专利名称：具有双链路结构的千兆比特以太网无源光网络的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有一个光学线路终端(OLT)和多个光学网络单元(ONU)的千兆比特以太网无源光网络(GE-PON)，特别是涉及具有双链路结构以寻址OLT和每个ONU之间的链路故障的GE-PON，和使用GE-PON的双重链路方法。
背景技术：
无源光网络(PON)是经光缆网络向端部用户传送信号的通信网络。PON由安装在通信设施中的单个OLT和安装在用户附近的多个ONU构成，通常，最多可有32个ONU连接到一个OLT。
在PON中，OLT经光纤向ONU传输信号。ONU接收从OLT传输的信号，以预定的方式处理该信号，然后将处理结果传送到端部用户。因此，ONU是一个向端部用户提供服务接口的光学网络终止单元。
ONU适合于FTTC(光纤到路边)，FTTB(光纤到建筑物)，FTTF(光纤到地板)，FTTH(光纤到家)，FTTO(光纤到办公室)等。在这类连接中，实施ONU以便为用户提供高服务可接入性。ONU起到互连连接到从其传输模拟信号的用户的电缆，和连接向其发射光信号和从其接收光信号OLT的光学设备的功能。因此，ONU执行光/电转换操作，以便将来自OLT的光信号转换成电信号，使其以后传输到用户，以及执行电/光转换操作，以便将来自用户的电信号转换成光信号，为了以后传输到OLT。
图1示出了千兆比特以太网无源光网络的下行数据传输结构，图2示出了千兆比特以太网无源光网络的上行数据传输结构。
如图1和2所示，千兆比特以太网无源光网络(GE-PON)具有一个OLT10通过分光器15以树形结构连接到多个ONU20，22和24的结构。GE-PON被认为比AON(节点活动性(Activity-On-Node))网络更便宜，更有效。
在开发GE-PON之前，已经开发了异步传送模式无源光网络(ATM-PON)，并被标准化。ATM-PON以数据块的形式在上行或下行方向传输ATM信元。另外，还开发了以数据块的形式传输不同大小的数据包的以太网无源光网络(E-PON)。同样，与ATM-PON相比，E-PON具有更复杂的控制结构。
参考图1，在下行传输期间，OLT10向ONU20，22和24广播要传输的数据。分光器15接收从OLT10广播的数据，并将接收的数据传输到ONU20，22和24中的每一个。ONU20，22和24中的每一个检测要经分光器15传送到用户30，32和34中对应的用户的数据，并且仅接收到对应的用户30，32和34的经检测的数据。
参考图2，在上行传输中，来自用户30，32和34的数据分别被传送到ONU20，22和24。ONU20，22和24根据来自OLT10的传输允许协议分别把来自用户30，32和34的数据传输到分光器15。此时，ONU20，22和24中的每一个在按TDM(时分复用)方式设定的时隙期间传输接收到的数据。因此，在上行数据传输期间，分光器15中没有导致数据冲突。
然而，OLT10和ONU20，22和24的每一个是通过经分光器15在它们之间建立的单条链路互连的。结果是，如果在OLT10与ONU20，22和24的每一个之间建立的链路中出现故障，则不能进行通信，并且需要大量的时间从故障恢复正常。
发明内容
因此，鉴于上述问题做出了本发明，并提供更多的优点。本发明提供一种即使在OLT与每个ONU之间建立的单条链路中出现故障时仍能够方便地从链路故障恢复的GE-PON，以及使用该GE-PON的链路建立方法。
本发明的一个方面是提供一种在OLT与每个ONU之间建立的单条链路中出现故障时能够比现有技术更方便地从链路故障恢复的GE-PON，以及使用该GE-PON的链路建立方法。
