CN1331316C - 异步传输模式无源光网络双重方法 - Google Patents

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Abstract

一种使光耦合器和光网络单元之间的间隔双重化的ATM双重系统，包括在光线路终端中加载PLOAM发射机/接收机的双重化线路终端设备，PLOAM信元用于监测并在光线路终端和光网络单元之间发射和接收，向上述PLOAM信元的K1和K2字节区加载和分配切换控制信息的PST消息发射机/接收机，和根据上述K1和K2字节信息切换相关的VP或VC中的每一个的VP/VC开关。

Description

异步传输模式无源光网络双重方法
技术领域
本发明涉及光纤光用户网络系统中ATM-PON(异步传输模式无源光网络)的可靠双重配置。
背景技术
为了使用户适应包括视频服务和因特网接入的多媒体服务，已经引入了高速和大容量的光用户接入系统ATM-PON，ATM-PON是使用异步传输模式(ATM)为办公室和家庭提供光纤来代替常规金属电缆的无源双重星形网络。
图1是ATM-PON的结构例子，并示出诸如FTTB(光纤到建筑)和FTTH(光纤到家庭)之类的光用户系统。
因此，在光用户接入系统中，构成ATM-PON以便通过光星形网络耦合器，即具有多路连接的光断路/耦合器无源地分路和耦合来自站侧OLT(光线路终端)的光信号，然后利用光纤连接到安装在例如办公室的多个用户侧ONU(光网络单元)。在此，通过对下游频带具有1.5μm波长频带和对上游频带具有1.3μm波长频带的波分复用方法实现采用光纤的155Mbit/s的双向通信。ONU包括与提供给用户的各种通信服务对应的终端接口和光传输接口。图2是表示ATM-PON的协议栈的说明图。如图2所示，ATM-PON具有WDM，E/O和O/E包括在物理层中，协议建立在用于发射PST消息的TC层中，ATM协议加载在ATM-PON上侧的结构。同时，企业增加了对ATM-PON租用线路服务的需求。这种情况下，对于FTTB配置，利用ATM的VP(虚拟路径)并使用预先约定的带宽通过连接到企业的办公室来建立通信。从操作接入网络的观点来看，ATM-PON保护架构充分提高接入网络本身的可靠性。
图3是表示ATM-PON的上游间隔和下游间隔的帧结构的说明示意图。在ATM-PON租用线路服务中，根据订立的合同，以通过把OAM的信元(PLOAM信元)按固定比插入具有固定长度的帧来确定每个用户的带宽的方式建立通信。ITU-T建议书G.983.1中定义了该说明。具体地说，在下游方向，一帧包括56个信元；每个信元包含53个字节，用其第1和第29个信元作为其中设置有监控信息的PLOAM(物理层OAM)信元。另外，在上游方向，一帧包含含有额外开销区的53个信元。
日本专利申请公开No.2000-4461中公开的发明涉及改变光接入网络中线路设定的一种技术。根据该常规技术，在控制TDMA(时分多址)的光用户系统中，通过把切换前的TDMA时隙与切换后的TDMA时隙匹配，在操作过程中通过非中断转换来改变线路。
另外，日本专利申请公开No.9-107358中公开的发明作为光用户传输系统中的用户线路存储方法提供了一种无源双重星形网络ATM，即使改变了用户的服务要求，该ATM可增强统计复用效果。该发明包括能够在ONU的主系统和备用系统中的每一个存储不同用户的连接形式，从而根据每个用户的诸如连接状态和信息容量之类的通信状态来切换主系统和备用系统。
然而，如图1所示，在把连接光耦合器和OLT的PON LT切换到0-系统和1-系统的ATM-PON的配置中，在ONU和光耦合器(间隔1A和1B)之间的线路，光耦合器和OLT之间的任何线路间隔(间隔2)，或OLT中的PON LT的每一个中检测到上游方向的信号切断时，执行0-系统与1系统之间的切换。这样，除了例如图1中间隔1B的正常操作外，切换了光耦合器中存储的所有线路。因此，享用通信服务的用户遇到了诸如数据中断之类的故障，即使他或她自己的通信线路中没有错误。另外，光耦合器中的分路越多，招致上述故障的机会越频繁。换句话说，线路上存在的用户越多，故障变得越明显。
顺便指出，在通过软件处理执行切换VP(虚拟路径)或VC(虚拟信道)的情况下，由于断开和建立VP和VC的过程变复杂，不能执行高速处理，并产生诸如数据丢失和数据延迟之类的问题。这样，双重化地使用OLT和光耦合器之间的间隔，然而，为改善系统可靠性，使光耦合器和ONU之间的间隔双重化也变成必需的。日本专利申请公开No.2000-4461中公开的发明引入了采用TDMA时隙的技术，但它不能直接应用到ATM-PON。
