专利名称：小型化尺寸的可插拔onu的制作方法
技术领域：
本发明涉及以太网无源光网络的设计。更具体地，本发明涉及 小型化尺寸的可插拔光网络单元(ONU)的设计。
背景技术：
为了跟上日益增长的因特网业务量，网络经营者已经广泛部署 了光纤和光传输设备，这大大增加了干线网络的容量。但是，接入 网容量方面的相应的增加还不能匹配干线网络容量方面的增加。即 使利用宽带解决方案，诸如数字订户线路(DSL)和线缆调制解调 器(CM),当前接入网所提供的有限带宽在向终端用户递送高带宽 时仍表现出严重的瓶颈。
在不同的竟争技术中，以太网无源光网络(EPON)是用于下一 代接入网的最佳候选之一。EPON结合了普遍存在的以太网技术和便 宜的无源光学器件，提供了以太网的简单性和可升级性与无源光学 器件的成本效率和高容量。利用光纤的高带宽，EPON可以同时容纳 宽带语音、数据以及视频业务。这种综合服务利用DSL或者CM技 术很难提供。而且，EPON更适合用于因特网协议(IP)业务，因为 以太网帧可以直接封装不同尺寸的原始IP分组，然而ATM无源光 网络(APON)使用固定尺寸的ATM信元并且因此需要对分组进行 分段和重新组装。
通常地，EPON用于网络的"第一英里"中，其提供了在服务供应 商的中心局(central office )与商业订户或者居民订户之间的连接。"第 一英里"通常是逻辑点到多点网络，其中中心局服务于多个订户。例 如，EPON可以采用树型拓朴，其中一个主干光纤耦合中心局和无源 光分路器/合路器。通过多个分支光纤，无源光分路器/合路器划分下
行光信号并将其分发到订户并且合并来自订户的上行光信号(参见 图1)。
EPON内的传输在光线路终端(OLT)和光网络单元(ONU)之 间执行。OLT通常驻留在中心局中并且耦合光接入网和城域干线， 其可以是属于例如因特网服务供应商(ISP)或者本地交换电信局的 外部网络。ONU或者可以驻留在路边(curb)并且提供宽带语音、 数据以及视频服务。ONU耦合至一乘N ( lxN)无源光耦合器，其 中N是ONU的数目，并且无源光耦合器通过光链路耦合至OLT。 可以使用多个级联的光分路器/耦合器从而增加ONU的数目。这种 配置可以大大节省光纤的数目和硬件的数量。
EPON内的通信包括下行业务和上行业务。在下文描述中，"下 行，，指的是从OLT到 一个或者多个ONU的方向，而"上行"指的是从 ONU到OLT的方向。在下行方向中，因为lxN无源光耦合器的广 播属性，通过OLT将数据分组广播至所有ONU并且由它们的目的 地ONU选4奪性地加以"l是取。而且，对每个ONU分配一个或者多个 逻辑链路标识符(LLID)，由OLT所发射的数据分组通常指定了目 的地ONU的LLID。在上行方向中，ONU需要共享信道容量和资源， 因为仅存在一条将无源光耦合器耦合至OLT的链路。
在传统EPON配置中，ONU通常是独立i殳备并且需要单独的电 源。ONU通常驻留在远离订户端(premise)的地方，例如，在路边。 为了通过订户端设备(SPE)耦合ONU与订户的网络，光或者电通 信链路是必需的，其中SPE可以是例如千兆位以太网(GbE)交换 器。
这种配置不是理想的，因为额外的通信链路和相关联的硬件使 得订户从传统接入网升级至EPON的成本昂贵。因此，需要一种 ONU,其可以消除这种通信链路并且有利于成本有效的至EPON的 升级。
发明内容
本发明的一个实施方式提供了一种小型化尺寸的可插拔光网络
单元(ONU) 。 ONU包括双向光收发器，其配置用于发射光信号到 光线路终端(OLT)并且从光线路终端(OLT)接收光信号。ONU 还包括ONU芯片，其耦合至光收发器并且配置用于通过光收发器与 OLT进行通信。在ONU中还包括可插拔接口 ，其耦合至ONU芯片 并且配置用于在ONU芯片与一件订户端设备(SPE)之间的电接口 连接，因此可插拔接口可以直接插入SPE中。另外，ONU包括电源 管理模块，其配置用于向ONU芯片和光收发器提供电源，其使用从 SPE通过可插拔接口递送的电源。光收发器、ONU芯片、电源管理 模块以及串行接口都包含在小型化尺寸的封装中，因此允许可插拔 ONU直接插入到SPE中并且提供到SPE的以太网无源光学网络 (EPON)上行链路而无需独立的电源供应。