本发明的另一个方面是提供一种在OLT与每个ONU之间建立的单条链路中出现故障时能够稳定地传输数据，同时时数据丢失最小的GE-PON，以及使用该GE-PON的链路建立方法。
本发明的再一个方面是提供一种千兆比特以太网无源光网络，包括光学线路终端(OLT)，用于响应经光缆接收的登记请求消息，与设备建立现用链路和备用链路；和至少一个经光缆以双重结构与OLT连接的光网络单元(ONU)。ONU向OLT发射登记请求消息，如果接收到OLT响应该登记请求消息而发射的现有登记消息，则通过该光缆与OLT构成现用链路，此后，如果它从OLT接收到备用消息，则通过该光缆与OLT构成备用链路。
优选的是，OLT适合于在从ONU接收到登记请求消息时确定是否存在根据该ONU的ID建立的链路，如果不存在根据该ONU的ID建立的链路，则向ONU发射建立现用链路的现用登记消息。ONU适合于，如果它从OLT接收到现用登记消息，则与OLT构成现用链路，然后向OLT发射现用登记确认消息，以便响应现用登记消息。
另外，如果存在根据该ONU的ID建立的链路，OLT适合于向ONU发射建立备用链路的备用消息。如果它从OLT接收到备用登记消息，则与OLT构成备用链路，然后向OLT发射备用登记确认消息，以便响应备用消息。
优选的是，千兆比特以太网无源光网络可以进一步包括至少一个设置在OLT和ONU之间的光耦合器，以便经不同的光缆在它们之间双重互连。
根据本发明的另一个方面，OLT适合于，如果在预定的参考时间没有经现用链路从ONU接收到数据，则确定在现用链路中出现错误，并用备用链路替换该现用链路。在此，参考时间对应于OLT和ONU之间预定数量的通信周期。优选的是，参考时间可以是与OLT和ONU之间的2个至15个通信周期对应的任何时间。更优选的是，参考时间可以对应于OLT和ONU之间的5个通信周期，OLT和ONU之间每个通信周期可以是2毫秒。作为替换，参考时间可以是4至30毫秒中的任何一个，优选的是10毫秒。
根据本发明的另一个方面，因现用链路中的错误造成用备用链路替换现用链路需要希望的替换时间。该希望的替换时间可以包括OLT确定现用链路中是否存在错误所需的第一时间，OLT经备用链路向ONU发射现用登记消息和ONU接收该现用登记消息所需的第二时间，和OLT接收ONU响应现用登记消息而发射的现用登记确认消息所需的第三时间。优选的是，第一时间可以是10毫秒，第二时间可以是2毫秒，第三时间可以是2毫秒。因此，所需的替换时间可以是14毫秒。
根据本发明的另一个方面，提供使用干兆比特以太网无源光网络的链路建立方法，该网络包括OLT和与OLT双重连接的至少一个ONU。该方法包括步骤a)当从ONU接收到登记请求消息时确定是否存在根据ONU的ID建立的链路；和b)如果不存在根据ONU的ID建立的链路，则在OLT和ONU之间现用链路，如果存在根据ONU的ID建立的链路，则在OLT和ONU之间备用链路。
优选的是，在步骤b)建立现用链路可以包括步骤登记该登记请求消息中包括的ONU的ID作为现用链路ID；响应登记请求消息中包括的带宽分配请求，向ONU分配带宽；向ONU发射针对包括关于分配的带宽的信息的现用链路建立的现用登记消息；和如果接收到现用登记消息，则与ONU建立现用链路，然后接收响应现用登记消息从ONU发射的现用登记确认消息。
另外，在步骤b)建立备用链路可以包括步骤向ONU发射备用消息，以便与ONU建立备用链路；如果它接收到备用消息，则与ONU建立备用链路，然后接收响应备用消息而从ONU发射的备用确认消息。
优选的是，链路建立方法可以进一步包括步骤c)向ONU发射现用登记消息，以便如果在预定时间内没有经现用链路接收的消息，则用备用链路替换现用链路；和d)如果它接收到现用登记消息，则建立备用链路替换与ONU的现用链路，然后接收响应现用登记消息而从ONU发射的现用登记确认消息。
