CN101213782B - 在epon中适应不同时钟频率的方法、***和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个实施例提供了一种在EPON中适应不同时钟频率的***。该***在ONU处从OLT接收信号并推导出OLT时钟。该***还维护本地时钟。该***还从OLT接收针对上行传输窗口的分配，在该上行传输窗口期间ONU可以基于本地时钟传输上行数据突发给OLT。该***调节数据突发的比特数而不影响在数据突发中所承载的载荷数据，由此使得数据突发能够正确地符合上行传输窗口并且补偿本地时钟与OLT时钟之间的频率差异。该***基于本地时钟在该上行传输窗口中传输数据突发。

Description

在EPON中适应不同时钟频率的方法、***和设备
技术领域
本发明涉及以太网无源光网络的设计。更为具体地，本发明涉及一种在以太网无源光网络中适应光线路终端与光网络单元之间的不同时钟频率的方法、***和设备。
背景技术
为了跟上日益增长的因特网流量，光纤以及相关联的光传输设备已经被广泛配置以充分增加骨干网的容量。然而，骨干网容量的这种增长并没有匹配接入网容量的相应增长。即使使用诸如数字用户线(DSL)和电缆调制解调器(CM)之类的宽带解决方案，当前的接入网所提供的有限带宽在给终端用户递送高带宽时造成了严重的瓶颈。
在现在正开发的不同技术中，以太网无源光网络(EPON)是下一代接入网的最佳候选者之一。EPON将普遍存在的以太网技术与便宜的无源光学器件结合起来。因此，它们提供了以太网的简单性和可升级性以及无源光学器件的成本效益和高容量。特别地，由于光纤的高带宽的原因，EPON能够同时适应宽带语音、数据和视频业务。使用DSL或CM技术很难提供这种综合服务。此外，EPON更适合用于因特网协议(IP)业务，因为以太网帧可以直接封装不同大小的原始IP分组，而ATM无源光网络(APON)使用固定大小的ATM信元并且因而需妥对分组进行分割和组装。
通常，EPON被用在网络的“第一英里”中，其提供在服务提供商的中心办公室与商业或住宅用户之间的连接性。逻辑上，第一英里是点到多点的网络，其中中心局给多个用户提供服务。树形拓扑可以被用在EPON中，其中一根光纤将中心局耦合到无源光分路器，其将下行光信号分开并分发给各用户以及合并来自各用户的上行光信号(见图1)。
EPON内的传输通常是在光线路终端(OLT)与光网络单元(ONU)之间执行的(见图2)。OLT一般位于中心局中并且将光接入网耦合到城域骨干网，其通常是归因特网服务提供商(ISP)或本地交换运营商所有的外部网络。ONU可以位于路边(curb)或者在终端用户位置处，并且可以提供宽带语音、数据和视频服务。ONU通常被耦合到1乘N(1xN)的无源光耦合器，其中N是ONU的数目，而该无源光耦合器通常通过单个光链路耦合到OLT。(注意，可使用多个级联的光分路器/耦合器)。这种配置可以极大地节省光纤的数量和EPON所需的硬件量。
EPON内的通信可以被分成下行业务(从OLT到ONU)和上行业务(从ONU到OLT)。在下行方向中，因为1xN的无源光耦合器的广播特性的原因，下行数据帧被OLT广播给所有ONU并且被它们的目的地ONU选择性地提取。在上行方向中，ONU需要共享信道容量和资源，因为只存在一个将无源光耦合器与OLT耦合的链路。
在设计EPON时一个挑战是减轻各ONU处用于传输的不同时钟频率的影响。当ONU的传输时钟频率漂高OLT时钟时，来自该ONU的上行突发所消耗的实际时间可能长于或短于所分配的传输窗口的大小。这可导致对上行比特的错误接收并且可能导致来自不同ONU的两个连续上行突发之间的重叠。
因此，需要一种用于在EPSON内适应不同时钟频率的方法和***，从而上行数据突发保持位于它的所分配的传输窗口内。
发明内容
本发明的一个实施例提供一种在以太网无源光网络(EPON)中适应不同时钟频率的***，其中EPON包括光线路终端(OLT)和一个或多个光网络单元(ONU)。在工作期间，该***在ONU处接收来自OLT的信号并从已接收的信号中推导出OLT时钟。该***还维护本地时钟。该***还从OLT接收针对上行传输窗口的分配，在上行传输窗口期间ONU可以基于本地时钟传输上行数据突发给OLT。该***调节数据突发的比特数而不影响在数据突发中承载的载荷数据，由此使得数据突发能够正确地符合上行传输窗口并且补偿本地时钟与OLT时钟之间的频率差异。接着，***基于本地时钟在上行传输窗口中传输数据突发。
