专利名称：无源光网络中iptv业务的频道切换系统和方法
技术领域：
本发明涉及使用无源光网络作为接入网，提供IPTV业务的网络。具体的，涉及无源光网络中进行IPTV业务的频道切换的系统和方法。
背景技术：
今天，宽带业务成为对运营商和终端用户都极其重要的电信业务。而无源光网络被认为是提供宽带接入的新一代技术。
IPTV使终端用户的娱乐方式发生从有线电视到网络电视，从广播电视到交互电视的转变。然而，在当前的IP网络中，提供IPTV业务需要许多技术的支持。例如服务质量技术，安全技术等。而且某些问题必须首先解决。
其中，频道切换时间是IPTV的重要参数之一。在传统的有线电视系统中，频道切换时间通常低于100毫秒。这样可以满足终端用户在频道切换时的要求。但在IPTV系统中，由于视频数据和控制信息都采用IP包封装技术，而且TCP/IP系统是尽力而为的传输系统，当用户需要转换频道时，发送频道切换请求及和接收视频服务器的请求确认消息所需要的时间，受网络状况的影响很大，因此当前技术无法进行快速频道切换。
美国专利US 2005/0265386 A1中，使用WDM技术传送基于IP的视频，并且修改了PON的包格式。但该技术只是使用IGMP协议进行频道切换的管理，而没有解决快速频道切换的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种无源光网络中进行IPTV业务的频道切换的光线路终端、光网络单元、无源光网络系统和方法，能够缩短无源光网络中的IPTV用户进行频道切换的时间。
为了实现本发明的目的，本发明提供一种无源光网络系统的光网络单元(ONU)，所述无源光网络系统具有光线路终端(OLT)，多个所述光网络单元与终端用户连接，并与所述光线路终端连接，所述光网络单元具有存储器，光电转换单元，对来自终端用户和光线路终端的信号进行光电变换，帧处理单元，具有监视所述终端用户发出的频道请求的监视单元、和将由IPTV服务器通过光线路终端发来的帧信号有选择地发送给终端用户的光层过滤器，其中，所述存储器保持有一个频道列表，该频道列表储存频道信息和该无源光网络中的频道的光传输信息的对应关系，所述光网络单元还具有控制单元，根据从所述监视单元得到的来自终端客户的频道切换请求中包含的切换频道的频道信息，参照所述频道列表，控制所述光层滤波器选择具有与所述切换频道的频道信息对应的光传输信息的帧信号，将该帧信号发送到终端用户。
本发明提供一种无源光网络系统的光线路终端，所述无源光网络系统具有多个连接终端用户的光网络单元，所述光线路终端与所述光网络单元连接，其特征在于，所述光线路终端具有存储器，PON接收和发送单元，接收从IPTV服务器发来的帧信号，发送到光网络单元，帧处理单元，具有监视所述终端用户发出的频道请求的监视单元，所述存储器保持有一个频道列表，该频道列表储存频道信息和该无源光网络中的频道的光传输信息的对应关系，所述光线路终端还具有控制单元，根据从所述监视单元得到的来自终端客户的频道切换请求中包含的切换频道的频道信息，参照所述频道列表，分配切换频道的光传输信息，将分配结果通知给光网络单元，进行频道的切换。
本发明提供一种无源光网络系统，包括光线路终端和多个连接终端用户的光网络单元，所述光网络单元具有存储器，光电转换单元，对来自终端用户和光线路终端的信号进行光电变换，帧处理单元，具有监视所述终端用户发出的频道请求的监视单元、和将由IPTV服务器经由光线路终端发来的帧信号有选择地发送给终端用户的光层过滤器，其中，所述存储器保持有一个频道列表，该频道列表储存频道信息和该无源光网络中的频道的光传输信息的对应关系，所述光网络单元还具有控制单元，根据从所述监视单元得到的来自终端客户的频道切换请求中包含的切换频道的频道信息，参照所述频道列表，控制所述光层滤波器选择具有与所述切换频道的频道信息对应的光传输信息的帧信号，将该帧信号发送到终端用户，所述光线路终端具有存储器，PON接收和发送单元，接收从IPTV服务器发来的帧信号，发送到光网络单元，帧处理单元，具有监视所述终端用户发出的频道请求的监视单元，所述存储器保持有一个频道列表，该频道列表储存频道信息和该无源光网络中的频道的光传输信息的对应关系，所述光线路终端还具有控制单元，根据从所述监视单元得到的来自终端客户的频道切换请求中包含的切换频道的频道信息，参照所述频道列表，分配切换频道的光传输信息，将分配结果通知给光网络单元，进行频道的切换。
