专利名称：一种无源光纤网络的异步时延调整方法
技术领域：
本发明属于数字光纤通信领域，特别涉及一种无源光纤网络的自动测距与时延调整的异步控制和开窗的方法，可广泛应用于广播式星型无源光纤通信网络以及点到多点的通信系统。
背景技术：
在无源光纤网络中，为了实现带宽共享，有效降低系统成本，一般是由中心局的局端设备和多个远端设备构成。附图1为无源光网络系统的系统结构示意图，其中中心局的局端设备(OLT)是整个系统的核心，中心局的局端设备向多个远端设备的下发的下行信息以广播的方式发送到多个远端设备，远端设备向中心局的局端设备发送突发数据包，多个远端设备的上行信息通过时分多址的方式实现多点复用，协调发送。整个系统要实现协调、稳定工作，克服多点由于距离和启动时间的不一致导致的冲突，中心局的局端设备需要测定各远端设备与中心局端的量化时延，才能统一协调各个远端设备的分时发送时间。因此，无源光网络的系统设备必须有一种时延调整的测试和控制方法，自动测量中心局局端设备与各远端设备的量化时延，协调各个远端的定时发送。
无源光网络的异步时延调整方法是应用于光纤通信领域无源光网络的量化时延的测试方法和控制方法，是突发数据处理中必须解决的关键技术，自从上世纪90年无源光纤网络概念出现后，人们便已开始对其相关技术进行研究，其中也包括自动测距技术，并形成了一些专利。如美国专利5341365，5469440，以及国内华为的“基于时分多址的无源光纤网络的延时测距方法”和武汉邮科院的“基于宽带无源光纤网络的测距方法”，这些专利都是关于延时的测试和计算的方法，主要是在上行接收复帧中开辟一个或多个静态测试窗口和动态测试窗口。静态测试主要在系统初始化或加入一新的远端设备时实施；动态测试也叫精调，主要对各个远端设备进行在线的微测调整。同时针对不同的远端，在下行帧的固定位置分配不同的字节或时隙作为调整标志，在测试时，由局端设备在下行帧中向远端设备发送一测试命令，同时启动计数器进行计数；远端设备收到测试命令后，立即在测试窗口内向局端设备发送一单脉冲的测试信号；局端设备利用高速A/D转换器检测并分析远端设备发来的单测试脉冲相位，检测到测试脉冲则停止记数，该计数器的值即为相应远端设备的环路延时，远端设备据此值进行延时补偿。补偿值加上环路延时值等于某一预定最大值，经过补偿后，各远端设备的信号延时即统一起来，消除了因光纤长度不同而引起的时延差别，为了不影响正常数据，整个测试过程的测试处理均在窗口中完成。窗口占用固定的时隙，因此也占用有效带宽，另外由于窗口有指定的大小，比如125μs，因此可测试的距离也有限制，而且这种测试方法的测试命令都同步地插在下行帧的固定位置，远端响应也是同步的，必须在收到的带命令的帧紧跟的后一帧响应，才能使测试包落在即定的窗口内。因此在电路设计上必须在规定有限的时间内实现响应，对电路处理时间有一定要求。第二种技术如美国专利5299044所述，局端设备采用调制的方法在正常数据上叠加一个低频正弦测试信号，其电平远小于正常数据信号幅度，而周期时间大于最大信号延迟时间；测距时，由局端设备向远端设备发一测试命令，远端设备通过锁相恢复该低频测试信号，并与正常信号进行相位检测比较，根据所测的相位差，即可推算出远端设备的量化延时值，进而可进行延时补偿。这些方法操作复杂、电路必须同步响应、测试距离受限、电路控制接口复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是本发明主要针对现有技术方案的不足，设计一种异步处理、操作简单、测试距离长、基于时分多址的无源光网络的异步时延调整的测试和控制方法。
