CN1925371A - Epon***的主干光纤保护倒换装置与方法 - Google Patents

Abstract

一种主干光纤保护倒换装置，应用于EPON***，包括有：与该EPON***中光线路终端及其上级设备相连的交换器，用于转发这两者之间的通讯数据；与所述光线路终端相连的控制器，用于初始设定所述光线路终端的主备用关系、检测其中主用光线路终端所处光路是否已中断、是则倒换该主备用关系；以及一种主干光纤保护倒换方法，应用于上述主干光纤保护倒换装置，其首先初始设定所述光线路终端的主备用关系；随后检测其中主用光线路终端所处光路是否已中断，是则倒换该主备用关系；并重复上述检测与倒换，对所述EPON***进行有效保护。

Description

EPON***的主干光纤保护倒换装置与方法

技术领域

本发明涉及以太网无源光网络EPON(Ethernet over Passive OpticalNetwork)***，尤其涉及EPON***的保护；更具体地说，本发明涉及EPON***的主干光纤保护倒换装置与方法。

背景技术

近年来随着IP技术的发展，产生了大量以以太网技术为基础的接入技术，以太网无源光网络EPON(Ethernet Passive Optical Network)就是其中之一。EPON由IEEE组织的第一英里以太网EFM(Ethernet for theFirst Mile)工作组提出，是最新的无源光网络PON(Passive OpticalNetwork)技术之一；其作为一种单纤双向光接入网络，采用了点到多点网络结构、无源光纤传输方式，能够在以太网上提供多种业务，并且具有带宽大、传输距离远、无电磁干扰、安全性高、节省主干光纤、组网灵活等优点。

如图1所示，一个典型的EPON***由光线路终端OLT(Optical LineTerminal)、光网络单元ONU(Optical Network Unit)、和光分配网络ODN(Optical Distribution Network)组成。其中，所述光线路终端OLT放在局端的中心机房；所述光网络单元ONU放在用户端的楼道或家中；存在于这两者之间的光分配网络ODN，包含有光纤、光耦合器、及无源分光器POS(Passive Optical Splitter)等无源器件，而不包含有任何有源发备。一般来说，随着10G以太技术的成熟，EPON可以支持的最大速率高达10Gb/s；而其可以支持的分支数不低于32路和16路；其又可以支持10KM和20KM两种最大传输距离，也就是说，所述光线路终端OLT到所述光网络单元ONU之间的最大距离可长达20KM，但该光网络单元ONU不能脱离该光线路终端OLT而独立工作。

EPON***的优点之一是节省主干光纤，但这同时也带来了一个风险：一旦该EPON***中的主干光纤中断，将导致连接至该主干光纤的所有光网络单元ONU同时中断通讯。因此，为了增强EPON***的可靠性，有必要对EPON***进行保护。尤其对每个光网络单元ONU还续接有10个甚至更多个用户的FTTB(光纤到楼，Fiber To The Building)型应用来说，对EPON***进行保护的需求更加迫切。

EPON行业标准，比如我国的EPON国家标准草案“接入网技术要求——基于以太网方式的无源光网络(EPON)”，关于保护EPON***建议了两种方式，主干光纤保护倒换和全光纤保护倒换；却没有给出该两种保护方式的实际技术方案。而且，迄今为止，国内外还未发现任何关于该两种保护方式的实现技术描述。

发明内容

针对上述对EPON***进行保护的迫切需求，以及现有技术在此方面的空白，本发明目的在于提供一种主干光纤保护倒换装置与方法，其应用于EPON***能够对该EPON***的主干光纤进行有效保护。

为了实现上述发明目的，本发明提供一种主干光纤保护倒换装置，其应用于EPON***，能够对该EPON***的主干光纤进行有效保护；

该EPON***包括有光线路终端，所述光线路终端的上级设备，光网络单元，及分光器；其中，所述光线路终端之间存在主备用关系，所述光线路终端之一为主用光线路终端，所述光线路终端之二为该主用光线路终端的备用光线路终端；所述主用光线路终端及其备用光线路终端与同一个分光器相连，且该分光器的分路比为m∶n(m为大于1的整数，m的典型取值为2；n为大于m的整数，n的典型取值为16或32)；

该主干光纤保护倒换装置插接在所述光线路终端和该光线路终端的上级设备之间，由交换器和控制器组成：

所述交换器，分别与所述光线路终端，及该光线路终端的上级设备相连；用于中继转发所述光线路终端与其上级设备之间的通讯数据；也就是说，所述光线路终端的核心网络接口CNI(Core Network Interface)级联至该交换器，所述光线路终端的***网络接口SNI(System NetworkInterface)从该交换器上连出，使得不同的光线路终端可经由同一个***网络接口SNI与其上级设备通讯，当发生光线路终端倒换时不必变化相应的上行网络接口配置；而且，如果有带宽扩展需要，还可继续从该交换器连出用于扩展带宽的***网络接口；

