CN1249954C - 用于无源光网的传输可变长度帧的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种通过无源光网(PON)进行通信的方法，其通过使用仅仅具有简单功能的低成本子装置提高网络的效率。父装置把复用帧标准信号提供给子装置，并且子装置在从该复用帧标准信号延迟一段由父装置所指定的时间段之后原样地传送一个作为可变长帧的异步信息。由于该异步信息不需要被分为附加有帧标头的几块，因此上行链路信道的效率增加。

Description

用于无源光网的传输可变长度帧的方法及其装置

技术领域

本发明一般涉及无源光网(PON)通信方法及其装置，更加特别地涉及PON通信方法和系统，其中多个终端通过一个父装置、一个耦合器以及多个子装置相互通信。

背景技术

作为一种实现光纤到户(FTTH)的有前途的解决方案，以低成本分支光纤的采用无源耦合器的无源光网(PON)方法引起人们的注意。

通常，把异步传输模式(ATM)应用于PON方法的ATM-PON已经成为发展的主题。ATM-PON把例如有终端提供的可变长的网际协议(IP)帧这样的信息转换为ATM信元，并且通过PON传送该ATM信元。

但是在常规的ATM-PON方法中，由于可变长的异步信息被转换为ATM信元，ATM信元的额外开销部分与该信息相比如此之大，使得通过PON传输的信息效率较低。

这需要常规的PON具有实现ATM层接口的复杂协议和功能。

另外，由于用户终端所连接的PON子装置必需具有把由用户终端所发送的IP帧转换为要通过ATM-PON传送的ATM信元，因此子装置的成本非常高。

发明内容

相应地，本发明的一般目的是提供解决上述一个或多个问题的一种新型和有用的通信方法及其系统。

本发明的其它和更加具体的目的是提供使用具有能够以低成本获得的简单功能的子装置有效传输信息的一种PON通信方法和系统。

为了实现上述目的，根据本发明的一种通过无源光网通信的方法，在该无源光网中多个子装置通过耦合器连接到一个父装置，该方法包括下列步骤：所述父装置提供多帧基准信号给所述多个子装置；使用所述父装置提供的所述多帧基准信号作为基准，按照所述父装置指定的定时，所述多个子装置中的每个子装置把可变长的帧发送到所述父装置。

每个子装置在根据基准信号和时间周期由父装置所指定的时间传送可变长度的帧。由于可变长度的帧，即异步信息，可以原样通过PON传输，因此不需要把该异步信息分为多个子帧，并且把一个标头附加在每个子帧上。相应地，可以增加PON的上行信道的效率。

本发明的另一个目的是提供一种上文所述的方法，其中父装置复用要被发送到子装置的可变长度的帧，并且把复用的帧发送到子装置。

由于父装置把一个复用帧传送到多个子装置，在该复用帧中可变长度的帧被复用，并且一个基准信号被附加在该复用帧的前部，还可以增加PON的下行信道的效率。

本发明的另一个目的是提供一种用于无源光网的子装置，在该无源光网中多个子装置通过耦合器连接到一个父装置，其中包括：一个基准信号检测单元，被配置为检测由所述父装置所提供的多帧基准信号；复用单元，被配置为复用从多个连接到所述子装置的终端接收到的可变长度的帧；以及发送单元，被配置为使用所述基准信号检测单元检测到的所述多帧基准信号，按照所述父装置所指定的定时，把所述复用的可变长度的帧发送到所述父装置。

上述子装置实现根据本发明通过PON通信的方法。

本发明的另一个目的是提供一种用于无源光网的父装置，在该无源光网中多个子装置通过一个耦合器连接到一个父装置，该父装置包括：多帧产生单元，被配置为通过复用要发送到所述多个子装置的可变长度的帧，并且把一个基准信号附加到所述复用的可变长度的帧上，而产生一个多帧基准信号。

上述父装置实现根据本发明通过PON进行通信的方法。

从下文结合附图的详细描述中本发明的其它目的、特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1为示出PON系统的整体结构的示意图；

图2为示出根据本发明的实施例的父装置和子装置的方框图；

图3A-3F为示出由根据本发明的实施例的PON系统所利用的帧格式的示意图；

图4为示出根据本发明的实施例的父装置的信道处理单元的方框图；

图5为示出根据本发明的实施例的父装置的帧切换单元的方框图；

图6为示出根据本发明的实施例的父装置的控制单元的方框图；

图7为示出根据本发明的实施例的子装置的PON终端单元的方框图；

图8为示出根据本发明的实施例的子装置的终端处理单元的方框图；

图9为示出根据本发明的实施例的结合实现下行链路复用帧的父装置的复用帧复用电路和子装置的复用帧分离电路的方框图；

图10为示出根据本发明的实施例的控制标头产生电路的方框图；

图11为示出根据本发明的实施例的预定信息的示意图；

图12为示出根据本发明的实施例的结合实现上行链路复用帧的父装置的复用帧分离电路和子装置的复用帧复用电路的方框图；

图13为示出根据本发明的实施例当父装置和子装置开始PON通信时的PON通信的顺序图；

图14为示出根据本发明的实施例当父装置从子装置收集帧累计信息时的PON通信的顺序图；

图15为示出根据本发明的实施例当父装置从子装置收集帧累计信息时的PON通信的流程图；

图16为示出根据本发明的实施例当父装置从子装置收集帧累计信息时的PON通信的顺序图；

图17为示出根据本发明的实施例的父装置用于向子装置保证最小速率的帧交换单元及其外围单元的方框图；

图18为控制表130的一个例子；

图19为示出根据本发明的实施例的帧交换处理单元1010的输入处理的流程图；

图20为示出帧交换处理单元1010的优先输出处理的流程图；

图21为示出根据本发明的实施例的父装置的帧中断处理单元和子装置的帧再现处理单元的方框图；

图22为示出根据本发明的实施例的实现频带动态控制的父装置和子装置的方框图；

图23为示出IGMP的操作的示意图；

图24为示出根据本发明的实施例的实现多点传送(multicast)滤波的父装置和子装置的第一例子的方框图；

图25为示出根据本发明的实施例的实现多点传送滤波的父装置和子装置的第二例子的方框图；

图26为示出根据本发明的实施例的实现本地通信的父装置和子装置的第一例子的方框图；以及

图27为示出根据本发明的实施例的帧控制电路3030的方框图。

具体实施方式

下面将给出本发明的优选实施例的详细描述。

图1为示出无源光网(PON)的整体结构的示意图。父装置1和2具有连接到主干网3的上行信道，并且实现与外部网络的各种通信。父装置1和2进一步具有分别通过耦合器4a-4n连接到多个子装置5a-5x，...，6a-6x的下行信道。父装置1和2在上行信道和下行信道之间交换帧。每个子装置5a-5x和6a-6x在父装置1与连接到各个子装置的多个终端7a1-7ai、7x1-7xj、8a1-8ak和8x1-8xl之间传送帧。

