专利名称：用于在无源光网络中实现快速的第2层保护的系统和方法
技术领域：
本发明一般地涉及无源光网络(PON)。更特别地，并且不以任何限制性的方式，本发明针对用于在PON中实现快速的第2层(L2)保护的系统和方法。
背景技术：
波分复用无源光网络(WPON)依赖于共享光波长和单向连接。在WPON中，以太网被用作L2技术。为了防止单点故障，WPON采用双集线器体系结构；作为结果，必须维持无环路的拓扑。然而，在这种网络中，标准的生成树协议不能正确地运行。
目前，为了提供无环路的网络和保护，上述问题的解决方案是利用生成树协议(STP)。STP、新近开发的快速STP(RSTP)和多STP(MSTP)有效地工作在局域网(LAN)和交换以太网网络中以便在L2上提供网络保护。然而，这种解决方案是有缺陷的，原因是网桥需要双向端口来交换网桥的协议数据单元(BPDU)。为了完全实现快速收敛，需要点到点连接。WPON基于广播和共享光带宽。另外，WPON节点采用非对称端口，即有些端口只具有接收器，以便实现高效的和具有成本效率的数据分布。作为结果，网络的广播和非对称性质使得标准的L2保护方案不能正确运行。
因此，需要一种为采用广播媒介和非对称式业务分布的网络提供L2保护的系统和方法。
发明内容
一个实施例是一种用于在无源光网络(PON)中提供快速保护的方法，该无源光网络包括两个中央集线器和多个网络节点，其中网络节点通过第一光通路连接到这些中央集线器中的第一中央集线器并通过第二光通路连接到这些中央集线器中的第二中央集线器。该方法包括分别将第一中央集线器和第二中央集线器设置为主模式和从模式，以便只有第一中央集线器传送去往和来自网络节点的业务；在第一光通路中检测到故障；在第一中央集线器和第二中央集线器之间交换状态信息；以及如果第二光通路中没有发生故障，则分别将第一中央集线器和第二中央集线器设置为从模式和主模式，以便只有第二中央集线器传送去往和来自网络节点的业务。
另一个实施例是一种用于在无源光网络(PON)中实现快速的保护方案的系统，该无源光网络包括两个中央集线器和多个网络节点，其中网络节点通过第一光环连接到这些中央集线器中的第一中央集线器并通过第二光环连接到这些中央集线器中的第二中央集线器。该系统包括用于将第一中央集线器设置为主模式并将第二中央集线器设置为从模式的装置，以便只有第一中央集线器经由第一光环传送去往和来自网络节点的业务；用于在第一光环中检测到故障的装置；用于在第一中央集线器和第二中央集线器之间交换与所述第一光环和所述第二光环的环状态有关的控制消息的装置；以及用于如果第二光环中没有发生故障，则将第二中央集线器设置为主模式并将第一中央集线器设置为从模式的装置，以便只有第二中央集线器经由第二光环传送去往和来自网络节点的业务。
另一个实施例是一种用于实现快速保护方案的无源光网络(PON)。该PON包括第一中央集线器，其经由第一光环连接到多个网络节点；以及第二中央集线器，其经由第二光环连接到网络节点，第二中央集线器经由一个连接连接到第一中央集线器，以便能够在这两个集线器之间周期性地交换环状态信息；其中将第一中央集线器设置为主模式并将第二中央集线器设置为从模式，以便只有第一中央集线器能够传送去往和来自网络节点的业务；其中响应于在第一光环中检测到故障，如果第二光环中没有发生故障，则分别将第一中央集线器和第二中央集线器设置为从模式和主模式，以便只有第二中央集线器传送去往和来自网络节点的业务。
参考以下结合附图而进行的详细描述，可以更全面地理解本发明，其中图1绘出了用于实现一个实施例的示例性PON的系统框图；图2A和图2B说明了该实施例对图1的PON中的链路故障的响应；图3A和图3B说明了一个实施例对图1的PON中的电缆中断的响应；图4为根据一个实施例的用于PON的快速L2保护方案的操作的流程图。
具体实施例方式
现在参考关于如何最好地进行和使用本发明的各种示例来描述本发明的实施例。贯穿说明书和附图的多个视图，使用相似的参考标号来表示相似或相应的部分，其中各单元不一定是按比例画出的。
