CN102883234A - 一种以太网无源光网络中的光网络单元注册方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种以太网无源光网络系统中光网络单元注册方法及其装置，其中，OLT向ONU提供可用于其确定其注册位序的配置信息，ONU根据所述配置信息确定其授权时隙内的时间位置、发起注册请求。OLT通过在其周期性的注册开窗授权消息将所述配置信息发送给ONU，其配置信息可包括注册开窗授权中可用的时隙或子时隙数、ONU数量、ONU在线状态位置序列等，如此，可减少各ONU之间的注册冲突，提高注册成功的机会。

Description

一种以太网无源光网络中的光网络单元注册方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种EPON(以太网无源光网络)系统下的的光网络单元注册方法及其装置。

背景技术

无源光网络(PON)技术是为了支持点到多点应用发展起来的光接入技术，PON由光线路终端(OLT)、光网络单元(ONU)和光分配网络(ODN)组成。其本质特征为ODN全部由无源器件组成，无源的特性使得网络布放更加灵活，无需机房和电源等，共享光纤的特性能够节省大量的光纤资源，使得接入网线路成本更低，而纯光介质的结构，透明的光纤宽带网络，使得对未来业务扩展保持了技术的安全性。

2000年11月，IEEE(美国电气和电子工程师协会)成立了802.3EFM(第一英里以太网)工作组，开始了EPON(以太网无源光网络)的技术标准化工作，并于2004年6月正式批准802.3ah为EPON千兆以太网无源光网络标准。

在EPON系统中，最开始的也是至关重要的一步就是要解决ONU的加入注册问题.为实现EPON系统良好的可扩展性和方使的操作维护管理，在系统开通运行后，随业务发展需要增加新的ONU(包括故障修复后的ONU要重新加入到系统)时，希望这些ONU能够自动地加入而不影响正常工作的ONU.因此ONU的自动加入注册成为EPON系统的关键技术之一。

通常，在EPON系统中，OLT每隔一定时间向系统内各个ONU广播发送注册开窗授权(Discovery GATE)帧，新的ONU收到该帧后，在开窗授权时隙内向OLT发送注册请求(REGISTER_REQ)帧，OLT接收到前述ONU发出的注册请求帧后，以广播LLID向该ONU发送注册(REGISTER)帧，ONU收到注册帧后，等待OLT的注册确认授权帧以发送注册确认(REGISTER_ACK)帧，通知OLT其注册成功。

然而，当EPON系统中有多个ONU等待加入时，前述ONU加入注册过程就有可能引起注册冲突，各等待加入的ONU在收到注册开窗授权后，在开窗授权时隙内向OLT发送注册请求帧。但是，由于此时各ONU随即选择注册发起时间、而且没有进行测距，就不能有效地保证各注册请求帧之间的间隔，而可能发生帧的混叠，导致FCS校验错误，产生注册冲突。

当ONU在发出注册请求帧的一段时间内，没有收到OLT发给自己的注册帧时，此ONU认为自己发生注册冲突，通常可以通过下面两种方法解决：

(1)随机延迟时间：发生注册冲突时，发生冲突的ONU仍然每次都响应注册开窗授权，但是在响应开窗时随机延迟一定时间(但保证ONU随机延迟后的应答仍然可以落在开窗内).采用随机延迟时间的方法可以缩短ONU加入系统的时间，但是由于需要给冲突的ONU留出一定的富余，使得它们在冲突并延迟一段时间后仍能落在注册授权时隙允许的范围内，所以需要增大开窗授权时隙的长度，这样会降低系统的带宽利用率，从而导致整个系统效率的降低.