图2为示出根据本发明一个实施例的父装置1和子装置5a的方框图。下面将首先描述把由终端提供的帧通过子装置和父装置传送到主干网的上行信道。

图2中所示的子装置5a包括PON终端单元40、终端处理单元50和子装置处理单元60。

终端处理单元50接收由多个终端所发送的帧，并且通过过滤在连接到子装置本身的终端之间交换的帧而仅仅识别要传送到主干网或其它子装置的帧。

由于耦合器4a由多个子装置5a-5x所共享，因此PON终端单元40必须等待一段时间，在该时间中仅仅该PON终端单元40可以通过上行信道把帧发送到父装置1，以避免帧的冲突。

在图2中所置的父装置1包括帧切换(SW)单元10、控制单元20以及信道处理单元30a-30x。信道处理单元30a接收由多个子装置5a-5x通过1-N耦合器4a发送的帧，识别要发送到主干网或连接到父装置1的其它子装置的帧，并且把该帧传送到帧切换单元10。帧切换单元10具有根据帧的目标切换从信道处理单元30a-30x接收的帧，并且把该帧发送到各个目标的功能。

接着，下面将说明把由主干网所提供的帧通过父装置和子装置传送到终端的下行信道。父装置1接收由主干网所提供的帧，并且如果该帧寻址到连接该父装置1下面的子装置的一个终端，则把该帧传送到该帧寻址到的子装置的PON终端单元40。

信道处理单元30a通过耦合器4a把该帧发布到多个子装置5a-5x。子装置5a的PON终端单元40读取该帧的地址，并且如果该帧的寻址到子装置5a或者连接到子装置5a的一个终端，则把该帧发送到终端处理单元50。

图3A-3F为示出根据本发明的实施例的帧格式的示意图。

图3A示出在两个终端之间或者在一个终端与一个子装置之间交换的帧(在下文中称为“用户帧”)的帧格式。该用户帧包括(i)表示用户帧的头部的分隔符，(ii)包括目标地址、发送者地址和控制信息的帧标头，以及(iii)包含可变长的数据的数据字段。在用户帧的未尾附加一个用于纠错的纠错序列(CRC)。

该帧格式符合IEEE和RFC这样的标准。例如前序和间隔这样的信号存在于两个连续帧之间，用于表示帧的分隔。

图3B示出从父装置通过下行链路传送到子装置的下行链路复用帧的格式。下行链路复用帧包括头部时序控制字段(head timingcontrol field)，随后接着寻址到各个子装置的可变长的多个用户帧。头部时序控制字段包括同步模式和控制标头。头部时序控制字段和下一个头部时序控制字段之间循环时间(头部时序循环)例如被固定在3.5毫秒。由于该用户帧是可变长度的，因此被复用的用户帧的数目也是可变的。

图3C示出从子装置通过上行链路信道传送到父装置的上行链路复用帧的帧格式。上行链路复用帧包括头部时序控制字段，随后接着从多个子装置发送的可变长的复用用户帧。该头部时序控制字段包括同步模式和控制标头。头部时序控制字段和下一个头部时序控制字段之间的循环时间(头部时序循环)例如被固定在3.5毫秒。

把每个子装置的时序信息通知给父装置的控制字段C1-Cn被提供在每个用户帧的前部。该控制字段C1-Cn随后接着由每个子装置所发送的复用的用户帧。该控制字段C1-Cn被提供到由子装置发送的每个帧，以把子装置的控制信息通知给父装置，或者响应由父装置发送的控制命令。由于用户帧是可变长度的，因此复用的用户帧的数据也是可变的。

图3B中所示的下行链路复用帧和图3C中所示的上行链路复用帧通过共享波长而复用。

图3D为示出图3B和3C中所示的头部时序控制字段的细节的示意图。头部时序控制字段包括头部时序信号、子装置号、所检测的延迟时间、多个指定的频带以及命令字段。

图3E为示出图3D所示的指定频带的示意图。

图3F为示出包含在图3C中所示的上行链路复用帧中的控制字段C1-Cn的示意图。控制字段C1-Cn包括一个帧头部时序信号和一个响应帧，其例如表示关于存储在每个子装置中的用户帧的信息。

图4为示出根据本发明的实施例的信道处理单元30a-30x的方框图。

发送帧检测电路350接收由帧切换单元10所提供的用户帧(输入帧)，并且把该输入帧传送到复用帧复用电路340。传送帧检测电路350具有在下文中描述的IGMP中央单元。IGMP中央单元识别从连接到与父装置连接的子装置接收的HMR，并且通过提供终端的地址和该终端要加入的多点发送组，把子装置设置执行到该终端的多点发送。

复用帧复用电路340复用该输入帧，并且把一个头部时序控制字段附加在复用输入帧的前部，以形成如图3B中所示的下行链路复用帧。该复用帧复用电路340然后把下行链路复用帧传送到编码电路330。

