CN1917471A - 以太网接入装置及其接入方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以太网接入装置，包括至少两个下行物理端口单元、复用解复用单元和上行物理端口单元，其中下行物理端口单元用来在输入输出接入装置的低速物理层信号与其中承载的低速物理层载荷之间进行转换；上行物理端口单元用来在输入输出接入装置的高速物理层信号与其中承载的高速物理层载荷之间进行转换；复用解复用单元用来在下行物理端口单元的低速物理层载荷与上行物理端口单元的高速物理层载荷之间进行复用与解复用。本发明通过融合复用技术和以太网技术，提供了一种以太网宽带接入系统的组网方案，能够大幅降低宽带接入成本，简化接入网络架构，提供高速可靠的接入速率。

Description

以太网接入装置及其接入方法
技术领域
本发明涉及以太网接入技术，尤其涉及一种以太网接入装置及其应用的接入方法。
背景技术
随着互联网的高速发展，尤其是IPTV(Internet Protocol Television，交互式网络电视)等新业务的兴起，终端用户最后一公里的接入问题又成为新业务开展的瓶颈。当前的主流接入技术ADSL(Asymmetrical Digital SubscriberLoop，非对称数字用户线环路)显然不能提供足够的带宽支持，因此业界目前正在研究VDSL(Very High Bit-Rate Digital Subscriber Loop，甚高速数字用户线)和ADSL2+(ITU标准G.992.5)等技术以期解决上述问题，但目前这些新技术由于技术尚不够成熟，商业应用平均到每个用户成本依然较高，服务提供商并不敢贸然采用。因此，目前宽带接入市场仍然以ADSL接入为主。
以太网技术已经发展得非常成熟，并且随着芯片厂商的技术进步，其传输距离大幅上升，这为以太网应用于宽带接入带来了新的机会。现有技术中，用于接入宽带终端用户的以太网接入系统的典型结构如图1所示，由二层交换机用作接入设备、三层交换机用作网关，接入终端通过二层交换机接入网关。二层交换机在用户和网关之间进行二层转发，完成各个接入终端之间的二层隔离，其他工作如QoS(Quality of Service，服务质量)等均可以在网关处完成。
在宽带接入领域，每个用户的平均带宽比较低，例如10M(兆)带宽可以满足80％以上的宽带接入应用。而以太网产品如MAC(Media AccessControl，媒介接入控制)芯片、长距离传输介质的带宽已经发展到满足企业网应用的1G(吉)、10G，并且其价格相对于带宽具有相当的优势。但将这些产品直接应用于宽带接入会造成带宽的巨大浪费，同时参考图1来看，用户侧的设备成本仍然比较高，服务提供商按此方案进行网络部署难以降低平均到每用户的接入设备等成本。而且在目前实际应用中，在最靠近用户侧，服务提供商需要布置大量的二层交换机，为了保证每个可能的用户需要接入互联网的服务时都能够立刻为其开通接入服务，这些二层交换机通常具有几十个端口的接入容量，一般与可能附近的家庭数量相当，甚至大于家庭数量。但实际上的接入开通率很低，往往一个楼栋只开通不到10户，这样就造成了一个二层以太网交换机的成本被几个用户分担，显然成本太高，这也是以太网这个成熟技术不能广泛地在互联网接入应用中获得一席之地的关键原因之一。
如何降低以太网接入设备的成本，这是服务提供商一直关心的问题。对于设备提供商来说，由于以太网的市场已经相当成熟，各种商用芯片的价格已经难有大幅度的下降空间，简化设备、降低设备成本只得另寻途径。
IBM公司创新地利用复用技术在一定程度上达到了简化以太网交换机的目的，具体可参考其申请的美国专利申请公开的US20010050921号，该专利申请公开了一种物理层时分复用的实现方案，循环地采集物理层芯片的多路低速物理端口在一定时间段内的输入信号，将其复用为一路高速数字信号后传输至MAC芯片进行二层处理，对MAC芯片输出的数字信号其处理过程相反。由此降低了以太网交换机内MAC芯片的数量，在以太网交换机内用一个100M/GE的MAC芯片代替多个10M/100M的MAC芯片，总体成本也相应地得到了降低。
该专利以太网复用技术与传统的以太网相关的复用技术最大的不同就在于其利用复用技术解决了以太网交换机的内部简化问题，而不是像其他以太网技术中利用复用解决以太网传输物理链路成本的问题，或者解决由于设备不支持10GE数据处理能力而无法直接出10GE物理通道的问题，比如把10个GE通道通过复用装置复用到一个10GE的通道进行传输，在另一端再进行解复用后恢复出相应的GE通道。所以IBM该专利申请确实在一定程度上解决了以太网设备简化的问题，从而使得设备的可靠性得到了提高，并且设备整体成本得到了降低。
如果将这样的技术应用于的宽带接入，服务提供商的成本问题会得到一定的缓解，但这样的优化程度仍然有限，要使得以太网的宽带接入能够成为主流接入手段，接入设备的总体成本必须还要降低。
发明内容
本发明要解决的是现有以太网接入设备成本较高，设备架构不够简化的问题。
本发明所述以太网接入装置位于多个接入节点和网关设备之间，包括至少两个下行物理端口单元、复用解复用单元和上行物理端口单元，其中：
下行物理端口单元用来在输入输出接入装置的低速物理层信号与其中承载的低速物理层载荷之间进行转换；
上行物理端口单元用来在输入输出接入装置的高速物理层信号与其中承载的高速物理层载荷之间进行转换；
复用解复用单元用来在下行物理端口单元的低速物理层载荷与上行物理端口单元的高速物理层载荷之间进行复用与解复用。
可选地，所述复用解复用单元的复用与解复用根据物理层载荷中与下行物理端口单元对应的标记进行。
可选地，所述标记为物理层载荷中数据帧内的字段，该字段与下行物理端口单元具有对应关系；
所述复用解复用单元包括标记存储模块和帧复用模块，其中：
标记存储模块用来存储标记及其对应的下行物理端口单元；
帧复用模块用来将下行物理端口单元输入的低速物理层载荷以数据帧为单位转换为高速物理层载荷输出至上行物理端口单元，以及将从上行物理端口单元输入的高速物理层载荷以数据帧为单位转换为低速物理层载荷并输出至其中标记所对应的下行物理端口单元。
可选地，所述复用解复用单元包括标记存储模块、标记模块和码流复用模块，其中：
标记存储模块用来存储标记及其对应的下行物理端口单元；
标记模块用来在从下行物理端口单元输入的低速物理层载荷中添加与该下行物理端口单元对应的标记并输出至码流复用模块，以及在从码流复用模块输入的物理层载荷中去除标记并从与该标记对应的下行物理端口单元输出；
码流复用模块用来在标记模块的低速物理层载荷与上行物理端口单元的高速物理层载荷之间进行转换。
可选地，所述标记模块在物理层载荷中添加和去除标记以数据帧为单位或以固定长度码流为单位进行。
可选地，所述复用解复用单元的复用与解复用根据时序周期循环进行，时序周期中包括对应于各个下行物理端口单元的时隙。
可选地，所述时序周期中对应于各个下行物理端口单元的时隙长度相同；
所述复用解复用单元包括时序存储模块和定长复用模块，其中：
时序存储模块用来存储时序周期中时隙对应的下行物理端口单元；
定长复用模块在各个时隙将从对应的下行物理端口单元接收的低速物理层载荷转换为一路高速物理层载荷输出至上行物理端口单元，以及将从上行物理端口单元接收的高速物理层载荷转换为低速物理层载荷在各个时隙输出至对应的下行物理端口单元。
可选地，所述复用解复用单元包括时序与时长存储模块和变长复用模块，其中：
时序与时长存储模块用来存储时序周期中各时隙的长度、该时隙所对应的下行物理端口单元；
变长复用模块用来在各个时隙将从对应的下行物理端口单元接收的码流长度匹配于该时隙长度的低速物理层载荷转换为一路高速物理层载荷并输出至上行物理端口单元，以及将从上行物理端口单元接收的高速物理层载荷转换低速物理层载荷，在各个时隙将码流长度匹配于该时隙长度的低速物理层载荷输出至对应的下行物理端口单元。
本发明提供的另一种以太网接入装置位于多个接入节点和网关设备之间，包括多个最下级下行物理端口单元、最上级上行物理端口单元和至少两级复用单元，下级复用单元的上行接口与上级复用单元的下行接口连接，其中：
最下级下行物理端口单元连接最下级复用单元的下行接口，用来在输入输出接入装置的低速物理层信号与其中承载的低速物理层载荷之间进行转换；
最上级上行物理端口单元连接最上级复用单元的上行接口，用来在输入输出接入装置的高速物理层信号与其中承载的高速物理层载荷之间进行转换；
各级复用单元在最下级复用单元下行接口的低速物理层载荷与最上级复用单元上行接口的高速物理层载荷之间进行逐级的复用与解复用。
可选地，所述各级复用单元的复用与解复用根据物理层载荷中与最下级复用单元下行接口对应的标记进行。
可选地，所述标记为最下级复用单元下行接口的物理层载荷中数据帧内区别于其他下行接口的字段；
所述每级复用单元包括标记存储模块和帧复用模块，其中：
标记存储模块用来存储标记及其对应的本复用单元下行接口；
