专利名称：支持epon无线接入的mac协议帧结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤-无线混合宽带接入网络技术领域，尤其是一种光纤-无线混合宽带接入网络的支持EPON无线接入的MAC协议帧结构。
背景技术：
随着互联网用户的不断增长，宽带接入网服务成为IT产业的一个新的经济增长点。尤其是，随着VoIP (IP网络上传送语音)、IPTV (IP电视)、VoD (视频点播)和网络会议等新型网络业务的发展，用户对接入网的带宽能力和灵活的接入方式提出了更高的要求。EPON(以太网无源光网络)是一种点到多点拓扑结构的光接入网技术。与目前用户普遍使用的ADSL(非对称数字用户线)技术相比，EPON具有显著的接入带宽优势和数据透明性。WiFi (Wireless Fidelity)，即IEEE802. 11协议，是一种短程无线传输技术。目前，WiFi作为一种优秀的无线接入网技术，已经在局域网领域得到了非常广泛的应用。因此，光纤-无线混合宽带接入网实现EPON的无线宽带接入方式，既能利用了EPON的带宽优势，又吸收了 WiFi的灵活接入优势，从而让用户在享受高速光纤带宽的同时，还能真正实现移动办公和娱乐，满足用户个性化的需求。然而由于光纤-无线混合宽带接入网是近年来提出的新型光通信网络结构，IEEE802. 3ah定义的EPON层次模型和IEEE802. 11定义的WLAN层次参考模型有一定的区别，因此现有的EPON有线接入MAC协议帧结构不再适用于光纤-无线混合宽带接入网，无法实现EPON的宽带无线接入服务。目前，从各类文献中，已经查阅到的与本发明最接近的已有技术是由江苏大学硕士学位论文《基于EPON MAC协议无线接入的研究》(柳林锋，2010)中提出的MAC层无线接入协议方案，然而该方案设计没有考虑无线接入所需要的OAM管理帧的设计，因此不能高效合理的支持EPON的宽带无线接入服务。
发明内容
为了克服已有支持EPON无线接入的MAC协议技术的不能EPON的实现宽带无线接入、实用性较差的不足，本发明提供一种高效合理的支持EPON的宽带无线接入服务、实用性良好的支持EPON无线接入的MAC协议帧结构。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种支持EPON无线接入的MAC协议帧结构，所述MAC协议帧结构包括MAC控制帧，用于避免来自不同无线接入终端的上行数据流在复用时发生冲突，解决共享光纤的上行冲突问题，实现OLT和ONU之间无线数据的有效传输和实现EPON无线接入的启动注册、时隙分配和时间同步；OAM管理帧，用于在光纤-无线混合宽带接入网中，完成OLT和ONU之间无线业务的分析、预测和配置； EPON数据帧，满足IEEE802. 11无线传输的协议要求，通过ONU逻辑链路标识和无线用户终端标识，实现数据广播式下行传输。进一步，所述MAC控制帧包含5个控制帧，用于在OLT和融合型ONU之间进行无线数据的交互，它们是授权帧、报告帧、注册请求帧、注册帧和注册确认帧。各个控制帧的长度都为72字节。再进一步，所述OAM管理帧包含的控制和状态信息用于测试、管理和诊断已经被激活的OAM功能的无线数据链路，OAM管理帧的长度为72字节到15 字节。更进一步，所述EPON数据帧的长度为72字节到15 字节。所述MAC协议帧结构还包括MAC协议层，所述MAC协议层包括MAC控制子层、OAM管理子层和MAC子层，MAC协议层位于数据链路层的下部，介于逻辑链路控制子层和物理层之间。本发明的技术构思为本发明提出一种适合EPON宽带无线接入的MAC协议，将WLAN中相关的MAC控制帧、OAM管理帧和数据帧结构内容添加到现有的EPON有线接入MAC帧结构中去，融合成适合EPON无线数据传输的MAC帧结构，以适用于ONU的软件体系，实现EPON的宽带无线接入的目的。本发明的有益效果主要表现在在现有的EPON MAC帧格式的基础上，通过添加WLAN中相关的MAC控制帧、OAM管理帧和数据帧结构内容组成的适合EPON无线数据传输的MAC帧结构，实现了 EPON的宽带无线接入。而且，本发明所涉及的帧结构内容是立足于现有EPON MAC帧格式的研究成果基础上，不存在不可克服的技术风险。因此具有相当好的应用前景。