日本专利申请公开No.9-107358中公开的发明基于用户不改变服务要求的假设，其功能配置对ATM-PON租用线路服务是多余的。
鉴于上述问题和缺陷做出了本发明，以提供ATM-PON保护方法，该方法在不对线路产生任何影响，不产生故障的情况下将ATM-PON租用线路服务的每个VP或VC切换到高速备用系统。
发明内容
因此，本发明涉及使光耦合器和ONU之间的间隔双重化并提供租用线路业务的ATM-PON双重系统，OLT，ONU和ATM-PON双重方法，本发明的目的是提供一种切换到高速备用系统的ATM-PON保护方法。
根据本发明的一个方面，提供一种利用PST消息监测光线路终端和光网络单元之间的间隔状态的异步传输模式无源光网络双重方法，其特征在于包括步骤：在所述光线路终端处检测到线路切换触发的情况下同时向连接下游的光网络单元发射切换确认请求信号；和在接收所述切换确认请求信号的光网络单元根据主系统和/或备用系统是否接收到所述切换确认请求信号的结果来判定切换系统的必要性，并且仅当判定需要切换时切换光网络单元的系统。
本发明的ATM-PON双重系统包括控制信息加载装置，把切换控制信息加载到在OLT和ONU之间发射和接收的格式的指定区域，切换控制装置，根据所述切换控制信息切换到VP或VC。
另外，所述切换控制信息的特征在于利用在OLT和ONU之间发射和接收的，用于监视的PLOAM信元的K1/K2字节区进行切换。
所述OLT包括帧构成装置，把SC(切换确认请求)信号和SR(切换请求)信号加载到PLOAM信元的消息区中的未使用的K1或K2字节；和切换请求发射装置，利用K1/K2字节请求ONU的切换线路。
另外，所述OLT设置有双重化的线路终端设备，用于为在OLT和ONU之间发射和接收的监视加载PLOAM信元的发射机/接收机；和PST消息的发射机/接收机，用于加载和分配所述PLOAM信元的K1/K2字节区中的切换控制信息；和VP/VC开关，用于根据所述K1/K2字节信息切换VP或VC中的每一个。
此外，在通过使ONU和PLT之间的间隔双重化来配置上述ONU并设置有终接到每条线路的两条线路终端单元的同时，所述ONU还设置有发射装置，  用于把来自用户的信号分配到所述的两个线路终端设备并将该信号发射到所述OLT；接收装置，在每个线路终端设备接收从OLT广播的信号；和选择器，通过接收所述线路终端设备的信号来选择一个或另一个所述线路终端设备。
另外，ONU包括切换判定装置，根据在每个线路终端单元从OLT接收的切换控制信息的存在与否判定切换ONU的可能性。
另外，ONU的所述切换判定装置的特征在于根据预先定义的状态转移表做出决定。
通过所述配置，本发明还能够提供以高速切换的ATM双重系统。
附图说明
从下面结合附图所做的详细描述将使本发明的目的和特性变得更加显而易见，其中：
图1是常规ATM-PON网络的配置示意图；
图2是表示ATM-PON的协议栈的说明示意图；
图3A是表示在上游间隔和下游间隔的帧结构的说明示意图；
图3B是表示在上游间隔和下游间隔的帧结构的说明示意图；
图4是本发明实施例的ATM-PON双重系统的配置示意图；
图5A是本发明实施例的PLOAM信元的格式实例；
图5B是本发明实施例的PLOAM信元的格式实例；
图5C是本发明实施例的PLOAM信元的格式实例；
图6A是表示下游方向的帧发送状态的说明示意图；
图6B是表示下游方向的帧发送状态的说明示意图；
图7是表示本发明的OLT的配置的方框图；
图8是表示本发明实施例的切换操作的顺序示意图；
图9A是表示接收SC信号的状态的图表；
图9B是ONU的状态转移图表；
图10是表示本发明实施例的单独切换操作的顺序示意图；
图11是本发明另一个实施例的ATM-PON双重系统的配置示意图；
图12是表示本发明实施例的同时切换操作的顺序示意图；和
图13是本发明另一个实施例的ATM-PON双重系统的配置示意图。
具体实施方式
参考附图描述本发明的实施例。图4是本发明实施例的ATM-PON双重系统的配置示意图。OLT，光耦合器和ONU分别通过光纤连接。利用ATM的VP或VC的理论路径，在每个用户的家庭的ONU和OLT之间发射和接收ATM信元数据。
