DE69637046T2

DE69637046T2 - Synchronisierung in einem digitalen übertragungsnetz

Info

Publication number: DE69637046T2
Application number: DE69637046T
Authority: DE
Inventors: John Alan Quayle
Original assignee: British Telecommunications PLC
Current assignee: British Telecommunications PLC
Priority date: 1995-06-27
Filing date: 1996-06-27
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2016-06-28
Also published as: EP1648105A3; CN1086878C; EP1648105A2; CA2224605C; AU711593B2; US6262997B1; AU6237096A; JPH11508736A; DE69637046D1; MX9800030A; WO1997001896A1; EP0835566B1; EP0835566A1; NZ311127A; CN1189267A; NO976082L; NO976082D0; CA2224605A1; KR19990028569A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Verfahren und Vorrichtungen für die Datensynchronisation in einem digitalen Kommunikationsnetz.
Bei der Telephonie über ein passives optisches Netz (TPON) werden die Daten von einer einzelnen Kopfstation oder zentralen Station (Vermittlungsstelle) als ein Strom von zeitmultiplexierten Datenrahmen (TDM-Datenrahmen) in der Abwärtsstreckenrichtung über ein verzweigtes Lichtleitfasernetz zu mehreren optischen Netzeinheiten (ONUs) oder Anschlüssen, typischerweise in den Räumlichkeiten der Kunden, "durch Rundfunk gesendet".
Unter Verwendung der TPON als ein Beispiel ist die Bereichswahl (ranging) ein bekannter Prozess, der einer ONU erlaubt, Daten in der Aufwärtsstrecke zu senden, z.B. unter Verwendung eines Zeitvielfachzugriff-Protokolls (TDMA-Protokolls), ohne dass sie durch Daten, die von anderen ONUs gesendet werden, verfälscht werden. Tatsächlich gleicht die Bereichswahl die Differenzen der Übertragungszeiten zwischen den ONUs und der Kopfstation aus, um zu verhindern, dass Daten von den ONUs, die sich aus Anforderungen von der Kopfstation ergeben, in der Kopfstation kollidieren.
Ein System für das Management des Datentransports, insbesondere für die TPON, in digitalen Kommunikationsnetzen, das einen Bereichswahlprozess enthält, ist im europäischen Patent EP 318 332 B1 des Anmelders beschrieben. In dem in diesem Patent beschriebenen System ist die Bandbreite in den Aufwärtsstrecken- und Abwärtsstreckenrichtungen in "Mehrfachrahmen" angeordnet, die 80 Grundrahmen (um Daten und Organisationsinformationen zu übertragen) und zwei Grundrahmen (den Bereichswahlschlitz) für die Bereichswahl umfassen. Die europäische Patentbeschreibung 0618444A betrifft ein ähnliches System, in dem jedoch Signale für die grobe Bereichswahl von einer Außenstation mit niedrigen Stärken während der Dauer eines vollständigen Mehrfachrahmens gesendet werden, aber in der Hauptstation nur während eines Bereichswahlfensters abgetastet werden, während dessen andere Außenstationen keine Daten senden. Die europäische Patentbeschreibung 061443A erörtert die Verwendung von quasi-überabgetasteten Bereichswahl-Bitmustern für diesen Zweck.
In dieser Beschreibung werden, wenn es aus Gründen der Klarheit notwendig ist, die Begriffe "Rahmen" und "Schlitz" austauschbar verwendet.
Beim Bereichswahlprozess wird die Umlaufzeit zwischen der Kopfstation und jeder ONU bestimmt, wobei eine programmierbare Übertragungszeitverzögerung zu jeder ONU hinzugefügt wird, sodass alle ONUs effektiv die gleiche Umlaufzeit besitzen. Typischerweise muss der Prozess innerhalb eines Datenbits genau sein.
Die Bereichswahl nimmt im Allgemeinen zwei Formen an: die grobe Bereichswahl und die feine Bereichswahl. Beide Formen der Bereichswahl verwenden einen dedizierten Bereichswahlschlitz (in der TPON stellt der Bereichswahlschlitz weniger als 2,5 % der verfügbaren Bandbreite des Systems dar). Die grobe Bereichswahl findet typischerweise statt, bevor die "Online"-Datenkommunikation zwischen der Kopfstation und einer ONU beginnen kann. Sobald die grobe Bereichswahl abgeschlossen ist, z.B. auf eine Genauigkeit von 50 ns für die TPON, wird die feine Bereichswahl begonnen, die die Genauigkeit bis zu innerhalb 5 ns (innerhalb 1 Bitperiode) bringt. Der Betrieb der feinen Bereichswahl wird dann während der normalen "Online"-Kommunikation fortgesetzt, um die Drift im optischen System auszugleichen. Im Kontext dieser Patentbeschreibung umfasst "online", wenn die Kommunikation zwischen Anwendern eines Kommunikationsnetzes z.B. durch Telephonie, Faksimile, Fernsehen usw. möglich ist. Die "Offline"-Kommunikation umfasst z.B. die Systemmanagementkommunikation zwischen Komponenten des Kommunikationsnetzes, z.B. die grobe Bereichswahl. Die Systemmanagementkommunikation, wie z.B. die feine Bereichswahl, ist außerdem während des Online-Betriebs möglich, z.B. unter Verwendung von dedizierten Steuerkanälen. Die Online-Kommunikation ist jedoch nicht möglich, wenn z.B. die erforderliche ONU oder die Kopfstation offline ist.
