CN1469557A

CN1469557A - 以太网无源光网络系统

Info

Publication number: CN1469557A
Application number: CNA031487262A
Authority: CN
Inventors: 宋在涓; 金镇熙; 金娥正; 李民孝; 林世伦; 金洙亨
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2002-06-24
Filing date: 2003-06-24
Publication date: 2004-01-21
Anticipated expiration: 2023-06-24
Also published as: US20030235205A1; CN1244215C; EP1377107A3; KR20040000271A; JP3742406B2; EP1377107B1; JP2004032780A; EP1377107A2; KR100724875B1

Abstract

以太网无源光网络(PON)系统，包括光线路终端(OLT)和与OLT相连的多个光网络单元(ONU)，此系统实现了在OLT控制的ONU侧对象之间的对等(P2P)传输。PON标签以太网帧包括目的地地址(DA)字段、源地址(SA)字段、模式字段、PHY_ID字段和数据字段。OLT包括多路复用层，在与相应PHY_ID字段相关的逻辑端口上向上层传输收到的PON标签以太网帧；和桥接功能层，在通过逻辑端口收到的帧的仿真模式是P2P传输模式时，参考DA字段将PHY_ID字段信息转换为与目的地ONU侧对象对应的PHY_ID信息，并通过与转换后的PHY_ID信息相关的逻辑端口向相应ONU传输转换后的PHY_ID信息。

Description

以太网无源光网络系统

技术领域

本发明涉及一种无源光网络(PON)系统，以及更具体地涉及一种以太网PON(EPON)系统。

背景技术

通常，PON系统具有单一光线路终端(OLT)与光分配网络上(ODN)的多个ONU(光网络单元)相连的结构。在这种结构中，以树结构的形式分配全部节点。

示例性公知的PON系统是异步传送模式(ATM)-PON形式的系统。目前，在IEEE 802.3z和ITU-T(国际电信联盟-T)G.983.1中描述了已经对ATM-PON的点到点吉比特以太网技术和MAC技术进行了标准化。在这里作为参考的Gigad Ghaib等人1999年11月2日公布的题为“用于点到多点无源光网络上的数据通信的协议”的美国专利No.5,978,374中描述了ATM-PON的MAC技术的一个示例。

图1是描述了IEEE 802.3以太网与IEEE 802.1D网桥之间的关系的视图。

IEEE 802.1D标准的发展是基于共享介质的，在共享介质中以太网介质允许多个通信站共享一个物理传输介质，从而如图1所示，向其他与网桥相连的地区中的全部用户终端传输从来自多个地区并与网桥相连的用户终端接收到的以太网帧。当网桥按照共享介质单独的特征接收所有以太网帧时，在单独的端口接收帧的网桥将目的地地址和源地址存储在地址表中。结果，网桥可以获悉每个端口的地址。在获悉每个端口的地址之后，接收帧的网桥只向指定了目的地地址的端口传输接收到的帧，而不向除了具有目的地地址的端口之外的其他端口传输帧，从而减少了在共享介质中不想要的数据碰撞的数目。

同时配置网桥，在以下三个条件下接收帧。

(1)在网桥没有从存储在地址表中的多个地址中寻找接收到的帧的目的地地址的假设下，规定第一个条件。代替地，如果在地址表中没有源地址，或者网桥没有接收到与源地址相关的帧(即，如果网桥接收到未实行过的地址)，当网桥不能确定将哪一端口用于帧传输时，网桥向除了接收未实行过的地址的端口之外的全部端口传输帧。

(2)在即使在表中找到地址，被指定给包含在地址表中的地址的端口与接收帧的端口相同的假设下，规定第二个条件。同样地，在第二个条件下可以丢弃接收到的帧。例如，参照图1，在地区“A”中的用户终端“a”向包含在相同地区“A”中的另一用户终端“b”传输以太网帧的情况下，同样向网桥传输以太网帧。但是，因为向其指定以太网帧的目的地地址的端口与接收以太网帧的端口相同，网桥丢弃以太网帧，而不传输此以太网帧。第二个条件想要减少不必要的业务量的数目，因为已经向目的地地址传输了此帧。

