CN1859811B - 一种无源光网络系统及其业务保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无源光网络系统及其业务保护方法，用于在无源光网络发生故障的情况下实现业务的恢复和故障定位，其中无源光网络系统包括光线路终端，光分配网络，光网络终端设备保护组，所述的光网络终端设备保护组包括至少两个光网络终端设备，每个光网络终端设备与保护组内至少一台其他光网络终端设备相连并与其组成备份保护关系。本发明的无源光网络系统无需增加冗余的备份设备和链路，节约了成本，有效提高了资源的使用率，同时也为无源光网络的链路故障和设备故障提供了诊断手段。

Description

一种无源光网络系统及其业务保护方法

技术领域

本发明涉及光网络领域，具体地讲涉及到一种无源光网络系统及其业务保护方法。

背景技术

无源光网络(Passive Optical Network，PON)是指接入用户的光纤配线网中，中间部分不含有任何有源电子设备，全部由光分路器等无源器件实现用户信号的汇聚上行和广播下行。无源光网络技术是一种极具竞争潜力的宽带接入技术，是实现用户“最后一公里”接入的重要技术手段。它在光分配网络(Optical Distribution Network，ODN)中采用了无源光器件，用光纤作为传输介质，具有带宽高、防电磁干扰能力强、损耗低、成本小，结构简单等特点。近年内，各种PON技术已逐渐进入了大规模的商用阶段。

如图1所示，现有技术中无源光网络系统主要采用了树型拓扑结构。其中，用户的业务分别通过光网络单元(Optical Network Unit，ONU)或光网络终端(Optical Network Terminal，ONT)接入，然后在光分配网络ODN上汇聚，最后被发送到光线路终端(Optical Line Terminal，OLT)。但是，在这种单一的树型拓扑结构中，由于这种树型结构对各种故障无保护和恢复的措施，也缺少定位故障的手段，在这种情况下，如果设备或者链路发生故障，并长时间得不到恢复，用户的业务就会收到严重的影响，带来严重的安全问题，同时对故障的定位也是非常的困难。所以，无源光网络的安全性就成为一个必须受到重视的问题，在网络发生故障的情况下无源光网络系统中必须要能够提供业务保护功能。

在现有技术中，无源光网络系统中可通过全保护光纤倒换方式提供业务保护，如图2所示。其中，OLT与ODN之间以及ONU与每个ONU/ONT之间都有两条链路相连，其中一条链路作为冗余备份，通过这种方式可以保证在发生故障时可以使业务得以迅速恢复。

但是，该现有技术的故障保护措施是通过增加大量的冗余设备来保证网络的畅通和业务的正常运行，存在以下一些缺点：

1.建设成本高。需要两套完全一样的传输设备，且每个ONU都需要增加一个光接口，将大大增加ONU成本。

2.带宽利用率低。两条工作通路只有一条在工作，另外一条始终处于空闲状态，造成了大量的资源浪费。

3.无法定位故障和指出故障类型。

发明内容

本发明解决的技术问题是提出一种无源光网络系统及其业务保护方法，以实现在无源光网络发生链路故障或者设备故障的时候可提供业务保护和故障诊断，降低建设成本，提高带宽利用率。

为解决上述问题，本发明提出了一种无源光网络系统，包括：

光线路终端，与光分配网络相连，用于处理用户业务数据和对光分配网络和光网络终端设备组的管理和控制；

光分配网络，与光线路终端和光网络终端设备组内的设备相连，用于将从光网络终端设备组接收的用户业务数据汇聚并发送给光线路终端；

还包括：

光网络终端设备保护组，与光分配网络相连，用于实现保护组内光网络终端设备的业务保护，并把接收的用户业务数据发送到光分配网络。

其中，所述的光网络终端设备保护组包括至少两个光网络终端设备，每个光网络终端设备均与保护组内一台其他光网络终端设备相连并与其组成互相保护关系。

其中，所述的光网络终端设备保护组内第一光网络终端设备故障时，光线路终端在得到保护组内第一光网络终端设备故障通知，通知保护组内第二光网络终端设备承担备份转发工作，将分配给第一光网络终端设备的带宽参数添加到第二光网络终端设备本身的带宽参数上，使第一光网络终端设备数据在第二光网络终端设备上的转发不会影响第二光网络设备本身的业务；或者第二光网络终端设备单独给第一光网络终端设备分配一条无源光网络上的逻辑通道，并上报给光线路终端，光线路终端将第一光网络终端设备原来的带宽参数直接赋值给这条备份用的逻辑通道，使第一光网络终端设备和第二光网络终端设备的数据和带宽参数不会互相影响。