帧复用模块用来将下行接口输入的多路物理层载荷以数据帧为单位转换为一路物理层载荷后由上行接口输出，以及将从上行接口输入的一路物理层载荷以数据帧为单位转换为多路物理层载荷并由其中标记所对应的下行接口输出。
可选地，所述最下级复用单元包括标记存储模块、标记模块和码流复用模块，其中：
标记存储模块用来存储标记及其对应的本复用单元下行接口；
标记模块用来在从下行接口输入的物理层载荷中添加与该下行接口对应的标记并输出至码流复用模块，以及在从码流复用模块输入的物理层载荷中去除标记并从与该标记对应的下行接口输出；
码流复用模块用来在标记模块的多路物理层载荷与上行接口的一路物理层载荷之间进行转换；
所述其他各级复用单元包括标记存储模块和码流上级复用模块，其中码流上级复用模块用来将从下行接口输入的多路物理层载荷转换为一路物理层载荷从上行接口输出，以及将从上行接口输入的一路物理层载荷转换为多路物理层载荷并从与其中标记对应的下行接口输出。
可选地，所述最下级复用单元的标记模块在物理层载荷中添加和去除标记以数据帧为单位或以固定长度码流为单位进行。
可选地，所述标记包括每级复用单元的偏移标记；
所述各级复用单元包括偏移标记存储模块、偏移标记模块和码流复用模块，其中：
偏移标记存储模块用来存储本复用单元的偏移标记及其对应的本复用单元下行接口；
偏移标记模块用来在从下行接口输入的物理层载荷中添加与下行接口对应的偏移标记并输出至码流复用模块，以及在从码流复用模块输入的物理层载荷中去除本复用单元的偏移标记并从与该偏移标记对应的下行接口输出；
码流复用模块用来在偏移标记模块的多路物理层载荷与上行接口的一路物理层载荷之间进行转换。
可选地，所述各级复用单元的偏移标记模块在物理层载荷中添加和去除偏移标记以数据帧为单位或以固定长度码流为单位进行。
可选地，所述各级复用单元的复用与解复用根据该复用单元的时序周期循环进行，时序周期中包括对应于该复用单元下行接口的时隙。
可选地，所述每个复用单元的时序周期中的时隙具有相同的长度；
所述每级复用单元包括时序存储模块和定长复用模块，其中：
时序存储模块用来存储该复用单元的时序周期中时隙对应的下行接口；
定长复用模块在各个时隙将从对应的下行接口接收的多路物理层载荷转换为一路物理层载荷后从上行接口输出，以及将从上行接口接收的一路物理层载荷转换为多路物理层载荷后在各个时隙由对应的下行接口输出。
可选地，所述各级复用单元包括时序与时长存储模块和变长复用模块，其中：
时序与时长存储模块用来存储该复用单元的时序周期中时隙的长度、该时隙对应的下行物理端口单元；
变长复用模块用来在各个时隙将从对应的下行接口接收的码流长度匹配于该时隙长度的物理层载荷转换为一路物理层载荷后从上行接口输出，以及将从上行接口接收的一路物理层载荷进行速率转换后，在各个时隙将码流长度匹配于该时隙长度的物理层载荷从对应的下行接口输出。
优选地，所述接入装置还包括除最下级以外的各级下行物理端口单元，分别连接该级复用单元的每个下行接口，用来进行物理层信号与物理层载荷之间的转换；每个复用单元与其连接的下行物理端口单元封装在一个物理层PHY-MAC接口复用芯片中；
所述接入装置还包括除最上级以外的各级上行物理端口单元，连接在下级PHY-MAC接口复用芯片与上级PHY-MAC接口复用芯片之间，用来进行物理层信号与物理层载荷之间的转换。
可选地，所述接入装置还包括除最下级以外的各级下行物理端口单元，分别连接该级复用单元的每个下行接口，用来进行物理层信号与物理层载荷之间的转换；
所述接入装置还包括除最上级以外的各级上行物理端口单元，分别连接该级复用单元的每个上行接口，用来进行物理层信号与物理层载荷之间的转换；
每个复用单元与其连接的下行物理端口单元和上行物理端口单元封装在一个PHY接口复用芯片中，下级PHY接口复用芯片的上行物理端口单元连接至上级PHY接口复用芯片的下行物理端口单元。
本发明还提供了一种以太网接入方法，其特征在于，包括以下步骤：
将至少两路接入节点的物理层信号中承载的物理层载荷复用为一路物理层载荷；
将复用后的物理层载荷转换为高速物理层信号后进行上行传输；
将下行高速物理层信号中承载的一路复用物理层载荷解复用为与至少两个接入节点对应的物理层载荷；
将解复用后的物理层载荷转换为低速物理层信号后进行下行传输。
可选地，所述将接入节点的物理层载荷复用为一路物理层载荷具体为：对接入节点分组，将同组接入节点的多路物理层载荷复用为每组一路物理层载荷；将每组一路物理层载荷再次分组后复用或直接复用，直至复用为一路物理层载荷；
所述将一路复用物理层载荷解复用为对应于接入节点的物理层载荷具体为：将复用物理层载荷解复用为多路物理层载荷；将解复用后的各路物理层载荷分别再次解复用，直至解复用为对应于接入节点的物理层载荷。
可选地，所述方法在每次复用前还包括：在复用前的物理层载荷中添加与本次复用的各路物理层载荷一一对应的偏移标记；
所述每次解复用根据解复用前物理层载荷中与解复用后的各路物理层载荷具有一一对应关系的偏移标记进行；
所述方法在每次解复用时还包括：去除物理层载荷中据以进行本次解复用的偏移标记。
可选地，所述方法在进行物理层载荷复用前还包括：在接入节点的物理层载荷中添加与接入节点具有对应关系的标记；
所述将一路物理层载荷解复用为多路物理层载荷根据物理层载荷中与接入节点具有对应关系的标记进行；
所述方法在将对应于接入节点的物理层载荷转换为低速物理层信号前还包括：在对应于接入节点的物理层载荷中去除所述标记。
可选地，所述将多路物理层载荷复用为一路物理层载荷按照时序周期循环进行；所述时序周期包括对应于复用前各路物理层载荷的时隙，在每个时隙将对应的复用前物理层载荷输出为复用后的一路物理层载荷，所述复用前物理层载荷的长度匹配于该时隙的长度；
所述将一路物理层载荷解复用为多路物理层载荷按照时序周期循环进行；所述时序周期包括对应于解复用后各路物理层载荷的时隙，在每个时隙将解复用前码流长度匹配于该时隙长度的物理层载荷输出为对应的解复用后物理层载荷。
可选地，所述将一路物理层载荷解复用为多路物理层载荷根据物理层载荷的数据帧中与接入节点具有对应关系的字段进行。
本发明对多路物理层信号的载荷，即其中承载的物理层载荷进行复用，并将复用后的物理层载荷经过物理层处理后再进行传输，使得本发明相对于现有技术，更大程度地降低以太网接入设备的成本，把不必要的MAC及上层功能套片去除，接入装置的架构得到简化的同时具备了网关到用户之间的接入设备所必须的功能；同时，由于接入设备大幅简化，其可靠性也相应得到了大幅提高。
附图说明
图1为现有技术中以太网接入系统的结构示例图；
图2为本发明中第一种以太网接入系统的结构示意图；
图3为本发明中第二种以太网接入系统的结构示意图；
图4为本发明中第三种以太网接入系统的结构示意图；
图5为本发明中接入装置实施例一的结构示意图；
图6为本发明中接入装置实施例二的结构示意图；
图7为本发明中接入装置实施例三的结构示意图；
图8为本发明中接入装置实施例四的结构示意图；
图9为本发明中采用级联复用的接入装置的逻辑结构示例图；
图10为本发明中接入装置实施例五复用单元的结构示意图；
图11为本发明中接入装置实施例六的最下级复用单元结构示意图；
图12为本发明中接入装置实施例六的上级复用单元结构示意图；
图13为本发明中接入装置实施例七复用单元的结构示意图；
图14为本发明中接入装置实施例八复用单元的结构示意图；
图15为本发明中接入装置实施例九复用单元的结构示意图；
图16为复用芯片的逻辑结构及连接方式示意图；
图17为本发明中接入转换装置实施例一的结构示意图；
图18为本发明中接入转换装置实施例二的结构示意图；
图19为本发明中接入转换装置实施例三的结构示意图；
图20为本发明所述以太网上行接入方法的流程图；
图21为本发明所述以太网下行接入方法的流程图。
具体实施方式
与企业网应用不同，接入网中的接入节点基本上都在通过网关设备与外部网络通信，极少有接入节点之间的直接通信的情况。这样在网关设备与接入节点之间的接入设备只要能够提供上下行传输功能，即能够将接入节点发送的信号上行传输至网关设备、将网关设备发送的信号下行传输给目的接入节点就能够满足接入网的需要了，而二层交换机中在各个下行端口之间转发报文的功能在接入网中基本上处于闲置状态。即使存在少量接入节点之间需要直接通信的情况，也可以由网关设备来完成转发功能。因此，在接入节点一侧进行复用，将复用后的信号远距离传输至网关设备，只在网关设备上实现转发功能的方案正是适合于接入系统的方案，并且具有相当低的接入成本。
另一个与企业网应用的不同之处是，宽带接入领域的节点用户分布极为广泛，并且所需的接入速率、传输介质也往往各不相同。在复用技术中，进行复用的数据在OSI(Open System Interconnection，开放系统互连)七层模型中的层次越高，将复用后的数据返回物理层传输所需的实现复杂度和成本也越高。综合考虑接入系统应用环境的多样性和实现，对物理层载荷进行复用既能够满足应用需求，又具有尽可能低的接入成本。
如前所述，本发明中对物理层载荷进行复用，本申请文件中所称的码流为物理层载荷或物理层载荷的一部分。
