CN105743566B - 一种双pon口onu光链路保护倒换装置和保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双PON口ONU光链路保护倒换装置和保护方法，所述装置包括：第一光模块、第二光模块、第一PON_MAC芯片、第二PON_MAC芯片、复杂可编程逻辑器件CPLD、复用器MUX、交换芯片；所述第一光模块和第二光模块连接不同的两个光线路终端OLT，形成手拉手保护链路；本发明将交换芯片的上联口RGMII线直连PON_MAC芯片接口，及MDC/MDIO直连复用器，利用一条控制线操作CPLD完成倒换动作，解决了现有技术CPLD资源不够，以及主备倒换时间大的问题。

Description

一种双PON口ONU光链路保护倒换装置和保护方法
技术领域
本发明属于网络通信领域，涉及EPON(Ethernet Passive Optical Network，以太网无源光网络)***,具体而言，涉及一种双PON(Passive Optical Network，无源光纤网络)口ONU(Optical Network Unit,光网络单元)光链路保护倒换装置和保护方法。
背景技术
EPON(Ethernet Passive Optical Network，以太网无源光网络)技术的发展使得光进铜退的改革加速，互联网发展迅猛。EPON技术由IEEE802.3EFM工作组进行标准化，采用统一的标准，实现各个厂家的互联互通。在以太网上提供多种业务，使得电信网，互联网，广播网三大网络的相互融合，满足视频、语音、数据综合多媒体的通信业务要求。光纤带宽容量大，成本低，无源器件组网，点到多点传输结构可以适应不断增长的带宽需求，未来的物联网发展需求量巨大。
在一些要求数据不丢失，故障容错率高的网络环境中，为了提高网络的可靠性和生存性，(如电力ONU采集，电话通讯，视频观看)，EPON设备需要冗余链路保护，一种是EPONOLT(Optical Line Terminal，光线路终端)双PON口冗余，一种是EPON ONU双PON口冗余，本发明专注于后者提供一种双PON口ONU光链路保护倒换装置。
如图1所示，中国专利《一种双PON双MAC保护的电力采集装置》(申请号:201520603281.X)披露了如下内容：
一种双PON双MAC保护的电力采集装置，包括：两个光模块，两块PON_MAC芯片(SGC3001),一个CPLD，CPLD连接交换芯片的管理接口MDIO，及数据传输接口GE。若干数据控制线。具体结构与关系如下：
两个光模块通过光纤网络与外部不同的两个OLT相连，构成手拉手光链路保护形态；
两个PON_MAC通过异步收发传输串口UART通信，实现主备用ONU数据同步。
带有时间信息接口TOD(Time Of Date)的ONU芯片连接CPLD，可以保障单光纤链路故障引起的时钟抖动精确度。
PON_MAC芯片中断信号线INT连接CPLD，产生中断使得CPLD倒换主备PON_MAC芯片的交换芯片管理接口MDIO，及数据传输接口GMII。实现管理与数据的倒换动作。
两个PON_MAC根据CPLD发过来的PON_IF_ID信号来决定主备用状态。如设置PON_IF_ID＝0时，对应的PON_MAC芯片处于主用状态。否则相反。
主用光链路异常时，通过触发CPLD来实现主备数据倒换。
通过分析以上现有技术实现方案和实际ONU冗余保护应用环境，发现现有技术存在如下缺点：
1、双PON ONU冗余倒换速度小于50ms实现不稳定；
2、双PON ONU倒换时，没有判断备用设备是否适合倒换；
3、交换芯片上联口自动协商耗时长；
4、CPLD引脚及其内部资源有限，现有技术实现资源浪费。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：在EPON***中，主用光链路异常时，通过触发CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)来实现主备数据倒换，解决现有技术CPLD资源不够、主备倒换耗时长的问题，提供一种数据倒换效率高、数据不易丢失的双PON口ONU光链路保护倒换装置和保护方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：
