CN111698582A - 一种combo光模块及多模pon系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种COMBO光模块，所述COMBO光模块基于20 PIN SFP+封装尺寸拓展两个PIN采用22 PIN SFP+电气接口，基于标准20 PIN SFP+光模块的数据和控制信号定义，重新定义COMBO光模块的数据和控制信号。基于20 PIN SFP+封装尺寸拓展两个PIN采用22 PIN SFP+电气接口，具体为：在标准的20 PIN SFP+金手指管脚端空余地方上下层各加一个PIN，其余标准20 PIN SFP+的结构和位置保持不变，配套光模块插座也采用22 PIN插座。本发明还提供了包含上述光模块的多模PON系统。本发明可以用于GPON业务或GPON平滑升级到10GPON业务，而对ODN不做改动；本发明可根据实际用户需求，将不同端口配置成不同模式，从而使多模式PON共存。

Description

一种COMBO光模块及多模PON系统
技术领域
本发明属于无源光网络(Passive Optical Network，PON)技术领域，更具体地，涉及一种COMBO光模块及多模PON系统。
背景技术
随着多媒体、高清视频、互动游戏的大量普及，EPON(Ethernet Passive OpticalNetwork，以太网无源光网络)和GPON(Gigabit-Capable Passive Optical Networks，吉比特无源光网络技术)已无法满足未来宽带业务发展的需要，现有PON技术带宽将会出现瓶颈。10G GPON应运生，XG-PON(下行10G/上行2.5G)和XGS-PON(下行10G/上行10G)正式进入了应用。
GPON向10G GPON演进或升级的过程中，不可避免的存在GPON和10G GPON接入共存的场景。考虑到对运营商已布放光纤资源的充分保护，10G GPON的ODN必须完全沿用GPON的网络拓扑，重利用现有GPON网络已投放的光纤、分路器等。
GPON与10G GPON共存存在两种模式：
模式一是外置WDM1r模式：GPON和10G GPON端口通过外置WDM1r合波器的方式共享重用ODN(Optical Distribution Network，光分配网络)网络。外置WDM1r模式，机房需要新增需新增10G GPON线卡、OLT子框、WDM1r子框。OLT端需要进行光线路跳接改造，更重要的是WDM1r会引入1～1.5dB光路衰耗，减小了光功率预算，可能会影响现网GPON ONU的业务。
模式二是COMBO-PON模式，相对纯GPON和纯10G GPON而言，COMBO-PON是GPON和10GGPON的联合体。COMBO-PON单端口(或单光模块)支持GPON和10G GPON终端混合接入，在OLT端，COMBO-PON光模块通过不同的波长通道承载10G GPON和GPON MAC模块(Media AccessControl，媒体介入控制层)单元的信号，多模MAC模块(GPON和10G GPON)PMD(PhysicalMedium Dependent物理媒质相关子层)层通过不同的SERDES(SERializer(串行器)/DESerializer(解串器))接口耦合到光模块，COMBO-PON光模块内置GPON收发模块、10GGPON收发模块及GPON/10G GPON合波分波器。下行方向，合波器将GPON收发模块和10G GPON收发模块的光信号进行合波送入到ODN网络；上行方向，分波器将从ODN来的光信号进行分波后分别送入到GPON收发模块和10G GPON收发模块。即在光模块内部通过合波分波的方式，实现GPON和10G GPON光信号的独立发送。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种COMBO光模块及多模PON系统，该系统支持GPON、10G GPON(包含XG-PON和XGS-PON)、XG COMBO和XGS COMBO等多种模式。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种COMBO光模块，所述COMBO光模块基于20PIN SFP+封装尺寸拓展两个PIN采用22PIN SFP+电气接口，基于标准20PIN SFP+光模块的数据和控制信号定义，重新定义COMBO光模块的数据和控制信号。
本发明的一个实施例中，所述COMBO光模块基于20PIN SFP+封装尺寸拓展两个PIN采用22PIN SFP+电气接口，具体为：在标准的20PIN SFP+金手指管脚端空余地方上下层各加一个PIN，其余标准20PIN SFP+的结构和位置保持不变，配套光模块插座也采用22PIN插座。