In der Praxis umfasst der Prozess der groben Bereichswahl typischerweise außerdem eine anfängliche "Pegeleinstellungs"-Prozedur, um einen geeigneten optischen Leistungspegel an der ONU aufzubauen. Für die Zwecke der Pegeleinstellung sendet die ONU in Reaktion auf ein Signal von der Kopfstation in jedem einer Folge von Bereichswahlschlitzen einen Impuls mit einer niedrigen optischen Leistung und vergrößert die optische Leistung, bis die Kopfstation einen Impuls innerhalb ihres Dynamikbereichs empfängt. Nur dann wird die Prozedur für die grobe Bereichswahl gestartet. Die Kombination der Pegeleinstellung und der Bereichswahl kann dazu führen, dass der Bereichswahlschlitz mehrmals durch dieselbe ONU verwendet wird, um ihre optische Leistung einzustellen und eine richtige Verzögerung zu erhalten. Für die Zweckmäßigkeit und wenn es nicht anders angegeben ist, sollten Bezugnahmen auf die grobe Bereichswahl beim Hochfahren als die Pegeleinstellung enthaltend ausgelegt werden.
Unter Verwendung der TPON als ein Beispiel würde für ein PON, das 128 ONUs besitzt und Mehrfachrahmen mit 10 ms Dauer implementiert, die 82 Grundrahmen mit 121,95 μs Dauer umfassen (nur zwei Grundrahmen in jedem Mehrfachrahmen sind der Bereichswahl zugeteilt), die Bereichswahl für alle ONUs unter der Voraussetzung von vier Bereichswahlschlitzen, um den Bereich einer ONU zu wählen, bis zu 5,12 Sekunden erfordern. Während etwa 5 Sekunden keine lange Zeit zu sein scheinen, kann eingesehen werden, dass sie z.B. nach einer physikalischen Neukonfiguration eines PON oder einem Absturz der Kopfstation, bevor die Kommunikation wieder aufgebaut werden kann, eine signifikante Zeitdauer ist, falls in Betracht gezogen wird, dass diese Zeit eine Ausfallzeit oder einen "Totbereich" des Netzes darstellt.
Vor kurzem ist das PON-Konzept erweitert worden, um optische Verstärkungsstufen in einen oder mehrere der Lichtleitfaserzweige eines PON aufzunehmen. SuperPONs besitzen eine weit größere Reichweite als ein Standard-PON und können etwa 3500 ONUs bedienen.
Bei der Anwendung der Werte des obigen Bereichswahl-Beispiels für die Bereichswahl eines SuperPON würde die Bereichswahl etwa 140 Sekunden erfordern. In der Realität würde die Bereichswahl für ein SuperPON viel länger dauern, wenn die größere Reichweite und folglich die größeren Umlaufverzögerungen des SuperPON berücksichtigt werden. In der Tat haben die Anmelder gezeigt, dass die Bereichswahl aller ONUs in einem SuperPON solange wie eine Stunde dauern kann, was als ein Totbereich gänzlich unannehmbar ist.
Gemäß einem ersten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Kommunikationsnetz, wie es im Anspruch 1 spezifiziert ist.
Die Erfindung besitzt einen Vorteil, dass die anfängliche Pegeleinstellung und Bereichswahl in der Hochfahrbetriebsart ausgeführt werden können, in der das Netz nicht auf die Verwendung eines Bereichswahlschlitzes alle n Schlitze eingeschränkt ist (wo wie im obigen Beispiel ein Bereichswahlschlitz durch zwei Grundrahmen dargestellt ist, wobei n 80 Grundrahmen darstellt, wobei im Ergebnis nur 1/40-tel der verfügbaren Rahmenzeit verwendet wird). Tatsächlich gibt es einen schnellen Austausch von Bereichswahlsignalen zwischen der zentralen Station und den Außenstationen, wobei im Ergebnis die Ausfallzeit des Netzes minimiert ist, falls ein ganzes Netz die Bereichswahl erfordert. In einer möglichen Ausführungsform der Erfindung würden unter Verwendung des obigen Beispiels als Grundlage in der zweiten Betriebsart die 80 Grundrahmen des Mehrfachrahmens durch 40 Bereichswahlrahmen ersetzt sein, was eine 40-fache Verkleinerung der für die Bereichswahl des ganzen Netzes notwendigen Zeit darstellt (d. h., die Bereichswahl könnte in etwa 128 ms ausgeführt werden). Ein Beispiel, wenn ein ganzes Netz die Bereichswahl benötigt, liegt in einem PON oder einem SuperPON vor, wenn eine Kopfstation ausfällt und eine Ersatzkopfstation "eingeschaltet" werden muss.
Die Erfindung führt das Konzept der schnellen Bereichswahl oder "Hochfahr"-Bereichswahl ein, bei dem der Bereich aller ONUs oder in der Tat anderer Typen der Außenstationen gewählt wird, bevor irgendeine "Online"-Kommunikation beginnen kann. Offensichtlich ist dieses Konzept nicht auf die TPON eingeschränkt, sondern es kann vielmehr auf jede Form des Rundfunkkommunikationsnetzes ange wendet werden, bei dem die schnelle Hochfahr-Bereichswahl wesentlich ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Übertragungswege durch ein PON bereitgestellt. Typischerweise umfassen die Zweige des PON Lichtleitfaser-Übertragungsleitungen, wobei die Aufteilungen durch passive optische m:n-Teiler bereitgestellt werden. Die m:n-Teiler besitzen einen Vorteil gegenüber 1:n-Teilern, dass mehrere (m) Eingänge eine oder mehrere Ersatzkopfstation(en) erlauben, was die Unverwüstlichkeit des Gesamtnetzes verbessert. Außerdem können einer oder mehrere der Lichtleitfaserzweige optische Verstärkungsmittel, z.B. einen Lichtleitfaserverstärker, umfassen oder enthalten. Eine derartige Verstärkung erweitert den Bereich und/oder die Aufteilungskapazität des optischen Netzes.
