无源光网络中的光网络单元电源管理的制作方法
【专利摘要】用于在无源光网络中的统一的光网络单元电源管理的技术，包括在光网络单元(ONU)的发送器被切断且ONU的接收器被接通的第一状态运行ONU，在发送器和接收器都被切断的第二状态运行ONU，以及基于电源管理规则，在第一状态和第二状态之间直接转换ONU。
【专利说明】无源光网络中的光网络单元电源管理
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本专利文件要求在2012年7月13日提交的题为"METHOD AND APPARATUS FOR UNIFIED OPTICAL NETWORK UNIT(ONU)POWER MANAGEMENT INAPASSIVE OPTICAL NETWORK(PON) "的、申请号为PCT/CN2012/078649的巴黎公约国际专利申请的优选权益。该 前述申请文件，通过引用被并入作为本专利文件的一部分。
[0003] 背景
[0004] 本专利文件涉及用于在无源光网络中进行数据通信的系统、设备、和技术。在一个 方面，本文件涉及在无源光网络（P0N)的光网络单元（0NU)中的节电。
[0005] P0N是基于点对多点（P2MP)拓扑结构的光网络体系结构，其中单个光纤和多个无 源分支点被用于提供数据通信服务。P0N系统可以便于用户访问服务提供商的通信设施以 访问电信、信息、娱乐、和互联网的其他资源。P0N系统可以包括称之为光线路终端（0LT)的 中心节点，其可经由无源光分配网络（0DN)连接于单一或多个称之为0NU的用户节点。0LT 可以位于接入提供商的通信设施（如，中心局）。0NU可以位于接入用户处所或附近。0NU 一般从用户处所的电源网络汲取电力，且可以在停电的情况下采用备用电池以支持通信服 务。
[0006] 较好的电源管理技术可以帮助提高0NU的电池寿命。
[0007] 概要
[0008] 所公开的方法和装置，一个有利的方面，是有助于减少在P0N中的光网络单元的 电力消耗。本文中所述的实施例可以提供若干优势。例如，所公开的技术可以允许接入提 供商通过在停电期间增加运行的持续时间来保证对客户服务的生命线。该技术还可以被用 于降低备用电池单元的大小和成本，降低基于无源光网络的信息和通信技术的总的温室气 体排放和碳足迹，等等。
[0009] 在一个示例方面，公开了一种光通信方法。该方法包括基于电源管理规则，在0NU 的发送器被关闭而0NU的接收器被打开的第一状态运行0NU，在发送器和接收器都被关闭 的第二状态运行0NU，将0NU在第一状态和第二状态之间直接转换。
[0010] 在另一个示例方面，公开了 P0N系统。P0N包括0NU和OLT。0NU可操作于第一低 功率模式和第二低功率模式，在第一低功率模式中0NU能够接收但不能发送，在第二低功 率模式中0NU既不能接收也不能发送。0LT可通信地耦合到0NU，且被配置为将控制消息发 送到0NU以控制0NU在第一低功率模式和第二低功率模式之间转换的至少一个方面。
[0011] 参考附图，进一步阐述了这些特征和其他的特征。
[0012] 附图简述
[0013] 图1描述的是P0N系统的示例。
[0014] 图2示出的是基于0NU打盹机制（ONU dozing)的传统电源管理技术的功率消耗 分布图。
[0015] 图3A示出的是基于周期性休眠机制（cyclic sleeping)的传统电源管理技术的 功率消耗分布图。
[0016] 图3B示出的是基于ONU打盹机制（ONU dozing)的传统电源管理技术的功率消耗 分布图。
[0017] 图3C示出的是基于周期性休眠机制（cyclic sle印ing)的传统电源管理技术的 功率消耗分布图。
[0018] 图3D示出的是或者包括周期性的休眠机制（cyclical sle印ing)或者包括周期 性的打盹机制（cyclical dozing)的双嵌套循环谱。
[0019] 图4A示出的是所公开的统一的0NU电源管理方法的实施例的功率消耗分布图。
[0020] 图4B示出的是所公开的统一的0NU电源管理方法的实施例的功率消耗分布图，其 中在同一图中示出了休眠模式电源消耗。
[0021] 图5示出的是在统一的电源管理方法的实施例中支配0NU行为的状态机。