其中，所述的光网络终端设备包括：

业务端口切换模块，与光分配网络通过光纤链路相连，与保护组内与该设备组成互相保护关系的对端光网络终端设备的业务端口切换模块通过备份链路互连，用于当与光分配网络相连的链路发生故障时将用户的业务切换到备份链路上发送。

其中，所述的业务端口切换模块包括：

光分发器，与该设备的业务处理模块内部相连，与光分配网络通过光纤链路相连，与保护组内与该设备组成保护关系的对端光网络终端设备的业务端口切换模块的光分发器通过备份链路相连，用于将从任意一个接口接收的业务分发到另外两个接口发送出去；

切换开关，位于光分发器和与该设备组成保护关系的对端光网络终端设备的业务端口切换模块的光分发器之间，当光网络终端设备检测到该设备到光线路终端链路故障或者光线路终端检测到与该设备组成保护关系的对端光网络终端设备到光线路终端链路故障时，开关闭合，否则，开关打开。

其中，所述的备份链路是光纤链路。

作为本发明的另一个实施例，其中所述的业务端口切换模块包括：

协议转换模块，与以太网交换机和光分配网络相连，用于进行无源光网络协议和以太网协议的转换；

以太网交换机，与该设备用户业务处理模块、协议转换模块内部相连，与保护组内与该设备组成保护关系的对端光网络终端设备的业务端口切换模块的以太网交换机的对应端口通过备份链路相连，当该无源光网络终端与光分配网络间链路正常时，与用户业务处理模块相连的接口和与协议转换模块相连的接口导通，否则，与用户业务处理模块相连的接口和与保护组内与该设备组成保护关系的对端光网络终端设备的业务端口切换模块的以太网交换机的对应端口相连的接口导通。

其中，所述的备份链路是以太网链路。

为解决上述问题，本发明还提出了一种无源光网络系统的业务保护方法，包括步骤：

a)确定光网络终端设备保护组，所述的光网络终端设备保护组包括至少两个光网络终端设备，每个光网络终端设备均与保护组内一台其他光网络终端设备通过备份链路相连并与其组成互相保护关系；

b)光线路终端检测到光网络终端设备故障后，向与该发生故障的光网络终端设备组成保护关系的光网络终端设备发送故障通知信息；

c)与发生故障的光网络终端设备组成保护关系的光网络终端设备接收到所述的故障通知信息，承担转发发生故障的光线路终端设备的业务。

其中，光线路终端将分配给发生故障的光网络终端设备的带宽参数添加到与发生故障的光网络终端设备组成保护关系的光网络终端设备本身的带宽参数上，使发生故障的光网络终端设备数据在与发生故障的光网络终端设备组成保护关系的光网络终端设备上的转发不会影响与发生故障的光网络终端设备组成保护关系的光网络设备本身的业务；或者，与发生故障的光网络终端设备组成保护关系的光网络终端设备单独给发生故障的光网络终端设备分配一条无源光网络上的逻辑通道，并上报给光线路终端，光线路终端将发生故障的光网络终端设备原来的带宽参数直接赋值给这条备份用的逻辑通道，使发生故障的光网络终端设备和与发生故障的光网络终端设备组成保护关系的光网络终端设备的数据和带宽参数不会互相影响；

其中，步骤c)包括步骤：

c1)与发生故障的光网络终端设备组成保护关系的光网络终端设备接收到所述的故障通知信息，判断是否还接收到发生故障的光网络终端发出的承担业务转发请求信息，如果是，回复发生故障的光网络终端设备同意承担业务转发，并执行步骤c2)，否则，执行步骤c3)；

c2)与发生故障的光网络终端设备组成保护关系的光网络终端设备承担转发发生故障的光线路终端设备的业务；

c3)与发生故障的光网络终端设备组成保护关系的光网络终端设备通过备份链路对发生故障的光网络终端进行故障诊断。

其中，步骤c2)包括步骤：

c21)与发生故障的光网络终端设备组成保护关系的光网络终端设备将与备份链路连接的接口和上行业务接口导通；

c22)发生故障的光网络终端设备接收到与该发生故障的光网络终端设备组成保护关系的光网络终端设备发出的回复信息，将与用户业务处理模块连接的接口和与备份链路连接的接口导通。

