本发明涉及无源光网络技术领域，具体涉及一种无源光网络非对称系统及其管理方法。
背景技术
随着5g移动通信的发展及4k/8k等新型业务的应用，用户对带宽需求日益增长，作为光接入“最后一公里”的光接入无源光网络(passiveopticalnetwork，pon)需要对现有的pon网络进行带宽升级。目前pon系统主要由光线路终端(opticallineterminal，olt)、光分配网络(opticaldistributionnetwork，odn)和光网络单元(opticalnetworkunit，onu)组成，下行采用广播方式、上行采用时分复用方式(tdm)进行信号的传输，且上行与下行的工作波长是成对的，即上行与下行的工作波长数量相同。
目前，pon网络带宽升级主要有两个途径，一是增加波长通道数量，二是提升单波长通道速率。同时增加上、下行波长通道数无疑需要更多的波长资源。由于所有波段中色散与损耗都较小，且不进行器件技术提升、适合pon网络进行数据传输的上行通道只存在两个波长窗口，所以上下行同时增加波长通道数量给传输、接入网络体系带来很大难度。此外，上、下行波长通道同时增加，也增加了系统设计难度及网络的建设运维成本。提升单波长通道速率的pon网络升级方法也对光器件和电芯片在带宽、隔离的等方面提出了更高的要求，增加了实现的技术难度和开发成本，目前的器件技术成熟度还难以达到。由于pon网络对成本比较敏感，并且要求与现有odn的共享，所以在光接入网带宽升级的同时还要考虑网络的经济性。
因此，如何低成本的提升网络带宽以及能进行系统管理、运维是亟需解决的一个问题。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种无源光网络非对称系统及其管理方法，下行方向通过增加波长通道数量提升带宽，上行方向可以保持不变或者进行速率升级提升带宽，降低提升网络带宽的难度，减少提升网络带宽的成本。
为达到以上目的，本发明采取一种无源光网络非对称系统，包括光线路终端olt、光分配网络odn和多个光网络单元onu，所述多个onu均采用时分复用方式通过odn与olt相连，所述olt支持至少一个上行波长通道和至少两个下行波长通道；所述onu支持一个上行波长通道和至少一个下行波长通道；所述系统通过增加下行波长通道数量提升下行带宽，上行带宽保持不变或者通过单波长通道速率进行提升。
在上述技术方案的基础上，所述olt包括第一mac与逻辑控制模块、双速率滤波模块和olt光模块；
下行方向，所述第一mac与逻辑控制模块用于链路控制，将网络侧数据传输到所述olt光模块，所述olt光模块用于将所述数据变为光信号合波在单模光纤上；
上行方向，所述olt光模块用于接收来自单模光纤的光信号，所述双速率滤波模块用于将来自olt光模块的光信号进行速率分离，所述第一mac与逻辑控制模块用于将所述双速率滤波模块分离的上行信号传输给网络侧。
在上述技术方案的基础上，所述olt光模块包括：
olt输出单元，其数量为至少两个，用于接收来自第一mac与逻辑控制模块的下行信号；
wdm单元，其用于将下行信号合波到一根单模光纤中，还用于将来自单模光纤的上行信号分波传出；
olt接收单元，其数量为至少一个，用于将来自wdm单元的信号传输给所述双速率滤波模块。
在上述技术方案的基础上，所述onu包括：
onu接收单元，其数量为至少一个，用于接收来自所述odn的下行信号；
第二mac与逻辑控制模块，其用于链路控制，将所述onu接收单元接收的光信号传输到上层应用；
onu输出单元，其数量为一个，用于将来自第二mac与逻辑控制模块的信号传输至所述odn。
在上述技术方案的基础上，在olt侧，多个下行波长通道和单个上行波长通道作为一个olt端口，采用唯一的时间时钟源，并将所述时间时钟源提供给所述olt端口内的所有下行波长通道。
本发明还提供一种无源光网络非对称系统的管理方法，包括：
olt周期的发送波长宣告报文，波长宣告报文包含系统内所有下行波长通道的中心波长和通道序号，onu根据接收到的所述波长宣告报文记录对应的通道序号，并根据报文内的中心波长校正自身的接收波长中心频率；