本发明是这样来实现的一种无源光纤网络的异步时延调整方法，所述的无源光纤网络包括通过光分路器将一局端设备与多个远端设备相连的通信网络以及局端设备与网管控制系统之间的通信，所述的异步时延调整方法的特征在于包括如下步骤a.局端设备收到网管控制系统发出的对远端设备进行时延调整的命令后，依次向各远端设备发送时延调整帧进行时延调整；b.时延调整时，上行光路开放时延调整窗口，除被调整的远端设备外，其它远端设备关闭上行发送，只有被进行测试调整的远端设备在时延调整窗口发送上行信号；c.各个远端设备都完成时延调整后，局端设备通过正常工作帧关闭时延调整窗口恢复正常工作。
具体地，时延调整窗口的开设和控制处理的步骤包括
a.局端光群路盘CPU或DSP工作正常后，采集本盘状态、检测系统配置，根据配置或接收系统网管命令，组成初调测试广播帧送到光群路上传输并查询本端电路状态，等待远端响应；b.此时所有远端首先关闭自己上行光路，建立上行时延调整窗口，然后指定的远端以预置时延值在上行光路发送测距数据包，此时其它远端站已经关闭上行光路，整个时延调整窗口只有被指定的远端在发送测距数据包；c.局端光群路盘群路接收电路接收远端发来的测距数据包，并检测其中特征码的位置，把特征码的位置与局端光群路启动的时标相比较，获得相对的量化时延值，并将这个时延值填到发往被指定的远端的点到点校验数据帧中，下发到远端要求确认；d.被指定的远端收到点到点的校验数据帧后，修改时延值，以收到的校验数据帧中的时延值，并根据上行的时隙配置发送上行测试响应包；e.如果确认时延测试和调整成功，则由局端光群路盘CPU或DSP发送测距成功的确认帧和测距结束恢复正常通讯的工作帧；如果失败则返回第一步发送初调测试广播帧，至少重复二次，若还是失败则发送关站控制点到点帧，并上报网管控制系统。
在时延测试调整之前，网管控制系统启动强发命令，使局端设备向远端设备发送强制发送帧，强制发送帧是与时延调整帧格式相同的测试帧，并监测启动后能工作的远端数目和远端的光功率，并将测试结果存储在网管控制系统中。
根据本发明，无源光纤网络的时延调整窗口的开设、时延调整的控制通道和控制方法均独立于系统的上行传输帧结构和下行传输的帧结构。时延调整时，对上行接收而言，整个时间轴为时延调整窗口，因此快速准确，支持的测试距离不受窗口限制，可以很长；时延调整的控制通道的帧结构独立于无源光网络传输中的下行帧结构，对不同远端的时延测试，不同命令内容的下发和处理按步骤依次传输和处理，不作并行传输和处理，因此传输能力和处理能力与能管理和控制的远端数无关，与下行帧结构无关；时延调整的控制方法采用异步处理的方式，由时延调整通道独立成帧的发送控制和处理过程完全按流程而不是按时隙进行，异步于系统处理电路和定时，减小了对电路响应时间的严格要求，简化了电路处理，同时与网络管理系统相结合，提高可管理性和智能性。
根据本发明，上电时无源光网络中局端设备与远端设备之间的通信传输可不依赖网管控制系统独立工作。无源光网络的局端设备上电时自主地对所有远端依次进行时延测试和调整操作，如果对某个远端测试不成功，就放弃对本测试远端的测试，转入对下一个远端的测试。网管控制系统可以在网络开通启动或故障处理时启动强发命令对远端上行接收的光功率进行测试和故障诊断。
四
附图1无源光纤网络的结构示意图。
附图2时延调整上行测试数据发送示意图。
附图3时延调整控制通道传输示意图。
附图4时延调整帧的结构图。
五具体实施例方式以下结合附图作进一步描述。根据附图2和附图3，无源光纤网络包括通过光分路器将一局端设备与多个远端设备相连的通信网络以及局端设备与网管控制系统之间的通信；局端设备包括局端光群路盘CPU或DSP、局端光群路盘复接发送接收分接电路，远端设备包括远端光群路盘CPU或DSP、远端光群路盘复接发送接收分接电路，网管控制系统包括网管盘和网络服务器及其之间的通信。