本发明的一个实施例中，所述22PIN SFP+电气接口删除标准20PIN SFP+光模块的控制信号Tx_FAULT，并将其设置为GND，删除标准20PIN SFP+光模块的控制信号Mod_Abs，并将其设置为GPON_RD-，增加的两个PIN分别设置为GPON_TD+和GPON_Reset。
本发明的一个实施例中，判断光模块是否在位的方式为：线卡的CPU或MAC模块通过光模块的I2C接口访问标准寄存器的状态位，如访问成功则光模块在位，如访问失败则光模块不在位。
本发明的一个实施例中，指示光模块故障的方式为：设置用于表示光模块故障状态的自定义寄存器，当光模块检测到故障时，光模块内部的CPU设置该自定义寄存器为故障状态，线卡的CPU或MAC模块通过I2C接口轮询该自定义寄存器，以获取故障状态。
按照本发明的另一方面，还提供了一种包含上述COMBO光模块的多模PON系统。
本发明的一个实施例中，当连接光模块的接口电平为LVPECL时，高速模拟开关闭合；并且配置MAC模块内部的高速通道使高速PON电接口切换到GPON MAC，实现LVPECL→CML电平接口的高速互连传输。
本发明的一个实施例中，当连接光模块的接口电平为CML时，高速模拟开关断开；并且配置MAC模块内部的高速通道使高速PON电接口切换到XG(S)MAC，实现CML→CML电平接口的高速互连传输。
本发明的一个实施例中，所述多模PON系统的端口模式配置采用自动配置或手动配置，其中：
所述自动模式为：线卡的CPU或MAC模块通过光模块I2C接口读取标准寄存器中的上下行波长、标称速率或预设的光模块信息，根据上下行波长、标称速率或预设光模块信息判断光模块种类，然后自动切换到相应模式下；
所述手动模式为：网管或命令行配置端口模式，将线卡端口切换到相应模式下。
本发明的一个实施例中，所述多模PON系统中光模块不匹配时进行告警，具体为：当插入的光模块类型和端口模式不匹配，业务板卡产生告警；当光模块类型和端口模式匹配，或光模块拔出，告警消失。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明可以用于GPON业务或GPON平滑升级到10GPON业务，而对ODN不做改动；
(2)本发明可根据实际用户需求，将不同端口配置成不同模式，从而使多模式PON共存；
(3)在当前10G光模块成本还比较高昂的情况下，利用本发明方案可以分阶段进行GPON升级，业务PON板卡一次建设到位，光模块分阶段可基于端口按需升级；
(4)本发明方案包含GPON、10G GPON(含XG-PON、XGS-PON、XG COMBO、XGS COMBO)等多模PON系统的实现方案，可用于GPON或10G GPON工程组网中，特别是GPON板卡业务平滑升级到10G GPON，从而满足用户高带宽需求。
附图说明
图1是典型单模PON系统(例如GPON或XG-PON)的结构示意图；
图2是典型COMBO-PON系统的结构示意图；
图3是本发明实施例中一种多模PON系统的光模块的22PIN电气接口的结构示意图；
图4是本发明实施例中多模PON支持通用GPON光模块的原理示意图；
图5是本发明实施例中多模PON支持通用XG(S)-GPON光模块的原理示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明要解决的技术问题是：
传统PON业务卡只支持单一PON模式或某种COMBO-PON模式，不能基于端口支持多种模式，本发明提出一种支持多模PON系统的实现方式，端口可动态配置或自适应到多种PON模式，支持前期大量使用的通用GPON或XG-PON SFP+光模块在该多模PON系统的应用。
解决该技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种COMBO光模块，即多模PON系统中采用的XG COMBO或XGS COMBO光模块(本发明中称为COMBO-PON SFP+光模块，因其采用新的22PIN SFP+金手指结构，也可称为22PIN SFP+光模块)，COMBO光模块以标准单模XG-PON模块的数据和控制信号为基础，并重新定义GPON光模块数据和控制信号。多模PON也可工作在纯GPON或XG-PON模式下，可采用实际工程中已大量部署的通用GPON或XG-PON光模块；
为获得更好的电磁兼容EMC性能XG COMBO-PON或XGS COMBO-PON的光模块采用22PIN SFP+连接方式支持多模PON，22PIN SFP+连接方式可以兼容标准20PIN SFP+金手指；
COMBO-PON SFP+光模块的PIN定义删除了标准20PIN SFP+中的模块在位信号Mod_Abs和模块缺陷指示TX_FAULT信号，通过软件实现该功能；
通过高速开关电路实现GPON、XG-PON、XGS-PON接口电平适配，保证标准GPON、XG-PON、XGS-PON光模块在多模PON系统共存；