根据本发明的讲述，在OLT和每个ONU之间建立具有现用链路和备用链路的双重链路，如果现用链路中存在错误，则用备用链路替换现用链路，从而使其能够更方便地从链路错误中恢复。另外，设定现用链路错误确定的参考时间最小为10毫秒，从而使从链路错误导致的数据丢失最小。
从下面结合附图所做的详细说明能够更清楚地理解本发明上面的特性和其他优点，其中图1是表示千兆比特以太网无源光网络的下行数据传输结构的示意图；图2是表示千兆比特以太网无源光网络的上行数据传输结构的示意图；图3是表示根据本发明为防止链路故障而设置的千兆比特以太网无源光网络的优选实施例的方框图；图4示意性地表示了OLT和每个ONU之间的通信语法的示意图；图5是说明根据本发明使用千兆比特以太网无源光网络的双重链路方法的流程图；图6是详细说明图5中的现用链路建立步骤的流程图；和图7是详细说明图5中的双重链路建立步骤的流程图。
具体实施例方式
现在参考附图详细说明本发明的优选实施例。在附图中，相同或类似的元件用相同的参考标号表示，即使在不同的图中描绘这些元件。为了清楚和简洁起见，在此将省略对已知功能和配置的消息描述，因为这可能使本发明的技术主题不清楚。
参考图3，说明根据本发明寻址链路故障的千兆比特以太网无源光网络的优选实施例。如图所示，千兆比特以太网无源光网络(GE-PON)包括OLT100，多个ONU220，240和260，以及第一和第二光耦合器120和140。OLT100和ONU220，240和260中的每一个经第一和第二光耦合器120和140由光缆互连。
在操作中，OLT100响应来自ONU220，240和260的登记请求，与ONU220，240和260中的每一个建立链路。下文中，把在OLT100和ONU220，240和260中的每一个之间经第一光耦合器120形成的链路称为第一链路，把在OLT100和ONU220，240和260中的每一个之间经第二光耦合器140形成的链路称为第二链路。双重链路表示OLT100和ONU 220，240和260中的每一个之间形成的第一和第二链路的集合。优选的是，第一和第二链路中的任何一条是现用链路，而另一条是备用链路。现用链路是在OLT100和ONU220，240和260中的每一个之间实际进行数据发射和接收的信道。备用链路是在现用链路中出现故障时替换OLT100和ONU220，240和260中的每一个之间的现用链路的备用链路。在本实施例中，在从ONU220，240和260中的每一个接收到登记请求时，如果不存在建立的链路，OLT100则建立现用链路。
在本实施例中，如果OLT100接收到来自ONU220，240和260中的每一个的登记请求，它则确定是否存在根据ONU220，240和260中的每一个的ID建立的链路。如果没有建立的链路，OLT100则与ONU220，240和260中的每一个建立现用链路，如果存在建立的链路，则与ONU220，240和260中的每一个建立双重链路。应指出，根据服务提供商的网络开发策略，在建立现用链路时，可以建立双重链路。
此后，ONU220，240和260分别以通常的方式与用户320，340和360通信。
在本实施例中，OLT100以下面的方式确定在双重建立的链路的现用链路中是否出现错误。在现用链路状态中，OLT100与ONU220，240和260中的每一个之间的单向通信周期被设定为2毫秒。如果OLT100未从ONU220，240和260中的每一个单向地接收数据连续达5个通信周期，则确定建立的现用链路中出现错误。就是说，在本实施例中，如果没有从ONU220，240和260中的每一个接收到数据达到了10毫秒，则确定现用链路中出现错误。在替换实施例中，可以改变用于现用链路错误确定的参考时间。例如，如果OLT100没有从ONU220，240和260中的每一个单向地接收到数据连续达到了最小为2个通信周期(4毫秒)到最大为15个通信周期(30毫秒)，则可以确定该现用链路出错。
