CN104541518A - 一种构建基于同轴网络的以太网无源光网络(PON)(EPoC)的同轴汇聚层的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种包括数据成帧器的装置，所述数据成帧器包括物理层协议堆栈，所述物理层协议堆栈包括：同轴电缆汇聚层；紧挨所述汇聚层的同轴电缆成帧层，其中，所述同轴电缆成帧层用于在同轴电缆网络中拆分和组装数据包；紧挨所述同轴电缆成帧层的同轴电缆编码层，其中，所述同轴电缆编码层用于保护同轴电缆传输免受损害；紧挨所述同轴电缆编码层的同轴电缆调制层，其中，所述同轴电缆调制层用于根据同轴电缆物理层(PHY)调制数据；以及，紧挨所述同轴电缆调制层并且用于连接同轴网络的电介质的射频层。

Description

一种构建基于同轴网络的以太网无源光网络(PON)(EPoC)的同轴汇聚层的方法和装置

相关申请案交叉申请

本申请要求于2012年6月5日由方李明等人提交的发明名称为“一种构建基于同轴网络的以太网无源光网络(PON)(EPoC)的同轴汇聚层的方法和装置”的第61/655,808号美国临时专利申请的在先申请优先权，其全部内容通过引用结合到本申请中。

关于由联邦政府赞助研究或开发的声明研究或开发

不适用

参考缩微胶片附录

不适用

背景技术

无源光网络(PON)是一种用于提供“最后一英里”网络接入的系统。PON是由中心局处的光线路终端(OLT)、光分配网络(ODN)以及客户驻地处的多个光网络单元(ONU)组成的点对多点(P2MP)网络。以太网无源光网络(EPON)是由电气和电子工程师协会研究所(IEEE)开发并在IEEE 802.3ah和802.3av中定义的一种PON标准，所述两种协议均以引入方式并入本申请中。OLT实现EPON介质访问控制(MAC)层，以进行以太网帧传输。多点控制协议(MPCP)执行带宽分配、带宽轮询、自动发现和测距。基于嵌入前导帧中的逻辑链路标识符(LLID)向下行广播以太网帧。基于OLT与ONU之间的门和报告消息交换来分配上行带宽。

同轴以太网(EoC)是可用于通过统一光同轴网络传输以太网帧的所有技术的总称。该名称来源于：除了电缆数据服务接口规范(DOCSIS)，所有这些技术的共同点是以太网帧在MAC层中传输。存在不同的EoC技术，包括同轴电缆多媒体联盟(MoCA)、G.hn(国际电信联盟(ITU)开发并由HomeGrid论坛推广的家庭网络技术标准族的总称)、HomePNA联盟(HPNA)，以及家庭插头音频/视频(A/V)，它们已被调整用于提供从ONU至连接到位于用户家中的客户驻地设备(CPE)的EoC头端的室外同轴(同轴电缆)接入。

越来越多用户要求使用EPON作为接入系统与多条同轴电缆互连以利用基于同轴网络的以太网PON(EPoC)架构来终止位于用户家中的同轴网络单元(CNU)。因此，在本领域中，需要一种方法和系统，以便为同轴上行和下行传输提供端对端光纤，包括调度和维护从OLT至CNU的服务质量(QOS)或服务水平协议(SLA)。

发明内容

在一个实施例中，本发明包括一种包含数据成帧器的装置，所述数据成帧器包括物理层协议堆栈，所述物理层协议堆栈包括：同轴电缆汇聚层；紧挨所述汇聚层的同轴电缆成帧层，其中所述同轴电缆成帧层用于拆分和组装同轴电缆网络中的数据包；紧挨所述同轴电缆成帧层的同轴电缆编码层，其中所述同轴电缆编码层用于保护同轴电缆传输免受损害；紧挨所述同轴电缆编码层的同轴电缆调制层，其中所述同轴电缆调制层用于根据同轴电缆物理层(PHY)调制数据；以及，紧挨所述同轴电缆调制层的射频层，用于连接到用于同轴网络的电介质。

在另一个实施例中，本发明包括一种用于构建同轴(同轴电缆)汇聚层的装置，所述同轴汇聚层包括：多个帧缓冲器；下行帧路由器，其中所述下行帧路由器用于从EPON PHY接收下行帧并将下行MPCP帧和下行数据帧路由至不同帧缓冲器中；连接到所述下行帧路由器的MPCP转换器，其中所述MPCP转换器用于将MPCP门帧转换成以物理资源块(PRB)方式表示的用于同轴电缆PHY的上行链路带宽分配，生成上行链路介质分配计划(UL-MAP)；以及，连接到所述下行帧路由器和所述MPCP转换器的PRB分配器，其中所述PRB分配器用于为所述下行MPCP帧和所述下行数据帧分配下行链路PRB，生成下行链路介质分配计划(DL-MAP)，为所述同轴PHY构造下行同轴电缆帧，其中所述下行同轴电缆帧包括所述DL-MAP、所述UL-MAP和携带所述下行MPCP帧和所述下行数据帧的数据有效载荷。

在另一个实施例中，本发明包括一种方法，所述方法包括：从OLT接收门消息，其中所述门消息包括LLID、授权起始时间和授权长度；基于所述授权开始时间计算上行链路符号偏移；基于所述上行链路符号偏移计算上行链路符号编号；在上行链路PRB表中，搜索所述上行链路符号编号中的空PRB；根据所述门消息中指定的授权长度向所述LLID分配上行链路PRB。

