专利名称：无源光网络保护倒换方法和系统以及光线路终端接入卡的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及电信网，并且更具体地涉及电信网中的自动保护倒换技术。
背景技术：
在直接通过光纤将宽带数据传送给各种终端用户方面，无源光网络(PON)的作用变得更加重要。随着光纤到户(FTTH)技术的日益进步，对于PON技术的应用的需求也不断扩大。基于ITU-983标准的不同商用产品在网络中得到了广泛的应用。对于下一代PON网络，主要有两个发展方向一是基于面向全业务的ITU-TG.984协议系列的千兆比无源光网络(GPON)，二是基于以太网在光接入网中的标准IEEE 802.3ah协议的以太无源光网络(EPON)。
关于GPON的倒换机制，可参照国际电信联盟电信标准化部门的GPON标准“ITU G.984.1General Characteristics forGigabit-capable Passive Optical Networks(GPON)”。该标准在倒换机制上沿用了ITU-T在“ITU G.983.1Broadband OpticalAccess System Based on Passive Optical Networks”和“ITU G.983.5A Broadband Optical Access System with Enhanced Survivability”中对于宽带无源光网络(BPON)的详尽定义的保护倒换方案。主要分为简单线路保护倒换类型A和B，以及面向光网络单元(ONU)、光线路终端(OLT)的全面保护类型C。类型A和B比较简单，只能保护OLT至无源分束器的光纤线路和OLT，实际应用中较少应用。类型C是针对ONU、光分配网络(ODN)以及OLT的完备保护，可以实现1∶1、1+1、X∶N保护。
图1A是GPON网络系统中C类型的1∶1和1+1保护倒换方案示意图；图1B是GPON网络系统中C类型的X∶N保护倒换方案示意图。由于保护倒换功能需要成倍地增加光纤线路和设备，导致网络的成本增加很大。即使只有一个ONU需要保护，也必须配备双份的OLT和ODN。例如，假设图1A中只有ONU 1需要保护，则也必须配备双份的OLT(即图1A中的PON LT(1)和PON LT(0))和双份的ODN(即，图1A中所示的两个光分路器)。图1B中，需要冗余配备的OLT和ODN数目更多。因此，现有技术的GPON中的保护倒换方案增加了网络成本。
EPON由美国电气电子工程师学会的EPON标准“IEEE DraftP802.3ah TM/D2.0”规定，该标准是以太网在光接入网上的延续。为了保证同Ethernet标准的兼容，EPON标准中没有规定保护倒换方案。但是EPON中存在着多业务承载问题，特别是时分复用话音业务的承载。因此，在EPON中实现电信级的业务保护倒换功能非常必要。现有技术对EPON网络进行了保护倒换功能的拓展，并在冗余光纤上提供额外业务传输功能，但是并没有解决PON网络保护倒换设备复杂化的问题。保护倒换设备的复杂化直接导致网络成本的增加。
另外，虽然EPON以及GPON有自己不同的技术，面向不同的应用场景，但是两者具有相同的网络拓扑结构和相似的网络管理结构，并非不可融合。融合GPON/EPON技术的下一代PON接入设备成为发展趋势。也就是说，同一设备可以根据不同的用户需求同时提供EPON与GPON接入服务，并且同时提供统一的网络管理配置能力。现有技术中还没有既支持GPON又支持EPON的保护倒换方案。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提供一种用于无源光网络系统的保护倒换方法、保护倒换系统以及用于本发明的保护倒换的光线路终端接入卡。
为此，本发明提供一种用于无源光网络系统的保护倒换方法，所述无源光网络系统包括第一无源光网络、第二无源光网络、光线路终端和光网络单元，所述方法的特征在于包括以下步骤所述光线路终端将连接所述光网络单元的所述第一无源光网络设置为工作链路，使得所述光网络单元在所述工作链路上与所述光线路终端进行上下行数据传输；所述光线路终端将连接所述光网络单元的所述第二无源光网络设置为冗余链路，以便利用所述冗余链路对所述工作链路进行保护倒换。
