專利名稱：千兆位以太網(wǎng)無源光纖網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種千兆位以太網(wǎng)-無源光纖網(wǎng)絡(luò)(此后，稱為“GE-PON)，更特別地，涉及一種在GE-PON結(jié)構(gòu)中使用的數(shù)據(jù)傳輸方法。
無源光纖網(wǎng)絡(luò)(PON)由分布式樹型結(jié)構(gòu)拓?fù)浣M成，其中一個(gè)光纖線路終端(此后稱為“OLT”)使用1xN無源光纖分配器與多個(gè)光纖網(wǎng)絡(luò)單元(此后稱為“ONU”)連接。最近，在ITU-T(國際電信同盟-電信部分)的領(lǐng)域中，已經(jīng)在ITU-T G.982，ITU-T G.983.1和ITU-T G.983.3中提出對標(biāo)準(zhǔn)化異步傳輸模式-無源光纖網(wǎng)絡(luò)(此后稱為“ATM-PON”)系統(tǒng)的內(nèi)容的建議。此外，在IEEE(電氣和電子工程師學(xué)會)的領(lǐng)域IEEE802.3ah中，基于PON的千兆位以太網(wǎng)(此后稱為“GE-PON”)的標(biāo)準(zhǔn)化工作正在進(jìn)行中。
已經(jīng)完成了對點(diǎn)對點(diǎn)類型的千兆位以太網(wǎng)和MAC(介質(zhì)訪問控制)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化，以及因此在IEEE 802.3z和ITU-T G.983.1中描述了其內(nèi)容。而且，1999年11月2日發(fā)布、專利號為5,973,374的Gigad Ghaib等人的名稱為“Protocol for data communication over a point-to-multipointpassive optical network(用于通過點(diǎn)對多點(diǎn)無源光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的協(xié)議)”的美國專利中詳細(xì)公開了ATM-PON的MAC技術(shù)。


圖1描述了常規(guī)點(diǎn)對點(diǎn)類型千兆位以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)幀結(jié)構(gòu)。在已經(jīng)完成標(biāo)準(zhǔn)化的點(diǎn)對點(diǎn)類型千兆位以太網(wǎng)中，仍未規(guī)定點(diǎn)對多點(diǎn)PON系統(tǒng)所需要的功能。
圖2描述了常規(guī)ATM-PON系統(tǒng)的示意性結(jié)構(gòu)。如圖所示，該ATM-PON系統(tǒng)包括光纖線路終端(OLT)10，用于執(zhí)行向被訪問的網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)用戶提供信息的中心任務(wù)。光纖分配網(wǎng)絡(luò)(ODN)16與OLT10連接，并具有樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在操作過程中，ODN16用于分配由OLT10傳輸?shù)南滦袛?shù)據(jù)幀以及多路復(fù)用傳輸?shù)絆LT10的上行數(shù)據(jù)幀。多個(gè)光纖網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)12a、12b和12c接收下行數(shù)據(jù)幀并向終端用戶14a、14b和14c提供該下行數(shù)據(jù)幀，以及向ODN16傳輸終端用戶輸出的數(shù)據(jù)，作為上行數(shù)據(jù)幀。需要注意，終端用戶14a、14b和14c表示可以在包括網(wǎng)絡(luò)終端(NT)的PON中使用的各種類型的網(wǎng)絡(luò)終端。
如圖2所示，常規(guī)ATM-PON系統(tǒng)執(zhí)行固定數(shù)據(jù)幀的上行和下行傳輸，其中在該系統(tǒng)中一起分組具有53字節(jié)大小的ATM信元。配置OLT10，以插入到被分配給下行信元中的各個(gè)ONU 12i的下行數(shù)據(jù)中。對于上行傳輸，OLT10以時(shí)分多路復(fù)用(TDM)方式訪問由多個(gè)ONU 12a、12b和12c傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。由于連接在OLT10和多個(gè)ONU12a、12b和12c之間的ODN16是無源元件，所以O(shè)LT10根據(jù)以測距算法而為眾所知的虛擬距離校正算法來協(xié)作防止數(shù)據(jù)在無源元件中的沖突。此外，在將下行數(shù)據(jù)從OLT10傳輸?shù)蕉鄠€(gè)ONU12a、12b和12c的情況下，OLT10從ONU12a、12b和12c中接收用于安全和OAM(操作、管理和維護(hù))的通報(bào)應(yīng)用程序的加密密鑰，并向ONU12a、12b和12c發(fā)送用于安全和OAM(操作、管理和維護(hù))的通報(bào)應(yīng)用程序的加密密鑰。在此方面，在指定的ATM信元或普通的ATM信元中準(zhǔn)備相應(yīng)的數(shù)據(jù)字段，以在上行/下行幀中以預(yù)定的間隔來接收并發(fā)送消息。