根据结合附图和权利要求阅读以下具体实施方式，为了更清楚地理解这些和其它特性，以下将结合附图和权利要求书对其进行详细描述。

附图说明

为了更完整地理解本发明，请结合附图和具体实施例参考以下附图说明，其中相似的附图标号表示相似的部件。

图1是根据本发明的一个实施例的统一光同轴网络的示意图。

图2是同轴电缆汇聚层协议栈的一个实施例的示意图。

图3是同轴电缆汇聚层协议栈的另一个实施例的示意图。

图4是同轴汇聚层中下行通信的一个实施例的示意图。

图5是同轴汇聚层中上行通信的一个实施例的示意图。

图6是用于EPoC网络中上行数据处理的方法的一个实施例的协议图。

图7是同轴介质分配计划(MAP)结构的一个实施例的示意图。

图8是将以太网帧流分片成固定长度PRB的一个实施例的示意图。

图9示出根据本发明实施例的从门消息至UL-MAP的转换。

图10是同轴上行帧分配的一个实施例的示意图。

图11是EPoC PHY上行帧格式的一个实施例的示意图。

图12是PRB表的一个实施例。

图13是门转换方法的一个实施例的流程图。

图14是同轴下行帧分配的一个实施例的示意图。

图15是EPoC PHY下行帧格式的一个实施例的示意图。

图16是DL-MAP生成方法的一个实施例的流程图。

图17是网元的一个实施例的示意图。

具体实施方式

首先应理解，尽管以下对一个或多个实施例的实现方式进行了举例说明，但所公开的系统和/或方法可通过任何数目的已知或现有技术实现。本发明决不限于以下阐述的实现方式、附图和技术，包括图示和说明的典型设计和实现方式，而是可以在所附权利要求及其同等替代的范围内进行修改。

EPoC系统是同时采用光学和同轴技术的混合接入网络。它由两段组成：主要是PON的光段，以及同轴电缆网络的同轴段。在PON段中，OLT驻留在本地交换机或中心局中，其中OLT将EPoC接入网络连接至因特网协议(IP)骨干网。在同轴段中，CNU可以位于终端用户位置处，并且每个CNU通常服务三至四个终端用户，其中终端用户也被称为订户。同轴介质转换器(CMC)合并网络的PON段与同轴段之间的接口。CMC是一种单箱单元，其可以位于ONU与同轴线路终端(CLT)融合在一起的位置处，通常在路边或在公寓楼的地下室处。因此，CMC负责处理端至端光纤至同轴上行和下行传输、调度，维护QOS或SLA。

一些EPoC实施例包括在频分双工(FDD)模式下操作的包中继器和/或处于时分双工(TDD)模式的基于桥接器的架构。在包中继器架构中，EPON帧从EPONPHY传递至EPoC PHY，而CMC处没有内部突发缓冲器。因此，这种架构无法支持突发中继器功能。在基于桥接器的架构中，CMC由两个完整MAC，即EPON MAC和EPoC MAC组成，其中EPoC调度器管理EPON至EPoC的QOS或SLA。这种架构的缺点是由于两阶段调度和更高管理开销造成的较高延迟。

通过将所有EPON MPCP功能从OLT扩展至CNU，将EPON MPCP消息从光学域转换成特定消息以实现与同轴电缆域中的PHY进行通信，在上行和下行方向上转发数据包，本发明公开了一种构建EPoC系统中同轴汇聚层的方法、装置和/或系统。在一个实施例中，该系统中的同轴电缆部分可采用正交频分多址(OFDMA)调制和多路复用方法来在CMC与CNU之间建立通信链路。在另一个实施例中，该方法可通过将MPCP门消息从OLT转换成CNU的介质分配计划(MAP)消息来动态地管理带宽分配。在另一个实施例中，该方法可以向LLID或CNU分配PRB以支持利用动态或预定义的比特加载模板的多CNU上行和下行传输。在另一个实施例中，该方法可以解耦光和同轴电缆定时域，从而简化线缆条件发生变化情况下的自适应定时调整。在另一个实施例中，该系统可以包括内部突发帧缓冲器，因此可以用于具有包中继器功能或突发中继器功能的FDD模式下，或基于TDD的正交频分复用(OFDM)方案中。

本发明的系统的优势包括IEEE 802.3av中所定义的EPON MPCP信令协议，所述协议可以扩展支持EPoC网络而保持EPON OLT和EPoC CNU不变。本发明的系统还可以支持传统的EPON ONU和CNU共存于EPoC架构中，EPON LLID可以用于在上行和下行帧中分配特定EPoC调制模板。

应注意，在本发明中，术语CMC、光纤同轴单元(FCU)、光同轴转换器单元(OCU)和CLT是等效的并且可互换使用。

图1示出包括光部分150和同轴(电)部分152的统一光同轴网络100的一个实施例。统一光同轴网络100可包括OLT 110、连接到多个订户设备140和120的至少一个CNU 130，以及定位在OLT 110与CNU 130之间，例如光部分150与同轴部分152之间的CMC 120。OLT 110可通过光分配网络(ODN)115连接到CMC 120，并且可选地连接到一个或多个ONU(未示出)，或光部分150中的一个或多个混合光纤同轴(HFC)节点160。ODN 115可包括光纤和将OLT 110连接到CMC 120和任意ONU的光分路器117或1×M个级联无源光分路器。EPoC中，M的值，即CMC的数量，通常为4、8或16，并且由操作员根据诸如光功率预算等因素决定。CMC 120可以通过电分配网络(EDN)135连接到CNU 130，EDN 135可包括电缆分路器137或级联的分支器/分路器，或一个或多个放大器。每个OLT端口通常可服务32、64、128或256个CNU。应注意，由于分支器的方向性，来自CNU的上行传输将仅到达CMC而不到达其它CNU。OLT与ONU之间的距离在10至20千米范围内，并且CMC与CNU之间的距离在100至500米范围内。统一光同轴网络100可包括任何数量的HFC 160、CMC 120和相应CNU 130。统一光同轴网络100的组件可如图1中所示或以任何其它合适布局进行排列。

统一光同轴网络100的光部分150可在以下方面类似于PON：它可为不需要任何有源组件来在OLT 110与CMC 120之间分发数据的通信网络。而是，光部分150可使用ODN 115中的无源光组件来在OLT 110与CMC 120之间分发数据。可在光部分150中实现的合适协议的示例包括由ITU电信标准化部门(ITU-T)G.983标准定义的异步传输模式PON(APON)和宽带PON(BPON)、由ITU-TG.984标准定义的千兆位PON(GPON)、由IEEE 802.3ah和802.3av标准定义的EPON，以及波分复用(WDM)PON(WDM-PON)，所有这些标准均通过引用结合到本申请中。