Der Fachmann auf dem Gebiet der digitalen Kommunikation wird erkennen, wie oben angegeben worden ist, dass die vorliegende Erfindung auf jeden Typ des Kommunikationsnetzes anwendbar ist, das eine oder mehrere Stationen, die Daten in Datenrahmen oder -schlitzen an mehrere Außenstationen durch Rundfunk senden, und Außenstationen, die zur zentralen Station zurück senden, besitzt. Derartige Netze können generisch als "Punkt-zu-Mehrpunkt"-Kommunikationsnetze bezeichnet werden. Das Bereichswahlverfahren könnte z.B. auf einen geostationären Satelliten angewendet werden, der die Abwärtsstreckendaten in Schlitzen an mehrere Bodenstationen durch Rundfunk sendet, wobei jede Bodenstation Daten in spezifischen Schlitzen in der Aufwärtsstrecke senden muss. In diesem Fall würde die Hochfahr-Bereichswahl erforderlich sein, um die entsprechenden Übertragungsverzögerungen zwischen jeder Bodenstation und dem Satelliten aufzubauen, bevor die Online-Kommuni kation beginnen könnte. Anschließend würde die feine Bereichswahl in der normalen Weise verwendet werden, um kleine Änderungen der Position des Satelliten auszugleichen. Die Übertragungswege würden in diesem Fall offensichtlich Sichtwege durch den Weltraum und die Erdatmosphäre sein. Ähnlich kann die Erfindung auf ein Szenario angewendet werden, das eine einzelne Bodenstation und mehrere Satelliten enthält.
Die Erfindung gilt offensichtlich außerdem für andere Konfigurationen des passiven optischen Netzes, z.B. ein optisches Sternnetz, und für elektrische Netze, z.B. Koaxial- oder Kupfer-Übertragungsnetze, oder für andere mögliche Kombinationen des Typs des Netzes oder des Übertragungsmediums.
In einer Form der Erfindung befindet sich eine Kopfstation z.B. in Verbindung mit mehreren Zwischenstationen, z.B. Verstärkerstationen, wobei die Zwischenstationen für die Bereichswahl ihrer eigenen Menge von Außenstationen, z.B. ONUs, verantwortlich sind. In diesem Fall würden innerhalb der Bedeutung der Erfindung die Zwischenstationen jede als eine zentrale Station für die Außenstationen in ihren separaten Netzen wirken. Ein System dieses Typs ist in der gleichzeitig anhängigen europäischen Patentanmeldung 94308676.9 des Anmelders, die der internationalen Veröffentlichung Nr. WO96/16490 entspricht, beschrieben.
Gemäß einem zweiten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Kommunikationsnetzes, wie es im Anspruch 6 spezifiziert ist.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun lediglich beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung ausführlicher beschrieben, worin:
1 eine graphische Darstellung ist, die die Struktur eines fortschrittlichen PON veranschaulicht;
2 ein Blockschaltplan ist, der das fortschrittliche PON nach 1 darstellt;
3 ein Ablaufdiagramm ist, das die Pipelinenatur der Hochfahr-Bereichswahl einer einzelnen ONU des fortschrittlichen PON nach 1 veranschaulicht; und
4 die Datenfolge von der Kopfstation zu einer ONU zeigt, um die Hochfahr-Bereichswahl auszuführen.
Die folgende Beschreibung betrachtet die Hochfahr-Bereichswahlprozedur gemäß der vorliegenden Erfindung eines fortschrittlichen PON.
Der Fachmann wird erkennen, dass die Hochfahr-Bereichswahl unabhängig davon ist, wie das Management der nachfolgenden Online-Datenkommunikation ausgeführt wird. Die Online-Kommunikation kann z.B. die TPON sein, deren Management ausgeführt werden kann, wie im europäischen Patent 0318332 des Anmelders, auf das oben Bezug genommen worden ist, beschrieben ist, oder sie könnte in einem PON, das auf einer asynchronen Übertragungsbetriebsart basiert, (APON) erfolgen, wie es im an den Anmelder erteilten europäischen Patent 337619B1 beschrieben ist.
1 zeigt eine schematische graphische Darstellung eines fort schrittlichen PON, in dem die Hochfahr-Bereichswahl implementiert sein könnte. Das Netz erreicht den Duplexbetrieb unter Verwendung paralleler Aufwärtsstrecken- und Abwärtsstrecken-Simplexwege. Die Verwendung getrennter Aufwärtsstrecken- und Abwärtsstreckenwege ist technisch die einfachste Lösung für den Duplexbetrieb, weil es zwischen den Aufwärtsstrecken- und Abwärtsstreckenkanälen kein Nebensprechen gibt. Die Verwendung paralleler Netze zieht jedoch zusätzliche Kosten nach sich, die auf den Bedarf an der doppelten Menge von Lichtleitfasern im PON im Vergleich zu einer einzelnen Faser, z.B. der WDM-Anordnung, bei der sich die Aufwärtsstrecken- und Abwärtsstreckenkanäle in entgegengesetzten Richtungen mit verschiedenen Wellenlängen über dieselben Lichtleitfasern fortpflanzen, zurückzuführen sind.
