CN110062302A - 基于tdma的pon网络通信构架及通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于TDMA的PON网络通信构架及通信方法包括：网络控制器，网络终端，网络监视器及转发器，该转发器与该网络控制器及各该网络终端联网，形成总线型网络，当网络下行通信时，该网络控制器向该转发器发送数据集合的上行光信号，经该转发器转换成数据集合的下行光信号后向网络内广播，以供对应节点数据并执行；当网络上行通信时，对应的网络终端向该转发器发送数据集合的上行光信号，并经该转发器转换成数据集合的下行光信号后向网络内广播，以供该网络控制器获取并根据数据集合中的节点信息承接数据，从而提高了网络控制器在网络中的配置灵活性。

Description

基于TDMA的PON网络通信构架及通信方法

技术领域

本发明涉及一种光纤网络，尤其涉及基于TDMA的PON网络通信构架及通信方法。

背景技术

传统的PON(无源光网络)技术主要有：GPON、EPON、GEPON、10GPON、10GEPON等几种标准，申请人先前基于Fiber Channel技术，也曾提出了新型的FPON技术方案，申请号：201811577411.1，其中记载了一种新型的光纤网络拓扑结构，即在原有FC拓扑架构基础上，将FC协议技术(FC-AE-1553)与PON网络架构进行融合，形成一种新型总线式FC网络方案。其中该方案中还记载了包括“授时窗口期”的通信传输方案，即申请人目前命名为“TDMA”技术。

同时由于传统PON中是需要有光分器，所以网络控制器的位置是必须是固定的。因此对组网的结构增加了一定的限制，从而现有技术亟待一种可以提高网络控制器的位置安置自由度的技术，来解决上述现有技术的缺陷。

因此发明人基于前案基础，提出了一种基于TDMA的PON网络通信构架技术方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于TDMA的PON网络通信构架及通信方法，以消除传统PON网络中网络控制器位置需固定的缺陷。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种基于TDMA的PON网络通信构架，其包括：网络控制器，网络终端，网络监视器及转发器，该转发器与该网络控制器及各该网络终端联网，形成总线型网络，该网络监视器设置在该网络控制器与各该网络终端之间，对网络上行及下行通信进行监控，其中当网络下行通信时，该网络控制器向该转发器发送数据集合的上行光信号，经该转发器转换成数据集合的下行光信号后向网络内广播，以供该网络终端接收数据集合，从中分选出对应节点数据并执行；当网络上行通信时，数据集合中的节点数据包括邀请传输指令，供对应的该网络终端执行，以向该转发器发送数据集合的上行光信号，并经该转发器转换成数据集合的下行光信号后向网络内广播，以供该网络控制器获取并根据数据集合中的节点信息承接数据。

进一步的，其中该网络控制器，网络终端及网络监视器的硬件包括：光模块，信号处理装置，处理器，其中该信号处理装置与光模块连接，并向该处理器传输信号数据，其中该处理器上设有外接数据接口。

进一步的，其中，该数据集合中的各节点数据包括与网络终端对应匹配的验证数据，以供网络终端分选后，仅保留对应验证数据的节点数据并执行。

进一步的，其中，该邀请传输指令中包括该网络控制器允许对应该网络终端与其进行通信的授时窗口数据，该网络终端在授时窗口期内与该网络控制器完成上行通信。

进一步的，其中，该数据集合中的节点信息为节点ID信息，该网络控制器根据节点ID信息记录承接数据。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种基于TDMA的PON网络通信构架的通信方法，步骤包括：设置转发器网络控制器与各网络终端联网，形成总线型网络；当网络下行通信时，网络控制器向转发器发送数据集合的上行光信号，经转发器转换成数据集合的下行光信号后向网络内广播；网络终端接收数据集合，从中分选出对应节点数据并执行；当网络上行通信时，数据集合中的节点数据包括邀请传输指令，供对应的该网络终端执行，以向转发器发送数据集合的上行光信号，并经转发器转换成数据集合的下行光信号后向网络内广播；网络控制器获取并根据数据集合中的节点信息承接数据。

