一种多个光网络单元的接入方法及装置与流程

本发明涉及无源光网络(PON，Passive Optical Network)接入技术领域，尤其涉及一种多个光网络单元(ONU，Optical Network Unit)的接入方法及装置。

背景技术：

近年来，随着全球范围内接入市场的迅猛发展，以及全业务运营的快速开展，已有的PON技术标准在带宽需求、业务支撑能力、以及接入节点设备和配套设备的性能提升等方面，都面临新的升级需求。目前，万兆无源光网络(NGPON，N Gigabit-Capable Passive Optical Network)已经处于商用阶段，NGPON包括两个标准：NGPON1和NGPON2；其中，NGPON2是光接入网络的下一代技术，主要用来实现ITU-T G.989.3定义的协议功能；且可提供上行广播为10G、下行广播为40G的带宽，利用光分路器实现一个光线路终端(OLT，Optical Line Terminal)与多个ONU的连接。其中，ITU-T G.989.1协议中定义了典型的PON系统的拓扑结构，如图1所示。

在图1所示的PON系统中，ONU作为PON系统的一个用户终端，占用一条光分路；由于受到光传输衰减的限制，每一对波长通道的光分路比限制了接入PON系统的ONU的数量。而对于每一个ONU用户来说，PON系统提供的带宽要相对于普通用户的带宽需求是足够的，因此，PON系统所提供的带宽中可能会有部分带宽没有被充分利用，导致部分硬件闲置，这就造成了PON系统硬件资源的浪费，同时也提升了PON系统的组网成本。

为解决上述问题，现有的一种解决方案是将ONU放置在更靠近局端的网络节点上，通过在ONU上提供更多的用户网络接口(UNI，User Networks Interface)，进而接入更多的用户。但是，从管理层面上来看，这多个用户共享同一个ONU，且作为一个OLT管理实体，多个用户共用一个管理通道，因而该方法对用户的管理是有限的。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例期望提供一种多个ONU的接入方法及装置，能够在一个光分路终端的ONU板卡上实现多个ONU的接入和管理，解决了现有技术中ONU接入数量受限，以及接入数量少时带宽利用率不高、硬件闲置的问题。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供一种多个ONU的接入方法，在一个ONU板卡上虚拟一个以上ONU，每个虚拟ONU对应一份用于识别的序列号(SN，Serial Number)和注册标识Register-ID，在注册阶段上报给光线路终端OLT，获取ONU标识ONU-ID，并为该虚拟ONU维护一份介质访问控制(MAC，Media Access Control)信息；所述方法包括：

在上行方向，根据每个虚拟ONU分配的带宽，获取每个虚拟ONU的发送时隙，并按照所述分配的带宽组装成上行突发burst数据，在发送时隙携带ONU-ID发送给OLT；

在下行方向，收到所述OLT发送的ONU帧数据时，且在下行帧定界、解扰和前向纠错(FEC，Forward Error Correction)解码后，分别获取物理层运营管理维护(PLOAM，Physical Layer Operations And Maintenance)消息、带宽信息、GPON封装方式(GEM，GPON Encapsulation Mode)净荷数据和光网络单元管理控制接口(OMCI，ONU Management and Control Interface)消息；对所述PLOAM消息和OMCI消息处理后，按照所述OLT配置动态更新所述MAC信息；

在不同处理单元中，每个虚拟ONU对属于自身的PLOAM消息、带宽信息、GEM净荷数据和OMCI消息进行相应处理。

上述方案中，所述MAC信息包括：虚拟ONU的ONU-ID、配置标识Alloc-ID、GEM端口标识Port-ID、均衡时延和密钥。

上述方案中，所述在不同处理单元中，每个虚拟ONU对属于自身的PLOAM消息、带宽信息、GEM净荷数据和OMCI消息进行相应处理，包括：

每个虚拟ONU根据本地保存的ONU-ID，过滤出发给本地虚拟ONU的PLOAM消息和广播PLOAM消息，并对所述PLOAM消息和广播PLOAM消息进行处理；

每个虚拟ONU根据本地保存的Alloc-ID，过滤出发给本地虚拟ONU的带宽，并根据所述Alloc-ID与ONU-ID的对应关系，确定每个虚拟ONU的带宽时隙；

在下行GEM数据定界完成后，每个虚拟ONU根据本地保存的Port-ID，过滤出发给本地虚拟ONU的GEM包；

在对GEM包分片解密、重组之后，每个虚拟ONU根据本地保存的Port-ID，过滤出发给本地虚拟ONU的OMCI消息，并对所述OMCI消息进行处理。

上述方案中，根据所述PLOAM消息和广播PLOAM消息内容更新所述虚拟ONU的配置信息，并产生相应的上行PLOAM消息，将所述产生的上行PLOAM消息写入各个PLOAM通道对应的缓存队列中，等待在分配的时隙发送。