本发明还提供一种用于无源光网络系统的保护倒换系统，包括第一无源光网络；第二无源光网络；光线路终端；光网络单元；其特征在于所述光网络单元分别经过所述第一无源光网络和所述第二无源光网络与所述光线路终端连接；所述光线路终端将所述第一无源光网络设置为工作链路，将所述第二无源光网络设置为冗余链路；所述光网络单元在所述工作链路上与所述光线路终端进行上下行数据传输，并且利用所述冗余链路对所述工作链路进行保护倒换。
本发明还提供一种无源光网络光线路终端接入卡，其特征在于包括第一物理层处理装置和第一媒体接入控制层处理装置，用于对第一无源光网络中的光网络单元上下行数据进行处理；第二物理层处理装置和第二媒体接入控制层处理装置，用于对第二无源光网络中的光网络单元上下行数据进行处理；以及复用/选择模块，根据光线路终端对工作链路的设置情况，选择性地向/从所述第一媒体接入控制层处理装置或所述第二媒体接入控制层控制处理装置发送/接收数据。
本发明的保护倒换方法和设备可以在不影响第一无源光网络和第二无源光网络正常工作的情况下，满足对特定ONU提供保护倒换功能的要求。本发明利用两个无源光网络作为工作链路和冗余链路，因而节约了保护倒换中所需的冗余光纤和冗余设备。同时，由于两个无源光网络同时工作，在进行保护倒换时，无需重新开始测距等无源光网络启动时的必须过程，减少了保护倒换的时间。
图1A是GPON网络系统中C类型的1∶1和1+1保护倒换方案示意图；图1B是GPON网络系统中C类型的X∶N保护倒换方案示意图；图2是实现根据本发明的保护倒换方法的无源光网络的示意结构图；图3是根据本发明的保护倒换方法中采用的OLT接入卡的示意结构图。
具体实施例方式
下面参照附图描述本发明的实施方式。
图1A和图1B在前文已有描述。
图2是实现根据本发明的保护倒换方法的无源光网络的示意结构图。图2示意性地示出了两个独立的无源光网络，即PON 0和PON1。每个PON中包括多个光网络单元(ONU)，即ONU 1至ONU N。当然，每个PON中的ONU的数量不必相同。每个PON中，多个ONU通过相应的光分路器(图2中的光分路器0或光分路器1)接入对应的光线路终端(图2中的PON OLT 0或PON OLT 1)。图2中的标号101表示一块OLT接入卡。在本发明的这个实施方式中，OLT端对于PON 0和PON 1的接入在同一块OLT接入卡101中实现。
图2所示的例子中，假设只有ONU 1是需要为其提供保护功能的ONU。将ONU 1同时连接到PON 0和PON 1中。可以不失一般性地假设，PON 0为工作链路，PON 1为冗余链路。
对于下行方向的传输，在OLT端，OLT接入卡101将经过工作链路PON 0发送到ONU 1的业务复制到冗余链路PON 1中。这样，下行业务分别通过光分路器0和光分路器1到达ONU 1。ONU 1根据设定的接收条件，对两路业务进行选择性的接收。
对于上行方向的传输，在ONU 1端，ONU 1将待发送的业务分别发送到PON 0和PON 1中。上行业务分别通过光分路器0和光分路器1达到PON OLT 0和PON OLT 1。由于OLT接入卡101同时支持PON 0和PON 1的接入，所以可以方便地根据预先设定的条件选择性地接收经过ONU 1发送的上行业务。
通过以上方式，实现了1+1保护倒换。
另外，可以使工作链路PON 0和冗余链路PON 1分别承载不同的业务，以便增加ONU 1的带宽，实现1∶1保护。
在此需要说明的是，图2中的PON 0和PON 1可以为同种网络，例如同为EPON或者同为GPON；也可以为不同种网络，例如，PON 0为EPON，而PON 1为GPON。PON的不同种类不构成对本发明的限制。
