一種手持式無源光網絡的鏈路故障診斷裝置的製作方法
2023-09-19 20:44:00
專利名稱：一種手持式無源光網絡的鏈路故障診斷裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及無源光網絡系統(xPON)，更具體地，本發明涉及一種用於網絡 維護的無源光網絡(xPON)鏈路故障診斷裝置。
背景技術：
PON技術是新興的基於乙太網的寬帶無源光網絡技術。其本質是乙太網在 接入網領域的延伸。目前被業界廣泛看好的主流PON技術有乙太網無源光網絡 (EPON )、千兆比特無源光網絡(GPON )以及波分復用無源光網絡(WDM-PON) 等。總體來說，PON技術具有系統容量大、成本低、對數據業務支持好、技術 成熟和維護簡單等優點，是實現FTTX的理想方案之一。目前，EPON系統已經 開始規模商用，GPON也已接近成熟，逐步開始試商用。隨著EPON和GPON 的規模應用，必然會產生PON網絡運行和維護問題。因此需要具有故障診斷工 具，以便於進行便捷的網絡安裝和維護。
在物理上，無源光網絡(包括EPON、 GPON等)系統是點對多點結構，每 個光線路終端(OLT: Optical Line Terminal,是PON系統中的局端設備)通過 光分配網絡(ODN: Optical Distribution Network)連接多個光網絡單元(ONU, Optical Network Unit,是PON系統中的用戶端設備)。由於在PON系統的OLT 的一個光接口對應於多個ONU,如果與某個ONU相關的鏈路或者業務發生故 障，採用介入式網絡測試設備容易導致其他ONU的業務也受到影響，因此無法 實施筒單的介入式診斷，也就無法對關係到系統是否能正常工作的鏈路狀態進 行監控和分析。
在現有的測試裝置中，能夠用於PON網絡的儀器儀表主要有光功率計(如 EXFO公司生產的PPM-350B)和性能分析儀(如Agilent公司生產的用於EPON 協議分析的N2X)。前者為手持式設備，使用簡單，但功能非常有限，只能用來 測量光纖鏈路上某一點的雙向接收光功率，因而不能滿足對鏈路完整狀態進行 監測的要求。後者在功能方面更側重於捕獲鏈路上的報文，不能實時顯示對線 路狀態關鍵參數的分析結果，而且為非可攜式設備，需要與特定的PC和軟體配 套使用，攜帶和使用很不方便，不適合現場維護。
在PON網絡中，故障發生概率最大的兩個部分分別是ONU和支路光纖鏈路。 鑑於這個特點，如果有一個故障診斷裝置，能夠替代存在故障的ONU，並執行 光鏈路指標測量、PON協議流程分析、業務屬性分析等功能，則可以在很大程 度上提高PON系統的維護效率。
發明內容
針對目前沒有可攜式PON鏈路監測裝置的問題，提出了 一種用於PON網絡 鏈路狀態分析和故障診斷的手持式測試裝置。
本發明所述手持式PON鏈路故障診斷的裝置由以下幾部分組成光信號處 理子系統、PON子系統、處理器(CPU)子系統、用戶接口(I/0)子泉統、業務接口 子系統、時鐘子系統以及電源子系統。各子系統之間的連接關係如圖3所示。 上述各個子系統的具體功能如下
光信號處理子系統對接收到的下行光信號的光參數(如光功率)進行測量並 將其轉化為電信號後發送給PON子系統，光路參數的測量結果則發送給處理器 子系統；另一方面，光信號處理子系統也負責將PON子系統發來的碼流(電信 號)轉換為符合PON系統要求的光信號並發送到PON光鏈路。光信號處理子 系統由PONONU側光模塊、光功率檢測模塊組成。光功率監測模塊通過從輸入
信號分固定比例的光信號進行光功率監測，其他的光信號進入ONU側光模塊。
ONU側光模塊執行與普通的ONU的光模塊相同的功能，即將接收到的光信號 轉換為電信號並送給PON子系統，同時將PON子系統送來的電的碼流轉換為 光信號後發送到PON光接口 。光探測器通過監測光分路器分給它的一部分光信 號進行光功率監測，並將監測結果發送給處理器(CPU)子系統。ONU側光模 塊通過總線與PON子系統相連。光探測器模塊與處理器(CPU)子系統之間也 通過CPU外圍設備總線相連，以便將光功率監測的結果送給CPU子系統進行處 理。