当确定现用链路出错时，OLT100执行用双重建立的链路的备用链路替换该现用链路的操作。就是说，如果与ONU220，240和260中的每一个建立的现用链路中出现错误，OLT100则登记每个ONU的ID作为现用链路的ID，然后向每个ONU发射现用登记消息。每个ONU响应来自OLT100的现用登记消息，经备用链路与OLT100形成现用链路，然后向OLT100发射现用登记确认消息。
因此，双重链路由在OLT100和ONU220，240和260中的每一个之间建立的现用链路和备用链路构成，如果现用链路中出现错误，备用链路替换现用链路，从而使其能够更容易地从链路错误中恢复。另外，将现用链路错误确定的参考时间设定为最小10毫秒，以便能够使由链路错误导致的数据丢失最小。
现在参考
双重链路建立过程和基于链路错误的链路替换过程。OLT100和ONU220，240和260中的每一个之间双重链路建立过程和链路替换过程被同样地应用，以避免赘述，下面仅详细描述OLT100和ONU220之间的双重链路建立过程和链路替换过程。
图4示意性地表示了OLT100和ONU220之间的通信语法。如图所示，在GE-PON中，OLT100和ONU220按预定周期相互交换报告消息和选通(gate)消息。例如，ONU220向OLT100发射包括带宽分配请求信号的报告消息，OLT100响应报告消息中包括的带宽分配请求信号，向ONU220分配带宽，并向ONU220发射包含有关分配的带宽的信息的选通消息。
此时，OLT100和ONU220在4毫秒的时间间隔中相互交换报告消息和选通消息。换句话说，OLT100和ONU220之间的单向通信周期是2毫秒。在本实施例中，根据是否在预定的单向通信周期发射和接收报告消息和选通消息来自确定链路中是否出现错误。在本实施例中，链路错误确定的参考时间是5个周期，10毫秒。
图5是根据本发明执行使用千兆比特以太网无源光网络的双重链路方法的流程图。
首先，OLT100向ONU220发射现用链路的形成的登记允许消息(S110)。ONU220响应登记允许消息，向OLT100发射登记请求消息(S120)。
OLT100从ONU220接收登记请求消息，然后确定是否存在根据ONU220的ID形成的链路(S130)。在确定没有形成的链路时，OLT100登记ONU220的ID作为现用链路ID，然后经备用链路与ONU220建立现用链路(S300)。然而，如果存在形成的链路，OLT100则与ONU220建立双重链路(S200)。
图6是详细说明图5中的现用链路建立步骤S300流程图。
首先，如果确定没有根据ONU220的ID形成的链路，OLT100则登记ONU220的ID作为现用链路ID(S320)。OLT100响应来自ONU220的登记请求信息中包括的带宽分配请求，向ONU220分配带宽(S340)。
OLT100向ONU220发射与ONU220建立的现用链路的现用登记消息，包括有关分配的带宽的信息(S360)。接收到现用登记消息时，ONU220与OLT100建立现用链路，然后响应现用登记消息向OLT100发射现用登记确认消息(S380)。
在本实施例中，OLT100和ONU220之间建立的现用链路是由第一光耦合器120和连接至此的光缆112和114形成的第一链路。
图7是详细说明图5中的双重链路建立步骤S200流程图。
首先，如果确定存在根据ONU220的ID形成的链路，OLT100则向ONU220发射用于备用链路建立的备用消息(S220)。接收到备用消息时，ONU220与OLT100建立除了现用链路外的备用链路，然后响应备用消息向OLT100发射备用确认消息(S240)。