本发明提供使所有OLT，光耦合器和ONU双重化的ATM-PON双重系统。例如，  如图4所示，当光耦合器和ONU之间的线路间隔中产生故障时，仅利用简单的结构高速切换出故障的VP，而不切换对应的光耦合器中存储的所有线路。在该实施例中，主要集中在VP服务的切换，无需指出，本发明的该实施例也可应用于VC服务的切换。
下面参考附图对本发明的实施例的配置做出详细描述。OLT 100的内部配置包括为每个VP/VC建立路径的VP/VC开关12，主PON LT(0)10，备用PON LT(1)11，和向VP/VC开关12发送线路切换命令，同时从PON LT(1)11和PON LT(0)10收集线路监控信息和报警信息的计算机CPU 13。
这样，向OLT 100提供0-系统PON LT(0)和1-系统PON LT(1)，OLT 100操作在后级放置的VP/VC开关12的VP或VC切换。顺便指出，由AN(接入节点)管理系统30通过CPU 13建立和控制用于控制和操作VP/VC切换操作所需的参数，例如VP/VC设定表信息。
另外，在由光纤连接的通信线路上，装配有使来自OLT 100的主线路的光信号分路的光耦合器103，和使来自OLT 100的备用线路的光信号分路的光耦合器104。
存储在用户家庭或办公室的ONUi(i＝1，...，N)包括主PONLT(0)i(i＝1，…，N)，备用PON LT(1)i(i＝1，...，N)，和选择PON LT(0)i或PON LT(1)i的选择器i(i＝1，...，N)，从该选择器获得下游线路的数据信号。
ONUi(i＝1，...，N)在上游方向从用户向0-系统和1-系统的两个PONLT广播相同的数据信号，在下游方向利用选择器选择在PON LT(0)和PONLT(1)中的每一个接收的相同信号，并将它们发射到用户。
把从OLT到ONUi(i＝1，2，3，...，N)的下游信号从光耦合器1分配到主线路中的每个ONUi，并在ONUi的主PON LT(0)i终止。另一方面，把从OLT到ONUi(i＝1，2，3，...，N)的下游信号从光耦合器0分配到备用线路中的每个ONUi，并在ONUi的备用PON LT(1)i终止。选择器i从PONLT(0)i或PON LT(1)i获得在PON LT(0)i和PON LT(1)i终止的信号，并且通常做出设定以便从主线路获得。在此，由于本发明中ATM-PON保护的缘故，利用PLOAM信元的消息区加载用于切换线路的信息，并参考在接收侧的信息执行向0-系统和1-系统的切换。
图5是根据本发明实施例的PLOAM信元的格式实例。图5A是PLOAM信元的整个格式的结构，图5B是本发明的下游方向中使用的消息区的结构例子，图5C是本发明的上游方向中使用的消息区的结构例子。在本发明中，PLOAM信元的消息区用于为了执行切换的控制目的。由于ATM-PON保护的缘故，使用PLOAM信元中消息区的K1/K2字节的信息，并加载切换线路的信息。另外，通过在接收侧参考该信息来执行向0-系统和1-系统的切换。
通过上述结构，仅参考在ONU和OLT之间发射的帧的规定PLOAM信元区的K1/K2字节，通过象SDH帧的K1/K2字节的切换这样的硬件类处理把产生故障的间隔高速切换到备用系统。换句话说，由于PLOAM信元位于在传输路径上发射的帧的预先固定的特定位置，切换信息存储在PLOAM信元内规定的K1/K2字节存储区中，可参考预先确定的区域，在每个ONU中操作切换，因此，可做出一种结构，以便用硬件或软件检测切换信息，借此由简单的顺序实现检测。
根据本发明的实施例，如图5所示，PLOAM信元的消息区41包括表示广播的标识符31，识别PST消息的标识符32，表示0-系统和1-系统的线路数量的标识符33，K1字节存储区34和K2字节存储区35。上游方向包括用于识别ONU的PON ID36，识别PST消息的标识符37，表示0-系统和1-系统的线路数量的标识符38，K1字节存储区39和K2字节存储区40。
图6是表示插入下游方向的帧中的PLOAM信元的传输状态的说明示意图。如图6A所示，按时间序列顺序连续发射包含56个信元的一个帧。这种情况下，由于预先并固定分配了PLOAM信元，从OLT接收数据的ONU监视帧中的PLOAM信元的规定的K1/K2字节区。
图7是表示本发明的OLT的详细配置的方框图。如图7所示，该结构设置有0-系统线路终端单元10，1-系统线路终端单元11，VP/VC开关12，波分复用器(WDM)15，O/E转换器16，E/O转换器17，PLOAM信元终端单元18，报警检测器19，PST消息接收机20和PST消息发射机21。