PON子系統是本發明裝置的功能核心部分。它執行PONONU仿真器(可以 是EPON ONU仿真器，也可以是GPON ONU仿真器，還可以是WDMPON ONU 仿真器)的功能和ONU狀態及鏈路檢測功能。PON子系統一方面接受處理器子 系統的指令，完成ONU的發現和註冊(包括MAC控制/傳輸匯聚TC子層的注 冊和運行管理及維護-OAM層的註冊)，並接受OLT對其進行鏈路層、業務層 以及管理層的遠程配置(即仿真一個標準的ONU的功能)，並將各種控制和管 理報文送給光信號處理子系統。同時，PON子系統按工作模式來決定是否轉發 各種協議數據報文或普通的乙太網數據幀到業務接口子系統口 (如果儀表處於 "橋接模式"，則PON子系統執行對普通的數據業務報文的轉發，以便於PC可 以通過本裝置進行上網等操作；如果儀表處於"鏡像模式"，則PON子系統將 鏈路控制和管理協議數據報文等信息有選擇地鏡像到GE 口 ，輸出給外接電腦利 用特殊的軟體做進一步分析)。另一方面，它也對該ONU仿真模塊的狀態進行 監測，對從光信號處理子系統接收到的各種乙太網幀(包括普通的乙太網數據 幀、EPON系統的MPCP協議幀或者GPON系統的GTC(GPON成幀模式的傳輸 匯聚GEM TC)幀、EPON系統的運行管理和維護OAM幀或者GPON系統的ONU遠程管理和控制接口 OMCI幀等)進行處理和分析，分析4連路控制和管理功能 的狀態和相關參數，並將分析結果保存並通知處理器子系統，進而獲取對於鏈 路故障診斷非常重要的數據。具體來說，它負責完成如下功能
1) 在處理器子系統的控制下發起ONU仿真器的註冊、認證，並接受OLT 按照特定用戶的SLA屬性對其進行遠程管理(管理內容包括下行數據加 密、DBA參數配置、基本信息上報、埠管理、VLAN管理、組播管理、 QoS管理等)；
2) 提取其ONU仿真器的鏈路層狀態信息，經過處理後將數據送給處理器子 系統；主要包4舌如下方面
ONU的MAC控制層(如EPON系統的MPCP子層)或傳輸匯聚層(如 GPON系統的GTC子層)狀態機的當前狀態；
根據IEEE 802.3-2005 section 5或ITU-T G.984、或其他標準(如特定 機構擴展的OAM標準)規定的OAM協議數據單元(EPON)或者 OMCI消息(GPON)格式和含義來分析其運行管理和維護功能的狀態；
3) 提取該ONU仿真器獲得的鏈路層、業務層以及OAM層的參數信息，經 分析處理後發送給處理器子系統；主要包括
計算下行的接收誤碼率；
等鏈路層參數；
顯示OLT為本裝置分配的LLID或者Port ID的值；
計算下行的接收錯幀率；
對EPON系統鏈路上的MAC控制協議4艮文(如EPON系統的MPCP 幀或GPON系統鏈路上的GTC幀)進行統計；
對EPON系統鏈路上的運行、管理和維護(如EPON系統的OAM或
者GPON系統的OMCI)才艮文進行統計； 計算出本裝置獲得的上行帶寬以及DBA調度周期； 顯示ONU本地的上行隊列狀態； 對業務幀進行統計，包括單播幀、組播幀和廣播幀； 4)數據轉發功能，包括
對MAC控制協議報文(MPCP或者GTC )和OAM報文(或者OMCI
報文)進行鏡像控制，如將鏈路上的雙向幀打上接收到的時間標籤，
然後合併為一條流，再按要求過濾，最後轉發到GE口輸出； 對普通的數據報文的轉發功能。即對於普通的數據報文進行二層轉
發，從而使用戶可以利用本裝置實現臨時上網，以驗證系統的業務層
功能是否正常。
PON子系統一般由PON (EPON或GPON或其他PON技術)的核心功能芯 片、緩存模塊、PON 口側物理層模塊(如Serdes )以及業務接口物理層模塊(如 PHY)組成。這些模塊的連接關係如下PON 口側物理層模塊通過總線與PON 核心晶片相連，緩存為SDRAM存儲器，通過總線與PON核心晶片相連。業務 接口側物理層才莫塊通過GMII接口與PON核心晶片相連。
處理器子系統是本發明裝置的控制核心部分，是整個裝置的中央控制器。處 理器子系統一方面控制著本裝置中的其他子系統(主要是光信號處理子系統、 PON子系統和業務接口子系統等)，包括配置其他功能子系統的工作模式和參 數、產生及處理高層協議的測試包(例如進行PPPoE撥號、發起Ping包測試並 檢測結果、FTP測試、VoIP測試、IPTV測試等)等。另一方面，它也負責接收 從相關其他功能子系統獲得的指令、配置信息、鏈路狀態和參數的分析結果等
信息，然後進一步處理後將結果輸出到用戶接口子系統等其他功能子系統，後 者則進行顯示。此外，CPU子系統還支持測試結果的記錄保存以及歷史測試結
