CN1334665A - 在点对多点接入网络中提供端对端保护的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种在点对多点接入网络(1)中提供端对端保护的方法,接入网络(1)在线路终端单元(10)与多个网络单元(21,23,27)之间至少提供一个物理连接,每个网络单元(21,23,27)可以连接到终端用户设备(25,29),该至少一个物理连接至少包括一个配线网(15,16),用于该线路终端单元连接到多个网络单元(21,23,27)。包括在多个网络单元(21,23,27)的至少一个网络单元中的一种保护机构在该至少一个物理连接中的一个连接与该至少一个物理连接中的另一个连接之间提供保护转换。

Description

在点对多点接入网络中提供端对端保护的方法和系统
本发明涉及在点对多点接入网络中，例如，无源光网络，提供端对端保护的方法和系统。更具体地说，本发明涉及在点对多点接入网络中提供端对端保护的方法，该接入网络在线路终端单元与多个网络单元之间至少提供一个物理连接，每个网络单元可以连接到终端用户设备，该至少一个物理连接至少包括连接该线路终端单元到多个网络单元的一个配线网。在另一方面，本发明涉及包括线路终端单元的点对多点接入网络，该线路终端单元有第一用户单元和第二用户单元，第一用户单元连接到第一配线网和第二用户单元连接到第二配线网，至少一个用户设施至少包括一个网络单元，该至少一个网络单元连接到第一配线网或第二配线网，并安排第一配线网或第二配线网与终端用户设备的连接。
众所周知，在光学点对多点接入网络中，例如，ATM-PON(异步转移方式-无源光网络)，提供端对端保护，该接入网络在网络节点接口与多个用户网络接口之间提供(双工)光通信。光线路终端(OLT)在光配线网(ODN)的网络节点接口侧提供光发射机和接收机。在ODN的用户网络接口接口侧，若干个光网络单元(ONU)至少包括一个光网络单元(ONU)，它提供与ODN的光发射机和接收机接口。ODN包括光纤光缆和无源分光器。连接到OLT的一根光纤是无源地被分裂并连接到多个ONU。ATM-PON是在ITU-T建议书G.983.1“Broadbandoptical access systems based on passive optical networks(PON)”中标准化的。
为了在ATM-PON系统中提供端对端保护和增强ATM-PON系统的可靠性，在ITU-T建议书G.983.1中建议若干种结构，其中包括ATM-PON系统的一个或多个冗余部分。为了增强可靠性，网络可以利用到每个终端的各种路径以保护光缆断开和复制的传输接口以免遭传输接口失效。存在两种类型的保护转换：自动转换和强迫转换。自动转换是由故障检测促成的，例如，信号损失，帧损失，信号退化(误码率下降到预定的阈值之下)，等等。强迫转换发生在管理事件的情况，例如，光纤重新路由，光纤置换，等等。这些类型的转换通常是由ATM-PON系统中的运行，管理和维护(OAM)功能实现的，并在向下发射到ODN(从OLT到所有的ONU)的物理层OAM(PL-OAM)信元中实施的。建议几种类型的物理结构以提供端对端保护，其中最简单的方案是，使OLT与分光器之间ODN的光纤数量加倍，因此仅提供由强迫转换对OLT与分光器之间光纤的保护。
第二个方案是使OLT接收机/发射机和OLT与分光器之间光纤的数量加倍，所以，该分光器在OLT侧就有两个端口。在这个方案中，也仅仅保护分光器与OLT之间的部分。这种配置要求OLT侧上备用光路的冷(不能操作的)等待。转换可以是强迫的或自动的。
第三个方案是再使ATM-PON系统的ONU侧上的部件数量加倍。这就通过转换到备用部件提供对任何一点的失效保护。这个方案能够实现ONU和OLT两侧上备用部件的热等待，还可以在没有信元损失下进行转换。然而，当检测到一种失效时，该系统完成从整体工作网到全部其他保护网的保护转换，与失效的位置无关。所以，按照第三个方案的安排，不可能服务于ATM-PON系统的保护用户和非保护用户。
在较复杂的第四个方案中，可以有选择地复制ONU侧上的部件。一些ONU可以有保护连接，而另一些ONU仅有非保护连接。为了实现这种安排，如同第二个方案中一样，ONU侧上的分光器数量必须被复制，且在ONU侧上有两个输入/输出端口。此外，在复制的分光器与复制的OLT之间有两个附加的分光器，在这复制分光器的两侧上提供冗余度。而且，转换可以是自动的或强迫的。
