一種全光纖保護裝置及其方法
2023-11-11 00:02:32
專利名稱：一種全光纖保護裝置及其方法
技術領域：
本發明涉及乙太網無源光網絡(Ethernet over Passive Optical Network簡稱EPON)系統，尤其涉及EPON系統的保護；更具體地說，本發明涉及一種EPON中的全光纖保護設備及其方法，屬於網絡通信技術領域。
背景技術：
隨著英特網的普及和寬帶應用的發展，特別是一些「帶寬殺手」應用的不斷湧現，使得接入網帶寬資源日益「捉襟見肘」，為了徹底解決接入網的帶寬瓶頸，光纖到戶(Fiber To The house簡稱FTTH)作為接入網發展的最終理想，已經具備了提前實現的迫切需求和可能。乙太網無源光網絡系統基於千兆乙太網的無源光網絡技術，繼承了乙太網的低成本和易用性，以及光網絡的高帶寬，是實現光纖到樓(Fiber To The Building簡稱FTTB)型FTTH眾多技術中「性價比」最高的一種。
乙太網無源光網絡(Ethernet over PON簡稱EPON)系統是一種採用點對多點(Point to Multipoint簡稱P-to-MP)結構的單纖雙向光接入網絡，由局端的光線路終端(Optical Line Terminal簡稱OLT)、用戶側的光網絡單元(Optical Network Unit簡稱ONU)和光分配網絡(Optical DistributionNetwork簡稱ODN)組成；EPON位於業務網絡埠(Service NetworkInterface簡稱SNI)與用戶網絡埠(User Network Interface簡稱UNI)之間，通過UNI與用戶設備相連。
請參閱圖1，圖1為EPON系統的構成示意圖；如圖所示，一個典型的EPON系統由OLT、多個ONU(ONU1、ONU2、…ONUn)和無源分光器(Passive Optical Splitter簡稱POS)組成。在下行方向(OLT到ONU)，OLT發送的信號通過一個1∶n的無源分光器(或幾個分光器的級聯)到達各個ONU。在上行方向(ONU到OLT)，一個ONU發送的信號只會到達OLT，而不會達到其他的ONU。OLT位於局方的中心機房，ONU位於樓道或者用戶家中，它們之間用POS進行連接。
在EPON系統上運作多種業務時，由於其網絡結構是一點對多點的樹形網絡結構，存在單點故障的隱患。主幹光纖產生故障將導致32個ONU同時產生故障通信，特別是對於FTTB型應用(ONU下面再接10個或更多用戶的情況下)來說，需要對某些重要客戶的ONU所在線路進行保護，以增加EPON中的ONU的可靠性。
請參閱圖2，圖2為國際電信聯盟遠程通信標準化組(ITU-T for ITUTelecommunication Standardization Sector)指定的國際標準G983.5中的關於保護EPON系統建議的全光纖保護方案連線示意圖；圖中所示的通過提供冗餘的光纖路徑進行全光纖保護結構，使每個ONU通過兩個PON埠與兩個獨立的分光器實現雙歸屬連接，以及每個分光器連接至OLT的兩個埠。這種連接方式旨在消除EPON系統中的單點故障隱患，但在該圖中卻沒有明確定義該種保護方式的實際技術方案是如何具體實現的。並且，目前在業界也沒有參照此全光纖保護方案連線的方式所提出實際可行的實現方案。
發明內容
針對上述對EPON系統進行保護的迫切需求，本發明的目的為通過在全光纖提供冗餘線路，特別對某些重要客戶的ONU所在線路提供切實可行的保護方案，以完成EPON的全光纖保護倒換功能。