Das fortschrittliche PON umfasst eine Kopfstation 10, ein Zubringernetz 11, ein Verteilernetz 13 und die Kunden-ONUs 15, von denen um der Klarheit willen nur eine gezeigt ist. Das Zubringernetz 11 umfasst Abwärtsstrecken- und Aufwärtsstrecken-Zubringer, auf die mit 12 bzw. 14 Bezug genommen wird, die die Reichweite des PON erweitern. Ein optischer Verstärker 16 und eine Verstärkerstation 18 sind im Zubringernetz 11 enthalten, um dem PON zu ermöglichen, eine große Aufteilung an potentiell viele Tausende von ONUs und eine lange Reichweite, die sich potentiell über viele Hunderte von Kilometer erstreckt, zu besitzen.
Der Abwärtsstreckenverstärker 16 ist ein Erbium-dotierter Faserverstärker eines bekannten Typs. Eine digitale Verstärkerstation 18 in der Aufwärtsstrecke wird verwendet, um das Rauschen zu verringern, das in der Aufwärtsstrecke gesendet wird. Der Abwärtsstrecken-Datentransport ist ein TDM-Signal, während der Aufwärtsstre cken-Datentransport ein TDMA ist, wobei die Daten paketiert sind.
2 zeigt einen Blockschaltplan der funktionalen Elemente, die für die Hochfahr-Bereichswahl in einer PON-Kopfstation 10 und in einer einzelnen ONU 15 verwendet werden. Die Kopfstation 10 umfasst drei Abschnitte, nämlich einen Aufwärtsstreckenabschnitt 20, einen Bereichswahl-Steuerabschnitt 22 und einen Abwärtsstreckenabschnitt 24.
Der Aufwärtsstreckenabschnitt umfasst einen Photoempfänger 206 und einen Demultiplexer 204, der mit dem Photoempfänger verbunden ist. Der Photoempfänger 206 empfängt optische Aufwärtsstreckendaten von der ONU 15, die er in ein elektrisches Signal umsetzt. Das elektrische Signal wird zum Demultiplexer 204 weitergeleitet, der die Datenkanäle von verschiedenen ONUs trennt.
Der Bereichswahl-Steuerabschnitt 22 umfasst eine Bereichswahl-Steuereinheit 224, mit der ein Zähler 226 und ein Bereichswahl-Impulsdetektor 222 verbunden sind. Das demultiplexierte Signal vom Demultiplexer 204 wird zum Bereichswahl-Impulsdetektor 222 im Bereichswahl-Steuerabschnitt 22 der Kopfstation 10 weitergeleitet. Während der anfänglichen Hochfahr-Bereichswahl sind die einzigen Daten, die empfangen werden, die Bereichswahlimpulse von den ONUs, wobei folglich der Detektor 222 nur in der Lage sein muss, einen elektrischen Impuls zu erfassen. Es könnte z.B. eine einfache Triggerschaltung sein.
Einen Erfassungssignal, das vom Bereichswahl-Impulsdetektor 222 erzeugt wird, wenn er einen Bereichswahlimpuls empfängt, wird zur Bereichswahl-Steuereinheit 224 weitergeleitet. Die Bereichswahl- Steuereinheit 224 empfängt außerdem ein Taktsignal vom Zähler 226.
Der Abwärtsstreckenabschnitt 24 enthält einen Multiplexer 242 und einen Laser-Sender 244, der mit dem Multiplexer 242 verbunden ist. Der Multiplexer ist außerdem mit der Bereichswahl-Steuereinheit 224 verbunden. Der Multiplexer kombiniert die elektrischen Abwärtsstrecken-Datenkanäle von einem (nicht gezeigten) Fernnetz und einen von der Bereichswahl-Steuereinheit 224 empfangenen elektrischen Bereichswahl-Steuerkanal. Der Laser-Sender 244 sendet das elektrisch multiplexierte Signal als ein optisches Signal auf der Abwärtsstrecke.
Die ONU 15 umfasst drei Abschnitte, die tatsächlich zu den Abschnitten in der Kopfstation 10 ähnlich sind. Die drei Abschnitte sind ein Abwärtsstreckenabschnitt 26, ein Bereichswahl-Steuerabschnitt 28 und ein Aufwärtsstreckenabschnitt 29.
Der ONU-Abwärtsstreckenabschnitt 26 enthält einen Photoempfänger 262, einen Demultiplexer 264, der mit dem Photoempfänger 262 verbunden ist, einen Rahmenwortsynchronisations-Detektor 266, der mit dem Demultiplexer 264 verbunden ist, und eine Bereichswahl-Kanalauswahleinrichtung 268, die mit dem Rahmenwortsynchronisations-Detektor 266 verbunden ist und die außerdem mit dem Demultiplexer 264 verbunden ist.
