CN106160867A - 光接入模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光接入模块，该模块包括：电信号处理模块和控制器，该电信号处理模块包括：UNI PHY和NNI PHY，用于实现指定通信协议定义的接口功能；数据链路层桥接单元，用于对UNI PHY和NNI PHY之间转发的报文进行管理；控制器，用于依据管理地址控制电信号处理模块将报文转发到与管理地址对应的用户侧设备或网络侧设备。通过本发明，解决了相关技术中通用以太网交换机、IP路由器无法直接用光模块连接ODN、HFC等多种媒介的网络，而必须在以太网在交换机、IP路由器下挂OLT、CMTS等设备的问题。

Description

光接入模块

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种光接入模块。

背景技术

光纤因为抗干扰能力强、信号衰减小、通道容量大，成为通信领域的优质传输媒介。但光纤种类、光纤连接器和驱动电路有很多标准，差别很大。如光纤种类有单模光纤和多模光纤。为了纤芯对准，业界有LC、FC、SC等多种光纤连接器。光电转换的驱动电路，有C波段、L波段等不同光波长，有10公里、40公里、80公里等不同传输距离。而光电转换的电气部分则变化较小。为此，业界普遍在数据和传输等有源设备上，使用GBIC、XFP、SFP、CFP等Cage(插槽)，提供统一的电气接口，将光电转换的驱动电路集成在千兆以太网接口转换器(GigaBit Interface Converter，简称为GBIC)、万兆以太网接口小封装可插拔收发器(10-Gigabit small Form-factor Pluggable Transceiver，简称为XFP)、小封装可插拔收发器(Small Form-factor Pluggable transceiver，简称为SFP)、百兆接口小封装可插拔收发器(Centum Gigabits Form Pluggable简称为CFP)等小型化的光模块封装中。这样可以按需配置光模块，使用不同的光模块匹配不同的光纤种类、光纤连接需求，并降低设备的初期成本。

图1是相关技术中光纤线路终端OLT使用专用线卡和普通光模块组网的结构框图，如图1所示，城域网下挂的光纤线路终端(Optical Line Terminal简称为OLT)设备实现无源光网络(Passive Optical Network简称为PON)光分配网络(Optical Distribution Network简称为ODN)下多用户接入的现有方法。可以看到与光接入模块插入普通交换机不同。OLT的电信号处理部分包含线卡和中心以太网交换两部分。中心以太网交换部分和通用以太网交换机类似，但它不是直接交换光模块插槽的以太网端口之间的报文，而是交换不同线卡之间的报文。OLT在线卡上提供用户侧数据链路层以下，包括PON介质访问控制(MediaAccess Control简称为MAC)和无源光网络PON物理层PHY的功能，在数据链路层用以太网桥接后，用以太网的PHY连接中心以太网交换。

可知，相关技术中光模块仅提供物理层的光电转换，发送Transmitter单元通常包括半导体激光器，如分布式反馈激光器，用于将电信号调制成光信号发送，接收部分通常包括半导体光检测器，如雪崩光电二极管，用于将光信号解调成电信号。相关技术中的光模块相当于IEEE定义的以太网标准中物理层设备(Physical Layer Device简称为PLD)的物理介质关联层结构(Physical MediumDependent简称为PMD)层以下的功能，而接入网络除点到点的以太网光纤外，还有很多种不同的媒介接入技术，而且有多种接入技术是共享媒介的，如无源光接入系统(Gigabit-Capable GPON，简称为GPON)、以太网无源光网络(EthernetPassive Optical Network简称为EPON)的光分配网络(Optical DistributionNetwork简称为ODN)，有线电视使用的光纤同轴混合网络(Hybrid Fiber-Coaxial简称为HFC)，这时无法直接使用以太网交换机或路由器的光模块插槽配置的普通的光模块来连接这些网络。所以业界产生了很多专用的接入设备，如光纤线路终端(Optical Line Terminal简称为OLT)，它有专门的线卡处理时分多址的ODN共享光纤。电缆猫终端系统(Cable Modem Terminal Systems简称为CMTS)，它有专门的线卡处理频分多址的HFC共享光纤。这类设备的线卡之间再使用以太网交换为核心进行报文交换。

但线卡远没有光模块使用起来方便，运营商采购的SFP光模块可以很方便的使用在不同厂商的交换机、路由器上，但OLT、CMTS的线卡只能插在特定厂商的设备上，即使另一个厂商设备的以太网交换核心的容量还有富余。