编码电路330使用光逻辑电平来编码该下行链路复用帧，并且把该下行链路复用帧传送到E/O电路320。

E/O电路320把电信号转换为光信号，并且把光信号发送到光复用电路310a。

光复用电路310a使用不同的波长把该发送光信号与所接收的光信号相复用，并且把复用的光信号发送到耦合器4a-4x。

另一方面，由耦合器4a-4x所发送的光信号被提供到光分离电路310B。仅仅所接收的光信号被从该发送光信号中分离，并且传送到O/E电路360。

O/E电路360把光信号转换为电信号，并且把该电信号传送到解码电路370。

解码电路370检测该电信号(复用帧)的分隔符和帧标头，并且把该复用帧传送到一个复用帧分离电路380。

复用帧分离电路380把用户帧与头部时序控制字段相分离。该复用帧分离电路380仅仅把用帧传送到一个接收帧检测电路390，并且终止该头部时序控制字段。

该接收帧检测电路390检测由复用帧分离电路380所分离的用户帧是否被破坏并且检测用户帧的分类。该用户帧进一步被传送到帧切换单元10。

在该接收帧检测电路390中提供的统计电路3910检量每个子装置的有效帧比率，并且保存每个子装置的有效帧比率的记录。该有效帧比率是由子装置传送的帧尺寸与父装置所设置的帧尺寸的比率。

图5为示出根据本实施例的父装置的帧开关单元10的方框图。每个输入处理单元110-1至110-N接收由多个子装置通过电路处理单元30a-30x所提供的帧以及由连接到主干网3的信道所提供的帧。

由输入处理单元110-1至110-N所接收的用户帧被根据在用户帧的帧标头所表示的目标地址、发送方地址字段和控制信息传送到多个输出处理单元120-1至120-N。用于交换用户帧的控制表130和帧缓冲器140连接到帧交换单元100。

帧缓冲器140是暂时存储从输入处理单元110输入的用户帧的存储器电路。帧交换单元100把从输入处理单元110传送的用户帧暂时存储在帧缓冲器140中，直到通过参照控制表130把该用户帧传送到在用户帧的目标地址字段和控制信息字段所表示的目标为止。如果需要的话，目标地址字段和控制信息字段被根据控制表130而修改。

每个输出处理单元120-1至120-N仅仅获取寻址到它自身的存储在帧缓冲器140中的用户帧，并且把该用户帧发送到耦合器或者主干网。

图6为示出根据本发明的实施例的控制单元20的方框图。CPU200是执行存储在ROM210中的程序的处理电路。该CPU200使用RAM210作为工作存储区。

图7为示出根据本发明的实施例的PON终端单元40的方框图。下行链路复用帧被通过图7中所示的方框图的上部传送，并且上行链路复用帧被通过图7中所示的方框图的下部传送。

光分离电路410b仅仅选择从耦合器接收的光信号，并且把该光信号传送到O/E电路460。该O/E电路460把光信号转换为电信号，并且把该电信号传送到解码信号470。该O/E电路460把基本时钟信号从光信号中分离出来，并且把该基本时钟信号分离地传送到解码电路470。

解码电路470对该编码信号解码(例如4B/5B代码或者8B/10B代码)，通过识别头部时序控制字段而检测图3B中所示的下行链路复用帧的头部位置，并且把该信号传送到复用帧分离电路480。

该复用帧分离电路480分离跟随在头部时序控制字段之后的用户帧，并且把用户帧传送到终端处理单元50。复用帧分离电路480读取包含在头部时序控制字段中的控制标头，并且如果需要的话把该控制标头传送到复用帧分析处理电路490。

复用帧分析处理电路490执行补充处理，从而耦合器可以成功地发送和/或接收该光信号。补充处理例如包括把子装置本身的上行链路通信的时序信息通知给父装置，并且补偿在耦合器的间隔(测距功能)。在包含于头部时序控制字段中的控制标头表示一个命令并且需要复用帧分析处理电路490对父装置作出响应的情况下，复用帧分析处理电路490把该响应(或者任何必要的信息)传送复用帧复用电路440。

另一方面，由终端处理单元50所接收的用户帧被复用帧复用电路440所复用。根据作为基准的头部时序控制字段，把该复用的用户帧在由父装置指定的时序传送到编码电路430。

编码电路430对由复用帧复用电路440所提供的上行链路复用帧进行编码，并且把编码的信号传送到E/O电路420。E/O电路420把电信号转换为光信号，并且把该光信号传送到光复用电路410a。在使用不同的波长进行复用之后，该光信号被传送到与接收光信号所用的光纤相同的光纤。根据作为基准的头部时序控制字段，在指定给子装置的时序执行传输。

图9为根据本发明的实施例的终端处理单元50的方框图。传输帧处理电路530接收从图7中所示的复用帧分离电路480发送的用户帧，确定该用户帧寻址到哪一个提供有终端处理单元50的子装置或者连接到该子装置的终端，并且把用户帧传送到本地切换电路520。如果用户帧寻址到其它子装置或者连接到其它子装置的终端，则该发送帧处理电路530忽略该用户帧。

但是，如果用户帧被广播，则该发送帧处理电路530把该用户帧看作为寻址到提供有发送帧处理电路530的子装置本身，并且把用户帧传送到本地切换电路520。寻址到提供有该发送帧处理电路530的子装置的用户帧还被发送到命令分析电路550。

提供到发送帧处理电路530的滤波器单元确定广播的用户帧是否寻址到连接提供有该发送帧处理电路530的子装置的任何终端，并且把寻址到该终端的多点传送的用户帧通过本地切换电路520而传送。

本地切换电路520把用户帧传送到被寻址的作为所连接目标的终端的物理终端电路510。该物理终端电路510把用户帧传送到所寻址的终端。

另一方面，物理终端电路510接收有用户终端所发送的用户帧，如果该用户帧不是用于连接到相同子装置的终端之间的内部通信，则存储该用户帧，并且把所存储的用户帧发送到本地切换电路520。物理终端电路510把所存储的用户帧的帧尺寸通知给命令分析电路550。

当寻址到子装置的用户帧被提供于子装置中的发送帧处理电路530所检测时，提供于子装置中的命令分析电路550分析在包含于用户帧中的控制字段、发送方地址字段、以及数据字段中表示的信息，并且执行下文中所述的各种处理。如果要返回任何响应，则该命令分析电路550产生一个用户帧，并且把该用户帧传送到接收帧处理电路540。

