基於千兆無源光網絡的接入節點裝置及系統的製作方法
2023-10-26 06:52:32 1
基於千兆無源光網絡的接入節點裝置及系統的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種基於千兆無源光網絡的接入節點裝置，包括電源模塊、接入節點MAC層模塊、高速物理層模塊以及用戶業務處理模塊；其中，所述電源模塊分別與所述接入節點MAC層模塊、高速物理層模塊以及光電轉換模塊電氣連接；所述光電轉換模塊通過所述高速物理層模塊與所述接入節點MAC層模塊通信連接。本發明還提供相應的系統。本發明能夠使千兆乙太網兼容性更好、光纖網絡帶寬更大以及增強抗外界電磁環境幹擾；本發明採用了FPGA邏輯電路模塊實現網絡的邏輯鏈路層協議，通過光突發傳輸技術結合高速物理層串行晶片提高了網絡傳輸的實時性；本發明整體架構簡單，配合中心節點，可以在工業現場快速構建一個光纖網絡。
【專利說明】基於千兆無源光網絡的接入節點裝置及系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及光纖網絡通信【技術領域】，具體地，涉及一種基於千兆無源光網絡的接入節點裝置。
【背景技術】
[0002]在各種工業現場以及車載系統中，包含大量的圖像、信號傳輸，比如CXD圖像系統、雷達、GPS導航等，這些設備間的數據還要進行共享、交換和轉換，這就要求快速構建一個基於乙太網的無源光纖網絡。而現有應用於工業現場和車載系統的無線網絡都是借用於主幹網絡技術，其網絡不僅帶寬窄，而且容易受外界信號幹擾，在工業現場和車載系統中，工況惡劣，使現場網絡工作很不穩定。
【發明內容】
[0003]針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種基於千兆無源光網絡的接入節點裝置。本發明裝置為光纖網絡提供了完善的視頻、語音和控制信號的高速網絡接入。在車載組網以及工業現場，網絡通信要求具有較高的實時性，以此來滿足汽車傳感器和電控裝置的快速響應要求，同時隨著車載信息系統的發展，對通信帶寬的需求也顯著提升，目前在現有技術中無法具備既滿足較高實時性又提供大容量帶寬的技術和產品，本發明千兆無源光纖網絡接入節點裝置解決了上述實際問題，具備較高實時性和大容量通信帶寬，具有創新性和前瞻性。
[0004]根據本發明的一個方面，提供的一種基於千兆無源光網絡的接入節點裝置，包括電源模塊、接入節點MAC層模塊、高速物理層模塊、用戶業務處理模塊以及光電轉換模塊；
[0005]其中，所述電源模塊分別與所述接入節點MAC層模塊、高速物理層模塊、用戶業務處理模塊以及光電轉換模塊電氣連接；所述光電轉換模塊通過所述高速物理層模塊與所述接入節點MAC層模塊通信連接；所述用戶業務處理模塊連接所述接入節點MAC層模塊；
[0006]所述光電轉換模塊用於電信號和光信號之間的轉換處理；所述用戶業務處理模塊用於處理用戶需要通過千兆無源光網絡傳輸的控制信號、語音信號和視頻信號；所述高速物理層模塊用於完成千兆無源光網絡中的物理層數據幀的發送和接收處理；所述接入節點MAC層模塊用於讀取和寫入用戶業務數據；所述電源模塊用於所述接入節點MAC層模塊、高速物理層模塊、用戶業務處理模塊以及光電轉換模塊的供電。
[0007]優選地，用戶業務處理模塊包括相互連接的用戶業務模塊和業務數據緩存FIFO模塊；所述用戶業務模塊通過業務數據緩存FIFO模塊與接入節點MAC層模塊連接；所述用戶業務處理模塊用於語音、視頻和控制信號的採集和回放，並對經過信號調理的三種信號完成統一的數據段的打包和解析；所述業務數據緩存FIFO模塊用於用戶處理模塊與接入節點MAC層模塊之間數據的暫存和讀寫。