在本实施方式的变型中，封装具有与千兆位接口转换器(GBIC ) 收发器基本相同的形状因数；并且可插拔接口是可以插入到SPE上 的GBIC端口中的GBIC接口 。
在本实施方式的变型中，封装具有与小型可插拔(SFP)收发器 基本相同的形状因数；并且其中可插拔接口是可以插入到SPE上的 SFP端口中的SFP接口 。
在本实施方式的变型中，封装具有与IO千兆位小型化尺寸可插 拔(XFP)收发器基本相同的形状因数；并且可插拔接口是可以插入 到SPE上的XFP端口中的XFP接口 。
在本实施方式的变型中，ONU芯片配置用于通过ONU和OLT 之间的带内管理信道执行网络管理。
在本实施方式的变型中，ONU还包括集成电路间(I2C)总线， 其耦合至ONU芯片和可插拔接口 。而且，ONU芯片配置用于允许 SPE通过I2C总线管理ONU。
在本实施方式的变型中，双向光收发器是可插拔收发器并且配 置用于发射光信号到多模或单模光纤以及从多模或单模光纤接收管 信号。
在本实施方式的变型中，ONU还包括串行器/解串行器 (SERDES)模块，其耦合在可插拔接口和ONU芯片之间，因此促 进通过可插拔接口的串行通信。
在本实施方式的变型中，ONU芯片包括SERDES,因此促进通 过可插拔接口的串行通信。
在本实施方式的变型中，ONU芯片包括印刷电路板(PCB)。 另夕卜，ONU芯片包括无需常规芯片封装而直接附接在PCB上的的管
图1示出了一个EPON,其中中心局和多个订户通过光纤和无源 光分路器而耦合(现有技术)。
图2A示出了传统的EPON配置，其中ONU驻留在远离订户端 的地方(现有技术)。
图2B示出了一种EPON配置，其使用了根据本发明的一个实施 方式的可插拔ONU才莫块。
图3示出了根据本发明的实施方式的GBIC型的示例性可插拔 ONU模块。
图4示出了根据本发明的实施方式的SFP型的示例性可插拔 ONU模块。
具体实施例方式
呈现以下说明以使得本领域技术人员能够制造和利用本发明， 并且以下说明提供在特定应用及其需要的环境中。对于本领域技术 人员而言，对所公开的实施方式的各种修改是显而易见的，并且在 不偏离本发明的精神和范围的前提下，在此所定义的基本原理可以 应用于其它实施方式和应用(例如，通用无源光网络(PON)架构)。 因此，本发明并不旨在局限于所示的实施方式，而是旨在涵盖符合 在此所公开的原理和特征的最宽泛的范围。
在此详细说明中所描述的操作过程可以存储在数字电路可读存 储介质上，其可以是能够存储供数字电路使用的代码和/或数据的任
何设备或者介质。这包括，但不局限于，专用集成电路(ASIC)、 现场可编程门阵列(FPGA)、半导体存储器、磁的和光学的存储设 备，诸如盘启动、磁带、以及CD (压缩盘)和DVD (数字多用盘 或者数字视频盘)。 无源光网络拓朴
图l示出了无源光网络，其包括通过光纤和无源光分路器耦合 的中心局和多个订户(现有技术)。无源光分路器102和光纤将订 户耦合至中心局101。无源光分路器102可以驻留在终端用户位置附 近从而最小化初始光纤部署成本。中心局IOI可以耦合至外部网络 103,诸如因特网服务供应商(ISP)所经营的城域网络。虽然图1 示出了树型拓朴，但是PON还可以基于其它拓朴，诸如逻辑环或者 逻辑总线。 传统的EPON配置
图2A示出了传统的EP0N配置，其中ONU驻留在远离订户端 的地方(现有技术)。在正常操作中，OLT 201广播下行数据到ONU 211、 212以及213。虽然所有ONU接收下行数据的相同复制，但是 每个ONU仅选择性地转发意欲去往其相对应的订户的数据，在本示 例中所述相对应的订户分别是订户221、 222以及223。注意，在本 示例中，每个订户配备有与ONU进行通信的千兆位以太网(GbE) 交换器。通常，在本地侧，ONU与一件订户端设备(SPE)进行通 信，该SPE可以包括GbE交换器以及其它电信设备。