针对相关技术中通用以太网交换机、IP路由器无法直接用光模块连接ODN、HFC等多种媒介的网络，而必须在以太网在交换机、IP路由器下挂OLT、CMTS等设备的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种光接入模块，以至少解决相关技术中通用以太网交换机、IP路由器无法直接用光模块连接ODN、HFC等多种媒介的网络，而必须在以太网在交换机、IP路由器下挂OLT、CMTS等设备的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种光接入模块，包括：电信号处理模块和控制器，其中，所述控制器具有可寻址的IP地址或非IP地址的管理地址，所述电信号处理模块包括：物理层用户网络侧接口UNI PHY、物理层网络节点接口NNI PHY、连接用户网络侧接口UNI与网络节点接口NNI数据链路层的数据链路层桥接单元；所述UNI PHY和所述NNI PHY，用于实现指定通信协议定义的接口功能；所述数据链路层桥接单元，用于对所述UNI PHY和所述NNI PHY之间转发的报文进行管理；所述控制器，用于依据所述管理地址控制所述电信号处理模块将报文转发到与所述管理地址对应的用户侧设备或网络侧设备。

进一步地，与所述UNI PHY和所述NNI PHY对应的数据链路层具有介质访问控制MAC和逻辑链路控制LLC功能。

进一步地，所述数据链路层桥包括：分组缓存组件和交通流量管理TM组件；所述分组缓存组件，用于缓存所述数据链路层的所述报文；所述TM组件，用于对所述报文进行管理。

进一步地，所述分组缓存组件为随机存储器RAM，所述TM组件为多核中央处理器CPU或网络处理器。

进一步地，还包括：光电转换驱动电路，用于执行光信号与电信号之间的转换。

进一步地，所述光电转换驱动电路包括：接收单元和发送单元；所述发射器，用于将所述电信号处理单元发送的电信号调制成光信号，并发射该光信号；所述接收器，用于将接收到的光信号解调成电信号，并将该电信号发送到所述电信号处理单元。

进一步地，所述发射器包括：半导体激光器，所述接收器包括：半导体光检测器。

进一步地，所述光电转换驱动电路包括一组或多组所述半导体激光器和所述半导体光检测器的组合。

进一步地，还包括：电源模块，用于获取直流电源输入的电能，其中，所述电能用于供所述光接入模块工作。

进一步地，还包括：所述光接入模块适用于交换机、路由器的光模块插槽。

通过本发明，提供的一种包括电信号处理模块和控制器的光接入模块，其中，电信号处理模块包括：UNI PHY和NNI PHY、以及连接用户网络侧接口UNI与网络节点接口NNI数据链路层的数据链路层桥接单元，可见该光接入模块集成了PHY的接口和数据链路层的功能，节省了专用的GPON、EPON等线卡，从而解决了相关技术中通用以太网交换机、IP路由器无法直接用光模块连接ODN、HFC等多种媒介的网络，而必须在以太网在交换机、IP路由器下挂OLT、CMTS等设备的问题，减少了运营商需要采购的有源设备的种类。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是相关技术中光纤线路终端OLT使用专用线卡和普通光模块组网的结构框图；

图2是根据本发明实施例的光接入模块的结构框图；

图3是根据本发明可选实施例的光接入模块结构框图；

图4是根据本发明实施例的光接入模块在网络设备中的位置的示意图；

图5是根据本发明可选实施例的GPON OLT光接入模块实施例的结构框图；

图6是根据本发明可选实施例的光接入模块实现软件可定义的受控转发的示意图；

图7是根据本发明实施例的光接入模块实现软件定义流表的方法的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本实施例提供了一种光接入模块，图2是根据本发明实施例的光接入模块的结构框图，如图2所示，该光接入模块包括：电信号处理模块202和控制器204，其中，控制器204具有可寻址的IP或非IP的管理地址，电信号处理模块202包括：物理层用户网络侧接口(User Network Interface简称为UNI)PHY222、物理层网络节点接口(Network to Network Interface简称为NNI)PHY242、连接用户网络侧接口UNI与网络节点接口NNI数据链路层的数据链路层桥接单元262；

UNI PHY222和NNI PHY242，用于实现指定通信协议定义的接口功能；

数据链路层桥接单元262，用于对UNI PHY222和NNI PHY242之间转发的报文进行管理；

控制器204，用于依据管理地址控制电信号处理模块将报文转发到与管理地址对应的用户侧设备或网络侧设备。

通过本实施例，提供了一种包括电信号处理模块和控制器的光接入模块，其中，电信号处理模块包括：UNI PHY和NNI PHY、以及连接用户网络侧接口UNI与网络节点接口NNI数据链路层的数据链路层桥，可见该光接入模块集成了PHY的接口和数据链路层的功能，节省了专用的GPON、EPON等线卡，从而解决了相关技术中通用以太网交换机、IP路由器无法直接用光模块连接ODN、HFC等多种媒介的网络，而必须在以太网在交换机、IP路由器下挂OLT、CMTS等设备的问题，减少了运营商需要采购的有源设备的种类。