(2)随机跳过周期：发生注册冲突时，发生冲突的ONU随机跳过若干个注册开窗授权后才重新响应，如果注册开窗授权的周期为1s，那么发生冲突的ONU可随机延时1～8s(系统可配置)，然后继续等待注册开窗授权.采用随机跳过开窗的方法比随机延迟时间需要多花一些时间。

无论采用上述何种方式解决注册冲突，其对于ONU加入时间、或系统带宽利用率都存在一定的影响。

发明内容

鉴于现有技术存在上述问题，本发明旨在提供一种改进后的EPON系统中ONU注册技术方案。

根据本发明的一个方面，这里提供一种以太网无源光网络系统中光网络单元注册方法，包括如下步骤：OLT向ONU提供可用于其确定其注册位序的配置信息；ONU根据所述配置信息确定其授权时隙内的时间位置、发起注册请求。

根据本发明的另外一个方面，这里提供一种光网络终端中辅助光网络单元注册的方法，包括如下步骤：决定可用于ONU确定其注册位序的配置信息；将所述信息提供给ONU。

根据本发明的另外一个方面，这里提供一种光网络终端OLT，包括：配置装置，用于决定可用于ONU确定其注册位序的配置信息；发送装置，用于将所述配置信息提供给ONU。

根据本发明的另外一个方面，这里提供一种光网络单元中用于注册的方法，包括如下步骤：确定其注册位序；根据所述注册位序在其对应的授权时隙内的时间位置发起注册请求。

根据本发明的另外一个方面，这里提供一种光网络单元ONU，包括：计算装置，用于确定其注册位序；注册装置，根据所述注册位序在其对应的授权时隙内的时间位置发起注册请求。

采用本发明提供的技术方案，OLT可利用其对当前系统中ONU在线状态的了解来生成配置信息提供给ONU，如此，非在线ONU可按照一定的位序进行注册，从而可提高注册成功的机会、减少了ONU之间的注册冲突。

附图说明

通过下面提出的结合附图的详细描述，本发明的特征、性质和优点将变得更加明显，附图中相同的元件具有相同的标识，其中：

图1是本发明所提供的EPON系统结构示意图例；

图2是本发明所提供的一种注册开窗授权消息实施例之一；

图3是本发明所提供的一种注册开窗授权消息实施例之二；

图4是本发明所提供的EPON系统下ONU自动加入过程示意图例之一；

图5是本发明所提供的EPON系统下ONU自动加入过程示意图例之二；

图6是本发明所提供的EPON系统下ONU注册时隙分配示意图例之一。

图7是本发明所提供的EPON系统下ONU注册时隙分配示意图例之二。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的优选实施方式进行详细的说明。

图1是本发明所提供的EPON系统结构示意图例，系统包括：OLT以及通过分光器连接的若干光网络单元ONU0、ONU1......ONUn，一些新连接或掉电的ONU在加入系统前，首先需要向OLT进行注册。本例中EPON系统可为每个ONU分配一个对应的序列号(SN)，例如，ONU0对应的序列号为0，ONU1对应的序列号为1......ONUn对应的序列号为n，这些序列号可被预先配置到每个ONU，由此，OLT可维护一个ONU列表，它维护系统下所有ONU的MAC地址、序列号、ONU在线状态等信息。OLT可通过某种方式向各ONU提供可用于其确定其注册位序的配置信息，如此，在OLT每隔一定时间向系统内各个ONU广播发送目的地址为注册开窗授权(Discovery GATE)帧之后，这些新的ONU收到该帧后，可根据前述配置信息在指定授权时隙内时间位置发起注册请求(REGISTER_REQ)帧，从而减少ONU之间的注册冲突。

根据本发明所提供的一种实施方式，前述可用于ONU确定其注册位序的配置信息也可通过系统予以动态配置，例如：OLT可通过在前述注册开窗授权(Discovery GATE)帧将前述可用于ONU确定其注册位序的信息发送给ONU。本领域技术人员可以理解，前述配置信息也可由系统离线配置在系统内各ONU中或通过其他方式进行配置。

图2是本发明所提供的一种注册开窗授权消息实施例，该消息的内容包括DA(目的地址)、SA(源地址)、Length/Type(长度/类型)、OpCode(操作代码)、TimeStamp(时间戳)之外，还包括：用于ONU发现注册的授权个数(Numberof Grants)，这里指定为1、授权开始时间(Grante Start Time)和授权长度(Grant Length).该消息还具有31个字节未使用的PAD域，利用该域可传送前述可用于ONU确定其注册位序的配置信息，配置信息可包括：授权时隙内可用的子时隙数量q，ONU数量、ONU在线状态位置序列，其中：