果的查看。處理器子系統一4殳由CPU、 BOOTROM、 MEMORY和FLASH四個 模塊組成。其中CPU用於運行軟體以控制本發明裝置的工作，BOOTROM用於 存放CPU的啟動代碼，MEMORY為CPU軟體使用的存儲器，FLASH則用來 保存本發明裝置的軟體版本。以上述各模塊之間的連接關係如下CPU是控制 核心，它通過地址、數據和控制總線分別與BOOTROM、 SDRAM和FLASH相 連。
用戶接口子系統負責完成本發明裝置與用戶之間的交互。用戶接口子系統一 方面顯示鏈路測量和診斷的結果，另 一方面也可以通過處理器子系統對本發明 裝置的工作模式進行配置。它分為三個模塊 一個模塊是顯示控制模塊，由LCD 顯示屏和顯示控制晶片組成；其中的LCD顯示屏與顯示控制晶片相連，受控制 晶片的控制，而顯示控制晶片自身則通過總線與處理器子系統中的CPU相連， 受CPU控制。另一個模塊是鍵盤控制模塊，它由鍵盤和鍵盤控制晶片組成。鍵 盤與鍵盤控制晶片相連，受鍵盤控制晶片的控制，而^:盤控制晶片則通過總線 與處理器子系統中的CPU相連，受CPU控制。第三個模塊是LED指示燈，它 由一組LED組成，用來指示PON鏈路層的基本狀態(如是否檢測到光信號、 MAC鏈路狀態是否正常、OAM鏈路是否正常等)。這些指示燈分別通過信號線 與光信號處理子系統和處理器子系統相連。用戶可以通過操作鍵盤來設置本發 明裝置的工作模式以及選擇顯示的信息內容，然後可以通過LCD顯示屏來查看 鏈路監測的結果。此外，用戶還可以通過查看LED指示燈來獲知當前鏈路的基 本狀態。
業務接口子系統主要是與PC、電話機、機頂盒等用戶終端接口功能，負責
完成用戶終端與PON子系統的業務適配功能，主要包括乙太網/IP業務適配功 能、VoIP業務仿真功能、IPTV仿真功能等。同時，它也接受處理器子系統的控 制。業務處理子系統提供千兆乙太網(GE)或者百兆乙太網(FE)電接口、電 話接口 (RJ-ll)、 IPTV接口 (連接機頂盒的乙太網接口 )。業務接口子系統採用 模塊化結構，可以根據不同的需求選裝不同的模塊(例如VoIP業務仿真模塊和 IPTV業務仿真模塊)，處理器子系統控制各模塊執行各自的測試內容。
時鐘子系統負責為本發明裝置中的其他子系統提供時鐘信號。它由時鐘晶片 及時鐘分配網絡組成。其連接關係如下時鐘晶片輸出到時鐘分配網絡，經過 時鐘分配網絡的處理，再輸出多種不同頻率的時鐘信號，進而通過信號線輸送 給其他子系統的各個晶片。
電源子系統負責為本發明裝置中其他子系統提供特定的直流電壓。該子系統 由蓄電池、電源處理模塊和電源分配網絡組成。電源處理模塊負責對外部提供 的直流電源進行處理，以生成不同晶片所需要的多種電壓，電壓分配網絡則負 責將電源處理模塊的輸出通過信號線分配給其他子系統中的各個晶片。本發明 裝置的可用電源分為兩種 一是採用蓄電池(可以是可充電電池，也可以一次 性蓄電池)直接提供直流電源； 一是採用外接變壓器提供交流轉直流的電源。
綜上所述，本裝置的主要功能包括
1) PON接口的物理層測試(如測試接收的下行光功率、誤碼率等)；
2) PON鏈路層測試(包括MPCP或GTC層狀態、OAM或者OMCI狀態以 及鏈路層參數等)；
3) 業務層測試(包括lt據業務測試、話音業務測試、IPTV業務測試等)；
4) 支持測試結果的記錄保存以及歷史測試結果的查看。
因此，本發明實現了以下技術效果
與現有裝置相比，本發明所述裝置具有顯著的特點和優點 一是本發明裝置 為對PON鏈路狀態和各種關鍵參數進行了更全面的監測，可以清晰的定位光纖 故障、ONU故障、IAD或機頂盒故障、寬帶網絡故障等，填補了目前PON系 統性能監測和故障診斷工具方面的空白；二是本發明裝置為手持式設備，可以 隨身攜帶，操作簡單靈活，顯示直觀，非常適合PON網絡設備安裝、工程驗收 和維護應用。三是本發明裝置採用模塊化結構，可以通過增加VoIP業務模塊和 IPTV業務模塊提供不同的測試功能。
本發明的其它特徵和優點將在隨後的說明書中闡述，並且，部分地從說明書 中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點可通 過在所寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分， 本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限 定。在附圖中