為了實現上述發明目的，本發明提供一種全光纖保護裝置，其應用於乙太網無源光網絡系統；該乙太網無源光網絡系統包括光線路終端、兩個分光器以及多個光網絡單元，其中每個光網絡單元通過兩個無源光網絡埠分別與兩個分光器連接，兩個分光器分別連接至所述的光線路終端的兩個光線路終端埠；所述全光纖保護裝置具體包括交換模塊；位於所述的光網絡單元的的兩個無源光網絡埠與用戶網絡單元埠之間，用以進行兩個無源光網絡埠的通斷處理；控制模塊；分別與所述的交換模塊與光網絡單元的兩個無源光網絡埠相連，用以監測兩個無源光網絡埠工作狀態，以及控制所述的交換模塊進行數據轉發。
優選地，所述的控制模塊包括環回處理模塊用以通過環回處理協議對所述的光網絡單元的兩個無源光網絡埠的進行環回監測，並且根據環回監測結果，確定兩個無源光網絡埠的主備用關係；故障處理模塊用以根據保護標準監測主用無源光網絡埠所對應的主用光線路是否產生故障，並且如果產生故障，通過主備用無源光網絡埠的切換完成主備用光線路的倒換。
優選地，所述的保護標準為光網絡單元是否註冊到光線路終端的標記。
優選地，所述的環回處理協議為生成樹協議、快速生成樹協議、多生成樹協議或自定義協議。
優選地，所述的交換模塊為乙太網的交換設備。
本發明還提供一種全光纖保護方法，其應用於乙太網無源光網絡系統；該乙太網無源光網絡系統包括光線路終端、兩個分光器以及多個光網絡單元，其中每個光網絡單元通過兩個無源光網絡埠分別與兩個分光器連接，兩個分光器分別連接至所述的光線路終端的兩個光線路終端埠；所述的全光纖保護方法包括監測主用光線路是否產生故障；如果產生故障，根據環回處理協議切換所述的兩個無源光網絡埠的主備用關係的步驟。
優選地，所述的全光纖保護方法還包括根據環回處理協議確定所述光網絡單元的兩個無源光網絡埠的主備用狀態，以及用主無源光網絡埠所對應的主用光線路進行數據的傳輸的步驟。
優選地，所述的根據環回處理協議確定所述光網絡單元的兩個無源光網絡埠的主備用狀態的步驟具體包括如下步驟步驟11在光網絡單元的主機上啟動環回處理協議；步驟12根據環回處理協議，將所述的光網絡單元的兩個無源光網絡埠設置於導通狀態；步驟13根據環回處理協議，所述的光網絡單元的兩個無源光網絡埠分別註冊到所述的光線路終端；步驟14在所述的光線路終端與光網絡單元間，經由全光纖保護裝置進行數據的傳輸；步驟15根據環回處理協議，對所述的光網絡單元的兩個無源光網絡埠進行環回監測；
步驟16如果所述的兩個無源光網絡埠形成了環路，執行步驟18；否則，執行步驟17；步驟17所述的兩個無源光網絡埠所對應的光線路均進行傳輸數據，執行步驟15；步驟18確定兩個無源光網絡埠的主備用關係，阻塞備用無源光網絡埠；執行步驟15。
優選地，所述的監測主用光線路是否產生故障的步驟具體為根據預定的監測時間間隔，監測所述主用光線路中光網絡單元的註冊狀態；如果沒有監測到光網絡單元的註冊標記，確定主用光線路產生故障。
優選地，所述根據環回處理協議切換所述的兩個無源光網絡埠的主備用關係的步驟具體包括阻塞產生故障的主用光線路所對應的無源光網絡埠；以及打開備用光線路所對應的無源光網絡埠，以及使用新的主用光線路終端進行數據傳輸的步驟。
優選地，所述的環回處理協議為生成樹協議、快速生成樹協議、多生成樹協議或自定義協議。
本發明優點在於，本發明通過STP(生成樹協議)/RSTP(快速生成樹協議)/MSTP(多生成樹協議)/自定義協議完成雙PON口的備份切換工作，實現了EPON系統的全光纖保護方案，增強了該EPON系統的整個光纖光線路故障自動恢復功能，進而提高了該EPON系統的可靠性。