OLT可使用其中的1个字节表示前述授权时隙内可用的子时隙数量q，OLT在确定子时隙数量q时，可参考EPON系统中非在线ONU数量m及注册冲突情况，可定义如下：q＝m/k，(k＝1，2，...)，如果ONU间存在较多的注册冲突，OLT可选择较小的系数k，例如k＝1，系统将不发生注册冲突，而在下一发现轮中，OLT可选择较大的系数k，例如k＝3，4，5，如此将减少子时隙数量和缩短授权时隙，提高自动发现的效率。

OLT可使用其中的1个字节表示ONU数量(在线与非在线ONU)，使得ONU可确定其在ONU在线状态位置序列中的具体位置。

OLT可使用其他字节来表示ONU在线状态位置序列，可以ONU序列号来顺序定义所有ONU的在线状态位置序列，在注册开窗授权帧的约定字段区域，利用位(Bit)状态来标记相应ONU的在线状态，例如该约定字段区域第5位表示ONU5的在线状态，该位以0表示该ONU为非在线状态，以1表示该ONU为在线状态。本领域技术人员可以理解，这里的ONU在线状态位置序列也可采用其它方式予以表述，只要ONU根据该表述方式可以还原出其自身于该状态位置序列中的位置。

进一步地，OLT为了解决这些新的ONU对有限子时隙数量q的公平竞争，在前述相关信息还可进一步包括一个Hash算法指示，新的ONU根据该算法指示可计算出自身在开窗授权时隙内其应该使用哪个子时隙发起注册请求帧，以保证所有非注册ONU可公平地获得该授权开窗时隙内的注册机会，同时也避免该注册机会的浪费。

值得说明的是，OLT在确定注册开窗授权长度时，可参考子时隙数量q及子时隙容许长度，为了保证各ONU注册请求帧之间的间隔，减少可能发生帧的混叠，子时隙容许长度可为：最大RRT(往返时间)/2+REGISTER_REQ帧的传输时间，一般说来，OLT知道所有ONU中的最大RTT；如果OLT不知道，它可在发现该最大RRT使用EPON标准定义的最大RTT(200μs)，如此可决定注册开窗时隙长度。

图4是本发明所提供的EPON系统下ONU自动加入过程示意图例；

步骤S401，OLT每隔一段时间向系统各个ONU广播发送目的地址为广播LLID的注册开窗授权(Discovery GATE)帧，OLT发送注册开窗后，等待ONU的应答，一旦发现有ONU应答，则自动运行ONU加入的各个步骤；如果没有应答，那么在一段时间后重新发送。

根据本发明所提供的一种实施方式，结合图例2所提供的实施例，OLT可通过前注册开窗授权帧将前述可用于ONU确定其注册位序的配置信息发送给ONU，这里不再累述。

步骤S402，新的ONU收到注册开窗授权帧后，根据相关配置信息可确定其注册位序，在开窗授权分配的时间内在确定的位序时刻向OLT发送REGISTER_REQ(REGISTER_REQ)帧，并等待接收OLT发送的注册帧(REGISTER).

根据本发明所提供的一种实施方式，ONU通过前述注册开窗授权帧中的授权时隙内可用的子时隙数量q、ONU数量、ONU在线状态位置序列获知自己是第几个非在线ONU，按照获得的(或其他方式约定的)Hash算法指示，它可计算出自己发起注册请求的位序。以ONU5为例，它是位置序列中第5个非在线ONU，假定子时隙数量为4，以简单的取模算法(MODE)计算，ONU5按照前述参数可确定自己占用第1个子时隙、进而可知道在开窗授权起始时间后的第1个子时隙开始发送自己的注册请求帧。