本地切换电路520把从物理终端电路510接收的用户帧传送到该接收帧处理电路540。接收帧处理电路540接收从本地切换电路520和/或命令分析电路550传送的帧，并且把该帧传送到图7中所示的复用帧复用电路440。

接收帧处理电路540被提供有一个IGMP识别单元，其读取从连接到提供有接收帧处理电路540的子装置的终端接收的HMR。该IGMP识别单元把该终端的地址和在HMR中表示的多点传送组登记在滤波器电路中。

图9为示出结合实现下行链路复用帧的生成的复用帧复用电路340和复用帧分离电路480的方框图。在复用帧复用电路340中，复用帧时序产生电路3420把循环时间等于头部时序控制字段的循环时间的时序信号提供给时序控制电路3410。

下行链路复用帧的循环时间由时序信号所确定。图3B中所示的头部时序控制字段被与该时序信号相同步地从控制标头产生电路3440中读出。在由图5中所示的一个输出处理单元，例如120-1，提供一个用户帧的情况下，该用户帧被附加在头部时序控制字段的未尾，在其上附加表示两个连续帧之间的分隔的一个信号(分隔符)，并且传送。如果没有由输出处理单元所提供的帧，则由IDLE模式产生电路3430提供一个空闲模式。

如果输出处理单元120-1把存在要被传送的用户帧的情况通知给复用帧复用电路340，则复用帧复用电路340确定该用户帧是否足够短以便于在传送用户帧的时序中传送。如果该用户帧足够短，则该用户帧在附加到一个分离信号上之后被传送。

该输出处理单元120-1把存在要传送的用户帧的情况和该用户帧的帧尺寸通知给时序控制电路3410。时序控制电路3410通过判断该用户帧是否足够短而控制传送用户帧的时序，并且要求该输出处理单元120-1在该时序控制电路3410可以传送的时间中传送该用户帧。

除了上述处理之外，由输出处理单元120-1所提供的用户帧被存储在该时序控制电路3410的缓冲器中。无论该用户帧的尺寸如何，缓冲的用户帧都被传送。当提供下一个时序信号时，用户帧的传输被暂时停止。用户帧的剩余部分在提供下一个时序的头部时序控制字段之后发送。按照这种方式可以增加PON通信的效率。

选择器电路3450响应来自时序控制电路3410的指示选择IDLE模式产生电路3430、控制标头产生电路3440以及输出处理单元120-1中的一个，并且把所选择的一个电路的用户帧提供到时序控制电路3410。

控制标头产生电路3440的构造如图10中所示。控制标头包括这样的信息，例如给予连接到PON的各个子装置的指令、提供到连接该子装置的各个终端的控制信息、控制整个网络的PON层的控制信息、PON层的状态的信息、以及父装置和子装置之间的诊断信息。

序列控制电路34410首先根据由时序控制电路3410所提供的时序，把由同步模式单元34420所提供的头部时序控制字段的同步模式传送到时序控制电路3410。然后，序列控制电路34410传送在命令/控制/通知表34430中提供的信息。

在该命令/控制/通知表34430中提供的信息包括这样的信息，例如由控制单元20中的CPU200所执行的软件程序设置的预定信息、在父装置和子装置之间交换的信息、以及由父装置所获得用于检查接收条件的信息。在命令/控制/通知表34430中提供的信息还被CPU200所执行的软件程序动态地改变，以执行各种控制。

如图11中所示，该预定信息包括子装置号、延迟时间、指定的频带和命令。通过要求该子装置发送统计信息，并且测量到父装置1从子装置接收响应为止的时间段，当由父装置1设置该系统网络时，测量该延迟时间。父装置把所测量的延迟时间通知给子装置，从而子装置可以更加精确地确定发送该用户帧的时序。

图9的左侧示出PON终端单元40的复用帧分离电路480的方框图。复用帧时序检测电路4810检测由时序控制电路3410所产生的下行链路复用帧的头部时序控制字段的同步模式，并且确定在该头部时序控制字段之后的帧是否为一个有效帧。有效帧意味着一个在头部时序控制字段之后的非空闲模式的信号，其由在前部的帧分离代码和在后部的帧结束代码所分离。根据设计复用帧复用电路340的方式，该头部时序控制字段可以插入在帧分离代码和帧结束代码之间。

子装置的检测电路347通过检测包含在头部时序控制字段中作为同步模式的唯一模式而检测该头部时序控制字段。该唯一模式必须从该编码电路330不可能由于编码的结果而产生的模式中选择。所检测的信号被传送到提供于复用帧分离电路480中的复用帧时序检测电路4810。

例如，子装置可以通过在恒定的周期时间中检查是否已经一次或多次连续检测到该唯一模式而确定是否已经建立下链路复用帧。类似地，当已经建立下行链路复用帧时(子装置已经定期地检测到该唯一模式)，子装置可以检查是否已经一次或多次连续检测到该唯一模式而确定该下行链路复用帧是否被释放。

有效下行链路复用帧被传送到提供于图8中所示的终端处理单元50中的发送帧处理单元530。头部时序控制字段的控制标头被发送到复用帧标头分析电路4820。复用帧标头分析电路4820把包含在头部时序控制字段的控制标头中的信息传送到复用帧分析处理电路490。

图12为示出实现上行复用帧的一个电路，其中包括复用帧分离电路380和复用帧复用电路440。图12中所示的操作基本上与实现图9中所示的下行链路复用帧的电路相同。复用帧时序检测电路3810的时序由来自下行复用帧的帧时序(头部时序控制字段)的相位差而确定。

在子装置的复用帧复用电路440中的发送时序存储器电路4410存储关于作为延迟时间提供在预定信息的第三项中的通过下行链路发送时序以及子装置的发送尺寸的信息。发送帧缓冲器电路4430包括暂时存储由图8中所示的接收帧处理电路540所提供的用户帧的帧缓冲器以及存储由图7中所示的复用帧分析处理电路所提供的控制信息(图3C中所示的控制信息C1-Cn)的控制信息缓冲器。发送帧缓冲器电路4430响应来自发送时序控制电路4420的请求，通过连续地获取存储在控制信息缓冲器中的控制信息Cn和存储在帧缓冲器中的用户帧而发送一个上行链路复用帧。