本發明另一優點在於，本發明在實施保護EPON系統的技術方案時，通過交換晶片隔離ONU的用戶網絡埠(User Network Interface簡稱UNI)與ONU的無源光網絡(Passive Optical Network簡稱PON)埠，即ONU的PON埠倒換時並沒有影響用戶設備的配置及其連接關係；並且可採用已成熟商用的乙太網交換晶片作為本發明的全光纖保護倒換裝置中的交換模塊，使得本發明技術方案易實現且實現成本較低。
本發明再一優點在於，根據理論計算，通過此種方式，業務中斷時間減少到原來的5.71e5(十萬分之五點七一)。由此可見，本發明提高了EPON系統中特定ONU光線路的可靠性，增加了ONU光線路故障自動恢復功能，減少了ONU光線路故障的修復時間。
圖1為EPON系統的構成示意圖；圖2為全光纖保護方案連線示意圖；圖3為本發明實施例的全光纖保護方案硬體結構示意圖；圖4為本發明實施例的全光纖保護裝置的結構示意圖以及與光網絡單元的連接關係示意圖；圖5為本發明實施例的全光纖保護方法的流程圖；圖6本發明實施例的具有雙PON埠備份的ONU工作流程示意圖。
具體實施例方式
請參閱圖3，圖3為全光纖保護方案硬體結構示意圖；如圖所示，該EPON系統由一個包括兩個光線路終端埠(OLT#1、OLT#2)的光線路終端、兩個分光器以及多個光網絡單元(ONU#1、ONU#2、ONU#3、…ONU#n)組成，其中每個光網絡單元(ONU#1、ONU#2、ONU#3、…ONU#n)通過兩個無源光網絡埠(PON#1、PON#2)分別與分路比為1∶n的兩個分光器連接，每個分光器連接至所述的光線路終端的兩個光線路終端埠(OLT#1、OLT#2)。與圖2不同的是，在每個光網絡單元(ONU#1、ONU#2、ONU#3、…ONU#n)的兩個無源光網絡埠(PON#1、PON#2)與用戶網絡埠之間插接有全光纖保護裝置；該全光纖保護裝置用以將光網絡單元的兩個無源光網絡埠(PON#1、PON#2)接收的數據，擇一地發送到該數據對應的用戶網絡埠。
請參閱圖4，圖4為本發明實施例的全光纖保護裝置的結構示意圖以及與光網絡單元的連接關係示意圖；從圖中可以看出，每個光網絡單元(ONU#1、ONU#2、ONU#3、…ONU#n)的兩個無源光網絡埠(PON#1、PON#2)分別與兩個光網絡子單元(ONU子#1、ONU子#2)相連。所述全光纖保護裝置具體包括交換模塊和控制模塊。
全光纖保護裝置中包括的交換模塊，位於每個需保護的光網絡單元的兩個光網絡子單元(ONU子#1、ONU子#2)與用戶網絡埠(UNI1、UNI2、…UNIn)之間，用以進行光網絡單元的無源光網絡埠(PON#1、PON#2)的通斷處理；即交換模塊使同一ONU的兩個無源光網絡埠(PON#1、PON#2)接收的數據，可以通過一個用戶網絡埠(UNI口)與用戶設備通信，並且在ONU的兩個無源光網絡埠(PON#1、PON#2)保護倒換時，不需進行下行物理網絡埠的重新配置。
全光纖保護裝置中包括的控制模塊，分別與所述的交換模塊與光網絡單元的兩個無源光網絡埠(PON#1、PON#2)相連，用以監測兩個無源光網絡埠工作狀態，以及控制所述的交換模塊進行數據轉發。控制模塊包括環回處理模塊和故障處理模塊。環回處理模塊用以通過環回處理協議對所述的光網絡單元的兩個無源光網絡埠的進行環回監測，並且根據環回監測結果，確定兩個無源光網絡埠的主備用關係；故障處理模塊用以根據保護標準監測主用無源光網絡埠所對應的主用光線路是否產生故障，並且如果產生故障，通過主備用無源光網絡埠的切換完成主備用光線路的倒換。
