使用可变长度封包和可变长度上行时隙的单点对多点的无源光网络的制作方法

专利名称：使用可变长度封包和可变长度上行时隙的单点对多点的无源光网络的制作方法
技术领域：
本发明一般来说是关于宽带光通讯网络的，更特别的说是关于单点对多点的无源光网络的。
背景技术：
随着互联网的蓬勃发展，以及为最终用户提供多样的通讯和娱乐服务的要求，产生了一种需求，即需要一种促进最终用户访问的宽带网络体系结构。有一种促进最终用户访问的宽带网络体系结构叫做单点对多点的无源光学网络(PON)。一个单点对多点的PON是一个光通讯的网络体系结构，在一个纯粹的无源光分配网络上，它促进了在一个光线路终端(OLT)和多个远端光学网络单位(ONUs)之间的宽带通讯。一个单点对多点的PON利用无源光纤分线器和耦合器来在OLT和远端ONU之间无源地分配光讯号。


图1A和1B显示了在一个单点对多点的PON中的一个OLT102和3个ONUs104之间的网络流量的下行流和上行流。虽然只描述了3个ONUs，在一个单点对多点的PON中可以包含不只3个ONUs。如图1A，下行流包含由OLT传送来的ONU特有的信息块。下行流被一个无源光分线器光分割为三个分别的信号，每一个都带有完整的ONU的特有信息块。每一个ONU读取属于该ONU的信息块，并放弃属于其他ONU的信息块。例如，OUN-1接收了信息块1，2，3，然而它只是将信息块1传递给了最终用户1。同样的，OUN-2将信息块2传递给了最终用户2，而OUN-3将信息块3传递给了最终用户3。如图1B所示，上行流量使用分时多工技术进行管理，在其中传输时隙被专门指定给ONU。这些时隙是同步的，因为要保证一旦消息块被连接在公共的光纤110上，通常指的是中继线，来自于ONU的上行消息块不会互相干扰。例如，ONU-1在第一个时隙传输信息块1，ONU-2在第二个非重叠的时隙传输信息块2，而ONU-3在第三个非重叠的时隙传输消息块3。如图1B所示，所有的信息块在非重叠的时隙内在中继线上传输。
因为一个单点对多点的PON被用于递送综合了声音，数据和视频的服务，现有的单点对多点的PON是围绕ATM数据传输协议设计的，该协议被设计具有如下服务质量(QoS)特点，即使得声音，数据和视频的综合可以通过一个单一的通讯频道传递。正如大家在小包交换通讯领域中所熟知的，ATM协议使用固定长度的53字节单元来传输信息(48字节的有效负载和5字节的附加部分)。在一个ATM-基础的单点对多点的PON中，固定长度的ATM单元被用于在上行和下行两个方向上传输信息。举个例子，正如在美国专利第5978374号中所透露的，在上行流量的每一个时隙内都填充有一个固定长度的ATM单元和一个固定长度的流量控制区域。
虽然ATM协议使用了固定长度的53-字节单元，但ATM网络经常需要传送广泛使用Internet协议(IP)格式的流量。Internet协议要求数据被分割为可变长度的数据包，最大可达65535字节。为了使一个ATM-基础的单点对多点的PON适合传送IP流量，IP数据包必须被分成48字节的片段，并且必须加上一个5字节的报头。将所有引入的IP数据包分成48字节段，并添加一个5字节的报头的工作，产生了大量的附加部分，它消耗了一个单点对多点的PON中的可用带宽。除了增加的ATM报头所消耗了带宽以外，将IP数据包转换成ATM单元的处理过程会消耗大量时间，并且其专门的硬件增加了OLT和ONUs的成本费用。
另一个组成一个单点对多点的PON的数据传输协议是IEEE802.3协议(通常被称为以太网)。以太网通过可变长度的，最大可达1518字节的封包来传送有效负载数据(例如IP数据包)。虽然以太网协议数据单位被称为“封包”，但通常协议数据单位也被称为“帧”。在一个单点对多点的PON中，使用可变长度的，最大可达1518字节的封包大大减少了IP流量的附加部分，相对于一个ATM基础的单点对多点的PON中的附加部分而言。除了减少附加部分的优势，以太网网络组件相对来说也比较便宜。
当在一个以太网网络上的多个站点共享一个公共的物理传输通路时，以太网协议使用一个带冲突检测的载波侦听多路访问协议(CSMA/CD)作为一个媒体访问控制方法，以避免在被传输流量之间的冲突。CSMA/CD是一个高效的媒体访问控制协议，它不需要多个站点保持同步。在一个以太网网络上应用CSMMCD要求一个封包的最小长度必须大于网络上的最大往返传播时间，以便于避免出现网络上所有站点都无法检测到的冲突。也就是说，在一个多站点的以太网网络上，用户之间的最大间隔距离受到冲突范围的限制。举个例子，在一个以1Gb/s运行的以太网网络上，站点之间的最大间隔距离被CSMA/CD限制在大约200米左右。为了使单点对多点的PON在商业上可运作，OLT和ONU需要能够分离到比CSMA/CD所允许的最大距离更远的距离。除了冲突范围的限制之外，依赖CSMA/CD的以太网网络还是不确定的。也就是说，QoS不能够为在OLT和ONU之间的流量提供保证。