时延调整帧F1为局端光群路盘CPU与远端光群路盘CPU之间的通信帧，其格式中包括帧头、帧类型、远端号、命令类型和校验字节，如附图4所示；通信帧F2为无源光网络的局端设备向远端设备发送的光群路下行帧；通信帧F5为无源光网络的远端设备向局端设备发送的光群路上行帧；通信帧F3为网管盘代理与局端光群路盘CPU之间的通信帧；通信帧F4为网管服务器与网管盘之间的通信帧。时延调整帧F1、通信帧F2、通信帧F3、通信帧F4、通信帧F5分别采用各自独立的帧格式。
网管服务器把来自网管界面的上层命令插入到通信帧F4格式的帧中发送给网管盘，网管盘解析从网管服务器发来的通信帧F4中的命令，以通信帧F3帧的格式转发给局端光群路盘CPU，局端光群路盘CPU解析收到的通信帧F3，分析命令，如果命令是与远端时延调整相关的命令，就启动时延测试和调整进程，按测试流程在时延调整帧F1中插入不同的命令类型和数据，把包含不同内容的时延调整帧F1格式的数据流从串行口送到光群路的下行复接电路，复接电路采样串行口并进行复接变成高速群路数据流，高速群路数据流的成帧格式为通信帧F2，通信帧F2通过电光变换，转换成光信号通过下行光群路发往远端设备远端光群路盘的光电转换电路把光信号转换成通信帧F2格式的电信号，送给远端光群路盘的同步、分接、定时电路，从通信帧F2中分接还原出F1，并把时延调整帧F1送给远端光群路盘CPU的串行接收口，远端光群路盘CPU解析时延调整帧F1中的内容识别命令类型，根据命令类型作出响应，发出控制命令和数据给远端光群路盘的发送电路，发送电路发送不同的信息包，强制发送时发送连续的有效信号，时延测试和调整时发送带特征码的测试包，正常工作时发送通信帧F5格式的上行帧，远端光群路盘的电光转换电路把不同的信息包转换成光信号发送到上行光群路上，通过光纤传送给局端设备，局端光群路盘的光电转换电路把光信号转换成通信帧F5格式的电信号，送给局端光群路盘的接收电路，进行识别，局端光群路盘CPU检测光接收电路和电接收电路的状态，并根据状态决定状态的转移，同时把状态和数据以通信帧F3的格式送给网管盘，网管盘解析收到的通信帧F3，以通信帧F4的格式上报给网管服务器，网管服务器解析通信帧F4并把数据和状态写入数据库，作为系统数据存储起来，作为上层处理的依据。
为更好地理解本发明的技术方案，时延测试调整的具体步骤包括1、网管控制系统启动强发命令，使局端设备向远端设备发送强制发送帧，强制发送帧是与时延调整帧格式相同的测试帧，并监测启动后能工作的远端数目和远端的光功率，并将测试结果存储在网管控制系统中。
1)网管控制系统启动强发命令，通过网管盘下发给局端光群路盘CPU，局端光群路盘CPU收到命令后，以时延调整帧F1的帧格式向远端发送强制发送测试帧，进入对接收电路的监测状态；2)远端收到强制发送帧，先关闭上行发送，然后确认站号是否为本远端，如果是本远端则向上行发送连续的码流；3)局端的接收电路检测光路上的光信号，如果有信号则说明该远端可正常工作，同时可通过本盘电路或外部手段测试光功率作为系统工作参数存储在网管数据库中；如果检测不到光信号则说明该远端工作不正常，可作为故障状态记录在网管数据库中，作为维护的依据。
2、局端群路光盘CPU在上电工作正常后，采集本盘状态、检测系统配置，根据配置或接收网管控制系统的命令，根据不同的命令以及网络状态组成不同的帧，帧结构如附图4所示，进行时延测试和调整。