图3是根据本发明的保护倒换方法中采用的OLT接入卡的示意结构图如图3所示，受保护的ONU 1分别通过PON 0和PON 1与OLT接入卡101连接。OLT接入卡101中包括复用/选择模块201、两个物理层模块(即物理层0和物理层1)、两个GTC/EMAC层模块(即GTC/EMAC层0和GTC/EMAC层1)和相应的接口总线。两个GTC/EMAC层模块分别为PON 0和PON 1的第二层处理模块。对于GPON而言，第二层为传输汇聚层(TC)。对于EPON而言，第二层为媒体接入控制层(MAC)。GTC/EMAC层0和GTC/EMAC层1通过各自的接口总线与复用/选择模块201连接。复用/选择模块201对业务进行复用或者选择，并且与外部数据总线相连。
为了实现1+1的保护倒换方式，在下行方向，OLT接入卡101中的复用/选择模块201将ONU 1工作链路PON 0中的业务复制到冗余链路PON 1。两路业务分别依次经过PON 0和PON 1的第二层(GTC/EMAC层0和GTC/EMAC层1)和物理层(物理层0和物理层1)受到处理，然后通过相应的光纤线路到达ONU 1。设置在ONU 1中的数据复用/选择模块202，根据预先的设定，或者根据OLT的物理层管理维护指令，选择性地接收来自PON 0的数据或来自PON 1的数据。在上行方向，ONU 1通过数据复用/选择模块202分别经由工作链路PON 0和冗余链路PON 1发送上行数据。在OLT接入卡101中，上行数据分别经过PON 0和PON 1的物理层(物理层0和物理层1)和第二层(GTC/EMAC层0和GTC/EMAC层1)受到处理，经由各自的接口总线接入复用/选择模块201。复用/选择模块202根据设定的条件，例如误码率大小、时延、抖动等参数，选择性地接收来自工作链路PON 0的业务和来自冗余链路PON 1的业务。
当工作链路PON 0异常时，由OLT发起保护倒换。OLT接入卡101定期检测链路状况，查看是否满足需要倒换的触发条件，例如查看是否出现ONU丢失、线路误码率恶化等情况。若满足倒换触发条件，则OLT接入卡101控制网络启动保护倒换。OLT接入卡101在保护线路上通过物理层管理维护通道发送倒换命令。ONU 1根据命令完成倒换动作，即，ONU 1中的数据复用/选择模块202选择从冗余线路PON 1中接收数据。同时ONU 1向OLT接入卡101上报相关消息，以表明工作状态；OLT接入卡101接收到上报的消息后进行检验，并更新各种状态寄存器。
为了实现1∶1的保护倒换方式，在下行方向，在OLT接入卡101中的复用/选择模块201对ONU 1的下行业务进行分拣。通过工作链路PON 0承载高优先级业务。当工作链路PON 0提供的带宽不足以支持ONU 1的全部下行业务时，由冗余链路PON 1承载剩余的下行业务。ONU 1中的数据复用/选择模块202分别对PON 0和PON 1传送的下行数据进行接收，并复用到ONU 1端的数据总线。在上行方向，ONU 1中的数据复用/选择模块202首先通过工作链路PON 0承载高优先级的上行业务。当工作链路PON 0提供的带宽不能满足ONU1上行业务的需要时，则通过PON 1承载剩余的上行业务。由于工作链路PON 0和冗余链路PON 1均承载业务，所以OLT接入卡101中的复用/选择模块201将两路上行数据统一复用到OLT端的数据总线。
1∶1保护倒换的实现方式与1+1保护倒换的实现方式相同，不再赘述。
根据现有标准，宽带无源光网络(BPON)与GPON共用统一的保护倒换方案。在本发明的上述实施方式中，用于承载保护倒换物理层管理维护通道的具体定义如表1所示。
表1 BPON/GPON保护倒换消息格式
在新近通过的IEEE EPON的标准中，没有涉及网络的保护倒换方案。但是EPON同样也存在电信级业务的承载问题，必须为其提供可选的保护倒换功能。下一代的PON网络设计上需要兼容BPON/GPON和EPON这两种网络，并且提供统一的管理平台。因此，本发明为EPON网络提供了保护倒换扩展，以便在综合PON网络平台上为EPON与BPON/GPON提供统一的、可管理的保换倒换功能。
按照PON的功能划分，保护倒换属于PON设备中的物理层的管理功能。因此在EPON中应该在管理层面进行扩展，以便使网络层次划分清晰、并便于网络管理。EPON标准在Ethernet MAC层上扩展了5种用于实现点对多点(P2MP)的控制帧。如表2所示，本方案在此基础上扩展操作码(Opcode)标识为00-07的PON网段跟踪(PST-Section Trace)帧，用于实现保护倒换功能。