考虑到ATM-基础的单点对多点的PON和使用CSMA/CD的以太网基础的单点对多点的PON的局限性，需要的是一个使用可变长度封包，并且能增加在OLT和ONU之间的最大可允许的间隔距离的单点对多点的PON。
发明概要一个单点对多点通讯的系统和方法，它涉及到一个PON，在其中下行讯号数据被使用可变长度封包从一个OLT传输到多个ONU，而其中的上行讯号数据被使用可变长度封包从ONU传输到OLT，该封包利用了分时多工的可变长度时隙以避免传输干扰。利用可变长度封包代替固定长度ATM单元来传输数据，例如IP数据，相对于一个ATM-基础的单点对多点PON而言减少了传输附加部分。利用分时多工来避免上行讯号的传输干扰，消除了使用CSMA/CD作为媒体访问控制协议的共享媒体网络的距离限制，而将可变长度时隙用于上行数据传输，允许在ONU之间灵活的分配可用的上行传输带宽。
一个单点对多点光通讯系统的实施例，包括一个OLT，以及大量的通过一个无源光网络连接到该OLT上的ONU，在该网络中下行数据在PON之上被从OLT传输到ONU，而上行数据在PON之上被从ONU传输到OLT。OLT在无源光网络上用可变长度的下行封包传输下行数据。ONU在无源光网络上，是通过使用ONU特有的，利用分时多工的可变长度时隙传输上行数据的。在其中ONU特有的可变长度的时隙中被多个可变长度的上行讯号封包填充。
该系统的一个实施例进一步包含了一个时隙控制器，在同OLT和ONU的通讯中用于改变ONU特有的可变长度时隙的长度，以适应来自ONU的上行流量需求。在一个更进一步的实施例中，时隙控制器包含逻辑性，用于增加一个第一ONU特有时隙的长度，以适应由一个第一ONU所决定的上行流量的增加，这个第一OUN是ONU中的一个。在一个更进一步的实施例中，时隙控制器包含逻辑性，用于减少一个第二ONU特有时隙的长度，以适应第一ONU特有时隙的长度的增加。
在一个实施例中，系统在OLT内部包含一个分时多工(TDM)控制器，用于生成特殊帧，它被下行传送给ONU以保证上行数据传输的同步性。在一个进一步的实施例中，时隙控制器对应于流量需求数据生成时隙表，而ONU响应接收到的一个特殊帧，开始使用一个新的时隙表。
在一个实施例中，可变长度的下行封包被按照IEEE802.3格式化。在一个实施例中，可变长度的下行封包中包含了IP数据包，而在另一个实施例中，可变长度的下行封包的长度同IP数据包的长度相关。在另一个实施例中，可变长度的上行封包被按照IEEE802.3格式化。在一个实施例中，可变长度的上行封包中包含了IP数据包，而在另一个实施例中，可变长度的上行封包的长度同IP数据包的长度相关。
在一个单点对多点PON上，在一个OLT和多个ONU之间交换信息的方法，包含通过可变长度下行封包从OLT传输下行数据到ONU。以及通过ONU特有的，使用分时多工以避免传输干扰的可变长度时隙，从ONU传输上行数据到OLT。在其中，ONU特有的可变长度时隙被可变长度的上行封包填充。
该方法的一个实施例进一步包含了一个步骤，用以一个改变上述ONU特有的可变长度时隙的长度，以适应由上述ONU所决定的上行流量。本方法的一个进一步的实施例包含一个步骤，即增加一个第一ONU特有的时隙的长度，以适应由一个第一ONU所决定的上行流量的增加，这个第一ONU是上述ONU中的一个。本方法的一个进一步的实施例包含了一个步骤，即减少一个第二ONU特有的时隙的长度，以适应第一ONU特有时隙的长度的增加。
本方法的另一个实施例包含一个步骤，即减少一个第一ONU特有时隙的长度，以适应由一个第一ONU所决定的上行流量的减少，这个第一ONU是多个ONU中的一个。
在一个实施例中，可变长度上行和下行封包被按照IEEE802.3协议格式化。在一个实施例中，可变长度的下行和上行封包中包含一个报头和一个有效负载，并且可变长度封包的长度同一个IP数据包的长度相关，该数据包被包含在可变长度封包的有效负载中。
在一个实施例中，将下行IP数据包嵌入到可变长度下行封包中，和将上行IP数据包嵌入到可变长度的上行封包中。在一个实施例中，可变长度上行和下行封包被按照IEEE802.3协议格式化。
在一个实施例中，传输下行数据的步骤中包含在固定的时间间隔内传输下行同步标记。
在一个实施例中，ONU特有的可变长度时隙被多个可变长度封包填充。
本发明的其他方面和优势将在下面的详细描述中被揭示，联系后面的附图，通过举例说明的方法说明本发明的原理。
附图的简要说明图1A描述了在一个单点对多点的PON上，从一个OLT到多个ONU的流量的下行讯号流。
图1B描述了在一个单点对多点的PON上，从多个ONU到一个OLT的流量的上行讯号流。