在本发明中，根据所采用的复用技术的不同，以太网接入系统可能具有图2、图3和图4所示的结构，每个图中的接入装置将上行物理层载荷复用后转换为物理层信号传输至网关侧，以及将网关侧的下行信号传输至目的接入节点。在图2的第一种以太网接入系统中，接入装置直接与网关设备连接，这种系统结构中不需对现有的网关设备做改动；图3所示的第二种以太网接入系统中，接入装置与复用网关设备连接，复用网关设备与接入装置采用相配合的复用技术来实现接入；图4所示的第三种以太网接入系统中，接入装置与网关设备之间增加了接入转换装置，作为接入装置与网关设备间的接口，使得接入装置的复用技术对网关设备透明。
图5至图8分别为本发明接入装置实施例一至实施例四的结构示意图，下行物理端口单元111、112至11k分别连接至复用解复用单元120，上行物理端口单元130也与复用解复用单元连接。需要说明的是，尽管图示了k个物理端口单元，上述四个实施例均支持两个及两个以上的下行物理端口单元。
在这四个实施例中，下行物理端口单元111、112至11k可以各与一个接入节点连接，分别从输入接入装置的各路低速物理层信号中解析出其中承载的低速物理层载荷，并输出至复用解复用单元120；复用解复用单元120将各路低速物理层载荷复用为一路高速物理层载荷，输出到上行物理端口单元130；上行物理端口单元130将高速物理层载荷承载在高速物理层信号中发送出接入装置。上行物理端口单元130接收到高速物理层信号后，将从中解析出的高速物理层载荷输出到复用解复用单元120；复用解复用单元120将高速物理层载荷解复用为对应于各个下行物理端口单元的低速物理层载荷，并将各路低速物理层载荷输出到对应的下行物理端口单元，由接收低速物理层载荷的下行物理端口单元将其转换为低速物理层信号后输出接入装置。
实施例一至实施例四的不同之处在于因采用的复用技术不同，导致复用解复用单元120的内部实现不同。其中，实施例一与实施例二按照到达下行物理端口单元的流量进行复用，通过物理层载荷中与下行物理端口单元对应的标记进行解复用；实施例三与实施例四按照时序周期循环进行复用与解复用，时序周期被分解为对应于下行物理端口单元的时隙，每个时隙专用于对应的下行物理端口单元，即使当时对应的下行物理端口单元没有网络流量也只用idle(等待)信号填充而不会用于对其他的下行物理端口单元的物理层载荷进行复用，idle信号可以是符合以太网标准的idle信号或通信双方约定的idle信号。
本发明接入装置实施例一的结构示意图如图5所示，复用解复用单元120包括标记存储模块121和帧复用模块122，帧复用模块122分别与各个下行物理端口单元、标记存储模块121以及上行物理端口单元130连接。
在本实施例中采用数据帧中与接入节点具有一一对应关系的字段作为标记，由于每个接入节点通过一个下行物理端口单元连接接入装置，因此通过每个下行物理端口单元传输的物理层载荷中该标记均不相同。本发明中数据帧指以太网标准的MAC层数据帧，包括在物理层载荷中。标记可以是数据帧中接入节点的MAC地址、IP(Internet Protocol，网际协议)地址等字段。
某个下行物理端口单元将接收的物理层信号转换为物理层载荷发送至帧复用模块122；帧复用模块122查看其中数据帧里的标记及其对应的下行接口是否已经保存在标记存储模块121中，如果未保存或者发生变化则更新标记存储模块121，使标记存储模块121中维持当前标记与下行物理端口单元的对应关系，之后将其转换为高速物理层载荷并输出至上行物理端口单元130；上行物理端口单元130将高速物理层载荷承载在高速物理信号中发送出接入装置。
上行物理端口单元130将接收的高速物理层信号转换为物理层载荷发送至帧复用模块122；帧复用模块122在标记存储模块121中查找到与高速物理层载荷里数据帧中的标记对应的下行物理端口单元，将高速物理层载荷转换为低速物理层载荷后输出至该下行物理端口单元；下行物理端口单元将低速物理层载荷承载在低速物理层信号中发送出接入装置。
帧复用模块122具有从物理层载荷中解析数据帧的功能，以及进行标记学习的功能，这两种功能可以采用现有的MAC芯片中已有的实现方法。对帧复用模块122的高低速物理层载荷转换功能，可以在帧复用模块122中分别为每个下行物理端口单元和上行物理端口单元130开辟一段缓存区，通过高低速时钟以包括完整数据帧的物理层载荷为单位进行传输速率转换。
采用本实施例中的这种复用方法，输入输出接入装置的物理层信号中承载了包括完成数据帧的物理层载荷，符合以太网标准，可以直接与标准的网关设备连接，适用于图2所示的第一种以太网接入系统。但这种复用方法需要接入装置解析数据帧，而这一功能需要在MAC层实现，因此接入装置要植入一些简单的二层处理能力。
图6为本发明接入装置实施例二的结构示意图，复用解复用单元120包括标记存储模块121、标记模块123和码流复用模块124，标记模块123分别连接标记存储模块121、码流复用模块124和各个下行物理端口单元，码流复用模块124与上行物理端口单元130连接。
标记存储模块121中存储着标记及与标记一一对应的下行物理端口单元，标记及其与下行物理端口单元的对应关系可以预先在标记存储模块121中设置。
某个下行物理端口单元将接收的低速物理层信号转换为低速物理层载荷发送至标记模块123；标记模块123在标记存储模块121中查找到与该下行物理端口单元对应的标记，在低速物理层载荷中添加该标记后将其输出至码流复用模块124；码流复用模块124将添加标记后的低速物理层载荷转换为高速物理层载荷并输出至上行物理端口单元130；上行物理端口单元130将高速物理层载荷转换为高速物理层信号后发送出接入装置。
上行物理端口单元130将接收的高速物理层信号转换为物理层载荷输出至码流复用模块124；码流复用模块124将高速物理层载荷转换为低速物理层载荷后输出到标记模块123；标记模块123在标记存储模块121中查找到与低速物理层载荷中标记对应的下行物理端口单元，在清除低速物理层载荷中的标记后将其输出至该下行物理端口单元；下行物理端口单元将低速物理层载荷承载在低速物理层信号中发送出接入装置。
本实施例中，标记模块123在物理层载荷中添加或清除标记可以以数据帧为单位进行，也可以以小于数据帧长度的某个固定长度进行。在采用固定长度时，考虑到来自或去向相同下行物理端口单元的数据帧可能间隔一定时间，为提供良好的QoS(Quanlity of Service，服务质量)性能，当到达数据帧末尾时，即使还没有达到固定长度，也可以进行复用处理。标记可以添加在物理层载荷中的设定位置，同样也从该设定位置查找和清除标记即可。
因此，本实施例中通常需要识别物理层载荷中数据帧的边界，以确定标记所应用的码流范围。但本实施例中不需要解析物理层载荷中数据帧的字段；另外，由于某个过大的数据帧可能造成其他下行物理端口单元处于等待状态较长时间，采用固定长度复用可以比以数据帧为单位复用提供更好的QoS性能。需要补充说明的是：一般来说对于帧复用的情况，都是采用每个低速端口轮流复用一帧的方式，但为了在一定程度上实现差异化的QoS，可以改变复用的次序，比如说对于A，B，C三个端口，A和B轮流复用两帧后，再复用C的一帧，而固定长度复用的情况也可以利用同样的方法，改善效果更加明显。
本领域技术人员知道，码流复用模块124的高低速物理层载荷转换功能可以参照帧复用模块122的方式实现。
在以数据帧为单位进行复用的情况下，推荐采用符合以太网标准的VLAN号作为标记，这样在网关侧可以直接对物理层载荷进行处理，可以采用图2所示的第一种接入系统。同时，由于VLAN号配置在接入装置上，与接入节点无关，不会因接入节点的MAC地址或IP地址变更而导致接入装置反复学习标记，可以保证接入装置工作的稳定性。并且随着多层VLAN技术的成熟，VLAN的数目也不会成为问题，两层VLAN就可以支持4094*4094个节点的接入。
除以数据帧为单位复用并且采用VLAN号作为标记的情况以外，本实施例中的其他方案从上行物理端口130输入输出的物理层信号中承载的并非包括一个完整以太网数据帧的物理层载荷，因此适用于图3的第二种或图4的第三种接入系统。
本发明接入装置实施例三的结构示意图如图7所示，复用解复用单元120包括时序存储模块125和定长复用模块126，定长复用模块126分别与各个下行物理端口单元、时序存储模块125以及上行物理端口单元130连接。
本实施例时序周期中的每个时隙具有相同的长度。在时序存储模块125中，存储着时序周期中顺序排列的各个时隙所对应的下行物理端口单元。对各个下行物理端口单元具有相同带宽的情形，可以令每个物理端口单元对应于相同数量的时隙；而对下行物理端口单元带宽不同的情形，可以令每个下行物理端口单元对应于与其带宽相匹配数量的时隙。