通过光分路器202对下行光信号进行划分。光分路器202还用 作针对来自不同ONU的上行信号的合路器。每个ONU接收下行光 信号并且基于每个分组的LLID取出意欲去往其相对应的订户的数 据。因为ONU通常驻留在远离订户的网络设备的地方，所以需要额 外的通信链路来耦合ONU和订户。
例如，0NU211通过通信《连路230耦合至订户221。通信链^各
230可以是光链路，诸如光纤，或者是电链路，诸如铜缆。另外， 0NU211需要收发器接口 232用于发射信号到订户221并且从订户 221接收信号。类似地，订户221需要收发器接口 234用于与0NU211 进行通信。通信链路230以及接口 232和234必然会增加网络架构 的成本。额外的硬件还增加了用户从传统接入网升级至EPON的成 本。
小型化尺寸的可插拔ONU
为了克服这些问题，本发明的实施方式提供了可插拔ONU模块， 其可以直接插入到订户的交换器中，因此大大降低了 EPON部署的 复杂性和成本。图2B示出了一种EP0N配置，其使用根据本发明的 一个实施方式的可插拔ONU才莫块。在本实施方式中，ONU是小型 化尺寸的可插拔ONU才莫块。例如，ONU才莫块262直4妄插入到订户 GbE交换器252上的端口中。这种配置避免了 ONU与订户之间的额 外的收发器接口和通信链路。作为结果，用户通过将ONU模块插入 到现有交换器中以及将EPON光纤嵌入到ONU模块中可以轻松地升 级至EPON。
可插拔ONU模块与订户的交换器之间的连接接口可以基于任何 开放标准或者专用格式。在一个实施方式中，ONU模块符合千兆位 接口转换器(GBIC)标准，其是GbE和光纤通道(fiber channel) 公用的收发器的标准。GBIC定义了热插拔(hotswappable)电接口 并且可以支持广泛的物理介质，从铜到长波长单模光纤，其长度可 高达数百千米。GBIC规范(2006年12月18日在线检索)可于 <URL:http:〃www.optoictech.com/Datasheet/GBC/GBIC—MSA.pdf^处 获得，在此通过参考引入其全部内容。在另一个实施方式中，ONU 模块可以具有更小型化的尺寸。例如，ONU模块可以符合小型可插 拔(SFP)标准，其在GBIC标准之后设计并且由于收发器的小物理 尺寸而允许较大的端口密度。SFP规范(2006年12月18日在线枱r 索)可于
〈URL:http:〃www.schelto.com/SFP/SFP。/。20MSA.pdf^处获得，在此通
过参考引入其全部内容。另外，本发明的ONU模块还可以符合10 千兆位小型可插拔(XFP)标准，其定义了类似于SFP的形状因数 并且支持高达10Gbp的数据率。
注意，尽管在此的示例使用了 GbE交换器作为示例性订户端设 备，但是本发明的实施方式可以容易地应用于各种网络设备，诸如 路由器、交换器、交叉连接器、多层交换器或者中心局终端。通常， 本发明的可插拔ONU模块可以插入到提供兼容接口的任何网络设 备中。
图3示出了根据本发明的实施方式的GBIC型的示例性可插拔 ONU模块。GBIC ONU模块300包括光纤连接器308,用于耦合至 设备侧的光纤，即EPON光纤。通过连接器308，光双向收发器306 发射光信号到光纤并且从光纤接收信号。收发器306能够同时进行 发射和接收。即，收发器306可以发射上行信号到光纤并且从同一 光纤接收下行信号，其中两个信号在两个波长上，并且其中光纤可 以是单模光纤或者多模光纤。