进一步的，其中，该总线型网络为单纤双向无源光网络，使用至少两个波长完成网络上行和下行通信。

进一步的，其中，该网络上行通信波长为1310nm，下行通信波长为1490nm。

进一步的，该基于TDMA的PON网络通信构架的通信方法，步骤还包括：在该总线型网络中设置网络监视器，对网络上行及下行通信进行监控。

进一步的，其中，该数据集合中的各节点数据包括与网络终端对应匹配的验证数据，以供网络终端分选后，仅保留对应验证数据的节点数据并执行。

进一步的，其中，该邀请传输指令中包括该网络控制器允许对应该网络终端与其进行通信的授时窗口数据，该网络终端在授时窗口期内通过该转发器转发后，与该网络控制器完成上行通信。

通过本发明提供的该基于TDMA的PON网络通信构架及通信方法，能够解决传统PON网络中网络控制器位置需固定的缺陷，从而提高了网络控制器的位置安置自由度，使得网络控制器的位置可以任意安置，没有传统PON网络的限制，大大提高了网络控制器在网络中的配置灵活性。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，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是本发明基于TDMA的PON网络通信构架的网络结构示意图；

图2是本发明基于TDMA的PON网络通信构架的网络下行传输结构示意图；

图3是本发明基于TDMA的PON网络通信构架的通信方法的网络下行传输步骤图；

图4是本发明基于TDMA的PON网络通信构架的网络上行传输结构示意图；

图5是本发明基于TDMA的PON网络通信构架的通信方法的网络上行传输步骤图；

图6是本发明基于TDMA的PON网络通信构架中网络控制器，网络终端及网络监视器的结构示意图。

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。

为了使本领域的技术人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，在本领域普通技术人员没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

本发明提供的基于TDMA的PON网络通信构架及通信方法，能够统一整个网络装置的光模块1硬件，从而使得网络中故障设备的高自由度替换成为可能。此外本发明的方案还能解决网络控制器7在整个网络中位置固定的缺陷，使得网络控制器7的位置可在网络中高自由度安置，同时又能够方便网络监视器8设备的接入。

为此，请参阅图1至图6，本发明的该基于TDMA的PON网络通信构架，其主要构成包括：网络控制器7(NET CoNTroller，文中简称NC)在EPON或者GPON协议中，定义为光线路终端(0LT)。而在FPON网络中该NC7的作用都是负责控制整个网络的传输过程，与所有网络终端6结点数据通信。

网络终端6(Network Terminal，文中简称NT)，主要对NC7发起的命令序列作出响应的光纤通道节点；在EPON、GPON等协议中，定义为光网络单元(0NU)。而在FPON网络中，该NT6作用都是网络终端结点，与网络控制器7进行数据通信。

网络监视器8(Network Monitor，文中简称NM)，为了稳定整个网络的数据传输并进行监控，本发明的优选实施例中可以选择设置网络监视器8其在该网络控制器7与各该网络终端6之间，以对网络上行及下行通信进行监控，特别适用于网络健康管理和故障诊断用，从而更好的稳定光纤网络的数据传输。

转发器5(repeater)，其只是一个物理层转换装置，负责将两种不同波长之间的转换工作，本身不参与任何网络业务。其设计非常简单，体积小，可靠性高。在本实施例下该转换器结构包括：光模块1及信号处理装置2，以将1310NM8的光信号波长转换成1490NM8的光信号波长，形成转发通信。

其中该转发器5与该网络控制器7及各该网络终端6联网，形成总线型网络。而该网络监视器8设置在该网络控制器7与各该网络终端6之间，对网络上行及下行通信进行监控。需要定义的是，该网络中下行和上行通信，即下行通信：从NC7到NT6的数据传输，定义为下行。上行通信：从NT6到NC7的数据传输，定义为上行。

因此在本发明实施例中，当网络下行通信时，该网络控制器7向该转发器5发送数据集合的上行光信号，经该转发器5转换成数据集合的下行光信号后向网络内广播，以供该网络终端6接收数据集合，从中分选出对应节点数据并执行；其中该数据集合中的各节点数据包括与网络终端6对应匹配的验证数据，以供网络终端6分选后，仅保留对应验证数据的节点数据并执行。

具体来说，当该NC7下行传输通信时，首先向该转发器5发送数据集合的上行光信号，以供转发器5转换成数据集合的下行光信号，即波长转换后，由转发器5在网络中广播，因此由于该网络中的下行传输通信是广播，因此所有网络中的装置包括网络终端6都会收到该转发器5发出的数据集合，因此各网络终端6根据其自身的网络节点地址，解析该下行传输的数据集合中适用于或适配于自身节点地址的数据进行执行，而其余数据则丢弃或忽视，从而获得属于节点自身适配的特定数据。