一般而言，在此提出一种用于PON的快速L2保护方案。以双集线器WPON为例，在这种方法中，一个集线器处于主模式，而另一个集线器处于从模式。两个集线器采用所提出的L2协议来交换底层WPON拓扑状态。在正常操作期间，只有主集线器转发去往和来自网络节点的业务。当在该网络的一个工作通路或环上发生故障时，主集线器检测到故障并立即通知从集线器接管工作链路上的业务。同时，主节点停止转发去往/来自网络节点的相应业务以避免重复。
现在参考图1，其中说明的是用于实现在此描述的实施例的示例性WPON 100。应当认识到，虽然所说明的实施例包括WPON，但是任意类型的PON都可用来实现在此描述的实施例。如图1所示，WPON 100包括两个集线器102、104，两个光通路或环106、108以及多个网络节点，如在图中所示，三个节点D1-D3连接到这两个环106、108。在一个实施例中，这些节点D1-D3是数字用户线接入复用器(DSLAM)。在每个环106、108上，每个节点D1-D3都有一个专用的上行信道。使用共享波长，经由环106、108将下行业务递送到节点D1-D3。将属于节点D1-D3中的同一个节点的业务分配给同一虚拟局域网(VLAN)，广播电视(BTV)的业务除外，BTV业务使用所有的D1-D3节点都能看到特定的广播VLAN。
吉比特以太网(GE)端口(未示出)被安装在集线器102、104和节点D1-D3处以发送和接收以太网帧。因此，在WPON 100中需要无环路(loop-free)的有源拓扑。然而，如前所示，对于下行业务(即从集线器到节点)，WPON完全或者部分地使用共享波长，并且对于上行业务(即从节点到集线器)，则使用专用波长。如前所述，除了BTV业务以外，WPON 100利用存在于集线器102、104和节点D1-D3这两者处的非对称的单向GE端口。作为结果，因需要双向链路和支持端口，在诸如WPON 100之类的网络上，生成树协议不能正确地工作。
根据一个实施例的特征，提出快速L2保护方案，其中每个集线器102、104都具有检测机制以检测环106、108中的一个环或两个环上的可能的故障。一个集线器，例如集线器102处于主模式，并且另一个集线器，例如集线器104处于从模式。根据这里的定义，连接到主集线器的环被设计成工作环并且连接到从集线器的环被设计成保护环。集线器102、104使用L2控制协议经由连接109周期性地交换下层WPON拓扑状态信息。特别地，集线器102、104交换与环106、108的状态有关的状态信息。使用1+1保护方案，来自提供商网络110的业务被发送到两个集线器102、104。每个节点D1-D3还使用1+1保护方案向两个集线器102、104发送上行业务。在正常工作期间，只有主集线器102经由工作环106转发去往/来自节点D1-D3的业务。作为对比，从集线器104分出或过滤掉到达它的GE端口的业务。
正如下面将详细描述的，主集线器102和从集线器104中的每一个集线器分别基于与该集线器对应的环106、108的状态来确定是否要对这些环上的业务进行转发。如前所述，在集线器102、104之间周期性地交换环状态信息。该L2保护方法使用1+1用于冗余并阻断从集线器端口(即对去往和来自WPON 100的业务进行过滤)以保持该拓扑无环路。
当工作环106中发生故障时，主集线器102基于在该光层处上行链路和下行链路上光信号的丢失来检测该故障。保护环108中的故障类似地由从集线器104检测。因此，故障的检测和定位是快速的。响应于检测到这种故障，如前所述，集线器102、104经由L2协议控制消息在连接109上交换环状态信息，并且正如下面将更详细地描述的，发起保护过程。在一个实施例中，L2协议控制消息包括以太网/L2帧。应当注意，在该过程中不涉及定时器；相反，收敛时间通常将主要依赖于集线器102、104处的故障检测和控制消息处理时间。相应地，这些实施例使用L2协议来实现快速保护的性能。