隨著因特網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，用戶需要越來越多的帶寬，由此產(chǎn)生對千兆位以太網(wǎng)技術(shù)中的端對端傳輸?shù)男枨螅?dāng)與傳統(tǒng)的ATM技術(shù)相比時(shí)，以太網(wǎng)技術(shù)具有相對廉價(jià)并能夠確保較高的帶寬(大約是1千兆位/秒)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)。ATM技術(shù)需要相對昂貴的設(shè)備，以及具有帶寬限制(最大為622兆位/秒)，而且必須執(zhí)行IP(因特網(wǎng)協(xié)議)分組的分段。因此，在網(wǎng)絡(luò)的PON結(jié)構(gòu)中，以太網(wǎng)系統(tǒng)比ATM系統(tǒng)更受歡迎。
ATM-PON系統(tǒng)，正如上述，根據(jù)具有固定大小的ATM信元構(gòu)建上行和下行幀，并根據(jù)點(diǎn)對多點(diǎn)連接的樹型結(jié)構(gòu)來針對上行傳輸使用時(shí)分多路復(fù)用(TDM)方法。
在千兆位以太網(wǎng)的領(lǐng)域中，對GE-PON結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化正在進(jìn)行中。目前，通過PON傳輸以太網(wǎng)幀的以太網(wǎng)PON的功能與實(shí)施進(jìn)行到GE-PON標(biāo)準(zhǔn)。對于上述的樹型PON結(jié)構(gòu)中的上行傳輸，在TDM方案中訪問各個(gè)ONU 12i的數(shù)據(jù)，以及需要調(diào)度算法，以避免在無源元件ODN16中傳輸信號產(chǎn)生的沖突。
在ATM-PON中的155.52兆位/秒的下行傳輸?shù)那闆r下，56個(gè)ATM信元組成一個(gè)幀，以及這些信元中的兩個(gè)信元用做控制物理層的下行PLOAM信元。PLOAM信元使用預(yù)定義的消息向OLT傳輸信息，以控制OLT。如果以O(shè)NU12I的小時(shí)隙傳輸信息形式存在的上行消息與存儲到各個(gè)寄存的ONU12i中的隊(duì)列的信元的形式相同，則OLT10根據(jù)該信息通過應(yīng)用帶寬分配算術(shù)來向用于下一個(gè)上行傳輸?shù)腛NU傳輸帶寬分配傳輸允許信號。即，在上述的ATM-PON中，根據(jù)具有固定大小的ATM信元來構(gòu)建上行幀和下行幀。然而，在例如GE-PON的網(wǎng)絡(luò)中，IP是很重要的傳輸協(xié)議，根據(jù)固定大小的信元的允許/請求傳輸或消息傳輸是沒有效率的。
因此，在使用適用IP的以太網(wǎng)幀的傳輸工作中需要基于可變分組大小的新系統(tǒng)。
本發(fā)明的一方面是提供一種用于在具有一個(gè)OLT和多個(gè)ONU的點(diǎn)對多點(diǎn)類型的網(wǎng)絡(luò)中提供帶寬分配的方法，以及提供幀交換方案的有效使用，以避免消息傳輸過程中產(chǎn)生沖突。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供一種在千兆位以太網(wǎng)-無源光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中將數(shù)據(jù)從多個(gè)光纖網(wǎng)絡(luò)單元傳輸?shù)焦饫w線路終端的方法，其中所述的千兆位以太網(wǎng)-無源光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括具有調(diào)度程序的光纖線路終端和連接至光纖線路終端的光纖網(wǎng)絡(luò)單元。該方法包括步驟在開始第一周期時(shí)，通過光纖線路終端，從多個(gè)光纖網(wǎng)絡(luò)單元接收帶寬分配請求信號；根據(jù)帶寬分配請求信號，向多個(gè)光纖網(wǎng)絡(luò)單元分配傳輸帶寬；以及在開始第一周期隨后的第二周期之前，通過光纖線路終端向各個(gè)光纖網(wǎng)絡(luò)單元傳輸分配的傳輸帶寬。
圖1是描述典型的千兆位以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)幀結(jié)構(gòu)的視圖。