olt对所有下行波长通道周期的发送发现带宽授权报文，非注册状态的onu响应所述发现带宽授权报文，获得对应波长通道的环路时延，设置对应下行波长通道为注册状态；其中，对应波长通道的环路时延是onu中一个上行波长通道+一个下行波长通道的环路时延，视为一个波长通道的环路时延。
在上述技术方案的基础上，初始状态下的onu所有支持的波长通道都被设置为非注册状态；当一个onu所有波长通道在一定时间内都处于注册状态时，所述onu进入工作状态；否则，当超过所述一定时间后，重置onu所有波长通道为非注册状态，重新开始onu的注册过程。
在上述技术方案的基础上，所述olt对所有下行波长通道周期的发送发现带宽授权报文时，非注册状态onu接收所述发现带宽授权报文并响应；注册状态onu收到所述发现带宽授权报文不响应；其中，注册状态onu的所有波长通道均为注册状态。
在上述技术方案的基础上，所述发现带宽授权报文包括olt的系统时间t1，olt发送发现带宽授权报文后，开启上行发现窗口；非注册状态的onu接收带宽授权报文，提取所述olt的系统时间t1作为接收时刻该onu的系统时间，并在olt的开窗时隙上报自身能力报文。
在上述技术方案的基础上，所述自身能力报文包括onu支持的下行波长通道数量、以及具体支持的下行波长通道的通道序号；onu上报自身能力报文的同时，标记该自身能力报文的接收下行波长通道的通道序号；并将上报时刻的onu系统时间t2作为时间表标记插入所述自身能力报文中。
在上述技术方案的基础上，所述olt收到onu的自身能力报文，计算出onu中对应波长通道的环路时延并发送给该onu；该onu收到所述环路时延后，将对应的下行波长通道设置为注册状态。
在上述技术方案的基础上，所述onu中，波长通道的环路时延的计算方法为：olt记录接收到onu自身能力报文的olt系统时间t3，并在onu自身能力报文中提取出所述onu系统时间t2，通过t3-t2计算得出该onu中对应波长通道的环路时延。
在上述技术方案的基础上，所述onu根据接收的波长宣告报文校正波长中心频率的过程包括：所述onu根据下行波长通道接收波长宣告报文，设置自己的系统中心波长对应的通道序号，保存为系统波长信息；当再次收到波长宣告报文时，比较与之前保存的系统波长信息是否一致，如果是，不做处理；如果不是，以最新的波长宣告报文更新本地系统波长信息。
本发明的有益效果在于：
1、本发明通过增加下行方向波长通道来提升带宽，上行方向可以保持原有系统不改变，或者可以对原有的波长进行速率升级；或者olt支持多上行波长，但onu支持不同的单一上行波长来提升带宽，降低提升网络带宽的难度，减少提升网络带宽的成本。
2、本发明能够完全兼容现有的系统结构，为用户提供更高的下行系统带宽，使onu的下行波长资源更为灵活，可以在一个或多个下行通道下实现业务的灵活配置，提供多种业务服务的可能。在上行方向，根据用户需求，系统支持现有带宽上行的用户侧设备，也支持更高速率的上行带宽的用户设备。
3、本发明的无源光网络非对称系统中，olt具有多个下行方向波长通道，上行方向波长通道可以为一个，也可以是多个；当具有多个上行方向波长通道时，可以视为多个无源光网络非对称系统的简单叠加，适用场景较广。
附图说明
图1为本发明第三实施例无源光网络非对称系统示意图；
图2为本发明第四实施例无源光网络非对称系统示意图；
图3为本发明第七实施例无源光网络非对称系统的管理流程图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
第一实施例
本发明无源光网络非对称系统，包括olt、odn和多个onu，多个onu均采用时分复用方式通过odn与olt相连。olt支持至少一个上行波长通道和至少两个下行波长通道；onu支持一个上行波长通道，还支持至少一个下行波长通道。
在下行方向，olt通过波分复用的方式将多个波长合成到一根单模光纤中；在上行方向，olt支持原有的上行波长通道。所述系统通过增加下行通道数量提升下行带宽，上行带宽可以保持不变，或者通过单波长通道速率进行提升。