图13为当开始PON通信时父装置和子装置之间的PON通信的顺序图。父装置1在下行链路复用帧的头部时序控制字段的控制标头中指定子装置5a，并且要求子装置5a建立同步。类似地，父装置1一个接一个地指定子装置5b-5x，并且要求它们建立同步。当子装置5x在被启动之后所接收的下行链路复用帧的头部时序控制字段中检测到同步模式并且建立同步时，它通过在上行链路复用帧的头部时序控制字段中作出表示，而把该子装置5x已经建立同步的情况通知给父装置1。

使用关于子装置5x的同步的信息，父装置1测量子装置5x的延迟时间，并且通过在头部时序控制字段的控制标头中提供一个命令，而发送该命令，以设置子装置5x的发送时序和发送频带(帧尺寸)。当子装置5x使用上行链路复用帧的头部时序控制字段响应由父装置1所发送的命令时，建立父装置1与子装置5x之间的通信。

如上文所述，本发明通过原样地传送由信息源所提供的异步信息而提高PON通信网络的效率。尽管本发明利用时间共享复用方法来避免上行信道中的数据冲突，但是可以通过扩展时间共享的单位以及在该时间共享单位中复用的多个异步信息而提高根据本发明的PON通信网络的效率。

另外，异步信息被转换为可变长的帧，以简化子装置的功能。也就是说，由于可变长帧被在时域复用单元中原样复用。因此子装置仅仅需要例如时域复用PON(从子装置到父装置)的结束功能以及从复用信息寻址到该子装置本身的帧的分离功能这样的功能，并且相应地大大地简化了该子装置。

图14为示出收集帧累计信息的顺序的顺序图，以及图15为示出收集帧累计信息的处理的流程图。父装置1使用定期发送到子装置的下行链路复用帧的控制标头把上行链路时序(从上行链路复用帧的头部时序控制字段到由子装置所发送的复用用户帧的延迟时间)通知给每个子装置5a-5x(步骤S10)。该信息被以该头部时序周期的10至100倍的循环时间中传送。

每个子装置得知它自身的上行链路时序和上行链路帧尺寸并且存储它们。每个子装置5a-5x在复用帧复用电路440中存储由连接到子装置的终端所传送的帧。每个子装置使用上行链路复用帧的控制信息(C1-Cn)把所存储的帧的帧尺寸通知给父装置1(步骤S14)。

父装置1的复用帧复用电路340通过读取上行链路复用帧的控制信息(C1-Cn)得知由每个子装置5a-5x所要求的上行链路帧尺寸，并且把要在下一个定期时序信号中提供的上行链路帧尺寸确定为分配给每个子装置(步骤S16)。

每个子装置5a-5x在由父装置1所分配的上行链路时序中把存储在其自身中的大小为由父装置1所分配的上行链路帧尺寸的用户帧传送到父装置1(步骤S18)。

如上文所述，根据本发明的一个实施例的PON可以有效地复用在每个子装置5a-5x中累积的用户帧，因为每个子装置5a-5x把所要求的上行链路帧尺寸通知给父装置1，并且父装置1确定分配给每个子装置的上行链路帧尺寸。

图16为示出收集帧累计信息的顺序图。父装置1把所分配的上行链路时序和上行链路帧尺寸通知给每个子装置5a-5x(步骤S20和S24)。每个子装置在所分配的上行链路时序把所分配的上行链路帧尺寸的用户帧传送到父装置1(步骤S22和S26)。

如果由统计电路3910所测量的每个子装置5a-5x的有效帧速率比预定上限(例如80％)大预定的倍数(例如两倍)，则父装置1的复用帧复用电路340增加所分配的上行链路帧尺寸(步骤S28)。有效帧速率使实际由子装置所传送的帧尺寸与由父装置1所分配的上行链路帧尺寸的百分比。如果有效帧速率比预定下限(例如20％)大预定的倍数(例如两倍)，则父装置1的复用帧复用电路340减小分配给子装置的上行链路帧尺寸。根据在下行链路复用帧的头部时序控制字段中的指示，上行链路帧尺寸被增加或减小。

可以通过仅仅控制父装置1而动态地改变频带(帧尺寸)，这导致用户帧的有效复用。

图17为帧交换单元100及其外围单元的方框图，其使得父装置保证子装置的最小速率。在帧交换单元100中的帧交换处理单元1010按照由控制表130所指示的次序交换由多个输入处理单元110-1至110-N所提供的用户帧。帧缓冲器140具有输入缓冲器1420和输出缓冲器1410。输入缓冲器1420是对应于每个输入处理单元110-1至110-N的用户帧等待队列，其中用户帧等待由帧交换处理单元1010所执行的调度处理。输出缓冲器1410是由帧交换处理单元1010所调度的另一个用户帧的等待队列，其中被调度的用户帧等待被传送到每个输出处理单元120-1至120-N。

图18为控制表130的一个例子在控制表130中，输出处理单元被根据目标地址、发送方地址和控制类型而分配到每个输入处理单元。在括号中的数字是在提供给每个输出处理单元的输出缓冲器的队列号。

图19为示出帧交换处理单元1010的输入处理的流程图。帧交换处理单元1010接收从输入处理单元120所传送的用户帧，并且把该用户帧存储在为每个输入处理单元所提供的输入缓冲器1420中(步骤S30)。

接着，交换处理单元1010确定用户帧是否被存储在提供给每个输入处理单元的输入缓冲器1420中，并且分离位于用户帧头部的用户帧(步骤S32)。交换处理单元1010通过把在以前步骤中分离的用户帧的帧标头与控制表130相比较而分配一个输出处理单元(步骤S34)，并且把用户帧传送到对应于输出处理单元的输出缓冲器1410(步骤S36)。