本发明还提供无源光网络中实现频道切换的方法。
在无源光网络中，通过使用本发明，可以实现快速频道切换。本发明给运营商提供了快速切换频道的技术方案，也给终端用户带来了满意的服务。
通过参考附图的详细描述，本发明的上述目的和优点将变得更清楚，其中图1是提供IPTV业务的系统的结构图。
图2是本发明的光网络单元ONU硬件实现示意图。
图3是本发明的光线路终端OLT硬件实现示意图。
图4是IPTV频道切换方法流程图。
图5是生成IPTV频道列表的方法流程图。
图6A是IGMP包的以太网包封装示意图。
图6B是从IPTV服务器或从光线路终端发出的包含视频数据的组播报文图7是MLD包的以太网包封装示意图。
图8时光网络单元ONU上控制用户开始频道的消息流程图。
图9是光网络单元ONU上控制用户切换频道的消息流程图。
图10是光线路终端OLT上控制用户切换频道的消息流程图。
具体实施例方式
本发明主要有以下特征1.该系统和方法在无源光网络系统中使用了频道切换控制和一个频道列表。
2.在需要进行多业务运营商(ISP)的认证情况下，该系统和方法在无源光网络系统中还使用了认证监视与控制和认证列表。
3.频道列表由IGMP(用于IPv4网络)或MLD(用于IPv6网络)监视单元进行更新。
4.认证列表的记录由认证监视与控制进行更新。
5.当帧处理单元监视到终端用户发出的IPTV频道请求，根据频道切换列表，选择具有对应于IPTV频道请求的光传输信息的帧，发送该帧到终端用户。
6.可以在光线路终端OLT上实现，也可以在光网络单元ONU上实现，或OLT和ONU上同时实现。
图1是提供IPTV业务的系统的结构图。
如图1所示，业务提供商“ISPX”通过IPTV服务器和认证服务器，经由IP核心网、接入网向用户A、B提供IPTV业务。IP核心网包括组播服务器，接入网是无源光网络PON，其中包括光网络单元ONU和光线路终端OLT，光网络单元ONU和光线路终端OLT通过光纤连接。终端用户A、B等通过连接光网络单元ONU来接入网络。IPTV的频道数据通过采用组播服务器进行组播传输，而不是采用广播传输。终端用户通过付费给相应的内容提供商，就可以收看自己喜欢的节目。
本发明的频道切换可以通过利用无源光网络中的光网络单元或光线路终端中的一个来实现，也可以同时利用光网络单元和光线路终端双方来实现。以下首先说明利用光网络单元来实现本发明的频道切换的过程。
本发明的光网络单元ONU的结构框图如图2所示，光网络单元(ONU)包括光电转换单元101、PON收发帧处理单元102、以太网接口103、控制单元104、存储器105、控制接口106。PON收发帧处理单元102包括PON收发单元1021、IGMP监视单元1022、LLID过滤单元1023。这里，控制器可以使用微处理器的结构。
上述IGMP是指因特网组管理协议(Internet Group ManagementProtocol)。它是TCP/IP协议族的一个子协议，允许因特网主机参加组播，也即IP主机用作向相邻组播路由器报告组关系的协议。IGMP监视单元用于监视IGMP格式的报文。
光电转换单元101将上行的来自用户端的电信号转换成无源光网络中传输的光信号发往光线路终端，将下行的由光线路终端发来的无源光网络中的光信号转换成发到用户端的电信号。PON收发帧处理单元102中的IGMP监视单元1022监视传输的数据帧(这里为IGMP包)，从中获取IGMP报文。LLID过滤单元1023的作用是，接收下行的由光线路终端发来的无源光网络中的光帧，根据当前光网络单元的LLID值，选择从线路终端发来的无源光网络中的光帧，向下行传送。即对光线路终端发来的无源光网络中的光帧LLID值属于当前光网络单元的LLID值的光帧，允许通过，对下行的由光线路终端发来的无源光网络中的光帧LLID值不属于当前光网络单元的LLID值的光帧，予以丢弃。