在对该实施例的一种变型中，调节数据突发的比特数包括当基于本地时钟的数据突发的传输时间比基于OLT时钟的传输时间较短于预定阈值时，将一个或多个无用比特***数据突发而不影响载荷数据。
在另一变型中，预定阈值对应着基于本地时钟或OLT时钟的一个字符的传输时间。此外，将一个或多个无用比特***数据突发包括将空闲字符***所述数据突发中所包含的两个分组之间的分组间间隙。
在对该实施例的一种变型中，调节数据突发的比特数包括当基于本地时钟的数据突发的传输时间比基于OLT时钟的传输时间较长于预定阈值时，从数据突发中移除一个或多个无用比特而不影响载荷数据。
在另一变型中，预定阈值对应着基于本地时钟或OLT时钟的一个字符的传输时间。此外，从数据突发中移除一个或多个无用比特包括从数据突发中所包含的两个分组之间的分组间间隙中移除空闲字符。
本发明的另一实施例提供了一种在EPON中适应不同时钟频率的***，其中EPON包括OLT扣一个或多个ONU。在工作期间，该***在ONU处接收来自OLT的信号并从已接收的信号中推导出OLT时钟。该***还维护本地时钟。该***还将本地时钟与OLT时钟进行比较。***基于该比较从OLT处请求上行传输窗口，其中上行传输窗口可以适应基于本地时钟传输的上行数据突发。
在对该实施例的一种变型中，该***基于数据突发的大小和本地时钟来确定上行传输窗口的持续时间。***还按照在已确定的持续时间期间基于OLT时钟可被传输的数据量来确定上行传输窗口的大小。此外，请求上行传输窗口包括将按照基于OLT时钟传输的数据量所确定的上行传输窗口的大小传达给OLT。
附图说明
图1说明以太网无源光网络，其中中心局和多个用户通过光纤和以太网无源光分路器耦合(现有技术)。
图2说明正常工作模式中的EPON(现有技术)。
图3A说明ONU基于OLT的下行时钟频率来生成回路(loop back)时钟频率以及由过量的时钟频率漂移所导致的两个上行突发之间可能的重叠(现有技术)。
图3B说明根据本发明的实施例的配备有本地所生成的时钟频率的两个ONU。
图4说明根据本发明的实施例的向传输自ONU的数据突发内的分组间间隙(IPG)***空闲字符或从其中移除空闲字符的过程。
具体实施方式
提供以下描述以使本领域的普通技术人员能够生产和使用本发明，并且在特定应用和其需求的背景下提供以下描述。所公开的实施例的各种改变对于本领域的普通技术人员将是显然的，并且在不偏离本发明的精神和范围的条件下此处所定义的一般原则可适用于其它实施例和应用(例如，常规的无源光网络(PON)架构)。因此，本发明并不旨在受限于所示出的实施例，而是符合与此处所公开的原则和特征相一致的最广范围。
在该详细描述中所描述的数据结构和程序通常被存储在计算机可读存储介质上，其可以是可以存储供计算机***所使用的代码和/或数据的任何设备或介质。这包括专用集成电路(ASIC)、现场可缟程门阵列(FPGA)、半导体存储器、诸如盘驱动器、磁带、CD(压缩盘)和DVD(数字通用盘或数字视频盘)之类的磁和光存储设备，但不限于此。
无源光网络拓扑
图1说明了无源光网络，其中中心局和多个用户通过光纤和无源光分路器耦合到一起(现有技术)。如图1中所示，多个用户通过光纤和无源光分路器102耦合到中心局101。无源光分路器102可以被放置在终端用户位置的附近，从而使初始光纤配置成本达到最小。中心局101可以被耦合到外部网络103，诸如由因特网服务提供商(ISP)所操作的城域网。注意，虽然图1说明了树形拓扑，但是PON还可基于其它拓扑，诸如环和总线。
EPON中的正常工作模式
图2说明了处于正常工作模式的EPON(现有技术)。为了使ONU能在任意时间处加入EPON，EPON通常有两种工作模式：正常工作模式和发现(初始化)模式。正常工作模式适应正常的上行数据传输，其中OLT给所有的已初始化的ONU分配传输机会。
如图2中所示，在下行方向中，OLT 201将下行数据广播给ONU 1(211)、ONU′2(212)和ONU 3(213)。尽管所有ONU可接收下行数据的相同拷贝，但是每个ONU仅选择性地将指定给它自己的数据转发给它的对应用户，其分别是用户1(221)、用户2(222)和用户3(223)。
