CN1808943A

CN1808943A - 一种pon终端onu节电方法及具有节电功能的终端装置

Info

Publication number: CN1808943A
Application number: CNA2006100183008A
Authority: CN
Inventors: 李汉兵
Original assignee: Wuhan Research Institute of Posts and Telecommunications Co Ltd
Current assignee: Wuhan Research Institute of Posts and Telecommunications Co Ltd
Priority date: 2006-01-25
Filing date: 2006-01-25
Publication date: 2006-07-26

Abstract

本发明提供一种PON终端ONU节电方法及具有节电功能的终端装置，一旦ONU检测到市电供电停止、启动ONU备用电源工作时，如果ONU没有电话数据包发送，就同时关闭ONU内的用户数据封装处理电路、Memory模块、主CPU模块、用户接口电路的电源；当数据处理和交换电路收到信令数据包时，ONU启动主CPU、Memory模块、用户数据封装处理电路、用于电话的接口电路电源，主CPU判断信令标志为结束通话时，关闭上述模块的电源。当用户接口数据检测电路检测到用户在通过用于电话的接口发送数据时，ONU启动主CPU、Memory模块、用户数据封装处理电路、用于电话的接口电路电源，主CPU判断信令标志为结束通话时，关闭上述模块的电源。

Description

一种PON终端ONU节电方法及具有节电功能的终端装置

技术领域

本发明涉一种PON终端ONU节电方法及具有节电功能的终端装置，属于无源光网络(PON：Passive Optical Network)领域，通过PON系统的汇聚设备(OLT：Optical Line Terminal)和接入终端(ONU：Optical Network Unit)的配合，降低ONU功耗的方法，并保证来电和紧急呼叫的畅通。

背景技术

随着宽带IP(Internet Protocol：互联网协议)接入技术的发展，包括PON在内的宽带接入系统进入了很多家庭。ONU在完成宽带上网的同时，将会以IP电话的形式替代现有的PSTN电话(Public SwitchedTelephone Network，意指传统的电话交换网络)。现有的PSTN电话是集中供电的，在住宅市电供应停止的情况下，电话还可以继续使用，可以接听来电，可以打出电话。但是，ONU需要更多的功耗，无法实现集中供电。现在的供电方式是，以市电适配直流供电为主，适配直流供电停电后，通过备用电源(蓄电池)的方式来给ONU供电。这种供电方式存在一个不足，就是即使ONU没有数据传送，ONU也一直处于全功率状态，很快就把蓄电池的电能消耗完。如果这时候需要打电话，或者有电话打入，就无法打出电话或者接听电话。其实，这时候ONU只是和OLT定时发送一些握手消息，维持ONU的注册状态。

在ADSL2+(Asymmetric Digital Subscriber Line)接入终端中，在G.992.5标准中规定了终端的3种工作方式：L0(全功率方式)、L2(低速低功率方式)、L3(休眠模式，没有数据传输)。从L3状态进入L0状态，需要的时间最长为20秒，最短为3秒。如果有一个话音呼叫请求，从L3到L0的状态变换时间相对比较长，会让电话接通时间变长。

发明内容

本发明的目的是提供一种PON终端ONU节电方法及具有节电功能的终端装置，对ONU的电源管理方式进行改进，延长备用电源的使用时间，保证电话的打入和呼出，同时，也大大降低ONU市电适配直流供电的电能消耗。

发明的具体技术方案：发明的PON终端ONU节电方法，包括市电电源和备用电源的切换，一旦ONU检测到市电供电停止、启动ONU备用电源工作时，如果ONU没有电话数据包发送，就同时关闭ONU内的用户数据封装处理电路、Memory模块、主CPU模块、用户接口电路的电源，这时，ONU只是和OLT定时发送握手消息，维持ONU的注册状态；如果ONU正处于电话通信中，ONU就只关闭用户接口电路中的非电话接口电路的电源，继续维持ONU内的用户数据封装处理电路、Memory模块、主CPU模块、用于电话的接口电路的电源；当处于非通话状态的ONU中的数据处理和交换电路收到信令数据包时，ONU启动主CPU、Memory模块、用户数据封装处理电路、用于电话的接口电路电源；主CPU判断信令标志为结束通话时，关闭主CPU、Memory模块、用户数据封装处理电路、用于电话的接口电路的电源；当用户接口数据检测电路检测到用户在通过用于电话的接口发送数据时，ONU启动主CPU、Memory模块、用户数据封装处理电路、用于电话的接口电路电源；主CPU判断信令标志为结束通话时，关闭主CPU、Memory模块、用户数据封装处理电路、用于电话的接口电路电源。