线卡的CPU或MAC模块通过I2C接口读取标准寄存器中的上下行波长(A0或B0地址表偏移地址60，61)、标称速率(A0或B0地址表偏移地址12，13)或预设的光模块信息(用户自定义状态位)，例如，如上行波长属于GPON范围，则将该PON口模式设置为GPON模式，否则设置为XG(S)-PON模式。
如图1所示，是典型单模PON系统(例如GPON或XG-PON或XGS-PON)系统功能示意图：MAC模块实现GPON(G.984.3协议)、XG-PON(G.987.3)或XGS-PON(G.9807.1)传输汇聚层(TC层)协议，光模块实现光电转换及用户光纤接入。其中Tx为发送信息，Rx为接收信号，Ctrl为控制信号。
图2是典型COMBO-PON系统功能示意图：也包含两大部分，多模MAC模块和多模光模块。多模MAC模块实现多个传输汇聚层(TC)协议，和多模光模块配合，实现用户GPON、XG-PON、XGS-PON用户接入。
MAC模块和光模块之间通过标准的总线连接，以单模GPON或XG-PON系统为例，PON的MAC模块和光模块之间信号如表1所示。
表1：通用标准GPON或XG-PON光模块PIN定义
Figure BDA0002501847070000061
Figure BDA0002501847070000071
从表1可看出，MAC模块和光模块之间必须的信号包括：一对数据发送信号(TD+、TD-；即引脚18、19)、一对接收信号(RD+、RD-；即引脚12、13)、光模块复位信号(Rx_Reset；即引脚7)，光模块无光信号显示(Rx_SD；即引脚8)、光模块关闭控制信号(Tx_DIS；即引脚3)、TRIG信号(TRIG；即引脚9)、I2C时钟信号(SCL；即引脚5)、I2C数据信号(SDA；即引脚4)、模块在位信号(Mod_Abs；即引脚6)、模块缺陷指示(Tx_FAULT；即引脚2)。
对XGS-PON系统，由于上行10G和2.5G通过时分方式共存，MAC模块和光模块之间增加了速率选择信号RateSelect信号，该信号用于提高XGS模式下OLT上行2.5G的接收灵敏度。
从上表可看出，无论是标准的GPON光模块还是XG-PON光模块都采用标准的20PINSFP+管脚封装，结构符合规范《SFF-8432Specification for SFP+Module and Cage》的规定。
COMBO-PON系统中，COMBO-PON光模块集成了GPON和XG(S)-PON的发送和接收，四波长波分复用，光模块数据信号或控制信号线众多，特别是XGS COMBO模块，如果采用标准20PIN SFP+封装，分配必要的数据信号线或控制线管脚后，导致GND接地管脚数量较少(2个GND管脚以下)，GND PIN的减少会弱化电磁兼容性EMC(Electro Magnetic Compatibility，电磁兼容性)性能；此外，COMBO-PON光模块功耗较大，尤其对于高温低压的情况下，电流消耗更大，地的减少会加大电源回路的阻抗，尤其包括金手指接触阻抗，造成电源拉偏过低的情况出现。
目前也有采取复用管脚的方式，例如将TRIG/Tx_DIS管脚复用。然而这种方式存在如下缺点：
采用信号复用的方式，例如TRIG/Tx_DIS复用。PON正常工作时，该管脚作为TRIG信号，用于测试OLT侧的ONU接收光功率。当需要关断激光器时，通过I2C接口，设置该管脚为Tx_DIS，通过连接到该管脚的外部电路，关掉光模块的发送。采用复用功能，会影响PON保护性能，增加倒换时间。原因，PON口检测到LOS后，需要立即关掉激光器。而采用复用方式，首先需要通过I2C访问寄存器，然后才能关闭光模块。
无RateSelect信号：该信号用于提高XGS模式下OLT上行2.5G的接收灵敏度。上行如果无RateSelect，2.5G的接收灵敏度较差。
基于以上考虑，如图3所示，本发明COMBO-PON SFP+光模块基于20PIN SFP+封装尺寸拓展两个PIN采用22PIN SFP+电气接口，基于标准20PIN SFP+光模块的数据和控制信号定义，重新定义GPON光模块的数据和控制信号。
除XG(S)-PON收发和GPON收发功能模块外，COMBO-PON光模块还集成波分波器件WDM，和MAC模块一起实现多模共存。重新定义后的XG(S)COMBO-PON管脚定义如表2所示，表中列出的XG-PON模块采用业界通用标准，XG COMBO-PON和XGS COMBO-PON模块基于XG-PON模块，在不影响或改变XG-PON光模块功能的前提下，裁剪部分控制信号和GND，并重新定义安排GPON的功能管脚，实现GPON和XG(S)-PON共存。