在上行方向中，首先，OLT 201根据ONU的服务级别协定来调度并分配传输时隙给每个ONU。当未处于其传输时隙中时，ONU通常缓存接收自其用户处的数据。当它的调度传输时隙到来时，ONU在所分配的传输窗口内传输所缓存的用户数据。
因为每个ONU根据OLT的调度依次传输上行数据，所以可以高效地利用上行链路的容量。然而，为了调度能正确工作，OLT需要发现并初始化新加八的ONU。在发现期间，OLT可收集对传输调度重要的信息，诸如ONU的往返时间(RTT)、它的介质访问控制(MAC)地址、它的服务级别协定，等等。(注意，在某些情况下，服务级别协定对于OLT而言可能是已知的)。
生成用于上行传输的频空
以下至关重要：ONU使用与OLT所使用的时钟频率基本相同的上行传输时钟频率，从而上行传输窗口可以正确地适应数据突发。图3A说明ONU基于OLT的下行时钟频率来生成回路时钟频率(现有技术)。如在图3A中所示，根据IEEE 802.3ah标准，ONU 304可以基于OLT 302所使用的用于下行传输的回路时钟频率f推导出它的传输时钟频率f。回路时钟通常由锁相环(PLL)生成，其被设计成减少抖动并跟踪来自接收机的未被完全恢复的时钟的频率。然而，回路时钟频率f仍然易受由推导电路所引入的抖动和漂移的影响。这种抖动和漂移可能削弱上行传输的质量。
特别地，过大的频率抖动或漂移可导致上行传输中的错误。如图3A中所示出，当用较低的时钟频率来传输上行突发312时，完成传输所需要的时间可能比所分派的传输窗口的持续时间大。从而，突发312的尾部可能与后续的突发314重叠，导致两个突发的传输错误。因此，必须确保被传输的突发保持在所分派的传输窗口内。
为了防止上述问题，本发明的一个实施例在每个ONU处使用单独生成的时钟频率。例如，该时钟频率可用本地振荡器来生成并且理想地与OLT所使用的时钟频率基本相同。优选使用本地振荡器，因为它具有较低的抖动输出。减小的抖动降低了误比特率并且改善了上行传输的质量。图3B说明根据本发明的实施例的配备有本地所生成的时钟频率的两个ONU。如图3B所示，OLT 322用时钟频率f传输下行数据给ONU324和326。ONU 324用它自己的时钟频率f传输它的上行数据。类似地，ONU 326用时钟频率f’传输上行数据。
理想地，f和f’二者都与f基本相同。然而，很难确保f和f’二者都与f完全相同。为了减轻过大的频率漂移的影响，本发明的一个实旄例允许对突发中所包括的比特的数目进行修改，使得所传输的突发保持在所分派的传输窗口内。
图4说明根据本发明的实施例的向传输自ONU的数据突发内的分组间间隙(IPG)***空闲字符或从其中移除空闲字符的过程。如图4所示，将从ONU传输的突发通常包括同步(lock-in)周期402(其被OLT用于执行与所接收的数据突发的比特级同步)、多个数据报或分组(诸如数据报404和408)以及分组间间隙(IPG)(诸如IPG 406)。注意，每个数据报可以包括前同步码。
在本发明的一个实施例中，当ONU的本地时钟减慢到传输突发所需的总时间比优选值大例如一个空闲字符的点处时，ONU可从IPG中移除一个空闲字符。在这种方式中，ONU可以确保突发的实际传输时间相对于所分派的传输窗口基本上保持准确。
类似地，当ONU的本地时钟加速到传输突发所需的总时间比优选值小例如一个空闲字符的点处时，ONU可将一个附加的空闲字符***进IPG中。注意，ONU可基于OLT所使用的用于下行传输的时钟频率来计算传输时间的优选值。
另一种在ONU处补偿时钟频率漂移的方法是将本地时钟频率与OLT的时钟频率进行比较并且因此请求传输窗口以补偿频率偏差。例如，如果ONU的本地时钟偶然减慢，并且ONU有n比特的数据突发待传输，则该ONU可请求基于OLT的时钟频率的n’比特(n’＞n)的传输窗口。因此，ONU即使具有较慢的时钟仍可在所分派的窗口内成功地传输n比特突发。
仅出于说明和描述的目的给出了对本发明的实施例的上述描述。它们不是旨在进行穷举或者将本发明限制于所公开的形式。因此，许多修改和变型对于本领域的普通技术人员而言是显然的。另外，上面的公开不是旨在限制本发明。本发明的范围是由所附的权利要求书来限定。