进一步的，在olt侧，多个下行波长通道和单个上行波长通道作为一个olt端口，采用唯一的时间时钟源，并将所述时间时钟源提供给所述olt端口内的所有下行波长通道，保证系统时间的唯一性。其中，时间时钟源可以由系统本地产生，也可以由外部网络引入。
第二实施例
在第一实施例的基础上，olt包括第一媒体接入控制(mediaaccesscontrol，mac)与逻辑控制模块、双速率滤波(dual-ratefilter)模块和olt光模块，其中，第一mac与逻辑控制模块用于完成链路控制功能。双速率滤波模块的原理是：同步不同速率来分离出不同速率的信号，因为无源光网络目前的速率间隔较大，比如1g和10g、或者2.5g与10g，用滤波器容易实现。
在下行方向，第一mac与逻辑控制模块用于将网络侧数据传输到olt光模块；olt光模块用于将网络侧数据变为光信号，并合波在一根单模光纤上，光信号经由odn传输到用户侧设备onu。
在上行方向，olt光模块用于通过单模光纤接收来自onu的光信号；所述双速率滤波模块用于将来自olt光模块的信号进行速率分离，即，将现有速率的onu上行信号与更高速率的上行信号分离。第一mac与逻辑控制模块用于将双速率滤波模块分离的上行信号传输给网络侧。
第三实施例：
如图1所示，本实施例中，olt包括第一mac与逻辑控制模块、双速率滤波模块和olt光模块，各模块的连接关系和功能与第二实施例相同。
更具体的，olt光模块包括wdm(wavelengthdivisionmultiplexing，波分复用)单元、一个olt接收单元和两个olt输出单元，在其他实施例中，olt还可以是多个olt输出单元。
onu包括一个用于控制链路的第二mac与逻辑控制模块，还包括一个onu输出单元和至少一个onu接收单元。通过onu接收单元的个数不同，onu下行方向既可以支持单波长通道，也可以支持多波长通道。本实施例中，包含两个支持单波长通道的onu，以及一个支持两个波长通道的onu。
下行方向，olt输出单元用于接收来自第一mac与逻辑控制模块的下行信号。wdm单元用于将来自不同olt输出单元的下行信号波到一根单模光纤中，经由odn传输到onu。各onu分别通过onu接收单元接收自己波长通道的光信号，通过第二mac与逻辑控制模块传输到上层应用，完成下行数据的传输。
上行方向，用户的数据经过各onu的第二mac与逻辑控制模块完成链路控制功能，通过onu输出单元传输到odn，再经由单模光纤传输给wdm单元。wdm单元将上行信号通过olt接收单元传输给双速率滤波模块进行速率分离，再通过第一mac与逻辑控制模块传至网络侧。
如图1所示，具体的，olt光模块的olt接收单元为1个，对应系统的上行波长λ；olt输出单元为两个，分别为olt输出单元1和olt输出单元2，分别对应系统的下行波长λ1和下行波长λ2。多个onu中(onu1、onu2、……、onun)，onu1支持下行波长λ1通道，onu2支持下行波长λ2通道，onun支持下行波长λ1和下行波长λ2两个波长通道。本实施例中，波长λ为1270nm，波长λ1为1490nm，波长λ2为1577nm。
第四实施例：
如图2所示，本实施例中，olt光模块包括wdm单元、两个olt接收单元和两个olt输出单元，在其他实施例中，olt光模块还可以包括多个olt接收单元和多个olt输出单元。具体的，两个olt接收单元分别为olt接收单元1和olt接收单元2，分别发送下行波长λ1和下行波长λ2。两个olt接收单元分别为olt接收单元1和olt接收单元2，分别接收上行波长λa和下行波长λb。
onu包括一个用于控制链路的第二mac与逻辑控制模块，还包括一个onu输出单元和至少一个onu接收单元。具体的，onu1、onu2、onu3和onu4均包括一个onu输出单元和一个onu接收单元。其中，onu1支持下行波长λ1通道和上行波长λa通道；onu2支持下行波长λ2通道和上行波长λa通道；onu3支持下行波长λ1通道和上行波长λb通道；onu4支持下行波长λ2通道和上行波长λb通道。onun支持下行波长λ1和下行波长λ2两个波长通道，支持上行波长λb通道。本实施例中，波长λa为1270nm，波长λb为1310nm，波长λ1为1490nm，波长λ2为1577nm。