为了更好地理解所提出方法的操作，在图2A-图2B和图3A-图3B中提出了多个示例，图2A-图2B和图3A-图3B分别说明了由于光纤中断(图2A-图2B)和电缆中断(图3A-图3B)而发生故障的情况。参考图2A-图2B，其说明光纤中断的情况，当在工作环106中，例如节点D2和D3之间发生光纤中断时，主集线器102检测到在环106的闭合端下行光信号丢失以及来自节点D3的上行信号丢失。作为结果，主集线器102停止经由工作环106转发业务并经过L2控制协议消息通知从集线器104开始经由保护环108转发业务。如图2B所示，作为结果，集线器102的端口被阻断，并且集线器104的端口未被阻断，并且经由集线器104对去往和来自网络110的业务进行路由。另外，经由环108在集线器104和节点D1-D3之间对业务进行路由。
现在参考图3A和图3B，图中说明了电缆中断的情况，其中假定电缆中断发生在节点D2和节点D3之间，从而影响到两个环106、108以及两个集线器102、106，需要经由两个环106、108转发正确的VLAN业务。特别地，当主集线器102检测到在环106的闭合端下行光信号丢失以及来自节点D3的上行信号丢失，并且从集线器104检测到来自节点D1和节点D2的上行光信号丢失时，这些集线器交换L2控制协议消息以向彼此通报它们各自的环的状态。作为结果，如图3B所示，集线器102的端口被部分地阻断以便分出对应于节点D3的VLAN。类似地，集线器104的端口被部分地阻断以便分出对应于节点D1和D2的VLAN。作为结果，经由集线器104和环108转发去往或来自节点D3的业务，而经由集线器102和环106转发去往或来自节点D1和D2的业务。
图4是用于在诸如WPON 100之类的PON中提供快速L2保护的实施例的操作的流程图。首先，将两个集线器中的一个集线器设置为主模式，并将另一个集线器设置为从模式(方框400)。这两个集线器监控环的状态并且使用例如以太网/L2帧周期性地交换状态信息(方框402)。响应于在工作环上检测到故障(方框404)，如果保护环还没有发生故障(方框406)，则将当前设置为主模式的集线器设置为从模式，而将当前设置为从模式的集线器设置为主模式(方框408)并且阻断发生故障的环(即先前的工作环)使其不能传送业务，并经由新的工作环(即连接到新的主集线器的环)来传送该业务(方框410)。
如果在工作环(方框404)和保护环(方框406)中都检测到了故障(即，如果电缆被中断)，则主集线器被部分地阻断，以便只有去往和来自仍然连接到主集线器上的节点的业务才经由工作环被传送(方框412)。类似地，从集线器被部分地阻断，以便只有去往和来自仍然连接到从集线器的节点的业务才经由从环被传送(方框414)。
应当注意，虽然参考光环对在此描述的实施例进行了描述，但还可以采用已知的或将会知道的其他类型的光通路配置。
在此描述的实施例的优点是它们提供了对链路故障和集线器节点故障两者的L2保护。此外，这些实施例在检测到链路故障后立即进行对保护节点/环的切换；在故障处理期间不需要定时器。
在此描述的实施例的另一个优点是控制信息只在集线器之间交换。少量的本地操作仅在网络上引起非常小的开销。另外，在节点处不需要新的硬件或软件；该协议只运行在集线器上。
可以确信，根据以上提出的详细描述，本发明的操作和构造将变得明显。尽管所示出和描述的本发明的示例性实施例已经被描述为优选的，但应当容易理解，在不偏离所附权利要求中所阐明的本发明范围的情况下，可以在其中进行各种改变和修改。
权利要求
1.一种用于在无源光网络(PON)中提供快速保护的方法，所述无源光网络包括两个中央集线器和多个网络节点，所述网络节点通过第一光通路连接到所述中央集线器中的第一中央集线器并通过第二光通路连接到所述中央集线器中的第二中央集线器，所述方法包括分别将所述第一中央集线器和所述第二中央集线器设置为主模式和从模式，以便只有所述第一中央集线器传送去往和来自所述网络节点的业务；在所述第一光通路中检测到故障；在所述第一中央集线器和所述第二中央集线器之间交换状态信息；以及如果所述第二光通路中没有发生故障，则分别将所述第一中央集线器和所述第二中央集线器设置为从模式和主模式，以便只有所述第二中央集线器传送去往和来自所述网络节点的业务。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述第一光通路和所述第二光通路中检测到故障；在所述第一中央集线器和所述第二中央集线器之间交换状态信息以分别确定所述第一光通路和所述第二光通路的状态以及到所述第一中央集线器和所述第二中央集线器的网络节点的连通性；通过所述第一中央集线器传送去往和来自第一组网络节点的业务，所述第一组网络节点包括仍然连接到所述第一中央集线器的那些网络节点；以及通过所述第二中央集线器传送去往和来自第二组网络节点的业务，所述第二组网络节点包括仍然连接到所述第二中央集线器的那些网络节点。