OLT 110可为用于通过CMC 120与CNU 130通信的任何设备。OLT 110可充当CMC 120或CNU 130与另一网络(未示出)之间的媒介。OLT 110可将从其它网络接收到的数据转发至CMC 120或CNU 130以及将从CMC 120或CNU 130接收到的数据转发至其它网络。尽管OLT 110的具体配置取决于光部分150中所实现的光协议的类型而有所不同，但在一个实施例中，OLT 110可包括光发射机和光接收机。当其它网络使用不同于光部分150中所使用的协议的网络协议时，OLT 110可包括将其它网络协议转换成光部分150协议的转换器。OLT转换器还可将光部分150协议转换成其它网络协议。

ODN 115可以为包括光纤电缆、耦合器、分路器、分发器和/或其它设备的数据分发系统。在一个实施例中，光纤电缆、耦合器、分路器、分发器和/或其它设备是无源光组件。具体而言，光纤电缆、耦合器、分路器、分发器和/或其它设备可以为不需要任何电力来在OLT 110与CMC 120之间分发数据信号的组件。应注意，在一些实施例中，光纤电缆可以被任何光传输介质所替代。在一些实施例中，ODN 115可包括一个或多个光放大器。ODN 115通常如图1中所示的分支配置，从OLT 110延伸至CMC 120和任意可选的ONU(未示出)，或者如本领域普通技术人员所确定的配置。

CMC 120可以为用于将下行数据从OLT 110转发至相应CNU 130和将上行数据从CNU 130转发至OLT 110的任何设备或组件。CMC 120可适当地转换下行和上行数据，以便在光部分150与同轴部分152之间传递数据。通过ODN 115传递的数据可以光信号的形式发送或接收，通过EDN 135传递的数据可以电信号的形式发送或接收。与所述光信号相比，所述电信号可具有相同或不同的逻辑结构。因此，CMC 120可以以不同方式封装光部分150和同轴部分152中的数据或生成帧。在一个实施例中，CMC 120包括对应于相应媒体上携带的信号类型的介质访问控制(MAC)层125和物理(PHY)层。MAC层125可向PHY层提供寻址和信道访问控制服务。因此，PHY可包括光PHY 127和同轴PHY 129。在许多实施例中，CMC 120就以下方面对于CNU 130和OLT 110是透明的：从OLT 110发送至CNU 130的帧可直接寻址至CNU 130(例如，目标地址)，反之亦然。因此，CMC 120在网络部分之间，即图1示例的光部分150和同轴部分152，起到媒介的作用。如下的进一步论述，标识符可以与每个CMC 120关联，且标识符可唯一地识别每个CMC 120。

统一电气和同轴网络100的电气部分152可类似于任何已知的电气通信系统。电气部分152无需任何有源组件即可在CMC 120与CNU 130之间分发数据。而是，电气部分152可使用电气部分152中的无源电组件来在CMC 120与CNU 130之间分发数据。可选的，电气部分152可以使用一些有源组件，如放大器。可在电气部分152中实现的合适协议的示例包括MoCA、G.hn、HPNA和家庭插头A/V，所有这些协议均通过引用结合在本申请中。

EDN 135可以为包括电缆(例如，同轴电缆、双绞线等)、耦合器、分路器、分发器和/或其它设备的数据分发系统。在一个实施例中，电缆、耦合器、分路器、分发器和/或其它设备是无源电组件。具体而言，电缆、耦合器、分路器、分发器和/或其它设备可以为不需要任何电力来在CMC 120与CNU 130之间分发数据信号的组件。应注意，在一些实施例中，电缆可由任何电传输介质代替。在一些实施例中，EDN 135可包括一个或多个电放大器。EDN 135通常如图1中所示的分支配置，从CMC 120延伸至CNU 130，或者也可如本领域普通技术人员所确定的配置。

在一个实施例中，CNU 130可以为用于与OLT 110、CMC 120和任何订户设备140通信的任何设备。具体而言，CNU 130可充当CMC 120与订户设备140之间的媒介。例如，CNU 130可将从CMC 120接收到的数据转发至订户设备140，以及将从订户设备140接收到的数据转发至OLT 110。尽管CNU 130的具体配置取决于统一光同轴网络100的类型而有所不同，但在一个实施例中，CNU 130可包括用于向CMC 120发送电信号的电发射机以及用于接收来自CMC 120的电信号的电接收机。此外，CNU 130可包括转换器和第二发射机和/或接收机，所述转换器将电信号转换成用于订户设备140的电信号，如IEEE 802.11无线局域网(WiFi)协议中的信号，并且所述第二发射机和/或接收机可向订户设备140发送电信号和/或从其接收电信号。在一些实施例中，CNU 130与同轴网络终端(CNT)类似，因此这两个术语在本文中可互换使用。CNU 130通常可位于分发位置，如用户驻地，但也可位于其它位置。

订户设备140可以为用于与用户或用户设备连接的任何设备。例如，订户设备140可包括台式计算机、膝上型计算机、平板电脑、移动电话、家庭网关、电视、机顶盒以及类似设备。

图2示出EPON OLT 210、EPoC CMC/OCU/FCU 220和EPoC CNU/同轴电缆CPE230中的EPoC协议栈200的示意图。IEEE 802.3av定义的EPON MAC层及其相关子层可与EPoC的相同，不需任何修改。所公开的系统、方法和装置为EPoC PHY引入了同轴电缆汇聚层，所述同轴汇聚层可与EPON MAC紧密协作来完成EPON光纤网络与EPoC同轴电缆网络之间的端到端传输。因此，CMC或OCU可设计为不包含数据链路层的PHY层转换器。