[0008]優選地，所述高速物理層模塊包括PHY突發數據發送單元和PHY數據接收單元；所述高速物理層模塊通過標準的GMII接口與所述接入節點MAC層模塊連接；所述PHY突發數據發送單元用於在接入節點的時隙窗口將從接收到的突發數據流完成信號編碼、並串轉換，並將串行數據流輸出至光電轉換模塊；所述PHY數據接收單元，用於接收光電轉換模塊輸出的串行數據流，並進行串並轉換、信號解碼、將以字節形式的並行數據幀輸出給接入節點MAC層模塊；所述接入節點MAC層模塊分別通過PHY突發數據發送單元和PHY數據接收單元連接所述光電轉換模塊。
[0009]優選地，所述接入節點MAC層模塊包括時隙控制單元、幀解析單元、數據封裝單元、用戶接入單元、MAC數據發送單元和MAC數據接收單元；時隙控制單元用於接收網絡中的定時信息，計算得到每一個時隙窗口的時間，並實時通知MAC數據發送單元，控制開啟發送任務；幀解析單元用於從接收緩存中解析其中包含的源地址、目的地址、幀類型等信息，作出相應的處理和輸出；數據封裝單元，用於封裝需要發送到網絡中的MAC層數據幀；用戶接入單元用於連接用戶業務處理模塊的數據緩存FIFO，執行對用戶業務處理FIFO的讀取和寫入任務；MAC數據發送單元用於將MAC層數據幀發送至高速物理層模塊;MAC數據接收單元用於從高速物理層模塊接收MAC層數據幀；所述高速物理層模塊依次通過MAC數據接收單元、幀解析單元、用戶接入單元連接所述業務數據緩存FIFO模塊；所述業務數據緩存FIFO模塊依次通過用戶接入單元、數據封裝單元、MAC數據發送單元連接所述高速物理層模塊；所述幀解析單元通過時隙控制單元分別連接所述數據封裝單元和所述MAC數據發送單元。
[0010]優選地，所述用戶業務模塊包括控制信號處理單元、語音信號處理單元以及視頻信號處理單元；控制信號處理單元用於採集處理控制信號以及開關量信號，並將各自的有效數據存入業務數據緩存FIFO模塊；語音信號處理單元用於採集處理模擬語音信號，數位化處理，並將語音數位訊號存入業務數據緩存FIFO模塊；視頻信號處理單元用於採集處理模擬視頻信號，數位化處理，並將圖像信號存入業務數據緩存FIFO模塊；控制信號處理單元、語音信號處理單元以及視頻信號處理單元均通過業務數據緩存FIFO模塊連接所述接入節點MAC層模塊。
[0011]優選地,所述光電轉換模塊包括接入點光電轉換單元和輸出點電光轉換單元；所述接入點光電轉換單元用於將接收到的光信號轉換為電信號，並通過高速物理層模塊發送到接入節點MAC層模塊；所述輸出點電光轉換單元用於將通過高速物理層模塊從所述接入節點MAC層模塊發送過來的電信號轉換為光信號。
[0012]優選地，所述光電轉換模塊接收光信號的模式是連續性接收，所述光電轉換模塊發射光信號模式是突發性發射。
[0013]優選地，還包括輔助模塊，所述輔助模塊包括FPGA配置單元和時鐘源；FPGA配置單元用於將配置數據固化在一個FPGA配置單元中；時鐘源用於提供時鐘基準；所述FPGA配置單元和所述時鐘源均分別連接所述接入節點MAC層模塊、高速物理層模塊以及用戶業務處理模塊。
[0014]根據本發明的一個方面，提供的一種基於千兆無源光網絡的接入節點系統，包括若干個所述基於千兆無源光網絡的接入節點裝置、光分路由器以及中心節點；
[0015]其中，所述中心節點通過光分路由器與所述基於千兆無源光網絡的接入節點裝置相連。
[0016]優選地，在上行數據傳輸時，採用時分復用的方式，即每個所述接入節點裝置在一輪通信周期中都會接收到中心節點分配的一個時隙窗口，每個所述接入節點裝置在這個時隙窗口內開啟雷射器進行數據的上傳。