圖2是典型的ATM-PON系統(tǒng)。
圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的GE-PON系統(tǒng)的框圖。
圖4是描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的信令協(xié)議的視圖。
本發(fā)明提供一種有效使用GE-PON系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸粨Q方案的方法。簡要地來說，本發(fā)明包括步驟由OLT通過控制幀向ONU發(fā)送信號；ONU響應(yīng)該信號，根據(jù)TDM方案向OLT發(fā)送回帶寬請求信號；由OLT執(zhí)行調(diào)度處理并通過許可信號向ONU通知該調(diào)度結(jié)果；及響應(yīng)該調(diào)度結(jié)果，由ONU發(fā)送幀。
為幫助理解本發(fā)明，使用了下面的定義“調(diào)度結(jié)果”是確定與各個(gè)ONU相對應(yīng)的時(shí)隙和時(shí)隙的大小的具體處理，其中，各個(gè)ONU確定數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間及周期。給予ONU傳輸數(shù)據(jù)的機(jī)會的特定信號被稱為“許可信號”，其中該特定信號包含在下行幀的控制幀中并被傳輸?shù)絆NU。包含關(guān)于上行幀中各個(gè)ONU請求的帶寬分配的信息的特定信號被稱為“帶寬(BW)分配請求信號”。
圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的GE-PON系統(tǒng)的框圖。如圖所示，發(fā)明的GE-PON系統(tǒng)可以包括一個(gè)樹結(jié)構(gòu)，樹結(jié)構(gòu)包含了一個(gè)OLT20和最多的32個(gè)ONU22a，22b和22c。需要注意，這一結(jié)構(gòu)取決于所給的功率預(yù)算和OLT20與各個(gè)ONU22a，22b和22c之間的距離。ONU22a，22b和22c安裝于復(fù)雜的大樓或公寓的分配盒中，并用于提供各種服務(wù)，例如ADSL。
OLT20從中樞網(wǎng)絡(luò)中接收數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)分配給各個(gè)ONU22a，22b和22c，或以TDM方式訪問來自O(shè)NU22a，22b和22c的數(shù)據(jù)。在這一方面，配置OLT20，以執(zhí)行層2的MAC地址的切換功能，以及配置ONU22a，22b和22c，以執(zhí)行層2和層3的因特網(wǎng)協(xié)議(IP)切換/路由功能。GE-PON系統(tǒng)執(zhí)行初始的ONU寄存(registration)、周期的ONU寄存、廣泛搜索、帶寬分配等等。然而，應(yīng)該注意本發(fā)明的教導(dǎo)特別地涉及帶寬分配。
在本發(fā)明實(shí)施例的PON結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)進(jìn)行操作，以合適地維持針對各個(gè)ONU22a，22b和22c的帶寬分配，因此可以保護(hù)上行/下行數(shù)據(jù)的QoS的安全。該系統(tǒng)還執(zhí)行針對廣播源傳輸?shù)南滦袛?shù)據(jù)的加密操作，所以可以阻止其它的相鄰ONU讀取特定的ONU22a，22b和22c的數(shù)據(jù)。此外，該系統(tǒng)執(zhí)行OAM功能當(dāng)通信中出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，使OLT20和ONU22a，22b和22c可以互相地傳輸物理錯(cuò)誤。
此外，本發(fā)明的系統(tǒng)執(zhí)行了設(shè)置與虛擬保持OLT20和ONU22a，22b和22c之間的相同距離的測距功能，以防止由于在數(shù)據(jù)通過ODN26之后，從OLT20到各個(gè)ONU22a，22b和22c的距離彼此不同而在上行傳輸過程中在ODN26中產(chǎn)生數(shù)據(jù)沖突。該測距(即，距離校正)過程提供除在各個(gè)ONU22a，22b和22c的寄存期間產(chǎn)生的對上行/下行時(shí)間延遲的同步校正之外的錯(cuò)誤校正，該錯(cuò)誤可能由于溫度之類的其它的外部變化而產(chǎn)生。