在本实施例中还涉及到了与UNI PHY和NNI PHY对应的数据链路层具有介质访问控制MAC和逻辑链路控制LLC功能。

基于此，用户侧的UNI PHY和网络侧NNI PHY实现指定协议标准定义的功能的方式，以及对应的数据链路层有多种实施例：

1)对于GPON的ODN作为传输媒介时，UNI PHY的实现采用ITU-T G.984.2标准定义的PMD的功能和G.984.3标准定义的传输层的功能。数据链路层实现G.984.3和G.984.4标准定义的对传输层多用户点到点逻辑连接的业务虚端口GEMport的控制和管理；

2)对于EPON的ODN作为传输媒介时，UNI PHY实现IEEE 802.3Clause 60，65的功能，数据链路层实现IEEE 802.3Clause 57，64的对传输层多用户点到点逻辑连接的逻辑链路标记(Logical Link Identifier，简称为LLID)的控制和管理。

网络侧的NNI PHY采用IEEE 802.3标准定义的PHY，数据链路层实现IEEE802.3标准定义的MAC和LLC的功能。网络侧的NNI PHY可以通过交换机、路由器上的光模块插槽和交换机、路由器的以太网端口的物理侧PHY相连。

可选地，对于本实施例中涉及到的数据链路层桥还可以包括：分组缓存组件和交通流量管理TM组件；分组缓存组件，用于缓存数据链路层的报文；TM组件，用于对报文进行管理。该分组缓存单元为随机存储器(Random-AccessMemory简称为RAM)，该TM单元为多核中央处理器中央处理器(CentralProcessing Unit简称为CPU)或网络处理器。

也就是说，在本实施例的数据链路层桥用于对UNI PHY和NNI PHY之间转发的数据报文进行报文解析、修改、转发和流量监管等功能。数据链路层桥由用于缓存报文的分组缓存Packet Buffer和对报文进行处理的交通流量管理(Traffic&Flow Management简称为TM)组成。Packet Buffer用RAM作为硬件实现，TM用CPU或网络处理器作为硬件实现。

可选地，本实施例中的光接入模块还可以包括：光电转换驱动电路，用于执行光信号与电信号之间的转换。

该光电转换驱动电路包括：接收器和发射器；其中，发射器，用于将电信号处理单元发送的电信号调制成光信号，并发送该光信号；接收器，用于将接收到的光信号解调成电信号，并将该电信号发送到电信号处理模块。在本实施例的一个可选实施方式中，发射器包括：半导体激光器，接收器包括：半导体光检测器。且光电转换驱动电路包括一组或多组半导体激光器和半导体光检测器的组合。

也就是说，在本实施例中，光电转换驱动电路由接收器和发射器组成。发射器通常包括半导体激光器，如分布式反馈激光器，用于将UNI PHY发送的电信号调制成光信号发送。接收器通常包括半导体光检测器，如雪崩光电二极管，用于将用户侧光纤接收的光信号解调成电信号，发送给UNI PHY。当在同一光纤内使用多个波长传输信号时，还需要前置解/合波的WDM波分复用器件，驱动电路部分也可以包含多组激光器和光检测器。

可选地，本实施例的光接入模块还可以包括：电源模块，用于获取直流电源输入的电能，其中，电能用于供光接入模块工作。即该电源模块从交换机、路由器的光模块插槽获取直流电源输入，然后分配给光接入模块的其他部件。还可以包括：电可擦只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，简称为EEPROM)，用于存储信息，该EEPROM掉电也不丢失信息。此外，需要说明的是，本实施例涉及到的光接入模块适用于通用的交换机、路由器的关模块插槽。

下面结合本发明可选实施例对本发明进行举例说明；

本可选实施例提供了一种在小型化的XFP、SFP、CFP中集成PHY和MAC功能的光接入模块，图3是根据本发明可选实施例的光接入模块结构框图，如图3所示，该光接入模块包括：光电转换的驱动电路(driver)、电信号处理模块、电源模块(power module)、控制器(Controller)和掉电也不丢失信息的电可擦只读存储器为EEPROM。

其中，电信号处理模块包括：连接用户侧的UNI PHY和数据链路层，连接网络侧的NNI PHY和数据链路层，以及连接UNI数据链路层和NNI数据链路层的数据链路层桥。