所述的PON终端ONU节电方法，当市电供电时，电视机状态检测电路电源开启，并检测电视机开关状态，若电视机关，就关闭CATV射频信号放大器的电源；当用备用电源供电时，关闭CATV射频信号放大器的电源，关闭电视机状态检测电路的电源。

所述的PON终端ONU节电方法，当市电供电时，关闭用户接口数据检测电路的电源；当用备用电源供电时，打开用户接口数据检测电路的电源。

本发明的具有节电功能的终端装置，包括主CPU、Memory模块、用户数据封装处理电路、数据处理和交换电路、用户接口电路、MAC电路、电源电路，在电源电路与其它各电路之间设置电源管理模块，电源管理模块包括电源产生电路和嵌入式CPU；电源产生电路负责备用电源和市电电源的切换，并把外接电源转变成ONU内不同模块需要的电压，并能控制不同模块电源的开关；嵌入式CPU专门用来进行电源流程管理，电源管理模块连接有用户接口数据检测电路，用户接口数据检测电路检测用户接口电路的工作状态。

所述的终端装置，电源管理模块还与CATV射频信号放大器和电视机状态检测电路连接，CATV射频信号放大器对接收到的CATV射频信号进行放大，电视机状态检测电路检测电视机开关状态，并将信息通知电源管理模块。

本发明的优点：现在的EPON终端的ONU功率消耗大概是20W。通过新的方法，可以使得在低功耗模式下，ONU的功率消耗约为2W。这样，原本只能维持2个小时的备用电源，可以维持近20个小时的待机，或者保证2个小时的通话。这就保证了用户通过PON方式的FTTH(Fiber To The Home)系统打电话和接听电话，从而可以真正地通过一根光纤来接入电话、宽带和CATV，实现三网融合。

附图说明

图1是一个PON接入系统完整的组成图；

图2是本发明的ONU内部的电路逻辑原理图；

图3是各个模块和电源管理模块的信息传递的一种实施例图；

图4是电视机状态检测电路与系统的连接关系图；

图5是用户接口数据检测电路与系统的连接关系图；

图6是用户接口数据检测检测原理图；

图7是ONU电源转换管理流程；

图8是市电供电模式下对CATV放大器的电源管理流程；

图9是ONU进入备用电源模式非通话状态的电源管理流程；

图10备用电源模式、非通话状态下电话打进的电源管理流程；

图11备用电源模式、非通话状态下电话打出的电源管理流程。

具体实施方式

作为一个PON接入系统完整的组成如图1所示：图中，ODN(Optical Distribution Node：光分配节点)是为了分发下行数据并集中上行数据，以节省光纤。用户通过ONU可以接入普通电话、IP电话、家用电脑。家用电脑用来互联网接入和上网。普通电话和IP电话用来打电话。ONU提供宽带接入手段，备用电源在市电停止供电后开始供电。汇聚设备OLT提供多个ONU的接入，上行可以接入到不同的网络，包括PSTN电话网络、IP网络、城域网。

本发明的方法：图7是ONU电源转换管理流程，图8市电供电模式下对CATV射频信号放大器的电源管理流程：

本发明采用备用电源供电时，ONU主要为电话通信服务，大部分时间处于低功耗工作状态。只有在检测到有电话通信时，才启动相关模块，进入电话通信；当市电供电时，关闭用户接口数据检测电路的电源，打开非电话接口电路的电源，打开电视机状态检测电路的电源，检测电视机开否，若电视机关，就关闭CATV射频信号放大器的电源。当用备用电源供电时，打开用户接口数据检测电路的电源，关闭非电话接口电路的电源，关闭CATV射频信号放大器的电源和电视机状态检测电路的电源。

图9是ONU进入备用电源模式非通话状态的电源管理流程：在ONU刚刚进入备用电源状态时，需要考虑用户是否处于通话状态。如果用户正在通话，ONU需要先保持ONU内的用户数据封装处理电路、Memory模块、主CPU模块、用于电话的接口的电源，直到通话结束；如果用户没有处于通话中，就直接进入非通话状态，关闭ONU内的用户数据封装处理电路、Memory模块、主CPU模块、用于电话的接口电源，这时，在ONU没有数据发送时，ONU只是和OLT定时发送握手消息，维持ONU的注册状态。