在操作過程中，OLT20傳輸用于許可ONU22a，22b和22c進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)男盘?。ONU22a，22b和22c依次向OLT20傳輸帶寬(BW)分配請求。BW請求信號是ONU22a，22b和22c向OLT20請求用于傳輸數(shù)據(jù)的帶寬分配的信號。因此，OLT20根據(jù)各個(gè)ONU22a，22b和22c的請求執(zhí)行“調(diào)度處理”，并通過許可信號向ONU22a，22b和22c通知調(diào)度結(jié)果。所以，從OLT20接收到調(diào)度結(jié)果的ONU傳輸允許的帶寬所容許的數(shù)據(jù)。在每周期重復(fù)該調(diào)度程序。
圖4是描述根據(jù)本發(fā)明的幀交換方案的視圖。如圖所示，ONU22i至22l的各個(gè)位置表示ONU22i至22l距離OLT20的實(shí)際物理距離的相對位置。
T2，T6和T9表示新的時(shí)隙開始或各個(gè)調(diào)度處理開始的時(shí)刻。T3和T7表示OLT的調(diào)度程序開始調(diào)度處理的時(shí)刻，該調(diào)度處理代表了各個(gè)ONU的分配的時(shí)隙和時(shí)隙的大小。因此，(T3-T4)和(T8-T7)表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例配置調(diào)度程序以執(zhí)行操作的最大時(shí)間周期。(T6-T4)表示幀從OLT前進(jìn)到最遠(yuǎn)ONU的最大往返時(shí)間(RTT)。平均RTT一般是200μs。注意在(T9-T6)期間，調(diào)度程序根據(jù)接收的BW請求信號執(zhí)行的帶寬分配產(chǎn)生，其中調(diào)度程序在(T4-T3)期間操作。即，正如下面所解釋的，在下一周期內(nèi)反映出在給定周期由OLT20的調(diào)度程序執(zhí)行的調(diào)度處理的結(jié)果。
如圖4所示，當(dāng)由ONU22i至22l傳輸?shù)男盘?03至409到達(dá)OLT20時(shí)，在T2時(shí)刻開始周期1。然后，在周期1內(nèi)的T3-T4內(nèi)調(diào)度程序進(jìn)行操作。該調(diào)度程序僅針對T0至T3內(nèi)到達(dá)OLT20的BW請求信號執(zhí)行該調(diào)度處理。所以，在下一周期即第二周期的T6至T9的周期內(nèi)分配在T3至T4的周期內(nèi)處理的調(diào)度結(jié)果。
當(dāng)調(diào)度處理在T4結(jié)束時(shí)，OLT20包括許可信號411中的調(diào)度結(jié)果并向ONU22i，22j，22l傳輸該結(jié)果。許可信號411向先前傳輸BW請求信號403到407的ONU22i，22j，22l傳輸該調(diào)度結(jié)果。此后根據(jù)包含在接收的許可信號411中的調(diào)度結(jié)果，ONU22i，22j，22l同時(shí)并在分配給它們的一段時(shí)間周期內(nèi)向OLT20傳輸緩沖器中的數(shù)據(jù)，其中所述的時(shí)間周期是從T6到T9的周期。然后通過ODN26從ONU22i，22j，22l向OLT20傳輸數(shù)據(jù)。
同時(shí)，在(T4-T3)周期到達(dá)OLT20的BW請求信號409在周期1的調(diào)度程序完成之后到達(dá)，由此在周期1內(nèi)的調(diào)度處理中對其不予考慮。所以，針對在完成相應(yīng)周期的調(diào)度程序之后到達(dá)OLT20的BW請求信號409和419，在下一周期的調(diào)度過程中分配帶寬。因而，在周期2的(T8-T7)內(nèi)，和在同一周期內(nèi)到達(dá)OLT20的BW請求信號413到417一起來調(diào)度在(T4-T3)周期內(nèi)到達(dá)OLT20的BW請求信號409；所以，在下一周期3分配響應(yīng)BW請求信號409和413-417的帶寬指定。
要注意在OLT20的調(diào)度處理期間，可以從一個(gè)周期結(jié)束時(shí)起至減去最大RTT獲得的時(shí)間為止來執(zhí)行該調(diào)度處理，正如圖4所示。所以，在分別表示周期1(T6-T2)和周期2(T9-T6)的調(diào)度處理的結(jié)束時(shí)間的T4和T8，OLT20向ONU22i至22 l傳輸包括帶寬分配信息的允許信號。因此，在更短數(shù)量的周期內(nèi)執(zhí)行帶寬分配。
要注意圖4中近似為200μs的最大RTT的計(jì)算方式如下。由于光線中信號傳輸?shù)乃俣仁?/3×c(這里，c是光速，即，大約3×108m)，如果假設(shè)GE-PON中OLT20和ONU(1)之間的最大距離是20公里，則到達(dá)OLT20或ONU(本實(shí)施例中的ONU(1))的時(shí)間變成100μs。因此，最大往返時(shí)間(RTT)變成200μs，即是100μs的兩倍。