存储器105在本实施例中是随机存取存储器，其中存储有一个频道列表，该频道列表储存该无源光网络中接收到的频道信息(例如组播地址“225.1.1.21”)和相应的频道光传输信息(例如“24”)。关于存储器中的频道列表的内容，将在以后予以具体说明。
以下结合图4具体说明本发明的频道切换的过程。通常终端用户在某一时间在收看某一频道的节目。而且网络通过组播给百万或千万的用户提供服务。当用户从一个频道切换到另一个频道时，可按如下过程切换频道。
首先，在无源光网络中，光网络单元0NU的PON收发单元1021接收到终端用户发出的IPTV频道切换请求。并由光网络单元中的IGMP监视单元1022监视该频道切换请求。该请求使用IGMP对应于IPV4协议)或MLD消息(对应于IPV6协议)。在图4中，以IPV4协议的IGMP为例进行说明。该消息的MAC帧格式如图6所示。从IGMP报文中可以得到新频道的组播地址(例如为组播地址“225.1.1.21”)。这里的组播地址属于IP层，可以视为对应于频道信息。
然后，光网络单元中的控制单元104用组播地址作为索引，检查频道列表。
如果控制单元104在频道列表中找到新频道的记录，则从频道列表中得到对应于新频道的LLID值(例如为“24”)即光传输信息，更新用户连接的光网络单元ONU的LLID过滤器(光层过滤器)，接收新频道的视频包，由此用户收到新频道的数据。同时，将频道切换请求转发到组播服务器和IPTV服务器。
这里，以光传输信息使用LLID为例进行了说明，但也可以使用GPON中的T-Cont，此时的光层过滤器对应于T-Cont。GPON是吉比特无源光纤网络，是继EPON后ITU-T提出的新一代无源光纤网络。T-Cont是GPON系统中用于ONU进行数据包过滤的值，在GPON系统中的功能和LLID在EPON系统中的功能等同。
如果没有新频道的记录，则直接将频道切换请求转发到组播服务器和IPTV服务器，由IPTV服务器和组播服务器按照与以往相同的技术提供IPTV服务。此过程与以往的终端用户通过网络发送频道切换请求并得到IPTV服务器的确认的过程相同。
图5是生成和维护IPTV频道列表的方法。
当该IPTV频道列表在光网络单元ONU中时，首先，光网络单元ONU的PON收发单元1021接收到终端用户发出的IPTV频道请求，并由光网络单元中的IGMP监视单元1022监视该频道请求。该请求使用IGMP或MLD消息。
IGMP监视单元监视到图6A所示的报文，得到新频道的组播组地址(例如为“225.1.1.21”)。IGMP报文中的“类型”值例如是“2”时，说明用户加入该新频道所属的组播组并开始频道。
然后，光网络单元的PON收发单元1021监视从光线路终端发过来包含视频数据的组播报文(图6B所示的报文，MAC目的地址以00005E开始)，如果该组播报文的目的地址是新频道的组播组地址(例如为“225.1.1.21”)，PON收发单元1021把该报文(图6B所示的报文)中的LLID记录下来(例如为“24”)。这样就得到了频道列表中“组播组地址”和”LLID”的值。
表1是按上述过程得到的频道列表的示意表。
表1在需要考虑认证过程的情况下，还在频道列表中设有认证域。认证过程是可选过程。
光网络单元在用户的频道开始请求中监视用户的认证消息，从而得到用户的认证消息。
这样就可以生成带认证域的频道列表，如下表所示
表2在无源光网络中，由于终端用户观看的频道在不断变化，网络中的频道状态是在不断变化的。所以无源光网络系统要动态的更新频道列表。所述频道列表是利用所述监视单元得到的频道信息来不断进行更新。
本发明的频道切换也可以通过无源光网络OLT的光线路终端来进行。图2是OLT的硬件结构。光线路终端(OLT)包括PON接收单元201、PON接收缓存器202、PON接收表203、上行以太网模块204、PON发送单元206、PON发送缓存器207、PON发送时序208、下行以太网模块209、帧处理单元205、控制单元211、存储器210。