下行方向，olt输出单元1和olt输出单元2均用于接收来自第一mac与逻辑控制模块的下行信号。wdm单元用于将来自不同olt输出单元的下行信号波到一根单模光纤中，经由odn传输到onu。各onu分别通过onu接收单元接收自己波长通道的光信号，再通过各onu的第二mac与逻辑控制模块传输到上层应用，完成下行数据的传输。
上行方向，用户的数据经过各onu的第二mac与逻辑控制模块完成链路控制功能，通过同onu的onu输出单元传输到odn，再经由单模光纤传输给wdm单元。wdm单元将上行信号分波到各自的接收模块，通过olt接收单元1和olt接收单元2传输给双速率滤波模块进行速率分离，再通过第一mac与逻辑控制模块传至网络侧。
第五实施例：
一种无源光网络非对称系统的管理方法，包括步骤：
olt周期的发送系统通道信息，向所有用户设备广播系统通道的波长和序号信息。onu接收系统通道信息，确认自己支持的通道序号。其中，系统通道信息是一系列报文，包括波长宣告报文，波长宣告报文包含系统内所有下行波长通道的中心波长和通道序号。初始状态下的onu所有支持的波长通道都设置为非注册状态，onu根据接收到的波长宣告报文记录对应的下行波长通道序号，并根据报文内的中心波长校正自身的接收波长中心频率。
olt对所有下行波长通道周期的发送发现带宽授权报文，发现带宽授权报文中包含olt的系统时间。对于支持多波长下行通道的onu，注册状态和非注册状态对每个波长通道所支持的下行波长通道是独立的，只有非注册状态的下行波长通道才响应olt的发现带宽授权报文，处于注册状态的下行波长通道接收到olt的发现带宽授权报文不响应。非注册状态的onu响应发现带宽授权报文，获得onu内对应波长通道的环路时延(roundtriptime，rtt)，据此设置对应的下行波长通道为注册状态。其中，onu内波长通道的环路时延，是指该onu中一个上行波长通道+一个对应下行波长通道的环路时延，作为onu中一个波长通道的环路时延。
第六实施例：
本实施例与第四实施例基本相同，更具体的：无源光网络非对称系统内的所有下行波长通道周期性的发送发现带宽授权报文，olt开启上行发现窗口。
非注册状态的onu收到发现带宽授权报文时，从发现带宽授权报文中提取olt系统时间t1，作为接收时刻本onu的系统时间。因为系统内所有下行波长通道的系统时间同源，所以即使支持多波长下行通道的onu，其从多个波长通道接收到的olt系统时间也是一致的。在olt指定的开窗时隙，onu上报自身能力报文，将发送时刻的onu系统时间t2作为时间表标记插入该自身能力报文中，该自身能力报文包含onu支持的下行波长通道数以及具体支持的下行的通道序号，同时标记该自身能力报文接收下行波长通道序号。
olt接收到onu的自身能力报文，计算出该onu中对应波长通道的环路时延，并将计算出的环路时延以报文的形式发送给onu。其中，对支持单波长通道的onu，由于只有一个上行波长通道和一个下行波长通道，计算出的波长通道的环路时延即是该onu的环路时延。对支持多波长通道的onu，因为下行波长通道有多个，那么一个上行波长通道+一个对应下行波长通道有多种情况。此时计算出的环路时延，是onu自身能力报文中所标记的下行波长通道+上行波长通道形成的一个波长通道的环路时延。并且，对于多波长通道的onu而言，onu的环路时延，包括该onu中所有波长通道的环路时延。onu接收到来自olt的环路时延报文，根据对应波长通道的环路时延，将该波长通道内的下行波长通道的状态设置为注册状态。
在一定时间内，onu所有的波长通道都处于注册状态时，onu进入工作状态，在olt指定的时隙发送上行业务数据，同时，还可以接收下行通道的下行业务数据。否则，当超过一定时间后，哪怕是有一个波长通道不处于注册状态，都需要重置onu所有波长通道为非注册状态，重新开始onu的注册管理过程。
第七实施例：
如图3所示，在第五实施例的基础上，无源光网络非对称系统的管理方法，具体包括如下步骤：