图2描述了一个有一个树形拓扑结构的单点对多点的PON。
图3描述了依照本发明的一个实施例，一个OLT下行传输可变长度封包的一个原理框图。
图4描述了一个下行流量的例子，它被使用可变长度封包从一个OLT传输到多个ONU，依照本发明的一个实施例。
图5描述了依照本发明的一个实施例，一个ONU使用分时多工来上行传输可变长度的封包的一个原理框图。
图6依照本发明的一个实施例，描述了一个上行流量的例子，它包含了被分时多工处理的可变长度封包，用以避免干扰。
图7A-7C描述了依照本发明的一个实施例，3个不同的上行流量的时隙分配的例子。
图8是依照本发明的一个实施例的一个时隙控制技术的处理流程图。
图9描述了根据对应于图8的处理流程图的特殊帧，上行帧，以及时隙，对上行流量的定时选择。
图10是一个处理流程图，描述了依照本发明的一个实施例，用于在OLT和多个ONU之间交换信息的一个方法。
发明的详细描述一个关于一个PON的单点对多点通讯的系统和方法，在其中下行数据在可变长度的封包中，被从一个OLT传输到多个ONU，而在其中上行数据在可变长度的封包中，利用了使用分时多工的可变长度时隙以避免传输干扰，被从ONU传输到OLT。在一个实施例中，系统进一步包含了一个时隙控制器，在与OLT和ONU的通讯中，用于改变ONU特有的可变长度时隙的长度，以适应来自ONU的上行流量需求。在一个进一步的实施例中，时隙控制器包含逻辑性，用于增加一个第一ONU特有时隙的长度，以适应由一个第一ONU所决定的上行流量的增加。在一个更进一步的实施例中，时隙控制器包含逻辑性，用于减少一个第二ONU特有时隙的长度，以适应第一ONU特有时隙的长度增加。
图2描述了一个单点对多点PON 200的例子。这个单点对多点PON包含一个OLT202和多个ONU204，他们被一个无源光分配网连接。在一个实施例中，OLT被连接到一个服务站210，就像是一个中央局和/或一个前端站。服务站提供的服务可以包括数据网络连接，声音网络连接，和/或视频网络连接。在服务站和OLT之间使用的连接协议的例子可以包括OC-x，以太网，E1/T1，DS3，和宽带视频。在一个实施例中，ONU被连接到一个最终用户系统或系统群214，它们可能包括一个局域网，个人电脑，一个PBX，电话，视讯转接盒，和/或电视。在最终用户系统和ONU之间使用的连接协议的例子可以包括10/100Mb/s以太网，T1，以及普通老式电话服务(POTS)。
在图2中所示的无源光分配网有一个树形的拓扑结构，它包括一个普通光纤210(中继线光纤)和多个ONU-特有光纤216，它们被一个无源光分线器/耦合器212连接。一个在下行方向上(从OLT202到ONU204)的光信号传输被光分线成多个带有同样信息的ONU-特有光信号。在上行方向(从ONU到OLT)传输的光信号被光耦合到在耦合器和OLT之间连接的中继线光纤中。正如将要在下面进行详细解释的，用在可变长度时隙上的分时多工技术被用于上行方向，避免来自两个或更多的ONU的上行传输的干扰。
在图2的实施例中，在下行方向上的一个光信号以一个与上行方向的光信号所不同的波长(或频率)传播。在一个实施例中，下行流量在1550nm波段传输，而上行流量在1310nm波段传输。在上行和下行方向上使用不同的波长，使得一个单一的光纤可以同时传送下行和上行流量而没有干扰的妨碍。在一个可选择的实施例中，分开的下行和上行光纤可被用于无源光分配网。另外，波分复用技术(WDM)可以被用在下行和/或上行方向来增加传输带宽。
尽管图2中的无源光分配网络拥有一个树形拓扑结构，但还是有可能是其他可供选择的网络拓扑结构。可供选择的网络拓扑结构包括一个总线拓扑结构和一个环状拓扑结构。另外，尽管图2的分配网描述了在网络组件之间仅仅有单一的光纤连接，但是多余的光纤可以被添加在网络组件之间以提供故障保护。
图3是图2的单点对多点PON中的示例OLT 302的展开图。在OLT之中包含的功能单位是一个封包控制器320，一个分时多工(TDM)控制器322，一个时隙控制器323，一个光发射器324，和一个光接收器326。OLT还可以包含其它没有被提及的大家熟知的功能单位。封包控制器从一个服务站接收下行数字资料，并将下行数字资料格式化成可变长度的封包。封包控制器可以在硬件中和/或软件中被具体化实现，并且有时可作为媒体访问控制(MAC)单位。在一个实施例中，每个可变长度的封包在封包前端包含一个固定长度的报头，在报头之后是一个可变长度的有效负载，以及在封包末端的一个固定长度的错误检测区域(帧校验序列(FCS)区域)。在一个实施例中，下行的可变长度的封包被按照IEEE802.3标准(通常称为以太网)或任何相关的IEEE802.3x亚标准格式化。在一个实施例中，下行可变长度封包被以1G每秒(Gb/s)的速率传输，正如IEEE802.3z(通常称为吉比特以太网)所定义的那样，尽管可以使用较低或较高的传输速率。