1)局端光群路盘CPU在上电或收到网管盘发出的对某个远端设备进行粗调的命令后，CPU读取FLASH数据，获得需测距的远端的站识别码、远端状态、时隙配置的信息，这时的时延数据为系统预置值，最后组成初调测试广播帧送到系统光群路上传输并查询本端电路状态，等待远端响应；2)如果远端收到的帧类型是时延调整的初调测试广播帧，其操作如附图2，此时所有远端首先关闭自己上行光路，建立上行时延测试窗口，然后再检测站号，图中是对远端Y进行测试，所以远端y以预置时延值在上行光路发送测距数据包，此时其它远端站已经关闭上行光路，整个时延调整窗口只有被测试的远端y的测距数据包在发送；3)局端光群路盘的接收电路接收远端发来的测距数据包，并检测其中特征码的位置，把特征码的位置与局端群路启动的时标相比较，获得相对的量化时延值，并将这个时延值填到发往被测远端的点到点校验数据帧中，下发到远端要求确认，局端光群路盘CPU查询本局端盘的状态判断是否测距成功；4)如果远端y继续收到地址为y号的点到点的校验数据帧，就修改时延值，以收到的数据帧中的时延值，并根据上行的时隙配置发送上行测试响应包；5)如果确认时延测试和调整成功，则由局端光群路盘CPU或DSP发送测距成功的确认帧和测距结束恢复正常通讯的工作帧；如果失败则返回第一步发送初调测试广播帧，至少重复二次，若还是失败则发送点到点关站控制帧，并上报网管控制系统；6)如果远端y收到测距成功确认帧后，则停止发送上行时延调整数据帧；如果收到关站控制帧，表示测试失败，则清除时延数据和时隙配置，不能工作；如果远端y收到正常工作帧，则按校验数据帧中的时延值和配置后开始发送上行数据，正常工作。
3、正常通讯时局端光群路盘查询远端状态，如果发现某个远端失步，局端光群路盘CPU发送对该失步站的关上行光路命令的关机控制帧；该远端则关闭上行光路，不再发送，但不清除时延数据和配置信息；4、局端光群路盘CPU每50ms定时向测距成功、但工作过程中检测到无信号发送而失步的远端站发送恢复帧，用来实现远端设备的自举恢复。
整个测试过程中，局端光路群盘的测试命令消息是透明传输的，可以在无源光网络系统设备本身的传输带宽内传输，即带内传输，也可以不通过本无源光网络系统设备提供的通道，通过其它方式的传输通道即带外通道进行传输，如微波等。局端发送的帧从内容上分类有包括初调帧、校验数据帧、确认帧的测试帧，长发帧和包括精调帧、恢复帧、正常工作帧、关机控制帧的在线工作维护帧。
初调帧为广播帧，用于收到网管命令后启动测距过程，所有的站都响应，站号为要调整的或新增加的站地址，站号相同和不同的站作出不同的响应，采取不同的操作。
校验数据帧为点到点帧，用于下发测试的数据和配置的数据，与站地址相关，只有地址和帧头相同的站才响应。
确认帧为点到点帧，用于判断时延数据是否正确，确认调整后是否落在正确位置，只有地址和帧头相同的站才响应。
长发帧为点到点帧，只有地址和帧头相同的站才响应，用于开通和维护时对远端光功率的测量。
精调为点到点帧，只有地址和帧头相同的站才响应，同时指明是前调还是后调，以及要调的比特数，用于在线的自适应调整。
恢复帧为点到点帧，用于测距通过后授权以及远端掉电后的自动恢复，当检测到原工作有效的站失步后的定时下发时延数据和配置，供远端恢复用。
正常工作帧为广播帧，用于测试结束后所有站的启动。
关机控制帧为点到点帧，用于防止某ONU工作不正常时干扰其他站的关机控制命令。
权利要求