通过这种方式，在输出缓冲器1410中，其数目在图18中所示的括号中表示的用户帧等待于该队列中。如果每个输出队列具有数目等于子装置的数目或者连接到子装置的终端数目的用户帧，则可以通过同样允许每个输出队列输出而保证每个输出队列的最小输出速率。另外，可以在由定时器所测量的固定循环时间从每个输出队列输出用户帧。

图20为示出帧交换处理单元1010的优先输出处理的流程图。当输出缓冲器1410的输出时间到来时(S40)，则帧交换处理单元1010确定一个用户帧时否被存储在输出缓冲器1410的最高优先级的输出队列中(S42)。如果一个用户帧存在于该队列中(S44)，则该用户帧被传送到输出处理单元(S46)。步骤S42被重复。如果没有用户帧被存储(S44)，则接着执行步骤S48。

帧交换处理单元1010检查一个用户帧是否被存储在输出缓冲器1410中的输出队列的下一个优先级队列中(S48)。如果在该队列中有一个用户帧(S50)，则该帧交换处理单元1010进一步检查是否存在具有下一个优先级的任何队列(S54)。如果存在下一个优先级的队列，则重复步骤S48。如果没有存在具有下一个优先级的队列，则该处理结束。

在上述实施例中，每个输出队列具有一个优先级。如果多个输出队列具有相同的优先级，则输出用户帧的输出队列具有最低优先级。相应地，具有相同优先级的任何输出队列可以具有发送权。

由于根据本发明的每个用户帧是可变长的，因此频带取决于用户帧的帧尺寸。如果用户帧的帧尺寸更长，则用户帧可能具有较宽的频带。在下一个实施例中，即使具有较长帧尺寸的用户帧被传送，具有较高优先级的用户帧也可以中断具有较长帧尺寸但优先级较低的用户帧的传送。如果要求中断具有较高优先级的用户帧，则具有较长帧尺寸的用户帧的传送被中断，并且首先传送具有较高优先级的用户帧。在具有较高优先级的用户帧被传送之后，具有较低优先级的用户帧的剩余部分被传送。相应地，保证以最小速率对高优先级用户帧的传送。

如上文所述，较低优先级用户帧的传送被较高优先级的用户帧所中断。如果当该较高优先级用户帧被传送时要求传送一个更高优先级的用户帧，则中断该较高优先级用户帧的传送，并且传送该更高优先级的用户帧。在更高优先级的用户帧传送结束之后，传送该较高优先级用户帧的剩余部分。在该较高优先级用户帧的传送结束之后，接着传送较低优先级的用户帧的剩余部分。这称为嵌套传送。

图21为实现优先级传送处理的电路的方框图。帧中断处理单元920实现帧传送的中断，以及帧恢复单元910实现把中断的帧恢复为原始的用户帧。该帧中断处理单元920被提供在该帧交换单元100中，并且紧接着在用户帧被传送到输出处理单元110之前执行帧中断处理。帧恢复单元910被提供在图8中所示的发送帧处理电路530中。

在帧中断处理单元920中，提供数目与每个上行链路复用帧和下行链路复用帧的嵌套数目相等的缓冲器9202，并且中断的用户帧的剩余部分被存储在该缓冲器中。帧恢复单元910具有数目与缓冲器9202的数目相等的缓冲器9102，即与每个上行链路复用帧和下行链路复用帧的嵌套数目相等。

在已经根据连接到帧交换处理单元1010的控制表130中执行的帧交换处理中，在输出缓冲器1410的多个队列中的第一用户帧被传送到帧中断处理单元920，并且存储在缓冲器9202中。缓冲器9202传送被存储在较高优先级缓冲器中的用户帧。

如果没有用户帧被存储在较高优先级缓冲器中，则存在在较低优先级缓冲器中的用户帧被传送。如果当存在在较低优先级的缓冲器中的用户帧被传送时，有一个用户帧被存储在较高优先级的缓冲器中，则帧中断处理单元920把一个中断标志设置在较高优先级缓冲器9202的用户帧的头部，该帧中断处理单元920中断较低优先级的帧的传送，并且开始传送存储在较高优先级缓冲器中的帧。在较高优先级的帧的传送结束之后，重新开始已经被中断的较低优先级的帧的剩余部分。该处理由一个时序控制单元9203所控制。

如果帧恢复单元910的分离代码识别电路9101在接收用户帧时检测到中断标志，则该分离代码识别电路9101选择具有比存储所接收用户帧的缓冲器的优先级更高的缓冲器，得知一个新的用户帧被接收，并且存储一个用户帧的传送被中断的情况。当新用户帧的接收结束时，中断的用户帧的存储内容被取回，并且通过把所接收的用户帧传送到中断的缓冲器而恢复具有较低优先级的用户帧。时序控制单元9103控制该处理。

图22为示出实现频带动态控制的电路结构的方框图。在图22中，与图2中所示相同的部件用相同的标号来表示。相同的部件的描述被省略。在子装置5a中提供的终端LAN端口观察单元2030检查该终端(例如7a1)是否被开启，以及该终端的LAN端口是否具有要传送的帧数据，并且使用上行链路复用帧的控制标头来把检查结果通知给父装置。

在父装置1中的电源状态观察单元2010根据该检查结果把预定频带(上行链路)分配给存储要传送的用户帧的终端。该电源状态观察单元2010进一步把最小固定频带(上行链路)分配给被开启但是没有要传送的用户帧的终端，并且不把上行链路频带分配给被关闭的终端。频带改变控制单元2020控制电源观察单元2010的时序，以在固定的循环时间中把频带分配给每个终端。

如上文所述，父装置1可以改变分配给连接每个子装置的终端的上行链路频带，并且相应地有效复用用户帧。

通过这种方式，多点传送服务是一种网络服务，其中在由多个终端所构成的多点传送组中的一个终端所发送的用户帧被自动传送到在该多点传送组中的所有终端。

在下行链路帧被TDM(时域复用)所复用的ATM-POM的情况中，每个TDM信道被分配给一个终端，并且该子装置得知那一个TDM信道被分配给连接到该子装置的终端。该子装置仅仅把一个多点传送帧传送到在多点传送组中的终端，并且不把该多点传送帧传送到不是该多点传送组的一个成员的终端。