需說明的是，在實際的使用時，由於乙太網交換設計成本較低，因此上述的交換模塊還可以使用在ONU晶片的UNI埠(用戶網絡埠)級聯一塊交換晶片(或設備)實現，這時，ONU晶片的UNI埠從交換晶片上連出；乙太網交換晶片或設備(LanSwitch)是MAC層的設備，其通過對入報文的源地址學習等機制，可以實現所有埠之間的無阻塞互通，也就是實現乙太網報文幀在各埠間的交換。乙太網交換晶片為成熟的技術，在此不再贅述。
此外，交換晶片和ONU晶片可以在整合在一塊單板上，也可以使用多塊不同的單板通過背板連接的方式實現。並且如果ONU主機是具備環回處理協議(例如為STP/RSTP/MSTP)功能的交換機，則可以不用再增加額外的硬體設備。
請參閱圖5，圖5為本發明實施例的全光纖保護方法的流程圖；所述的全光纖保護方法具體包括步驟1通過環回處理協議，確定所述光網絡單元的兩個無源光網絡埠的主備用狀態，以及用主無源光網絡埠所對應的主用光線路進行數據的傳輸；
步驟2根據環回處理協議監測主用光線路是否產生故障；如果產生故障，執行步驟3，否則，執行步驟1；步驟3根據環回處理協議切換所述的兩個無源光網絡埠的主備用關係。
在步驟1中的使用的環回處理協議是通過環回處理模塊執行的一種控制環路的方法。由於乙太網數據交換模式採用了基於MAC地址實現在不同埠之間的數據轉發機制，每一個埠對應的是一個乙太網的網段，通過學習每個埠的MAC地址表的方式，交換設備只轉發不同埠間的通信。為了實現對冗餘鏈路的管理，找出存在的冗餘鏈路，必須使用環回處理協議跟蹤可用路徑。若發現存在冗餘路徑，將選擇最佳路徑來進行數據包轉發，並阻斷其它冗餘鏈路。
環回處理協議可以為生成樹協議(STP)、快速生成樹協議(RSTP)、多生成樹協議(MSTP)或自定義協議。例如，生成樹協議(Spanning Tree)定義在IEEE 802.1D中，它是一種鏈路管理協議，以及為網絡提供路徑冗餘和防止產生環路。生成樹協議(STP)是通過生成樹算法(Spanning TreeAlgorithm簡稱STA)計算出一條從每個光網絡單元(ONU#1、ONU#2、ONU#3、…ONU#n)經由兩個分光器到光線路終端埠(OLT#1、OLT#2)的無環路路徑，來避免和消除網絡中的環路。通過這種方式，它確保到每個目的地都只有唯一路徑，不會產生環路，從而達到管理冗餘鏈路的目的。
本發明中的環回處理模塊是通過在OLT主機及ONU主機CPU上運行STP/RSTP/MSTP協議來實現環回監測的；一旦監測結果為光網絡單元的兩個無源光網絡埠(PON#1、PON#2)均能工作並形成環路，ONU主機將後連接上環的無源光網絡埠(假設為PON#2)對應的交換晶片埠置於Blocking(阻塞)狀態；這時環路被切斷，該無源光網絡埠(PON#2)處於備用狀態；另一個無源光網絡埠(PON#1)所對應的光線路設置為主用光線路，處於導通狀態進行數據傳輸。
請參閱圖6，圖6本發明實施例的具有雙PON口備份的ONU工作流程示意圖。具體地說，所述步驟1具體包括如下步驟