[0022] 图6示出的是在统一的电源管理方法的实施例中支配0LT行为的状态机。
[0023] 图7A示出的是用于0NU电源管理的现有技术的状态机。
[0024] 图7B是表示图7A中的0NU状态机的可选方式。
[0025] 图7C是图7A的0NU状态机的另一个实施例。
[0026] 图7D示出的是用于电源管理的0LT状态机。
[0027] 图7E示出的是在图6中描绘的0LT状态机的可选的实施例。
[0028] 图8是表示统一的电源管理方法的流程图。
[0029] 图9是实现本文所公开的统一的电源管理技术的装置的一部分的框图表示。
[0030] 图10是表不运彳丁 0LT的过程流程图。
[0031] 图11是用于光通信的装置的一部分的框图表示。
【具体实施方式】
[0032] 公开了一种用于光网络单元（0NU)的统一的电源管理技术，其中0NU可以在多个 低功率状态之间转换，而无须转换到高功率状态。说明书中的技术被认为是符合ITU-T标 准文件，其遵循在ITU-T XG-P0N标准文件中所使用的而在本文中并未展开讨论的范围。
[0033] 本文所描述的技术，一个有利的方面，是有助于降低在P0N中光网络单元的电源 消耗。本文中所述的实施例可以根据特定应用中的细节提供一个或多个优势。例如，所公 开的技术可以允许接入提供商通过在停电期间增加运行持续时间来保证对客户服务的生 命线。该技术还可以被用于降低备用电池单元的大小和成本，降低基于无源光网络的信息 和通信技术的总的温室气体排放和碳足迹，等等。所公开的技术在节能效率方面优于当前 最先进的可用技术。例如，所公开的技术优于在那些在发送器关断的同时接收器开通检查 数据的系统中实施的打盹机制方法，这至少是由于实质上降低了在低功率循环期间的平均 功率水平。所公开的技术还优于在那些接收器和发送器都关闭的系统中实施的周期性休眠 方法，这至少因为从功率效率解耦外部刺激延迟，从而，实质上增加了可能的低功率循环的 相对持续时间。一个有利的方面是，所公开的技术允许0NU在打盹状态和休眠状态之间转 换。
[0034] P0N系统可以使用光纤来将用户处所连接到提供商的通信设施。P0N光分配网络 (0DN)可以包括点对多（P2MP)光纤基础设施，其中无源分支点可以由其他类似于无源光设 备的光分路器来表示。这些无源0DN器件可以布置在街道柜、壁橱、地下室线孔、电缆室、和 其他的装备中，且无需电力和维护。PON ODN可以利用单链的光纤附接到OLT。
[0035] 图1示出的是示例性的PON系统，其包括0LT 110、多个0NU 120的；以及ODN包 括光学馈线光纤、或主干光纤130、分路器140、和多个分配光纤150。
[0036] 0NU 120可以布置在用户处所或用户处所附近。0NU是有源网络元件，其一般从存 在于接入用户处所的或用户处所附近的电源网络汲取电力，且在某些情况下被装配基于电 池的备用电源单元，以在电源网络故障的情况下允许有限的操作。节省0NU消耗的电力是 可以与两个目的相关的运行需求。第一，是在电源网络故障的情况下通过紧急服务支持驱 动的需求，且是针对延长电池的运行时间，或者是，减低电池的大小和成本。第二，是聚焦于 在常规运行中（基于电源网络）节省电力和最小化信息和通信技术（ICT)产生的二氧化碳 排放的需求。
[0037] 基于传统标准的P0N系统，诸如以太网PON (EP0N)、宽带PON (BP0N)、千兆位 PON(G-PON)，认为0NU是与0LT相关联的永恒的链路层：通过P2MP光信道0NU不间断地监 听下行发送且可以被要求在即使没有用户数据交换时向上行发送协议信息。因此，0NU光 收发器不间断地保持完全可操作和完全被供电。这些传统的P0N系统一般仅支持基本的、 片面的节电技术，诸如电源脱离，其特征在于电源切断或减少电力供应到非必要的功能设 备和服务，同时维持全面运行的光链路。
[0038] 基于不同的高级标准的P0N系统，诸如10千兆位/秒EPON(IOG-PON)、和10千兆 位/秒PON (XG-P0N)，基于0LT和0NU之间的信号机制采用基于协议的节电技术以实现适当 的功能。这些技术包括定义若干功率电平和规定0NU的周期性行为，其定期地在全功率电 平和一个较低功率电平之间切换。