因此，由OLT向ONU傳輸?shù)?、包括調(diào)度結(jié)果的許可信號到達(dá)所需要的時(shí)間與由分配有第一帶寬的ONU向OLT傳輸?shù)臄?shù)據(jù)到達(dá)所需要的時(shí)間之總和所設(shè)置的時(shí)間必須至少是最大RTT(例如，圖4中從T4到T6的時(shí)間周期)。所以，由于ONU(1)距離OLT20最遠(yuǎn)，當(dāng)ONU(1)從OLT20接收允許信號并傳輸該數(shù)據(jù)時(shí)，用于該數(shù)據(jù)到達(dá)OLT20所需要的時(shí)間等于最大RTT。因此，ONU(1)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以到達(dá)OLT20，即使距離OLT20最遠(yuǎn)的ONU(1)此時(shí)也首先分配有帶寬。結(jié)果是，比ONU(1)距離OLT20近的ONU(i，j，k)在(T6-T4)周期以前可以接收到允許信號。
另外，對于在(T4-T3)或(T8-T7)周期內(nèi)在已經(jīng)驅(qū)動(dòng)調(diào)度程序之后到達(dá)的BW請求信號409和419，同一周期內(nèi)的調(diào)度程序不能處理BW請求信號，因此，BW請求信號被調(diào)度程序傳輸?shù)搅硪恢芷?。在下一周期傳輸BW請求信號的情況下，BW請求信號409和419被分配給具有優(yōu)先權(quán)的帶寬。
如上所述，在本發(fā)明的千兆位以太網(wǎng)-無源光網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議中，發(fā)出許可信號和BW請求信號的過程被快速地處理，因此可以在較短的周期內(nèi)執(zhí)行針對各個(gè)ONU的帶寬分配和數(shù)據(jù)傳輸。因此，在GE-PON系統(tǒng)中可以有效地執(zhí)行從ONU向OLT傳輸具有可變分組長度的數(shù)據(jù)。
雖然參考特定優(yōu)選實(shí)施例示出并描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該明白，本發(fā)明會有各種形式和細(xì)節(jié)上的各種更改，而不偏離所附權(quán)利要求規(guī)定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種在千兆位以太網(wǎng)-無源光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中從多個(gè)光纖網(wǎng)絡(luò)單元向光纖線路終端傳輸數(shù)據(jù)的方法，該方法包括步驟在開始第一周期時(shí)，通過光纖線路終端，從多個(gè)光纖網(wǎng)絡(luò)單元接收一個(gè)或多個(gè)帶寬分配請求信號；響應(yīng)帶寬分配請求信號，向多個(gè)光纖網(wǎng)絡(luò)單元分配帶寬；以及在開始第一周期隨后的第二周期之前，向多個(gè)光纖網(wǎng)絡(luò)單元傳輸分配的帶寬結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括根據(jù)各自分配的帶寬，通過多個(gè)光纖網(wǎng)絡(luò)單元向光纖線路終端傳輸數(shù)據(jù)的步驟。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于在第二周期內(nèi)執(zhí)行多個(gè)光纖網(wǎng)絡(luò)單元的數(shù)據(jù)傳輸。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在第二周期內(nèi)，執(zhí)行針對帶寬分配請求信號的帶寬分配，其中所述的請求信號在第一周期內(nèi)向多個(gè)光纖網(wǎng)絡(luò)單元分配傳輸帶寬開始后，到達(dá)光纖線路終端。
全文摘要
公開一種在千兆位以太網(wǎng)－無源光纖網(wǎng)絡(luò)(GE－PON)系統(tǒng)中傳輸上行數(shù)據(jù)的方法。在該GE－PON系統(tǒng)中，包括具有調(diào)度程序的光纖線路終端和與光纖線路終端連接的光纖網(wǎng)絡(luò)單元，該光纖線路終端在第一周期開始時(shí)，從光纖網(wǎng)絡(luò)單元接收帶寬分配請求信號，根據(jù)該帶寬分配請求信號向各個(gè)光纖網(wǎng)絡(luò)單元分配傳輸帶寬，并在第一周期隨后的第二周期開始之前，向各個(gè)光纖網(wǎng)絡(luò)單元傳輸分配的傳輸帶寬。
文檔編號H04L12/44GK1445940SQ0312017
公開日2003年10月1日 申請日期2003年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月11日
發(fā)明者宋在涓, 吳潤濟(jì), 樸泰誠, 金娥正, 元信喜, 李民孝, 金洙亨 申請人:三星電子株式會社