一种双PON口ONU光链路保护倒换装置，包括：第一光模块、第二光模块、第一PON_MAC芯片、第二PON_MAC芯片、复杂可编程逻辑器件CPLD、复用器MUX、交换芯片；
所述第一光模块和第二光模块连接不同的两个光线路终端OLT，形成手拉手保护链路；
所述第一光模块的控制线电连接第一PON_MAC芯片,所述第二光模块的控制线电连接第二PON_MAC芯片；
所述第一光模块的LOS信号中断线电连接第二PON_MAC芯片,所述第二光模块的LOS信号中断线电连接第一PON_MAC芯片；
所述第一PON_MAC芯片与第二PON_MAC芯片的GPIO(General Purpose Input/Output,通用输入输出)口电连接；
所述交换芯片的两个上联数据接口RGMII(Reduced Gigabit Media IndependentInterface，吉比特介质独立接口)分别连接到相对应芯片上的UNI(User Networksinterface,用户网络侧接口)接口。
所述第一PON_MAC芯片和第二PON_MAC芯片通过通用异步收发传输器UART(通用非同步收发传输器,Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)建立通信机制，提供数据备份，心跳函数检测，状态查询。
所述第一PON_MAC芯片和第二PON_MAC芯片各自的MDC/MDIO电连接MUX，MUX再电连接交换芯片的MDC/MDIO(双线串行接口)，通过操作复用器倒换交换芯片管理接口。
本发明的一种双PON口ONU光链路保护倒换方法，使用双PON口ONU光链路保护倒换装置来实现，包括如下步骤：
S11、启动第一PON_MAC芯片和第二PON_MAC芯片，启动过程中通过判断PON_MAC的地址大小，决定主备链路；
具体方法为：第一PON_MAC芯片和第二PON_MAC芯片分别获取对方的MAC地址，各自比较MAC地址，设置主备属性值。
S12、将第一PON_MAC芯片和第二PON_MAC芯片注册上OLT,注册过程中，先注册到OLT的为主链路，后注册到OLT的为备链路；
具体步骤为：
第一PON_MAC芯片启动后协商为主，先注册上OLT，主备不变；
第二PON_MAC芯片启动后协商为备，先注册上OLT，通过第二光模块发出LOS中断信号给第二PON_MAC芯片的GPIO产生中断，表示有光纤接入。
S13、主链路的设备掉线时，备链路的设备触发主备倒换；
具体方法为：若第一PON_MAC和第二PON_MAC都注册上OLT时，主PON_MAC掉线的LOS信号通过内部中断通知主PON_MAC，主PON_MAC发动GPIO中断触发备PON_MAC的GPIO,通知备PON_MAC进行倒换动作。
S14、备设备掉线时，主设备不会主动倒换为备设备，需要采用手动命令倒换；
S15、主备双方通过UART通信，心跳函数检测对方是否工作正常，判断是否需要倒换，若设备异常，或者注册失败，则触发主备倒换动作。
具体包括如下步骤：主光模块的LOS信号线与备PON_MAC相连，备光模块的LOS信号线与主PON_MAC相连，二者相互读取对端PON_MAC的LOS信息，快速获取对方光模块是否有光接入，判断是否要进行倒换动作；当主PON_MAC发现有LOS中断时，先通过GPIO读取备PON_MAC的LOS状态，如果备PON_MAC也未接入光纤，则设备不会进行倒换动作。
步骤S13、S15所述主备倒换包括以下步骤：
备链路的设备控制其GPIO高低产生5次脉冲给CPLD，去抖动操作，防止抖动倒换异常，CPLD驱动复用器倒换MDC/MDIO，完成快速倒换交换芯片管理接口的动作，同时打开PON_MAC的UNI的TX、RX使能开关，清理MAC地址操作后，实现主备倒换动作。
本发明的关键点在于：
1、使用双PON_MAC芯片，单交换芯片机制，两个上行端口连接到两块PON_MAC芯片。
2、在主设备与备设备之间建立对等的UART通信协议。