表2 EPON中多点控制操作维护管理消息(MPCP OAM)
为了便于统一网络管理，PST帧的帧格式主要参照表1中的描述，具体格式如表3所示。EPON上下行PST帧相同，其中K1、K2消息以及链路表示如表1中相关信息所示，以便实现对于EPON以及GPON的统一管理。
表3 EPON PST帧格式
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域内熟练的技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改。
权利要求
1.一种用于无源光网络系统的保护倒换方法，所述无源光网络系统包括第一无源光网络、第二无源光网络、光线路终端和光网络单元，所述方法的特征在于包括以下步骤所述光线路终端将连接所述光网络单元的所述第一无源光网络设置为工作链路，使得所述光网络单元在所述工作链路上与所述光线路终端进行上下行数据传输；所述光线路终端将连接所述光网络单元的所述第二无源光网络设置为冗余链路，以便利用所述冗余链路对所述工作链路进行保护倒换。
2.根据权利要求1所述的保护倒换方法，其特征在于所述光网络单元在所述工作链路上与所述光线路终端进行上下行数据传输的步骤还包括以下步骤在上行数据传输时，所述光网络单元将发送到所述工作链路的上行数据复制到所述冗余链路，通过所述工作链路和所述冗余链路同时向所述光线路终端发送上行数据，并且所述光线路终端从所述工作链路接收所述上行数据；在下行数据传输时，所述光线路终端将所述光网络单元的下行数据复制到所述冗余链路，通过所述工作链路和所述冗余链路同时向所述光网络单元发送下行数据，并且所述光网络单元从所述工作链路接收所述下行数据；所述光线路终端定期地检测所述工作链路的状况，并且在所述工作链路状况出现异常时，将所述冗余链路倒换为新的工作链路，使得所述光网络单元在所述新的工作链路上继续与所述光线路终端进行上下行数据传输。
3.根据权利要求1所述的保护倒换方法，其特征在于所述光网络单元在所述工作链路上与所述光线路终端进行上下行数据传输的步骤还包括以下步骤在上行数据传输时，所述光网络单元通过所述工作链路向所述光线路终端发送高优先级的上行数据，当所述工作链路提供的带宽不能满足所述光网络单元的上行需求时，所述光网络单元通过所述冗余链路向所述光线路终端发送剩余的上行数据，并且所述光线路终端对所述上行数据进行复用接收；在下行数据传输时，所述光线路终端通过所述工作链路向所述的光网络单元发送高优先级的下行数据，当所述工作链路提供的带宽不能满足所述光网络单元的下行需求时，所述光线路终端通过所述冗余链路向所述光网络单元发送剩余的下行数据，并且所述光网络单元对所述下行数据进行复用接收。
4.根据权利要求1所述的保护倒换方法，其特征在于所述第一无源光网络和所述第二无源光网络是宽带无源光网络、千兆比无源光网络和以太无源光网络中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的保护倒换方法，其特征在于在以太无源光网络中，所述光线路终端通过向所述光网络单元发送媒体接入控制层中的控制帧来发起并指示将所述冗余链路倒换为新的工作链路。
6.一种用于无源光网络系统的保护倒换系统，包括第一无源光网络；第二无源光网络；光线路终端；光网络单元；其特征在于所述光网络单元分别经过所述第一无源光网络和所述第二无源光网络与所述光线路终端连接；所述光线路终端将所述第一无源光网络设置为工作链路，将所述第二无源光网络设置为冗余链路；所述光网络单元在所述工作链路上与所述光线路终端进行上下行数据传输，并且利用所述冗余链路对所述工作链路进行保护倒换。
7.根据权利要求6所述的保护倒换系统，其特征在于在上行数据传输时，所述光网络单元将发送到所述工作链路的上行数据复制到所述冗余链路，通过所述工作链路和所述冗余链路同时向所述光线路终端发送上行数据，并且所述光线路终端从所述工作链路接收所述上行数据；在下行数据传输时，所述光线路终端将所述光网络单元的下行数据复制到所述冗余链路，通过所述工作链路和所述冗余链路同时向所述光网络单元发送下行数据，并且所述光网络单元从所述工作链路接收所述下行数据；并且其特征在于所述光线路终端还包括检测装置，用于定期地检测所述工作链路的状况，其中在所述检测装置检测到所述工作链路状况出现异常时，所述光线路终端指示将所述冗余链路倒换为新的工作链路，从而所述光网络单元在所述新的工作链路上继续与所述光线路终端进行上下行数据传输。