图10是备用电源模式、非通话状态下电话打进的ONU电源管理流程，图11是备用电源模式、非通话状态下电话打出的电源管理流程：当ONU备用电源模式、非通话状态下时，ONU内的用户数据封装处理电路、Memory模块、主CPU模块、用于电话的接口的电源时关闭的。这时，在ONU没有数据发送时，ONU只是和OLT定时发送握手消息，维持ONU的注册状态；当数据处理和交换电路收到信令数据包时，ONU启动主CPU、Memory模块、用户数据封装处理电路、用于电话的接口电路电源；主CPU判断信令标志为结束通话时，关闭主CPU、Memory模块、用户数据封装处理电路、用于电话的接口电路电源；当用户接口数据检测电路检测到用户在发送数据时，ONU启动主CPU、Memory模块、用户数据封装处理电路、用于电话的接口电路电源；主CPU判断信令标志为结束通话时，关闭主CPU、Memory模块、用户数据封装处理电路、用于电话的接口电路电源。

本发明在ONU没有数据发送时，ONU只是和OLT定时发送一些握手消息，维持ONU的注册状态。此时完全可以采用专门的低功耗(模块)措施来维持握手消息的发送，维持ONU的注册状态，保持ONU“永远在线”。

本发明的ONU内部的电路逻辑单元如图2所示：

图中01.备用电源、02.市电电源、03.CATV射频信号放大器、04.MAC电路模块、05.数据处理和交换电路、06.用户数据封装处理电路、07.Memory模块、08.主CPU模块、09.用户接口电路(包括09-A和09-B两类接口)、10.电源管理模块中的电源产生模块、11.电源管理模块中的嵌入式CPU、12.电视机状态检测电路、13.用户接口数据检测电路。

他们具体的功能如下：

01：备用电源，一般是蓄电池，在市电电源停电的情况下，由备用电源供电。

02：市电电源。采用220V交流输入，通过电源模块变成ONU需要的直流电压。

03：CATV射频信号放大器，对接收到的CATV射频信号进行放大，可以驱动电视机收看节目。

04：MAC电路模块针对发送和接收的MAC帧进行处理。GRANT消息和REPORT消息都在这里处理。内部有嵌入式CPU。

05：数据处理和交换电路负责对来自04的数据进行处理和交换，交换到不同的单元。

06：用户数据封装处理电路对来自不同用户接口的数据，以不同的格式进行封装和处理。主要由一个DSP进行处理。DSP本身具有低功耗工作方式。在没有数据的时候进入睡眠模式。

07：Memory模块是ONU的内存部分，保存接收和待发送的数据。

08：主CPU模块是ONU的主处理器，功能比较强大，只有在需要的时候才进入工作状态，其余时间进入待机状态，以节省电能。主CPU主要处理管理和控制方面的数据，如信令。

09：用户接口电路，有以太网接口、E1电路接口、普通电话接口。接口电路包含有物理层PHY和媒介控制层MAC部分。09-A是用于电话的接口，包括模拟电话接口和IP电话接口；09-B是非电话接口，主要是以太网接口和E1接口。

10：电源产生模块负责11和12的切换，并把外接电源转变成ONU内不同模块需要的电压值，不同输出端口供应不同的模块。某个模块不需要供电时，就可以把该模块对应电源关闭，以节省能源消耗。

11：电源管理模块中的嵌入式CPU，低功耗。

12：电视机状态检测电路，能够检测出与ONU的CATV输出端口连接的电视接收设备(一般是指电视机，也可以是电视接收卡)是否打开。

13：用户接口数据检测电路是用户接口数据检测电路，可以检测到用户线上是否有数据在传输。

这里主要增加了电源管理模块。在其他电路不需要工作的时候，就关闭其电源，节省能源；在需要的时候，就开启其电源，进入工作状态。是否开启，由电源管理控制模块来决定。

图3是各个模块和电源管理模块之间信息传递的一种实施例。信息传递可以采用总线方式，也可以采用信号触发方式。采用总线方式的时候，信息采集通道可以是数据总线和地址总线，也可以是I2C串行总线，或者其他可以传递信息的总线。采用总线形式的信息采集，功能的扩展性比较好，可以根据需要增加功能。采用信号触发方式，则可以采用电压、脉冲等可以检测的信号，通知电源管理模块相应的信息。采用信号触发方式，功能不容易扩展。