[0039] 除了全功率电平，基于标准的10千兆位/秒PON(XG-PON)系统识别0NU打盹功率 电平和0NU休眠功率电平，0NU打盹功率电平特征在于，在收发器保持连续接通的情况下， 切断0NU发送器和相关的电路的电力相当长的时间，且0NU休眠功率电平特征在于，0NU发 送器和0NU收发器都被切断相当长的时间。
[0040] 图7A示出的是，PON 0NU的状态机行为700,如在当前公布的P0N标准（2010年 1〇月发布的，1!^16.987.3，10千兆位能力的无源光网络^6-?(^) :传输汇聚〇'〇层规 范）中所规定。从初始状态"有源自由（Active Free) "702,0NU可以或者转换到休眠察觉 (Sleep Aware)状态704或打盹察觉（Doze Aware)状态706 (以下将进一步描述）。然而， 并没有提供在打盹察觉状态和休眠察觉状态704、706之间的直接转换。因此，传统的0NU 缺乏在两个低功率消耗状态之间直接转换而无须经过有源状态（如，全功率状态）的技术。 一个不利的方面，这种经过有源状态的转换可能增加了 0NU对电力的消耗，从而不期望地 降低了电池的寿命。
[0041] 图2描绘的是实施0NU打盹模式的情况下的示例性的0NU功率消耗分布图，即， 0NU消耗的功率P为时间t的函数。全功率电平200的特征在于0NU接收器和0NU发送器 与相关的电路都接通供电。比全功率电平200低但远高于0 (或休眠模式220)的打盹功率 电平210的特征在于0NU发送器与相关的电路电力切断，而发送器保持接通。换句话讲， 0NU在"监听"模式接收数据或信号，但是不在"对话"模式发送数据或信号。提前可以被配 置到0NU的两个计时参数支配功率消耗的具体形式：时间间隔250 )是0NU可以被允 许节制上行发送而无声明违反协议的最大时间，而时间间隔2600-- )是0LT和0NU执行 与正在被完全供电和全面运行的ONU发送器和ONU接收器周期性的双向握手所需的最小时 间。时间间隔250相对于时间间隔260越长，该技术在相关方面越有效。因为0NU接收器 保持被连续供电，检测外部唤醒刺激的延迟（例如，响应于输入的呼叫，从0LT进入全面功 率运行的信号）接近于全功率运行的情况且相当于往返传播延迟。这是有利的。不间断供 电的0NU收发器可限制整个的节电效率。
[0042] 图3A描绘的是实施0NU周期性休眠模式时的示例性0NU功率消耗分布图，S卩，0NU 消耗的功率P为时间t的函数。全功率电平200特征在于0NU接收器和0NU发送器与相关 电路都接通供电。休眠功率电平220特征在于0NU接收器和0NU发送器与相关电路都切断， 且一般接近于0。两个可配置的时间参数支配功率消耗的具体形式：时间间隔270 (类似于 )是0LT和0NU执行与正在被完全供电和全面运行的0NU发送器和0NU接收器周期性 的双向握手所需的最小时间；时间间隔280 (T{7MK )是0NU可以被允许节制上行发送和在相 同时间节制接收下行传输的最大时间。虽然切断发送器和接收器是最有效的节电方式，但 是检测外部唤醒刺激的延迟可以增加和时间间隔280 -样多的时间。因此，为了维持足够 短的外部唤醒延迟，时间间隔280可以被保持为小，从而降低整体的电源效率。
[0043] 以上所述的两种周期电源管理技术（图2和图3A)都涉及两种功率电平的0NU来 回切换：全功率电平和打盹电平（图2)或在全功率电平和休眠电平（图3A)。在一些实施 例中，0NU的电源管理行为可以通过规定两种参数来进行配置：较低功率模式中的最大时 间，和全功率模式中的最小时间。配置参数的值取决于系统被期望支持的服务类型以及这 些服务所需的可用性。
[0044] 图3B和图3C分别通过在图中明确地示出休眠状态功率电平220来提供前述打盹 运行模式和休眠运行模式的另一种描述。
[0045] 图3D提供的是将以上所讨论的休眠模式和打盹模式结合到单一的图形表示中的 说明性表示。0NU为在全功率电平阶段351和较低功率阶段353之间的一个。当在低功率 阶段时，0NU在两个功率消耗电平（插图357中所述）之间的一个：全功率电平359和低功 率电平361。在纯打盹模式中，检测外部唤醒刺激的0NU的延迟相当于往返传播延迟，且具 有低功率电平（监听状态）的状态中配置的延时（sojourn)主要取决于0LT能够承受保持 0NU脱节多久。这个值可以相当大且例如受定期调整均衡延迟所需限制。在周期性休眠模 式中，检测外部唤醒刺激中的0NU延迟包括低功率状态（休眠状态）中的延时，且因此，相 比较于打盹的情况，具有低功率电平的状态中配置的延时大幅缩短一一可能缩短了几个数 量级。与唤醒和休眠运行相关的信号可以在有源阶段351和节电阶段353之间的变化进行 交换（355)。