许多协议栈200元素如IEEE 802.3av标准所述，因此本文中仅对不同之处和值得注意的元素进行阐述。在协议栈200中，使用211和231所示的以太网MAC、EPON MAC和EPON MPCP，并且它们与IEEE 802.3av所定义的相同。利用所提出的同轴电缆汇聚层的设计，所有MPCP功能均可从OLT扩展至CNU。例如，OLT使用与向ONU分配相同的方式将EPON LLID直接分配给每个CNU。OLT 210中的调和子层212也是相同的，而CNU 230中的调和子层232与IEEE 802.3av中的ONU相同。在协议栈200中，EPoC PHY子系统221包括所提出的同轴电缆汇聚层和同轴电缆PHY栈，其中同轴电缆PHY协议栈还包括同轴电缆成帧层、同轴电缆编码层、同轴电缆调制层和提供传输信道的射频(RF)层。同轴电缆成帧层根据同轴电缆PHY调制方法拆分和组装同轴电缆网络中的数据包。同轴电缆编码层保护数据传输免受损害，如脉冲噪声和线缆条件变化。同轴电缆调制层根据同轴电缆PHY调制方法调制数据。RF层与用于同轴网络的电介质连接。PHY栈还执行信道估计、测探、注册、测距，以及同轴电缆信道的其它PHY层功能。同轴电缆汇聚层充当光域与同轴域之间的中介。MPCP控制消息和以太网数据帧在同轴电缆汇聚层与EPON调和子层之间进行传递。这些协议层也存在于CNU230中，且操作原理也类似。

应注意，EPoC PHY子系统221也用于可替代的配置，其中所提出的同轴电缆汇聚层可位于EPoC PHY外部。图3示出用于所述可替代配置的EPoC协议栈300，其中所提出的同轴电缆汇聚层310位于EPoC PHY 320的外部。

同轴电缆汇聚层在FCU中的主要功能是MPCP转换和帧路由。在EPON光域中，带宽是基于时间的一维分配；而在同轴域中，它是基于时间和频率的二维分配，以OFDM符号和子载波或PRB方式表示。例如，OLT可在EPON MPCP门消息中传送上行链路带宽分配，而同轴电缆PHY则以MAP方式解析带宽分配。同轴电缆PHY系统使用UL-MAP来指示为上行链路传输分配的PRB，使用DL-MAP来指示用于下行链路传输的PRB。因此，同轴电缆汇聚层将来自OLT的EPON MPCP门消息转换成在为所分配的LLID或CNU指定PRB的UL-MAP中所描述的上行带宽分配。汇聚层还分配PRB、生成DL-MAP，并将以太网帧流转换成符号以实现至CNU的下行传输。同轴电缆汇聚层维护并使用驻留在FCU中的EPoC突发帧缓冲器来管理传入帧，解析传入的以太网帧，并且根据它们是MPCP帧还是数据帧将其路由至不同缓冲器。汇聚层可在包中继器模式或突发中继器模式下操作。同轴电缆汇聚层还可将EPON轮询消息转换成CNU可理解的同轴电缆轮询消息，生成用于其自管理的MPCP消息。同轴电缆汇聚层的另一种主要功能是建立和维护CMC与CNU之间的物理连接。这可包括CNU随机接入、速率适配等等。

图4示出在下行通信400环境中与FCU同轴电缆汇聚层相关联的模块。对于下行传输，FCU通过EPON PHY从OLT接收数据包。在FCU中，EPON调和子层(RS)包括LLID过滤器430，过滤来自EPON PHY的传入数据包的LLID。如果LLID分配给同轴电缆域中由FCU覆盖的所连接CNU，那么数据包将被转发至下行同轴电缆汇聚层410并传输至同轴电缆网络，否则数据包将被丢弃。下行同轴电缆汇聚层410包括帧路由器413、MPCP转换器411和PRB分配器412。帧路由器413将MPCP帧和数据帧路由至不同的帧缓冲器。MPCP转换器411基于MPCP门消息中授权的门窗口分配上行链路传输PRB，并生成同轴电缆PHY的UL-MAP。PRB分配器412分配PRB，生成DL-MAP，并构造下行帧以传输至同轴电缆PHY。

图5示出在上行通信500环境中与FCU同轴电缆汇聚层相关联的模块。对于上行传输，FCU通过EPoC PHY从CNU接收数据包。上行同轴电缆汇聚层520包括帧路由器523、MPCP中继单元521和帧转发单元522。帧路由器523将MPCP帧和数据帧路由至不同的帧缓冲器。MPCP中继单元521将传入MPCP帧中继至帧转发单元522，基于MPCP门消息控制传输窗口的门在所分配时间时的开/关。帧转发单元522将MPCP帧和数据帧转发至EPON RS 540，继而EPON RS 540除了插入LLID之外不做任何额外处理，将数据包透明地转发至EPON PHY。应注意，同轴电缆汇聚层410和520可位于同轴电缆PHY的外部。

图6是用于EPoC网络中OLT、CMC和CNU之间上行数据处理的方法600的一个实施例的协议图。在步骤610中，CNU EPON MAC通过生成MPCP报告消息并将所述MPCP报告消息传输至OLT来请求带宽。在步骤620中，OLT通过向CMC发送MPCP门消息作出响应。在步骤630中，CMC同轴电缆汇聚层接收MPCP门消息，将其从一维时隙转换成作为EPoC MAP消息(参见图7描述)的二维时间和频率分配，并将所述EPoC MAP消息传输至CNU。在步骤640中，CNU接收MPCP门消息，并且在步骤650中立即向EPoC PHY发送数据。在步骤660中，CNU EPoCPHY根据UL-MAP中指示的所分配的PRB将数据传输至CMC。在步骤670中，CMCEPoC PHY接收数据并根据UL-MAP解调数据，在同轴电缆成帧层中重新构造以太网帧，并将所述以太网帧发送至EPON PHY。在步骤680中，CMC根据在步骤620中接收到的MPCP门消息中所指定的光定时窗口将以太网帧传输至OLT。

应注意，从CMC向网络的光纤段中OLT发送数据有两种方法。在第一种方法中，所有CNU共享由MPCP门消息分配的时间窗口。因此，CMC可在光时间窗口打开时立即传输数据，如步骤690中所示。第二种方法是，使每个CNU具有专用光时间窗口，如上例及步骤680中所述。