在本发明的情况中，其中可变长的用户帧被在下行链路复用帧中复用，但是终端不一定被分配到一个信道。由于子装置不知道哪一个终端连接到该子装置本身，因此该子装置不能够通过识别哪一个终端是多点传送组的成员而传送该多点传送帧。

下面将参照图23描述互联网组管理协议(IGMP)的操作。要加入该多点传送组的终端7a1通过路由器9r把一个请求发送到作为主机的上级服务器9s。该上级服务器9s响应该请求的接收，通过路由器9r对该终端7a1作出应答，并且开始把多点传送帧发布到路由器9r。

响应该多点传送帧的接收，路由器9r把一个查询消息，主机成员资格查询(HMQ)，发送到路由器9r之下的所有终端。要加入该多点传送组的终端7a1响应该查询消息HMQ的接收，把表示该终端7a1要加入哪一个多点传送组的一个报告消息，主机成员报告(HMR)，传送到路由器9r。路由器9r得知该终端7a1要加入哪一个多点传送组，并且开始把该多点传送组的多点传送帧发布到该终端7a1。

如果该终端7a1要离开该多点传送组，则终端7a1把一个离开消息发送到路由器9r。该路由器9r响应对该离开消息的接收，把一个查询消息，对组特定的查询(GSQ)，传送到多点传送组的成员，以检查是否有任何其它成员保留在该多点传送组中。如果除了传送该离开消息的终端7a1之外还有其它成员(例如8a1)存在于该多点传送组中，则其它成员8a1把一个报告发送到该路由器9r。

图24为示出根据本发明一个实施例实施多点传送滤波的父装置和子装置的方框图。与图2中相同的部件由相同的标号所表示，并且省略对共同部件的描述。当终端7a1把一个用于加入多点传送组的请求通过子装置5a和父装置1发送到上级服务器9s，则父装置1的IGMP中央单元2110(包含在图4中所示的发送帧检测电路350中)识别表示该请求的用户帧的发送方地址(终端7a1的地址)以及该终端7a1要加入的多点传送组的地址。滤波器信息发送单元2120(包含在发送帧检测电路350中)把该终端地址和多点传送组地址作为图11中所示的预定信息传送到子装置5a。子装置5a的滤波器信息接收单元2140(包含在复用帧分析处理电路490中)通过分析该预定信息，识别该终端地址和多点传送组地址，并且把这两个地址传送到滤波器单元2130(包含在图8中所示的发送帧处理电路530中)。

相应地，滤波器单元2130仅仅把由路由器所发送的多点传送帧传送到其地址被作为多点传送组地址而登记的终端(例如7a1)，并且不把该多点传送帧传送到其它终端(多点传送滤波)。根据本实施例的PON通信系统除了滤波器单元2130之外不需要把其它部件添加到此装置中以实现多点传送滤波。

图25为根据本发明另一个实施例实现多点传送滤波的父装置和子装置的方框图。与图2中所示相同的部件由相同的标号所表示，并且将省略对它们的说明。子装置5a的IGMP识别单元2210(包含在图8中所示的接收帧处理电路540中)识别表示要加入该多点传送组的请求的用户帧的发送方地址(终端7a1的地址)以及多点传送组的地址，并且把该终端地址和多点传送组地址发送到滤波器单元2230(包含在发送帧处理电路530中)。

相应地，子装置5a的滤波器把多点传送帧发送到其地址被作为多点传送组地址而登记的终端(例如7a1)，并且不把该多点传送帧传送到其它终端(多点传送滤波)。根据本实施例的子装置需要具有复杂的IGMP识别单元2210以及滤波器单元2230，但是不需要父装置来传送预定信息，这导致更加有效地使用父装置与子装置之间的频带。

在图24和图25中所示的结构中，如图父装置1仅仅把由连接到子装置5a的终端所发送的上行链路复用帧返回到子装置5a，则该终端可以与连接到该子装置5a的另一个终端和/或连接到与父装置1相连接的一个子装置的另一个终端进行通信(本地通信)这在下行链路复用帧具有比上行链路复用帧的频带大N倍的频带的情况下是需要的。

在终端处理单元50的发送帧处理电路530(图8)中的滤波器单元2130和2230需要检查目标地址和发送方地址，以确定是否要发送一个帧，并且如果发送方地址是该子装置本身或者连接到该子装置的终端，则不传送该帧。

图26为根据本发明的一个实施例的实现本地通信的父装置和子装置方框图。与图2中相同的部件由相同的参考标号所表示。省略对共同部件的描述。帧发送电路3010和帧接收电路3020的操作分别包括在上文中所述的发送操作和接收操作。帧控制电路3030是通过把上行链路复用帧返回到每个子装置实现本地通信的电路。

图27为根据本发明一个实施例的帧控制电路3030的方框图。滤波器电路3010具有发送方登记表30311。如果所接收用户帧的目标地址与登记在发送方登记表30311中的一个发送方地址相匹配，则所接收的用户帧被作为本地通信帧传送到一个本地帧缓冲器3032。

在这种情况中，即使所接收用户帧的发送方地址与登记在地址登记表30311中的一个发送方地址相匹配，则所接收的用户帧的发送方地址与在发送方地址登记表30311中提供的子装置号相同，所接收的用户帧被交换否则被废除。该用户帧用于在连接到子装置的终端之间的本地通信中发送。通过废除无用的用户帧，可以避免PON通信量的不必要增加。

存储于用于本地通信的本地帧缓冲器中的帧与(通过帧切换单元10)从外部接收的帧复用，并且作为下行链路复用帧通过一个发送帧时序调节电路3033作为下行链路复用帧而传送。帧时序缓冲器3034是当从本地帧缓冲器3032传送另一个帧时，暂时存储来自帧切换单元10的帧的一个缓冲器。