s101.olt周期性的在所有下行波长通道以广播方式发送波长宣告报文，其包括系统内所有的下行波长通道数量、下行波长通道的中心波长、以及对应的通道序号。参见图1和第三实施例，对应的波长宣告报文中下行波长通道有两条，一条波长通道序号为1，其中心波长1490nm；另一条波长通道序号为2，其中心波长1577nm。
s102.初始状态下的onu所有支持的波长通道均为非注册状态。onu接收所支持通道发送的波长宣告报文，并提取统波长信息，记录对应的通道序号，根据报文内的中心波长校正自身的接收波长中心频率。
例如：参见图1，onu1接收到通道序号1发送的波长宣告报文，在onu1本地，onu1对应中心波长1490nm为通道序号1，校对onu1自己的光模块，使其在1490nm波长范围内接收灵敏度最高。以onun支持两条下行波长通道，既可以接收到通道序号1发送的波长宣告报文，也可以接收到通道序号2发送的波长宣告报文。因为波长宣告报文在系统内所有波长通道是相同的，所述onun根据下行波长通道接收波长宣告报文，设置自己的系统中心波长对应的通道序号，保存为系统波长信息。例如：onun设置自己的系统中心波长1490nm为通道序号1，系统中心波长1577nm为通道序号2，同时onun校对自己的光模块。
对于再次收到波长宣告报文，比较与之前保存的系统波长信息是否一致，如果是，不做处理；如果否，以最新波长宣告报文更新本地系统波长信息。
s103.olt对所有下行波长通道周期的发送发现带宽授权报文，通告接入该波长通道的所有onu，olt标记该发现带宽授权报文发送时刻olt的系统时间t1，以及onu可以进行上行报文发送的时隙。
s104.onu接收到广播方式的发现带宽授权报文，首先检测本地是否存在有系统波长信息，且对应的波长通道处于非注册状态，若是，进入s105；若否，不做处理，结束流程。
s105.非注册状态的onu接收发现带宽授权报文，提取其中olt的系统时间t1作为接收时刻该onu的系统时间，并在olt的开窗时隙上报自身能力报文。
以onun为例说明处理过程，onun从序号j的下行波长通道接收到发现带宽授权报文，假定j＝1。onun检查本地保存的系统波长信息，对应波长λ1通道的序号为1，且序号为1的波长通道处于非注册状态，则onun提取发现带宽授权报文中的olt系统时间t1，将该olt系统时间t1设置为onu的系统时间。onun在发现带宽授权报文指定的时隙发送onun的自身能力报文，olt利用该自身能力报文计算通过该波长通道的环路时延。自身能力报文内容包括onu支持的波长通道序号数量以及对应的通道序号，onun支持λ1和λ2两个波长通道，对应的通道序号为1和2。该自身能力报文中标记该报文响应的是通道序号1发送的发现带宽授权报文，且在自身能力报文中插入发送时刻的onu系统时间t2。
s106.olt接收到onu自身能力报文后，记录接收到该自身能力报文的olt系统时间t3，提取该自身能力报文中下行波长通道序号1和onu系统时间t2，通过t3-t2计算得出对应波长通道的环路时延，olt在对应下行波长通道(通道序号1)将环路时延报文发送给对应的onun。其中，对应波长通道的环路时延是指在该onu中，一个上行波长通道+一个对应下行波长通道的环路时延，例如onun中，上行波长通道+支持波长λ1的下行波长通道，有一个波长通道的环路时延；同理，onun中上行波长通道+支持波长λ2的下行波长通道，也有一个波长通道的环路时延；这两个波长通道的环路时延，就是onun的环路时延。
s107.onun通过下行波长通道(通道序号1)收到环路时延报文，保存环路时延的值，同时将通道序号1的下行波长通道设置为注册状态，并同步开启定时器t1。
s108.在定时器t1设定的时间内，检查onu支持的所有波长通道是否处于注册状态，若否，进入s109；若是，进入s110。
s109.onu所有波长通道设置为未注册状态，转入s102。
s110.关闭定时器t1，onu进入工作状态，可以正常进行上行数据和下行数据的收、发。
上述实施例中，olt光模块中olt接收单元不仅仅限制于一个或两个，也可以是多个，当有多个olt接收单元的时候，原理保持不变。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。