Claims (15)

1.一种用于在以太网无源光网络（EPON）中适应不同时钟频率的方法，其中所述EPON包括光线路终端（OLT）和一个或多个光网络单元（ONU），所述方法包括：
在所述ONU处接收来自所述OLT的信号；
从所述已接收的信号推导出OLT时钟；
维护本地时钟；
从所述OLT接收针对上行传输窗口的分配，在所述上行传输窗口期间所述ONU基于所述本地时钟传输上行数据突发给所述OLT；
调节所述数据突发的比特数而不影响在所述数据突发中承载的载荷数据，由此使得所述数据突发能够正确地符合所述上行传输窗口并且补偿所述本地时钟与所述OLT时钟之间的频率差异；以及基于所述本地时钟在所述上行传输窗口中传输所述数据突发；其中调节所述数据突发的比特数包括：
当基于所述本地时钟的所述数据突发的传输时间比基于所述OLT时钟的传输时间短一个预定阈值时，将一个或多个无用比特***所述数据突发而不影响所述载荷数据；
当基于所述本地时钟的所述数据突发的传输时间比基于所述OLT时钟的传输时间长一个预定阈值时，从所述数据突发中移除一个或多个无用比特而不影响所述载荷数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定阈值对应着基于所述本地时钟或所述OLT时钟的一个字符的传输时间；以及
其中将一个或多个无用比特***所述数据突发包括将空闲字符***所述数据突发中所包含的两个分组之间的分组间间隙。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定阈值对应着基于所述本地时钟或所述OLT时钟的一个字符的传输时间；以及
其中从所述数据突发中移除一个或多个无用比特包括从所述数据突发中所包含的两个分组之间的分组间间隙中移除空闲字符。
4.一种用于以太网无源光网络（EPON）中适应不同时钟频率的方法，其中所述EPON包括光线路终端（OLT）和一个或多个光网络单元（ONU），所述方法包括：
在所述ONU处接收来自所述OLT的信号；
从所述已接收的信号推导出OLT时钟；
维护本地时钟；
比较所述本地时钟和所述OLT时钟；以及
基于所述比较从所述OLT处请求上行传输窗口，其中所述上行传输窗口适应基于所述本地时钟传输的上行数据突发。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括：
基于所述数据突发的大小和所述本地时钟来确定所述上行传输窗口的持续时间；
按照在所述确定的持续时间期间基于所述OLT时钟可被传输的数据量来确定所述上行传输窗口的大小；以及
其中请求所述上行传输窗口包括：将所述按照在所述确定的持续时间期间基于所述OLT时钟可被传输的数据量而确定的所述上行传输窗口的大小传达给所述OLT。
6.一种用于在以太网无源光网络（EPON）中适应不同时钟频率的***，其中所述EPON包括光线路终端（OLT）和一个或多个光网络单元（ONU），所述***包括：
OLT时钟推导机构，其被配置成：
在所述ONU处接收来自所述OLT的信号；以及
从所述已接收的信号推导出OLT时钟；
本地时钟；
接收机构，其被配置成从所述OLT接收针对上行传输窗口的分配，在所述上行传输窗口期间所述ONU基于所述本地时钟传输上行数据突发给所述OLT；
调节机构，其被配置成调节所述数据突发的比特数而不影响在所述数据突发中承载的载荷数据，由此使得所述数据突发能够正确地符合所述上行传输窗口并且补偿所述本地时钟与所述OLT时钟之间的频率差异；以及传输机构，其被配置成基于所述本地时钟在所述上行传输窗口中传输所述数据突发；
其中所述调节机构包括：
***机构，其被配置成当基于所述本地时钟的所述数据突发的传输时间比基于所述OLT时钟的传输时间短一个预定阈值时，将一个或多个无用比特***所述数据突发而不影响所述载荷数据；
移除机构，其被配置成当基于所述本地时钟的所述数据突发的传输时间比基于所述OLT时钟的传输时间长一个预定阈值时，从所述数据突发中移除一个或多个无用比特而不影响所述载荷数据。
7.根据权利要求6所述的***，其中所述预定阈值对应着基于所述本地时钟或所述OLT时钟的一个字符的传输时间；以及
其中当将一个或多个无用比特***所述数据突发时，所述***机构被配置成将空闲字符***所述数据突发中所包含的两个分组之间的分组间间隙。