图1是MAC控制帧结构部分中授权(GATE)帧结构图；图2是MAC控制帧结构部分中报告(REPORT)帧结构图；图3是MAC控制帧结构部分中注册请求(REGISTER_REQ)帧结构图；图4是MAC控制帧结构部分中注册(REGISTER)帧结构图；图5是MAC控制帧结构部分中注册确认(REGISTER_ACK)帧结构图；图6是OAM管理帧结构图；图7是EPON数据帧结构图；图8是MAC协议工作流程图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步描述。参照图1 图8，一种支持EPON无线接入的MAC协议帧结构，所述MAC协议帧结构包括MAC控制帧，用于避免来自不同无线接入终端的上行数据流在复用时发生冲突，解决共享光纤的上行冲突问题，实现OLT和ONU之间无线数据的有效传输和实现EPON无线接入的启动注册、时隙分配和时间同步；OAM管理帧，用于在光纤-无线混合宽带接入网中，完成OLT和ONU之间无线业务的分析、预测和配置；
EPON数据帧，满足IEEE802. 11无线传输的协议要求，通过ONU逻辑链路标识和无线用户终端标识，实现数据广播式下行传输。图1是MAC控制帧结构部分中授权(GATE)帧结构图。授权帧的作用是为所有未注册和单一的已注册的ONU分配发送授权。前导码中包含LLID和SSID，其中LLID是EPON系统分配给各个ONU的一种逻辑链接的数学标识，不同ONU通过LLID进行区别，每个ONU只在属于自己的逻辑链路上与OLT进行通信；SSID是EPON无线接入系统分配给无线用户终端的一种数学标识，同样道理不同无线用户通过SSID进行区别。要说明的是图2、图3、图4、图5、图6和图7中的前导码格式内容和功能都与图1中的前导码相一致，因此不要重复叙述。授权数目/标识包含了具体的授权数目和其他信息，一个授权帧最多容纳4个授权数目。授权起始时间表示可以何时打开ONU的激光器。授权长度表示ONU传输无线数据时的时隙长度。图2是MAC控制帧结构部分中报告(REPORT)帧结构图。报告帧的作用是在无线数据传输时向OLT报告ONU的本地队列信息。队列长度为2字节，因此最多可以上报8个队列，该域表示的是发送无线队列数据所需要的发送窗口大小。同时队列集数目完全依赖所上报的队列数。图3是MAC控制帧结构部分中注册请求(REGISTER_REQ)帧结构图。注册请求帧的作用是对未注册的融合型ONU的注册请求的响应；同时对已注册的ONU的取消注册请求的响应。Flags域标识表明是未注册ONU的注册请求还是已注册ONU的取消注册请求。悬挂授权是向OLT表明可以授权的缓存容量，如果某个授权超过了该缓存容量，则该授权将会被丢弃。图4是MAC控制帧结构部分中注册(REGISTER)帧结构图。注册帧的作用是对所请求的未注册ONU的注册，包含了对该ONU分配独立的LLID和对无线用户终端分配独立的SSID。分配端口将携带所分配的LLID和SSID，一旦与OLT的响应端口相匹配，那么相应的无线数据传输的逻辑链路就建立起来了。图5是MAC控制帧结构部分中注册确认(REGISTER_ACK)帧结构图。注册确认帧的作用是向OLT确认注册过程。Flags域标识表明注册过程是失败的还是成功的。图6是OAM管理帧结构图。OAM管理帧的作用主要是完成无线数据传输过程中对数据链路的性能检测、异常通知和远端环回等功能。类型域占2个字节，为16进制的88-09，表明是慢协议帧；当子类型域为3时代表的是OAM报文。编码域的长度为8位，当其值为00时，标识的是信息帧；当值为01时，标识的是事件指示帧；当值为02时，标识的是变量请求帧；当值为03时，标识的是变量响应帧；当值为04时，标识的是回环控制帧。图7是EPON数据帧结构图。本发明中的适合EPON宽带无线接入的数据帧与普通的以太网帧结构相比，在帧内容上主要是多了帧控制(FC)、预留时间(DT)、序列控制(SC)和功率控制(PC)等字段。