截模块，用于拦截来自所述第一EPON MAC层的第一控制帧和增加所述第一控制帧中的包队列长度值；

收发模块，用于发送所述第一控制帧到第二EPON MAC层。

10.一种用于对下行以太网无源光网络(EPON)介质访问控制(MAC)流量进行分速率的方法，所述方法包括：

接收帧；

确定所述接收的帧是数据帧还是控制帧；

如果所述接收的帧是控制帧且已超过控制帧阈值，则丢弃所述接收的帧；及

如果所述接收的帧是数据帧且已超过数据帧阈值，则丢弃所述接收的帧。

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