步驟11在光網絡單元的主機上啟動環回處理協議(STP/RSTP/MSTP/自定義協議)；步驟12根據環回處理協議，將所述的光網絡單元的兩個無源光網絡埠(PON#1、PON#2)設置於導通狀態；步驟13根據環回處理協議，所述的光網絡單元的兩個無源光網絡埠(PON#1、PON#2)分別註冊到所述的光線路終端；步驟14在所述的光線路終端與光網絡單元間，經由全光纖保護裝置進行數據的傳輸；步驟15根據環回處理協議，對所述的光網絡單元的兩個無源光網絡埠(PON#1、PON#2)進行環回監測；步驟16如果所述的兩個無源光網絡埠(PON#1、PON#2)形成了環路，執行步驟18；否則，執行步驟17；步驟17所述的兩個無源光網絡埠(PON#1、PON#2)所對應的光線路均進行傳輸數據，執行步驟15；步驟18確定兩個無源光網絡埠(PON#1、PON#2)的主備用關係，並且阻塞備用無源光網絡埠；執行步驟15。
上述步驟18中的備用無源光網絡埠的選擇標準，例如可以為後一個加入環路的ONU子單元所對應的交換埠。
本發明的故障處理模塊是用以根據保護標準監測主用光線路是否產生故障的，並且如果主用光線路產生故障，則其通過主備用無源光網絡埠的切換完成主備用光線路的倒換而實現數據的無中斷傳輸。在本實施例中，保護標準為光網絡單元是否註冊到光線路終端的標記；環回處理協議(例如STP)根據預定的監測時間間隔，監測所述主用光線路中光網絡單元的註冊狀態；如果沒有監測到光網絡單元的註冊標記，確定主用光線路產生故障。
假設主用無源光網絡埠(PON#1)發生故障，導致STP/RSTP/MSTP協議不通，則STP協議將自動阻塞產生故障的主用光線路所對應的無源光網絡埠(PON#1)；打開備用光線路所對應的光網絡單元的無源光網絡埠(PON#2)；並且使用新的主用光線路終端進行數據傳輸。也就是說，STP協議會自動將備用無源光網絡埠(PON#2)處於Blocking狀態的PON內部埠將依協議依次轉為listening\learning\Forwarding(偵聽/地址學習/數據轉發)狀態，並且控制交換模塊進行主備用無源光網絡埠的切換，從而實現了ONU的主備用光線路的倒換功能。
本發明雖以較佳實施例揭示如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何本領域的技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視所附的權利要求所界定的範圍為準。
權利要求
1.一種全光纖保護裝置，其應用於乙太網無源光網絡系統；該乙太網無源光網絡系統包括光線路終端、兩個分光器以及多個光網絡單元，其中每個光網絡單元通過兩個無源光網絡埠分別與兩個分光器連接，兩個分光器分別連接至所述的光線路終端的兩個光線路終端埠；其特徵在於所述全光纖保護裝置包括交換模塊；位於所述的光網絡單元的的兩個無源光網絡埠與用戶網絡單元埠之間，用以進行兩個無源光網絡埠的通斷處理；控制模塊；分別與所述的交換模塊與光網絡單元的兩個無源光網絡埠相連，用以監測兩個無源光網絡埠工作狀態，以及控制所述的交換模塊進行數據轉發。
2.根據權利要求1所述的全光纖保護裝置，其特徵在於，所述的控制模塊包括環回處理模塊用以通過環回處理協議對所述的光網絡單元的兩個無源光網絡埠的進行環回監測，並且根據環回監測結果，確定兩個無源光網絡埠的主備用關係；故障處理模塊用以根據保護標準監測主用無源光網絡埠所對應的主用光線路是否產生故障，並且如果產生故障，通過主備用無源光網絡埠的切換完成主備用光線路的倒換。
3.根據權利要求2所述的全光纖保護裝置，其特徵在於，所述的保護標準為光網絡單元是否註冊到光線路終端的標記。