图7是同轴MAP结构700的一个实施例的示意图，其中资源块由x轴时间维度的符号和y轴频率维度的子载波所表示。同轴电缆MAP结构700示出两种方案：OFDM MAP结构710，其中每个单独分配711、712、713、714指示为特定LLID或CNU分配的时间-频率间隙；以及，OFDMA MAP结构720，其中每个单独分配721、722、723、724指示为特定LLID或CNU分配的时间-频率间隙。在本发明的系统中，同轴电缆PHY可采用OFDMA方案用于上行和下行传输。

如结构700中所示，同轴电缆分配MAP可用于通过基于统计数据多路复用物理信道中的时隙来支持多用户。它还可用于通过保留一些专用上行资源和动态分配其它上行/下行资源来平衡多个物理无线电信道中的负荷并确保合理网络流量。它也可用于通过动态调整上行和下行分配之间的比率来适应上行和下行网络流量的变化。

在上行中，主要MAC功能是动态带宽分配，其中OLT根据时隙或者EPON门控窗口中指定的字节来分配带宽，CMC/OCU将这种带宽分配转换成CNU的同轴电缆UL-MAP。

在下行中，数据包由OLT广播并由CMC选择性地转发。CMC将从OLT接收到的以太网帧缓存到对应于它们的LLID的LLID-队列中，根据DL-MAP中指定的时间-频率间隙或PRB来分配资源，将以太网帧分片以适应固定长度的同轴电缆符号或PRB，然后通过同轴电缆正交频分复用(OFDM)符号将所述分片传输至CNU。DL-MAP可存储多个LLID或CNU的分配，其中每个LLID或CNU具有不同的分配。应注意，CNU可包括一个或多个唯一LLID。

图8示出场景800，其中将来自EPON PHY的以太网帧流分片以填充到分配给同轴电缆PHY的PRB中。以太网帧流是通过基于比特流的传输信道从EPON PHY接收的，并通过基于符号的传输信道转发至同轴电缆。在同轴电缆段中，符号表示典型的8微秒长的OFDM符号。每个符号可分成多个PRB，其中每个PRB由一组子载波形成。下行帧中的每个符号可携带多个CNU的数据。即，一个符号中的每组子载波可携带不同CNU的数据。DL-MAP中指定了这种对CNU进行的PRB分配。对于CNU的分配中加载的比特数量可通过以下项目来确定：符号中每个子载波的调制模板；每个子载波组中子载波的数量；所分配的子载波组的数量，其依次取决于同时有所述符号的数据的最大CNU数量。

例如，子载波组G被分配给特定LLID以用于数据传输。它具有SG个子载波，并且每个子载波通过每符号p比特调制进行调制(例如，q-QAM采用每符号log2q比特)，随后具有SG个子载波的PRB可发送大小为(SG×p个)/8字节的数据。然而，如果同一子载波组G内的子载波使用不同调制模板进行调制，则PRB的大小可通过累加子载波组G中每子载波的比特数来确定。例如，如果集合U表示分配给CNU的子载波，那么其PRB的大小由∑_c∈Ub(c)位给出，其中b(c)表示符号中每子载波的比特数。

在场景800中，810中给出以太网帧视图，其中接收到4个以太网帧的流，其中帧间隙(IFG)820充当帧分隔符。在PRB视图830中，此传输分配了5个PRB。在分片视图840中，4个以太网帧被分片以适应所述5个分配的PRB中。

对于下行传输，同轴电缆汇聚层根据帧前导中所指示的LLID将接收到的以太网帧在内部帧缓冲器中排队。接着，同轴电缆汇聚层将所述流分片以适应放入PRB中，并相应地构造下行OFDMA帧。当CNU接收到下行OFDMA帧时，同轴电缆汇聚层连结PRB，然后使用IFG分隔符恢复和重构每个单独以太网帧。应注意，由于OFDMA用于上行和下行传输，因此同轴电缆信道中上行和下行的帧结构将是类似的，其中以太网帧流分片成PRB。

图9示出场景900，其中OLT在3个LLID或CNU的光窗口中分配MPCP门，该分配被转换为CNU的UL-MAP。OLT根据以光时间份额(TQ)表示的门控窗口来分配带宽。CNU以OFDM符号的方式传输数据，其中一个符号可由多个PRB组成，并且CNU可使用一个符号中的多个PRB。因此，CMC/OCU可将来自OLT的门控窗口转换成UL-MAP中所指定的上行分配以供CNU传输。UL-MAP可指定用于特定LLID或CNU的符号编号和PRB数。在场景900中，通过MPCP门分配所分配的光窗口在910中示出，其中LLID1 911分配有64字节的长度，LLID2 912分配有500字节的长度，LLID3 913分配有1000字节的长度。MPCP门分配被转换为920中的UL-MAP，其中LLID1转换为单个PRB 921，LLID2转换为922中长度为50或100字节的7个PRB，LLID3转换为923中每个长度为125字节的8个PRB。

图10示出同轴电缆上行帧1000中分配的一个实施例。一个帧包括75个符号，其中符号编号在0至74之间变化。因此，CMC和CNU中的符号计数器是一种从0至74对符号计数的循环计数器。每个符号包括多个PRB，其中PRB编号在0至N之间变化。对于具有16个PRB的24兆赫(MHz)信道，N的值为15，对于具有80个PRB的120MHz信道，N的值为79。因此，一个上行帧中存在75*(N+1)个PRB。所有PRB均被用于传输数据，并且每个PRB可分配给不同的CNU。例如，在上行帧1000中，符号0中的每个PRB被分配给如1010中所示的不同LLID，而在符号1、2、3和4中，连续PRB被分配给如1020中所示的一个LLID。