步骤S403，OLT接收到ONU发出的注册请求帧后，其系统软件为该ONU分配一个ONU ID(标识)，然后以广播LLID向该ONU发送注册帧，目的MAC地址指向该ONU。

步骤S404，在发送了注册帧后，OLT为注册确认帧发送注册确认帧授权(GRANT)，并等待该ONU发出的注册确认(REGISTER_ACK)帧，该授权在OLT认为ONU注册失败前始终有效.如果OLT在发出注册确认帧授权后一段时间内没有收到该ONU发出的注册确认帧，那么OLT认为该ONU注册失败，向该ONU发送要求其重新注册的信息。

步骤S405，ONU收到注册帧后，用新分配的ONU ID覆盖原来的ONU ID，同时等待OLT的注册确认帧授权以发送注册确认(REGISTER_ACK)帧，通知OLT新ONU ID刷新成功，同时等待最小带宽授权，如果ONU在发送了注册确认帧后一段时间内还没有收到OLT发出的最小带宽授权，那么ONU认为自己注册失败，ONUID自动复位，重新等待注册授权。

步骤S406，OLT在发送注册确认帧授权后的一段时间内收到ONU的注册确认帧，那么OLT认为该ONU刷新ONU ID完成，该ONU注册成功，发出的最小带宽授权，否则认为ONU注册失败。

至此，OLT与ONU之间的通道建立，图6即是本发明所提供的EPON系统下ONU注册时隙分配示意图，OLT在发出注册开窗授权帧之后，非在线的ONU1、ONU2、......ONUn根据其中授权时隙内可用的子时隙数量q，ONU在线状态位置序列等信息确定其注册位序，ONU5确定其在第1个子时隙、ONU1确定其在第2个子时隙、ONU2确定其在第q个子时隙；之后，上述非在线ONU在授权时隙内确定的子时隙位置时刻依次发起注册请求，各ONU与OLT之间的距离不同，注册请求到达OLT所用的时间也不同，其中，ONU5的REGISTER_REQ帧传输时间最长，由于OLT在确定子时隙数量及授权时隙长度时，从分考虑到各ONU注册请求帧之间的间隔，减少可能发生帧的混叠，ONU5与ONU1之间的注册请求不会产生混叠。

图3是本发明所提供的另外一种注册开窗授权消息实施例，区别于图例2中的注册开窗授权消息，其用于ONU发现的时隙授权数量q(Number of Grants)可以为多个，以及分别对应于前述授权个数的授权开始时间1(Grante StartTime1)和授权长度1(Grant Length1)、授权开始时间2和授权长度2......，该消息还具有31个字节未使用的PAD域，利用该域可传送前述可用于ONU确定其注册位序的如下信息：ONU数量、ONU在线状态位置序列，其中：

OLT可使用其中的1个字节表示ONU数量(包括：在线与非在线ONU)，以用于ONU确定其在ONU在线状态位置序列中的具体位置。

OLT可使用其他字节来表示ONU在线状态位置序列，可按照ONU序列号来定义所有ONU的在线状态位置序列，在注册开窗授权帧的某个约定字段域，利用位(Bit)状态来标记相应ONU的在线状态，例如该字段第5位表示ONU5的在线状态，该位以0表示该ONU为非在线状态，以1表示该ONU为在线状态。本领域技术人员可以理解，这里的ONU在线状态位置序列也可采用其它方式予以表述，只要ONU根据该表述方式可以还原出其自身于该状态位置序列种的位置。

为了解决这些新的ONU对有限授权时隙数量q的公平竞争，在前述相关信息还可进一步包括一个Hash算法指示，新的ONU根据该算法指示可计算出其对应的授权时隙位置、发起注册请求的帧，以保证所有非在线ONU可公平地获得该注册开窗授权所提供的有限注册机会，同时也避免该注册机会的浪费。