收发器306还通过发射(TX)链路和接收(RX)链路与ONU 芯片302进行通信。TX链路承载从ONU芯片302至收发器306的 上行数据，并且承载从收发器306至ONU芯片302的下行数据。ONU 芯片执行主要的ONU功能，诸如基于每个分组的LLID提取指定给 本地订户的数据以及针对上行数据的发射调度。注意，在一个实施 方式中，ONU芯片302包括必要的緩沖器，用于存储下行和上行数 据，并且能够基于预定义的或者用户配置的服务等级协议(SLA) 而实施队列管理方案。另外，耦合至ONU芯片302的一个或者多个 发光二极管(LED) 310指示GBIC ONU模块300的状态。
GBIC ONU模块300中还包括闪存304,其通过串行外设接口 (SPI)耦合至ONU芯片302。串行闪存304存储程序和初始引导配 置，其在加电时由ONU芯片302来加载。注意，闪存304中的内容 可以由OLT通过带内控制和管理信道来更新。因此，ONU可以基于 OLT所发送的信息来执行网络管理。
在GBIC ONU模块300的本地侧是标准GBIC连接器316,其提 供了与本地订户的交换器的串行通信信道。串行器/解串行器 (SERDES) 312将GBIC连接器316耦合至ONU芯片302，将来 自ONU芯片302的并行数据转换为用于GBIC连接器316的串行数 据，并且反之亦然。GBICONU模块300还包括电源管理模块314， 其从GBIC连接器316获得电源并且向GBIC ONU模块300的剩余 部分(包括ONU芯片302 )提供电源。
在另一实施方式中，ONU芯片302可以包括SERDES312,因 此进一步减小了 ONU模块的占用面积(footprint) 。 GBIC ONU模 块300还可以包括耦合在GBIC连接器316和ONU芯片302之间的 集成电路间(I2C)总线。12C总线允许本地交换以发送控制和管理 信息至ONU芯片302以及管理ONU;f莫块。
图4示出了根据本发明的实施方式的SFP型的示例性可插拔 ONU模块。SFPONU模块400包括光纤连接器408,用于耦合至设 备侧的光纤。光双向收发器406发射光信号到光纤并且从光纤接收 信号。收发器406能够同时进行发射和接收。在一个实施方式中， 收发器406是能够轻松插入到SFP ONU模块400中或者从SFP ONU 模块400移除的可插拔模块。
收发器406还通过TX链路和RX链路与ONU芯片402进行通 信。TX链路承载从ONU芯片402至收发器406的上行数据，并且 承载从收发器406至ONU芯片402的下行数据。 一个或者多个LED 410耦合至ONU芯片402,并且指示SFP ONU模块400的状态。在 SFP ONU模块400中还包括通过SPI接口耦合至ONU芯片402的闪 存404。
在SFP ONU模块400的本地侧是标准SFP连接器416,其提供 与本地订户的交换器的串行通信信道。SERDES 412将SFP连接器 416耦合至ONU芯片402，将来自ONU芯片402的并行数据转换为 用于SFP连接器416的串行数据，并且反之亦然。SFP ONU模块400 还包括电源管理模块414，其从SFP连接器416获得电源并且向SFPONU模块400的剩余部分(包括ONU芯片402)提供电源。
在一个实施方式中，ONU芯片402可以包括SERDES412,因 此进一步减小了 ONU模块的占用面积。SFPONU模块400还可以 包括耦合在SFP连接器416和ONU芯片402之间的I2C总线。I2C 总线允许本地交换以发送控制和管理信息至ONU芯片402。 在另一个实施方式中，诸如ONU芯片之类的集成电路、 SERDES、闪存、电源管理模块，可以直接附接至基础印刷电^各板 (PCB)而无需单独的封装。即，IC管芯直接附接到PCB，并且导 线焊接到IC连接以及PCB上的导电区域。通常用 一块环氧树脂来覆 盖管芯。