Ein in ein elektrisches Signal umgesetztes optisches Signal vom Photoempfänger 262 wird zum Demultiplexer 264 weitergeleitet. Das demultiplexierte Signal wird zum Rahmensynchronisationswort-Detektor 266 weitergeleitet, der ein Rahmensynchronisationswort in einem Rahmensynchronisationskanal identifiziert, das durch die Kopfstation 10 in allen Abwärtsstrecken-Übermittlungen erzeugt wird. Die Bereichswahl-Kanalauswahleinrichtung 268 wählt aus dem demultiplexierten Signal den Bereichswahl-Steuerkanal aus, der durch die Bereichswahl-Steuereinheit 224 der Kopfstation erzeugt wird. Diese Auswahl wird möglich gemacht, weil die Position des Bereichswahlkanals in Bezug auf den Rahmensynchronisationskanal eine vorgegebene Beziehung besitzt, die in die Bereichswahl-Kanalauswahleinrichtung programmiert ist.
Der Bereichswahl-Steuerabschnitt 28 umfasst eine Bereichswahl-Steuereinheit 284, die mit der Bereichswahl-Kanalauswahleinrichtung 268 verbunden ist, einen Zähler 282, der mit der Bereichswahl-Steuereinheit 284 in Verbindung steht, und einen Bereichswahl-Impulsgenerator 286, der sowohl mit dem Zähler 282 als auch der Bereichswahl-Steuereinheit 284 verbunden ist.
Im Bereichswahl-Steuerabschnitt 28 der ONU werden die Bereichswahlinformationen im ausgewählten Bereichswahlkanal durch die Bereichswahl-Steuereinheit 284 empfangen. Die Bereichswahl-Steuereinheit 284 steuert eine Zähler-Rücksetzleitung 285, die mit dem Zähler 282 verbunden ist. Der Zähler 282 befindet sich mit dem Kopfstations-Zähler 226 in Synchronisation. Die Synchronisation wird unter Verwendung einer (nicht gezeigten) einfachen elektrischen Schaltungsanordnung erreicht, die die Bitinversionen im Abwärtsstrecken-Datensignal erfasst. Der Bereichswahl-Impulsgenerator 286 wird durch die Bereichswahl-Steuereinheit 284 gesteuert, wobei er seine Taktung vom Zähler 282 empfängt, wie im Folgenden beschrieben ist.
Der ONU-Aufwärtsstreckenabschnitt 26 umfasst einen Multiplexer 264, der mit einem (nicht gezeigten) Paketierer und dem Bereichswahl-Impulsgenerator 286 verbunden ist, und einen Laser-Sender 262, der mit dem Multiplexer verbunden ist.
Im ONU-Aufwärtsstreckenabschnitt 29 kombiniert der Multiplexer 292 einen durch den Bereichswahl-Impulsgenerator 286 bereitgestellten Bereichswahlimpuls mit den Aufwärtsstrecken-Datenkanälen vom (nicht gezeigten) Paketierer. Die Daten werden durch den Laser-Sender 292 in der Aufwärtsstrecke gesendet.
Die Zähler 226 und 282 sind beschaffen, dass sie gleiche feste Zählperioden besitzen, wobei sie während dieser Zeit akkumulieren oder zählen. Am Anfang jeder Periode werden die Zähler auf null zurückgesetzt. Die festen Perioden sind beschaffen, dass sie wenigstens so groß wie die maximale Umlaufverzögerung zwischen der Kopfstation 10 und der ONU 15 sind. Die maximale Umlaufverzögerung für ein 300-km-SuperONU beträgt z.B. 3 ms, wobei in diesem Fall die Zählperiode für beide Zähler auf 3 ms gesetzt sein würde. Typischerweise erhalten beide Zähler ihre Taktung von einem (nicht gezeigten) Systemtakt, der das ganze Netz synchronisiert. Der Systemtakt läuft jedoch bei einer weit höheren Bitrate, z.B. bis zu 1,2 Gbit/s, als die, die für die Zähler erforderlich ist, wobei deshalb die Zählerate auf eine Zählung von 1,2/n Gbit/s herunter geteilt wird, wobei n ein ganzzahliger Wert ist.
Die Anzahl der Zählwerte pro Periode bestimmt die Genauigkeit des Hochfahr-Bereichswahlprozesses. 125000 Zählwerte pro Periode ermöglichen z.B. eine Genauigkeit der Hochfahr-Bereichswahl auf 16 Bits (unter der Voraussetzung eines 2-Mbit/s-Bereichswahlka nals), wobei in diesem Fall der Wert von n 9600 beträgt.
Ein Beispiel der Hochfahr-Bereichswahlprozedur wird nun unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm nach 3 beschrieben. In 3, die nicht maßstabsgerecht ist, wird angenommen, dass die Kopfstations- und ONU-Zähler 226 und 286 synchron, aber nicht zueinander phasengleich sind.
Für die Einfachheit wird ein beliebiger Zählzyklus von 100 Zählwerten pro Periode verwendet, um zu demonstrieren, wie die Hochfahr-Bereichswahl ausgeführt wird.
Im Punkt A (in 3) sendet die Bereichswahl-Steuereinheit 224 der Kopfstation ein Bereichswahl-Steuersignal (dessen Form im Folgenden ausführlicher beschrieben ist) an den Abwärtsstrecken-Abschnitt 24 der Kopfstation 10, damit es in einem multiplexierten Abwärtsstreckensignal zur ONU 15 weitergeleitet wird.
Das multiplexierte Signal wird durch den Photoempfänger 292 in der ONU 15 empfangen. Das Bereichswahl-Steuersignal wird durch die Bereichswahl-Kanalauswahleinrichtung 268 extrahiert und zur Bereichswahl-Steuereinheit 284 der ONU weitergeleitet, die das Signal im Punkt B empfängt.