(3)在地址表中找到目的地地址，但没有为接收帧的端口指定目的地地址的假设下，规定第三个条件。在这种情况下，网桥向被指定给地址表中的目的地地址的端口传输此帧。

图2是描述传统PON系统的方框图。如图所示，PON系统包括光线路终端(OLT)110、多个光网络单元(ONU)132、134和136以及光分配网络(ODN)120。

OLT110位于树结构路由上，并在为每个签署者(即，每个用户)提供信息网络的接入中起到了重要作用。

ODN120将从OLT110接收到的下行数据帧分配到ONU132、134和136中。ONU132、134和136接收下行数据帧，并向用户终端142、144和146传输此下行数据帧。与此同时，ODN在ODN120上向OLT110多路复用从ONU132、134和136接收到的上行数据帧，其中，ONU132、134和136接收从用户终端142、144和146接收到的上行数据帧。应当注意的是用户终端142、144和146代表PON系统中可以提供的多种网络终端单元。

如图2所示，只向OLT110传输从第一用户终端142向第二用户终端144传输的以太网帧，而不向第二用户终端144传输。此外，与OLT110相连接的网桥在下行传输中不向第二用户终端144传输以太网帧，导致以太网帧的丢失。即，如前所述，由于基本的条件，在传统的网桥网络中实现的PON系统导致帧丢失。

因此，需要发展允许PON与图1所示的传统的网桥相兼容的新方案，以便在传统的点到多点PON系统中执行对等的(P2P)传输。

发明内容

本发明通过提供执行一种允许以太网PON结构与传统的802.1D网桥相兼容的仿真功能，已经克服了上面的问题，并提供额外的优点。本发明还提供一种利用以太网帧结构的以太网PON系统，以及一种在以太网PON系统中使用的点到点仿真实现方法。

在一个实施例中，具有光线路终端(OLT)和多个光网络单元(ONU)以太网无源光网络(EPON)系统，多个ONU与OLT相连，用于提供由OLT控制的ONU侧对象之间的对等(P2P)传输，所述EPON系统包括：用于P2P传输的PON标签以太网帧，它包括目的地地址(DA)字段、源地址(SA)字段、指示仿真模式的模式字段、指示ONU侧对象的标识符(ID)的PHY_ID字段以及数据字段。OLT还包括：多路复用层，用于在与相应的PHY_ID字段相关联的逻辑端口上，向上层传输接收到的PON标签以太网帧；以及桥接(bridging)功能层，用于在通过逻辑端口接收到的帧的仿真模式是P2P传输模式时，通过参考DA字段，将PHY_ID字段的信息转换为与目的地ONU侧对象相对应的PHY_ID信息，以及用于通过与转换后的PHY_ID信息相关联的逻辑端口向相应的ONU传输转换后的PHY_ID信息。

附图说明

通过下面结合附图的详细描述，将更加清楚地理解本发明上面的特征和其他的优点，其中：

图1是依照现有技术描述了IEEE 802.3以太网和IEEE 802.1D网桥之间的关系的视图；

图2是传统PON系统的方框图；

图3是依照本发明的优选实施例描述了PON标签以太网帧结构的视图；

图4是依照本发明的优选实施例描述了用于多点控制协议(MPCP)的PON标签以太网MAC控制帧结构的视图；

图5是依照本发明的优选实施例描述了用于暂停以太网PON系统的PON标签以太网MAC控制帧结构的视图；

图6是依照本发明的优选实施例描述了以太网PON系统配置的视图；

图7是依照本发明的优选实施例描述了用于图6中所示的OLT中的PON标签以太网帧的层传输结构的视图；

图8是依照本发明的优选实施例描述了用于图6中所示的OLT中的MPCP所使用的PON标签以太网MAC控制帧的层传输结构的视图；

图9是依照本发明的优选实施例描述了用于在图6中所示的OLT中标记以太网帧的PON标签以太网MAC控制帧的层传输结构的视图；以及

图10和图11依照本发明的优选实施例描述了网桥功能层的全部操作。

具体实施方式

现在，将参照附图详细描述本发明的优选实施例。在图中，尽管在不同的图中对其进行描述，仍以相同的参考数字表示相同或相似的元件。为了清晰和简单的目的，当可能使本发明的主题不清楚时，省略这里所结合的已知功能和结构的详细描述。