4.根據權利要求2或3所述的全光纖保護裝置，其特徵在於，所述的環回處理協議為生成樹協議、快速生成樹協議、多生成樹協議或自定義協議。
5.根據權利要求1所述的全光纖保護裝置，其特徵在於，所述的交換模塊為乙太網的交換設備。
6.一種全光纖保護方法，其應用於乙太網無源光網絡系統；該乙太網無源光網絡系統包括光線路終端、兩個分光器以及多個光網絡單元，其中每個光網絡單元通過兩個無源光網絡埠分別與兩個分光器連接，兩個分光器分別連接至所述的光線路終端的兩個光線路終端埠；其特徵在於，所述的全光纖保護方法包括監測主用光線路是否產生故障；如果產生故障，根據環回處理協議切換所述的兩個無源光網絡埠的主備用關係。
7.根據權利要求6所述的全光纖保護方法，其特徵在於，還包括根據環回處理協議確定所述光網絡單元的兩個無源光網絡埠的主備用狀態，以及用主無源光網絡埠所對應的主用光線路進行數據的傳輸的步驟。
8.根據權利要求7所述的全光纖保護方法，其特徵在於，所述的根據環回處理協議確定所述光網絡單元的兩個無源光網絡埠的主備用狀態的步驟具體包括如下步驟步驟11在光網絡單元的主機上啟動環回處理協議；步驟12根據環回處理協議，將所述的光網絡單元的兩個無源光網絡埠設置於導通狀態；步驟13根據環回處理協議，所述的光網絡單元的兩個無源光網絡埠分別註冊到所述的光線路終端；步驟14在所述的光線路終端與光網絡單元間，經由全光纖保護裝置進行數據的傳輸；步驟15根據環回處理協議，對所述的光網絡單元的兩個無源光網絡埠進行環回監測；步驟16如果所述的兩個無源光網絡埠形成了環路，執行步驟18；否則，執行步驟17；步驟17所述的兩個無源光網絡埠所對應的光線路均進行傳輸數據，執行步驟15；步驟18確定兩個無源光網絡埠的主備用關係，阻塞備用無源光網絡埠；執行步驟15。
9.根據權利要求6所述的全光纖保護方法，其特徵在於，所述的監測主用光線路是否產生故障的步驟具體為根據預定的監測時間間隔，監測所述主用光線路中光網絡單元的註冊狀態；如果沒有監測到光網絡單元的註冊標記，確定主用光線路產生故障。
10.根據權利要求6所述的全光纖保護方法，其特徵在於，所述根據環回處理協議切換所述的兩個無源光網絡埠的主備用關係的步驟具體包括如下步驟阻塞產生故障的主用光線路所對應的無源光網絡埠；打開備用光線路所對應的無源光網絡埠，使用新的主用光線路終端進行數據傳輸。
11.根據權利要求6、7、8、9或10所述的全光纖保護方法，其特徵在於，所述的環回處理協議為生成樹協議、快速生成樹協議、多生成樹協議或自定義協議。
全文摘要
一種全光纖保護裝置及其方法，其應用於乙太網無源光網絡(EPON)系統；該系統包括光線路終端、兩個分光器以及多個光網絡單元(ONU)，其中，每個光網絡單元通過兩個無源光網絡埠(PON)分別與兩個分光器連接，每個分光器連接至所述的光線路終端的兩個光線路終端埠；全光纖保護裝置插接在光網絡單元的兩個無源光網絡埠與用戶網絡埠之間，用以將光網絡單元的兩個無源光網絡埠接收的數據，擇一地發送到該數據對應的用戶網絡埠。本發明通過STP/RSTP/MSTP完成雙PON埠的備份切換工作，並且通過交換晶片隔離ONU的用戶網絡埠與ONU的無源光網絡埠，提高了EPON系統中特定ONU的光線路可靠性，且實現成本低。
文檔編號H04Q3/00GK1921357SQ200610138880
公開日2007年2月28日 申請日期2006年9月21日 優先權日2006年9月21日
發明者廖雙龍 申請人:杭州華為三康技術有限公司