在本实施例中，除了现用链路外，在OLT100和ONU220之间建立的备用链路是由第二光耦合器140和连接至此的光缆132和134形成的第二链路。
在双重链路建立状态，OLT100确定未经现用链路(或第一链路)从ONU220接收消息是否达到预定时间(10毫秒)(S260)。在确定了存在着经现用链路从ONU220接收的消息达到预定时间时，OLT100响应接收的消息与ONU220通信(S270)。
然而，如果在步骤S260确定未经现用链路从ONU220接收消息达到了预定时间，OLT100则通过由第二光耦合器140和连接至此的光缆132和134形成的备用链路向ONU220发射用于现用链路建立的现用登记消息(S280)。接收到现用登记消息时，ONU220用备用链路替换现用链路，然后响应现用登记消息向OLT100发射现用登记确认消息。
在本实施例中，执行链路错误识别和导致OLT100和ONU220之间的现用链路替换所需的总替换时间可以表示为下面的等式1。
总替换时间(14毫秒)＝链路错误识别时间(10毫秒)+现用登记消息传输时间(2毫秒)+现用登记确认消息接收时间(2毫秒)因此，如果OLT100通过建立的现用链路从ONU接收到登记请求消息，则通过除了现用链路外形成备用链路来与ONU建立双重链路。如果在现用链路中出现错误，用备用链路替换现用链路，从而使其能够方便地从链路错误中恢复并减少数据丢失。
如上面的说明所给出的，根据本发明，在OLT和每个ONU之间建立由现用链路和备用链路组成的双重链路，如果现用链路中存在错误，用备用链路替换现用链路，从而使其能够方便地从链路错误中恢复。另外，用于现用链路错误确定的参考时间被设定为最小10毫秒，以使由链路错误导致的数据丢失最小。
虽然已经为了说明的目的公开了本发明的优选实施例，本领域技术人员应该理解，能够对本发明进行各种修改，添加和替换而没有脱离所附权利要求公开的本发明的范围和精神。
权利要求
1.一种千兆比特以太网无源光网络，包括光学线路终端(OLT)，用于响应经光缆接收的登记请求消息，建立现用链路和备用链路；和至少一个经所述光缆耦合到所述OLT的光网络单元(ONU)，所述ONU向所述OLT发射所述登记请求消息，在接收到响应所述登记请求消息而从所述OLT发射的现用登记消息时，与所述OLT构成所述现用链路，如果从所述OLT接收到备用消息，则与所述OLT形成所述备用链路。
2.根据权利要求1所述的千兆比特以太网无源光网络，其中使所述OLT适合于响应来自所述ONU的所述登记请求消息，确定是否存在根据所述ONU的ID建立的链路，如果不存在建立的链路，则向所述ONU发射建立所述现用链路的所述现用登记消息；和所述ONU适合于响应来自所述OLT的所述现用登记消息，与所述OLT构成所述现用链路，然后向所述OLT发射现用登记确认消息。
3.根据权利要求2所述的千兆比特以太网无源光网络，其中如果存在建立的链路，所述OLT适合于向所述ONU发射用于建立所述备用链路的所述备用消息；和所述ONU适合于响应来自所述OLT的所述备用消息，与所述OLT形成所述备用链路，然后向所述OLT发射备用确认消息，以便响应所述备用消息。
4.根据权利要求3所述的千兆比特以太网无源光网络，进一步包括设置在所述OLT和所述ONU之间的至少一个光耦合器，用于经不同的光缆将所述OLT和所述ONU双重互连。
5.根据权利要求1所述的千兆比特以太网无源光网络，其中所述OLT适合于，如果没有经现用链路从所述ONU接收到数据达到了预定的参考时间，则确定在所述现用链路中出现错误，然后用所述备用链路替换所述现用链路。
6.根据权利要求5所述的千兆比特以太网无源光网络，其中所述参考时间对应于所述OLT和所述ONU之间预定数量的通信周期。