在一个实施例中，大量的下行数字资料到达IP数据包中的封包控制器，数据包的大小范围最大可达65535字节。封包控制器从IP数据包中读取报头信息，并生成包含IP数据包作为有效负载的可变长度封包。在一个实施例中，每一个可变长度封包的长度是同放置在有效负载中的IP数据包的长度相关联的。也就是说，如果一个下行IP数据包是100字节，那么可变长度封包将要包含100字节的有效负载，加上封包附加部分(报头和错误检测区域)，而如果IP数据包是1000字节，那么可变长度封包将要包含1000字节的有效负载，加上封包附加部分。在一个实施例中，封包被按照IEEE802.3格式化，一个封包的最大长度是1518字节(1500字节的有效负载和18字节的封包附加部分)。如果一个IP数据包超过了1500字节，那么IP数据包被分成多个IP数据包，被在多个可变长度封包中传送。相反，一个ATM-基础的单点对多点PON不考虑原IP数据包的大小，而将IP数据包分成48字节的片段，并且然后添加5字节的报头来制作每一个ATM单元。当网络流量主要由IP流量组成时，在一个单点对多点PON上使用ATM作为数据连接协议大大的增加了由封包附加部分所消耗的带宽。尽管IP被描述为一个普遍的较高层的协议，其他协议，例如IPX和Appletalk，也可以被应用于PON。
图3中所描述的OLT302的TDM控制器322控制从OLT到ONU的流量的下行流。特别指出的是，TDM控制器控制下行帧，以及分配带宽给需要下行传输的可变长度封包。TDM控制器可以通过硬件和/或软件方式具体实现。
时隙控制器323包括逻辑性，以控制用于分时多工处理来自ONU的上行流量的可变长度时隙的长度。特别的，时隙控制器通过规定每一个ONU-特有的可变长度时隙的长度(定义为一个传输间隔)，规定了每一个ONU传输能力。当由ONU决定的上行流量变化时，时隙控制器改变ONU-特有的可变长度时隙的长度，以达到最好的适应上行流量需求的变化。在下面的附图7A-7C中将给出关于时隙控制器的功能的更详细的说明。
光发射器324和光接收器326提供了光电信号的转换界面。光发射器和接收器在单点对多点PON领域内是众所周知的，就不对其进行进一步的详细说明了。
图4描述了一个下行流的示例，它被使用可变长度封包从OLT传输到ONU。在一个实施例中，下行流量被分割成下行帧，它们具有固定的传输间隔。每一个下行帧传送多个可变长度的封包。在一个实施例中，时钟信息，以一个同步标记438的形式，显示了每一个下行帧的开始。在一个实施例中，同步标记是一个1字节的代码，被每两毫秒传输一次，以保证ONU和OLT的同步。在一个实施例中，每两毫秒传输一个同步标记。
在图4的实施例中，每一个可变长度的封包由一个特定的ONU读取，正如在每一个封包上的号码所显示的那样，从1到N。在一个实施例中，可变长度的封包被按照IEEE802.3标准格式化，并且被以1GB/S速度下行传输。一个可变长度的封包430的展开图显示了封包中的报头432，可变长度有效负载434，以及错误检测区域436。因为封包拥有可变长度的有效负载，每个封包的大小同有效负载的大小相关，例如在有效负载中传送的IP数据包。尽管图4中每一个可变长度的封包是由一个特定的ONU读取的(单点播放封包)，某些封包可以被所有的ONU读取(广播封包)，或者一个特定的ONU群读取(多点播放封包)。
图5是图2的单点对多点PON中的一个示例ONU 504的一个展开图。包含在ONU中的功能单位是封包控制器520，一个TDM控制器522，一个光发射器524，以及一个光接收器526。ONU也可以包括其他没有被描述的大家熟知的功能单位。封包控制器从一个最终用户系统接收上行数字资料，并将上行数字资料格式化成可变长度的封包。每一个可变长度的封包，包含一个报头，一个有效负载，和一个错误检测区域，和上面提及的下行流量中说明的一样。封包控制器可以通过软件和/或硬件具体实现，并且有时可以作为一个MAC单位。当伴随着下行流量时，在一个实施例中，上行可变长度封包被按照IEEE802.3标准格式化，并以1Gb/S速率传输。在一个实施例中，大量的上行数字资料到达IP数据包中的封包控制器。在一个实施例中，封包控制器从上行IP数据包中读取报头信息，并生成包含IP数据包作为有效负载的可变长度的封包。在一个实施例中，每个上行可变长度的封包的长度，同各自的IP数据包长度有关。在许多实现中，上行流量经过一个以太网连接到达ONU，并且因此流量不需要被重新格式化成以太网封包。