按照本发明的教义，在传统的以太网帧上加上“vLink”标签的额外字段。“vLink”标签包括1比特的模式字段和15比特的PHY_ID字段。模式字段根据仿真模式的类型被分类为P2P模式字段和单一复制广播(SCB)模式字段。如果需要，还可以定义额外的模式。P2P模式用于在以太网PON系统中执行P2P传输，而SCB模式用于向除了发送帧的ONU之外的其他ONU传输此帧。PHY_ID字段用于代表单独的ONU，或者被指定用来指示与单独的ONU相关联的用户端口。PHY_ID字段用于标识由OLT控制的包含在PON系统中的单独的对象。这里将具有“vLink”标签字段的以太网帧称为PON标签以太网帧。

图3是依照本发明的优选实施例描述了PON标签以太网帧结构的视图。如图所示，PON标签以太网帧包括目的地地址(DA)字段210、源地址(SA)字段220、长度/类型字段230、模式字段242、PHY_ID字段244、数据字段250和帧检验序列(FCS)字段260。与传统的以太网帧结构相比，PON标签以太网帧在长度/类型字段230和数据字段250之间插入了模式字段242和PHY_ID字段244。给每个用户的净荷数据单元(PDU)连续地连接在PHY_ID字段244的后面。

图4是依照本发明的优选实施例描述了用于MPCP的PON标签以太网MAC控制帧结构的视图。如图所示，PON标签以太网MAC控制帧包括DA字段310、SA字段320、长度/类型字段330、OP代码字段340、模式字段352、PHY_ID字段354、时间戳字段360、保留字段370和FCS字段380。与传统的以太网帧结构相比，用在MPCP中的PON标签以太网MAC控制帧在OP代码字段340和时间戳字段360之间插入模式字段352和PHY_ID字段354。OP代码字段340用于定义用于执行以太网PON系统的MPCP的新OP代码。模式字段352、PHY_ID字段354和时间戳字段360对应于OP代码参数。由于根据MPCP消息的详细功能有差别地设置保留字段370，保留字段370通常保持空(null)。

图5是依照本发明的优选实施例描述了用于暂停以太网PON系统的PON标签以太网MAC控制帧结构的视图。如图所示，PON标签以太网MAC控制帧包括DA字段410、SA字段420、长度/类型字段430、OP代码字段440、模式字段452、PHY_ID字段454、暂停时间(Pause_time)字段460、保留字段470和FCS字段480。PON标签以太网MAC控制帧在传统以太网帧结构的OP代码字段440和暂停时间字段460之间插入了模式字段452和PHY_ID字段454。OP代码字段440用于定义暂停以太网PON系统的新OP代码。模式字段452、PHY_ID字段454和暂停时间字段460对应于OP代码参数。

图6是依照本发明的优选实施例描述了以太网PON系统配置的视图。以太网PON系统包括单一的OLT510和以树形拓扑形式与OLT510相连的多个ONU610。ONU610包括802.3 PHY层620、802.3 MAC层630、过滤功能层640和LLC层650。在这种情况下，ONU610在传统的ONU层结构上加入了过滤层640，后面将详细描述过滤层640的功能。

在从OLT510接收PON标签以太网帧的情况下，过滤层640检查模式字段。如果模式字段指示SCB模式，而且接收到的帧的PHY_ID字段的于过滤层640的PHY_ID字段的数值，则丢弃接收到的PON标签以太网帧。但是，如果检查的帧的PHY_ID字段的数值与过滤层640的PHY_ID字段的数值不同，过滤层640接收此PON标签以太网帧。即，如果接收到的帧的PHY_ID数值等于过滤层640的PHY_ID数值，则认为此收到的帧是通过过滤层640以SCB模式传输的帧，从而过滤层640滤出此收到的帧。