8.根据权利要求6所述的***，其中所述预定阈值对应着基于所述本地时钟或所述OLT时钟的一个字符的传输时间；以及
其中当从所述数据突发中移除一个或多个无用比特时，所述移除机构被配置成从所述数据突发中所包含的两个分组之间的分组间间隙中移除空闲字符。
9.一种用于在以太网无源光网络（EPON）中适应不同时钟频率的***，其中所述EPON包括光线路终端（OLT）和一个或多个光网络单元（ONU），所述***包括：
OLT时钟推导机构，其被配置成：
在所述ONU处接收来自所述OLT的信号；以及
从所述已接收的信号推导出OLT时钟；
本地时钟；
比较机构，其被配置成比较所述本地时钟和所述OLT时钟；以及
请求机构，所述请求机构被配置成基于所述比较从所述OLT处请求上行传输窗口，其中所述上行传输窗口适应基于所述本地时钟传输的上行数据突发。
10.根据权利要求9所述的***，还包括：
确定机构，其被配置成：
基于所述数据突发的大小和所述本地时钟来确定所述上行传输窗口的持续时间；以及
按照在所述确定的持续时间期间基于所述OLT时钟可被传输的数据量来确定所述上行传输窗口的大小；以及
其中当请求所述上行传输窗口时，所述请求机构被配置成将所述按照在所述确定的持续时间期间基于所述OLT时钟可被传输的数据量而确定的所述上行传输窗口的大小传达给所述OLT。
11.一种用于在以太网无源光网络（EPON）中适应不同时钟频率的设备，其中所述EPON包括光线路终端（OLT）和一个或多个光网络单元（ONU），所述设备包括：
用于在所述ONU处接收来自所述OLT的信号的装置；
用于从所述已接收的信号推导出OLT时钟的装置；
用于维护本地时钟的装置；
用于从所述OLT接收针对上行传输窗口的分配的装置，在所述上行传输窗口期间所述ONU基于所述本地时钟传输上行数据突发给所述OLT；
调节所述数据突发的比特数而不影响在所述数据突发中承载的载荷数据，由此使得所述数据突发能够正确地符合所述上行传输窗口并且补偿所述本地时钟与所述OLT时钟之间的频率差异的装置；以及用于基于所述本地时钟在所述上行传输窗口中传输所述数据突发的装置；其中调节所述数据突发的比特数包括：
当基于所述本地时钟的所述数据突发的传输时间比基于所述OLT时钟的传输时间短一个预定阈值时，将一个或多个无用比特***所述数据突发而不影响所述载荷数据；
当基于所述本地时钟的所述数据突发的传输时间比基于所述OLT时钟的传输时间长一个预定阈值时，从所述数据突发中移除一个或多个无用比特而不影响所述载荷数据。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述预定阈值对应着基于所述本地时钟或所述OLT时钟的一个字符的传输时间；以及
其中将一个或多个无用比特***所述数据突发包括将空闲字符***所述数据突发中所包含的两个分组之间的分组间间隙。
13.根据权利要求11所述的设备，其中所述预定阈值对应着基于所述本地时钟或所述OLT时钟的一个字符的传输时间；以及
其中从所述数据突发中移除一个或多个无用比特包括从所述数据突发中所包含的两个分组之间的分组间间隙中移除空闲字符。
14.一种用于在以太网无源光网络（EPON）中适应不同时钟频率的设备，其中所述EPON包括光线路终端（OLT）和一个或多个光网络单元（ONU），所述设备包括：
用于在所述ONU处接收来自所述OLT的信号的装置；
用于从所述已接收的信号推导出OLT时钟的装置；
用于维护本地时钟的装置；
用于比较所述本地时钟和所述OLT时钟的装置；以及
用于基于所述比较从所述OLT处请求上行传输窗口的装置，其中所述上行传输窗口适应基于所述本地时钟传输的上行数据突发。
15.根据权利要求14所述的设备，还包括：
用于基于所述数据突发的大小和所述本地时钟来确定所述上行传输窗口的持续时间的装置；
用于按照在所述确定的持续时间期间基于所述OLT时钟可被传输的数据量来确定所述上行传输窗口的大小的装置；以及
其中请求所述上行传输窗口包括：将所述按照在所述确定的持续时间期间基于所述OLT时钟可被传输的数据量而确定的所述上行传输窗口的大小传达给所述OLT。
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