[0017]與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果:
[0018]1.本發明能夠使千兆乙太網兼容性更好、光纖網絡帶寬更大以及增強抗外界電磁環境幹擾；
[0019]2.本發明採用了 FPGA邏輯電路模塊實現網絡的邏輯鏈路層協議，通過光突發傳輸技術結合高速物理層串行晶片確保了網絡傳輸的實時性在微妙級；
[0020]3.本發明整體架構簡單，配合中心節點，可以在工業現場快速構建一個光纖網絡。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特徵、目的和優點將會變得更明顯:
[0022]圖1為本發明中接入節點裝置的結構示意圖；
[0023]圖2為本發明中接入節點裝置的邏輯結構圖；
[0024]圖3為本發明中光纖網絡整體結構圖；
[0025]圖4為本發明中接入節點數據通信流程圖；
[0026]圖5為本發明中接入節點網絡管理流程圖；
[0027]圖6為本發明中光纖網絡數據幀格式示意圖；
[0028]圖7為本發明中光纖網絡控制幀格式示意圖；
[0029]圖8為本發明中用戶業務處理模塊業務的示意圖；
[0030]圖9為本發明中高速物理層模塊的連接示意圖；
[0031]圖10為本發明中接入節點MAC層模塊的示意圖；
[0032]圖11為本發明中光電轉換模塊的示意圖；
[0033]圖12為本發明中輔助模塊與各功能模塊的連接關係示意圖。
【具體實施方式】
[0034]下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助於本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬於本發明的保護範圍。
[0035]如圖1、圖8所示，本發明提供的基於千兆無源光網絡的接入節點裝置包括電源模塊、接入節點MAC層模塊、用戶業務處理模塊、高速物理層模塊以及光電轉換模塊。電源模塊分別與接入節點MAC層模塊、用戶業務處理模塊、高速物理層模塊以及光電轉換模塊電氣連接，為其提供電能。用戶業務處理模塊包括相連的用戶業務接入模塊和業務數據緩存FIFO模塊。用戶業務接入模塊通過業務數據緩存FIFO模塊與接入節點MAC層模塊連接。高速物理層模塊與接入節點MAC層模塊之間通信連接，光電轉換模塊與高速物理層模塊之間通信連接，光電轉換模塊通過光纖連接中心節點。
[0036]所述光電轉換模塊用於千兆無源光纖網絡電信號和光信號之間的轉換處理，規定了光電轉換模塊的電信號接入採用LVPECL電氣標準，通信速率為1.25Gbps，光電轉換模塊規定了光信號的接口為單模光信號，發送光波長1310nm，接收光波長1490nm，光信號的速率為1.25Gbps。所述用戶業務處理模塊用於處理用戶需要通過千兆無源光網絡傳輸的控制信號、語音信號和視頻信號，用戶業務處理模塊內部包含了前端信號採集和回傳、各類信號的緩存組幀和幀解析，在數據流向上發送端用戶業務處理模塊完成採集、緩存和組幀任務，接收端用戶業務處理模塊完成幀解析、緩存和回傳任務。
[0037]所述高速物理層模塊用於完成千兆無源光網絡的物理層數據幀的發送和接收處理，在發送處理中對光網絡數據幀進行物理層數據幀的組幀、物理層數據幀的並串轉換、光纖線路編碼和發送，並且控制所述光電轉換模塊的雷射器的打開與關閉任務。在接收處理中進行物理層數據幀的接收、光纖線路解碼、串並轉換、物理層數據幀的解析最終把有效的數據幀提交給接入接點MAC層模塊繼續處理。所述接入節點MAC層模塊用於完成MAC層數據的接收和緩存、數據幀的解析、控制時隙通道的計算和調整、數據幀的組幀和發送。與用戶業務處理模塊相連接讀取和寫入用戶業務數據。所述電源模塊用於提供所述接入節點MAC層模塊、高速物理層模塊、用戶業務處理模塊以及光電轉換模塊的供電，提供電壓包括5V，3.3V，2.5V和1.2V。所述用戶業務模塊用於語音、視頻和控制信號的採集和回放，並對經過信號調理的三種信號完成統一的數據段的打包和解析。所述業務數據緩存FIFO模塊用於用戶處理模塊與接入節點MAC層模塊之間數據的暫存和讀寫。