图11示出用于24MHz OFDM信道的示例性同轴电缆PHY上行帧格式1100的一个实施例。每个上行帧包括上行访问序列(UAS)1110和75个有效载荷符号1120。UAS 1110中存在2个序列，第一序列UAS1 1130和第二序列UAS2 1140。UAS1 1130是已知的伪随机噪声(PN)序列，其长度可为1或32个OFDM符号。UAS2 1140是用正交相移键控(QPSK)调制的训练序列，其长度为1个OFDM符号加上循环前缀(CP)，类似于有效载荷符号。UAS2 1140可充当保护期(GP2)，每50帧一次。每个有效载荷符号包括具有16个PRB的1024个子载波，其中每个PRB包括64个离散子载波。上行帧中不存在导频。随机接入可在UAS1期间执行，定时超前可在UAS2期间执行，信道估计和跟踪可在UAS2期间执行，频域均衡和判定误差可在UAS2以及有效载荷符号期间执行。

应注意，在如图所示的帧1100中，PRB0 1150占用子载波n*16，PRB1 1160占用子载波n*16+1，其中对于每个PRB，n从0至64变化。这种属性对信道估计和跟踪有利，因此不需要导频。

UL-MAP用于描述二维上行分配，该分配由两个实体组成，符号编号在0至74之间变化，PRB编号在0与N之间变化。以下伪代码中描述了一种用于将MPCP门消息中所授权的门转换为UL-MAP的简单算法：

算法使用系统参数，如CMC/OCU处光时钟(OPTICS_TIMER)和符号计数器(SYM_COUNTER)的当前值，以及符号时长(T_ym)、一个TQ中携带的比特数量(bit_per_TQ)和符号中PRB数量(num_PRB)。如图12中所示，PRB表1200可用于跟踪每个LLID的每PRB比特数量。应注意，随着同轴电缆线缆条件根据各种因素，如信噪比(SNR)、误码率(ER)等变化，比特数量可动态地发生改变。GATE由三元组{LLID，开始时间，长度}定义，所述三元组利用TQ中的开始时间和长度指定用于LLID的分配。UL-MAP是由PRB编号和符号编号组成的二维数据结构。

图13示出门转换方法1300的一个实施例，所述方法可在CMC 120上和/或在网元如网元1700和/或网元组件如MPCP门转换模块1732上实现。在步骤1310中，方法1300计算通过计算当前时间与在授权中指定的未来GATE开始时间之间的时长，然后根据符号的时长进行调整，以计算用于分配的符号偏移。这样做使得CMC处的缓存可以保持最小，并且GATE在CMC处接收到上行数据的一个符号时间之内打开。接着，在步骤1320中，方法1300计算符号编号，其中通过将偏移量加上符号计数器的当前值，上行分配开始。接着，在步骤1330中，方法1300通过将GATE长度乘以每TQ比特数来计算所授权的GATE中比特数量。接着，在步骤1340中，方法1300搜索空PRB并分配给LLID。步骤1340至1350循环执行，直至步骤1330计算出的所有所需比特分配完。最后，在步骤1360中，根据所分配的PRB构造UL-MAP。

在EPoC下行传输中，OLT以比特流的方式通过光纤下行发送以太网帧流到CMC/OCU，CMC/OCU可以基于符号的方式把帧转发至同轴电缆中的CNU。因此，CMC可将接收到的以太网帧打包成同轴电缆PRB，并生成DL-MAP，用于指示携带特定LLID或CNU数据的一组PRB。

图14示出同轴电缆下行帧结构1400的一个实施例。一个帧包括75个符号，其中符号编号从0至74变化。每个符号包括多个PRB，其中PRB编号从0至N变化。对于具有16个PRB的24兆赫(MHz)信道，N值为15，对于具有80个PRB的120MHz信道，N值为79。因此，下行帧中存在75*(N+1)个PRB。所有PRB均被用于传输数据。每个PRB可分配给不同的CNU。例如，在下行帧1400中，符号0中的每个PRB被分配给1410中所示的不同LLID，而在符号1、2和3中，连续PRB被分配给1420中所示的一个LLID。在所有有效载荷符号中，前两个PRB均用于控制信道，如UL-MAP、DL-MAP和其它控制信令，如1430中所示。它们以预定的调制顺序和编码参数进行调制和编码。

图15示出用于24MHz OFDM信道的示例性同轴电缆PHY下行帧格式1500的一个实施例。每个下行帧包括下行训练序列(DTS)1510和75个有效载荷符号1520。DTS 1510中存在两个序列，第一序列DTS1 1530和第二序列DTS2 1540。DTS1 1530是Zadoff-Chu(ZC)序列，长度可为1或32个OFDM符号。DTS2 1540是长度为1个OFDM符号加CP的ZC序列。每个有效载荷符号包括具有16个连续PRB的1024个子载波，其中每个PRB包括64个连续子载波。在下行帧中，PRB中有在DL-MAP中指定的导频。在24MHz OFDM信道中可能有1至2个导频子载波，在可能存在信道绑定的120MHz OFDM信道中可能有1至2个导频子载波。符号对准可在DTS1期间执行，频率偏移估计和补偿可在DTS2期间执行，采样时钟同步可在DTS2或导频子载波期间执行，信道估计和跟踪可在DTS2和有效载荷符号期间执行。

在EPoC同轴电缆PHY中，OFDM符号中的每个子载波或PRB可以通过不同的调制模板来加载，所述调制模板是预定义的或根据电缆线缆中测得的信号和SNR动态地调整。因此，当在CMC/OCU与CNU之间通信时，多个子载波或PRB可能携带多个调制模板，并且每个PRB可分配给特定的LLID或CNU。EPoC调制模板或比特加载表通常用于跟踪在每个子载波或PRB中使用的调制，如下所示：

DL-MAP用于描述二维上行分配，该分配由两个实体组成，在0至74之间变化的符号编号和在0与N之间变化的PRB编号。每个PRB在下行传输时被分配给一个CNU。应注意，PRB中所携带的比特数量可取决于用于子载波的调制而有所不同。以下伪代码中描述了一种用于生成用于以太网帧流的DL-MAP的简单算法：