圖1是P0N網絡拓樸圖。
圖2是本發明裝置的應用方式示意圖。
圖3是本發明裝置的結構框圖。
圖4是本發明裝置一個實施例的外觀示意圖。
圖5是本發明裝置一個實施例的內部結構框圖。
具體實施例方式
下面參考附圖，詳細說明本發明的具體實施方式
。
本發明針對目前沒有可攜式PON鏈路故障診斷裝置的問題，提供了 一種用 於PON網絡鏈路狀態監測和故障診斷的手持式裝置。
圖1介紹了與本發明裝置相關的PON網絡拓樸。從圖中可以看出， 一個OLT PON 口下可以通過分光器與多個ONU相連接。從OLT到ONU的下一亍數據傳 送方式為時分復用的物理層廣播方式，即每一個下行幀會發送到所有的ONU的 PON埠 。從ONU到OLT的上行數據傳送方式為TDMA(對EPON和GPON) 方式，
圖2介紹了本發明裝置的典型應用方式，即將本裝置連接到光無源分配網 絡上去，代替存在故障或者可能存在故障的ONU，然後進行利用本裝置進行故 障的診斷和定位。
圖3為本發明裝置的結構框圖。本發明裝置由光信號處理子系統(201 )、PON 子系統(202)、處理器(CPU)子系統(205 )、用戶接口(I/0)子系統(204)、業務 接口子系統(203 )、時鐘子系統(206)以及電源子系統(207)等組成。其中， 時鐘子系統(206)和電源子系統(207)與其他子系統之間都有連接關係，為 簡單起見在圖中沒有畫出這些連接。
本裝置各種模塊的基本工作流程為光信號處理子系統(201) —方面對從 PON鏈路上接收到的光信號進行光路參數測量並將其轉換為電信號後發送給 PON子系統(202)，光路參數的測量結果發送給處理器子系統(205 )。另一方 面，光信號處理子系統(201 )也將PON子系統(202 )發來的碼流(電信號) 轉換為光信號並發送到PON光鏈路。PON子系統(202) —方面對接收到的各
種乙太網幀和協議數據報文(包括MAC控制層(MPCP/GTC)協議幀、運行管 理和維護OAM/OMCI幀等)進行處理和分析，將對MPCP/GTC幀和OAM/OMCI 幀等的分析結果保存並通知處理器子系統(205 ),同時按工作模式來決定是否 轉發普通的乙太網數據幀到業務接口子系統(203 );另 一方面，PON子系統(202 ) 也接受處理器子系統(205 )的指令，產生各種MPCP/GTC幀、OAM/OMCI幀 或者對乙太網悽t據幀進^"處理，並送給光信號處理子系統(201)。處理器(CPU) 子系統(205 ) —方面從光信號處理子系統(201)和PON子系統(202)中讀 取測量和分析得到的數據，經過處理後將其發送到用戶接口子系統(204)，後 者則將其顯示出來；另一方面，處理器(CPU)子系統(205 )也是整個儀表的 中央控制器，控制著PON子系統(202)及其他模塊的工作模式和參數，並進 行高層業務測試。業務接口子系統(203 )完成PON子系統(202)與用戶終端 的業務適配功能，也接受處理器子系統(205)的控制產生各種業務測試流並測 量業務連通性和業務質量。用戶接口子系統(204)的主要功能是對本發明裝置 的工作;漠式和參數進行配置並顯示本裝置的測試結果。
圖4為本發明裝置的一個實施例的外觀示意圖。如圖所示，從外觀上來看， 本發明裝置的特徵為手持式設備，由顯示屏、LED指示燈組、按#:組、PON接 口 、業務接口 ( GE 口 、 IPTV接口 ( 一般為FE 口 )、電話接口 ( 一般為RJ-11 POTS 接口))、電源接口以及電池組成。其中各個部分的具體描述如下
1)對外接口
對外接口為1個PON 4妄口和至少一個GE電口 (也可以增加1個用於連接 IPTV機頂盒的FE電口和一個用戶連接電話機的傳統電話RJ-ll接口)。 PON 口 用於將本裝置連接到PON的無源光分配網上。GE口為電口，負責將雙向報文
轉發給外部的計算機以便於進一步的分析或者進行業務驗證。更具體地，對於
鏡像到外部PC的乙太網控制和管理報文，本發明裝置可以將PON鏈路上的雙 向協議/數據幀按打上接收或產生的時間標籤，然後按接收次序合為一條流從GE 電口轉發出來。IP丁V接口和POTS接口用於進行實際的業務測試。
2) 顯示屏
顯示屏為用戶交互接口 。其功能為顯示本發明裝置分析得到的鏈路狀態的具 體內容。