上述方案中，所述多个ONU共用无源光网络PON系统的下行接收端口和上行发送端口，注册到PON的同一组下行通道和上行通道上。

本发明实施例还提供一种多个ONU的接入装置，所述装置包括：

配置模块，用于在一个ONU板卡上虚拟一个以上ONU，每个虚拟ONU对应一份用于识别的SN和Register-ID，在注册阶段上报给OLT，获取ONU-ID，并为该虚拟ONU维护一份MAC信息；

上行处理模块，用于在上行方向，根据每个虚拟ONU分配的带宽，获取每个虚拟ONU的发送时隙，并按照所述分配的带宽组装成上行burst数据，在发送时隙携带ONU-ID发送给OLT；

下行处理模块，用于在下行方向，收到所述上行处理模块中所述OLT发送的ONU帧数据时，且在下行帧定界、解扰和FEC解码后，分别获取PLOAM消息、带宽信息、GEM净荷数据和OMCI消息；对所述PLOAM消息和OMCI消息处理后，按照所述OLT配置动态更新所述MAC信息；

数据及消息处理模块，用于在不同处理单元中，每个虚拟ONU对属于自身的PLOAM消息、带宽信息、GEM净荷数据和OMCI消息进行相应处理。

上述方案中，所述MAC信息包括：虚拟ONU的ONU-ID、Alloc-ID、GEMPort-ID、均衡时延和密钥。

上述方案中，所述数据及消息处理模块，进一步包括：

PLOAM消息处理模块，用于根据本地保存的ONU-ID，过滤出发给本地虚拟ONU的PLOAM消息和广播PLOAM消息，并对所述PLOAM消息和广播PLOAM消息进行处理；

带宽信息解析模块，用于根据本地保存的Alloc-ID，过滤出发给本地虚拟ONU的带宽，并根据所述Alloc-ID与ONU-ID的对应关系，确定每个虚拟ONU的带宽时隙；

GEM净荷数据处理模块，用于在下行GEM数据定界完成后，根据本地保存的Port-ID，过滤出发给本地虚拟ONU的GEM包；

OMCI消息处理模块，用于在对GEM包分片解密、重组之后，根据本地保存的Port-ID，过滤出发给本地虚拟ONU的OMCI消息，并对所述OMCI消息进行处理。

上述方案中，所述PLOAM消息处理模块，还用于根据所述PLOAM消息和广播PLOAM消息内容更新所述虚拟ONU的配置信息，并产生相应的上行PLOAM消息，将所述产生的上行PLOAM消息写入各个PLOAM通道对应的缓存队列中，等待在分配的时隙发送。

上述方案中，所述多个ONU共用PON系统的下行接收端口和上行发送端口，注册到PON的同一组下行通道和上行通道上。

本发明实施例所提供的多个ONU的接入方法及装置，在一个ONU板卡上 虚拟一个以上ONU，每个虚拟ONU对应一份用于识别的SN和Register-ID，在注册阶段上报给OLT，获取ONU-ID，并为该虚拟ONU维护一份MAC信息；在上行方向，根据每个虚拟ONU分配的带宽，获取每个虚拟ONU的发送时隙，并按照所述分配的带宽组装成上行突发burst数据，在发送时隙携带ONU-ID发送给OLT；在下行方向，收到所述OLT发送的ONU帧数据时，且在下行帧定界、解扰和FEC解码后，分别获取PLOAM消息、带宽信息、GEM净荷数据和OMCI消息；对所述PLOAM消息和OMCI消息处理后，按照所述OLT配置动态更新所述MAC信息；在不同处理单元中，每个虚拟ONU对属于自身的PLOAM消息、带宽信息、GEM净荷数据和OMCI消息进行相应处理。如此，可以在一个光网络接口上实现更多ONU的接入功能，与现有技术相比，在同样的光分路比下，可以接入更多的ONU，使带宽得到充分利用，从而在不增加ONU板卡数量的基础上，提供了更多的OLT管理实体；并且，以很小的硬件成本代价增加了NGPON2网络中ONU的接入数量，同时降低了整个网络的组网成本。