另一方面，如果接收到的帧的模式是P2P模式，而且检查的帧的PHY_ID字段的数值等于过滤层640的PHY_ID字段的数值，则过滤层640接收此PON标签以太网帧。但是，如果检查的帧的PHY_ID字段的数值与过滤层640的PHY_ID的数值不同，则丢弃此PON标签以太网帧。即，在接收到的帧的PHY_ID字段的数值与过滤层640的PHY_ID字段的数值不同的情况下，确定此接收到的帧不指向过滤层640，从而滤除此帧。

OLT510包括802.3 PHY层520、802.3 MAC层530、802.3MAC控制层540、多路复用层550和桥接功能层570。在这种情况下，与传统的OLT层结构相比较，OLT510还包括多路复用层550和桥接功能层570，后面将详细描述这些层的功能。

图7到图9描述了与OLT510的单独帧层相关的封装/解封装结构，而且按照从ONU610向OLT510的传输方向表示。

图7是依照本发明的优选实施例描述了在OLT510(在图6中示出)的PON标签以太网帧(在图3中示出)的层传输结构的视图。参照图7，传输到PHY层520的帧在MAC层530中执行基本操作，然后向上层传输DA字段210、SA字段220、长度/类型字段230、vLink标签字段240和数据字段250。当从PHY层520接收到帧时，MAC控制层540首先检查长度/类型字段230。在这种情况下，上述帧是用户帧，从而长度/类型字段230指示帧长度。如果帧是用户帧，MAC控制层540不执行操作，并向上层传输DA字段210、SA字段220和数据字段250。在这种情况下，认为vLink标签字段240是用户数据字段，因此与字段210、220和250一起向上层传输。

之后，多路复用层550检查vLink标签字段240，并在与相应PHY_ID字段相关联的逻辑端口560上，向上层传输DA字段210、SA字段220、vLink标签字段240和数据字段250。一旦接收到上述字段，桥接功能层570将DA字段210和SA字段220的MAC地址信息与vLink标签字段240的模式和PHY_ID信息相组合，并根据组合后的结果执行反射或转发操作。应当注意的是vLink标签字段240根据单独的模式具有不同的PHY_ID数值。如果模式是P2P模式，指示目的地地址的PHY_ID数值被分配给vLink标签字段240。如果模式是SCB模式，用于向OLT510传输帧的ONU的PHY_ID数值被分配给vLink标签字段240。这种PHY_ID分配方法同样适用于下行传输中。

图8是依照本发明的优选实施例描述了用于图6中所示的OLT中的MPCP所使用的PON标签以太网MAC控制帧的层传输结构的视图。以太网PON系统利用MAC控制帧实现以太网PON的MPCP功能。MAC控制层540从MAC层530接收字段，然后检查长度/类型字段330。在这种情况下，长度/类型字段330具有类型字段的功能，而且类型字段的数值指示MPCP定义数值，从而确定下一字段为用于MPCP的OP代码参数。检查MPCP类型的OLT510的MAC控制层540可以利用vLink标签字段350和时间戳字段360根据单独的ONU610有差别地进行操作。MAC控制层540同样执行在MPCP操作中共有的广泛搜索功能、自动发现功能和DBA功能。在这种情况下，在上行传输中，vLink标签字段350的PHY_ID数值与被指定给用于向OLT510传输帧的ONU的PHY_ID数值相同。在下行传输的情况下，vLink标签字段350的PHY_ID数值与接收上述的帧的目的地ONU的PHY_ID数值相同。

图9是依照本发明的优选实施例描述了用于暂停图6中所示的OLT510中的以太网帧的PON标签以太网MAC控制帧的层传输结构的视图。根据用于暂停以太网PON系统的传统以太网MAC控制帧，OLT510不可能根据单独的ONU610或单独的vLink标签的主题暂停以太网PON系统。因此，本发明可以通过采用vLink标签字段450作为OP代码参数来克服这个问题。