在ITU-T建议书G.983.1附录D中所建议的所有四个方案中，ATM-PON系统应当实施转换机构。这就需要OLT和ONU中有一个检测失效和采取改正行动的复杂电路(硬件和/或软件)。ITU-T建议书G.983.1附录D中提出的方案并不提供足够的保护(仅仅是在OLT与ONU之间部分的端对端路径)或以很高的代价提供全保护。此外，在前三个方案中把非保护ONU与保护ONU进行混合是困难的，而第四个方案是以附加分光器的代价提供这种可能性。
本发明寻求以简单和合算的方式在点对多点接入网络中提供端对端保护，并在相同的网络上提供有保护用户和非保护用户的可能性。
这是按照以上序言的方法实现的，其中包括在多个网络单元的至少一个网络单元中的一种保护机构在至少一个物理连接中的一个连接与该至少一个物理连接中的另一个连接之间提供保护转换。最好是，该网络单元包括一个用户网络接口，用于连接该网络单元与终端用户设备。更好的是，该保护机构是在该用户网络接口中。
接入网络可以是，例如，无源光网络，利用异步转移方式(ATM)传输层协议提供数据通信，该协议提供以太网连通性。
本发明提供一种简单和合算的解决方法，在点对多点接入网络中提供端对端保护，不需要ATM-PON系统的附加适应性。
此外，本发明允许在ATM-PON系统上混合保护用户和非保护用户。当用户希望从非保护连接转换到保护连接时，只要在该用户处安装附加的硬件(附加的ONU以及从分光器路由到该用户的附加光纤)。
本发明的另一个优点是，当失效发生在分光器与终端用户设备之间的路径上时，该失效仅仅影响那个特定的用户。其他用户与该分光器和OLT的连接仍然可以工作，它不同于ITU-T建议书G.983.1中的第三个方案，其中所有用户将被转换到另一条冗余路径。
网络单元中的保护机构，或更好的是，用户网络接口中的保护机构最好是在以太网层中，它可以包括生成树算法。往往，这个生成树算法已经安装在网络单元或用户网络接口中，且可能构成部分的以太网连接协议。
在另一个实施例中，在线路终端单元与终端用户设备之间有两条分开的物理路径，该保护机构还在两条分开的物理路径上提供负荷分担。这就可以更有效地利用接入网络的带宽，而仍然提供端对端保护。
在另一个方面，本发明按照以上的序言涉及点对多点接入网络，其中该至少一个网络单元包括一种保护机构，在线路终端单元与终端用户设备之间经第一配线网的第一个端对端连接与该线路终端单元与该终端用户设备之间经第二配线网的第二个端对端连接之间提供保护转换功能。
最好是，该多个网络单元中至少一个网络单元包括一个用户网络接口，用于连接该网络单元与该终端用户设备。更好的是，该保护机构是在用户网络接口中。
最好是，第一配线网和第二配线网包括可以采用异步转移方式(ATM)协议工作的无源光网络。在另一个实施例中，该接入网络按照以太网协议提供一个连接。最好是，保护机构是在以太网层，而在一个优选实施例中，它可以包括生成树算法。在另一个实施例中，线路终端单元与终端用户设备之间有两条分开的物理路径，且保护机构在该两条分开的物理路径上还提供负荷分担。按照本发明的接入网络具有与按照本发明方法相当的优点。
现在利用一个优选的实施例作为例子并参照附图更详细地讨论本发明，其中：
图1表示点对多点接入网络的示意图。
图1表示点对多点接入网络1的示意图，该接入网络在中央位置处的路由器13与远离中央位置的用户位置处的多个终端用户设备25，29之间提供一条物理通信路径。图1的终端用户设备25，29表示为局域网(LAN)30，32，三个计算机31，33与它们连接。然而，终端用户设备25，29可以包括单个PC或互连到任何数目计算机和其他设备的LAN 30，32。路由器13形成接入网络1的网络节点接口，而终端用户设备25，29形成接入网络1的用户网络接口。在这个实施例中，点对多点网络是异步转移方式无源光网络(ATM-PON或APON)，能够在用户网络接口与网络节点接口之间传输各种业务。在点对多点接入网络1的单点侧上，路由器13还提供与其他路由器或主计算机(未画出)的连接。路由器13连接到光线路终端(OLT)10，在这个实施例中，光线路终端10中有两个光用户单元(OSU)11，12。OSU11，12提供从电信号到光信号的转换和从光信号到电信号的转换。每个OSU11和12分别连接到第一光配线网(ODN)15和第二光配线网16。单元管理系统(EMS)14连接到OLT10，用于控制OLT10及其相关的OSU11，12。EMS14提供APON系统的运行，管理和维护功能。