[0046] 一个方面，在一些实施例中，本文件中所公开的统一的电源管理方法将图7A、图2 和图3A中一般地示出的两种周期性电源管理技术合并到涉及在至少三种电平之间的一个 的0NU功率消耗的单一的统一的行为中，且受至少四个计时参数控制。在该合并下，当在节 电模式中时，0NU花费大量的时间在休眠功率电平（具有最低功率消耗）和打盹功率电平 (具有次最低功率消耗）之间来回切换，仅偶尔回到全功率电平运行。
[0047] 图4A不出的是统一的电源管理技术的一个不例功率分布图。在该不例中，全功率 电平200特征在于0NU接收器和0NU发送器与相关的电路都接通供电。休眠功率电平220 特征在于0NU接收器和0NU发送器与相关的电路都切断供电，且相当接近0。中间打盹功 率电平210特征在于ONU发送器与相关的电路切断供电，而ONU接收器保持接通。时间间 隔320 (类似于时间间隔260和270)是0LT和完全被供电的和运行的0NU之间定期双向握 手的最小持续时间。时间间隔310 (Tg^)是在连续的双向握手之间被允许的最大持续时 间。时间间隔330是0NU监听下行发送以便获得任何必须的信号指示的最小时间。时间间 隔340是0NU被允许节制上行发送和在同一时间节制接收下行传输的最大时间。
[0048] 如可以见到的，在低功率循环期间的功率降低取决于时间间隔310与时间间隔 320的比例，其可以被做成很大，而响应于外部刺激的延迟取决于时间间隔340,其可以被 做成相当的小。因此，一个优势的方面，所公开的统一的电源管理技术在节电效率方面优于 打盹方法和周期休眠方法（如之前参照图2和图3A所讨论的），优于打盹方法是由于大幅 减低了低功率循环期间的平均功率电平，优于周期休眠方法是由于从电源效率解耦了外部 刺激延迟，从而大幅增加了低功率周期的可能的相对持续时间。
[0049] 要理解的是，时间间隔310、320、330和340的具体值可以具体实施且可以根据可 操作的考量（诸如监管需求、电池寿命的目标时间，等等）来实施。例如，休眠状态中最大 的停留时间可以是大约1到2秒，使得0NU在几秒钟内响应输入的呼叫。类似地，打盹状态 中最大停留时间可以是相当大的（如，几十秒或几十分钟，如，2分钟或1小时）。
[0050] 图4B是统一的电源管理实施例中功率分布的可选择的示例。以下提供了基于所 公开的电源管理技术的一些实现示例。
[0051] 在0LT和0NU之间的低功率信号传送
[0052] 在一些实施例中，下表中规定的低功率的原语可以在0LT和0NU之间通过适当的 管理通道进行交换。
[0053] 表1-0LT低功率管理原语
[0054]
【权利要求】
1. 一种在无源光网络中光通信的方法，所述方法包括： 在第一状态运行光网络单元ONU，在所述第一状态中，所述ONU的发送器被切断且所述 ONU的接收器被接通； 在第二状态运行所述ONU，在所述第二状态中，所述发送器和所述接收器都被切断；以 及 基于电源管理规则，在所述第一状态和所述第二状态之间直接转换所述ONU。
2. 如权利要求1所述的方法，还包括： 在第三状态运行所述ONU，在所述第三状态中，所述发送器和所述接收器都被接通。
3. 如权利要求1所述的方法，还包括： 通过所述接收器，从光线路终端OLT接收电源管理消息；以及 基于所接收的电源管理消息配置所述电源管理规则。
4. 如权利要求1所述的方法，其中，所述电源管理规则规定用于在所述第一状态运行 的第一时间段和用于在所述第二状态运行的第二时间段，且其中当所述第一时间段和所述 第二时间段中的至少一个满时限时实施所述转换。
5. 如权利要求1所述的方法，还包括： 将指示在所述第一状态和所述第二状态之间进行所述转换的消息发送到光线路终端。
6. 如权利要求1所述的方法，还包括： 通过所述接收器，从光线路终端接收电源管理消息；以及 响应于所接收的电源管理消息和改变运行状态的本地决策，实施所述转换。