在本实施例中，电源管理模块主要使用了以上5个模块提供的信息：市电电源、05、08、12、13：

市电电源可以告知电源管理模块市电是否停止了；

05可以告知电源管理模块有通话信令到达，需要启动相应模块电源；

08可以告知电源管理模块通话技术标志到达，可以关闭相应电源模块；

12可以告知电源管理模块是否需要关闭CATV射频放大器的电源；

13可以告知电源管理模块是否需要开启用于电话的接口的电源。

最简单的方法是这5个模块给电源管理模块提供一个信号就可以了。其次可以使用I2C串行总线，这样可以告知电源管理模块更多的信息。这样，以后可以根据实际需要，进一步扩展功能，获取其他模块如04、06、07等模块的信息，虽然目前本实施例中不需要04、06、07模块的信息。

ONU有2种工作状态：正常工作状态L1、低功耗工作状态L2。ONU开机后，开始注册。注册成功后，进入工作状态L1，传送数据；在没有数据传送时，进入工作状态L2。状态L2主要是接受OLT发送过来的指令消息，指示该ONU的发送起始时间和结束时间。在L2状态时，不工作的电路处于睡眠模式，降低系统的功耗。

MAC电路模块中，有MAC帧的处理。对于OLT发送过来的时隙分配的GRANT消息进行解读，从而决定PON发送电路的开启时间和关闭时间。在ONU处于工作状态时，发送用户数据的时间很少，因此大部分时间大部分电路是不需要工作的，可以处于休眠状态。MAC电路模块接收到的GRANT信息，使ONU知道自己可以发送数据的时刻。PON接收电路和MAC电路模块一直处于工作状态。

采用市电电源供电时，ONU可以处于L1状态，也可以处于L2状态。各模块自主决定是否进入休眠状态。如果没有用户数据需要发送，就只发送一些维持信息。如果这时CATV输出端口没有负载(也就是电视机没有开)，电视机状态检测电路就会检测到电视机没有开，就通知电源管理模块关闭CATV射频信号放大器，从而降低系统的功耗。

采用备用电源供电时，ONU主要为电话通信服务，大部分时间处于低功耗工作状态。只有在检测到有电话通信时，才启动相关模块，进入电话通信。

当市电供电停止时，ONU使用备用电源进行工作。这时，系统只维持电话正常工作。CATV射频信号放大器、电视机状态检测电路的电源在此期间一直是关闭的。没有电话时，系统关闭部分模块的电源，只保留和OLT联络必需的部分工作。这种工作状态消耗的功率更低。这些模块包括：用户数据封装处理电路、Memory模块、主CPU模块、非电话接口(如连接电脑的以太网口)。当有电话打进或打出时，系统能检测到是否是通话。一旦检测到是电话通信，系统就启动上述被关闭模块的电源，进入正常通话状态。

图4是电视机状态检测电路与系统的连接关系：

如果ONU内有CATV模块，ONU还可以接入CATV(有线电视)信号。这样，提供CATV功能的ONU会在ONU内部提供CATV射频信号放大器。为了对CATV射频信号放大器的电源进行控制，需要增加一个电视机状态检测电路，用来检测用户的电视机TV是否在用。

电视机状态检测电路会对电视机的射频输入端的交流输入阻抗进行检测。如果电视机关闭的话，电视机的射频信号放大器是关闭的，交流输入阻抗很高。如果电视机打开的话，该放大器开始工作，交流输入阻抗很低，一般在75欧姆左右。通过这个特征，电视机状态检测电路可以检测到电视机是否打开。检测点就是电视机的输入端子。

图5是用户接口数据检测电路与系统的连接关系图：

对用于电话的接口电路的检测有两种类型，一种是模拟电话POTS口，可以通过电话接口端子的电压变化检测到；一种是以太网接口，连接的是IP话机，可以通过对其中的一根信号线来检测是否有信号在传输。所有的以太网PHY芯片都有信号传输检测的功能，即载波检测CSMA(Carrier Sense Multiple Access)。

其中的一种检测原理如图6所示：通过变压器T耦合网线上的信号，由D进行整流，通过电阻R对电容C充电，检测电容C的端电压即可判断网线上是否有信号在传输。

由于PON系统支持DBA(Dynamic Bandwidth Allocation：动态带宽分配)，每个ONU每一次发送数据的起始时间和结束时间都可能变化，因此ONU即使没有数据发送，也需要随时监控OLT的消息，以免OLT接收不到该ONU的响应消息而判断该ONU出现故障。而ONU从启动到注册成功需要约10秒的时间，这对于电话的拨号和来话接听都是较长的等待时间。所以，ONU在低功耗工作状态L2时，必须随时监控OLT的消息，以便于处于低功耗维持状态L2的ONU能快速进入正常工作状态L1，实现通话。从状态L2进入状态L1的时间，和一直处于L1状态的响应时间是一样的，没有差别，因而不影响电话的打出和接听。