1)上电时通过该协议，以自主协商的方式确定设备的主备身份
2)在正常运行时，利用心跳函数获取对方设备运行状态，并检测对方设备的挂死、PON_MAC是否注册和影响用户业务的异常，以实现更加智能、完备的倒换。
3)主设备通过该协议将自身的配置同步给备设备，以实现网络管理员一次性完成主设备与备设备的配置，简化网络管理员的配置管理。
3、倒换信号由GPIO口产生多次脉冲，驱动CPLD/FPGA倒换复用器。
4、PON LOS信号线连接对应的CPU(PON_MAC1,PON_MAC2)中断引脚与对方CPU的GPIO，用于判断是否倒换。
本发明具有以下有益效果：
1、双PON_MAC设计保证***数据安全，减少信号丢失或恶化引起的数据中断丢失；
2、主备协商智能化,通过UART自定义的通信协议，获取双方MAC地址方便快捷，协商更容易；
3、采用中断处理方式触发倒换更迅速；
4、交换芯片上联口数据通道不需要倒换，打开UNI的收发开关，倒换效率更高，数据不易丢失；
5、倒换信号使用特定的时序驱动CPLD倒换，如上述GPIO_3脉冲5次以上,倒换准确率高；
6、LOS信号线复用给对方PON_MAC的GPIO口，用于判断是否要进行倒换，保证***倒换频率减少。
本发明针对现有技术的不足，将交换芯片的上联口RGMII线直连PON_MAC芯片接口，及MDC/MDIO直连复用器，利用一条控制线操作CPLD完成倒换动作，解决了现有技术CPLD资源不够，以及主备倒换时间大的问题。
在结合附图阅读本发明的实施方式的详细描述后，本发明的特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1是现有技术的结构原理图；
图2是本发明装置的结构原理图；
图3是本发明的方法流程图；
图4是本发明双PON_MAC互相获取MAC地址的示意图；
图5是本发明双PON_MAC倒换顺序结构图。
具体实施方式
下面以一个实施方式对本发明作进一步详细的说明，但应当说明，本发明的保护范围不仅仅限于此。
如图2所示，本发明提供了一种双PON口ONU光链路保护倒换装置，包括：第一光模块optical_1、第二光模块optical_2、第一PON_MAC芯片PON_MAC1、第二PON_MAC芯片PON_MAC2、复杂可编程逻辑器件CPLD、复用器MUX、交换芯片SWTICH；
双PON光模块(optical_1,optical_2)连接不同的两个OLT，形成手拉手保护链路；
双PON光模块相应的控制线分别电连接相对应的CPU(PON_MAC1,PON_MAC2)，光模块的LOS信号中断线电连接相对应的CPU，optical_1连接PON_MAC1，optical_2连接PON_MAC2；同时电连接对方的GPIO口，optical_1的LOS信号线连接PON_MAC2，optical_2的LOS信号线连接PON_MAC1；交换芯片的两个上联数据接口RGMII分别连接到相对应CPU上的UNI接口。这种结构形成双光链路保护，业务数据通过两个PON光模块下发下去，但是只有主PON_MAC芯片的UNI才接通交换芯片上联口，备PON_MAC芯片的UNI接口使能开关是关闭的，所以数据有唯一的通道流向交换芯片,保证数据的正常流向。
如图4-5所示，双CPU(PON_MAC1,PON_MAC2)通过UART，建立通信机制，提供数据备份，心跳函数检测，状态查询功能；
PON_MAC1的GPIO_8电连接PON_MAC2的GPIO7,PON_MAC2的GPIO_8电连接PON_MAC1的GPIO_7,双CPU设置各自的GPIO_8为输出状态，GPIO7为下降沿触发中断,通过GPIO口的操作完成通知主备倒换动作。
双CPU的GPIO_3控制CPLD，通过脉冲触发中断完成复杂逻辑编程与功能倒换，如SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)、RS232、RS485、I2C倒换都可以由CPLD实现；CPLD的多管脚，多资源可以简化复用设备的元器件，减少功耗与成本。