22PIN SFP+金手指结构：在标准的20PIN SFP+金手指管脚端空余地方上下层各加一个PIN，如图3结构图中的PIN 0和PIN 21(对应表2中的0号和21号管脚)，其余标准20PINSFP+的结构或位置保持不变。配套光模块插座也采用22PIN SFP+插座；标准20PIN SFP+光模块和22PIN SFP+光模块都可以安装到该插座上，不会错位。20PIN SFP+光模块安装到22PIN SFP+插座上时，光模块插座多出来的2个PIN悬空，实现了22PIN SFP+金手指兼容20PIN SFP+。
表2：XG COMBO或XGS COMBO光模块PIN定义
PIN XG-PON光模块 XG COMBO光模块 XGS COMBO光模块
0 GPON_TD+ GPON_TD+
1 GND GPON_TD- GPON_TD-
2 Tx_FAULT GND GND
3 Tx_DIS TX_DIS TX_DIS
4 SDA SDA SDA
5 SCL SCL SCL
6 Mod_Abs GPON_RD- GPON_RD-
7 XG_Rx_Reset Rx_XG_Reset Rx_XGS_Reset
8 XG_Rx_SD Rx_XG_SD Rx_XGS_SD
9 TRIG TRIG TRIG
10 GND GPON_RD+ GPON_RD+
11 GND GND GND
12 XG_RD- XG_RD- XGS_RD-
13 XG_RD+ XG_RD+ XGS_RD+
14 GND NC Rate_Select
15 VCC3 VCCR VCCR
16 VCC3 VCCT VCCT
17 GND RX_GPON_SD RX_GPON_SD
18 XG_TD+ XG_TD+ XGS_TD+
19 XG_TD- XG_TD- XGS_TD-
20 GND GND GND
21 GPON_Reset GPON_Reset
从上表看出，多出来的引脚0和21分别分配给XG/XGS COMBO光模块的GPON_TD+和GPON_Reset，当然也可以分别给GPON_Reset和GPON_TD+。因考虑管脚间的电气性能，通常采用前者。
从上表看出，XG(S)COMBO光模块删除了标准光模块的Tx_FAULT和Mod_Abs两个控制信号。在标准GPON或XG-PON SFP+模块中，这两个PIN管脚功能如下：
Mod_Abs：模块在位指示，显示光模块是否在位，0代表光模块在位；
Tx_FAULT：光模块缺陷指示，高电平显示光模块故障。
本发明通过软件的方式实现以上两个功能：
光模块是否在位，通过业务板的线卡CPU或MAC模块能否成功访问光模块的标准寄存器的状态位(该状态位由相应标准规定，例如光模块的封装类型等)来决定。具体地，线卡的CPU或MAC模块通过光模块的I2C接口访问标准寄存器的状态位，如访问成功，则光模块在位，如I2C访问失败，则光模块不在位。例如线卡的CPU或MAC模块通过访问A0H地址表偏移地址0字段读取光模块的封装类型(如sfp+或xfp等)，从而判断光模块是否在位。其中规范INF-8077 10Gigabit Small Form Factor Pluggable Module和规范SFF-8472Specification for Management Interface for SFP+规定该寄存器的值03代表SFP+，06代表XFP。
通过用于表示光模块故障状态的自定义寄存器获取光模块故障信息，显示光模块故障。当光模块检测到故障时，光模块内部的CPU设置该自定义寄存器为故障状态，线卡CPU或MAC模块通过I2C接口轮询该自定义寄存器，以获取故障状态。例如，可定义A2H地址表偏移地址110字段位2读出光模块Tx_FAULT状态。
采用表2中的光模块的22PIN SFP+管脚定义，配合GPON和XG(S)-PON MAC模块可实现XG COMBO、XGS COMBO、纯XG-PON、纯XGS-PON接入，但还无法实现GPON接入功能。主要原因是XG和XGS光模块的数据接收信号XG(S)_RD一般采用CML电平，而GPON模块的的接收信号GPON_RD通常采用LVPECL电平，两者电平幅度不一致，CML电平一般为(0.4V-0.85V)，而LVPECL电平一般为(0.8V-1.6V)。
多模COMBO-PON系统功能示意图如图2所示。
当多模PON系统工作于GPON模式时，如图4所示，当连接光模块的接口电平为LVPECL(1.25Gbps)时，即PON系统插入的是GPON光模块时，高速模拟开关K2使能(闭合)，提供直流偏置。并且配置MAC模块内部的高速通道或选择器开关K1，使高速PON电接口切换到GPON MAC，实现LVPECL→CML电平接口的高速互连传输。模拟开关内部MOS管的导通电阻和电容影响可以忽略。
当多模PON系统工作于XG(S)或COMBO模式时，如图5所示，当连接光模块的接口电平为CML(10Gbps)时，即PON系统插入的是XG-PON、XGS-PON、XG COMBO和XGS COMBO光模块时，模拟开关K2不使能(断开)。并且配置MAC模块内部的高速通道或选择器开关K1，使高速PON电接口切换到XG(S)MAC，实现CML→CML电平接口的高速互连传输。