附图说明

图1为现有技术中G.989.1协议定义的典型PON的拓扑结构示意图；

图2为本发明实施例多个ONU的接入方法的实现流程示意图；

图3为本发明实施例不同处理单元的各个组成模块的功能和逻辑关系示意图；

图4为本发明实施例扩展后的PLOAM消息处理流程示意图；

图5为本发明实施例ONU的注册管理流程示意图；

图6为本发明实施例多个ONU的接入装置的组成结构示意图。

具体实施方式

为了能够更加详尽地了解本发明实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本发明实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来 限定本发明。

如图2所示，本发明实施例中多个ONU的接入方法的实现流程包括以下步骤：

步骤200：在一个ONU板卡上虚拟一个以上ONU，每个虚拟ONU对应一份用于识别的SN和Register-ID，在注册阶段上报给OLT，获取ONU-ID，并为该虚拟ONU维护一份MAC信息；

这里，具体如何虚拟多个ONU属于现有技术，在此不再赘述。

步骤201：在上行方向，根据每个虚拟ONU分配的带宽，获取每个虚拟ONU的发送时隙，并按照所述分配的带宽组装成上行突发burst数据，在发送时隙携带ONU-ID发送给OLT；

这里，所述多个ONU共用PON系统的下行接收端口和上行发送端口，且注册到PON的同一组下行通道和上行通道上。

这里，由于各个ONU的传播时延和响应时间相同，因此会被OLT分配到相等的均衡时延，这样，在ONU的发送一侧来看，分配给各个ONU的带宽时隙互不影响，从而可以保证各个ONU的数据准确、不冲突的发送出去。

步骤202：在下行方向，收到所述OLT发送的ONU帧数据时，且在下行帧定界、解扰和FEC解码后，分别获取PLOAM消息、带宽信息、GEM净荷数据和OMCI消息；对PLOAM消息和OMCI消息处理后，按照OLT配置动态更新MAC信息；

其中，所述MAC信息包括：虚拟ONU的ONU-ID、Alloc-ID、GEM Port-ID、均衡时延和密钥；所述维护MAC信息是为了及时更新MAC信息。

步骤203：在不同处理单元中，每个虚拟ONU对属于自身的PLOAM消息、带宽信息、GEM净荷数据和OMCI消息进行相应处理。

这里，所述不同处理单元包括：OLT中的PLOAM消息处理模块、带宽信息解析模块、GEM净荷数据处理模块、以及OMCI消息处理模块，所述不同处理单元的四个组成模块的功能和逻辑关系如图3所示。

所述在不同处理单元中，每个虚拟ONU对属于自身的PLOAM消息、带 宽信息、GEM净荷数据和OMCI消息进行相应处理，包括：

每个虚拟ONU根据本地保存的ONU-ID，过滤出发给本地虚拟ONU的PLOAM消息和广播PLOAM消息，并对所述PLOAM消息和广播PLOAM消息进行处理；

每个虚拟ONU根据本地保存的Alloc-ID，过滤出发给本地虚拟ONU的带宽，并根据所述Alloc-ID与ONU-ID的对应关系，确定每个虚拟ONU的带宽时隙；

这里，具体如何根据所述Alloc-ID与ONU-ID的对应关系，确定每个虚拟ONU的带宽时隙属于现有技术，在此不再赘述。

在下行GEM数据定界完成后，每个虚拟ONU根据本地保存的Port-ID，过滤出发给本地虚拟ONU的GEM包；

在对GEM包分片解密、重组之后，每个虚拟ONU根据本地保存的Port-ID，过滤出发给本地虚拟ONU的OMCI消息，并对所述OMCI消息进行处理。

这里，在下行方向，NGPON2系统为每个处于正常工作状态的虚拟ONU分别维护一组单播密钥和组播密钥，利用各个虚拟ONU不同的Register-ID产生各自的主密钥，并按照G.989.3协议规定的流程独立生成和更新各个虚拟ONU的密钥。

其中，所述密钥是依据ONU-ID和Port-ID的对应关系获取的；当需要对GEM包解密时，可以根据GEM header中的密钥索引(key_index)和密钥对数据进行解密。