每个ONU 504的TDM控制器522，如图5所示，控制着从每一个ONU到OLT的流量的上行流。特别的是，每一个ONU的TDM控制器，与OLT一起，确保分别的ONU在分时多址(TDMA)协议中的一个指定的可变长度时隙中，传输上行的可变长度封包。为了使多个ONU之间的传输同步化，ONU利用来自OLT的定时信息来维持同步时钟。在运转期间，每个ONU被OLT分配了ONU-特有的可变长度时隙，建立这个的原因，是为了使来自多个ONU的上行流量，在它们结合到中继线光纤之后，不会相互冲突。也就是说ONU-特有的可变长度的时隙，在中继线光纤上，在时间上不会重叠。必须被注释的是，现有技术的以太网使用CSMA/CD作为媒体访问控制协议来确保在一个共享媒体上的所有的传输没有干扰地到达它们的最终目的地。CSMA/CD限制了ONU之间的最大间隔距离，并且因此限制了一个以太网和CSMA/CD基础的单点对多点PON作为一个本地连接网络结构的生存能力。利用分时多工作为一个媒体访问控制协议，在ONU之间的间隔距离不会被CSMA/CD干扰区域所限制。
图6描述了一个上行流量的例子，它被分时多工处理到图2所示的公共光纤210中，以避免来自多个ONU204的上行流量之间干扰。在图6所示的实施例中，上行流量被分成上行帧，并且每一个上行帧被进一步划分到ONU-特有的可变长度时隙中。尽管图6中的可变长度时隙被描述有相同的长度，时隙的长度可以变成下面如图7A-7C所示的那样。在一个实施例中，上行帧通过一个连续的间隔传输形成，例如，两毫秒。在一个实施例中，每一个系统帧的起点由一个帧报头确定(没有显示)，上行帧可以是固定长度，或可以是可变化的长度，以适应不同的流量需求，或创造不同的流量模式。
ONU-特有的可变长度时隙在每个上行帧内部间隔传输，它被专门用于来自特定的ONU的封包的传输。在一个实施例中，每一个ONU在每一个上行帧中有一个专门对应的ONU-特有的可变长度时隙。举个例子，关于图6，每一个上行帧被分成N个时隙，每个可变长度时隙分别关联着从1到N的ONU。在一个实施例中包含2毫秒的上行帧和32个具有相等带宽分配的ONU，每个时隙代表少于大约62.5μs的传输时间。在一个1GB/S的上行传输速率中，每个时隙大约可以传输7800字节。
每一个ONU的TDM控制器，同来自OLT的定时信息一起，控制着专门对应的可变长度时隙内的可变长度封包的传输定时，而在OLT内的时隙控制器指定在系统帧内的每一个ONU-特有的时隙的长度。图6显示了一个ONU-特有的可变长度时隙(例如专门对应于ONU-4的时隙)的展开图，它包括2个可变长度封包640和642，以及一些时隙附加部分644。在一个实施例中，时隙附加部分包括一个防护带，定时指示器，和信号激励指示器。尽管图6只显示了在ONU-特有时隙内的两个可变长度封包，更多的可变长度封包可以在每一个时隙内被传输。同样的，如果没有流量从ONU传输过来，那么一个时隙可以被一个空闲的信号所填充。
图6还描述了在ONU-特有的可变长度时隙内的可变长度封包642的一个展开图。可变长度封包642的展开图显示了报头632，可变长度有效负载634，以及错误检测区域636。在图6的实施例中，可变长度封包的有效负载是一个IP数据包或者一个IP数据包的一部分，而可变长度封包的长度同IP数据包的长度相关。
图7A-7C是关于如何使用时隙控制器改变ONU-特有的可变长度时隙的长度以适应来自ONU的上行流量需求的例子。在图6中，所有的ONU-特有的可变长度时隙都有同样的长度，而在图7A-7C中，ONU-特有的可变长度时隙拥有不同的长度，它们改变以适应来ONU的上行流量需求的改变。在图7A的例子中提到，相对于图6中的时隙分配，ONU-特有时隙4的长度已经增加了，而相对于图6中的时隙分配，ONU-特有时隙2和3的长度已经减少。在一个实施例中上行帧的长度是固定的，一个ONU-特有的可变长度时隙的长度的增加，要求其他ONU-特有的可变长度时隙的总长度减少相等的数量，以保持在上行帧内的时隙的总长度不变。因为ONU-特有时隙4的长度已经增加了，ONU-4可以在一个多重帧间隔上传输更多的数据，相对于它在图6所示的时隙分配下所传输的而言。同样的，因为ONU-特有时隙2和3的长度已经减少，ONU-2和ONU-3可以在一个多重帧间隔上传输较少的数据，相对于它们在图6所示的时隙分配下所传输的而言。
图7B显示了在一个上行帧的时间间隔之内，ONU特有的可变长度时隙的另一个变化。如图7B所示，ONU-特有的可变长度时隙1和2的大小相对于图7A中的分配已经增加了，ONU-特有的可变长变时隙4的大小相对于图7A中的分配已经减小了，而ONU-特有的可变长度时隙3和N的大小相对于图7C中的分配没有变化。
图7C显示了在一个上行帧的时间间隔之内，ONU特有的可变长度时隙的另一个变化。如图7C所示，ONU-特有的可变长度时隙4的大小相对于图7B中的分配已经增加了，ONU-特有的可变长度时隙1，2，和N保持同图7B中的分配不变，而ONU-特有的可变长度时隙3已经被消去了。在一个实施例中，一个完整的ONU-特有的可变长度时隙可以被消去，如果该ONU没有上行流量要传输的话。在另一个实施例中，一个ONU-特有的可变长度时隙可以仅仅传输少量的流量，它包括，举个例子，一个空闲的信号或上行操作，以及维持所需的信息。