其中，步骤c3)具体是指与发生故障的光网络终端设备组成保护关系的光网络终端设备检测备份链路的状态，如果状态正常，判断该光网络终端设备的故障为系统运行故障，否则，判断该光网络终端设备的故障为掉电故障或者备份链路故障。

其中，所述的备份链路是光纤链路或以太网链路。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.本发明只需要在设备之间增加备份链路，不需要增加冗余的设备，提高网络安全性的同时大大节约了建设成本；

2.本发明只是增加了连接在设备之间的备份链路，不需要增加冗余的业务通道，避免了资源的浪费，提高了带宽利用率；

3.本发明还可以为无源光网络的链路故障和设备故障提供诊断手段。

附图说明

图1是树型无源光网络的拓扑结构图；

图2是现有技术无源光网络全保护光纤倒换方式组网示意图；

图3是本发明无源光网络系统组网示意图；

图4是本发明无源光网络业务保护策略示意图；

图5是本发明中ONU之间备份链路是光纤链路时的业务端口切换模块结构图；

图6是本发明中ONU之间备份链路是以太网链路时的业务端口切换模块结构图。

具体实施方式

下面根据附图对本发明的优选实施例作出详细的说明。

图3是本发明无源光网络系统组网示意图，其中，光网络终端设备ONU/ONT由光纤与光分配网络设备ODN相连，光分配网络设备ODN由光纤与光线路终端设备OLT相连，用户的业务数据由ONU/ONT接入，在ODN上汇聚，然后被发送到OLT作进一步处理；光网络终端设备ONU/ONT中需要保护的设备被划分为保护组，保护组内的设备通过备份链路互相相连。在本实施例中，两台设备被划分在一个保护组，保护组内的两台设备通过备份链路互相连接，它们互相组成保护关系，同时，该保护组的信息被记录在光线路终端设备OLT中。

下面说明本发明的该装置在无源光网络发生故障的情况下如何实现业务保护和故障定位。

如图4所示，当平时无故障时，ONU1与ONU2之间通过备份链路定时查询对方状态，并定时将状态上报给OLT；

当ONU1到ODN的光纤断纤或者连接ONU1和ODN的PON接口模块发生故障时，ONU1自身检测到和OL们的连接中断，启动故障恢复机制，并通过定时查询机制告知ONU2自身出现故障，需要ONU2承担备份转发工作；同时，OLT也会检测到与ONU1联系中断，通知ONU2作为备份伙伴承担数据转发工作；ONU2得到OLT的通知后，向ONU1应答，同意承担ONU1数据的转发工作；这样，ONU1将业务数据通过备份链路发送给ONU2，ONU2将ONU1的业务数据发送给ODN，从而实现ONU1业务的恢复。

当ONU1发生断电故障，备份链路中断或系统故障时，OLT检测到ONU1掉线，马上通知ONU2通过备份链路对ONU1进行故障诊断。ONU2首先检测备份链路状态是否正常，如果备份链路状态不正常，则故障原因为ONU1掉电或备份链路中断；如果备份链路状态正常，但ONU2无法收到ONU1的定时查询报文，则故障原因为ONU1系统故障，需要人为诊断和排除。

其中，当ONU1到ODN的光纤中断或者连接ONU1和ODN的PON接口模块发生故障时实现业务保护的实现根据备份链路的不同有不同具体实现方法：

当备份链路是光纤时：

此时，ONU内部采用一种业务端口切换模块，如图5所示。图中用内含三角形的圆环表示，暂称光分发器。其中，光分发器具有如下功能：从三个接口A/B/C进入的光信号都可从另外两个接口出去，除了光功率稍有衰减外，光信号在有效波长窗口内保持信号无失真。此模块可作为一个整体光器件，也可用三个1:2分光器组合构成。当三个1:2分光器如上图圆内三角形两两互连时，从A接口进入的光信号1分为2，可从B、C两个接口出去，从B接口进入的光信号同样可从A、C两个接口出去，从C接口进入的光信号同样可从A、B两个接口出去。

该模块还包含一个光开关K1/K2，所述光开关的功能是根据施加的电信号控制光路的开断。

当ONU1和OLT相连的支路光纤M1中断时，ONU1检测到和OLT的连接中断，启动故障恢复机制；ONU1将光开关K1合上，光模块发出的光信号就从备份光纤N发送到ONU2。

OLT检测到ONU1掉线后，在自身信息库中找到ONU1的备份伙伴是ONU2，将通知ONU2启动故障恢复机制；ONU2接收到OLT的通知后，将自身的光开关K2合上。