Das Bereichswahl-Steuersignal setzt die Bereichswahl-Steuereinheit 284 der ONU in ihre Bereichswahlbetriebsart.
Die Bereichswahl-Steuereinheit 284 der ONU befiehlt dem Bereichswahl-Impulsgenerator 286, über den Aufwärtsstreckenabschnitt 29 der ONU 15 einen Bereichswahlimpuls zur Kopfstation 10 zurückzu senden. Der Bereichswahl-Impulsgenerator 286 erwartet das nächste Rücksetzen (oder den Null-Zählwert) des Zählers 282, wobei er im Punkt C den Bereichswahlimpuls erzeugt, der zur Kopfstation 10 gesendet werden soll.
Beim Empfang des Bereichswahlimpulses signalisiert der Bereichswahl-Impulsdetektor 222 im Punkt D der Bereichswahl-Steuereinheit 224, dass der Bereichswahlimpuls angekommen ist.
Die Bereichswahl-Steuereinheit 224 ordnet die Ankunft des Impulses (Punkt D) einem Zählwert τ vom Zähler 226 zu. Der Zählwert τ im Punkt D ist gleich der Anzahl der Zählwerte, um die die Sendung durch die ONU 15 verzögert sein sollte, um zu sichern, dass ein bei einem Zählwert von null im Zähler 282 von der ONU gesendeter Impuls die Kopfstation 10 bei einem Zählwert von null des Zählers 226 erreicht.
Um eine derartige Verzögerung zu verursachen, stellt die Bereichswahl-Steuereinheit 224 der Kopfstation im Punkt E eine Nachricht bereit, die zur Bereichswahl-Steuereinheit 284 der ONU zu senden ist, die die Bereichswahl-Steuereinheit der ONU informiert, die Aufwärtsstrecken-Sendung um den geeigneten Wert τ zu verzögern.
Die Nachricht von der Bereichswahl-Steuereinheit 224 der Kopfstation wird im Punkt F durch die Bereichswahl-Steuereinheit 284 der ONU empfangen. Das nächste Mal, wenn der Zähler 282 im Punkt G auf null zurückgesetzt werden sollte, signalisiert die Bereichswahl-Steuereinheit 284 dem Zähler 282, sich auf einen Zählwert von τ zurückzusetzen und folglich eine Zählverzögerung von τ zu schaffen.
Folglich sollte das nächste Mal, wenn ein Bereichswahlimpuls durch die ONU 15 bei einem Zählerwert von null, Punkt H, des Zählers 282 gesendet wird, der Impuls im Punkt I an der Kopfstation 10 ankommen, wenn sich der Kopfstations-Zähler 226 ebenfalls auf null befindet.
In Übereinstimmung mit dem obigen Bereichswahlprozess kann der Bereich einer ONU in einem 300-km-SuperPON in so wenig wie 12 ms eingestellt werden.
Für 3500 ONUs würde dies die vollständige Bereichswahl beim Ignorieren der Pegeleinstellung in gerade 30 über Sekunden erlauben.
In der Praxis kann das System nicht als rauschfrei angenommen werden, wobei Kontrollen ausgeführt werden sollten. Dies könnte den Bereichswahlzyklus einer einzelnen ONU auf 15 ms verlängern, was die Gesamtzeit für die Bereichswahl auf gerade unter 1 min vergrößert. Um die Bereichswahl in dieser Zeit auszuführen, ist alle verfügbare Aufwärtsstreckenbandbreite erforderlich, d. h., es kann in der Aufwärtsstrecke kein Datenverkehr übertragen werden.
4 veranschaulicht den Informationsrundfunk durch eine Kopfstation, um die Hochfahr-Bereichswahl zu beginnen. Es sollte daran gedacht werden, dass kein Online-Datenaustausch stattfindet und dass sich alle ONUs im PON in einer Bereitschaftsbetriebsart befinden und auf eine Rundfunksendung von der Kopfstation "hören".
Die durch die Bereichswahl-Steuereinheit erzeugten Informationen enthalten ein 2-Byte-Feld 50, das eine ONU-Adresse enthält, die die ONU identifiziert, deren Bereich eingestellt werden soll, und ein 2-Byte-Feld 52, das alle ONUs als einen Steuerbefehl für den "Start der Bereichswahl" erkennen. Alle ONUs empfangen diese Rundfunkinformationen, aber nur die eine, die in dem Adressenfeld identifiziert ist, reagiert durch das Zurücksenden eines Bereichswahlimpulses. Nachdem die Kopfstelle 10 die ONU-Adresse und den Bereichswahlbefehl gesendet hat, wartet sie auf ein Rücksignal. Die Wartezeit ist als eine Leerlaufzeit 54 bekannt, weil die Kopfstation nichts tut, selbstverständlich sofern keine Antwort innerhalb einer vorgegebenen "Ausfall"-Zeit erfolgt.
Beim Empfang des Bereichswahlimpulses berechnet die Bereichswahlsteuerung 224 der Kopfstation den Betrag der erforderlichen Verzögerung, wobei sie dann dieselbe ONU in einem weiteren 2-Byte-Adressenfeld 56 adressiert, dem ein 2-Byte-Rücksetzwertfeld 58 folgt, das die Verzögerung τ in der Anzahl der Zählwerte enthält. Die Bereichswahlprozedur kann für dieselbe ONU wiederholt werden, um zu überprüfen, dass die richtige Zählersynchronisation erreicht worden ist.