在ONU和OLT互相发送数据的过程中，有两个消息很重要。一个是OLT发送给ONU的GRANT消息(EPON中是Gate消息、GPON是PCBd-Physical Control Block downstream)，一个是ACK消息(EPON中是Report信息，GPON中是嵌入式OAM-Operations，Administration and Maintenance信息)。GRANT消息中包含有ONU发送所需要的时隙位置、时间长度等。ACK消息是ONU对OLT的一种响应和申请带宽的消息。OLT收到ONU的ACK消息后，会统一进行计算和调度，给每一个ONU安排不同的发送顺序和时间长度，并把这些参数写入GRANT消息中。ONU收到GRANT消息后，会找到自己发送的顺序和时间长度，会在规定的时隙内发送数据。一旦OLT在规定的时间内没有收到ONU的ACK消息，就会认为ONU退出通信。因此，ONU必须周期性地发送ACK消息给OLT。

电视机状态检测电路和用户接口数据检测电路，都有成熟的电路可以使用，实现起来比较简单。

本发明的关键是各个模块通过总线和电源管理模块交互电源控制信息，实现ONU的2种工作状态(正常工作状态L1、低功耗工作状态L2)的合理控制，达到节电的目的。因此，凡是采用各个模块通过总线和电源管理模块交互电源控制信息的，均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种PON终端ONU节电方法，包括市电电源和备用电源的切换，其特征在于：一ONU检测到市电供电停止、启动ONU备用电源工作时，如果ONU没有电话数据包发送，就同时关闭ONU内的用户数据封装处理电路、Memory模块、主CPU模块、用户接口电路的电源，这时，ONU只是和OLT定时发送握手消息，维持ONU的注册状态；如果ONU正处于电话通信中，ONU就只关闭用户接口电路中的非电话接口电路的电源，继续维持ONU内的用户数据封装处理电路、Memory模块、主CPU模块、用于电话的接口电路的电源；当处于非通话状态的ONU中的数据处理和交换电路收到信令数据包时，ONU启动主CPU、Memory模块、用户数据封装处理电路、用于电话的接口电路电源；主CPU判断信令标志为结束通话时，关闭主CPU、Memory模块、用户数据封装处理电路、用于电话的接口电路的电源；当用户接口数据检测电路检测到用户在通过用于电话的接口发送数据时，ONU启动主CPU、Memory模块、用户数据封装处理电路、用于电话的接口电路电源；主CPU判断信令标志为结束通话时，关闭主CPU、Memory模块、用户数据封装处理电路、用于电话的接口电路电源。

2.根据权利要求1所述的PON终端ONU节电方法，其特征在于：当市电供电时，电视机状态检测电路电源开启，并检测电视机开关状态，若电视机关，就关闭CATV射频信号放大器的电源；当用备用电源供电时，关闭CATV射频信号放大器的电源，关闭电视机状态检测电路的电源。

3.根据权利要求1或2所述的PON终端ONU节电方法，其特征在于：当市电供电时，关闭用户接口数据检测电路的电源；当用备用电源供电时，打开用户接口数据检测电路的电源。

4.一种用于权利要求1～3所述之一方法的具有节电功能的终端装置，包括主CPU、Memory模块、用户数据封装处理电路、数据处理和交换电路、用户接口电路、MAC电路、电源电路，其特征在于：在电源电路与其它各电路之间设置电源管理模块，电源管理模块包括电源产生电路和嵌入式CPU；电源产生电路负责备用电源和市电电源的切换，并把外接电源转变成ONU内不同模块需要的电压，并能控制不同模块电源的开关；嵌入式CPU专门用来进行电源流程管理，电源管理模块连接有用户接口数据检测电路，用户接口数据检测电路检测用户接口电路的工作状态。

5.根据权利要求4所述的终端装置，其特征在于：电源管理模块还与CATV射频信号放大器和电视机状态检测电路连接，CATV射频信号放大器对接收到的CATV射频信号进行放大，电视机状态检测电路检测电视机开关状态，并将信息通知电源管理模块。