7. -种无源光网络中的光通信设备，包括： 用于在第一状态运行光网络单元ONU的装置，在所述第一状态中，所述ONU的发送器被 切断且所述ONU的接收器被接通； 用于在第二状态运行所述ONU的装置，在所述第二状态中，所述发送器和所述接收器 都被切断；以及 用于转换的装置，其用于基于电源管理规则在所述第一状态和所述第二状态之间直接 转换所述ONU。
8. 如权利要求7所述的设备，还包括： 用于在第三状态运行所述ONU的装置，在所述第三状态中，所述发送器和所述接收器 都被接通。
9. 如权利要求7所述的设备，包括： 用于通过所述接收器从光线路终端接收电源管理消息的装置；以及 用于基于所接收的电源管理消息配置所述电源管理规则的装置。
10. 如权利要求7所述的设备，其中，所述电源管理规则包括用于在所述第一状态运行 的第一时间段和用于在所述第二状态运行的第二时间段，且其中，当所述第一时间段和所 述第二时间段中的至少一个满时限时，所述用于转换的装置实施状态转换。
11. 如权利要求7所述的设备，还包括： 用于从光线路终端接收电源管理消息的装置；以及 用于响应于所接收的电源管理消息和改变运行状态的本地决策而实施所述转换的装 置。
12. -种光通信设备，包括： 存储器，其存储处理器可执行的指令；以及 处理器，其使用所存储的指令来执行方法，所述方法包括，在光网络单元ONU的发送器 被切断和所述ONU的接收器被接通的第一状态运行所述ONU ;和在所述发送器和所述接收 器都被切断的第二状态运行所述ONU ;以及 其中所述处理器包括用于基于电源管理规则在所述第一状态和所述第二状态之间直 接转换所述ONU的装置。
13. 如权利要求12所述的设备，其中所述处理器还使用所存储的指令来通过以下操作 执行所述方法：通过所述接收器从光线路终端OLT接收电源管理消息和基于所接收的电源 管理消息配置所述电源管理规则，其中所述电源管理规则规定用于在所述第一状态运行的 第一时间段和用于在所述第二状态运行的第二时间段，且其中当所述第一时间段和所述第 二时间段中的至少一个满时限时实施所述转换。
14. 一种用于在无源光网络PON中运行的光线路终端OLT，所述光线路终端包括： 处理器，所述处理器被配置为产生用于控制光网络单元从第一低功率状态到第二低功 率状态的转换的消息，在所述第一低功率状态中，所述光网络单元的接收器被接通但所述 光网络单元的发送器被切断，在所述第二低功率状态中，所述光网络单元的所述接收器和 所述发送器都被切断；以及 发送器，所述发送器被配置为将所产生的消息发送到所述光网络单元。
15. 如权利要求14所述的光线路终端，其中所述处理器包括用于规定用于在所述第一 低功率状态运行的第一时间段和用于在所述第二低功率状态运行的第二时间段的装置，且 其中，所述光网络单元从所述第一低功率状态到所述第二低功率状态的所述转换被控制为 在所述第一时间段和所述第二时间段中的至少一个满时限时发生。
16. -种无源光网络PON通信系统，包括： 光网络单元ONU，其可在第一低功率模式和第二低功率模式中运行，在所述第一低功率 模式中，所述ONU能够接收但不能发送，在所述第二功率模式中所述ONU既不能接收也不能 发送； 光线路终端OLT，其通信地耦合到所述ONU，所述OLT被配置为将控制消息发送到所述 ONU，以控制所述ONU在所述第一低功率模式和所述第二低功率模式之间转换的至少一个 方面。
17. 如权利要求16所述的系统，其中： 所述OLT被配置为发送所述控制消息，所述控制消息包括规定用于在所述第一低功率 状态运行的第一时间段和用于在所述第二低功率状态运行的第二时间段的电源管理规则， 并且所述OLT被配置为控制所述ONU在所述第一时间段和所述第二时间段中的至少一个满 时限时从所述第一低功率状态转换到所述第二低功率状态。
【文档编号】H04B10/25GK104429003SQ201380037501
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年7月15日 优先权日:2012年7月13日
【发明者】丹尼斯·安德烈耶维奇·霍季姆斯基, 袁立权, 张德智 申请人:中兴通讯股份有限公司, 中兴通讯(美国)公司