Sobald die Kopfstation 10 überzeugt davon ist, dass der Bereich einer ONU eingestellt worden ist, wird die nächste ONU adressiert.
Wenn für alle ONUs die Hochfahr-Bereichswahl erfolgreich ausgeführt worden ist, können die feine Bereichswahl, falls es erforderlich ist, und die Online-Datenkommunikation, die die feine verbessernde Bereichswahl enthält, weitergehen, wie z.B. im europäischen Patent EP 318 332 B1 des Anmelders beschrieben ist, auf das oben Bezug genommen worden ist.
Obwohl 2 ein System darstellt, das für die Hochfahr-Bereichswahl gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet ist, werden die Aufwärtsstrecken- und Abwärtsstreckenabschnitte 20 und 24 der Kopfstation und die Abwärtsstrecken- und Aufwärtsstreckenabschnitte 26 und 28 der ONU sowohl für die Hochfahr-Bereichswahl als auch die nachfolgende Offline- und Online-Kommunikation verwendet. Die Bereichswahl-Steuerabschnitte 22 und 28 werden jedoch mit Ausnahme des Zählers 282 im Wesentlichen nur für die Zwecke der Hochfahr-Bereichswahl verwendet. Die Bereichswahl-Steuereinheiten 224 und 284 könnten in Software in geeignet programmierbaren Computern verwirklicht sein. Die hohe Geschwindigkeit der beteiligten Kommunikation würde jedoch typischerweise die Verwendung von kundenspezifischen Hardware-Schaltungen rechtfertigen (obwohl sie nicht so hoch wie die Hauptdatenraten der Aufwärtsstrecke und Abwärtsstrecke ist).
Der Zähler 282 besitzt eine (nicht gezeigte) weitere Verbindung mit einer (nicht gezeigten) Aufwärtsstrecken-Ablaufsteuerung in der ONU. Sobald die Hochfahr-Bereichswahl abgeschlossen ist, empfängt die Aufwärtsstrecken-Ablaufsteuerung den Zählwert vom Zähler 282 in Kombination mit irgendeiner anderen Bereichswahl, z.B. der feinen Bereichswahl. Die Ablaufsteuerung puffert die Aufwärtsstreckendaten und leitet sie zum Multiplexer 294 weiter, damit sie zum richtigen Zeitpunkt in der Aufwärtsstrecke gesendet werden. Typischerweise werden die Daten mit einem festen Versatz, der für jede ONU verschieden ist, vom Null-Zählwert des Zählers 282 in der Aufwärtsstrecke gesendet. Der Versatz für jede ONU wird durch die Kopfstation bestimmt.
Das oben beschriebene Verfahren und die oben beschriebene Vor richtung spiegeln eine einfache Ausführungsform wieder, wie die Hochfahr-Bereichswahl ausgeführt werden kann. Die Lehre in der Beschreibung kann von einem Fachmann angepasst werden, um vielen Varianten der Erfindung zu entsprechen. Die Synchronisation kann z.B. unter Verwendung eines Synchronisations-Referenzsignals von der Kopfstation erreicht werden, anstatt auf die Notwendigkeit angewiesen zu sein, den ONU-Zähler mit dem Kopfstationszähler zu synchronisieren. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass die vorliegende Beschreibung nur eine der einfachsten Arten widerspiegelt, um die Hochfahr-Bereichswahl auszuführen.
Der Fachmann wird erkennen, dass, während das vorangehende Beispiel der Hochfahr-Bereichswahl für ein digitales Kommunikationsnetz spezifisch ist, das ein PON enthält, das in dieser Beschreibung ausführlich beschriebene Konzept der Hochfahr-Bereichswahl auf jede Form des Netzes angewendet werden kann, das eine zentrale Station enthält, die Informationen zu mehreren Außenstationen durch Rundfunk sendet, wobei die Kommunikation der Außenstationen mit der zentralen Station für die anfängliche Synchronisation unter Verwendung der Hochfahr-Bereichswahl zugänglich ist.

Claims

Kommunikationsnetz, das eine zentrale Station (10) und mehrere Außenstationen (15), die Signale auf einem Aufwärtsstreckenkanal (14) zu der zentralen Station unter Verwendung des Zeitvielfachzugriffs (TDMA) senden und Signale auf einem Abwärtsstreckenkanal (12) von der zentralen Station unter Verwendung des Zeitmultiplex (TDM) empfangen, umfasst, wobei jede Außenstation (15) Zeitgebermittel (22) besitzt, um ihre Sendungen mit einer Zeiteinstellung zu versehen, die durch eine Bereichswahloperation für diese Station bestimmt ist, um unterschiedliche Sendeverzögerungen von den Außenstationen zu der zentralen Station auszugleichen, wobei das Netz (a) in einer Funktionsbetriebsart betreibbar ist, in der die Außenstationen (15) zu der zentralen Station (10) in einer Rahmenstruktur senden, die mehrere Rahmen, die Verkehrsdaten enthalten, und wenigstens einen Rahmen für Bereichswahloperationen besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass das Netz (b) in einer Hochfahrbetriebsart betreibbar ist, in der Bereichswahloperationen ausgeführt werden und in der Außenstationen, in Bezug auf die die Bereichswahloperation ausgeführt worden ist, das Senden von Verkehrsdaten unterlassen, bis die Bereichswahloperation bezüglich weiterer Außenstationen ausgeführt worden ist, wodurch die Kapazität des Aufwärtsstreckenkanals (14) verfügbar gemacht wird, um häufigere Bereichswahloperationen zuzulassen, als es in der Funktionsbetriebsart möglich wäre.