双CPU各自的MDC/MDIO电连接MUX(复用器)，复用器再电连接交换芯片的MDC/MDIO；实现操作复用器倒换交换芯片管理接口；
如图3-5所示，本发明的一种双PON口ONU光链路保护倒换方法，使用双PON口ONU光链路保护倒换装置来实现，包括如下步骤：
S11、启动第一PON_MAC芯片和第二PON_MAC芯片，启动过程中通过判断PON_MAC的地址大小，决定主备链路；
具体方法为：第一PON_MAC芯片和第二PON_MAC芯片分别获取对方的MAC地址，各自比较MAC地址，设置主备属性值。
S12、将第一PON_MAC芯片和第二PON_MAC芯片注册上OLT,注册过程中，先注册到OLT的为主链路，后注册到OLT的为备链路；
具体步骤为：
第一PON_MAC芯片启动后协商为主，先注册上OLT，主备不变；
第二PON_MAC芯片启动后协商为备，先注册上OLT，通过第二光模块发出LOS中断信号给第二PON_MAC芯片的GPIO产生中断，表示有光纤接入。
S13、主链路的设备掉线时，备链路的设备触发主备倒换；
如图4所示，两个PON_MAC都注册上OLT时，假如PON_MAC2为主掉线，PON_MACA2的LOS信号通过内部中断通知主PON_MAC2，PON_MAC2发动GPIO_8中断触发PON_MAX1的GPIO_7,通知备PON_MAC1的进行倒换动作。
S14、备设备掉线时，主设备不会主动倒换为备设备，需要采用手动命令倒换；
S15、主备双方通过UART通信，心跳函数检测对方是否工作正常，判断是否需要倒换，若设备异常，或者注册失败，则触发主备倒换动作。
具体包括如下步骤：主光模块的LOS信号线与备PON_MAC相连，备光模块的LOS信号线与主PON_MAC相连，二者相互读取对端PON_MAC的LOS信息，快速获取对方光模块是否有光接入，判断是否要进行倒换动作；当主PON_MAC发现有LOS中断时，先通过GPIO读取备PON_MAC的LOS状态，如果备PON_MAC也未接入光纤，则设备不会进行倒换动作。
步骤S13、S15所述主备倒换包括以下步骤：
备链路的设备控制其GPIO高低产生5次脉冲给CPLD，去抖动操作，防止抖动倒换异常，CPLD驱动复用器倒换MDC/MDIO，完成快速倒换交换芯片管理接口的动作，同时打开PON_MAC的UNI的TX、RX使能开关，清理MAC地址操作后，实现主备倒换动作。倒换时间小于5毫秒，因为PON_MAC与交换芯片的数据接口RGMII始终相连，只是打开了PON_MAC数据线的使能开关。其他配置都是同步完成的，交换芯片配置不变。倒换顺序结构如图5所示。
本发明主备PON_MAC使用UART通信，结构简单，备份数据更简捷；使用CPLD完成各种***设备的倒换，节约资源，结构简单；本发明主光模块的LOS信号线与备CPU相连，备光模块的LOS信号线与主CPU相连，这样设计是为了读取对端PON_MAC的LOS信息，判断是否要进行倒换动作，减少不必要的倒换动作,快速获取对方光模块是否有光接入，当主PON_MAC发现有LOS中断时，先通过GPIO_9读取备PON_MAC的LOS状态，如果备PON_MAC也未接入光纤，则设备不会进行倒换动作，因此可减少主备切换不合理的次数。
以上对本发明的具体实施实例做了详细描述，但本发明并不限制于以上描述的具体实例，其仅作为范例。因此，在不脱离本发明的原则和范围内作出的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域的技术人员可以在所附权利要求的范围之内作出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种双PON口ONU光链路保护倒换装置，其特征在于，包括：
第一光模块、第二光模块、第一PON_MAC芯片、第二PON_MAC芯片、复杂可编程逻辑器件CPLD、复用器MUX、交换芯片；
所述第一光模块和第二光模块连接不同的两个光线路终端OLT，形成手拉手保护链路；
所述第一光模块的控制线电连接第一PON_MAC芯片,所述第二光模块的控制线电连接第二PON_MAC芯片；
所述第一光模块的LOS信号中断线电连接第二PON_MAC芯片,所述第二光模块的LOS信号中断线电连接第一PON_MAC芯片；