8.根据权利要求6所述的保护倒换系统，其特征在于在上行数据传输时，所述光网络单元通过所述工作链路向所述光线路终端发送高优先级的上行数据，当所述工作链路提供的带宽不能满足所述光网络单元的上行需求时，所述光网络单元通过所述冗余链路向所述光线路终端发送剩余的上行数据，并且所述光线路终端对所述上行数据进行复用接收；在下行数据传输时，所述光线路终端通过所述工作链路向所述的光网络单元发送高优先级的下行数据，当所述工作链路提供的带宽不能满足所述光网络单元的下行需求时，所述光线路终端通过所述冗余链路向所述光网络单元发送剩余的下行数据，并且所述光网络单元对所述下行数据进行复用接收。
9.根据权利要求6所述的保护倒换系统，其特征在于所述第一无源光网络和所述第二无源光网络是宽带无源光网络、千兆比无源光网络和以太无源光网络中的至少一种。
10.根据权利要求9所述的保护倒换系统，其特征在于在以太无源光网络中，所述光线路终端通过向所述光网络单元发送媒体接入控制层中的控制帧来发起并指示将所述冗余链路倒换为新的工作链路。
11.一种无源光网络光线路终端接入卡，其特征在于包括第一物理层处理装置和第一媒体接入控制层处理装置，用于对第一无源光网络中的光网络单元上下行数据进行处理；第二物理层处理装置和第二媒体接入控制层处理装置，用于对第二无源光网络中的光网络单元上下行数据进行处理；以及复用/选择模块，根据光线路终端对工作链路的设置情况，选择性地向/从所述第一媒体接入控制层处理装置或所述第二媒体接入控制层控制处理装置发送/接收数据。
12.根据权利要求11的光线路终端接入卡，其特征在于所述复用/选择模块在上行数据传输时，根据网络状况对来自所述第一媒体接入控制层处理装置和所述第二媒体接入控制层处理装置的上行数据进行选择，并且将选择后的上行数据传送到数据总线；在下行数据传输时，将下行数据发送到所述第一媒体接入控制层处理装置和所述第二媒体接入控制层处理装置。
13.根据权利要求11所述的光线路终端接入卡，其特征在于所述复用/选择模块在上行数据传输时，对来自所述第一媒体接入控制层处理装置的高优先级上行数据和来自所述第二媒体接入控制层处理装置的剩余上行数据进行复用接收，并且将复用后的上行数据传送到数据总线；在下行数据传输时，向所述第一媒体接入控制层处理装置发送高优先级的下行数据，当所述第一无源网络提供的带宽不能满足下行需求时，向所述第二媒体接入控制层处理装置发送剩余的下行数据。
14.根据权利要求11所述的光线路终端接入卡，其特征在于所述复用/选择模块是异步传输模式复用/选择模块和以太复用/选择模块中的至少一种。
15.根据权利要求14所述的光线路终端接入卡，其特征在于以太复用/选择模块通过媒体接入控制层处理装置和物理层处理装置向光网络单元发送媒体接入控制层中的控制帧，发起并且指示在所述第一无源光网络和所述第二无源光网络之间进行保护倒换。
全文摘要
本发明提供一种用于无源光网络系统的保护倒换方法，所述方法的特征在于包括以下步骤光线路终端最初将第一无源光网络设置为工作链路，将第二无源光网络设置为冗余链路，使得光网络单元在所述工作链路上与所述光线路终端进行上下行数据传输；所述光线路终端定期地检测所述工作链路的状况，并且在所述工作链路状况出现异常时，将所述冗余链路倒换为所述工作链路，使得所述光网络单元在所述工作链路上继续与所述光线路终端进行上下行数据传输。本发明还提供相应的保护倒换系统及光线路终端接入卡。本发明的保护倒换方法和设备，节约了保护倒换中所需的冗余光纤和冗余设备，减少了保护倒换的时间。
文档编号H04L12/24GK1756175SQ200410066698
公开日2006年4月5日 申请日期2004年9月27日 优先权日2004年9月27日
发明者齐江 申请人:上海贝尔阿尔卡特股份有限公司