在图8和图9中描述了一个以同步方式改变可变长度时隙的长度的技术。该技术使用了时隙表和同步帧，来实现以同步方式改变可变长度时隙的长度。一个时隙表是一组从OLT的时隙控制器发送到ONU的信息，它包括每个ONU的时隙分配信息。在一个实施例中，时隙表包含时隙号码，起点位置，以及对应每一个ONU的每一个可变长度时隙的长度。在一个实施例中，时隙表中的定时信息被当作许多来自于每一个上行帧指示器开端的计数来进行识别。例如，一个由25MHZ时钟进行控时的2毫秒的上行帧包含50000个计数。为了成功的改变ONU的时隙分配，所有ONU的时隙分配必须同时进行改变。因此，在一个改变发生之前，所有的ONU必须已经接收到同样的时隙表，并且新的时隙表的完全改变必须同时在所有的ONU上进行。
按照改变可变长度时隙长度的技术，同步帧，被称作“特殊帧”，被OLT下行传送。在一个实施例中，特殊帧由TDM控制器322生成并以固定的时间间隔下行传送。在一个实施例中，特殊帧被一个特别的10比特的特殊帧指示器识别。特殊帧确定将被ONU用于上行传输的最近的时隙表。如果OLT的时隙控制器已经生成了一个新的时隙表并且如果ONU已经接收到了这个新的时隙表，那么OUN就会在接收到一个特殊帧指示器之后，立刻开始使用新的时隙表进行上行传输。新的时隙表被用于为之后所有的上行帧分配时隙，直到ONU接收到下一个特殊帧。在一个实施例中，一个新的时隙表被生成，用于每一个特殊帧，并且在一个可选择的实施例中，新的时隙表被生成，作为对在上行流量负载中的改变的补偿。在一个实施例中，特殊帧指示器被每60毫秒发送一次，并且每一个特殊帧涵盖了30个上行帧，每帧2毫秒。通过60毫秒的特殊帧，可变长度的ONU-特有时隙的长度可以在每60毫秒被改变一次。
图8显示了时隙控制技术的一个处理流程图，而图9显示了按照与图8所示的处理流程图的步骤相关的特殊帧，帧，和时隙，对上行流量的定时。如图8，在步骤802，一个特殊帧指示器到达ONU。在步骤AN，ONU开始使用时隙表N操作。时隙表N被作为一个最初的时隙表用于示例目的，并且假定ONU先前已经从OLT的时隙控制器接收到了该时隙表。如图9，步骤AN出现在第一特殊帧的开始，并且时隙如图6所示的均匀分配。在步骤BN，OLT传输时隙表N+1到ONU，而ONU接收了新的时隙表N+1。如图9，步骤BN出现在指定的时间间隔。在步骤CN，ONU确定收到时隙表N+1并传输当前ONU-特定流量需求数据给OLT。当前流量需求数据可以包含队列长度，延迟信息，和带宽预定信息。如图9，步骤CN出现在指定的时间间隔。在步骤DN，OLT接收来自ONU的当前流量负载数据，并且OLT参照来自ONU的当前流量负载数据，生成一个新的时隙表，时隙表N+2。如图9，步骤DN出现在指定的时间间隔。
在判断点804，确定了一个新的特殊帧指示器是否到达ONU。如果一个新的特殊帧指示器没有到达ONU，那么现行的时隙表不会发生变化。然而，如果新的特殊帧指示器到达ONU，那么在步骤AN+1，ONU开始使用时隙表N+1操作。如图9，步骤AN+1出现在第二个特殊帧的开端，并且时隙被在图7A所示每一帧的基础上进行分配。在步骤BN+1，OLT传输时隙表N+2到ONU，而ONU接收了新的时隙表N+2。如图9，步骤BN+1出现在指定的时间间隔。在步骤CN+1，ONU确认收到时隙表N+2并传输当前ONU-特有流量负载数据给OLT。如图9，步骤CN+1出现在指定的时间间隔。在步骤DN+1，OLT接收到来自ONU的当前负载数据，并且OLT参照来自ONU的当前流量负载数据，生成一个新的时隙表，时隙表N+3。如图9，步骤DN+1出现在指定的时间间隔。
在判断点806，确定了一个新的特殊帧指示器是否到达ONU。如果一个新的特殊帧指示器没有到达ONU，那么现行的时隙表不会发生变化。然而，如果新的特殊帧指示器到达ONU，那么在步骤AN+2，ONU开始使用时隙表N+2操作。如图9，步骤AN+2出现在第三个特殊帧的开始部分，并且时隙被在图7B所示的每一帧的基础上进行分配。
处理进程如描述的一样继续，所以时隙的长度被不断的调整，以同步的方式适应当前的流量负载数据。在一个可选择的实施例中，步骤Bx，Cx，和Dx不是完全按图9所示的一样连续操作的。也就是说，某些操作可能会同时发生。在另一个可选择的实施例中，下一个时隙表由OLT生成，并被在同一个特殊帧中，而不是在接着的特殊帧中传输给ONU。
在一个实施例中，上行帧的长度可以按照需求改变。在一个实施例中，每一个上行帧的长度是特殊帧的一个倍数，例如，是一个特殊帧的第1/10，1/15，1/20，或1/25。其倍数可以被改变以适应流量需求，和/或创造一个特殊流量模式。