某个下行物理端口单元将接收的低速物理层信号转换为低速物理层载荷发送至定长复用模块126。定长复用模块126将每一路输入的低速物理层载荷写入对应于该下行物理端口单元的缓存区，同时以时序周期中的时隙为单位，顺序从与时隙对应的下行物理端口单元缓存区以高速时钟输出一定长度的物理层载荷；对当前没有网络流量的下行物理端口单元，以以太网标准的idle信号或通信双方约定的idle信号填充其对应的时隙。这样按照时序周期循环顺序，定长复用模块126将低速物理层载荷复用为一路高速物理层载荷，其中包括对应于各个下行物理端口单元的码流段。复用后的高速物理层载荷被输出到上行物理端口单元130，由其将高速物理层载荷转换为高速物理层信号后发送出接入装置。
上行物理端口单元130将接收的高速物理层信号转换为物理层载荷输出至定长复用模块126。定长复用模块126将高速物理层载荷将写入高速缓存区，同时以时序周期中的时隙为单位，顺序从高速缓存区以低速时钟向与该时隙对应的下行物理端口单元输出一定长度的物理层载荷。这样按照时序周期循环顺序，定长复用模块126将一路高速物理层载荷解复用为多路低速物理层载荷。下行物理端口单元将接收的低速物理层载荷承载在低速物理层信号中发送出接入装置。
本发明接入装置实施例四的结构示意图如图8所示，复用解复用单元120包括时序与时长存储模块127和变长复用模块128，变长复用模块128分别与各个下行物理端口单元、时序与时长存储模块127以及上行物理端口单元130连接。
在接入系统中节点用户可能采用不同的接入速率，本实施例比较适用于这种各个下行物理端口单元可能具有不同带宽的情形。本实施例与实施例三的不同之处是引入了时序周期中每个时隙的长度。在时序与时长模块127中，除了存储时序周期中顺序排列的各个时隙所对应的下行物理端口单元，还要存储该时隙的长度，时隙长度匹配于该下行物理端口单元的带宽。
某个下行物理端口单元将接收的低速物理层信号转换为低速物理层载荷发送至变长复用模块128。变长复用模块128将每一路输入的低速物理层载荷写入对应于该下行物理端口单元的缓存区，同时按照时序周期中的时隙顺序，从每个时隙对应的下行物理端口单元缓存区以高速时钟输出某个长度的物理层载荷，物理层载荷的长度对应于该时隙的长度；对当前没有网络流量的下行物理端口单元，以以太网标准的idle信号或通信双方约定的idle信号填充其对应的时隙。这样按照时序周期循环顺序，变长复用模块128将低速物理层载荷复用为一路高速物理层载荷，其中包括对应于各个下行物理端口单元的可能具有不同长度的码流段。复用后的高速物理层载荷被输出到上行物理端口单元130，由其将高速物理层载荷转换为高速物理层信号后发送出接入装置。
上行物理端口单元130将接收的高速物理层信号转换为物理层载荷输出至变长复用模块128。变长复用模块128将高速物理层载荷将写入高速缓存区，同时按照时序周期中的时隙顺序，从高速缓存区以低速时钟向与该时隙对应的下行物理端口单元输出某个长度的物理层载荷，输出物理层载荷的长度对应于该时隙的长度。这样按照时序周期循环顺序，变长复用模块128将一路高速物理层载荷解复用为多路低速物理层载荷。下行物理端口单元将接收的低速物理层载荷承载在低速物理层信号中发送出接入装置。
实施例三和实施例四中的时隙实际上也可以看成是对物理层载荷长度的衡量，例如可以是物理层载荷的字节数。
实施例三和实施例四中，复用解复用单元120不需要了解物理层载荷的内容，既不需识别也不需解析其中的数据帧。另外，与实施例一和实施例二中上行带宽由所有下行连接共享不同，这两个实施例中的上行带宽中分配给每个下行连接的部分带宽都得到严格保留，从物理层上保证了QoS性能。但是，这两个实施例对上行物理端口130至网关设备侧的物理层传输有较高的要求，以避免一旦发生码流错位可能导致的数据重传。
实施例三和实施例四中从上行物理端口130输入输出的物理层信号中承载的并非包括一个完整以太网数据帧的物理层载荷，因此适用于图3的第二种或图4的第三种接入系统。
在实际应用中，通常一个PHY(物理层)芯片上的各个物理端口都具有相同的带宽，同时很少在一个PHY芯片上提供超过8个的物理端口，即使将这些端口复用之后带宽也不足100M，以100M为单位进行远距离传输仍旧不能满足宽带接入的低成本需求。此时，接入装置可以采用级联复用结构，其逻辑结构的一种示例如图9所示。
图9中，复用单元按照其上下行带宽的不同分为多个复用级别，最下级复用单元220的下行接口连接最下级下行物理端口单元210，上行接口连接中间级复用单元230；中间级复用单元230的上行接口连接最上级复用单元240的下行接口；最上级复用单元240的上行接口连接最上级上行物理端口单元250。
最下级下行物理端口单元210将接入节点的低速物理层信号转换为低速物理层载荷，将由各级复用单元220、230和240逐级将低速物理层载荷转换为高速物理层载荷后，最上级上行物理端口单元250将高速物理层载荷承载在物理层信号中输出。最上级上行物理端口单元250从接收的高速物理层信号中解析出高速物理层载荷，经各级复用单元240、230和220逐级将高速物理层载荷解复用为对应于最下级下行物理端口单元210的低速物理层载荷并输出；最下级下行物理端口单元210将从复用单元220接收的低速物理层载荷转换为低速物理层信号后从接入装置输出。连接在同一复用单元220或不同复用单元220上的最下级下行物理端口单元210可以具有不同的带宽。
本发明中的接入装置支持两级及两级以上的复用单元级联复用。根据所采用的复用技术不同，各复用单元可以有不同的实现方法。下述接入装置实施例五至实施例九具有相同的级联逻辑结构，其不同在于复用单元的实现方法不同，简便起见，以下只针对复用单元来对实施例五至实施例九进行说明。每个复用单元均包括至少两个下行接口和一个上行接口，下行接口用来进行至少两路物理层载荷的输入输出，上行接口用来输入输出下行接口多路物理层载荷的复用后物理层载荷或解复用前物理层载荷。
实施例五与实施例七中的复用单元按照到达下行接口的流量进行复用，通过物理层载荷中与下行接口对应的标记进行解复用；实施例八与实施例九按照时序周期循环进行复用与解复用，时序周期被分解为对应于下行物接口的时隙，每个时隙专用于对应的下行接口，即使当时对应的下行接口没有网络流量也只用idle信号在物理层填充而不会用于传输其他下行接口的流量，其中，idle信号可以是以太网标准的idle信号或通信双方约定的idle信号。
接入装置实施例五中复用单元的结构如图10所示，下行接口311、312至31m分别与帧复用模块402连接，帧复用模块402还与标记存储模块401和上行接口320分别连接。
与接入装置实施例一中相同，本实施例中复用单元采用数据帧中与接入节点具有一一对应关系的字段作为标记，由于每个接入节点通过一个最下级下行物理端口单元连接最下级复用单元的下行接口，因此对每级复用单元而言，通过任一个下行接口传输的物理层载荷中该标记均与通过其他下行接口的物理层载荷不同。标记可以是数据帧中接入节点的MAC地址、IP地址等字段。
本实施例中各级复用单元均可以采用图10中的结构，对从下行接口输入的多路物理层载荷，帧复用模块402查看其中数据帧里的标记及其对应的下行接口是否已经保存在标记存储模块401中，如果未保存或者发生变化则更新标记存储模块401，使标记存储模块401中维持当前的标记与下行接口的对应关系，之后将其转换为高速物理层载荷自上行接口320输出复用单元。
对从上行接口320接收的一路物理层载荷，帧复用模块402在标记存储模块401中查找到与其中数据帧里的标记对应的下行接口，将一路物理层载荷转换为低速物理层载荷后从与标记对应的下行接口输出复用单元。
帧复用模块402可以参照接入装置实施例一的帧复用模块122实现。经过逐级复用，本实施例中输入输出接入装置的物理层信号中承载的物理层载荷均符合以太网标准，可以直接与标准的网关设备连接，适用于图2所示的第一种以太网接入系统。
在接入装置实施例六中，最下级复用单元与其他各级复用单元具有不同的结构。最下级复用单元的结构如图11所示，标记模块403分别与下行接口311、312至31m、标记存储模块401和码流复用模块404连接，码流复用模块404与上行接口320连接。其他各级复用单元的结构如图12所示，码流上级复用模块405分别与下行接口311、312至31m、标记存储模块401和上行接口320连接。本实施例中采用与接入装置的最下级物理端口单元具有一一对应关系的标记。
请参见图11，最下级复用单元的标记存储模块401中存储着该最下级复用单元所连接的最下级物理端口单元所对应的标记、以及该标记与连接对应最下级物理端口单元的下行接口的映射关系。标记及对应关系可以预先设置于标记存储模块401中。
在最下级复用单元中，对从某个下行接口接收的物理层载荷，标记模块403在标记存储模块401中查找到与该下行接口对应的标记，在接收的物理层载荷中添加该标记后将其输出至码流复用模块404；码流复用模块404对添加标记后的物理层载荷进行下行至上行的传输速率转换，将速率转换后的物理层载荷自上行接口320输出至上级复用单元。对从上行接口320接收的物理层载荷，码流复用模块404对接收的物理层载荷进行上行至下行的传输速率转换，将速率转换后的物理层载荷后输出到标记模块403；标记模块403在标记存储模块401中查找到与速率转换后物理层载荷中标记对应的下行接口，在清除物理层载荷中的标记后将其从该下行接口输出复用单元。