[0038]如圖9所示，高速物理層模塊包括突發PHY數據發送單元、PHY數據接收單元。高速物理層模塊通過標準的GMII接口與接入節點MAC層模塊互聯。所述PHY突發數據發送單元用於在接入節點的時隙窗口將從接入節點MAC層模塊接收到的突發數據流完成信號編碼、並串轉換，並將串行數據流輸出至光電轉換模塊，同時控制光電轉換模塊開啟雷射器，在時隙窗口結束的時候關閉雷射器。所述PHY數據接收單元用於接收光電轉換模塊輸出的串行數據流並在接收模塊內完成接收時鐘恢復、串並轉換、信號解碼、將以字節形式的並行數據幀輸出給接入節點MAC層模塊。所述接入節點MAC層模塊分別通過PHY突發數據發送單元和PHY數據接收單元連接所述光電轉換模塊。
[0039]如圖10所示。接入節點MAC層模塊包括時隙控制單元、幀解析單元、數據封裝單元、MAC數據發送單元、MAC數據接收單元以及用戶接入單元。時隙控制單元用於接收網絡中的定時信息，計算得到每一個時隙窗口的時間，並實時通知MAC數據發送單元，控制開啟發送任務。幀解析單元，用於從接收緩存中解析其中包含的源地址、目的地址、幀類型等信息，作出相應的處理和輸出。數據封裝單元用於封裝需要發送到網絡中的MAC層數據，並根據接入節點不同階段選擇發送網絡數據幀或網絡管理幀，封裝對應的幀類型信息。用戶接入單元用於連接用戶業務處理模塊的數據緩存FIFO，執行對用戶業務處理FIFO的讀取和寫入任務。MAC數據發送單元用於將MAC層數據幀發送至高速物理層模塊。MAC數據接收單元用於從高速物理層模塊接收MAC層數據幀。
[0040]用戶業務接入模塊包括控制信號處理單元、語音信號處理單元、視頻信號處理單元以及數據緩存模塊。控制信號處理單元用於採集處理RS422，RS232，CAN總線以及開關量信號，並將各自的有效數據存入緩存。語音信號處理單元，用於採集處理模擬語音信號，數位化處理，並將語音數位訊號存入緩存。視頻信號處理單元，用於採集處理模擬視頻信號，數位化處理，並將圖像信號存入緩存。控制信號處理單元採用型號SN65HVD230的控制信號處理電路、語音信號處理單元採用型號為WM8731的語音信號處理電路、視頻信號處理單元採用型號為AD9280/AD9708的視頻信號處理電路。
[0041]如圖11所示，光電轉換模塊包括接入點光電轉換單元和輸出點電光轉換單元。接入點光電轉換單元和輸出點電光轉換單元均連接在中心節點和高速物理層模塊之間。光電轉換模塊將從中心節點接收下來的光信號通過接入點光電轉換單元轉為電信號，並通過高速物理層模塊發往接入節點MAC層模塊；光電轉換模塊將通過高速物理層模塊從接入節點MAC層模塊接收過來的電信號通過輸出點電光轉換單元轉換為光信號，並發往光網的中心節點。光電轉換模塊接收光信號的方式是連續性接收，光電轉換模塊發射光信號是突發性發射。接入節點MAC層模塊採用EP3C40F324晶片的FPGA邏輯電路模塊。高速物理層模塊採用TLK2541電路模塊。光電轉換模塊採用LTB3421光電模塊。光電轉換模塊採用單纖雙向通信模式，能夠接收的波長為1490nm，能夠發送的波長為1310nm。如圖12所示，本發明提供的接入節點裝置還包括輔助模塊，輔助模塊包括FPGA配置單元和時鐘源。輔助模塊用於為各模塊的硬體晶片提供時鐘、提供FPGA處理晶片的核心電壓、IO埠電壓和內部邏輯電路供電，提供固化的FPGA配置單元存儲所有的協議處理邏輯，在接入節點初始化過程中配置單元完成對FPGA處理晶片的配置。FPGA配置單元用於將配置數據固化在一個FPGA配置單元中，接入節點上電配置單元完成對FPGA的初始化配置。時鐘源用於為接入節點的各模塊提供時鐘基準，所有的處理模塊均在同步的時鐘節拍下完成各自的工作。