Kommunikationsnetz nach Anspruch 1, bei der die zentrale Station (10) umfasst: Mittel (24) zum Senden eines ersten Signals an eine gegebene Außenstation (15); und Mittel (22), die in Reaktion auf den Empfangszeitpunkt eines zweiten Signals von der Außenstation die Zeitdifferenz zwischen der Ist-Empfangszeit des zweiten Signals und einer Soll-Empfangszeit bestimmen und zu der Außenstation ein drittes Signal senden, das die Differenz angibt, wobei jede Außenstation umfasst: Mittel (26, 28), die in Reaktion auf den Empfang des ersten Signals das zweite Signal zu einem Referenzzeitpunkt senden; und Mittel (224), die in Reaktion auf das dritte Signal den Referenzzeitpunkt in der Weise ändern, dass nachfolgende Signale von der Außenstation (15) zu dem Soll-Zeitpunkt ankommen.
Netz nach Anspruch 2, bei dem die zentrale Station (10) einen periodischen Zähler (226) besitzt; jede Außenstation (15) einen periodischen Zähler (282) besitzt, der so beschaffen ist, dass er mit dem Zähler der zentralen Station synchronisiert ist, und in jeder Außenstation die Mittel zum Ändern des Referenzzeitpunkts so betreibbar sind, dass sie die Phase des periodischen Zählers (282), der dieser Außenstation zugeordnet ist, in Bezug auf die Phase des periodischen Zählers (226), der der zentralen Station (10) zugeordnet ist, um einen durch das dritte Signal bestimmten Betrag ändern.
Netz nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die Kanäle durch ein passives optisches Netz (10, 11, 13, 15) gegeben sind.
Netz nach Anspruch 4, bei dem das passive optische Netz we nigstens einen Lichtleitfaserzweig umfasst, der optische Verstärkungsmittel (16, 18) enthält.
Verfahren zum Betreiben eines Kommunikationsnetzes, das eine zentrale Station (10) und mehrere Außenstationen (15) enthält, wobei das Verfahren umfasst: Senden von Signalen auf einem Aufwärtsstreckenkanal (14) von den Außenstationen (15) zu der zentralen Station (10) unter Verwendung des Zeitvielfachzugriffs (TDMA) und Senden von Signalen auf einem Abwärtsstreckenkanal (12) von der zentralen Station (10) zu den Außenstationen (15) unter Verwendung des Zeitmultiplex (TDM) und Ausführen von Bereichswahloperationen, um Zeiteinstellungen zu bestimmen, mit denen die Außenstationen ihre Sendungen beaufschlagen, um unterschiedliche Sendeverzögerungen von den Außenstationen zu der zentralen Station auszugleichen, wobei das Verfahren den folgenden Schritt umfasst: (a) in einer Funktionsbetriebsart Senden von den Außenstationen (15) zu der zentralen Station (10) in einer Rahmenstruktur, die mehrere Rahmen, die Verkehrsdaten enthalten, und wenigstens einen Rahmen für Bereichswahloperationen besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den folgenden weiteren Schritt umfasst: (b) in einer Hochfahrbetriebsart Ausführen von Bereichswahloperationen und Unterlassen des Sendens von Verkehrsdaten von den Außenstationen (15), in Bezug auf die die Bereichswahloperation ausgeführt worden ist, bis die Bereichswahloperation in Bezug auf weitere Außenstationen ausgeführt worden ist, wodurch auf dem Aufwärtsstreckenkanal (14) eine Kapazität verfügbar gemacht wird, die häufigere Bereichswechseloperationen zulässt, als es in der Funktionsbetriebsart möglich wäre.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Bereichswahloperation die folgenden Schritte umfasst: a. Senden eines ersten Signals von der zentralen Station (10) zu einer gegebenen Außenstation, um die Außenstation dazu zu veranlassen, ein zweites Signal zu einem Referenzzeitpunkt zu der zentralen Station (10) zurückzuleiten; b. Empfangen des zweiten Signals bei der zentralen Station (10), Bestimmen der Zeitdifferenz zwischen der Ist-Empfangszeit des zweiten Signals und einer Soll-Empfangszeit und Erzeugen eines dritten Signals, um die Außenstation (15) dazu zu veranlassen, den Referenzzeitpunkt in der Weise zu ändern, dass nachfolgende Signale von der Außenstation zu dem Soll-Zeitpunkt ankommen, wobei die Operation für jede Außenstation (15) im Netz wiederholt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die zentrale Station (10) einen periodischen Zähler (226) besitzt und jede Außenstation (15) einen periodischen Zähler (282) besitzt, der mit dem Zähler (226) der zentralen Station synchronisiert ist, und die Änderung des Referenzzeitpunkts für irgendeine Außenstation durch Ändern der Phase des periodischen Zählers (282), der dieser Außenstation (15) zugeordnet ist, relativ zu der Phase des periodischen Zählers (226), der der zentralen Station (10) zugeordnet ist, bewerkstelligt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, bei dem die Kanäle durch ein passives optisches Netz (10, 11, 13, 15) gegeben sind.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das passive optische Netz wenigstens einen Lichtleitfaserzweig umfasst, der optische Verstärkungsmittel (16, 18) enthält.