3) LED
本發明裝置使用3個LED,分別用於指示下行鏈路的信號丟失(DWLOS )、 MPCP/GTC註冊狀態(Register), OAM/OMCI狀態(OAM)。
4) 按鍵
本發明裝置共有8個按鍵，如圖所示，分別為"電源""復位""模式"以及操作 鍵組(四個方向鍵和一個確認鍵)。其中"電源"鍵負責打開和關閉電源，"復位，， 鍵負責復位CPU (軟復位)，"模式"鍵用於選擇本發明裝置的工作模式，各模式 定義如下
鏡像模式本裝置測量PON鏈路上的光功率，並將鏈路上的上下行 乙太網控制和管理報文等信息有選擇地鏡像到GE 口，輸出給電腦 (PC )利用特殊的軟體做進一步分析；
橋接分析模式本裝置在進行鏈路參數測量、狀態監測和分析的同時 允許用戶電腦(PC)等終端以二層橋接的模式登陸網際網路並進行正常 的通信；
業務分析模式本裝置在進行鏈路層參數測量、狀態監測和分析的同 時進行PPPoE測試(包括PPPoE撥號、用戶名和密碼測試等)和IP
層測試(Ping包測試、FTP下載測試、網頁瀏覽測試、VoIP測試、IPTV 測試等)甚至更高層的功能。 上述三種模式中，在選擇進入特定模式後，顯示屏上還需要列出該模式下的 功能項以供進一步選擇。特定模式可能包含下面列出的全部或者部分功能 接收光功率； 接收誤碼率；
OLT的同步時間等鏈路層參數；
本裝置獲取的LLID或者Port ID的值； 接收誤幀率；
MPCP或者GTC協議狀態；
MPCP或者GTC幀統計；
OAM或者OMCI鏈路狀態；
OAM或者OMCI幀統計；
DBA調度周期分析；
本裝置的實時帶寬分配表；
ONU隊列狀態分析；
加密狀態
業務屬性(埠管理、VLAN、 QoS策略、組播、自協商等) 業務幀統計，包括單播包、組播包和廣播包；
PPPoE觀'J試
PING包測試
FTP測試(驗證用戶的可達速率) 網頁瀏覽測試 語音(VoIP)業務測試 IPTV業務測試
5)電源
本發明裝置使用直流電源(內置蓄電池，並提供外置整流器)供電。
圖5介紹了本發明裝置一個實施例的內部結構。如圖所示，本裝置的關鍵 部件是PON核心晶片和CPU,此外還有CPU需要的SDRAM、 FLASH和 BOOTROM，與用戶交互所需的LCD模塊和鍵盤控制模塊，接收光路信號的光 分路器、光探測器和ONU側光模塊及對應的Serdes，業務接口輸入/輸出需要的 乙太網PHY、 VoIP和IPTV業務模塊等，保存鏈路數據幀的緩存，以及時鐘模 塊和電源模塊。
PON核心晶片是本發明裝置實現PON鏈路分析功能的核心器件。它負責對 兩個光模塊接收到的碼流和幀進行分析，具體來說實現如下功能
1) 計算下向的接收誤碼率；
2) 計算下行的接收錯幀率；
3) 從捕獲的MPCP報文中提取OLT的同步時間參數；
4) 顯示OLT為本裝置分配的LLID的值；
5) 根據MPCP協議幀或GTC幀交互分析出MPCP/GTC狀態機的當前狀態；
6) 對鏈路上的MPCP/GTC幀進行統計；
7) 根據OAM PDU/OMCI幀分析OAM鏈路的當前狀態；
8) 對OAM/OMCI幀進行統計；
9) 計算出DBA調度周期；
10) 計算出本裝置獲得的上行帶寬； 11) 顯示ONU本地的上行隊列狀態；
12) 對業務幀進行統計，包括單播、組播和廣播；
13) 鏡像控制將鏈路上的雙向幀打上接收到的時間標籤，然後合併為一條 流，再按要求過濾，最後轉發到業務接口 (GE口)；
14) 加密狀態檢測；
15) 業務屬性(埠管理、VLAN、 QoS策略、組播、自協商等)分析
16) 轉發普通的乙太網數據報文；
17) 本裝置仿真ONU時需要能夠修改自身的MAC (EPON)地址或序列號 SN ( GPON);
CPU是本發明裝置的控制核心器件，它負責從鍵盤輸入中獲取工作模式信 息，然後從PON核心晶片和光探測器中讀取所需的鏈路狀態參數，並通過LCD 顯示出相應的內容。此外，CPU還負責控制業務接口子系統進行業務層測試(以 太網/IP測試、VoIP業務測試、IPTV業務測試等)。CPU的系統導入(Boot)信 息放在Boot Rom中，軟體版本和PON核心晶片版本存放在FLASH中。此外， CPU還負責執行PPPoE撥號以及PING包、FTP下載、網頁瀏覽等IP層乃至更 高層的功能，以支持更高層次的故障診斷。此外，CPU還支持將文件管理，將 測試結果記錄保存在存儲器中，並且可以使用戶可以查看歷史測試結果。