其中，NGPON2系统所维护的密钥同样适用于上行GEM包的加密过程，这里不再一一赘述。

下面对本发明提供的多个ONU的接入方法的技术方案做进一步地详细介绍：

本发明实施例中，扩展后的PLOAM消息处理流程如图4所示，NGPON2系统维护有一个广播的PLOAM消息通道，并为每个注册成功的虚拟ONU分别维护一个独立的PLOAM消息通道。在图4中，NGPON2系统将该独立的 PLOAM消息通道按时隙划分为n个子通道，且每个子通道各自对应一个ONU-ID；当收到一个有效的Assign ONU-ID时，NGPON2系统会相应地增加一个PLOAM消息子通道；即，一个虚拟ONU对应一个PLOAM消息子通道。这里，所述有效的Assign ONU-ID是指消息携带的SN和本地某一个虚拟ONU的匹配；另外，由PLOAM消息处理模块独立处理各个虚拟ONU的PLOAM消息，并响应下行PLOAM消息。

当收到发送给一个虚拟ONU的单播PLOAM消息时，PLOAM消息处理模块会根据所述单播PLOAM消息内容更新该虚拟ONU的配置信息，此配置信息包括Alloc-ID、密钥等，并将响应的上行PLOAM消息写入到该虚拟ONU的缓存队列中；在OLT要求发送PLOAM消息时，将PLOAM消息从缓存队列中读出，并将所读出的PLOAM消息的内容填充到上行Burst中发送出去。其中，在分配给该虚拟ONU的带宽中的PLOAM发送标志为1时，表示OLT要求发送PLOAM消息；同时，还可通过Burst Header中的Ind域向OLT上报该虚拟ONU中PLOAM缓存队列的状态。在收到广播发送的PLOAM消息时，依据PLOAM消息的内容更新所有虚拟ONU的配置信息；最后，还对维护的所有PLOAM通道的性能做监控，并通过OMCI通道将对应的监控信息发给OLT。

其中，每个虚拟ONU预先设置有对应的缓存队列，用于存储PLOAM消息。

这里，在所有虚拟ONU中，一个虚拟ONU的下行广播消息配置的内容可以为其它虚拟ONU共享，单播消息配置的内容属于单个虚拟ONU。

与PLOAM消息的处理过程类似，NGPON2系统为每个处于正常工作状态的虚拟ONU还提供了一个OMCI通道，该OMCI通道由各个虚拟ONU默认的Port-ID进行区分。每个虚拟ONU都有和ONU-ID相等的默认Port-ID和Alloc-ID，其用于OMCI的接收和发送。在下行方向，当GEM解密重组后，依据本地保存的默认Port-ID，过滤出发给本地虚拟ONU的OMCI消息，并对OMCI消息进行相应处理；当解析OMCI的内容之后，更新对应虚拟ONU的 配置信息，比如Port-ID的数量、加密状态、组播密钥等，并产生响应的OMCI数据，进而将产生的OMCI数据缓存到该虚拟ONU的默认业务容器(TCONT，Transmission Containers)中；当虚拟ONU接收到默认TCONT的分配时隙后，将OMCI数据读出，并封装成携带默认Port-ID的GEM包，作为burst的净荷被发送出去。

在OLT要求时，需通过OMCI通道上报虚拟ONU的监控信息；且由于本地虚拟ONU共用设备和下行接收数据，因此，对设备和下行链路的监控信息为所有ONU共享。然而，上行发送和PLOAM通道为各个虚拟ONU独立监控，在需要时才上报给OLT。其中，当光模块异常掉电时，本地处于工作状态的所有虚拟ONU都将上行burst Ind域中的断电告警(Dying-gasp)位均置1。

这里，系统维护的每个Port-ID的加密状态信息，都是通过对应虚拟ONU的OMCI通道获取的；在虚拟ONU向OLT发送上行数据时，上行数据以光信号形式进入OLT。

图5为本发明实施例虚拟ONU的注册管理流程示意图，在下行带宽映射(BWMAP，BandWidth Map)中收到广播SN带宽后，开始检查本地虚拟ONU的状态，即检查是否有虚拟ONU未注册，如果检查出虚拟ONU都已注册，则忽略广播带宽，只需处理直接分配给虚拟ONU的数据和PLOAM带宽；如果检查出有虚拟ONU未注册，那么在多个虚拟ONU处于注册激活过程时，接收到的广播注册和测距授权只发给其中一个虚拟ONU，确保在OLT每次开窗期间quiet time，本地的虚拟ONU中只有一个虚拟ONU响应注册请求，上报对应的SN。当该虚拟ONU接收到分配的ONU-ID后，软件系统多维护一份虚拟ONU的信息，并增加一个PLOAM和OMCI管理通道。在该虚拟ONU完成测距进入O5状态后，将解析的SN请求带宽下发给另一个虚拟ONU，开始另一个虚拟ONU的注册过程。在所有的虚拟ONU都完成注册后，不再解析SN请求带宽。