算法使用了系统参数，如CMC处下行符号计数器(DSYM_COUNTER)的当前值，以及符号中PRB数量(num_PRB)。PRB表可用于跟踪每个LLID的每PRB比特数量。与PRB表1200中所述方式相同，PRB表包含关于每个LLID的每PRB比特数量的信息，其中随着同轴电缆线缆条件根据各种因素，如信噪比(SNR)、误码率(ER)等变化，比特数量可动态地发生改变。

图16示出DL-MAP生成方法1600的一个实施例，所述方法可在CMC 120，和/或在网元如网元1700，和/或网元组件如DL-MAP生成模块1733上实现。DL-MAP指定用于携带同轴电缆下行帧数据的资源。在步骤1610中，方法1600增加下行符号计数器计数以指向下一下行符号。接着，在步骤1620中，方法1600从基于LLID排队的内部帧缓冲器检索下一帧。接着，在步骤1630中，方法1600搜索空PRB并将所述PRB分配给相应LLID。步骤1630和1640应循环执行，直至分配了以太网帧长度。一旦完成用于以太网帧的分配，可针对缓冲器中的下一以太网帧循环执行步骤1620至1650，直至所有PRB耗尽。最后，在步骤1660中，方法1600根据分配给LLID的PRB构造DL-MAP。

本发明中所描述的特征/方法中的至少一些可在网元中实现。例如，本发明中的特征/方法可使用硬件、固件和/或安装在硬件上运行的软件来实现。网元可以是通过网络传输数据的任何设备，例如交换机、路由器、桥接器、服务器、客户端等。图17是网元1700的一个实施例的示意图，其中，网元1700可以是通过网络传输和处理数据的任何设备。例如，网元1700可以是本文中所述方案之一的CMC。网元1700可用于实现或支持上述MPCP门转换和DL-MAP生成方法。

网元1700可包括连接到收发信机(Tx/Rx)1740的一个或多个下行端口1710，收发信机1740可以是发射机、接收机或其组合。Tx/Rx 1740可通过下行端口1710发送帧和/或从其它节点接收帧。类似地，网元1700可包括连接到多个上行端口1720的另一Tx/Rx 1740，其中Tx/Rx 1740可通过上行端口1720发送帧和/或从其它节点接收帧。处理器1730可连接到Tx/Rx 1740并用于处理帧和/或确定哪些节点发送帧。处理器1730可包括一个或多个多核处理器和/或存储器模块1731，其中，所述存储器模块1731可用作数据存储器、缓存等。处理器1730可实现为通用处理器，或者可为一个或多个专用集成电路(ASIC)和/或数字信号处理器(DSP)的一部分。下行端口1710和/或上行端口1720可包含电和/或光发射和/或接收组件。网元1700可以是，也可以不是执行路由决策的路由组件。存储器模块1731可用于存储用于执行本文所述的系统和方法的指令，例如，CMC 120中的同轴电缆汇聚层、CNU 130等。例如，存储器模块1731可包括具有用于实现门转换方法1300的指令的MPCP门转换模块1732，以及具有用于实现DL-MAP生成方法1600的指令的DL-MAP生成模块1733，这两类指令均可由处理器1730执行。或者，MPCP门转换模块1732和DL-MAP生成模块1733可直接在处理器1730上实现。MPCP门转换模块1732和DL-MAP生成模块1733可使用硬件、软件或两者来实现。存储器模块1731可包括用于暂时存储内容的高速缓冲存储器，例如，随机存取存储器(RAM)。此外，存储器模块1731可包括用于存储内容时间较长的长期存储器，例如，只读存储器(ROM)。例如，高速缓存和长期存储设备可包括动态随机存取存储器(DRAM)、固态驱动器(SSD)、硬盘或其组合。

应理解，通过将可执行指令编程和/或加载到所述网元1700上，所述处理器1730、所述高速缓存或所述长期存储设备中的至少一个会发生变化，从而将所述网元1700部分转变成具有本发明所述的新颖功能的特定机器或装置，例如多核转发架构。对电气工程和软件工程技术而言，能通过加载可执行软件到计算机实现的功能也可以通过众所周知的设计规则变为硬件实现。一般而言，仍在频繁修改的设计可首选以软件实现，这是硬件实现改动的成本要高于软件实现的改动。一般而言，将投入量产的稳定设计可首选以硬件实现，例如通过ASIC实现，这是因为对于大型生产活动，硬件实现的成本可能要低于软件实现。设计通常可以软件形式进行开发和测试，然后在根据通过众所周知的设计原则转变为等效的硬件实现，通过专用集成电路对软件指令进行固化。机器由新的ASIC控制后就成为具有特殊用途的机器或装置，同样，经过编程和/或已加载有可执行指令的计算机也可视为具有特殊用途的机器或装置。

以上对至少一个实施例进行了说明，但由本领域普通技术人员对所述一个或多个实施例的变化、组合、和/或修改，和/或对所述实施例提出的特性都应在本发明的范围内。通过整合、集成、和/或省略所述一个或多个实施例的特性而产生的替代实施例也属于本发明的范围。本发明中明确说明的数值范围或限制可理解为包括此明确说明的范围或限制范围内的类似数值的迭代范围或限制(例如，从约1至约10包括2、3、4等；大于0.10包括0.11、0.12、0.13等)。例如，具有下限R_l和上限R_u的数值范围具体包括此范围内的任意数值。具体来说，包括此范围内的以下数值：R＝R_l+k*(R_u-R_l)，其中，k为取值范围从1％到100％的递进步长为1％的变量，即，k为1％、2％、3％、4％、5％、...、50％、51％、52％、...、95％、96％、97％、98％、99％或100％。而且，具体还包括如上所述的两个数字R所定义的任意数值范围。其中，除非另有说明，“约”表示其后数值的+/-10％。权利要求中的某个元素“可选”表示需要或不需要该元素，这两种情况都属于权利要求的范围。包括、包含及具有等广义词汇的使用应理解为由……组成、主要由……组成、大体上由……组成等狭义词汇也成立。相应地，保护范围不限于上述说明，而应由其后所附的权利要求书定义，所述范围包括权利要求所述内容的所有同等替代。每个权利要求都结合在本说明书中，作为对本发明的进一步说明，且权利要求是本发明的实施例。在本发明中提到某个参考技术并不表示承认该技术为现有技术，尤其是出版日期在本申请的优先权日期之后的任何参考技术。本发明所援引的所有专利、专利申请及出版物的公开信息，其对本发明提供的示例性、程序性或其它细节都通过引用结合在本发明中。