[0042]接入節點MAC層模塊的運行速度是125MHz，光電轉換模塊連接的高速差分信號運行速度是1.25GHz。接入節點MAC層模塊完成了時隙控制功能、幀解析功能、數據封裝功能、數據發送和接收功能，發送接收緩存、用戶數據接入轉換控制的功能。接入節點MAC層模塊採用EP3C40F324晶片。運行時鐘源為125MHz，支持LVDS差分電平和LVTTL電平。
[0043]用戶業務接入層模塊和業務數據緩存FIFO模塊用於採集視頻、語音和控制信號並對採集到的視頻、語音和控制信號進行預處理、數位化和數據封裝。用戶業務接入層模塊通過業務數據緩存FIFO模塊將數據封裝後的視頻、語音和控制信號輸入到接入節點MAC層模塊。在讀出過程中通過讀取業務數據緩存FIFO模塊，經過數據解封裝和信號格式轉換輸出給用戶。
[0044]高速物理層模塊主要分為:突發PHY數據發送單元、PHY數據接收單元。高速物理層模塊採用TLK2541電路模塊實現。在上行方向上，本發明提供的接入節點裝置在中心節點分配的授權時隙內從FPGA輸出並行比特流，通過並串轉換和光纖線路邊編碼，經LVPECL電平轉換後經過光電轉換模塊調製到上行波長上，形成高速光信號數據流上傳中心節點。在下行方向上，本發明提供的接入節點裝置將從中心節點接收到的突發信號進行光電轉換和LVPECL電平轉換後，經串並轉換和光纖線路解碼輸出8bits數據信號和Ibits控制信號，送入FPGA邏輯電路模塊內部的物理層數據接收模塊。FPGA去除物理層數據的幀頭幀尾提取MAC層有效信息。
[0045]光電轉換模塊負責將從中心節點接收上來的光信號轉為電信號，送往高速物理層模塊進行處理；將從高速物理層模塊發送過來的電信號轉換為光信號，發往光網的中心節點。光電轉換模塊採用LTE3421光電模塊。LTE3421是一種高速的光收發器，光電轉換速率可達1250Mb/s，支持突發發送和連續接收，同時具備快速開關光信號發送功能，採用單纖雙向通信模式，接收波長1490nm,發送波長1310nm。
[0046]在一個更為優選的實施例中，從車載環境出發，針對車輛內部的各類傳感器控制信號為各類業務，主要業務接口是車載CAN接口，同時車內會提供視頻語音多媒體業務，設計了具有實時交換功能的車載乙太網無源光網絡。本發明提供的接入節點裝置是千兆無源光網絡的用戶數據業務通信的必備環節。本發明提供的接入節點裝置完成視頻、語音和控制信號的數據接入，並配合中心節點完成網絡數據通信任務。
[0047]本發明提供的接入節點裝置是整個網絡的用戶數據業務加載的必備環節，其主要功能是按照中心節點分配的授權時隙將用戶數據封裝成符合光纖網絡協議的網絡數據幀上傳給中心節點。同時連續接收中心節點轉發的下行網絡幀，解析提取其中的目的地址，幀類型和用戶數據，完成選擇性的接收，並最終轉換為用戶數據提交給用戶。本發明提供的接入節點裝置包括:接入節點MAC層模塊、用戶業務處理模塊、高速物理層模塊以及光電轉換模塊。