1.一种无源光纤网络的异步时延调整方法，所述的无源光纤网络包括通过光分路器将一局端设备与多个远端设备相连的通信网络以及局端设备与网管控制系统之间的通信，所述的异步时延调整方法的特征在于包括如下步骤a.局端设备收到网管控制系统发出的对远端设备进行时延调整的命令后，依次向各远端设备发送时延调整帧进行时延调整；b.时延调整时，上行光路开放时延调整窗口，除被调整的远端设备外，其它远端设备关闭上行发送，只有被进行测试调整的远端设备在时延调整窗口发送上行信号；c.各个远端设备都完成时延调整后，局端设备通过正常工作帧关闭时延调整窗口恢复正常工作。
2.根据权利要求1所述的异步时延调整方法，其特征在于所述的局端设备包括局端光群路盘CPU或DSP、局端光群路盘复接发送接收分接电路，所述的远端设备包括远端光群路盘CPU或DSP、远端光群路盘复接发送接收分接电路。
3.根据权利要求2所述的异步时延调整方法，其特征在于时延调整窗口的开设和控制处理的步骤包括a.局端光群路盘CPU或DSP工作正常后，采集本盘状态、检测系统配置，根据配置或接收系统网管命令，组成初调测试广播帧送到光群路上传输并查询本端电路状态，等待远端响应；b.此时所有远端首先关闭自己上行光路，建立上行时延调整窗口，然后指定的远端以预置时延值在上行光路发送测距数据包，此时其它远端站已经关闭上行光路，整个时延调整窗口只有被指定的远端在发送测距数据包c.局端光群路盘群路接收电路接收远端发来的测距数据包，并检测其中特征码的位置，把特征码的位置与局端光群路启动的时标相比较，获得相对的量化时延值，并将这个时延值填到发往被指定的远端的点到点校验数据帧中，下发到远端要求确认；d.被指定的远端收到点到点的校验数据帧后，修改时延值，以收到的校验数据帧中的时延值，并根据上行的时隙配置发送上行测试响应包；e.如果确认时延测试和调整成功，则由局端光群路盘CPU或DSP发送测距成功的确认帧和测距结束恢复正常通讯的工作帧；如果失败则返回第一步发送初调测试广播帧，至少重复二次，若还是失败则发送点到点关站控制帧，并上报网管控制系统。
4.根据权利要求1或3所述的异步时延调整方法，其特征在于时延调整帧的控制和处理由局端和远端的CPU或DSP以异步方式自行握手处理，异步于局端和远端的硬件电路的工作。
5.根据权利要求1或3所述的异步时延调整方法，其特征在于时延调整信息传输由局端光群路盘CPU或DSP和远端光群路盘CPU或DSP之间的时延调整通道独立成帧，控制帧在带内传输或带外传输。
6.根据权利要求1或3所述的异步时延调整方法，其特征在于在时延测试调整之前，网管控制系统启动强发命令，使局端设备向远端设备发送强制发送帧，强制发送帧是与时延调整帧格式相同的测试帧，并监测启动后能工作的远端数目和远端的光功率，并将测试结果存储在网管控制系统中。
7.根据权利要求1所述的异步时延调整方法，其特征在于时延调整帧包括帧头、帧类型、远端号、命令类型和校验字节。
全文摘要
一种无源光纤网络的异步时延调整方法，由局端设备依次向各远端设备发送时延调整帧进行时延调整；时延调整时，上行光路开放时延调整窗口，除被调整的远端设备外，其它远端设备关闭上行发送，只有被进行测试调整的远端设备在时延调整窗口发送上行信号；各个远端设备都完成时延调整后，局端设备通过正常工作帧关闭时延调整窗口恢复正常工作。本发明时延调整窗口的开设、时延调整的控制通道和控制方法均独立于系统的上行传输帧结构下行传输的帧结构，支持的测试距离长，减小了对电路响应时间的严格要求，简化了电路处理，同时与网络管理系统相结合，提高可管理性和智能性，可广泛应用于广播式星型无源光纤通信网络以及点到多点的通信系统。
文档编号H04B10/12GK1592158SQ03150578
公开日2005年3月9日 申请日期2003年8月26日 优先权日2003年8月26日
发明者刘泉, 潘素敏, 易河清, 肖鹏程 申请人:上海博为光电科技有限公司