尽管本发明提供了若干实施例，但应当理解，所公开的系统和方法可能在不脱离本发明的精神或范围的前提下存在许多其它具体形式。所述示例应理解为示例性而非限制性的，且并不用于将本发明限于所给出的具体细节。例如，各种元素或组件可以整合或集成在其他系统中，或某些特征可以被省略或不实现。

此外，各实施例中以离散或单独方式描述及阐明的技术、系统、子系统和方法，可与其它系统、模块、技术或方法在不脱离本发明范围的前提下进行整合或集成。以耦合、直接耦合或彼此通信的方式示出或讨论的其它项目，可以采用电气、机械或其它方式通过某一接口、设备或中间组件进行间接耦合或通信。本领域技术人员可以理解确定本发明的其它变化、替换或变更，并可在不脱离本发明的精神与范围的前提下做出其他变化、替换或变更。

Claims (20)

1.一种装置，其特征在于，包括：

包括物理层协议栈的数据成帧器，所述物理层协议栈包括：

同轴(同轴电缆)汇聚层；

紧挨所述汇聚层的同轴电缆成帧层，其中，所述同轴电缆成帧层用于拆分和组装同轴电缆网络中的数据包；

紧挨所述同轴电缆成帧层的同轴电缆编码层，其中，所述同轴电缆编码层用于保护同轴电缆传输免受损害；

紧挨所述同轴电缆编码层的同轴电缆调制层，其中，所述同轴电缆调制层用于根据同轴电缆物理层(PHY)调制数据；以及

紧挨所述同轴电缆调制层并用于连接同轴网络的电介质的射频层。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述同轴电缆汇聚层用于与以太网无源光网络(EPON)调和(RS)子层交互多点控制协议(MPCP)控制消息和以太网数据帧。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述协议栈驻留在光纤同轴单元(FCU)上。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述协议栈驻留在同轴网络单元(CNU)上。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述协议栈在具有数据包中继器功能或突发中继器功能的频分双工(FDD)模式下运行。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述协议栈在基于时分双工(TDD)的正交频分复用(OFDM)方案下运行。

7.一种用于构建同轴(同轴电缆)汇聚层的装置，其特征在于，包括：

多个帧缓冲器；

下行帧路由器，其中，所述下行帧路由器用于从以太网无源光网络(EPON)物理层(PHY)接收下行帧，将下行多点控制协议(MPCP)帧和下行数据帧路由至不同帧缓冲器中；

连接到所述下行帧路由器的MPCP转换器，其中，所述MPCP转换器用于根据物理资源块(PRB)，将MPCP门帧转换成同轴(同轴电缆)PHY的上行链路带宽分配，并生成上行链路介质分配计划(UL-MAP)；以及

连接到所述下行帧路由器和所述MPCP转换器的PRB分配器，其中，所述PRB分配器用于为所述下行MPCP帧和所述下行数据帧分配下行链路PRB、生成下行链路介质分配计划(DL-MAP)，并为所述同轴电缆PHY构造下行同轴电缆帧，其中所述下行同轴电缆帧包括所述DL-MAP、所述UL-MAP和携带所述下行MPCP帧和所述下行数据帧的数据有效载荷。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：

上行帧路由器，其中，所述上行帧路由器用于从所述同轴电缆PHY接收上行帧，并将上行MPCP帧和上行数据帧路由至不同帧缓冲器中；

连接到所述上行帧路由器的MPCP中继单元，其中，所述MPCP中继单元用于中继所述上行MPCP帧，并基于上行链路分配控制门窗口的开/关定时；以及

连接到所述上行帧路由器和所述MPCP中继单元的帧转发单元，其中，所述帧转发单元用于将所述上行MPCP帧和所述上行数据帧转发至所述EPON PHY。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述下行帧路由器用于根据逻辑链路标识符(LLID)使所述下行MPCP帧和所述下行数据帧在所述多个帧缓冲器中排队。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述上行帧路由器用于根据逻辑链路标识符(LLID)使所述上行MPCP帧和所述上行数据帧在所述多个帧缓冲器中排队。

11.一种方法，其特征在于，包括：

从光线路终端(OLT)接收门消息，其中，所述门消息包括逻辑链路标识符(LLID)、授权起始时间和授权长度；

基于所述授权开始时间计算上行链路符号偏移；

基于所述上行链路符号偏移计算上行链路符号编号；

在上行链路物理资源块(PRB)表中，搜索所述上行链路编号中的空PRB；以及

根据所述门消息中指定的所述授权长度向所述LLID分配上行链路PRB。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，计算所述上行链路符号编号包括将所述上行链路符号偏移加上上行链路符号计数器的当前值。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述上行链路PRB表包括关于用于每个LLID的每上行链路PRB的比特数的信息。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述每上行链路PRB的比特数根据动态同轴电缆线缆条件变化。

15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述每上行链路PRB的比特数取决于信噪比(SNR)和比特误差率(ER)中的至少一种。

16.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：

检索来自帧缓冲器的以太网帧；

在下行链路PRB表中，搜索下一下行链路符号中的空下行链路PRB；以及

根据所述以太网帧的长度向LLID分配一组下行链路PRB。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，每个所述上行链路PRB和每个所述下行链路PRB包括多种调制模板。

18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述下行链路PRB表包括关于每个LLID的每下行链路PRB的比特数的信息。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述每下行链路PRB的比特数根据动态同轴电缆线缆条件变化。

20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述每下行链路PRB的比特数取决于信噪比(SNR)和比特误差率(ER)中的至少一种。