而当网络上行通信时，数据集合中的节点数据包括邀请传输指令，其中该邀请传输指令中包括该网络控制器7允许对应该网络终端6与其进行通信的授时窗口数据，而该网络终端6在授时窗口期内，通过转发器5与该网络控制器7完成上行通信，供对应的该网络终端6执行，以向该转发器5发送数据集合的上行光信号，并经该转发器5转换成数据集合的下行光信号后向网络内广播，使得该网络控制器7可获取并根据数据集合中的节点信息承接数据，其中该节点信息优选为节点ID信息，该网络控制器7根据节点ID信息记录并承接数据。

具体来说，该上行通信采用了TDMA技术，由NC7统筹管理NT6发送的上行信号时间窗口，而NT6只有在自身的授权时间窗口内才能发送数据，因此上行通信时，首先由NC7向转发器5发送令各网络终端6上报自身数据之命令信号，随后关闭本装置的发送功能，而此时转发器5接收该NT6的上行光信号后，转换为下行光信号后即在网络中进行广播，因此该网络中的所有网络终端6节点都将收到该下行的数据集合，并在其中解析出邀请传输指令后，根据自身节点ID进行匹配，匹配成功后的NT6节点即打开发送功能，向转发器5发送数据直至完毕后关闭发送装置，此后该转发器5则将接收到的NT6上行光信号，转换成下行光信号，并在网络中广播，因此所有网络中的装置皆可收到该广播，而此时NC7则会接收并根据该数据中的节点ID来判断该数据来源，以准确接收该网络终端6的上行数据。

此外，值得一提的是，在优选实施方式下，该总线型网络为单纤双向无源光网络，使用至少两个波长完成网络上行和下行通信，且本发明的物理层借鉴了PON物理层，光模块1采用上行通信波长采用1310NM8，下行采用1490NM8。同时在链路层上可延续在先申请的TDMA技术。

而另一方面，上述NC7，NM8和NT6的硬件可优选包括：光模块1，信号处理装置2，处理器3，其中该信号处理装置2与光模块1连接，并向该处理器3传输信号数据，而该处理器3上设有外接数据接口，如升级接口4，其中该光模块1采用的都是1310NM8发送和1490NM8接收的，同时在处理器3部分预留了升级接口4，整个硬件上可以选择完全一样。在功能上，通过加载不同的软件，区分出不同的网络角色NC7、NT6、NM8。

从而本实施例下的该网络中任意一个节点如NC7，NM8或NT6出现故障的话，其他节点都可以通过升级接口4，对功能软件更新，实现故障结点的备份。例如在网络中NC7节点出现故障，通过升级接口4将原先的NT6节点，升级成NC7软件。新NC7节点又可以重新开始工作，实现了故障的快速修复，并总体降低了硬件设计和生产成本。

请参阅图3及图5，另一方面，本发明还提供了一种适配基于TDMA的PON网络通信构架的通信方法，其主要步骤包括：设置转发器5网络控制器7与各网络终端6联网，形成总线型网络；当网络下行通信时，网络控制器7向转发器5发送数据集合的上行光信号，经转发器5转换成数据集合的下行光信号后向网络内广播；网络终端6接收数据集合，从中分选出对应节点数据并执行；当网络上行通信时，数据集合中的节点数据包括邀请传输指令，供对应的该网络终端6执行，以向转发器5发送数据集合的上行光信号，并经转发器5转换成数据集合的下行光信号后向网络内广播；网络控制器7获取并根据数据集合中的节点信息承接数据。

具体来说，该总线型网络优选为单纤双向无源光网络，使用至少两个波长完成网络上行和下行通信。而其中该数据集合中的各节点数据包括与网络终端6对应匹配的验证数据，以供网络终端6分选后，仅保留对应验证数据的节点数据并执行。而该邀请传输指令中，包括该网络控制器7允许对应该网络终端6与其进行通信的授时窗口数据，该网络终端6在授时窗口期内通过该转发器5转发后，与该网络控制器7完成上行通信。

