CN1144398C - 基于宽带无源光纤网络的测距技术 - Google Patents

Abstract

一种基于宽带无源光纤网络的测距方法，OLT侧无源双星终端单元与对应远端ONU侧无源传输终端单元之间的通信方式通过传递一个特定的复帧结构来约定，该复帧结构为N行S列的块状结构，N等于ONU的个数，S≥3，每一行中有一个测距帧，ONU依照其编号占据不同的测距窗口，其它是有效数据信元通道。本发明给出基于ATM技术的容易实现、结构简单、具有极强扩充性，以信元为基本构成的测距方法及电路。

Description

基于宽带无源光纤网络的测距技术

技术领域

本发明涉及一种基于宽带无源光纤网络的测距技术，属于光纤通信领域，涉及到宽带基于异步转移模式ATM技术的无源光纤网络的的测距技术。具体来说，就是要利用ATM技术的特点来进行无源光纤网络的实时的测距方法。

背景技术

在无源光纤网络中，采用了无源光功率分配器件(星形耦合器)分配光信号，但是由于光纤的传输时延，以及电路处理单元的处理时间的不同所带来的时延，因此在上行的光耦合器处来自各个ONU的光信号就有可能叠加，产生信号的误码。因此就必须控制各个ONU的光信号的发送，使各个ONU发送的光信号，经过光纤的延迟，到达耦合器时是按照时间轴进行排列的，从而保证了信号的完整性。因此对于无源光纤网络，必须进行测距，以达到共享光纤媒体。在现有技术中，典型的测距方法如华为公司的98113186.7，主要是采用快速比特同步器，利用短复帧结构，进行测距的。其设计思路主要是解决多个E1信号的传输复用，而且其结构只能够适应于窄带无源光网络。另外还有如美国专利5341365，5469440所述，在上，下行数据流复帧结构中包含一个大的测距头HEAD和正常的有效数据，测距头HEAD中包含静态测距窗口(StaticRanging Window SWD)和动态测距窗口(Dynamic Ranging Window DWD)，静态测距主要在系统初始化或加入一ONU时实施，动态测距主要在平时对各个ONU进行微测调整，在测距时，由OLT向ONU发送一测距脉冲信号，OLT利用高速A/D转换器检测并分析ONU发来的单测距脉冲信号，检测到则停止计数，该计数器的值即为相应ONU的环路延时，OLT根据此值对其进行补偿。这样使各个ONU在光路上排列起来。这种测距方法由于必须进行高速的A/D转换，因此在电路设计上具有结构复杂，不易实现的特点。

发明内容

本发明的目的是融合异步转移模式ATM技术的一些主要特点，设计一种基于块状复帧结构的测距方法和电路。

本发明的技术方案是这样实现的，该测距方法是在OLT侧的无源双芯终端单元1和对应远端ONU侧的无源传输终端单元2两者间的通信方式是通过传递一个特定的复帧结构来约定，首先由OLT根据相关的网络的配置情况，生成由OLT侧发往ONU侧的特定的复帧结构，该复帧结构为N行S列的块状结构，N等于ONU的个数，S≥3，每一行中必须有一个测距帧，即测距窗口，光网络单元ONU依照设定的编号，该编号具有在全系统唯一的特性，从而使每个ONU占据不同的测距窗口，其它为有效数据信元通道。

所述的测距方法，其复帧结构最小复用单元是ATM的一个信元。然后由ATM信元来组成基本的帧结构，而帧结构又由测距窗口隔开，从而构成复帧结构，对于测距窗口，依据其与复帧的开始的位置关系，对应于相应的ONU的编号，各个ONU占用各自的测距窗口。