在操作中，MAC控制层540向上层传输DA字段410、OP代码字段440、vLink标签字段450、暂停时间字段460。接收这些字段的多路复用层550通过参考OP代码确认以太网PON的暂停状态，检查vLink标签字段450和暂停时间字段460的信息，然后在逻辑端口560上向桥接功能层570传输检查到的信息。在预定的暂停时间期间，桥接功能层570使相应vLink标签的逻辑端口560失效，从而实现以太网PON的暂停功能。在这种以太网PON暂停状态下的上行传输的情况下，传输上述的帧的ONU的PHY_ID数值与vLink标签字段450的PHY_ID数值相同。在下行传输的情况下，作为缺省ID数值定义、然后指定OLT510的PHY_ID数值。但是，OLT510中激活的DBA执行与以太网PON暂停功能相同的功能，从而用于暂停上行以太网PON系统的PON标签以太网MAC控制帧可能会无效。

图10和图11依照本发明的优选实施例描述了具有桥接功能层的层的全部操作。桥接功能层570根据如普通帧或控制帧等帧的类型有差别地处理从MAC控制层540接收到的信息。如果从MAC控制层540接收到的信息指示普通帧(即，普通数据帧)，首先检查vLink标签字段的PHY_ID和DA字段的信息，以确定(1)目的地地址是否存在于相应的PON系统中，或者(2)OLT510是否识别目的地。

如果确定目的地存在于PON系统的内部中，OLT510检查模式字段。如果确定模式是SCB模式，则向与相应的PHY_ID信息相关联的逻辑端口560传输此帧。如果确定模式是P2P模式，则OLT510通过参考DA字段，将PHY_ID字段的信息转换为与目的地ONU相关联的PHY_ID信息，然后向反射字段575传输转换后的信息。在下行传输中，传输在从反射字段575向调度程序字段595传递多个字段之后，向相应的逻辑端口560传输的帧。

如果OLT510识别出目的地，将从MAC控制层540接收到的信息在反射字段575进行反射，然后向程序字段595传输。如果目的地存在于PON系统的外部，或者不存在于OLT510的过滤数据库(DB)585中，则广播接收到的信息，然后向想要的目的地转发。

已经这样描述了用于在以太网无源光网络(EPON)系统中传输通信的系统的优选实施例，对于本领域的技术人员应该清楚的是已经获得了系统的某些优点。正如从上面的描述所显而易见的那样，按照本发明的以太网PON系统利用具有vLink标签字段的PON标签以太网帧，以及包括多路复用层和用于针对OLT处理此PON标签以太网帧的桥接功能层，从而以太网PON介质可以于网桥相连，而不改变传统的802.1D网桥。

尽管已经举例说明和描述了本发明的优选实施例，本领域的技术人员可以理解的是，在不偏离本发明的真实范围的前提下，可以进行多种改变和修改，以及可以用等价物来代替元件。此外，在不偏离本发明的中心范围的前提下，可以对本发明的具体情况和教义进行多种修改。因此，意图是本发明并不限于作为期望实现本发明的最好模式公开的具体实施例，而本发明包括属于所附权利要求的范围的全部实施例。

Claims

1、一种具有光线路终端(OLT)和多个光网络单元(ONU)的以太网无源光网络(EPON)系统，所述多个ONU与所述OLT相连，用于提供由OLT控制的ONU侧对象之间的对等(P2P)传输，所述EPON系统包括：

PON标签以太网帧，包括目的地地址(DA)字段、SA(源地址)字段、指示仿真模式的模式字段和指示ONU侧对象的标识符(ID)的PHY_ID字段以及数据字段。

2、按照权利要求1所述的EPON系统，其特征在于OLT还包括：

多路复用层，用于在与相应的PHY_ID字段相关联的逻辑端口上向上层传输其中接收到的PON标签以太网帧；以及

桥接功能层，在通过逻辑端口接收的帧的仿真模式是P2P传输模式时，通过参考DA字段，将PHY_ID字段的信息转换为与目的地ONU侧对象相对应的PHY_ID信息，以及在与转换后的PHY_ID信息相关联的逻辑端口上向相应的ONU传输转换后的PHY_ID信息。