其中，帧处理单元205具有与光网络单元中的IGMP监视单元相同的IGMP监视功能，用来监视频道切换请求中的IGMP包。并且与光网络单元同样的，存储器210也有一个频道列表，该频道列表储存该无源光网络中接收到的频道信息，和相应的频道的光传输信息。
光线路终端中的频道列表的生成与光网络单元中的频道列表的生成类似。现说明如下。
当该IPTV频道列表在光线路终端OLT中时，首先，光线路终端OLT的帧处理单元205接收到终端用户发出的IPTV频道请求，并由帧处理单元中的IGMP监视监视该频道请求。该请求使用IGMP或MLD消息。
IGMP监视单元监视到图6A所示的报文，得到新频道的组播组地址(例如为“225.1.1.22”)。IGMP报文中的“类型”值是“2”时，说明用户加入该新频道所属的组播组并开始频道。
然后，光线路终端OLT的帧处理单元205监视从IPTV服务器发过来的包含视频数据的组播报文，如果该组播报文的目的地址是新频道的组播组地址(例如为“225.1.1.22”)，光线路终端OLT的帧处理单元给该报文分配LLID，从而得到图6B所示的报文，并记录到频道列表(例如为“56”)。这样就得到了频道列表中“组播组地址”和”LLID”的值。并把该值发送给光网络单元。
光线路终端中的控制单元211用频道切换请求中的组播地址作为索引，检查频道列表。得到频道切换的光传输信息。这里，控制单元211可以使用微处理器。
但是，由于光线路终端不具有光网络单元中的LLID过滤器，所以，当光网络终端得到频道切换的光传输信息时，利用例如OAM消息通知光网络单元ONU所得到的光传输信息，由光网络单元中的LLID过滤器1023进行与光网络单元中相同过程的频道切换。
图7是MLD包的以太网包封装示意图。
在以上的说明中，说明了该频道切换请求使用了IGMP包(对应于IPV4协议)，由于MLD包(对应于IPV6协议)具有与IGMP包类似的格式，因此，频道切换请求使用MLD包也同样能适用于本发明。
图8是光网络单元ONU上控制用户开始观看频道的消息流程图。在PON系统中，ONU使用图5所示的方法生成和控制频道列表。应该指出，在用户发出开始观看频道的请求时，IPTV服务器已经通过组播的方式发送视频包数据到光网络单元，但被LLLD过滤单元过滤掉。首先，用户A发出开始观看消息F1到组播服务器请求开始观看频道A。在需要认证的情况下，用户A发出消息F2到认证服务器请求认证频道A。同时用户A还发出消息F3到IPTV服务器，请求开始观看频道A。这里，消息F1和消息F3可以是相同的，也可以是不同的。并且，发出开始观看消息F1到组播服务器请求也不是必须的。光网络单元ONU收到F1后，检查频道列表，更新LLID滤波器。这样用户A在收到认证消息“F4”，“F5”，“F6”之前就可以收到频道A的视频了。
由上可知，本发明由于在光网络单元ONU中设置了频道列表，并且控制单元根据频道列表控制LLLD过滤单元进行频道控制，因此，不需要象以往那样在频道开始请求到达组播服务器及IPTV服务器并收到切换确认后才开始收看频道，从而缩短了频道开始时间。
图9是ONU上控制用户切换频道的消息流程图。在PON系统中，ONU使用图5所示的方法生成和控制频道列表。当用户A在观看频道A的过程中，想要切换频道时，用户A发出消息F1到组播服务器请求切换至频道B。此时，在用户发出切换至频道B的请求时，IPTV服务器已经通过组播的方式发送频道B的视频包数据到光网络单元，但被LLLD过滤单元过滤掉。在需要认证时，用户A还发出消息F2到认证服务器请求认证频道B。另外，用户A还发出消息F3到IPTV服务器请求切换至频道B。这里，消息F1和消息F3可以是相同的，也可以是不同的。并且，发出频道切换消息F1到组播服务器请求也不是必须的。
ONU收到F1后，检查频道列表，更新LLID滤波器。这样用户A在收到认证消息“F4”，“F5”，“F6”之前就可以收到频道B的视频了。