在上述结构中，在PLOAM信元发射机22针对每个时隙28向作为ATM-PON的TC层的功能在PST消息发射机21汇集的PST消息中插入PLOAM信元，在E/O转换器17进行电光转换，并通过WDM15发射到用户。
接下来，说明本发明的处理顺序。在图4中，从OLT到ONUi(i＝1，2，3，...，N)的下游信号从光耦合器103分配到每个ONUi，然后在当前的主线路是1-系统的情况下，在ONUi的主PON LT(0)i终止。另一方面，从OLT到ONUi(i＝1，2，3，…，N)的下游信号从备用线路的光耦合器104分配到每个ONUi，然后在ONUi的备用PON LT(1)i终止。
选择器i从PON LT(0)i或PON LT(1)i获得在PON LT(0)i和PONLT(1)i终止的信号，并进行一般的初始设定以便从主PON LT(0)i获得。
接下来，说明根据本发明实施例的切换顺序。在第一实施例中，当例如因为ONU和光耦合器之间的每条线路中出现的故障而执行每个VP的切换时，通过向连接到下游的所有ONU广播切换消息来启动切换。在此，只有需要切换的ONU自动执行切换。图8是表示本发明第一实施例的切换操作的顺序示意图。参考图8和9说明该过程。
在OLT与每个ONU之间的间隔，在有规律的基础上利用PST消息监视设备和线路的状况。系统正常时，如图7所示，从OLT向每个ONU发射NB(非桥接)信号(步骤S2)，当系统未从每个ONU切换到OLT时，返回NBi和NBj(步骤S3)。在CPU中，监视NBi和NBj信号(步骤S4)。
在上述过程中，当传输路径中断时，在PON LT检测LOS(信号丢失)作为信号中断，PON LT向CPU和后级发射VP-AIS信号或等效的切换触发(步骤S5)。例如，假设在光耦合器1和ONU1之间的线路上产生故障，在OLT不接收来自ONU1的NB1信号。另外，OLT可通过检测LOS识别主线路中产生的故障，并自动或在工作人员发出命令的基础上向每个ONU发射SC(切换确认请求)信号(步骤S7)，然后，每个ONU向OLT返回SCi和SCj(切换确认回答)信号(步骤S8)。因此，由于ONU侧确认准备好线路切换，向每个ONU发射SR(切换请求)(步骤S11)。接收到SR的ONU启动选择器并把数据检索从主PON LT(1)切换到备用PON LT(0)(步骤S12)。
在此，第一实施例描述了诸如从OLT同时向每个ONU发射SC和SR，判定在ONU侧切换的必要性之类的SC和SR的发送码型。ONU侧根据是否在主PON LT(0)和备用PON LT(1)两者或者它们中的一个发送数据，或都没有发射数据来判断切换的必要性。
图9A是SC信号的接收状态的图表，图9B是ONU的状态转移图表。在此，假设0-系统是主系统，1-系统是备用系统。当在OLT广播SC信号时，在正常条件下，ONUi的PON LT(0)i和PON LT(1)i分别接收SCi(0)信号和SCi(1)信号。如图9A所示，根据接收到SCi(0)信号和SCi(1)与否，做出是否在ONU中启动切换的决定。在此，在主和备用系统两者中正常接收SC信号的情况下，不启动切换。
接下来，在主0-系统仅未接收到SCi(0)信号的情况下，进行切换，然后执行向备用1-系统的切换。相反，在仅接收到SCi(0)信号而未接收到SCi(1)信号的情况下，由于将其看作是备用系统设备的传播，不执行切换。在主系统和备用系统都未接收到SCi信号的情况下，不执行切换。
图9B是ONU的状态转移图，表示NB(非桥接)状态、接收SC的状态和接收SR信号的状态的转移模式。
如图9所示，其中仅在ONU判定切换的必要性的结构具有简化OLT侧的功能并防止将无故障的ONU切换到备用线路的良好效果。
接下来参考附图说明本发明的第二实施例。在第二实施例中，在OLT侧识别不向其返回NB信号的ONU，切换命令仅给予相关的ONU。第二实施例以与第一实施例相同的方式描述了诸如从OLT向规定的ONU发射SC和SR之类的SC和SR的发送模式，和在ONU侧判定切换的必要性。