所述的测距方法，其测距的基本时标是OLT发送的复帧头，在测距的整个过程中，时间轴由OLT决定，即由复帧结构来进行指示的，测距的启动在OLT发送复帧结构时启动。

所述的测距方法，其复帧结构的块状结构中包含着帧的结构，测距时，关于测距值的计数电路，是以帧的边界为单位进行计算的，测距窗口的大小为一个帧的大小。

所述的测距方法，首先由OLT终端单元通过光分路耦合器向各个ONU发送特定的复帧结构定时，称之为OLTTF，当该复帧定时经过光分路器后到达ONU处，经过ONU的复帧同步电路检测复帧同步标识字节，当进入到复帧同步状态后，根据自己的ONU地址编号，每个ONU得到自己的发送时标，根据该发送时标，得到该ONU的测距窗口的发送位置，在该位置发送测距信元，当该测距信元到达OLT时，由OLT侧的测距单元电路检测，检测到测距信元，从而得到测距计数值，当测距状态机进入测距成功态时，将该测距值通过复帧结构中的特定位置传递到ONU，当ONU收到该测距值后，激励测距值监测状态机，以便当进入测距值刷新态时，使ONU刷新到新的测距值，从而完成测距的过程。完成测距过程后，OLT和ONU进入正常通信状态。每个ONU对应一个测距状态机。

这种基于宽带无源光纤网络的测距方法的电路单元包括OLT侧的终端单元1中的网络配置接口单元11，复帧定时电路10，测距单元电路12，测距状态机电路13，测距计数电路14，以及远端ONU侧的终端单元2中的复  同步单元20，测距值检测21，测距值监测状态机22，网络配置接口电路23，测距信元发送电路24，电路的工作构成是如下：

复帧定时产生电路10：主要是产生整个复帧结构的电路，对于整个复帧的行数是由网络配置接口电路进行配置而动态生成的，并且产生全系统的测距时标；

网络配置接口电路11。主要是定义了相关的一些跟测距密切相关的配置接口，例如配置全系统的ONU的数目；

测距单元电路12：该电路主要是进行测距信元的检测，并且产生相应的测距状态指示，以便于激励测距状态机；

测距状态机电路13：是一个有限状态机电路，通过在不同的状态之间进行转移，来决定各个ONU的测距状态；

测距计数器电路14：是一个当检测到测距信元时启动的计数器电路单元，当计数到帧的边界停止的计数电路单元；

下行数据复接电路15：该电路单元主要是根据复帧定时电路产生的复帧定时，来进行下行数据复接的电路；

复帧同步电路20：主要的目的是正确识别复帧同步信号，完成复帧同步的定时要求；

测距值检测电路21：主要目的是根据收到的复帧定时信号确定的位置接收测距值，并产生信号激励测距值监测状态机电路22；

测距值监测状态机电路22：是一个有限状态机电路，主要是根据测距值监测电路的激励输入作一些状态的转移，从而控制ONU的状态；

网络配置接口电路23：确定ONU的编号信息；

测距信元发送电路24：该电路单元的主要目的是根据收到的复帧定时，确定该ONU的发送位置，从而发送测距信元；

首先由OLT终端单元通过光分路耦合器向各个ONU发送特定的复帧结构定时，称之为OLTTF，当该复帧定时经过光分路器后到达ONU处，经过ONU的复帧同步电路检测复帧同步标识字节，当进入到复帧同步状态后，根据自己的ONU地址编号，每个ONU得到自己的发送时标，根据该发送时标，得到该ONU的测距窗口的发送位置，在该位置发送测距信元，当该测距信元到达OLT时，由OLT侧的测距单元电路检测，检测到测距信元，从而得到测距计数值，当测距状态机进入测距成功态时，将该测距值通过复帧结构中的特定位置传递到ONU，当ONU收到该测距值后，激励测距值监测状态机，以便当进入测距值刷新态时，使ONU刷新到新的测距值，从而完成测距的过程。

本发明的优点是主要是根据系统设计的容量，例如支持的ONU的数目，来进行复帧的设计，全部电路基于数字电路的实现，具有结构简单，容易设计，并且具有相应的扩充性，能够在保证系统性能前提下，最大限度的利用系统带宽。例如在设计上，假设支持的ONU的数目为N，则在复帧结构上设定N个测距窗口，每个ONU分配不同的测距窗口，可以使各个ONU能够动态的进行插入，而不影响其他ONU的工作，并且在OLT端的N个测距状态机的控制下，可以在不同的状态之间进行转移。并且N个测距状态机可以共用一个测距实体进行测距，可以使各个ONU处于实时测距状态，以保证各个ONU的测距。并且在测距状态机上有前后方保护电路，以构成完整的状态机。在本发明的复帧结构上，必须支持ATM信元的插入和解出，因此最小的复用单元是ATM信元，在复帧结构中的帧是由N个行构成，在每个行中由S个帧构成，每个行中包含一个测距窗口，即管理信元通道其它和有效数据信元通道构成，支持丰富的管理信道，对于构建强大的网管系统，提供了丰富的开销。并且在电路上便于和各种ATM的接口进行复用和解复用，并且由于每个ONU分配了固定的测距窗口，因此对于测距的实现能够方便和实时的进行。