而在优选实施方式下，该基于TDMA的PON网络通信构架的通信方法，步骤还包括：在该总线型网络中设置网络监视器8，对网络上行及下行通信进行监控。

综上所述，通过本发明提供的该基于TDMA的PON网络通信构架及通信方法，能够解决传统PON网络中网络控制器7位置需固定的缺陷，从而提高了网络控制器7的位置安置自由度，使得网络控制器7的位置可以任意安置，没有传统PON网络的限制，大大提高了网络控制器7在网络中的配置灵活性；同时在网络控制器7故障的时候，任意网络终端6结点皆可以备份，不会有单点故障的问题，相比传统的PON网络，网络控制器7如果出现故障，节点无法替换，整个网络瘫痪的困境，本发明的方案使得网络中任意节点都可以替换，实现了故障的快速修复，从而降低了维护成本及生产成本，极大的提高了网络传输的可靠性，因此具有较高应用及推广价值。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，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。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制，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。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器3(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (11)

1.基于TDMA的PON网络通信构架，其包括：网络控制器，网络终端，网络监视器及转发器，所述转发器与所述网络控制器及各所述网络终端联网，形成总线型网络，所述网络监视器设置在所述网络控制器与各所述网络终端之间，对网络上行及下行通信进行监控，其中当网络下行通信时，所述网络控制器向所述转发器发送数据集合的上行光信号，经所述转发器转换成数据集合的下行光信号后向网络内广播，以供所述网络终端接收数据集合，从中分选出对应节点数据并执行；当网络上行通信时，数据集合中的节点数据包括邀请传输指令，供对应的所述网络终端执行，以向所述转发器发送数据集合的上行光信号，并经所述转发器转换成数据集合的下行光信号后向网络内广播，以供所述网络控制器获取并根据数据集合中的节点信息承接数据。

2.根据权利要求1所述基于TDMA的PON网络通信构架，其中所述网络控制器，网络终端及网络监视器的硬件包括：光模块，信号处理装置，处理器，其中所述信号处理装置与光模块连接，并向所述处理器传输信号数据，其中所述处理器上设有外接数据接口。

3.根据权利要求1所述基于TDMA的PON网络通信构架，其中，所述数据集合中的各节点数据包括与网络终端对应匹配的验证数据，以供网络终端分选后，仅保留对应验证数据的节点数据并执行。

4.根据权利要求1所述基于TDMA的PON网络通信构架，其中，所述邀请传输指令中包括所述网络控制器允许对应所述网络终端与其进行通信的授时窗口数据，所述网络终端在授时窗口期内与所述网络控制器完成上行通信。

5.根据权利要求1所述基于TDMA的PON网络通信构架，其中，所述数据集合中的节点信息为节点ID信息，所述网络控制器根据节点ID信息记录承接数据。

6.一种如权利要求1至5所述基于TDMA的PON网络通信构架的通信方法，步骤包括：

设置转发器网络控制器与各网络终端联网，形成总线型网络；

当网络下行通信时，网络控制器向转发器发送数据集合的上行光信号，经转发器转换成数据集合的下行光信号后向网络内广播；

网络终端接收数据集合，从中分选出对应节点数据并执行；

当网络上行通信时，数据集合中的节点数据包括邀请传输指令，供对应的所述网络终端执行，以向转发器发送数据集合的上行光信号，并经转发器转换成数据集合的下行光信号后向网络内广播；

网络控制器获取并根据数据集合中的节点信息承接数据。

7.根据权利要求1所述光纤网络拓扑方法，其中，所述总线型网络为单纤双向无源光网络，使用至少两个波长完成网络上行和下行通信。

8.根据权利要求6所述基于TDMA的PON网络通信构架的通信方法，其中，所述网络上行通信波长为1310nm，下行通信波长为1490nm。

9.根据权利要求6所述基于TDMA的PON网络通信构架的通信方法，步骤还包括：在所述总线型网络中设置网络监视器，对网络上行及下行通信进行监控。

10.根据权利要求6所述基于TDMA的PON网络通信构架的通信方法，其中，所述数据集合中的各节点数据包括与网络终端对应匹配的验证数据，以供网络终端分选后，仅保留对应验证数据的节点数据并执行。

11.根据权利要求6所述基于TDMA的PON网络通信构架的通信方法，其中，所述邀请传输指令中包括所述网络控制器允许对应所述网络终端与其进行通信的授时窗口数据，所述网络终端在授时窗口期内通过所述转发器转发后，与所述网络控制器完成上行通信。