由上可知，本发明由于在光网络单元ONU中设置了频道列表，并且控制单元根据频道列表控制LLLD过滤单元进行频道切换，因此，不需要象以往那样在频道切换请求到达组播服务器及IPTV服务器并收到切换确认后才开始收看频道，从而缩短了频道开始时间。
图10是光线路终端OLT上控制用户切换频道的消息流程图。在PON系统中，OLT使用图5所示的方法生成和控制频道列表。当用户A在观看频道A的过程中，想要切换频道时，用户A发出消息F1到组播服务器请求切换至频道B。此时，在用户发出切换至频道B的请求时，IPTV服务器已经通过组播的方式发送频道B的视频包数据到光网络单元，但被LLLD过滤单元过滤掉。在需要认证时，用户A还发出消息F2到认证服务器请求认证频道B。另外，用户A还发出消息F3到IPTV服务器请求切换至频道B。这里，消息F1和消息F3可以是相同的，也可以是不同的。并且，发出频道切换消息F1到组播服务器请求也不是必须的。
光网络终端OLT收到F1后，检查频道列表，得到新频道的LLID，发送包含新频道LLID的F4给光网络单元ONU，光网络单元ONU随即更新LLID滤波器。这样用户A在收到认证消息“F5”，“F6”，“F7”之前就可以收到频道B的视频了。
根据实现方法的不同，本发明的效果也不同。如果在ONU上实现，是最有效的实现方法，因为ONU可以最快地响应用户的消息。如果在OLT上实现，是安全的实现方法，因为OLT通常由运营商管理。而且OLT通常比ONU有更大的频道列表。本发明也可以在ONU和OLT上同时实现，是一种分层实现方法。由于有以上两个方法的优势，是最好的实现方法。
权利要求
1.一种无源光网络系统的光网络单元(ONU)，所述无源光网络系统具有光线路终端(OLT)，多个所述光网络单元与终端用户连接，并与所述光线路终端连接，所述光网络单元具有存储器，光电转换单元，对来自终端用户和光线路终端的信号进行光电变换，帧处理单元，具有监视所述终端用户发出的频道请求的监视单元、和将由IPTV服务器通过光线路终端发来的帧信号有选择地发送给终端用户的光层过滤器，其中，所述存储器保持有一个频道列表，该频道列表储存频道信息和该无源光网络中的频道的光传输信息的对应关系，所述光网络单元还具有控制单元，根据从所述监视单元得到的来自终端客户的频道切换请求中包含的切换频道的频道信息，参照所述频道列表，控制所述光层滤波器选择具有与所述切换频道的频道信息对应的光传输信息的帧信号，将该帧信号发送到终端用户。
2.根据权利要求1所述的光网络单元，所述帧信号由所述IPTV服务器通过具有组播服务器的IP核心网发送。
3.根据权利要求2所述的光网络单元，所述控制单元根据所述终端客户的请求进行的频道切换，在所述终端客户向提供IPTV业务的所述IPTV服务器发出频道切换请求之后，并在所述IPTV服务器向终端客户发出频道切换确认之前进行。
4.根据权利要求1所述的光网络单元，所述频道列表利用所述监视单元得到的频道信息进行更新。
5.根据权利要求1所述的光网络单元，所述存储器还包括一个认证列表，储存该无源光网络中的频道信息和相应的认证记录，而且所述帧处理单元根据来自认证服务器的信息，更新认证列表。
6.根据权利要求1所述的光网络单元，所述频道信息包括组播IP地址。
7.根据权利要求1所述的光网络单元，所述光传输信息使用EPON中的LLID。
8.根据权利要求1所述的光网络单元在权利要求1，所述光传输信息使用GPON中的T-Cont。
9.根据权利要求1所述的光网络单元，所述频道列表由IGMP或MLD监视模块进行更新。
10.一种无源光网络系统的光线路终端，所述无源光网络系统具有多个连接终端用户的光网络单元，所述光线路终端与所述光光网络单元连接，其特征在于，所述光线路终端具有存储器，PON接收和发送单元，接收从IPTV服务器发来的帧信号，发送到光网络单元，帧处理单元，具有监视所述终端用户发出的频道请求的监视单元，所述存储器保持有一个频道列表，该频道列表储存频道信息和该无源光网络中的频道的光传输信息的对应关系，所述光线路终端还具有控制单元，根据从所述监视单元得到的来自终端客户的频道切换请求中包含的切换频道的频道信息，参照所述频道列表，分配切换频道的光传输信息，将分配结果通知给光网络单元，进行频道的切换。