附图说明

下面对附图进行说明：图1是本发明电路逻辑框图、图中1是OLT侧的无源双星终端单元、2是远端ONU侧的无源传输终端单元。3是光分路器。图2是块状复帧结构示意图。图3是测距时的时序图。

具体实施方式

下面进一步说明本发明的实施例：对于测距的整个过程，是一个ONU和OLT相互的交互的过程，首先由OLT根据相关的网络的配置情况，生成由OLT侧发往ONU侧的特定的复帧结构(OLTMF)，该复帧结构为N行S列的块状结构(见图2)，N等于ONU的个数，S≥3，最佳数为3-30，本实施例选9列。每一行中必须有一个测距帧，即测距窗口，ONU依照其编号，而占据不同的测距窗口，其它为有效数据信元通道。在测距的整个过程中，时间的轴是由OLT决定的，在本发明中，就是由复帧结构来进行指示的。与其他的测距方法不同的是，在OLT侧不需要发送测距命令，测距的启动是在OLT发送复帧结构时启动，并且以复帧周期循环往复，从而不断的进行实时测距，能够最快的检测到ONU的插入和删除，在图1中即为电路10(复帧产生电路)，根据电路11(网管配置接口)产生特定结构的复帧，复帧的周期是与ONU的数目相关，即由基本的帧结构乘以N(N为ONU的数目)构成，在复帧的开始有复帧同步字节，标志复帧的开始，在ONU侧的电路单元20(复帧同步电路)需要解出复帧同步信息，并遵循相关的算法。主要是经过三个过程，首先是HEC定界，完成信元的边界检测，然后在信元定界同步的基础上，进行帧的定界，当电路取得帧的同步后，然后搜索特定的复帧同步，从而完成复帧同步。由于OLT侧发出的(OLTMF)经过光纤的传输延迟到达ONU处，经过了一定的光纤延迟时间，该段时间称为下行传输延迟DD，因此再经过ONU电路单元20得到ONU侧的复帧定时(ONUMF)，由该电路单元产生的延迟称为电路处理延迟CD，对于复帧定时的获得，是由复帧检测状态机构成的，当进入复帧同步状态后，各复帧同步的ONU依照该定时信息，并根据其特定地址编号，来确定其自己在复帧结构中所占据的测距窗口的起始位置，作为发送测距信元的起始参考点，称为ONUTF(定时)，然后以该时间标准进行测距信元的发送，经过电光变换后，再经过线路延迟时间，即称为上行电路延迟UD，到达OLT侧，由OLT侧的测距电路单元12，来进行测距信元的检测，对于测距信元的检测须遵循一定的校验准则，如满足窗口标识，和HEC计算成功等，由测距信元检测电路产生的状态标志，激励相应的测距状态机电路单元13，当测距状态机电路单元进入测距成功态时，停止测距计数单元14，此时得到的测量值，还必须经过相对于测距窗口边界的补偿，得到真正的测距值，然后该测距通过下行复帧结构特定的位置传递给该ONU，该测距值的传递是通过电路单元15来完成的。对于ONU侧的电路处理来说，当进入复帧同步后，ONU侧的测距值检测电路单元21，就不断的检测属于自己的测距值，并且去激励一个测距值状态机电路22，主要是完成测距的更新，当连续检测到测距值的变化时，则切换到新的测距值。该测距值主要是用来确定ONU发送数据的起始参考点，该电路单元为23，我们称该参考点为ONUTD，然后ONU就根据授权的情况，进行相应的数据的发送。以上详述的是相关的测距电路的配合。