制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在 本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在 本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種無源光網絡鏈路故障診斷裝置，其特徵在於，包括光信號處理子系統。該子系統一方面對從PON鏈路上接收到的下行光信號的光參數(如光功率)進行測量並將其轉化為電信號後發送給PON子系統，光參數的測量結果則發送給處理器子系統；另一方面也負責將PON子系統發來的上行碼流(電信號)轉換為符合PON系統要求的光信號並發送到PON光鏈路。以及PON子系統。該子系統負責執行PON ONU仿真器的功能和ONU狀態及鏈路檢測功能。PON子系統一方面在處理器子系統的控制下仿真一個標準的ONU MAC層功能，另一方面也對該ONU仿真模塊的鏈路狀態(包括MPCP/GTC狀態、OAM/OMCI狀態和乙太網業務)進行監測、處理和分析，進而用於鏈路故障診斷。處理器子系統。該子系統負責對本發明裝置(主要是指其光信號處理子系統和包處理子系統)的工作模式和參數進行配置，執行高層協議測試，並從相關功能子系統獲取外部指令，並接收鏈路狀態和參數的監測結果，然後進一步處理後將結果輸出到用戶接口子系統；以及用戶接口子系統。該子系統負責完成本發明裝置與用戶之間的交互；以及業務接口子系統。該子系統主要是與PC、電話機、機頂盒等用戶終端接口功能，負責完成用戶終端與PON子系統的業務適配功能，主要包括乙太網/IP業務適配功能、VoIP業務仿真功能、IPTV仿真功能等。時鐘子系統。該子系統負責為本發明裝置中的其他子系統提供時鐘信號；以及電源子系統。該子系統負責為本發明裝置中其他子系統提供特定的直流電壓。
2. —種無源光網絡鏈路故障診斷裝置，其特徵在於分別針對乙太網無源光網絡(EPON)、吉比特無源光網絡(GPON)或者其 他PON網絡，可以有EPON鏈路故障診斷裝置、GPON鏈路故障診斷裝置和 其他PON鏈路故障診斷裝置等多種實現。
3. 根據權利要求1和2所述的手持式無源光網絡鏈路故障診斷裝置，其特徵還 在於，工作流程如下光信號處理子系統一方面對從PON鏈路上接收到的光信號進行光路參數測量 並將其轉換為電信號後發送給PON子系統，光路參數的測量結果發送給處理 器子系統。另一方面，光信號處理子系統也將PON子系統發來的碼流(電信 號)轉換為光信號並發送到PON光鏈路。PON子系統一方面對接收到的各種乙太網幀和協議數據報文(包括MAC控 制層(MPCP/GTC )協議幀、運行管理和維護OAM/OMCI幀等)進行處理和 分析，將對MPCP/GTC幀和OAM/OMCI幀等的分析結果保存並通知處理器 子系統(205 )，同時按工作模式來決定是否轉發普通的乙太網數據幀到業務 接口子系統；另一方面，PON子系統也接受處理器子系統的指令，產生各種 MPCP/GTC幀、OAM/OMCI幀或對乙太網數據幀進行處理，並送給光信號處 理子系統。處理器(CPU)子系統一方面從光信號處理子系統和PON子系統中讀取測量 和分析得到的數據，經過處理後將其發送到用戶接口子系統，後者則將其顯 示出來；另一方面，CPU子系統也是整個儀表的中央控制器，控制著PON子 系統及其他模塊的工作模式和參數，並進行高層業務測試。業務接口子系統完成PON子系統與用戶終端的業務適配功能，也接受CPU 子系統的控制產生各種業務測試流並測量業務連通性和業務質量。用戶接口子系統的主要功能是對本發明裝置的工作模式和參數進行配置並顯 示本裝置的測試結果。
4. 根據權利要求1、 2和3所述的手持式無源光網絡鏈路故障診斷裝置，其特 徵還在於，所述的光信號處理子系統包括PON ONU側光模塊和光功率檢測模塊。光功率監測模塊進行下行光功率檢測 並通過CPU外圍設備總線將檢測結果發送給處理器(CPU)子系統。ONU 側光模塊執行與普通的ONU的光模塊相同的功能，即將接收到的光信號轉換 為電信號並送給PON子系統，同時將PON子系統送來的電的碼流轉換為光 信號發送到PON光接口。其內部各個部分的連接關係如下ONU側光模塊 通過總線與PON子系統相連。光探測器模塊與處理器(CPU)子系統之間也 通過CPU外圍設備總線相連，以便將光功率監測的結果送給CPU子系統進 行處理。