请参见图12，其他各级的标记存储模块401中存储着该复用单元连接的最下级物理端口单元所对应的标记以及该标记与连接对应最下级物理端口单元的下行接口的映射关系。可见，复用级别越高的复用单元，其下行接口所对应的标记往往越多。标记及对应关系可以预先设置于标记存储模块401中。
在其他各级复用单元中，对从某个下行接口接收的物理层载荷，该物理层载荷已经由最下级复用单元添加了标记，码流上级复用模块405对其进行下行至上行的传输速率转换，将速率转换后的物理层载荷自上行接口320输出本复用单元。从上行接口320接收到物理层载荷后，码流上级复用模块405在标记存储模块401中查找到与其中标记对应的下行接口，并对接收的物理层载荷进行上行至下行的传输速率转换，将速率转换后的物理层载荷从该下行接口输出本复用单元。
本实施例中，最下级复用单元在物理层载荷中添加的标记将穿越各个上级复用单元发送出接入装置；而接入装置从网关设备侧接收的物理层载荷中包括的标识供各个上级复用单元确定将解复用后的物理层载荷从哪个下行接口输出，在输出最下级复用单元前标记才被清除。
本实施例中，最下级复用单元的标记模块403在物理层载荷中添加或清除标记可以以数据帧为单位进行，也可以以小于数据帧长度的某个固定长度进行，但所有的最下级复用单元必须采用同样的复用方式。在采用固定长度时，为提供良好的QoS性能，当到达数据帧末尾时，即使还没有达到固定长度，也可以进行复用处理。标记可以添加在物理层载荷中的设定位置，同样也从该设定位置查找和清除标记即可。
因此，本实施例中最下级复用单元的标记模块403通常需要识别物理层载荷中数据帧的边界，以确定标记所应用的码流范围。但本实施例中不需要解析物理层载荷中数据帧的字段；另外，由于某个过大的数据帧可能造成其他下行物理端口单元处于等待状态较长时间，采用固定长度复用可以比以数据帧为单位复用提供更好的QoS性能。
本实施例中最下级复用单元的码流复用模块404和其他各级码流上级复用模块405的实现可以参照接入复用装置实施例一中的帧复用模块122实现。
在以数据帧为单位进行复用的情况下，推荐采用符合以太网标准的VLAN号作为标记，这样在网关侧可以直接对物理层载荷进行处理，可以采用图2所示的第一种接入系统。同时，VLAN号是服务提供商在接入装置上配置的，接入装置对VLAN号的添加和剥除，接入节点是无法感知的，因此不会像MAC地址和IP地址那样可以被接入节点修改从而导致接入装置反复学习标记，从而可以保证稳定性。并且随着多层VLAN技术的成熟，VLAN数目也不是大的问题，两层VLAN就可以支持4094*4094个节点的接入。
除以数据帧为单位复用并且采用VLAN号作为标记的情况以外，本实施例的其他方案中从最上级上行物理端口输入输出的物理层信号中承载的并非标准的以太网物理层载荷，适用于图3的第二种或图4的第三种接入系统。
接入装置实施例七中复用单元的结构如图13所示，偏移标记模块407分别连接下行接口311、312至31m、偏移标记存储模块406和码流复用模块404，码流复用模块404与上行接口320连接。本实施例中采用的标记包括每级复用单元的偏移标记，同级偏移标记在物理层载荷中具有相同的位置和相同的位长度，由该级复用单元中的一个使用，与该复用单元的下行接口具有一一对应关系；不同级单元的偏移标记可以具有不同的位置和不同的位长度。
每个复用单元的偏移标记存储模块406中存储着本复用单元的偏移标记及其与本复用单元下行接口的对应关系。
对从某级复用单元某个下行接口接收的物理层载荷，偏移标记模块407在偏移标记存储模块406中查找到与该下行接口对应的偏移标记，在接收的物理层载荷中本级偏移标记的位置添加该偏移标记后将其输出至码流复用模块404；码流复用模块404对添加偏移标记后的物理层载荷进行下行至上行的传输速率转换，将速率转换后的物理层载荷自上行接口320从本复用单元输出。对从上行接口320接收的物理层载荷，码流复用模块404对接收的物理层载荷进行上行至下行的传输速率转换，将速率转换后的物理层载荷后输出到偏移标记模块407；偏移标记模块407在转换后物理层载荷中本级偏移标记的位置取出偏移标记，在偏移标记存储模块406中查找到与该偏移标记对应的下行接口，在清除物理层载荷中的偏移标记后将其从该下行接口输出复用单元。
本实施例中，上行的物理层载荷在逐级复用过程中逐级添加了各级偏移标记。由于每个偏移标记在其复用单元具有唯一性，由各级偏移标记组合而成的标记与最下级下行物理端口单元具有一一对应关系。而在下行物理层载荷的逐级解复用过程中逐级清除该级的偏移标记，至输出最下级复用单元的下行接口前清除所有的偏移标记。
与实施例六中相同，本实施例中在物理层载荷中添加或清除偏移标记可以以数据帧为单位进行，也可以以小于数据帧长度的某个固定长度进行，但所有的复用单元必须采用同样的复用方式。因此，本实施例中各级复用单元的偏移标记模块406通常需要识别物理层载荷中数据帧的边界，以确定标记所应用的码流范围。
本实施例中复用单元的码流复用模块404可以参照接入复用装置实施例一中的帧复用模块122实现。
在以数据帧为单位进行复用的情况下，推荐采用如下的方式来设置各级偏移标记，使所有各级偏移标记的组合形成符合以太网标准的VLAN号。或者采用多层VLAN技术，每一级偏移标记使用一层。这样在网关侧可以直接对物理层载荷进行处理，此时本实施例采用图2所示的第一种接入系统。
除上述各级偏移标记的组合形成VLAN号的情况以外，本实施例中的其他方案适用于图3的第二种或图4的第三种接入系统。
接入装置实施例八中复用单元的结构如图14所示，定长复用模块409分别与下行接口311、312至31m、时序存储模块408和上行接口320连接。
本实施例中，时序周期中的每个时隙具有相同的长度。在时序存储模块408中，存储着时序周期中顺序排列的各个时隙所对应的下行接口。对各个下行接口具有相同带宽的情形，可以令每个下行接口对应于相同数量的时隙；而对下行接口带宽不同的情形，可以令每个下行对应于与其带宽相匹配数量的时隙。
在每个复用单元中，定长复用模块409将从每个下行接口接收到的物理层载荷写入该下行接口的缓存区，同时以时序周期中的时隙为单位，顺序从与时隙对应的下行接口缓存区以决定于上行接口带宽时钟输出一定长度的物理层载荷；对当前没有网络流量的下行接口，以以太网标准的idle信号或通信双方约定的idle信号填充其对应的时隙。这样按照时序周期循环顺序，定长复用模块409将下行接口的多路物理层载荷复用为一路物理层载荷，本级复用后的物理层载荷包括对应于本复用单元各个下行接口的码流段。定长复用模块409将本级复用后的物理层载荷自上行接口320输出本复用单元。
对从上行接口320接收的物理层载荷，定长复用模块409将其写入上行接口320的缓存区，同时以时序周期中的时隙为单位，顺序从上行接口320的缓存区以由决定于下行接口带宽的时钟向与该时隙对应的下行接口输出一定长度的物理层载荷。这样按照时序周期循环顺序，定长复用模块409将上行接口320的一路物理层载荷解复用为下行接口的多路物理层载荷，并从对应的下行接口输出本复用单元。
这样，从最下级复用单元下行接口上行传输的低速物理层载荷经过逐级复用单元的复用后形成一路高速物理层载荷，每个最上级复用单元的时序周期中生成的该路高速物理层载荷中包括对应于每个最下级复用单元下行接口的码流段，且这些码流段具有相同的长度，其排列顺序由每级复用单元的时序周期中对应于下行接口的时隙的顺序决定。从最上级复用单元上行接口下行传输的一路高速物理层载荷中，包括同样排列顺序的对应于每个最下级复用单元下行接口的码流段，该路高速物理层载荷由各级复用单元逐级解复用后，从对应的最下级复用单元下行接口输出。
接入装置实施例九中复用单元的结构如图15所示，变长复用模块411分别连接下行接口311、312至31m、时序与时长存储模块410和上行接口320。
在接入系统中节点用户可能采用不同的接入速率，本实施例比较适用于这种各个最下级下行物理端口单元可能具有不同带宽的情形。本实施例与实施例八的不同之处是时序周期中每个时隙可以具有不同的长度。在时序与时长模块410中，除了存储时序周期中顺序排列的各个时隙所对应的下行接口，还要存储该时隙的长度，时隙长度匹配于该下行接口的带宽。
变长复用模块411将自下行接口接收的多路物理层载荷写入该下行接口的缓存区，同时按时序周期中的时隙顺序，从每个时隙对应的下行接口缓存区以决定于上行接口带宽的时钟输出某个长度的物理层载荷，物理层载荷的长度对应于该时隙的长度；对当前没有网络流量的下行接口，在物理层上以以太网标准的idle信号或通信双方约定的idle信号填充其对应的时隙。这样按照时序周期循环顺序，变长复用模块411将下行接口的多路物理层载荷复用为上行接口的一路物理层载荷，复用后的该路物理层载荷中包括对应于各个下行接口的可能具有不同长度的码流段。变长复用模块411将复用后的一路物理层载荷从上行接口320输出本复用单元。