每个ODN15和16包括分别连接到第一OSU11和第二OSU12的光纤和连接到多条光纤的分光器，多条光纤用于连接到点对多点接入网络1的多个用户系统20，26。最好是，第一ODN15和第二ODN16经不同的物理路径被路由以减少两个ODN15，16同时失效的机会，例如，由于OSU11，12附近的光纤被折断所造成的失效。
在点对多点接入网络1的多点侧，用户系统20，26连接到两个ODN15，16或其中之一。在所示的实施例中，第一用户系统20包括第一光网络单元(ONU)21和第二ONU23，它们分别把来自第一ODN15和第二ODN16的光信号转换成电信号，反之亦然。第一用户网络接口22把来自第一ONU21的电信号转换成给第一终端用户设备25的数据，反之亦然。第一终端用户设备25还经第二用户网络接口24连接到第二ONU23。第一用户网络接口22和第二用户网络接口24可以作为线路卡实施，这两个线路卡物理上分别位于第一ONU21和第二ONU23。
第二用户系统26仅包括第三ONU27，它连接到第二ODN16。第三用户网络接口28连接第三ONU27与第二终端用户设备29。第三用户网络接口28也可以作为位于第三ONU27处的线路卡实施。
以下，把第一用户系统20称之为保护用户，而把第二用户系统26称之为非保护用户。按照本发明，多个保护用户20和非保护用户26可以连接到APON系统，保护用户20连接到第一ODN15和第二ODN16，而非保护用户26仅连接到第一ODN15和第二ODN16中的一个。
通常，所示APON系统上提供的主业务是以太网通信。在此情况下，第一终端用户设备25和第二终端用户设备29可以是PC或与若干个计算机或其他外围设备互连的局域网30，32。按照本发明，端对端保护是由以太网层中的一种机构提供的。以太网层是在OSI模型中位置高于物理层的一层。例如，该机构可以是在以太网协议中实施的。
保护用户20连接到第一ODN15和第二ODN16。在这个优选实施例中，所谓的生成树算法提供这种保护机构。该算法可以在第一用户网络接口22和第二用户网络接口24中实施，并允许第一终端用户设备25连接到两个物理不同的以太网而没有发生环路的机会。每当第一ODN15或第二ODN16，第一ONU21或第二ONU23，或第一用户网络接口22或第而用户网络接口24中的一个失效时，第一终端用户设备25仍然能够经其他的物理路径接受服务。在另一个实施例中，通过利用两条物理路径上数据业务的负荷分担算法，可以同时利用路由器13与第一终端用户设备25之间的两条物理路径进行数据通信。这也可以在以太网协议中实施。
利用这个生成树算法，APON系统和EMS14完全不知道接入网络1中的保护。该保护是在较高OSI模型层中真正端对端基础上提供的，例如，以太网层，替代APON系统的物理层。ITU-T建议书G.983.1的附录D列出的APON系统中提供端对端保护的建议都是在路径级(从OLT到ONU)提供保护作为目的，或甚至在光路径级。现有的建议都需要附加的硬件(复制的光纤，复制的分光器，附加的分光器，复制的OSU/OLT和/或复制的ONU)和附加的转换机构(在硬件电路或软件中实施)，而在检测到失效的情况下，转换到冗余的路径。这种转换机构往往是在较低的OSI模型层中实施的，例如，物理层软件，且它包括在EMS14中。本发明不需要这种转换机构，所以，可以用较低的成本提供APON系统。
利用ITU-T建议书G.983.1的附录D中所有建议的方案，在APON系统上混合保护用户和非保护用户是相当困难的。利用本发明，这是相当简单的：保护用户有复制的ONU21，23，并连接到第一ODN15和第二ODN16。利用较高OSI层(例如，上述的以太网层)中的保护转换机构，对包括EMS14的APON系统不会产生影响，导致更合算的解决方法。当用户希望从非保护连接转换到保护连接时，只要在该用户处安装附加的硬件(附加的ONU23，以及可能的话，从分光器路由到该用户的附加光纤)。