5. 根據權利要求1、 2和3所述的手持式無源光網絡鏈路故障診斷裝置，其特 徵還在於，所述的PON子系統包括PON核心功能晶片、緩存^1塊、PON口側物理層;f莫塊(如Serdes)以及業務 接口物理層模塊(如PHY)等。其內部各個模塊的連接關係如下PON 口側 物理層模塊通過總線與PON核心晶片相連；緩存為SDRAM存儲器，通過總 線與PON核心晶片相連；業務接口側物理層模塊通過GMII接口與PON核心 晶片相連。PON子系統的MAC地址(EPON)或者序列號SN (GPON)可 設置和修改。
6. 根據權利要求1、 2和3所述的手持式無源光網絡鏈路監測裝置，其特徵還 在於，所述的處理器子系統包括CPU、 BOOT ROM 、 MEMORY和FLASH等四個模塊。其中CPU用於運行 軟體以控制本發明裝置的工作，BOOT ROM用於存放CPU的啟動程序， MEMORY為CPU軟體使用的存儲器，FLASH則用來保存本發明裝置的軟體 版本。其內部各個模塊的連接關係如下中央處理器(CPU)是控制核心， 它通過地址總線、數據總線和控制總線分別與BOOTROM、 SDRAM和FLASH 相連。
7. 根據權利要求1、 2和3所述的手持式無源光網絡鏈路監測裝置，其特徵還 在於，所述的用戶接口子系統包括顯示控制模塊、鍵盤控制模塊、LED指示燈三個模塊。顯示控制模塊由LCD 顯示屏和顯示控制晶片組成。鍵盤控制模塊由鍵盤和鍵盤控制晶片組成。LED 指示燈一組LED組成，用來指示PON鏈路層的基本狀態。其內部各個模塊 的連接關係如下顯示控制模塊內部的LCD顯示屏與顯示控制晶片相連，受 控制晶片的控制，而顯示控制晶片則通過總線與處理器子系統中的CPU相連， 受CPU控制。鍵盤控制模塊內部的鍵盤與鍵盤控制晶片相連，受鍵盤控制芯 片的控制，而鍵盤控制晶片則通過總線與處理器子系統中的CPU相連，受 CPU控制。LED指示燈通過信號線與光信號處理子系統和處理器子系統相連。
8. 根據權利要求1、 2和3所述的手持式無源光網絡鏈路監測裝置，其特徵還 在於，所述的業務接口子系統包括乙太網/IP業務適配模塊、VoIP業務仿真模塊、IPTV仿真模塊等。業務處理 子系統提供千兆乙太網(GE)或者百兆乙太網(FE)電接口 、電話接口(RJ-ll )、 IPTV接口 (連接機頂盒的乙太網接口 )。其內部各個模塊的連接關係如下 乙太網/IP業務適配模塊、VoIP業務仿真模塊、IPTV仿真模塊分別通過總線 與處理器子系統相連，接受處理器子系統的控制。同時，這些模塊與儀表的 千兆乙太網(GE)或者百兆乙太網(FE)電接口、電話接口 (RJ-ll)、 IPTV 接口相連。
9. 根據權利要求1、 2和3所述的手持式無源光網絡鏈路監測裝置，其特徵還 在於，所述的時鐘子系統包括時鐘晶片和時鐘分配網絡。其內部各個部分的連接關係如下時鐘晶片輸出 到時鐘分配網絡，經過時鐘分配網絡的處理，再輸出多種不同頻率的時鐘信 號，進而通過信號線輸送給其他子系統的各個晶片。
10. 根據權利要求1、 2和3所述的手持式無源光網絡鏈路監測裝置，其特徵還 在於，所述的電源子系統包括蓄電池(可充電電池或者一次性蓄電池)、電源處理模塊和電源分配網絡。其 內部各個部分的連接關係如下電源處理模塊與蓄電池和外部的直流電源(交 流變直流)相連，負責對蓄電池和外部提供的直流電源進行處理，以生成不 同晶片所需要的多種電壓，電壓分配網絡則負責將電源處理模塊的輸出通過 信號線分配給其他子系統中的各個晶片。
11. 根據權利要求8所述的業務接口子系統，其特徵在於 體形較小，為手持式設備,並採用模塊化結構，可以根據不同的需求選裝不同的模塊(例如VoIP業務仿真模塊和IPTV業務仿真模塊)，處理器子系統控制各模塊執行各自的測試內容。