在另一个实施例中，上行帧的长度可以是125微秒的一个倍数。上行帧的长度是125微秒的一个倍数，这样PON才容易与使用125微秒帧的同步电信网络保持一致。在一个实施例中，上行帧和特殊帧都是125微秒的倍数。
图10的处理流程图描述了在一个OLT和多个ONU之间交换信息的一个方法。在一个步骤1002，下行数据被在可变长度的封包中，从OLT传输到ONU。在一个步骤1004中，上行数据，在使用分时多工以避免传输干扰的ONU-特有的可变长度时隙中，被从ONU传输到OLT，其中ONU-特有的可变长度时隙被可变长度的上行封包填充。
权利要求
1.一个单点对多点光通讯系统包括一个光线路终端(OLT)；和大量通过一个无源光网络连接到上述OLT上的远端光学网络单位(ONUs)，在其中下行数据被在上述无源光网络上从上述OLT传输到上述ONUs，而上行数据被在上述无源光网络上从上述ONUs传输到上述OLT；上述OLT，在上述无源光网络上，在可变长度封包中传输下行数据；上述ONUs，在上述无源光网络上，在使用了分时多工的ONU-特有的可变长度时隙中传输上行数据，其中上述ONU-特有的可变长度时隙被多个可变长度上行封包填充。
2.权利要求1所述的系统中，在上述OLT和上述ONU之间的通讯中进一步包含了一个时隙控制器，用于改变上述ONU-特有的可变长度时隙的长度，以适应上述来自ONU的上行流量需求。
3.权利要求2所述的系统中，上述的时隙控制器包含逻辑性，用于增加第一ONU-特有时隙的长度以适应第一ONU所要求的上行流量的增加，上述的第一ONU是上述多个ONU中的一个。
4.权利要求3所述的系统中，上述的时隙控制器包含逻辑性，用于减少一个第二ONU-特有时隙的长度以适应上述第一ONU-特有时隙的长度的上述增加。
5.权利要求2所述的系统中，上述的时隙控制器包含逻辑性，用于减少第一ONU-特有时隙的长度以适应第一ONU所要求的上行流量的减少，上述的第一ONU是上述的多个ONU中的一个。
6.权利要求2所述的系统中，进一步在上述OLT中包括了一个分时多工控制器，用于生成下行传送给上述ONU的特殊帧，它被用来同步化上述的上行数据传输。
7.权利要求6所述的系统中，其中所述的时隙控制器生成适应于流量需求数据的时隙表，并且在其中作为接收到一个特殊帧的响应，所述的ONU开始使用一个新的时隙表。
8.权利要求6所述的系统中，其中上行帧的长度是所述的特殊帧的倍数。
9.权利要求1所述的系统中，其中上行帧拥有可变的长度。
10.权利要求1所述的系统中，其中上行帧是125微秒的一个倍数。
11.权利要求1所述的系统中，其中所述的可变长度的下行封包是按照IEE802.3格式化的。
12.权利要求1所述的系统中，其中所述的可变长度的下行封包包含有Internet协议(IP)数据包。
13.权利要求12所述的系统中，其中所述的可变长度下行封包的长度是同所述的IP数据包的长度相关的。
14.权利要求1所述的系统中，其中所述的可变长度的上行封包是按照IEE802.3格式化的。
15.权利要求1所述的系统中，其中所述的可变长度的上行封包包含有Internet协议(IP)数据包。
16.权利要求15所述的系统，其中所述的可变长度上行封包的长度是同所述的IP数据包的长度相关的。
17.在一个单点对多点的无源光网络上，在一个光线路终端(OLT)和多个远端光学网络单位(ONU)之间交换信息的方法包括在可变长度下行封包中，从上述OLT传输下行数据到上述ONU；在使用分时多工以避免传输干扰的ONU-特有的可变长度时隙中，从上述ONU传输上行数据到上述OLT，其中所述的ONU-特有的可变长度时隙被可变长度上行封包填充。
18.权利要求17所述的方法进一步包含了一个步骤，用以改变上述ONU-特有的可变长度时隙的长度，以适应来自上述多个ONU的上行流量需求。
19.权利要求18所述的方法进一步包含了一个步骤，它增加了第一ONU-特有时隙的长度以适应来自第一ONU的上行流量需求的增加，所述的第一ONU是上述多个ONU中的一个。
20.权利要求19所述的方法进一步包含了一个步骤，它减少了第二ONU-特有时隙的长度以适应所述的第一ONU-特有时隙的长度的上述增加。
21.权利要求17所述的方法，进一步包含了一个步骤，它减少了第一ONU-特有时隙的长度以适应来自第一ONU的上行流量需求的减少，上述的第一ONU是上述的多个ONU中的一个。
22.权利要求17所述的方法，进一步包含了一个步骤，它从上述OLT下行传输特殊帧到上述ONU，以保持上述上行数据传输的同步性。
23.权利要求22所述的方法进一步包含了以下步骤对应流量需求数据生成一个时隙表；和在上述ONU从上述OLT接收到一个特殊帧的前提下，触发上述时隙表的使用。