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述通过所述第一中央集线器传送去往和来自第一组网络节点的业务包括通过第一中央集线器传送具有与所述第一组网络节点相关联的VLAN ID的业务。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述通过所述第二中央集线器传送去往和来自第二组网络节点的业务包括通过所述第二中央集线器传送具有与所述第二组网络节点相关联的VLAN ID的业务。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述状态信息包括以太网/第二层的帧。
6.一种用于在无源光网络(PON)中实现快速的保护方案的系统，所述无源光网络包括两个中央集线器和多个网络节点，其中所述网络节点通过第一光环连接到所述中央集线器中的第一中央集线器并通过第二光环连接到所述中央集线器中的第二中央集线器，所述系统包括用于将所述第一中央集线器设置为主模式并将所述第二中央集线器设置为从模式的装置，以便只有所述第一中央集线器经由所述第一光环传送去往和来自所述网络节点的业务；用于在所述第一光环中检测到故障的装置；用于在所述第一中央集线器和所述第二中央集线器之间交换与所述第一光环和所述第二光环的环状态有关的控制消息的装置；以及用于如果所述第二光环中没有发生故障，则将所述第二中央集线器设置为主模式并将所述第一中央集线器设置为从模式的装置，以便只有所述第二中央集线器经由所述第二光环传送去往和来自所述网络节点的业务。
7.根据权利要求6所述的系统，还包括用于在所述第一光环和所述第二光环中检测到故障的装置；用于在所述第一中央集线器和所述第二中央集线器之间交换控制消息以确定所述第一光环和所述第二光环的环状态以及到所述第一中央集线器和所述第二中央集线器的网络节点的连通性的装置；用于通过所述第一中央集线器传送去往和来自第一组网络节点的业务的装置，所述第一组网络节点包括仍然连接到所述第一中央集线器的那些网络节点；以及用于通过所述第二中央集线器传送去往和来自第二组网络节点的业务的装置，所述第二组网络节点包括仍然连接到所述第二中央集线器的那些网络节点。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述用于通过所述第一中央集线器传送去往和来自第一组网络节点的业务的装置包括用于通过第一中央集线器传送具有与所述第一组网络节点相关联的VLAN ID的业务的装置。
9.根据权利要求7所述的系统，其中所述用于通过所述第二中央集线器传送去往和来自第二组网络节点的业务的装置包括用于通过所述第二中央集线器传送具有与所述第二组网络节点相关联的VLAN ID的业务的装置。
10.根据权利要求8所述的系统，其中所述控制信息包括以太网/L2帧。
全文摘要
用于在无源光网络(PON)中提供快速保护的系统和方法，该无源光网络包括两个中央集线器和多个网络节点，其中网络节点通过第一光通路连接到这些中央集线器中的第一中央集线器并通过第二光通路连接到这些中央集线器中的第二中央集线器。该方法包括分别将第一中央集线器和第二中央集线器设置为主模式和从模式，以便只有第一中央集线器传送去往和来自网络节点的业务；在第一光通路中检测到故障；在第一中央集线器和第二中央集线器之间交换状态信息；以及如果第二光通路中没有发生故障，则分别将第一中央集线器和第二中央集线器设置为从模式和主模式，以便只有第二中央集线器传送去往和来自网络节点的业务。
文档编号H04B10/08GK1968175SQ20061014370
公开日2007年5月23日 申请日期2006年11月2日 优先权日2005年11月3日
发明者朱比萨·坦塞维斯基, 葛安, 杰西·V·鲁耶, 尼古拉斯·勒索泽 申请人:阿尔卡特公司