对从上行接口320接收的一路物理层载荷，变长复用模块411将该路物理层载荷写入上行接口缓存区，同时按照时序周期中的时隙顺序，从上行接口缓存区以决定于下行接口带宽的时钟向与该时隙对应的下行接口输出某个长度的物理层载荷，输出物理层载荷的长度对应于该时隙的长度。这样按照时序周期循环顺序，变长复用模块411将上行接口的一路物理层载荷解复用为下行接口的多路物理层载荷，并从对应的下行接口输出本复用单元。
实施例八和实施例九中的时隙实际上也可以看成是复用和解复用时处理的物理层载荷长度，例如可以是物理层载荷的字节数。
实施例八和实施例九中，复用单元既不需识别也不需解析物理层载荷中的数据帧。另外，与实施例三和实施例四相同，这两个实施例中的上行带宽中分配给每个下行连接的部分带宽都得到严格保留，从物理层上保证了QoS性能。实施例八和实施例九适用于图3的第二种或图4的第三种接入系统。
如前所述，级联复用主要针对采用复用芯片的情况。参见图16，一般来说，复用芯片可能包括以下三种：第一种是MAC接口复用芯片，即将一个复用单元封装在芯片中，其上下行端口均输入输出物理层载荷；第二种是PHY-MAC接口复用芯片，将一个复用单元、连接复用单元每一个下行接口的下行物理端口单元封装在芯片中，上行端口输入输出物理层载荷，下行端口输入输出物理层信号；第三种是PHY接口复用芯片，将一个复用单元、连接复用单元每一个下行接口的下行物理端口单元和连接复用单元上行接口的上行物理端口单元封装在芯片中，上下行端口均输入输出物理层信号。
当接入装置实施例五至实施例九中的复用单元采用MAC接口复用芯片时，下级MAC接口复用芯片的上行端口可以直接连接相邻的上级MAC接口复用芯片的下行接口；当采用PHY接口复用芯片时，下级PHY接口复用芯片的上行端口也可以直接连接相邻的上级PHY接口复用芯片的下行接口；当采用PHY-MAC接口复用芯片时，下级PHY接口复用芯片的上行端口需要通过与其上行端口的传输速率匹配的上行物理端口单元才可以连接相邻的上级PHY-MAC接口复用芯片的下行接口。
当然，这三种复用芯片也可以混合使用，此时可能需要在上下级复用芯片之间接入上行物理端口单元或下行物理端口单元进行信号转换。
在图4所示的第三种以太网接入系统采用现有的网关设备进行与外部网络的连接，由接入转换装置来作为接入装置与网关设备间的接口。本发明中的接入转换装置包括至少一个接入物理端口单元来连接接入装置，还应包括一个网关物理端口单元来连接网关设备。接入转换装置也需要采用与接入装置相配合的复用技术。
图17至图19分别为本发明中接入转换装置实施例一至实施例三的结构示意图，复用转换单元520分别与接入物理端口单元510、网关物理端口单元530相连接。接入物理端口单元510通过接入装置连接接入节点，在接收到物理层信号时解析出其中承载的复用物理层载荷，输出至复用转换单元520；复用转换单元520将复用物理层载荷转换为以完整的数据帧为单位的物理层载荷后输出至网关物理端口单元530；网关物理端口单元530将以数据帧为单位的物理层载荷承载在物理层信号中发送至网关设备。网关物理端口单元530从网关设备接收到物理层信号后，将其解析为以数据帧为单位的物理层载荷，输出至复用转换单元520；复用转换单元520将以数据帧为单位的物理层载荷逆向转换为复用物理层载荷后输出至接入物理端口单元510；接入物理端口单元510将复用物理层载荷转换为物理层信号后输出至接入装置。
接入转换装置实施例一至实施例三的不同之处在于因采用的复用技术不同，导致复用转换单元520的内部实现不同。
图17所示为接入转换装置实施例一的结构示意图。复用转换单元520包括复用标记模块521和复用标记处理模块522，复用标记处理模块522分别连接接入物理端口单元510、复用标记模块521和网关物理端口单元530。
本实施例的接入转换装置可以与接入装置实施例二、六和七配合使用。实施例二、六和七的接入装置的上行物理层载荷中均包括与连接接入节点的下行物理端口单元，或者说与接入节点具有一一对应关系的标记。
当接入转换装置的接入物理端口单元510接收到接入装置的上行物理层信号时，解析出其中承载的物理层载荷输出至复用标记处理模块522。复用标记处理模块522取出物理层载荷中的标记，根据标记生成以完整的数据帧为单位的物理层载荷，并查看标记与数据帧中的接入节点标识是否已经保存在复用标记模块521中，如果未保存或者发生变化则更新复用标记模块521，使复用标记模块521中维持当前的标记与接入节点标识的对应关系；复用标记处理模块522并将清除标记后以数据帧为单位的物理层载荷输出至网关物理端口单元530。
当接入装置以数据帧为单位在物理层载荷中添加标记时，复用标记处理模块522在清除标记后即可得到以数据帧为单位的物理层载荷；而当接入装置以固定长度码流为单位在物理层载荷中添加标记时，复用标记处理模块522可能需要将具有相同标记的物理层载荷重新组合，清除其中的标记后得到以数据帧为单位的物理层载荷。
接入节点标识为由该接入节点发送的报文或传输至该接入节点的报文中与该接入节点具有对应关系的字段，可以是接入节点的MAC地址、IP地址、VLAN号等字段。接入系统中接入节点在上电后首先向网关设备侧发送报文，这样接入转换装置可以学习到接入节点标识与标记的对应关系。
对从网关物理端口单元530接收的以数据帧为单位的物理层载荷，复用标记处理模块522在复用标记模块521中查找到与该数据帧中的接入节点标识相对应的标记，在物理层载荷中添加该标记后输出至接入物理端口单元510。
对有超过1个接入物理端口单元510与复用标记处理模块522连接的接入转换装置，复用标记处理模块522还可以将与接入节点标识对应的接入物理端口单元510一同存储在复用标记模块521中。对从网关物理端口单元530接收的下行物理层载荷，复用标记处理模块522在查找与数据帧中接入节点标识对应的标记时，同时查找对应的接入物理端口单元510，并且将添加了标记的下行物理层载荷输出至该接入物理端口单元510。
需要说明的是，本实施例中接入转换装置应采用与其连接的接入装置相匹配的方式对标记进行处理。如果接入装置以数据帧为单位进行复用，接入转换装置也以数据帧为单位处理标记；如果接入装置以固定长度进行复用，则接入转换装置也对固定长度的码流进行标记处理，并且，标记在数据帧或固定长度码流中的位置也应相同。
当接入系统采用接入装置实施例六组网时，本实施例中的标记为由接入装置的最下级复用单元在码流中添加并且穿越所有上级复用单元的标记；当接入系统采用接入装置实施例七组网时，本实施例中的标记包括所有级别复用单元的偏移标记。
图18所示为接入转换装置实施例二的结构示意图。复用转换单元520包括复用时序模块523、时序转换模块524和数据帧识别模块525，时序转换模块524分别连接接入物理端口单元510、复用时序模块523和数据帧识别模块525，数据帧识别模块525连接网关物理端口单元530。
本实施例的接入转换装置可以与接入装置实施例三和八配合使用。实施例三和八的接入装置的上行物理层载荷均按照复用时序周期复用，复用时序周期中时隙的长度相同。复用物理层载荷中均包括排列顺序对应于连接接入节点的下行物理端口单元，或者说对应于接入节点的码流段。
对从接入物理端口单元510接收的复用物理层载荷，时序转换模块524以复用时序周期中的时隙为单位，按照时隙的排列顺序将复用物理层载荷分段写入该时隙的上行缓存区。数据帧识别模块525从各个时隙上行缓存区的以完整的数据帧为单位取出物理层载荷，查看数据帧中的接入节点标识与对应的时隙是否已经保存在复用时序模块523中，如果未保存或者发生变化则更新复用时序模块523，使复用时序模块523中维持当前的时隙与接入节点标识的对应关系；数据帧识别模块525并将以数据帧为单位的物理层载荷输出至网关物理端口单元530。
对从网关物理端口单元530接收的以数据帧为单位的物理层载荷，数据帧识别模块525在复用时序模块523中查找到与该数据帧中接入节点标识相对应的时隙，将以该数据帧为单位的物理层载荷后写入该时隙的下行缓存区。时序转换模块524以复用时序周期中的时隙为单位，按照时隙的排列顺序从每个时隙的下行缓存区中向接入物理端口单元510输出一定长度的物理层载荷。
同样，本实施例中的接入转换装置应采用与其连接的接入装置相匹配的时分复用方式，例如相匹配的复用时序周期和相匹配的时隙数量和长度，以保证对物理层载荷在传输两端进行正确的复用和解复用。
图19所示为接入转换装置实施例三的结构示意图。复用转换单元520包括复用时序与时长模块526、时序与时长转换模块527和数据帧识别模块525，时序与时长转换模块527分别连接接入物理端口单元510、复用时序与时长模块526和数据帧识别模块525，数据帧识别模块525连接网关物理端口单元530。
本实施例的接入转换装置可以与接入装置实施例四和九配合使用。实施例四和九的接入装置的上行物理层载荷均按照复用时序周期复用，复用时序周期中时隙的长度可能不同。复用物理层载荷中均包括排列顺序对应于连接接入节点的下行物理端口单元，或者说对应于接入节点的码流段，并且码流段的长度对应于时隙长度。