为实现上述方法，本发明实施例还提供一种多个ONU的接入装置，如图6所示，该装置包括配置模块61、上行处理模块62、下行处理模块63、数据及 消息处理模块64；其中，

配置模块61，用于在一个ONU板卡上虚拟一个以上ONU，每个虚拟ONU对应一份用于识别的SN和Register-ID，在注册阶段上报给OLT，获取ONU-ID，并为该虚拟ONU维护一份MAC信息；

上行处理模块62，用于在上行方向，根据每个虚拟ONU分配的带宽，获取每个虚拟ONU的发送时隙，并按照所述分配的带宽组装成上行burst数据，在发送时隙携带ONU-ID发送给OLT；

下行处理模块63，用于在下行方向，收到所述上行处理模块62中所述OLT发送的ONU帧数据时，且在下行帧定界、解扰和FEC解码后，分别获取PLOAM消息、带宽信息、GEM净荷数据和OMCI消息；对所述PLOAM消息和OMCI消息处理后，按照所述OLT配置动态更新所述MAC信息；

数据及消息处理模块64，用于在不同处理单元中，每个虚拟ONU对属于自身的PLOAM消息、带宽信息、GEM净荷数据和OMCI消息进行相应处理。

其中，所述MAC信息包括：虚拟ONU的ONU-ID、Alloc-ID、GEM Port-ID、均衡时延和密钥。

这里，所述数据及消息处理模块64，进一步包括以下四个子模块：PLOAM消息处理模块、带宽信息解析模块、GEM净荷数据处理模块和OMCI消息处理模块；其中，

PLOAM消息处理模块，用于根据本地保存的ONU-ID，过滤出发给本地虚拟ONU的PLOAM消息和广播PLOAM消息，并对所述PLOAM消息和广播PLOAM消息进行处理；

带宽信息解析模块，用于根据本地保存的Alloc-ID，过滤出发给本地虚拟ONU的带宽，并根据所述Alloc-ID与ONU-ID的对应关系，确定每个虚拟ONU的带宽时隙；

GEM净荷数据处理模块，用于在下行GEM数据定界完成后，根据本地保存的Port-ID，过滤出发给本地虚拟ONU的GEM包；

OMCI消息处理模块，用于在对GEM包分片解密、重组之后，根据本地保 存的Port-ID，过滤出发给本地虚拟ONU的OMCI消息，并对所述OMCI消息进行处理。

其中，所述PLOAM消息处理模块，还用于根据所述PLOAM消息和广播PLOAM消息内容更新所述虚拟ONU的配置信息，并产生相应的上行PLOAM消息，将所述产生的上行PLOAM消息写入各个PLOAM通道对应的缓存队列中，等待在分配的时隙发送。

这里，所述多个ONU共用PON系统的下行接收端口和上行发送端口，注册到PON的同一组下行通道和上行通道上。

在实际应用中，所述配置模块61、上行处理模块62、下行处理模块63和数据及消息处理模块64均可由位于ONU上的中央处理器(CPU，Central Processing Unit)、微处理器(MPU，Micro Processor Unit)、数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processor)、或现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)等实现。

本发明实施例在一个ONU板卡上虚拟一个以上ONU，每个虚拟ONU对应一份用于识别的SN和Register-ID，在注册阶段上报给OLT，获取ONU-ID，并为该虚拟ONU维护一份MAC信息；在上行方向，根据每个虚拟ONU分配的带宽，获取每个虚拟ONU的发送时隙，并按照所述分配的带宽组装成上行burst数据，在发送时隙携带ONU-ID发送给OLT；在下行方向，收到所述OLT发送的ONU帧数据时，且在下行帧定界、解扰和FEC解码后，分别获取PLOAM消息、带宽信息、GEM净荷数据和OMCI消息；对所述PLOAM消息和OMCI消息处理后，按照所述OLT配置动态更新所述MAC信息；在不同处理单元中，每个虚拟ONU对属于自身的PLOAM消息、带宽信息、GEM净荷数据和OMCI消息进行相应处理。如此，可以在一个光网络接口上实现更多ONU的接入功能，与现有技术相比，在同样的光分路比下，可以接入更多的ONU，使带宽得到充分利用，从而在不增加ONU板卡数量的基础上，提供了更多的OLT管理实体；并且，以很小的硬件成本代价增加了NGPON2网络中ONU的接入数量，同时降低了整个网络的组网成本。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。