24.权利要求23所述的方法，其中上行帧的长度是上述特殊帧的倍数。
25.权利要求17所述的方法，其中上行帧是可变长度的。
26.权利要求17所述的方法，其中上行帧是125微秒的一个倍数。
27.权利要求17所述的方法，其中所述的可变长度的下行和上行封包是按照IEEE802.3协议进行格式化的。
28.权利要求17所述的方法，其中所述的可变长度的下行和上行封包包含一个报头和一个有效负载，并且在其中上述可变长度封包的长度，是同被包含在上述可变长度封包的有效负载中的一个Internet协议(IP)数据包的长度相关的。
29.权利要求17所述的方法，进一步包含了以下步骤将下行Internet协议(IP)数据包嵌入到可变长度下行封包中；并且将上行Internet协议(IP)数据包嵌入到可变长度上行封包中。
30.权利要求29所述的方法，其中所述的可变长度的下行和上行封包是按照IEEE802.3协议格式化的。
31.权利要求17所述的方法，其中所述的传输下行数据的步骤，包含了在不变的时间间隔内对下行同步标记的传输。
32.权利要求17所述的方法，其中所述的ONU-特有的可变长度时隙被多个可变长度封包填充。
33.一个单点对多点光通讯系统包括一个光线路终端(OLT)；和大量通过一个无源光网络连接到上述OLT上的远端光学网络单位(ONU)，在其中下行数据被在上述无源光网络上从上述OLT传输到上述ONU，而下行数据被在上述无源光网络上从上述ONU传输到上述OLT；上述OLT包含将下行数据包格式化成可变长度的下行封包的方法；每一个上述ONU包含将上行数据包格式化成可变长度上行封包的方法；以及与ONU-特有的可变长度时隙相符的上述可变上行封包的传输定时方法，以避免与来自其他的ONU的上行封包互相干扰。
34.权利要求所述33的系统，其中所述的OLT在同上述ONUs的通讯中包含一个时隙控制器，用于改变上述ONU-特有的可变长度时隙的长度，以适应来自上述ONUs的上行流量需求。
35.权利要求34所述的系统，其中所述的时隙控制器包含逻辑性，用于增加第一ONU-特有时隙的长度以适应第一ONU所要求的上行流量的增加，上述的第一ONU是上述的ONUs中的一个。
36.权利要求35所述的系统，其中所述的时隙控制器包含逻辑性，用于减少一个第二ONU-特有时隙的长度以适应上述第一ONU-特有时隙的长度的上述增加。
37.权利要求34所述的系统，其中所述的时隙控制器包含逻辑性，用于减少第一ONU-特有时隙的长度以适应第一ONU所要求的上行流量的减少，上述的第一ONU是上述的多个ONUs中的一个。
38.权利要求33所述的系统，在上述OLT之中进一步包含了一个分时多工控制器(TDM)，用于生成特殊帧，该特殊帧被下行发送到上述ONU以保持上述上行数据传输的同步性。
39.权利要求38所述的系统，在其中所述的时隙控制器对应流量需求数据生成时隙表，并且在其中作为对于接收到一个特殊帧的响应，上述ONUs开始使用一个新的时隙表。
40.权利要求33所述的系统中，所述的可变长度下行封包是按照IEEE802.3进行格式化的。
41.权利要求33所述的系统中，所述的下行数据包是Internet协议(IP)数据包。
42.权利要求41所述的系统中，所述的可变长度下行封包的长度，是和上述的IP数据包的长度相关的。
43.权利要求33所述的系统中，所述的可变长度上行封包是按照IEEE802.3进行格式化的。
44.权利要求33所述的系统中，所述的上行数据包是Internet协议(IP)数据包。
45.权利要求44所述的系统中，所述的可变长度上行封包的长度，是和上述的IP数据包的长度相关的。
全文摘要
一个单点对多点无源光网络，在可变长度的封包中，从一个光线路终端(OLT)，向多个远端光学网络单位(ONU)传输下行数据，以及在使用分时多工的可变长度时隙以避免传输干扰的可变长度封包中，从ONU向OLT传输上行数据。在一个实施例中，系统在OLT和ONU的通讯中，进一步包含了一个时隙控制器，用于改变ONU－特有的可变长度时隙的长度，以适应来自ONU的上行流量需求。在另一个实施例中，时隙控制器包含逻辑性，用于增加第一ONU－特有时隙的长度以适应第一ONU所要求的上行流量的增加，该第一ONU是多个ONU中的一个。在另一个实施例中，时隙控制器包含逻辑性，用于减少一个第二ONU－特有时隙的长度以适应第一ONU－特有时隙的长度的上述增加。在一个实施例中，可变长度下行封包和可变长度上行封包是被按照IEEE802.3格式化的。
文档编号H04J14/00GK1484933SQ01821735
公开日2004年3月24日 申请日期2001年11月16日 优先权日2000年11月17日
发明者杰彻恩·库, 格伦·克雷默, 格里·珀萨文特, 克雷默, 杰彻恩 库, 珀萨文特 申请人:艾劳普提克公司