对于本可选实施例的用户侧的UNI PHY和数据链路层有多种实施方式：

1)对于GPON的ODN作为传输媒介时，UNI PHY的实现采用ITU-T G.984.2标准定义的PMD的功能和G.984.3标准定义的传输层的功能。数据链路层实现G.984.3和G.984.4标准定义的对传输层多用户点到点逻辑连接的业务虚端口GEMport的控制和管理；

2)对于EPON的ODN作为传输媒介时，UNI PHY实现IEEE 802.3Clause 60，65的功能，数据链路层实现IEEE 802.3Clause 57，64的对传输层多用户点到点逻辑连接的LLID的控制和管理。

网络侧的NNI PHY采用IEEE 802.3标准定义的PHY，数据链路层实现IEEE802.3标准定义的MAC和LLC的功能。网络侧的NNI PHY可以通过交换机、路由器上的光模块插槽和交换机、路由器的以太网端口的物理层PHY相连。

此外，数据链路层桥用于对UNI PHY和NNI PHY之间转发的数据报文进行报文解析、修改、转发和流量监管等功能。它由用于缓存报文的分组缓存PacketBuffer和对报文进行处理的交通流量管理TM组成。Packet Buffer用RAM作为硬件实现，TM用多核CPU或网络处理器作为硬件实现。

本可选实施例中的控制器具有可寻址的IPv4/IPv6或非IP(如以太网MAC地址)的管理地址，可以通过TM转发报文，使控制器和用户侧或网络侧设备进行带内通信。另外，控制器通过光模块插槽提供的控制信号接口，如两线式串行总线(Inter－Integrated Circuit简称为I2C)信号，从带外通道接受上一级CPU的控制。

电源模块从交换机、路由器的光模块插槽获取直流电源输入，然后分配给光接入模块的其他部件。

光电转换驱动模块，由接收单元(对应于本实施例中的接收器)和发送单元(对应于本实施例中的发射器)组成；其中，发送单元通常包括半导体激光器，如分布式反馈激光器，用于将UNI PHY发送的电信号调制成光信号发送。接收单元通常包括半导体光检测器，如雪崩光电二极管，用于将用户侧光纤接收的光信号解调成电信号，发送给UNI PHY。当在同一光纤内使用多个波长传输信号时，还需要前置解/合波的WDM波分复用器件，驱动电路部分也可以包含多组激光器和光检测器。

通过本可选实施例，采用可选实施例的光接入模块，与相关技术中的光模块技术相比，集成了PHY和MAC层功能，节省了专用的GPON、EPON等线卡。只需要在通用的交换机、路由器的光模块插槽中，插入光接入模块，即可提供PON ODN等这种共享媒介的用户接入。显著减少了运营商需要采购的有源设备的种类。并且光接入模块可以根据ODN网络的发展情况按需部署。也就是说，本可选实施例克服了相关技术中存在的通用以太网交换机、IP路由器无法直接用光模块连接ODN、HFC等多种媒介的网络，而必须在交换机、路由器下挂OLT、CMTS等设备，导致无法满足运营商减少设备种类、降低建网成本、灵活地按需连接ODN、HFC等网络的诉求的问题，提供一种可直接插入交换机、IP路由器的采用XFP、SFP、CFP等小型化封装的光接入模块的装置。

下面结合附图对本可选实施例进行详细的说明；

图4是根据本发明实施例的光接入模块在网络设备中的位置的示意图，如图4所示，一个通用的以太网交换机实现了多个端口之间的电信号处理，可以在多个端口之间实现以太网报文的交换。每个端口都有自己的IEEE 802.3的MAC、LLC和PHY功能，其中PHY的PMD子层功能是和端口使用的媒介相关的，如传统的RJ45的双绞线接口，也可以是SFP、XFP、CFP等光模块插槽(Cage)，这些插槽的电气特性符合MSA(Multi-Source Agreement)组织定义的业界标准，如SFF-8431、SFF-8472、INF-8077i等，通过插入SFP、XFP、CFP封装的光模块实现PMD子层的光电转换功能。本发明技术方案中的光接入模块除了实现普通光模块的光电转换功能，还实现了多用户共享的ODN作为媒介的PON MAC功能，以及背靠背的用户侧PON MAC和网络侧以太网MAC在数据链路层的桥接。光接入模块和相关技术中的光模块采用相同的硬件封装，可以直接插入交换机的光模块插槽。