注意，GBIC、 SFP以及XFP不是仅有的可应用于本发明的可插 拔ONU的形状因数。可插拔ONU通常可以具有任何形状因数，只 要其大小允许ONU插入到SPE中。尤其是，可插拔ONU可以具有 基本类似于任何光纤收发器的形状因数，诸如符合IEEE 802.3ae标 准所规定的10 GbE标准的XENPAK。
已经出于说明和描述目的给出了本发明的实施方式的上述描 述。它们并不旨在穷举或者将本发明限制于所公开的形式。因此， 对于本领域技术人员而言，许多修改和变形都是显而易见的。另夕卜， 上述公开并不旨在限制本发明。本发明的范围由所附权利要求来限 定。
权利要求
1. 一种小型化尺寸的可插拔光网络单元(ONU)，包括:双向光收发器，其配置用于发射光信号到光线路终端(OLT)并且从光线路终端(OLT)接收光信号；ONU芯片，其耦合至所述光收发器，并且配置用于通过所述光收发器与OLT进行通信；可插拔接口，其耦合至所述ONU芯片，并且配置用于在所述ONU芯片与一件订户端设备(SPE)之间的电接口连接，因此所述可插拔接口可以直接插入到SPE中；电源管理模块，其配置用于向所述ONU芯片和所述光收发器提供电源，其使用从SPE通过所述可插拔接口递送的电源；其中，所述光收发器、ONU芯片、电源管理模块以及串行接口包含在小型化尺寸的封装中，因此允许可插拔ONU直接插入到SPE中并且提供到SPE的以太网无源光网络(EPON)上行链路而无需单独的电源供应。
2. 根据权利要求1所述的ONU，其中所述封装具有与千兆位接 口转换器(GBIC)收发器基本相同的形状因数；以及其中所述可插拔接口是能够插入到SPE上的GBIC端口中的 GBIC接口 。
3. 根据权利要求1所述的ONU，其中所述封装具有与小型可插 拔(SFP)收发器基本相同的形状因数；以及其中所述可插拔接口是能够插入到SPE上的SFP端口中的SFP接口 。
4. 根据权利要求1所述的ONU，其中所述封装具有与10千兆 位小型可插拔(XFP)收发器基本相同的形状因数；以及其中所述可插拔"t妄口是能够插入到SPE上的XFP端口中的XFP接口 。
5. 根据权利要求1所述的ONU，其中所述ONU芯片配置用于通过ONU和OLT之间的带内管理信道执行网络管理。
6. 根据权利要求1所述的ONU,进一步包括集成电路间(I2C) 总线，其耦合至所述ONU芯片和所述可插拔接口；其中所述ONU芯片配置用于允许SPE通过I2C总线管理ONU。
7. 根据权利要求1所述的ONU，其中所述双向光收发器是可插 拔收发器，并且配置用于发射光信号到多模或单模光纤以及从多模 或单模光纤接收光信号。
8. 根据权利要求1所述的ONU,进一步包括串行器/解串行器 (SERDES )模块，其耦合在所述可插拔接口与所述ONU芯片之间，由此促进通过可插拔接口的串行通信。
9. 根据权利要求1所述的ONU,其中所述ONU芯片包括 SERDES,由此促进通过可插拔接口的串行通信。
10. 根据权利要求1所述的ONU，进一步包括印刷电路板 (PCB);以及其中所述ONU芯片包括无需常规芯片封装而直接附接到所述 PCB的管芯。
11. 一种支持以太网无源光网络EPON的交换系统，包括 一件订户端设备(SPE);插入到SPE的小型化尺寸的可插拔光网络单元ONU,所述ONU 包括双向光收发器，其配置用于发射光信号到光线路终端OLT 并且从光线路终端OLT接收光信号；ONU芯片，其耦合至所述光收发器，并且配置用于通过光 收发器与OLT进行通信；可插拔接口 ，其耦合至所述ONU芯片，并且配置用于在ONU 芯片与一件订户端设备(SPE)之间的电接口连接，因此所述可 插拔接口可以直接插入到SPE中；电源管理模块，其配置用于向所述ONU芯片和所述光收发 器提供电源，其使用从SPE通过所述可插拔接口递送的电源；其中，所述光收发器、ONU芯片、电源管理模块以及串行 接口包含在小型化尺寸的封装中，因此允许可插拔ONU直接插 入到SPE中并且提供到SPE的以太网无源光网络(EPON )上行 链路而无需单独的电源供应。