[0048]如圖2所示，接入節點MAC層模塊在FPGA內部邏輯電路實現，採用EP3C40F324晶片，負責實現接入節點的MAC和物理層數據的打包和解析功能，為本發明提供的接入節點裝置的MAC提供可靠的數據傳輸，支持連續數據接收和突發數據的發送，並且為業務數據輸入輸出提供接口。接入節點MAC模塊包括GMII發送接收單元、MAC數據接收緩存單元、幀解析單元、時隙控制單元、MAC數據發送單元和用戶數據接入單元。其中，GMII發送接收單元連接高速物理層模塊，用於輸入輸出有效MAC數據。幀解析單元用於提取每一個幀的節點ID信息、時間戳信息和幀類型信息，通過判斷生成對應控制信號並輸入時隙控制單元。時隙控制單元讀取幀的地址信息，類型信息並根據內部狀態機完成時隙窗口的計算以及時隙窗口誤差的動態調整，確保每一輪通信中本發明提供的接入節點裝置的時隙時刻與中心節點時隙保持一致。MAC數據發送單元和MAC數據接收單元負責處理GMII接口輸出的網絡MAC層數據段。用戶接入單元用於寫入和讀出語音、視頻和控制業務數據。
[0049]高速物理層模塊需要完成接收時鐘快速同步、數據的串並/並串轉換以及8B10B光纖線路編解碼，並為MAC層的連接提供了 GMII接口。高速物理層模塊採用TLK2541模塊，內部包含了 8B10B編碼，設置工作模式在1.25Gbps。在1.25Gbps模式和8B10B編解碼作用下，TLK2541提供8bits數據埠和Ibit控制埠的輸入，最終生成IObits高速串行碼流發送出去。在接收端通過8B10B解碼還原出原始的8bits數據和Ibits的狀態位，高速物理層模塊通過鎖相環快速同步接收數據。
[0050]光電轉換模塊採用LTE3421光電模塊，光電轉換模塊通過光纖連接中心節點，負責將從中心節點接收下來的光信號轉為電信號，送往高速物理層進行處理，將從高速物理層發送過來的電信號轉換為光信號，發往中心節點。正常通信時的工作方式:接收信號時，為連續的接收，即光電模塊時刻在接收數據，並完成光電的轉換；發送信號時，為突發的發送，即在正常工作狀態下，只有在授權時隙到來時雷射器才為開啟狀態，在其餘情況下雷射器處於關閉狀態，這樣達到了多個本發明提供的接入節點按照各自不同的授權時隙共享光纖信號的特點。光電轉換模塊採用單纖雙向通信模式，接收波長為1490nm，發送波長為1310nmo
[0051]電源模塊，提供其他各模塊正常工作的電壓和功率，向高速物理層模塊提供2.5V的電源，向光電轉化模塊提供3.3V的電源，向用戶處理單元提供3.3V的電源。
[0052]輔助模塊包括FPGA配置模塊和時鐘源等。FPGA配置模塊提供FPGA硬體配置和調試。時鐘源給FPGA提供工作時鐘。接入節點MAC層模塊的運行速度是125MHz，與光電轉換模塊連接的高速信號運行在1.25GHz。
[0053]如圖3所示，本發明提供的基於千兆無源光網絡的接入節點系統，整個結構採用星型的形式搭建，主要包括中心節點、接入節點裝置以及光分路器。接入節點裝置通過光分路與中心節點連接。接入節點裝置是用戶數據業務進入網路通信的重要環節，在整個網絡中起到數據終端的作用，負責將用戶數據封裝成網絡數據幀在光纖網絡中完成傳輸交換，同時多個接入節點裝置之間按照中心節點分配的各自獨立的時隙無衝突競爭的完成每一中貞的傳輸。
[0054]在下行數據傳輸中，採用了廣播的方式，下行數據將通過共享的光纖信道達到每一個接入節點裝置，這些下行的數據包包括廣播包、組播包或者是單播接收包。接入節點裝置接收到下行的數據幀中包含了目的地址信息、時隙信息和用戶數據信息。每個接入節點裝置解析數據包的目的地址，濾除不相干的數據，接收自己需要的數據包。
[0055]在上行數據傳輸中，採用時分復用的方式，每個接入節點裝置在一輪通信周期中都會接收到中心節點分配的一個時隙窗口，在這個時隙窗口內開啟雷射器進行數據的上傳，這樣多個接入節點裝置就可以對上行的信道進行復用，同時避免各節點上的數據傳輸的衝突。