本发明的另一个优点是，当失效发生在分光器与终端用户设备25，29之间的路径上时，该失效仅仅影响那个特定的用户。其他用户与该分光器和OLT10的连接仍然是工作的，它不同于ITU-T建议书G.983.1中提出的方案，其中所有的用户被转换到另一条冗余路径。
此外，在实施上述的负荷分担时，失效情况下的自动切换是固有的。
本发明的描述是参照上述的APON系统，但是，本领域专业人员明白，本发明也适用于提供以太网连接性的其他点对多点接入网络系统，并不限制于上述的无源光网络系统。其他的可能应用包括，但不限制于，缆线调制解调器，xDSL接入网络，无线接入网络。

Claims (16)

1.一种在点对多点接入网络(1)中提供端对端保护的方法，接入网络(1)在线路终端单元(10)与多个网络单元(21，23，27)之间至少提供一个物理连接，每个网络单元(21，23，27)可以连接到终端用户设备(25，29)，该至少一个物理连接至少包括该线路终端单元连接到多个网络单元(21，23，27)的一个配线网(15，16)，
其特征是，包括在多个网络单元(21，23，27)的至少一个网络单元中的一种保护机构在该至少一个物理连接中的一个连接与该至少一个物理连接中的另一个连接之间提供保护转换。
2.按照权利要求1的方法，其中多个网络单元(21，23，27)中至少一个网络单元包括用户网络接口(22，24，28)，用于连接网络单元(21，23，27)与终端用户设备(25，29)。
3.按照权利要求1或2的方法，其中接入网络(1)是无源光网络。
4.按照权利要求1，2或3的方法，其中接入网络(1)是采用异步转移方式(ATM)协议工作的。
5.按照以上权利要求之一的方法，其中接入网络(1)根据以太网协议提供一种连接。
6.按照权利要求5的方法，其中该保护机构是在以太网层中提供的。
7.按照以上权利要求之一的方法，其中该保护机构是生成树算法。
8.按照以上权利要求之一的方法，其中在线路终端单元(10)与终端用户设备(25，29)之间提供两条分开的物理路径，且保护机构还在该两条分开的物理路径上提供负荷分担。
9.一种点对多点接入网络(1)，包括：
线路终端单元(10)，它有第一用户单元(11)和第二用户单元(12)，
第一用户单元(11)连接到第一配线网(15)，而第二用户单元(12)连接到第二配线网(16)，
至少一个用户设施(20，26)至少包括一个网络单元(21，23，27)，该至少一个网络单元(21，23，27)连接到第一配线网(15)或第二配线网(16)，并安排第一配线网(15)或第二配线网(16)与终端用户设备(25，29)的连接，
其特征是，该至少一个网络单元(21，23，27)包括一种保护机构，用于在线路终端单元(10)与终端用户设备(25，29)之间经第一配线网(15)的第一个端对端连接与线路终端单元(10)与终端用户设备(25，29)之间经第二配线网(16)的第二个端对端连接之间提供保护转换功能。
10.按照权利要求9的点对多点接入网络(1)，其中多个网络单元(21，23，27)中至少一个网络单元包括用户网络接口(22，24，28)，用于连接网络单元(21，23，27)与终端用户设备(25，29)。
11.按照权利要求9或10的点对多点接入网络(1)，其中第一配线网(15)和第二配线网(16)包括无源光网络。
12.按照权利要求9，10或11的点对多点接入网络(1)，其中接入网络(1)是采用异步转移方式(ATM)协议工作的。
13.按照权利要求9至12中一个的点对多点接入网络(1)，其中接入网络(1)根据以太网协议提供一种连接。
14.按照权利要求9至13中一个的点对多点接入网络(1)，其中该保护机构是在以太网层中提供的。
15.按照权利要求9至14中一个的点对多点接入网络(1)，其中该保护机构是生成树算法。
16.按照权利要求9至15中一个的点对多点接入网络(1)，其中在线路终端单元(10)与终端用户设备(25，29)之间提供两条分开的物理路径，且该保护机构还在该两条分开的物理路径上提供负荷分担。
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