在上述实施例中，复用帧时序检测电路4810对应于参考信号检测单元；该复用帧复用电路440对应于复用单元；该光复用电路410a对应于发送单元；该复用帧复用电路340对应于复用帧产生单元；复用帧复用电路440对应于累计帧尺寸通知单元；统计电路3910对应于帧尺寸调节单元；IGMP中央单元2110对应于多点传送管理单元；滤波器单元2130对应于滤波单元；IGMP识别单元2210对应于多点传送识别单元；时序控制单元9203对应于中断管理单元；时序控制单元9103对应于恢复控制单元；帧控制电路3030对应于帧返回单元；所接收帧滤波电路3031对应于所接收帧滤波单元；终端LAN端口观察单元2030对应于终端观察单元；以及电源状态观察单元2010对应于频带分配单元。

在上文描述本发明的优先实施例。本发明不限于这些实施例，而是可以作出各种变型和改变而不脱离本发明的范围。

本申请基于2001年11月19日递交的日本专利申请No.2001-353754，其全部内容被包含于此以供参考。

Claims (18)

1.一种通过无源光网通信的方法，在该无源光网中多个子装置通过耦合器连接到一个父装置，该方法包括下列步骤：

所述父装置提供多帧基准信号给所述多个子装置；

使用所述父装置提供的所述多帧基准信号作为基准，按照所述父装置指定的定时，所述多个子装置中的每个子装置把可变长的帧发送到所述父装置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述父装置提供给所述多个子装置的所述多帧基准信号包含复用的可变长度的帧以及基准信号。

3.一种用于无源光网的子装置，在该无源光网中多个子装置通过耦合器连接到一个父装置，其中包括：

一个基准信号检测单元，被配置为检测由所述父装置所提供的多帧基准信号；

复用单元，被配置为复用从多个连接到所述子装置的终端接收到的可变长度的帧；以及

发送单元，被配置为使用所述基准信号检测单元检测到的所述多帧基准信号，按照所述父装置所指定的定时，把所述复用的可变长度的帧发送到所述父装置。

4.一种用于无源光网的父装置，在该无源光网中多个子装置通过一个耦合器连接到一个父装置，该父装置包括：

多帧产生单元，被配置为通过复用要发送到所述多个子装置的可变长度的帧，并且把一个基准信号附加到所述复用的可变长度的帧上，而产生一个多帧基准信号。

5.根据权利要求3所述的子装置，其中进一步包括一个累计帧尺寸通知单元，被配置为把从所述多个终端接收到的所述可变长度的帧的累计帧尺寸定期通知给所述父装置。

6.根据权利要求4所述的父装置，还包括定时确定单元，其被配置为确定所述多个子装置中的每个子装置可以发送到所述父装置的所述可变长度的帧的帧尺寸，以及所述发送的定时，并且把所确定的帧尺寸和定时指定给所述多个子装置中的每个子装置。

7.根据权利要求6所述的父装置，其中进一步包括一个帧尺寸调节单元，其被配置为获得从子装置接收的可变长度的帧的帧尺寸与指定给该子装置的帧尺寸的比值，并且如果所述比值小于预定的最小值，则减小要指定给所述子装置的帧尺寸。

8.根据权利要求7所述的父装置，其中，如果所述比值大于预定的最大值，则所述帧尺寸调节单元增加要指定给所述子装置的帧尺寸。

9.根据权利要求4所述的父装置，其中进一步包括多点传送管理单元，其被配置为确定是否由通过子装置连接的终端所发送的帧是要加入一个多点传送组的请求，并且把在所述子装置中提供的过滤单元设置为把多点传送帧发布到所述终端。

10.根据权利要求3所述的子装置，其中进一步包括：

过滤单元，其被配置为仅仅把多点传送帧发送到已经加入一个多点传送组的终端；以及

多点传送识别单元，被配置为当所述多点传送识别单元得知由连接到所述子装置的终端所发送的帧是要加入所述多点传送组的请求时，则把所述过滤单元设置为把所述多点传送帧发送到所述终端。

11.根据权利要求4所述的父装置，其中进一步包括对应于各个子装置的多个输出队列，其中要发送到所述子装置的所述帧被等同地分配给所述输出队列。

12.根据权利要求11所述的父装置，其中要发送到所述子装置的所述帧按照固定的时间周期从所述输出队列被输出。

13.根据权利要求4所述的父装置，其中进一步包括：

缓冲器，被配置为缓存要复用的所述可变长度的帧；

中断控制单元，其被配置为：当在另一个缓冲器中缓存了另一个具有更高优先级的可变长度的帧时，中断一个缓冲器中缓存的可变长度的帧的传送，同时对所传送的该可变长度的帧设置中断标志，然后向所述子装置传送所述另一个具有更高优先级的可变长度的帧，然后恢复所述可变长度的帧的传送。

14.根据权利要求3所述的子装置，其中进一步包括：

缓冲器，被配置为缓存所述复用的可变长度的帧；

恢复控制单元，被配置为控制从所述父装置接收所述可变长度的帧，其中：

如果在正被存储到一个缓冲器中的特定的可变长度的帧中检测到中断标志，则所述恢复控制单元在另一个比该缓冲器具有更高优先级的缓冲器中存储随后的可变长度的帧，然后在该缓冲器中存储所述特定的可变长度的帧的剩余部分。

15.根据权利要求9所述的父装置，其中进一步包括一个帧返回单元，其被配置为把从其中一个所述子装置接收的帧返回到所述多个子装置。

16.根据权利要求15所述的父装置，其中进一步包括：

发送方登记表，其被配置为登记所接收帧的发送方地址和子装置号；以及

所接收帧过滤单元，被配置为：如果所述帧的发送方地址与登记在所述发送方登记表中的发送方地址相匹配，则将所述帧返回单元设置为返回所述帧。

17.根据权利要求3所述的子装置，其中进一步包括终端监视单元，其被配置为监视电源状态，并监视是否存在连接到所述子装置的所述多个终端的帧数据，并且把监视到的电源条件和帧数据量通知给所述父装置。

18.根据权利要求4所述的父装置，其中进一步包括带宽分配单元，其被配置为根据所述子装置监视到的终端的帧数据的存在和电源状态，向该终端分配带宽。

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