在本发明中，复帧结构是测距的核心，该复帧结构是为了适应宽带的基于ATM技术来进行设计的，并且，为了增加带宽的利用率，同时又减少复帧同步的时间，因此对于复帧结构进行了设计。复帧是由N(ONU的数目)行构成，每行是由S列构成，其中一列是测距窗口，剩余S-1列是由被称为帧的结构构成，为了满足测距距离的要求，测距窗口可以扩充为多列。而每列是由被称为帧的结构构成，其基本的组成是ATM信元，然后由ATM信元来组成基本的帧结构，对于帧结构来说，其中包含了开销所占的通道，也包含了数据通道，是每隔27个数据信元，插入一个PLOAM管理信元，来构成基本的帧结构，然后再由基本的帧结构再构成复帧结构。而帧结构又由测距窗口隔开，从而构成复帧结构，对于测距窗口，依据其与复帧的开始的位置关系，对应于相应的ONU的编号，这样一来，各个ONU占用各自的测距窗口，互不干扰，可以不断的进行测距，增强了系统的可靠性。其相关的结构参考图2，例如测距窗口的宽度为56个信元宽，即一个帧的宽度，支持的测距距离为14公里范围，并且确保了在14公里范围内，所有ONU的光路延迟不会落在测距窗口之外。并且可以顺序的对各个ONU进行测距，对于光线路的变化，能够快速的适应，以确保通信的恢复。对于需要更远距离的测距距离，可通过扩充测距窗口的宽度来完成。

在本发明中的最重要的一点就是，简化了测距结构，具有极大的伸缩性，利于系统的扩展，可以根据组网要求的不同，灵活配置网络，以达到带宽的高利用率。

图2中显示了一个块状复帧结构，这个复帧结构是假设有8个ONU的情况，则以帧为基本单元时，是一个8行9列的结构，在每行中由8个帧和一个测距窗口构成的。

对于测距时的时序如图3给出。各部分电路的功能的简介：

复帧定时产生电路10：主要是产生整个复帧结构的电路，对于整个复帧的行数是由网络配置接口电路进行配置，而动态生成的，从而最大限度的利用带宽。并且产生全系统的测距时标，从而提供了全系统的一个统一的时间标准。

网络配置接口电路11：主要是定义了相关的一些跟测距密切相关的配置接口，例如配置全系统的ONU的数目。

测距单元电路12：该电路主要是进行测距信元的检测，并且产生相应的测距状态指示，以便于激励测距状态机。

测距状态机电路13：是一个有限状态机电路，通过在不同的状态之间进行转移，来决定各个ONU的测距状态。

测距计数器电路14：是一个当检测到测距信元时启动的计数器电路单元，当计数到帧的边界停止的计数电路单元。

下行数据复接电路15：该电路单元，主要是根据复帧定时电路产生的复帧定时，来进行下行数据复接的电路。

复帧同步单元20：主要的目的是正确识别复帧同步信号。完成复帧同步的定时要求。

测距值检测电路21：主要目的是根据收到的复帧定时信号，确定的位置接收测距值，并产生信号激励测距值监测状态机电路22。

测距值监测状态机电路22：是一个有限状态机电路，主要是根据测距值监测电路的激励输入作一些状态的转移。从而控制ONU的状态。

网络配置接口电路23：确定ONU的编号信息

测距信元发送电路24：该电路单元的主要目的是根据收到的复帧定时，确定该ONU的发送位置，从而发送测距信元。

数据发送电路单元25：该单元主要是根据刷新的测距值，在收到的复帧定时的基础上，做出相应的延迟，从而决定数据的发送时刻。

首先由OLT终端单元通过光分路耦合器向各个ONU发送特定的复帧结构定时，称之为OLTTF，当该复帧定时经过光分路器后到达ONU处，经过ONU的复帧同步电路检测复帧同步标识字节，当进入到复帧同步状态后，根据自己的ONU地址编号，每个ONU得到自己的发送时标，根据该发送时标，得到该ONU的测距窗口的发送位置，在该位置发送测距信元，当该测距信元到达OLT侧时，由OLT侧的测距单元电路检测，检测到测距信元，从而得到测距计数值，当测距状态机进入测距成功态时，将该测距值通过复帧结构中的特定位置传递到ONU，当ONU收到该测距值后，激励测距值监测状态机，以便当进入测距值刷新态时，使ONU刷新到新的测距值，从而完成测距的过程。

Claims (5)