11.一种无源光网络系统，包括光线路终端和多个连接终端用户的光网络单元，所述光网络单元具有存储器，光电转换单元，对来自终端用户和光线路终端的信号进行光电变换，帧处理单元，具有监视所述终端用户发出的频道请求的监视单元、和将由IPTV服务器经由光线路终端发来的帧信号有选择地发送给终端用户的光层过滤器，其中，所述存储器保持有一个频道列表，该频道列表储存频道信息和该无源光网络中的频道的光传输信息的对应关系，所述光网络单元还具有控制单元，根据从所述监视单元得到的来自终端客户的频道切换请求中包含的切换频道的频道信息，参照所述频道列表，控制所述光层滤波器选择具有与所述切换频道的频道信息对应的光传输信息的帧信号，将该帧信号发送到终端用户，所述光线路终端具有存储器，PON接收和发送单元，接收从IPTV服务器发来的帧信号，发送到光网络单元，帧处理单元，具有监视所述终端用户发出的频道请求的监视单元，所述存储器保持有一个频道列表，该频道列表储存频道信息和该无源光网络中的频道的光传输信息的对应关系，所述光线路终端还具有控制单元，根据从所述监视单元得到的来自终端客户的频道切换请求中包含的切换频道的频道信息，参照所述频道列表，分配切换频道的光传输信息，将分配结果通知给光网络单元，进行频道的切换。
12.一种无源光网络系统中的频道切换方法，所述无源光网络系统接收IPTV业务，包括光线路终端和多个连接终端用户的光网络单元，其特征在于，所述光网络单元进行以下步骤存储频道列表，该频道列表储存频道信息和该无源光网络中的频道的光传输信息的对应关系，监视所述终端用户发出的频道请求，根据来自终端客户的频道切换请求中包含的切换频道的频道信息，参照所述频道列表，选择具有与所述切换频道的频道信息对应的光传输信息的帧信号，将该帧信号发送到终端用户。
13.一种无源光网络系统中的频道切换方法，所述无源光网络系统接收IPTV业务，包括光线路终端和多个连接终端用户的光网络单元，所述光线路终端进行以下步骤存储频道列表，该频道列表储存频道信息和该无源光网络中的频道的光传输信息的对应关系，监视所述终端用户发出的频道请求，根据来自终端客户的频道切换请求中包含的切换频道的频道信息，参照所述频道列表，分配切换频道的光传输信息，将分配结果通知给光网络单元，进行频道的切换。
14.一种无源光网络系统中的频道切换方法，所述无源光网络系统接收IPTV业务，包括光线路终端和多个连接终端用户的光网络单元，其特征在于，包括以下步骤在光线路终端和光网络单元的存储器中存储一个频道列表，该频道列表储存频道信息和该无源光网络中的频道的光传输信息的对应关系，在光线路终端中，监视所述终端用户发出的频道请求，根据来自终端客户的频道切换请求中包含的切换频道的频道信息，参照所述频道列表，分配切换频道的光传输信息，将分配结果通知给光网络单元，进行频道的切换，在光网络单元中，监视所述终端用户发出的频道请求，根据来自终端客户的频道切换请求中包含的切换频道的频道信息，参照所述频道列表，选择具有与所述切换频道的频道信息对应的光传输信息的帧信号，将该帧信号发送到终端用户。
全文摘要
提供一种无源光网络(PON)中IPTV业务频道切换的系统和方法，为缩短无源光网络中的IPTV用户进行频道切换的时间，该系统和方法在无源光网络系统中使用了一个频道切换控制模块和一个频道列表模块。当无源光网络系统接收到终端用户发出的IPTV频道切换请求，频道切换控制模块检查频道列表模块的记录和认证列表模块记录，然后通过更新ONU的过滤器记录，在无源光网络中直接传送新频道的视频流。通过在无源光网络中应用这一系统和方法，可以实现终端用户的IPTV业务快速频道切换。
文档编号H04N7/173GK101048008SQ200610071060
公开日2007年10月3日 申请日期2006年3月31日 优先权日2006年3月31日
发明者池田博树, 聂雅玲 申请人:株式会社日立制作所