[0056]如圖4、圖5所示，在網絡初始化階段，接入節點裝置在通電後進入初始化流程。首先會等待中心節點的GATE幀到來，接入節點裝置會通過回復REPORT幀來請求加入網絡，同時通過GATE幀和REPORT幀，對接入節點裝置可以完成測距和同步。最後接入節點裝置在初始化階段接收中心節點發送而來的網絡啟動幀，即START幀，通過解析提取自身的時間窗口信息欄位，至此網絡完成初始化進入數據通信階段。
[0057]在數據通信階段，分為兩大的部分，TDM時隙和OAM時隙。當時間處於TDM時隙的時候，接入節點裝置在進入中心節點分配的授權時隙情況下開啟雷射器，將網絡數據幀發送出去，並連續接收中心節點下行的網絡幀，通過解析提取符合自身目標地址的數據幀，提取其中的時間戳信息，完成下一輪授權時隙的計算和動態調整，提取有效用戶數據段，通過解封裝，將用戶數據提交給用戶。在OAM時隙段，如果接入節點裝置是新加入的節點，那麼在該時隙段會響應中心節點的查詢幀，即REG_0PEN幀，並回復請求加入幀，即REG_REQ幀，最終接收中心節點的回覆確認幀，即REG_ACK幀完成註冊加入網絡；如果接入節點裝置已經在線，那麼在OAM時隙會響應中心節點的統計管理幀和配置管理幀分別上報自身的數據收發情況以及響應配置管理幀，完成對用戶業務速率，加入方式等一些列配置任務。網絡數據幀格式，如圖6所示，網絡控制幀格式，如圖7所示。
[0058]以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明並不局限於上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的範圍內做出各種變形或修改，這並不影響本發明的實質內容。
【權利要求】
1.一種基於千兆無源光網絡的接入節點裝置，其特徵在於，包括電源模塊、接入節點MAC層模塊、高速物理層模塊、用戶業務處理模塊以及光電轉換模塊； 其中，所述電源模塊分別與所述接入節點MAC層模塊、高速物理層模塊、用戶業務處理模塊以及光電轉換模塊電氣連接；所述光電轉換模塊通過所述高速物理層模塊與所述接入節點MAC層模塊通信連接；所述用戶業務處理模塊連接所述接入節點MAC層模塊； 所述光電轉換模塊用於電信號和光信號之間的轉換處理；所述用戶業務處理模塊用於處理用戶需要通過千兆無源光網絡傳輸的控制信號、語音信號和視頻信號；所述高速物理層模塊用於完成物理層數據幀的發送處理和接收處理；所述接入節點MAC層模塊用於讀取和寫入用戶業務數據；所述電源模塊用於所述接入節點MAC層模塊、高速物理層模塊、用戶業務處理模塊以及光電轉換模塊的供電。
2.根據權利要求1所述的基於千兆無源光網絡的接入節點裝置，其特徵在於，用戶業務處理模塊包括相互連接的用戶業務模塊和業務數據緩存FIFO模塊；所述用戶業務模塊通過業務數據緩存FIFO模塊與接入節點MAC層模塊連接；所述用戶業務處理模塊用於語音、視頻和控制信號的採集和回放，並對經過信號調理的三種信號完成統一的數據段的打包和解析；所述業務數據緩存FIFO模塊用於用戶處理模塊與接入節點MAC層模塊之間數據的暫存和讀寫。
3.根據權利要求1或2所述的基於千兆無源光網絡的接入節點裝置，其特徵在於，所述高速物理層模塊包括PHY突發數據發送單元和PHY數據接收單元；所述高速物理層模塊通過標準的GMII接口與所述接入節點MAC層模塊連接；所述PHY突發數據發送單元用於在接入節點的時隙窗口將從接入節點MAC層模塊接收到的突發數據流完成信號編碼、並串轉換，並將串行數據流輸出至光電轉換模塊；所述PHY數據接收單元，用於接收光電轉換模塊輸出的串行數據流，並進行串並轉換、信號解碼、將以字節形式的並行數據幀輸出給接入節點MAC層模塊；所述接入節點MAC層模塊分別通過PHY突發數據發送單元和PHY數據接收單元連接所述光電轉換模塊。