7.根据权利要求6所述的千兆比特以太网无源光网络，其中所述参考时间在所述OLT和所述ONU之间的2个至15个通信周期之间的范围内。
8.根据权利要求7所述的千兆比特以太网无源光网络，其中所述参考时间对应于所述OLT和所述ONU之间的5个通信周期。
9.根据权利要求7所述的千兆比特以太网无源光网络，其中所述OLT和所述ONU之间的每个所述通信周期是2毫秒。
10.根据权利要求9所述的千兆比特以太网无源光网络，其中所述参考时间在4至30毫秒之间。
11.根据权利要求10所述的千兆比特以太网无源光网络，其中所述参考时间是10毫秒。
12.根据权利要求11所述的千兆比特以太网无源光网络，其中因所述现用链路中的错误造成用所述备用链路替换所述现用链路需要希望的替换时间，所述希望的替换时间包括所述OLT确定所述现用链路中是否存在错误所需的第一时间，所述OLT经所述备用链路向所述ONU发射所述现用登记消息和所述ONU接收所述现用登记消息所需的第二时间，和所述OLT接收到响应所述现用登记消息而从所述ONU发射的现用登记确认消息所需的第三时间。
13.根据权利要求12所述的千兆比特以太网无源光网络，其中所述希望的替换时间是14毫秒。
14.根据权利要求13所述的千兆比特以太网无源光网络，其中所述第一时间是10毫秒，所述第二时间是2毫秒，所述第三时间是2毫秒。
15.一种使用包括OLT和耦合到所述OLT的至少一个ONU的千兆比特以太网无源光网络的链路建立方法，所述方法包括步骤a)当从所述ONU接收到登记请求消息时，确定是否存在根据所述ONU的ID建立的链路；和b)如果不存在建立的链路，则在所述OLT和所述ONU之间建立现用链路，如果存在建立的链路，则在所述OLT和所述ONU之间建立备用链路。
16.根据权利要求15所述的链路建立方法，其中在所述步骤b)建立现用链路包括下列步骤登记所述登记请求消息中包括的所述ONU的所述ID作为现用链路ID；响应所述登记请求消息中包括的带宽分配请求，向所述ONU分配带宽；向所述ONU发射针对包括关于分配的带宽的信息的现用链路建立的现用登记消息；和响应所述现用登记消息，与所述ONU建立所述现用链路，和接收响应所述现用登记消息而从所述ONU发射的现用登记确认消息。
17.根据权利要求15所述的链路建立方法，其中在所述步骤b)建立备用链路包括下列步骤向所述ONU发射备用消息，以便与所述ONU建立所述备用链路；和响应所述备用消息，与所述ONU建立所述备用链路，和接收响应所述备用消息而从所述ONU发射的备用确认消息。
18.根据权利要求17所述的链路建立方法，进一步包括步骤c)如果在预定时间内没有经所述现用链路接收到的消息，则向所述ONU发射现用登记消息，以便用所述备用链路替换所述现用链路；和d)响应所述现用登记消息，与所述ONU建立替换所述现用链路的所述备用链路，并接收响应所述现用登记消息而从所述ONU发射的现用登记确认消息。
全文摘要
公开一种具有双重链路结构的千兆比特以太网(GE－PON)无源光网络。GE－PON包括光学线路终端(OLT)，多个光耦合器，和多个光网络单元(ONU)。OLT响应经光缆接收的登记请求消息，建立现用链路和备用链路。每个ONU经光缆与OLT双重连接，并适合于向OLT发射所述登记请求消息，如果接收到响应该登记请求消息从OLT发射的现用登记消息，则经光缆与OLT形成所述现用链路，如果从OLT接收到备用消息，则经光缆与OLT形成备用链路。光耦合器设置在OLT和每个ONU之间，以便经不同的光缆双重互连OLT和每个ONU。
文档编号H04L12/28GK1592156SQ20041006197
公开日2005年3月9日 申请日期2004年6月29日 优先权日2003年8月26日
发明者李民孝, 金荣锡, 吴润济, 朴泰诚 申请人:三星电子株式会社