在复用时序与时长模块526中预先存储复用时序周期中各个时隙的长度及排列顺序。
对从接入物理端口单元510接收的复用物理层载荷，时序与时长转换模块527以复用时序周期中的时隙为单位，按照时隙的排列顺序将复用物理层载荷中码流长度对应于该时隙长度的码流段写入该时隙的上行缓存区。数据帧识别模块525从各个时隙上行缓存区中以完整的数据帧为单位取出一段物理层载荷，查看数据帧中的接入节点标识与对应的时隙是否已经保存在复用时序与时长模块526中，如果未保存或者发生变化则更新复用时序与时长模块526，使复用时序与时长模块526中维持当前的时隙、时隙长度与接入节点标识的对应关系；数据帧识别模块525并将以数据帧为单位的物理层载荷输出至网关物理端口单元530。
对从网关物理端口单元530接收的发送至接入节点的以数据帧为单位的物理层载荷，数据帧识别模块525在复用时序与时长模块526中查找到与该数据帧中接入节点标识相对应的时隙，将该物理层载荷后写入该时隙的下行缓存区。时序与时长转换模块527以复用时序周期中的时隙为单位，按时隙的排列顺序从每个时隙的下行缓存区中向接入物理端口单元510输出码流长度对应于该时隙长度的物理层载荷。
同样，本实施例中的接入转换装置应采用与其连接的接入装置相匹配的时分复用方式，例如相匹配的复用时序周期、相匹配的时隙数量和时隙长度、以及相匹配的排列顺序，以保证对物理层载荷在传输两端进行正确的复用和解复用。
在图3所示的第二种以太网接入系统中，复用网关设备需要采用与接入装置相配合的复用技术来实现接入。本发明中的复用网关设备可以通过将上述接入转换装置集成在现有的网关设备中实现，此处不再赘述。
需要说明的是，本发明上述接入装置、复用网关设备和接入转换装置中所有的物理端口单元都具有转换物理层信号和物理层载荷的功能，这一功能对应于不同的带宽有不同的实现方法，均可采用现有PHY芯片中的技术实现。
图20为本发明所述以太网上行复用接入方法的流程图。在步骤S11，在接入节点侧，对从各个接入节点接收的低速物理层信号，分别从中解析出对应于各个接入节点的低速物理层载荷。
在步骤S12，将各个接入节点的低速物理层载荷复用为一路高速物理层载荷。
在步骤S13，将复用后的高速物理层载荷承载在高速物理层信号中。
在步骤S14，将高速物理层信号进行上行传输。
上述上行复用接入流程中，步骤S12中将低速物理层载荷复用为一路高速物理层载荷可以是一级复用，也可以是多级复用。多级复用分级进行，先将接入节点分组，将每个组中接入节点的物理层载荷复用为每组一路物理层载荷，然后将每组一路的物理层载荷再次分组后复用或直接复用，直到将所有接入节点的物理层载荷复用为一路物理层载荷。
步骤S12中在进行一级或多级复用时，可以采用前述接入装置的各个实施例中的上行复用技术，此处仅作简单说明，详细内容请参见前述实施例。
当采用数据帧中与接入节点具有一一对应关系的字段，即接入节点标识作为物理层载荷的标记时，步骤S12之后的各个步骤都与现有技术相同。当采用时分复用技术时，步骤S12中在时序周期中每个与复用前某路物理层载荷对应的时隙，将码流长度匹配于该时隙长度的该路物理层载荷输出为复用后的一路物理层载荷。
偏移标记仅适用于多级复用的情况，步骤S12中每级复用前在复用前的物理层载荷中添加与本次复用的各路物理层载荷一一对应的偏移标记。
图21为本发明所述以太网下行复用接入方法的流程图。在步骤S21，接收下行传输的高速物理层信号。
在步骤S22，从接收的高速物理层信号中解析出复用物理层载荷。
在步骤S23，将复用物理层载荷解复用为对应于接入节点的低速物理层载荷。
在步骤S24，将解复用后的低速物理层载荷承载在低速物理层信号中发送至对应的接入节点。
上述下行复用接入流程中，步骤S23中将复用物理层载荷解复用为对应于接入节点的物理层载荷可以是一级解复用，也可以是多级解复用。多级解复用分级进行，先将复用物理层载荷解复用为多路物理层载荷；再将解复用后的各路物理层载荷分别再次解复用，直至解复用为对应于接入节点的物理层载荷。
步骤S23中在进行一级或多级解复用时，可以采用前述接入装置的各个实施例中的上行复用技术，此处仅作简单说明，详细内容请参见前述实施例。
当采用数据帧中与接入节点具有一一对应关系的字段，即接入节点标识作为物理层载荷的标记时，步骤S23中根据接入节点标识来进行解复用。当根据复用物理层载荷中与接入节点一一对应的标记进行解复用时，在将对应于接入节点的物理层载荷转换为低速物理层信号前应去除码流中的标记。当采用时分复用技术时，步骤S23中在时序周期中每个与复用前某路物理层载荷对应的时隙，将码流长度匹配于该时隙长度的解复用前物理层载荷输出为对应于该时隙的一路解复用后物理层载荷。
偏移标记仅适用于多级复用的情况，步骤S23中每级解复用根据解复用前物理层载荷中与解复用后的各路物理层载荷具有一一对应关系的偏移标记进行，并在每次解复用时清除物理层载荷中据以进行本次解复用的偏移标记。
对本发明而言，接入节点可以采用现有的标准以太网物理层速率，当然若未来出现非标准的以太网物理层传输速率，如2M、40M、80M等，只要该物理链路两端均支持这些非标准的传输速率即可。同样接入装置中输出高速物理层信号的上行物理端口也可以不是标准的以太网物理层速率，甚至部分物理端口都可能不是标准以太网口，只要物理链路两端能够同时支持，并能够承载以太网物理层载荷，那么本发明同样适用，从更广意义上讲，本发明并不关心每一段物理链路的两端的具体物理层处理，相信这一点这对本领域技术人员是容易理解的。
本发明中，接入系统中接入节点到网关设备的组网结构非常简单，接入节点的流量经过接入装置复用后送到上层设备处理。相对于现有的接入系统，本发明不需要做二层转发处理，仅仅工作在一层，因此可靠性上比通过二层交换机接入更有优势，同时随着基于本发明相关实施方式的商用规模的扩大，本发明接入装置的成本有望做到一台普通交换机的十分之一左右，并且占用空间非常小，很适合放在小区楼道内。对运营商而言，接入设备使用可靠且成本非常低廉；对用户而言，可以通过计算机网卡直接接入，不需要调制解调设备和拨号软件，在提供使用便利性的同时降低了用户的成本。对用户数量多且密集分布的情况，则采用级联复用的接入装置将更为适用。
本发明通过融合复用技术和以太网技术，提供了一种以太网宽带接入系统的组网方案，能够大幅降低宽带接入成本，简化接入网络架构，提供高速可靠的接入速率。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (26)

1.一种以太网接入装置，位于多个接入节点和网关设备之间，其特征在于，包括至少两个下行物理端口单元、复用解复用单元和上行物理端口单元，其中：
下行物理端口单元用来在输入输出接入装置的低速物理层信号与其中承载的低速物理层载荷之间进行转换；
上行物理端口单元用来在输入输出接入装置的高速物理层信号与其中承载的高速物理层载荷之间进行转换；
复用解复用单元用来在下行物理端口单元的低速物理层载荷与上行物理端口单元的高速物理层载荷之间进行复用与解复用。
2.如权利要求1所述的以太网接入装置，其特征在于，所述复用解复用单元的复用与解复用根据物理层载荷中与下行物理端口单元对应的标记进行。
3.如权利要求2所述的以太网接入装置，其特征在于：所述标记为物理层载荷中数据帧内的字段，该字段与下行物理端口单元具有对应关系；
所述复用解复用单元包括标记存储模块和帧复用模块，其中：
标记存储模块用来存储标记及其对应的下行物理端口单元；
帧复用模块用来将下行物理端口单元输入的低速物理层载荷以数据帧为单位转换为高速物理层载荷输出至上行物理端口单元，以及将从上行物理端口单元输入的高速物理层载荷以数据帧为单位转换为低速物理层载荷并输出至其中标记所对应的下行物理端口单元。
4.如权利要求2所述的以太网接入装置，其特征在于：所述复用解复用单元包括标记存储模块、标记模块和码流复用模块，其中：
标记存储模块用来存储标记及其对应的下行物理端口单元；
标记模块用来在从下行物理端口单元输入的低速物理层载荷中添加与该下行物理端口单元对应的标记并输出至码流复用模块，以及在从码流复用模块输入的物理层载荷中去除标记并从与该标记对应的下行物理端口单元输出；
码流复用模块用来在标记模块的低速物理层载荷与上行物理端口单元的高速物理层载荷之间进行转换。
5.如权利要求4所述的以太网接入装置，其特征在于：所述标记模块在物理层载荷中添加和去除标记以数据帧为单位或以固定长度码流为单位进行。
6.如权利要求1所述的以太网接入装置，其特征在于：所述复用解复用单元的复用与解复用根据时序周期循环进行，时序周期中包括对应于各个下行物理端口单元的时隙。
7.如权利要求6所述的以太网接入装置，其特征在于：所述时序周期中对应于各个下行物理端口单元的时隙长度相同；
所述复用解复用单元包括时序存储模块和定长复用模块，其中：
时序存储模块用来存储时序周期中时隙对应的下行物理端口单元；