12. 根据权利要求11所述的交换系统，其中所述封装具有与千 兆位接口转换器(GBIC)收发器基本相同的形状因数；以及其中所述可插拔接口是能够插入到SPE上的GBIC端口中的 GBIC接口 。
13. 根据权利要求11所述的交换系统，其中所述封装具有与小 型化尺寸可插拔(SFP)收发器基本相同的形状因数；以及其中所述可插拔接口是能够插入到SPE上的SFP端口中的SFP接口 。
14. 根据权利要求11所述的交换系统，其中所述封装具有与10 千兆位小型可插拔(XFP)收发器基本相同的形状因数；以及其中所述可插拔接口是能够插入到SPE上的XFP端口中的XFP接口 。
15. 根据权利要求11所述的交换系统，其中所述ONU芯片配置 用于通过ONU和OLT之间的带内管理信道扭J亍网络管理。
16. 根据权利要求11所述的交换系统，进一步包括集成电路间 (I2C)总线，其耦合至所述ONU芯片和所述可插拔接口；其中所述ONU芯片配置用于允许SPE通过I2C总线管理ONU。
17. 根据权利要求11所述的交换系统，其中所述双向光收发器 是可插拔收发器并且配置用于发射光信号到多模或单模光纤以及从 多模或单模光纤接收光信号。
18. 根据权利要求11所述的交换系统，进一步包括串行器/解串 行器(SERDES)模块，其耦合在所述可插拔接口与所述ONU芯片 之间，由此促进通过可插拔接口的串行通信。
19. 根据权利要求11所述的交换系统，其中所述ONU芯片包括 SERDES，由此促进通过可插拔接口的串行通信。
20. 根据权利要求11所述的交换系统，进一步包括印刷电路板 (PCB);以及其中所述ONU芯片包括无需常规芯片封装而直接附接到所述 PCB的管芯.
21. —种符合千兆位接口转换器GBIC的可插拔光网络单元 ONU模块，包括双向光收发器，其配置用于与光线路终端OLT进行通信；ONU芯片，其配置用于提取下行业务并且调度上行业务，其中 所述ONU芯片耦合至所述双向光收发器；一个或者多个LED,其耦合至所述ONU芯片并且配置用于指示 ONU模块的状态；闪存，其经由串行总线耦合至所述ONU芯片；标准GBIC连接器，其耦合至所述ONU芯片；集成电路间(I2C)总线，其耦合在所述标准GBIC连接器和所 述ONU芯片之间；以及电源管理模块，其耦合在所述标准GBIC连接器和所述ONU芯 片之间；其中所述ONU模块包含在基本上符合GBIC形状因数的封装中。
22. —种符合小型可插拔SFP的可插拔光网络单元ONU模块， 包括双向光收发器，其配置用于与光线路终端OLT进行通信；ONU芯片，其配置用于提取下行业务并且调度上行业务，其中 所述ONU芯片耦合至所述双向光收发器；一个或者多个LED,其耦合至所述ONU芯片并且配置用于指示 ONU模块的状态；闪存，其经由串行总线耦合至所述ONU芯片；标准SFP连接器，其耦合至所述ONU芯片；集成电路间(I2C)总线，其耦合在所述标准SFP连接器和所述 ONU芯片之间；以及电源管理模块，其耦合在所述标准SFP连接器和所述ONU芯片之间；其中所述ONU模块包含在基本上符合标准SFP形状因数的封装中。
全文摘要
本发明提供了一种小型化尺寸的可插拔ONU，其包括双向光收发器，其配置用于发射光信号到OLT并且从OLT接收光信号。ONU还包括ONU芯片，其耦合至光收发器并且配置用于与OLT进行通信。还包括可插拔接口，其配置用于在ONU芯片与一件订户端设备(SPE)之间的电接口连接。ONU包括电源管理模块从而向ONU芯片和光收发器提供电源，其使用从SPE通过可插拔接口递送的电源。ONU封装在小尺寸封装中，因此允许可插拔ONU直接插入到SPE中并且提供到SPE的以太网无源光学网络(EPON)上行链路而无需单独的电源供应。
文档编号H04J14/00GK101395832SQ200680044215
公开日2009年3月25日 申请日期2006年12月21日 优先权日2005年12月30日
发明者J·沃托维茨 申请人:泰克诺沃斯公司