所述第一PON_MAC芯片与第二PON_MAC芯片的GPIO口电连接；
所述交换芯片的两个上联数据接口RGMII分别连接到相对应的第一PON_MAC芯片和第二PON_MAC芯片上的UNI接口；
所述第一PON_MAC芯片和第二PON_MAC芯片各自的MDC/MDIO电连接MUX，MUX再电连接交换芯片的MDC/MDIO，通过操作复用器倒换交换芯片管理接口；
链路的设备控制其GPIO高低产生脉冲给CPLD，CPLD驱动复用器倒换MDC/MDIO，完成快速倒换交换芯片管理接口的动作，同时打开PON_MAC的UNI的TX、RX使能开关，清理MAC地址操作后，实现主备倒换动作。
2.如权利要求1所述的一种双PON口ONU光链路保护倒换装置，其特征在于：第一PON_MAC芯片和第二PON_MAC芯片通过通用异步收发传输器UART建立通信机制，提供数据备份，心跳函数检测，状态查询。
3.一种双PON口ONU光链路保护倒换方法，使用权利要求1或2所述的双PON口ONU光链路保护倒换装置来实现，其特征在于，包括如下步骤：
S11、启动第一PON_MAC芯片和第二PON_MAC芯片，启动过程中通过判断PON_MAC的地址大小，决定主备链路；
S12、将第一PON_MAC芯片和第二PON_MAC芯片注册上OLT,注册过程中，先注册到OLT的为主链路，后注册到OLT的为备链路；
S13、主链路的设备掉线时，备链路的设备触发主备倒换；
S14、备设备掉线时，主设备不会主动倒换为备设备，需要采用手动命令倒换；
S15、主备双方通过UART通信，心跳函数检测对方是否工作正常，判断是否需要倒换，若设备异常，或者注册失败，则触发主备倒换动作。
4.如权利要求3所述的一种双PON口ONU光链路保护倒换方法，其特征在于，步骤S13、S15所述主备倒换包括以下步骤：
备链路的设备控制其GPIO高低产生5次脉冲给CPLD，去抖动操作，防止抖动倒换异常，CPLD驱动复用器倒换MDC/MDIO，完成快速倒换交换芯片管理接口的动作，同时打开PON_MAC的UNI的TX、RX使能开关，清理MAC地址操作后，实现主备倒换动作。
5.如权利要求3或4所述的一种双PON口ONU光链路保护倒换方法，其特征在于，所述步骤S11包括以下步骤：
第一PON_MAC芯片和第二PON_MAC芯片分别获取对方的MAC地址，各自比较MAC地址，设置主备属性值。
6.如权利要求3或4所述的一种双PON口ONU光链路保护倒换方法，其特征在于，步骤S12包括以下步骤：
第一PON_MAC芯片启动后协商为主，先注册上OLT，主备不变；
第二PON_MAC芯片启动后协商为备，先注册上OLT，通过第二光模块发出LOS中断信号给第二PON_MAC芯片的GPIO产生中断，表示有光纤接入。
7.如权利要求3或4所述的一种双PON口ONU光链路保护倒换方法，其特征在于，所述步骤S13包括以下步骤：若第一PON_MAC和第二PON_MAC都注册上OLT时，主PON_MAC掉线的LOS信号通过内部中断通知主PON_MAC，主PON_MAC发动GPIO中断触发备PON_MAC的GPIO,通知备PON_MAC进行倒换动作。
8.如权利要求3或4所述的一种双PON口ONU光链路保护倒换方法，其特征在于，步骤S15包括以下步骤：主光模块的LOS信号线与备PON_MAC相连，备光模块的LOS信号线与主PON_MAC相连，二者相互读取对端PON_MAC的LOS信息，快速获取对方光模块是否有光接入，判断是否要进行倒换动作；当主PON_MAC发现有LOS中断时，先通过GPIO读取备PON_MAC的LOS状态，如果备PON_MAC也未接入光纤，则设备不会进行倒换动作。
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EPON***"手拉手"保护实现机制分析及应用;宗俊丽,李芹;《电力信息与通信技术》;20151115;第66-71页 *

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