4.根據權利要求3所述的基於千兆無源光網絡的接入節點裝置，其特徵在於，所述接入節點MAC層模塊包括時隙控制單元、幀解析單元、數據封裝單元、用戶接入單元、MAC數據發送單元和MAC數據接收單元；時隙控制單元用於接收網絡中的定時信息，計算得到每一個時隙窗口的時間，並實時通知MAC數據發送單元，控制開啟發送任務；幀解析單元用於從接收緩存中解析其中包含的源地址、目的地址、幀類型等信息，作出相應的處理和輸出；數據封裝單元，用於封裝需要發送到網絡中的MAC層數據幀；用戶接入單元用於連接用戶業務處理模塊的數據緩存FIFO，執行對用戶業務處理FIFO的讀取和寫入任務；MAC數據發送單元用於將MAC層數據幀發送至高速物理層模塊；MAC數據接收單元用於從高速物理層模塊接收MAC層數據幀；所述高速物理層模塊依次通過MAC數據接收單元、幀解析單元、用戶接入單元連接所述業務數據緩存FIFO模塊；所述業務數據緩存FIFO模塊依次通過用戶接入單元、數據 封裝單元、MAC數據發送單元連接所述高速物理層模塊；所述幀解析單元通過時隙控制單元分別連接所述數據封裝單元和所述MAC數據發送單元。
5.根據權利要求2所述的基於千兆無源光網絡的接入節點裝置，其特徵在於，所述用戶業務模塊包括控制信號處理單元、語音信號處理單元以及視頻信號處理單元；控制信號處理單元用於採集處理控制信號以及開關量信號，並將各自的有效數據存入業務數據緩存FIFO模塊；語音信號處理單元用於採集處理模擬語音信號，數位化處理，並將語音數位訊號存入業務數據緩存FIFO模塊；視頻信號處理單元用於採集處理模擬視頻信號，數位化處理，並將圖像信號存入業務數據緩存FIFO模塊；控制信號處理單元、語音信號處理單元以及視頻信號處理單元均通過業務數據緩存FIFO模塊連接所述接入節點MAC層模塊。
6.根據權利要求1所述的基於千兆無源光網絡的接入節點裝置，其特徵在於，所述光電轉換模塊包括接入點光電轉換單元和輸出點電光轉換單元；所述接入點光電轉換單元用於將接收到的光信號轉換為電信號，並通過高速物理層模塊發送到接入節點MAC層模塊；所述輸出點電光轉換單元用於將通過高速物理層模塊從所述接入節點MAC層模塊發送過來的電信號轉換為光信號。
7.根據權利要求4所述的基於千兆無源光網絡的接入節點裝置，其特徵在於，所述光電轉換模塊接收光信號的模式是連續性接收，所述光電轉換模塊發射光信號模式是突發性發射。
8.根據權利要求1所述的基於千兆無源光網絡的接入節點裝置，其特徵在於，還包括輔助模塊，所述輔助模塊包括FPGA配置單元和時鐘源；FPGA配置單元用於將配置數據固化在一個FPGA配置單元中；時鐘源用於提供時鐘基準；所述FPGA配置單元和所述時鐘源均分別連接所述接入節點MAC層模塊、高速物理層模塊以及用戶業務處理模塊。
9.一種基於千兆無源光網絡的接入節點系統，其特徵在於，包括若干個權利要求1至8中任一項所述基於千兆無源光網絡的接入節點裝置、光分路由器以及中心節點； 其中，所述中心節點通過光分路由器與所述基於千兆無源光網絡的接入節點裝置相 連。
10.根據權利要求9所述的基於千兆無源光網絡的接入節點系統，其特徵在於，在上行數據傳輸時，採用時分復用的方式，即每個所述接入節點裝置在一輪通信周期中都會接收到中心節點分配的一個時隙窗口，每個所述接入節點裝置在這個時隙窗口內開啟雷射器進行數據的上傳。
【文檔編號】H04Q11/00GK103986984SQ201410155781
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年4月17日 優先權日:2014年4月17日
【發明者】孫偲晟, 李戎, 陸贇 申請人:上海電控研究所