图5是根据本发明可选实施例的GPON OLT光接入模块实施例的结构框图，如图5所示，UNI PHY的实现采用ITU-T G.984.2标准定义的PMD的功能和G.984.3标准定义的传输层的功能。数据链路层实现G.984.3和G.984.4标准定义的对传输层多用户点到点逻辑连接的GEMport的控制和管理，数据链路层可以从GEMport的GEM封装中，解封装出IEEE 802.3MAC层以上的数据，桥接到网络侧，然后通过交换机光模块插槽提供的数据传输通道(Serdes)和通用交换机以太网端口的PHY连接。在链路桥接层以上，控制器提供可寻址的IP地址和IP协议栈，用于和用户侧网络终端或网络侧的远程连接的其他设备通信。

图6是根据本发明可选实施例的光接入模块实现软件可定义的受控转发的示意图，如图6所示，光接入模块的控制器中可以装载OpenFlow Agent，采用SDN的控制和转发分离的原理，远程的OpenFlow控制器通过OpenFlow协议对光接入模块的报文转发行为进行控制。OpenFlow Agent将OpenFlow控制器的控制转换成光接入模块的内部指令，对Bridging中结构可定义的流表进行软件编程，实现对用户报文转发行为的变更。

相关技术中的PON OLT在处理报文时，转发的流表在系统设计时，流表的结构和转发逻辑就已经固定；本可选实施例中增加了控制器对流表重新定义的过程为：在转发状态中，当接收缓存中的报文数是零以后，光接入模块的报文转发流水线不会立即进入Idle(空闲)状态，它会检查控制器是否需要在流水线处理下一批报文前，修改流表的结构和处理流程；如果需要修改，则对流水线中的流表结构和处理顺序按控制器的指令进行重新编排；编排完成后，通知控制器，流水线进入Pendding状态，等待控制器对流水线下一步状态迁移的指令。图7是根据本发明实施例的光接入模块实现软件定义流表的方法的流程图，如图7所示，该方法的步骤包括：

步骤S702：进入转发状态；

步骤S704：查表；

步骤S706：转发；

步骤S708：判断待发送的是否大于零，在判断结果为是时执行步骤S704；在判断结果为否时，执行步骤S710；

步骤S710：判断控制器是否要修改流表；在判断结果为否时，执行步骤S712；在判断结果为是时，执行步骤S714；

步骤S712：结束到idle状态；

步骤S714：修改流表结构；

步骤S716：上报控制器修改完成，可恢复报文转发。

上述仅为本发明的可选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光接入模块，其特征在于，包括：电信号处理模块和控制器，其中，所述控制器具有可寻址的IP地址或非IP地址的管理地址，所述电信号处理模块包括：物理层用户网络侧接口UNI PHY、物理层网络节点接口NNI PHY、连接用户网络侧接口UNI与网络节点接口NNI数据链路层的数据链路层桥接单元；

所述UNI PHY和所述NNI PHY，用于实现指定通信协议定义的接口功能；

所述数据链路层桥接单元，用于对所述UNI PHY和所述NNI PHY之间转发的报文进行管理；

所述控制器，用于依据所述管理地址控制所述电信号处理模块将报文转发到与所述管理地址对应的用户侧设备或网络侧设备。

2.根据权利要求1所述的光接入模块，其特征在于，与所述UNI PHY和所述NNI PHY对应的数据链路层具有介质访问控制MAC和逻辑链路控制LLC功能。

3.根据权利要求2所述的光接入模块，其特征在于，所述数据链路层桥包括：分组缓存组件和交通流量管理TM组件；

所述分组缓存组件，用于缓存所述数据链路层的所述报文；

所述TM组件，用于对所述报文进行管理。

4.根据权利要求3所述的光接入模块，其特征在于，

所述分组缓存组件为随机存储器RAM，所述TM组件为多核中央处理器CPU或网络处理器。

5.根据权利要求1所述的光接入模块，其特征在于，还包括：

光电转换驱动电路，用于执行光信号与电信号之间的转换。

6.根据权利要求5所述的光接入模块，其特征在于，所述光电转换驱动电路包括：接收器和发射器；

所述发射器，用于将所述电信号处理单元发送的电信号调制成光信号，并发射该光信号；

所述接收器，用于将接收到的光信号解调成电信号，并将该电信号发送到所述电信号处理模块。

7.根据权利要求6所述的光接入模块，其特征在于，所述发射器包括：半导体激光器，所述接收器包括：半导体光检测器。

8.根据权利要求7所述的光接入模块，其特征在于，所述光电转换驱动电路包括一组或多组所述半导体激光器和所述半导体光检测器的组合。

9.根据权利要求1所述的光接入模块，其特征在于，还包括：

电源模块，用于获取直流电源输入的电能，其中，所述电能用于供所述光接入模块工作。

10.根据权利要求1至9任一项所述的光接入模块，其特征在于，所述光接入模块适用于交换机、路由器的光模块插槽。