图10是顺序图。如图10所示，在OLT侧通过PON间隔的报警将有故障的间隔规定到某个范围(步骤S5)。此后，发射SC，并定义不能接收从ONU发射的SCi(0)信号和SCi(1)信号的线路上出现故障。然后，通过搜索连接到有故障的线路的ONU的VP或VC，做出切换准备。此后，OLT接收该SR。在通过备用传输路径接收到从受到切换的ONUi发射的RRi后，建立上述准备切换的VP或VC的路径。换句话说，为备用LT建立上游路径。如图5所示，由于在上游PLOAM信元的PST消息上加载ONU ID，通过在OLT侧监测来检测有故障的间隔的ONU。
在第二实施例中，为了执行VP/VC的切换，在VP/VC开关12做出切换对应的VP的设定。此后，在PST消息发射机产生与相关ONU有关的切换控制信息，该信息加载到向与规定的ONU有关的相关下游线路发射的帧的PLOAM上，把PLOAM信元插入该帧的固定区。在所涉及的ONU中，虽然定期监测发射的帧格式的规定区域，即第1和第28个帧中存储的PLOAM信元的K1/K2字节区，在接收包括切换信息的PLOAM信元的情况下，根据图9所示关于分别在0-系统和1-系统通过硬件或简单的软件处理接收的SC信号的状态图判断切换的必要性，然后执行切换控制。
接下来，参考附图描述说明本发明的第三实施例。如图11所示，在第三实施例中，结构包括连接到使主线路的光信号分路的光耦合器103，或使备用线路的光信号分路的光耦合器104的ONUk(k＝1，...，M)。
这样，在部分地混合单个系统的情况下，本发明可将其切换到双重系统。换句话说，虽然ONUk(k＝1，...，M)和光耦合器之间的间隔是一个重叠(fold)，当具有ONU和图4中的光耦合器的间隔的线路中的任何一个出现故障时，对有故障的每个VP执行切换，因此不存在操作障碍。
接下来说明第四实施例。根据第四实施例，如同操作维护的情况，当移动或替换光耦合器本身时，从主系统向备用系统同时切换全部线路。在第四实施例中，不根据图9所示的状态转移图执行切换。换句话说，在切换光耦合器103和104的情况下，当每个ONUi(i＝1，2，3，...，N)接收SC信号时，每个ONU将线路一起切换。图12是上述情况的顺序图。
通过根据从AN管理系统分开发射的信息改变切换形式来对切换形式分类。
下面说明第五实施例。根据第五实施例，如图13所示，提供连接在多个ONU与该OLT之间的一个光耦合器，和在上述光耦合器的用户侧的前级的多个光开关106和107。利用光开关执行主系统与备用系统之间的切换，并因此可对每条线路(对每个ONU)执行切换。在此，虽然图13没有清楚地示出，可利用用于数据传送的信号线路控制对光开关106和107的切换，同时由接入网络管理系统30，或通过提供使用来自光开关106和107的附加线路的控制线和接入网络管理系统30控制对光开关106和107的切换。或者，在光开关或OLT检测到预先确定的线路故障的情况下，  可构成一种结构，以便利用这些设备执行切换。
因此，在为ATM-PON租用线路服务双重化光耦合器和ONU之间的间隔时，对于VP或VC，本发明通过提供切换到高速备用系统的ATM-PON保护方法能够改善系统的可靠性，而对无故障的线路没有任何影响。
虽然已参考特定的说明性的实施例描述了本发明，本发明仅受所附权利要求限制而不局限于这些实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下可改变或改进这些实施例。

Claims (4)

1.一种利用PST消息监测光线路终端和光网络单元之间的间隔状态的异步传输模式无源光网络双重方法，其特征在于包括步骤：
在所述光线路终端处检测到线路切换触发的情况下同时向连接下游的光网络单元发射切换确认请求信号；和
在接收所述切换确认请求信号的光网络单元根据主系统和/或备用系统是否接收到所述切换确认请求信号的结果来判定切换系统的必要性，并且仅当判定需要切换时切换光网络单元的系统。
2.根据权利要求1所述的异步传输模式无源光网络双重方法，其特征在于所述异步传输模式无源光网络部分地包含单个系统的光网络单元，即使从光线路终端接收到切换确认请求信号，所述光网络单元不处理相关的信号。
3.根据权利要求1所述的异步传输模式无源光网络双重方法，其中在判定切换系统的必要性之后，向光线路终端返回切换确认回答信号。
4.根据权利要求3所述的异步传输模式无源光网络双重方法，其特征在于所述异步传输模式无源光网络部分地包含单个系统的光网络单元，即使从光线路终端接收到切换确认请求信号，所述光网络单元不处理相关的信号。
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