当ONU1和ONU2都合上自身的光开关K1和K2后，ONU1就已经可以通过ONU2的光纤M2重新登陆PON网络，恢复其业务。

由图5可以看出，此时ONU1和ONU2可看作是接在一个1:2分光器下的两个PON终端，ONU1到OLT的物理链路和原来基本相同，ONU1和ONU2不用为故障恢复作其他任何工作。

当备份链路是以太网链路时：

此时，ONU内部采用另外一种业务端口切换模块，如图6所示。

该模块包括协议转换模块和以太网交换机。其中协议转换模块位于以太网交换机和光网络接口之间，用于实现无源光网络协议和以太网协议的转换；以太网交换机与用户业务处理模块、协议转换模块和备份以太网口相连，用于通过划分虚拟局域网(Virtual Local AreaNetwork，VLAN)实现用户业务处理模块与协议转换模块、用户业务处理模块与备份以太网口之间的导通。

当ONU1到ODN的支路光纤M1中断时，ONU1自身检测到和OLT的连接中断，启动故障恢复机制，通过定时查询机制告知ONU2自身出现故障，需要ONU2承担备份转发工作；这时OLT也检测到ONU1掉线，通知ONU2作为备份伙伴承担数据转发工作；ONU2得到OLT的通知后，向ONU1应答，同意承担ONU1数据的转发工作，在交换机上通过划分VLAN将A端口和B端口导通，建立备份以太网口E2到PON上行口的连接，实现E2到PON上行口的数据的传输，并且将此连接情况上报给OLT。

ONU1接受到ONU2的应答同意消息后，将上行到PON口的数据流切换到备份以太网口E1，即通过重新划分VLAN的方式从以太网交换机的A端口切换到B端口。

OLT在得到ONU1故障通知，并通知ONU2承担备份转发工作后，将分配给ONU1的带宽参数(一般包括最小带宽和最大带宽等)添加到ONU2本身的带宽参数上，使ONU1数据在ONU2上的转发不会影响ONU2本身的业务。

在另外一些实现方式下，ONU2可以单独给ONU1分配一条PON网络上的逻辑通道，并上报给OLT。OLT将ONU1原来的带宽参数直接赋值给这条备份用的逻辑通道，这样ONU1和ONU2的数据和带宽参数就不会混淆，也不会互相影响。

ONU1发生断线故障或自身PON接口模块出现故障时，上述各种实现方式都可使ONU2在正常提供自身业务的基础上，将ONU1的数据转发到OLT，从而恢复ONU1的各种业务。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种无源光网络系统，包括：

光线路终端，与光分配网络相连，用于处理用户业务数据和对光分配网络和光网络终端设备组的管理和控制；

光分配网络，与光线路终端和光网络终端设备保护组内的设备相连，用于将从光网络终端设备组接收的用户业务数据汇聚并发送给光线路终端；

其特征在于，还包括：光网络终端设备保护组，与光分配网络相连，用于实现保护组内光网络终端设备的业务保护，并把接收的用户业务数据发送到光分配网络；所述的光网络终端设备保护组包括至少两个光网络终端设备，每个光网络终端设备均与保护组内一台其他光网络终端设备相连并与其组成互相保护关系；其中，所述的光网络终端设备保护组内第一光网络终端设备故障时，光线路终端在得到保护组内第一光网络终端设备故障通知，通知保护组内第二光网络终端设备承担备份转发工作，将分配给第一光网络终端设备的带宽参数添加到第二光网络终端设备本身的带宽参数上，使第一光网络终端设备数据在第二光网络终端设备上的转发不会影响第二光网络设备本身的业务；或者第二光网络终端设备单独给第一光网络终端设备分配一条无源光网络上的逻辑通道，并上报给光线路终端，光线路终端将第一光网络终端设备原来的带宽参数直接赋值给这条备份用的逻辑通道，使第一光网络终端设备和第二光网络终端设备的数据和带宽参数不会互相影响。

2.如权利要求1所述的无源光网络系统，其特征在于，所述的光网络终端设备包括：

业务端口切换模块，与光分配网络通过光纤链路相连，与保护组内与该设备组成互相保护关系的对端光网络终端设备的业务端口切换模块通过备份链路互连，用于当与光分配网络相连的链路发生故障时将用户的业务切换到备份链路上发送。

3.如权利要求2所述的无源光网络系统，其特征在于，所述的业务端口切换模块包括：

光分发器，与该设备的业务处理模块内部相连，与光分配网络通过光纤链路相连，与保护组内与该设备组成保护关系的对端光网络终端设备的业务端口切换模块的光分发器通过备份链路相连，用于将从任意一个接口接收的业务分发到另外两个接口发送出去；