定长复用模块在各个时隙将从对应的下行物理端口单元接收的低速物理层载荷转换为一路高速物理层载荷输出至上行物理端口单元，以及将从上行物理端口单元接收的高速物理层载荷转换为低速物理层载荷在各个时隙输出至对应的下行物理端口单元。
8.如权利要求6所述的以太网接入装置，其特征在于：所述复用解复用单元包括时序与时长存储模块和变长复用模块，其中：
时序与时长存储模块用来存储时序周期中各时隙的长度、该时隙所对应的下行物理端口单元；
变长复用模块用来在各个时隙将从对应的下行物理端口单元接收的码流长度匹配于该时隙长度的低速物理层载荷转换为一路高速物理层载荷并输出至上行物理端口单元，以及将从上行物理端口单元接收的高速物理层载荷转换低速物理层载荷，在各个时隙将码流长度匹配于该时隙长度的低速物理层载荷输出至对应的下行物理端口单元。
9.一种以太网接入装置，位于多个接入节点和网关设备之间，其特征在于，包括多个最下级下行物理端口单元、最上级上行物理端口单元和至少两级复用单元，下级复用单元的上行接口与上级复用单元的下行接口连接，其中：
最下级下行物理端口单元连接最下级复用单元的下行接口，用来在输入输出接入装置的低速物理层信号与其中承载的低速物理层载荷之间进行转换；
最上级上行物理端口单元连接最上级复用单元的上行接口，用来在输入输出接入装置的高速物理层信号与其中承载的高速物理层载荷之间进行转换；
各级复用单元在最下级复用单元下行接口的低速物理层载荷与最上级复用单元上行接口的高速物理层载荷之间进行逐级的复用与解复用。
10.如权利要求9所述的以太网接入装置，其特征在于：所述各级复用单元的复用与解复用根据物理层载荷中与最下级复用单元下行接口对应的标记进行。
11.如权利要求10所述的以太网接入装置，其特征在于：所述标记为最下级复用单元下行接口的物理层载荷中数据帧内区别于其他下行接口的字段；
所述每级复用单元包括标记存储模块和帧复用模块，其中：
标记存储模块用来存储标记及其对应的本复用单元下行接口；
帧复用模块用来将下行接口输入的多路物理层载荷以数据帧为单位转换为一路物理层载荷后由上行接口输出，以及将从上行接口输入的一路物理层载荷以数据帧为单位转换为多路物理层载荷并由其中标记所对应的下行接口输出。
12.如权利要求10所述的以太网接入装置，其特征在于：所述最下级复用单元包括标记存储模块、标记模块和码流复用模块，其中：
标记存储模块用来存储标记及其对应的本复用单元下行接口；
标记模块用来在从下行接口输入的物理层载荷中添加与该下行接口对应的标记并输出至码流复用模块，以及在从码流复用模块输入的物理层载荷中去除标记并从与该标记对应的下行接口输出；
码流复用模块用来在标记模块的多路物理层载荷与上行接口的一路物理层载荷之间进行转换；
所述其他各级复用单元包括标记存储模块和码流上级复用模块，其中码流上级复用模块用来将从下行接口输入的多路物理层载荷转换为一路物理层载荷从上行接口输出，以及将从上行接口输入的一路物理层载荷转换为多路物理层载荷并从与其中标记对应的下行接口输出。
13.如权利要求12所述的以太网接入装置，其特征在于：所述最下级复用单元的标记模块在物理层载荷中添加和去除标记以数据帧为单位或以固定长度码流为单位进行。
14.如权利要求10所述的以太网接入装置，其特征在于：所述标记包括每级复用单元的偏移标记；
所述各级复用单元包括偏移标记存储模块、偏移标记模块和码流复用模块，其中：
偏移标记存储模块用来存储本复用单元的偏移标记及其对应的本复用单元下行接口；
偏移标记模块用来在从下行接口输入的物理层载荷中添加与下行接口对应的偏移标记并输出至码流复用模块，以及在从码流复用模块输入的物理层载荷中去除本复用单元的偏移标记并从与该偏移标记对应的下行接口输出；
码流复用模块用来在偏移标记模块的多路物理层载荷与上行接口的一路物理层载荷之间进行转换。
15.如权利要求14所述的以太网接入装置，其特征在于：所述各级复用单元的偏移标记模块在物理层载荷中添加和去除偏移标记以数据帧为单位或以固定长度码流为单位进行。
16.如权利要求9所述的以太网接入装置，其特征在于：所述各级复用单元的复用与解复用根据该复用单元的时序周期循环进行，时序周期中包括对应于该复用单元下行接口的时隙。
17.如权利要求16所述的以太网接入装置，其特征在于：所述每个复用单元的时序周期中的时隙具有相同的长度；
所述每级复用单元包括时序存储模块和定长复用模块，其中：
时序存储模块用来存储该复用单元的时序周期中时隙对应的下行接口；
定长复用模块在各个时隙将从对应的下行接口接收的多路物理层载荷转换为一路物理层载荷后从上行接口输出，以及将从上行接口接收的一路物理层载荷转换为多路物理层载荷后在各个时隙由对应的下行接口输出。
18.如权利要求16所述的以太网级联复用装置，其特征在于，所述各级复用单元包括时序与时长存储模块和变长复用模块，其中：
时序与时长存储模块用来存储该复用单元的时序周期中时隙的长度、该时隙对应的下行物理端口单元；
变长复用模块用来在各个时隙将从对应的下行接口接收的码流长度匹配于该时隙长度的物理层载荷转换为一路物理层载荷后从上行接口输出，以及将从上行接口接收的一路物理层载荷进行速率转换后，在各个时隙将码流长度匹配于该时隙长度的物理层载荷从对应的下行接口输出。
19.如权利要求9至18所述的以太网接入装置，其特征在于：所述接入装置还包括除最下级以外的各级下行物理端口单元，分别连接该级复用单元的每个下行接口，用来进行物理层信号与物理层载荷之间的转换；每个复用单元与其连接的下行物理端口单元封装在一个物理层-媒介接入控制层PHY-MAC接口复用芯片中；
所述接入装置还包括除最上级以外的各级上行物理端口单元，连接在下级PHY-MAC接口复用芯片与上级PHY-MAC接口复用芯片之间，用来进行物理层信号与物理层载荷之间的转换。
20.如权利要求9至18所述的以太网接入装置，其特征在于：所述接入装置还包括除最下级以外的各级下行物理端口单元，分别连接该级复用单元的每个下行接口，用来进行物理层信号与物理层载荷之间的转换；
所述接入装置还包括除最上级以外的各级上行物理端口单元，分别连接该级复用单元的每个上行接口，用来进行物理层信号与物理层载荷之间的转换；
每个复用单元与其连接的下行物理端口单元和上行物理端口单元封装在一个PHY接口复用芯片中，下级PHY接口复用芯片的上行物理端口单元连接至上级PHY接口复用芯片的下行物理端口单元。
21.一种以太网接入方法，其特征在于，包括以下步骤：
将至少两路接入节点的物理层信号中承载的物理层载荷复用为一路物理层载荷；
将复用后的物理层载荷转换为高速物理层信号后进行上行传输；
将下行高速物理层信号中承载的一路复用物理层载荷解复用为与至少两个接入节点对应的物理层载荷；
将解复用后的物理层载荷转换为低速物理层信号后进行下行传输。
22.如权利要求21所述的以太网接入方法，其特征在于，所述将接入节点的物理层载荷复用为一路物理层载荷具体为：对接入节点分组，将同组接入节点的多路物理层载荷复用为每组一路物理层载荷；将每组一路物理层载荷再次分组后复用或直接复用，直至复用为一路物理层载荷；
所述将一路复用物理层载荷解复用为对应于接入节点的物理层载荷具体为：将复用物理层载荷解复用为多路物理层载荷；将解复用后的各路物理层载荷分别再次解复用，直至解复用为对应于接入节点的物理层载荷。
23.如权利要求22所述的以太网接入方法，其特征在于，所述方法在每次复用前还包括：在复用前的物理层载荷中添加与本次复用的各路物理层载荷一一对应的偏移标记；
所述每次解复用根据解复用前物理层载荷中与解复用后的各路物理层载荷具有一一对应关系的偏移标记进行；
所述方法在每次解复用时还包括：去除物理层载荷中据以进行本次解复用的偏移标记。
24.如权利要求21或22所述的以太网接入方法，其特征在于，所述方法在进行物理层载荷复用前还包括：在接入节点的物理层载荷中添加与接入节点具有对应关系的标记；
所述将一路物理层载荷解复用为多路物理层载荷根据物理层载荷中与接入节点具有对应关系的标记进行；
所述方法在将对应于接入节点的物理层载荷转换为低速物理层信号前还包括：在对应于接入节点的物理层载荷中去除所述标记。
25.如权利要求21或22所述的以太网接入方法，其特征在于，所述将多路物理层载荷复用为一路物理层载荷按照时序周期循环进行；所述时序周期包括对应于复用前各路物理层载荷的时隙，在每个时隙将对应的复用前物理层载荷输出为复用后的一路物理层载荷，所述复用前物理层载荷的长度匹配于该时隙的长度；
所述将一路物理层载荷解复用为多路物理层载荷按照时序周期循环进行；所述时序周期包括对应于解复用后各路物理层载荷的时隙，在每个时隙将解复用前码流长度匹配于该时隙长度的物理层载荷输出为对应的解复用后物理层载荷。
26.如权利要求21或22所述的以太网接入方法，其特征在于：所述将一路物理层载荷解复用为多路物理层载荷根据物理层载荷的数据帧中与接入节点具有对应关系的字段进行。
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