1、一种基于宽带无源光纤网络的测距方法，包括光线路终端OLT侧的无源双星终端单元(1)、对应远端光网络单元ONU侧的无源传输终端单元(2)及两者间的采用测距方法实现的通信，其特征是光线路终端OLT侧的终端单元(1)与远端光网络单元ONU侧的终端单元(2)两者间的通信方式通过传递一个特定的复帧结构来约定，首先由OLT根据相关的网络的配置情况，生成由OLT侧发往ONU侧的特定的复帧结构，该复帧结构为N行S列的块状结构，N等于ONU的个数，S≥3，每一行中必须有一个测距帧，即测距窗口，光网络单元ONU依照设定的编号，该编号具有在全系统唯一的特性，从而使每个ONU占据不同的测距窗口，其它为有效数据信元通道。

2、根据权利要求1所述的测距方法，其特征是该复帧结构最小复用单元是异步转移模式ATM的一个信元，然后由ATM信元来组成基本的帧结构，而帧结构又由测距窗口隔开，从而构成复帧结构，对于测距窗口，依据其与复帧的开始的位置关系，对应于相应的ONU的编号，各个ONU占用各自的测距窗口。

3、根据权利要求1或2所述的测距方法，其特征是所述测距的基本时标是OLT发送的复帧头，在测距的整个过程中，时间轴由OLT决定，即是由复帧结构来进行指示的，测距的启动在OLT发送复帧结构时启动，测距值是以帧的边界为标尺进行计算的。

4、根据权利要求1或2所述的测距方法，其特征是在复帧结构的块状结构中，列数的最佳值为3≤S≤30。

5、一种基于宽带无源光纤网络的测距方法的电路，包括光线路终端OLT侧的终端单元(1)中的网络配置接口电路(11)，复帧定时产生电路(10)，测距单元电路(12)，测距状态机电路(13)，测距计数器电路(14)，以及远端光网络单元ONU侧的终端单元(2)中的复帧同步电路(20)，测距值检测电路(21)，测距值监测状态机(22)，网络配置接口电路(23)测距信元发送电路(24)，数据发送电路(25)，这些电路单元构成一个完整的实现方案，各部分电路的作用如下：

复帧定时产生电路(10)：是产生整个复帧结构的电路，对于整个复帧的行数是由网络配置接口电路进行配置而动态生成的，并且产生全系统的测距时标；

网络配置接口电路(11)：是定义与测距相关的配置接口，配置全系统的ONU的数目；

测距单元电路(12)：该电路是进行测距信元的检测，并且产生相应的测距状态指示，以便于激励测距状态机；

测距状态机电路(13)：是一个有限状态机电路，通过在不同的状态之间进行转移，来决定各个ONU的测距状态；

测距计数器电路(14)：是一个当检测到测距信元时启动的计数器电路单元，当计数到帧的边界停止的计数电路单元；

下行数据复接电路(15)：该电路单元是根据复帧定时电路产生的复帧定时，来进行下行数据复接的电路；

复帧同步电路(20)：是正确识别复帧同步信号，完成复帧同步的定时要求；

测距值检测电路(21)：是根据收到的复帧定时信号确定的位置接收测距值，并产生信号激励测距值监测状态机电路(22)；

测距值监测状态机电路(22)：是一个有限状态机电路，根据测距值监测电路的激励输入作出状态的转移，从而控制ONU的状态；

网络配置接口电路(23)：确定ONU的编号信息；

测距信元发送电路(24)：该电路单元是根据收到的复帧定时，确定该ONU的发送位置，从而发送测距信元；

测距过程是：首先由OLT终端单元通过光分路耦合器向各个ONU发送特定的复帧结构定时，称之为OLTTF，当该复帧定时经过光分路器后到达ONU处，经过ONU的复帧同步电路检测复帧同步标识字节，当进入到复帧同步状态后，根据自己的ONU地址编号，每个ONU得到自己的发送时标，根据该发送时标，得到该ONU的测距窗口的发送位置，在该位置发送测距信元，当该测距信元到达OLT时，由OLT侧的测距单元电路检测，检测到测距信元，从而得到测距计数值，当测距状态机进入测距成功态时，将该测距值通过复帧结构中的特定位置传递到ONU，当ONU收到该测距值后，激励测距值监测状态机，以便当进入测距值刷新态时，使ONU刷新到新的测距值，从而完成测距的过程，完成测距过程后，OLT和ONU进入正常通信状态，每个ONU对应一个测距状态机。

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