切换开关，位于光分发器和与该设备组成保护关系的对端光网络终端设备的业务端口切换模块的光分发器之间，当光网络终端设备检测到该设备到光线路终端链路故障或者光线路终端检测到与该设备组成保护关系的对端光网络终端设备到光线路终端链路故障时，开关闭合，否则，开关打开。

4.如权利要求2所述的无源光网络系统，其特征在于，所述的业务端口切换模块包括：

协议转换模块，与以太网交换机和光分配网络相连，用于进行无源光网络协议和以太网协议的转换；

以太网交换机，与该设备用户业务处理模块、协议转换模块内部相连，与保护组内与该设备组成保护关系的对端光网络终端设备的业务端口切换模块的以太网交换机的对应端口通过备份链路相连，当该无源光网络终端与光分配网络间链路正常时，与用户业务处理模块相连的接口和与协议转换模块相连的接口导通，否则，与用户业务处理模块相连的接口和与保护组内与该设备组成保护关系的对端光网络终端设备的业务端口切换模块的以太网交换机的对应端口相连的接口导通。

5.如权利要求2或3任一项所述的无源光网络系统，其特征在于，所述的备份链路是光纤链路。

6.如权利要求2或4任一项所述的无源光网络系统，其特征在于，所述的备份链路是以太网链路。

7.一种无源光网络系统业务保护方法，其特征在于，包括步骤：

a)确定光网络终端设备保护组，所述的光网络终端设备保护组包括至少两个光网络终端设备，每个光网络终端设备均与保护组内一台其他光网络终端设备通过备份链路相连并与其组成互相保护关系；

b)光线路终端检测到光网络终端设备故障后，向与该发生故障的光网络终端设备组成保护关系的光网络终端设备发送故障通知信息；

c)与发生故障的光网络终端设备组成保护关系的光网络终端设备接收到所述的故障通知信息，承担转发发生故障的光线路终端设备的业务；

其中，光线路终端将分配给发生故障的光网络终端设备的带宽参数添加到与发生故障的光网络终端设备组成保护关系的光网络终端设备本身的带宽参数上，使发生故障的光网络终端设备数据在与发生故障的光网络终端设备组成保护关系的光网络终端设备上的转发不会影响与发生故障的光网络终端设备组成保护关系的光网络设备本身的业务；或者，与发生故障的光网络终端设备组成保护关系的光网络终端设备单独给发生故障的光网络终端设备分配一条无源光网络上的逻辑通道，并上报给光线路终端，光线路终端将发生故障的光网络终端设备原来的带宽参数直接赋值给这条备份用的逻辑通道，使发生故障的光网络终端设备和与发生故障的光网络终端设备组成保护关系的光网络终端设备的数据和带宽参数不会互相影响；

8.如权利要求7所述的无源光网络系统业务保护方法，其特征在于，步骤c)具体包括：

c1)与发生故障的光网络终端设备组成保护关系的光网络终端设备接收到所述的故障通知信息，判断是否还接收到发生故障的光网络终端发出的承担业务转发请求信息，如果是，回复发生故障的光网络终端设备同意承担业务转发，并执行步骤c2)，否则，执行步骤c3)；

c2)与发生故障的光网络终端设备组成保护关系的光网络终端设备承担转发发生故障的光网络终端设备的业务；

c3)与发生故障的光网络终端设备组成保护关系的光网络终端设备通过备份链路对发生故障的光网络终端进行故障诊断。

9.如权利要求8所述的无源光网络系统业务保护方法，其特征在于，步骤c2)具体包括：

c21)与发生故障的光网络终端设备组成保护关系的光网络终端设备将与备份链路连接的接口和上行业务接口导通；

c22)发生故障的光网络终端设备接收到与该发生故障的光网络终端设备组成保护关系的光网络终端设备发出的回复信息，将与用户业务处理模块连接的接口和与备份链路连接的接口导通。

10.如权利要求8所述的无源光网络系统业务保护方法，其特征在于，步骤c3)是指与发生故障的光网络终端设备组成保护关系的光网络终端设备检测备份链路的状态，如果状态正常，判断该光网络终端设备的故障为系统运行故障，否则，判断该光网络终端设备的故障为掉电故障或者备份链路故障。

11.如权利要求7-10任一项所述的无源光网络系统业务保护方法，其特征于，所述的备份链路是光纤链路或以太网链路。

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