值得说明的是，OLT在确定授权时隙数量q时，可参考EPON系统中非在线ONU数量m及注册冲突情况，可定义如下：q＝m/k，(k＝1，2，...)，如果ONU间存在较多的注册冲突，OLT可选择较小的系数k，例如k＝1，系统将不发生注册冲突，而在下一发现轮中，OLT可选择较大的系数k，例如k＝3，4，5，如此将缩短授权时隙，提高自动发现的效率

此外，为了保证各ONU注册请求帧之间的间隔，减少可能发生帧的混叠，注册开窗授权消息中的授权长度1、2......可为：最大RRT(往返时间)/2+REGISTER_REQ帧的传输时间，一般说来，OLT知道所有ONU中的最大RTT；如果OLT不知道，它可在发现该最大RRT使用EPON标准定义的最大RTT(200μs)，如此可决定注册开窗时隙长度。

图5是本发明所提供的另外一种EPON系统下ONU自动加入过程示意图例，区别于图例4中提供的ONU自动加入过程，其中：

步骤S501中，OLT向系统各个ONU广播发送目的地址为广播LLID的注册开窗授权(Discovery GATE)帧，它提供若干个授权时隙以及可用于ONU确定其注册位序的配置信息：ONU数量、ONU在线状态位置序列、以及Hash算法指示。

步骤S502中，新的ONU收到注册开窗授权帧后，根据相关配置信息确定其注册位序，在开窗授权分配的时间内在指定的位序时刻向OLT发送REGISTER_REQ(REGISTER_REQ)帧，并等待接收OLT发送的注册帧(REGISTER)。

根据本发明所提供的一种实施方式，ONU通过前述注册开窗授权帧中的授权时隙内ONU在线状态位置序列获知自己是第几个非在线ONU，按照获得的(或其他方式约定的)Hash算法指示，它可计算出自己发起注册请求的位序，以ONU5为例，它是位置序列中是第5个非在线ONU，假定OLT所提供的授权时隙数量为4，以简单的取模算法(MODE)计算，ONU1按照前述参数可确定自己占用第1个授权时隙，进而可知道在授权开始时间1时刻开始发送自己的注册请求帧。

步骤S503，OLT接收到ONU发出的注册请求帧后，其系统软件为该ONU分配ONU ID，然后以广播LLID向该ONU发送注册帧，目的MAC地址指向该ONU。

步骤S504，在发送了注册帧后，OLT为注册确认帧发送注册确认帧授权(GRANT)，并等待该ONU发出的注册确认(REGISTER_ACK)帧，该授权在OLT认为ONU注册失败前始终有效.如果OLT在发出注册确认帧授权后一段时间内没有收到该ONU发出的注册确认帧，那么OLT认为该ONU注册失败，向该ONU发送要求其重新注册的信息。

步骤S505，新ONU收到注册帧后，用新分配的ONU ID覆盖原来的ONU ID，同时等待OLT的注册确认帧授权以发送注册确认(REGISTER_ACK)帧，通知OLT新ONU ID刷新成功，同时等待最小带宽授权.如果ONU在发送了注册确认帧后一段时间内还没有收到OLT发出的最小带宽授权，那么ONU认为自己注册失败，ONUID自动复位，重新等待注册授权。

步骤S506，OLT在发送注册确认帧授权后的一段时间内收到ONU的注册确认帧，那么OLT认为该ONU刷新ONU ID完成，该ONU注册成功，发出的最小带宽授权，否则认为ONU注册失败。

至此，OLT与ONU之间的通道建立。图7即是本发明所提供的EPON系统下ONU注册时隙分配示意图，OLT在发出注册开窗授权帧之后，非在线的ONU1、ONU2、......ONUn根据其中的授权时隙信息以及可用于ONU确定其注册位序的相关配置信息，例如：ONU数量、ONU在线状态位置序列等信息确定其注册位序，这里，ONU5确定其在第1个授权时隙、ONU1确定其在第2个授权时隙、.....ONU2确定其在第4个授权时隙；之后，上述非在线ONU分别在前述授权时隙指定的起始时刻授权起始时间1、授权起始时间2...授权起始时间4依次发起注册请求，各ONU与OLT之间的距离不同，注册请求到达OLT所用的时间也不同，其中，ONU5的REGISTER_REQ帧传输时间最长，由于OLT在确定授权时隙长度时，从分考虑到各ONU注册请求帧之间的间隔，减少可能发生帧的混叠，ONU5与ONU1之间的注册请求不会产生混叠。