多模PON系统，端口的模式配置，可自动配置，或人手动配置。
自动模式下，线卡的CPU或MAC模块通过读取标准寄存器的上下行波长、标称速率或预设的光模块信息(由相应标准规定)，根据这些标准信息判断光模块种类(例如GPON、XG-PON、XGS-PON等)，然后自动切换到相应模式下，例如，端口1检测到XGS COMBO模块，线卡端口1就自动切换到XGS COMBO模式下。切换完成后，线卡告知网管或控制盘，网管可进一步地完成配置参数的更新。
例如，GPON切换到XGS COMBO模式后，网管可对XG的ONU进行配置。
手动模式：网管或命令行配置端口模式，将线卡端口切换到相应模式下。线卡端口模式切换后，通知网管或控制盘。
光模块不匹配告警：插入的光模块类型和端口模式不匹配，业务板卡产生告警。一旦光模块类型和端口模式匹配，或光模块拔出，告警消失。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。
在本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的描述的一些流程中，包含了按照特定顺序出现的多个操作，但是应该清楚了解，这些操作可以不按照其在本文中出现的顺序来执行或并行执行，操作的序号仅仅是用于区分开各个不同的操作，序号本身不代表任何的执行顺序。另外，这些流程可以包括更多或更少的操作，并且这些操作可以按顺序执行或并行执行。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种COMBO光模块，其特征在于，所述COMBO光模块基于20PIN SFP+封装尺寸拓展两个PIN采用22PIN SFP+电气接口，基于标准20PIN SFP+光模块的数据和控制信号定义，重新定义COMBO光模块的数据和控制信号。
2.如权利要求1所述的COMBO光模块，其特征在于，所述COMBO光模块基于20PIN SFP+封装尺寸拓展两个PIN采用22PIN SFP+电气接口，具体为：在标准的20PIN SFP+金手指管脚端空余地方上下层各加一个PIN，其余标准20PIN SFP+的结构和位置保持不变，配套光模块插座也采用22PIN插座。
3.如权利要求2所述的COMBO光模块，其特征在于，所述22PIN SFP+电气接口删除标准20PIN SFP+光模块的控制信号Tx_FAULT，并将其设置为GND，删除标准20PIN SFP+光模块的控制信号Mod_Abs，并将其设置为GPON_RD-，增加的两个PIN分别设置为GPON_TD+和GPON_Reset。
4.如权利要求3所述的COMBO光模块，其特征在于，判断光模块是否在位的方式为：
线卡的CPU或MAC模块通过光模块的I2C接口访问标准寄存器的状态位，如访问成功则光模块在位，如访问失败则光模块不在位。
5.如权利要求3所述的COMBO光模块，其特征在于，指示光模块故障的方式为：
设置用于表示光模块故障状态的自定义寄存器，当光模块检测到故障时，光模块内部的CPU设置该自定义寄存器为故障状态，线卡的CPU或MAC模块通过I2C接口轮询该自定义寄存器，以获取故障状态。
6.一种多模PON系统，其特征在于，包含如权利要求1-5任一项所述的COMBO光模块。
7.如权利要求6所述的多模PON系统，其特征在于，当连接光模块的接口电平为LVPECL时，高速模拟开关闭合；并且配置MAC模块内部的高速通道使高速PON电接口切换到GPONMAC，实现LVPECL→CML电平接口的高速互连传输。
8.如权利要求6所述的COMBO光模块，其特征在于，当连接光模块的接口电平为CML时，高速模拟开关断开；并且配置MAC模块内部的高速通道使高速PON电接口切换到XG(S)MAC，实现CML→CML电平接口的高速互连传输。
9.如权利要求6至8任一项所述的COMBO光模块，其特征在于，所述多模PON系统的端口模式配置采用自动配置或手动配置，其中：
所述自动模式为：线卡的CPU或MAC模块通过光模块I2C接口读取标准寄存器中的上下行波长、标称速率或预设的光模块信息，根据上下行波长、标称速率或预设光模块信息判断光模块种类，然后自动切换到相应模式下；
所述手动模式为：网管或命令行配置端口模式，将线卡端口切换到相应模式下。
10.如权利要求6至8任一项所述的多模PON系统，其特征在于，所述多模PON系统中光模块不匹配时进行告警，具体为：
当插入的光模块类型和端口模式不匹配，业务板卡产生告警；当光模块类型和端口模式匹配，或光模块拔出，告警消失。
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