帧控制(FC)域包含了协议版本、帧类型、子类型、功率管理和WPA加密等比特内容。预留时间(DT)域是采用RTS/CTS协议(Request To Send/Clear ToSend)即请求发送/允许发送协议时所产生的退守定时值。序列控制(SC)域是用来对数据帧片段进行重组，同时丢弃重复的数据帧。功率控制(PC)域包含了动态功率控制(DFS)和发射功率控制(TPC)等字段内容。图8是MAC协议工作流程图，其中(a)为MAC发送数据流程，(b)为MAC接收数据流程。本发明中的MAC协议层包括三个子层MAC控制子层、OAM管理子层和MAC子层，而 MAC协议层位于数据链路层的下部，介于逻辑链路控制子层(LLC)和物理层(PHY)之间。MAC发送数据的具体工作流程如下步骤1、从LLC层中接收将要发送的数据；步骤2、判断传输信道是否空闲；步骤3、如果信道被占用，那么继续等待信道空闲，一旦信道空闲，将数据附加MAC 控制信息、OAM管理信息融合成传输数据帧；步骤4、将传输数据帧发送至PHY层。MAC接收数据的具体工作流程如下步骤1、从PHY层中接收到传输数据帧；步骤2、检测传输数据帧中的MAC控制信息、OAM管理信息；步骤3、判断是否发生错误，如果错误，则重新检测；步骤4、如果正确，则去掉传输数据帧中的MAC控制信息和OAM管理信息；步骤5、将数据发送至LLC层。本实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
权利要求
1.一种支持EPON无线接入的MAC协议帧结构，其特征在于所述MAC协议帧结构包括MAC控制帧，用于避免来自不同无线接入终端的上行数据流在复用时发生冲突，解决共享光纤的上行冲突问题，实现OLT和ONU之间无线数据的有效传输和实现EPON无线接入的启动注册、时隙分配和时间同步；OAM管理帧，用于在光纤-无线混合宽带接入网中，完成OLT和ONU之间无线业务的分析、预测和配置；EPON数据帧，满足IEEE802. 11无线传输的协议要求，通过ONU逻辑链路标识和无线用户终端标识，实现数据广播式下行传输。
2.如权利要求1所述的支持EPON无线接入的MAC协议帧结构，其特征在于所述MAC 控制帧包含5个控制帧，用于在OLT和融合型ONU之间进行无线数据的交互，它们是授权帧、报告帧、注册请求帧、注册帧和注册确认帧。各个控制帧的长度都为72字节。
3.如权利要求2所述的支持EPON无线接入的MAC协议帧结构，其特征在于所述OAM 管理帧包含的控制和状态信息用于测试、管理和诊断已经被激活的OAM功能的无线数据链路，OAM管理帧的长度为72字节到15 字节。
4.如权利要求3所述的支持EPON无线接入的MAC协议帧结构，其特征在于所述EPON 数据帧的长度为72字节到15 字节。
5.如权利要求1 4之一所述的支持EPON无线接入的MAC协议帧结构，其特征在于 所述MAC协议帧结构还包括MAC协议层，所述MAC协议层包括MAC控制子层、OAM管理子层和MAC子层，MAC协议层位于数据链路层的下部，介于逻辑链路控制子层和物理层之间。
全文摘要
一种支持EPON无线接入的MAC协议帧结构，包括MAC控制帧，用于避免来自不同无线接入终端的上行数据流在复用时发生冲突，解决共享光纤的上行冲突问题，实现OLT和ONU之间无线数据的有效传输和实现EPON无线接入的启动注册、时隙分配和时间同步；OAM管理帧，用于在光纤-无线混合宽带接入网中，完成OLT和ONU之间无线业务的分析、预测和配置；EPON数据帧，满足IEEE802.11无线传输的协议要求，通过ONU逻辑链路标识和无线用户终端标识，实现数据广播式下行传输。本发明高效合理的支持EPON的宽带无线接入服务、实用性良好。
文档编号H04L1/00GK102572944SQ20121004310
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月24日 优先权日2012年2月24日
发明者乐孜纯, 付明磊, 张 杰 申请人:浙江工业大学