3、按照权利要求1所述的EPON系统，其特征在于桥接功能层在与相应的PHY_ID字段相关联的逻辑端口上向ONU传输帧，而且如果仿真模式是SCB(单一复制广播)模式，则保持PHY_ID字段的信息。

4、按照权利要求1所述的EPON系统，其特征在于PON标签以太网帧还包括用于指示帧长度或帧类型的长度/类型字段，以及其中，在长度/类型字段和数据字段之间排列PHY_ID字段和模式字段。

5、按照权利要求1所述的EPON系统，其特征在于ONU分别包括过滤层，配置过滤层，在从OLT接收PON标签以太网帧时，检查模式字段；当检查到的模式是P2P模式，而且PHY_ID字段的信息等于被指定给过滤层的PHY_ID信息时，接收帧；以及在PHY_ID字段的信息不同于被指定给过滤层的PHY_ID信息时，丢弃帧。

6、按照权利要求4所述的EPON系统，其特征在于在检查到的模式是SCB模式，而且检查到的PHY_ID信息等于被指定给过滤层的PHY_ID信息时，所述过滤层丢弃帧；以及在PHY_ID信息不同于被指定给过滤层的PHY_ID信息时，所述过滤层接收帧。

7、按照权利要求1所述的EPON系统，其特征在于模式字段包括1比特，以及PHY_ID字段包括15比特。

8、一种具有光线路终端(OLT)和多个光网络单元(ONU)的以太网无源光网络(EPON)系统，所述多个ONU与所述OLT相连，用于为每个ONU提供多点控制协议(MPCP)功能，所述EPON系统包括：

用于MPCP的PON标签以太网MAC控制帧，包括DA字段、SA字段、长度/类型字段、OP代码字段、指示仿真模式的模式字段、指示ONU的标识符的PHY_ID字段和时间戳字段。

9、按照权利要求8所述的EPON系统，其特征在于OLT还包括：

MAC控制层，当接收到的PON标签以太网MAC控制帧指示MPCP类型时，利用PHY_ID字段和时间戳字段执行与相应的ONU相关联的MPCP操作；

多路复用层，用于在与相应的PHY_ID信息相关联的逻辑端口上向上层传输从MAC控制层接收到的帧；以及

桥接功能层，通过参考通过逻辑端口接收到的帧的DA字段，将PHY_ID字段的信息转换为与目的地ONU相对应的PHY_ID信息，以及在与转换后的PHY_ID信息相关联的逻辑端口上向相应的ONU传输所述帧。

10、按照权利要求8所述的EPON系统，其特征在于模式字段包括1比特，而PHY_ID字段包括15比特。

11、一种具有光线路终端(OLT)和多个光网络单元(ONU)的以太网无源光网络(EPON)系统，所述多个ONU与所述OLT相连，用于为每个ONU提供以太网PON的暂停功能，所述EPON系统包括：

用于暂停以太网PON的以太网MAC控制帧，包括DA字段、SA字段、长度/类型字段、OP代码字段、指示仿真模式的模式字段、指示ONU的标识符的PHY_ID字段和暂停时间字段。

12、按照权利要求11所述的EPON系统，其特征在于OLT还包括：

多路复用层，用于检查其中接收到的PON标签以太网MAC控制帧的OP代码，确定检查到的OP代码是否指示以太网PON的暂停状态，并在检查到的OP代码指示以太网PON的暂停状态时，在与相应的PHY_ID信息相关联的逻辑端口上向上层传输所述帧；以及

桥接功能层，用于在暂停时间期间使接收到所述帧的逻辑端口失效，而暂停以太网PON。

13、按照权利要求11所述的EPON系统，其特征在于模式字段包括1比特，而PHY_ID字段包括15比特。