12.根據權利要求5所述的PON子系統，其特徵在於，其負責完成如下功能a) 在處理器子系統的控制下發起ONU仿真器的註冊、認證，並接受OLT 按照特定用戶的SLA屬性對其進行遠程管理(管理內容包括下行數據加 密、DBA參數配置、基本信息上報、埠管理、VLAN管理、組播管理、 QoS管理等)；ONU仿真器的MAC地址或序列號可設置。b) 提取其ONU仿真器的狀態信息，經過處理後將數據送給處理器子系統； 主要包括如下方面Z ONU的MAC控制層(如EP0N系統的MPCP子層或GP0N系統的GTC子層) 狀態機的當前狀態；Z根據IEEE 802. 3-2005 section 5或ITU-T G. 984、或其他標準(如特 定機構擴展的0AM標準)規定的0AM協議數據單元(EPON )或者0MCI 消息(GP0N)格式和含義來分析其運行管理和維護功能的狀態。c) 提取該ONU仿真器獲得的鏈路層、業務層以及OAM層的參數信息，經 分析處理後發送給處理器子系統；主要包括Z計算下行的接收誤碼率；Z從捕獲的MPCP報文或者GTC幀中提取OLT的同步時間(Sync Time)等鏈路層參數； Z顯示OLT為本裝置分配的LLID或者Port ID的值； Z計算下行的接收錯幀率； Z對EP0N系統鏈路上的MAC控制協議報文(如EPON系統的MPCP幀或GPON系統鏈路上的GTC幀)進行統計； Z對EPON系統鏈路上的運行、管理和維護(如EPON系統的OAM或者GPON系統的OMCI )報文進行統計； Z計算出本裝置獲得的上行帶寬以及DBA調度周期； Z顯示ONU本地的上^f亍隊列狀態； Z對業務幀進行統計，包括單播幀、組播幀和廣播幀。 d)數據轉發功能,包括Z對MAC控制協議報文(MPCP或者GTC )和OAM報文(或者OMCI報文)進行鏡像控制，如將鏈路上的雙向幀打上接收到的時間標籤，然後合併為一條流，再按要求過濾，最後轉發到GE口輸出； Z對普通的數據報文的轉發功能。即對於普通的數據報文進行二層轉發，從而使用戶可以利用本裝置實現臨時上網，以驗證系統的業務層功能是否正常。
13.根據權利要求6所述的處理器子系統，其特徵在於，其負責完成下述全部或 者部分功能a) 負責從鍵盤輸入中獲取工作模式信息，然後從PON核心晶片和光探測器 中讀取所需的鏈路狀態參數，並通過LCD顯示出相應的內容。b) 負責控制業務接口子系統進行業務層測試(乙太網/IP測試、VoIP業務測 試、IPTV業務測試等)。c) 負責執行PPPoE撥號以及PING包、FTP下載、網頁瀏覽等IP層乃至更 高層的功能，以支持更高層次的故障診斷。 d) CPU的系統導入(Boot)信息放在Boot Rom中，軟體版本和PON核心 晶片版本存;^文在FLASH中。e) CPU還支持將文件管理，將測試結果記錄保存在存儲器中，並且可以使 用戶可以查看歷史測試結果。
14. 根據權利要求8所述的業務接口子系統，其特徵在於，其負責完成下述部分 或者全部功能a) PPPoE測試b) PING包測試c) FTP測試(驗證用戶的可達速率)d) 網頁瀏覽測試e) 語音(VoIP)業務測試f) IPTV業務測試
15. 根據權利要求1和2所述的手持式無源光網絡鏈路故障診斷裝置，其特徵還 在於，該裝置具有三種工作模式a) 鏡像模式本裝置測量PON鏈路上的光功率，並將鏈路上的上下行以太 網控制和管理報文等信息有選擇地鏡像到GE 口，輸出給電腦(PC)利 用特殊的軟體啦文進一步分析；b) 橋接分析模式本裝置在進行鏈路參數測量、狀態監測和分析的同時允 許用戶電腦(PC)等終端以二層橋接的模式登陸網際網路並進行正常的通 信；c) 業務分析模式本裝置在進行鏈路層參數測量、狀態監測和分析的同時 進行PPPoE測試(包括PPPoE撥號、用戶名和密碼測試等)和IP層測 試(Ping包測試、FTP下載測試、網頁瀏覽測試、VoIP測試、IPTV測試等)甚至更高層的功能。
全文摘要
本發明涉及一種用於網絡維護的無源光網絡(PON)鏈路故障診斷裝置。該裝置由以下幾部分組成光信號處理子系統、PON子系統、處理器(CPU)子系統、用戶接口(I/O)子系統、業務接口子系統、時鐘子系統以及電源子系統。本裝置的主要功能包括PON接口的物理層測試、鏈路層測試、業務層測試以及測試結果的顯示、記錄和保存。本發明所述裝置具有顯著的特點和優點一是能夠對PON系統的鏈路狀態和各種關鍵參數進行全面的監測，可清晰定位PON系統的各種故障；二是為手持式設備，操作簡單靈活，適合PON網絡設備安裝、工程驗收和維護應用。三是採用模塊化結構，可以通過增加VoIP業務模塊和IPTV業務模塊提供不同的測試功能。
文檔編號H04L12/26GK101114879SQ20071004512
公開日2008年1月30日 申請日期2007年8月22日 優先權日2007年8月22日
發明者於金輝, 沈成彬 申請人:沈成彬;於金輝