尽管上述说明为本发明提供了一些实施例，并非用来限定本发明的保护范围，结合这里所公开实施例描述的方法或算法的步骤可能直接包含在硬件中，由处理器执行的软件模块中或在两者当中，本技术领域的专业人员可以在不脱离本发明的范围和精神的前提下，对实施例进行各种修改，这种修改均属于本发明的范围内。

Claims (19)

1.一种以太网无源光网络系统中光网络单元注册方法，包括如下步骤：

步骤A1.OLT向ONU提供可用于其确定其注册位序的配置信息；

步骤B1.ONU根据所述配置信息确定其授权时隙内的时间位置、发起注册请求。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤A1中OLT通过注册开窗授权消息将所述配置信息发送给ONU。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述A1中，OLT在所述注册开窗授权消息中提供若干个授权时隙，步骤B中，ONU根据所述配置信息确定其对应的授权时隙时间位置、发起注册请求的。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述A1中，OLT在所述注册开窗授权消息中将一个授权时隙定义为若干个定长的子时隙，步骤B1中，ONU根据所述配置信息确定授权时隙内其对应的子时隙时间位置、发起注册请求。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于所述步骤A1中所述配置信息至少包括：授权时隙内可用的子时隙数、ONU数量、ONU在线状态位置序列。

6.如权利要求1至5任一权项所述的方法，其特征在于所述步骤A1中所述配置信息进一步包括用于用于解决ONU对所述授权时隙、或子时隙的公平竞争的Hash算法指示。

7.一种光网络终端中辅助光网络单元注册的方法，包括如下步骤：

步骤A2，决定可用于ONU确定其注册位序的配置信息；

步骤B2，将所述配置信息提供给ONU。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于所述步骤B2中OLT将所述配置信息封装在注册开窗授权消息中进行广播。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于所述步骤B2中，OLT在所述注册开窗授权消息中提供若干个授权时隙，所述配置信息至少包括：ONU数量、ONU在线状态位置序列。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于所述步骤B2中，OLT在所述注册开窗授权消息中将一个授权时隙定义为若干个定长的子时隙，所述配置信息至少包括：授权时隙内可用的子时隙数量、ONU数量、ONU在线状态位置序列。

11.如权利要求8至10任一权项所述的方法，其特征在于所述步骤A2中所述配置信息进一步包括用于解决ONU对所述子时隙的公平竞争的Hash算法指示。

12.一种光网络终端OLT，其特征在于包括：

配置装置，用于决定可用于ONU确定其注册位序的配置信息；

发送装置，用于将所述配置信息提供给ONU。

13.如权利要求12所述的光网络终端，其特征在于所述发送装置将所述配置信息封装在注册开窗授权消息中发送给ONU。

14.一种光网络单元中用于注册的方法，包括如下步骤：

步骤A3，确定其注册位序；

步骤B3，根据所述注册位序在其对应的授权时隙内的时间位置发起注册请求。

15.如权利要求14所述的装置，其特征在于所述步骤A3中，ONU根据来自OLT的注册开窗授权消息的配置信息确定其注册位序。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于所述步骤B3中，ONU根据所述配置信息确定确定其对应的授权时隙时间位置、发起注册请求。

17.如权利要求15所述的方法，其特征在于所述步骤B3中，ONU根据所述配置信息确定在一个授权时隙内其对应的子时隙时间位置、发起注册请求。

18.一种光网络单元ONU，其特征在于包括：

计算装置，用于确定其注册位序；

注册装置，根据所述注册位序在其对应的授权时隙内的时间位置发起注册请求。

19.如权利要求18所述的光网络单元，其特征在于所述计算装置根据来自OLT的注册开窗授权消息的配置信息确定其注册位序。

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