所述控制器，分别与所述光线路终端，及所述交换器相连；用于初始设定所述光线路终端的主备用关系，并检测所述主用光线路终端所处光路是否已中断，是则倒换所述光线路终端的主备用关系；其实，该控制器本质上为该主干光纤保护倒换装置的中央处理单元，其还能协调管理该装置的各组成模块，比如，控制所述交换器。

其中，

所述交换器，可采用已成熟商用的以太网交换芯片LanSwitch(Localarea network Switch)；

所述控制器，又可进一步划分为由控制模块和检测模块组成，其中：所述检测模块，分别与所述控制模块，及所述光线路终端相连；用于检测所述主用光线路终端所处光路是否已中断，是则发送中断信息至所述控制模块；所述控制模块，分别与所述检测模块，及所述光线路终端相连；用于初始设定所述光线路终端的主备用关系，并根据上述中断信息倒换所述光线路终端的主备用关系。

对于上述主干光纤保护倒换装置，如果所述主用光线路终端的误码率达到预设阈值，则判定该主用光线路终端所处光路已中断；其中，所述误码率为帧误码率，或为位误码率；

或者，如果连续两次检测发现没有光网络单元注册到该主用光线路终端，则判定该主用光线路终端所处光路已中断；其中，所述连续两次检测之间时间间隔的优选取值为10ms。

此外，本发明还提供一种主干光纤保护倒换方法，其应用于EPON***，能够对该EPON***中的主干光纤进行有效保护；

该EPON***包括有光线路终端，所述光线路终端的上级设备，光网络单元，分光器，以及上述本发明提供的主干光纤保护倒换装置；其中，所述主干光纤保护倒换装置插接在所述光线路终端及其上级设备之间；所述光线路终端之间存在主备用关系，所述光线路终端之一为主用光线路终端，所述光线路终端之二为该主用光线路终端的备用光线路终端；所述主用光线路终端及其备用光线路终端与同个分光器相连，且该分光器的分路比为m∶n(m为大于1的整数，m的典型取值为2；n为大于m的整数，n的典型取值为16或32)；

首先执行步骤0，以在执行该主干光纤保护倒换方法之前，初始设定所述光线路终端的主备用关系；该步骤0包括有如下具体操作：

步骤0-1，指定所述光线路终端之一为主用光线路终端，所述光线路终端之二为该主用光线路终端的备用光线路终端；

步骤0-2，关闭该备用光线路终端的激光器；

步骤0-3，对所述光线路终端之一(主用光线路终端)进行配置，并将配置数据同步到所述光线路终端之二(备用光线路终端)；

执行完上述步骤0之后，所述光网络单元开始注册到该主用光线路终端，并由此开始该主用光线路终端所处光路上的正常通讯，随后开始执行本发明提供的主干光纤保护倒换方法。该主干光纤保护方法包括有：

步骤1，检测主用光线路终端所处光路是否已中断，是则继续步骤2；

步骤2，倒换光线路终端(OLT#1，OLT#2)的主备用关系；

其中，执行上述步骤1时可能用到的检测方法有：

1)持续检测该主用光线路终端的误码率，如果该误码率达到预设阈值，则判定该主用光线路终端所处光路已中断；其中，所述误码率可为帧误码率，也可为位误码率；或者，

2)每隔一个时间间隔，检测该主用光线路终端的光网络单元注册状态；如果连续两次检测发现没有光网络单元注册，则判定该主用光线路终端所处光路已中断；其中，所述时间间隔的优选值为10ms。

如果上述步骤1的检测结果为该主用光线路终端所处光路已中断，也即保护倒换条件已成立，则继续执行步骤2，以倒换所述光线路终端的主备用关系。该步骤2需要具体执行的操作有：

步骤2-1，关闭已中断的主用光线路终端的激光器；

步骤2-2，打开该已中断的主用光线路终端的备用光线路终端的激光器，并指定其为新的主用光线路终端；

步骤2-3，对上述新的主用光线路终端进行配置。

执行完上述步骤2之后，也即保护倒换完成之后，所述光网络单元开始注册到该新的主用光线路终端，并由此开始该新的主用光线路终端所处光路上的正常通讯。

一般而言，执行完上述步骤2之后，还将发送告警信息至相关设备，比如网络管理服务器NMS(Network Manage Server)；并记录该次告警信息于相关历史文件，比如日志文档。

重复上述步骤1和步骤2，在所述主用光线路终端所处光路中断时及时进行保护倒换，从而实现对所述EPON***中主干光纤的有效保护。

本发明优点在于，本发明技术方案实现了EPON***的主干光纤保护倒换功能，增强了该EPON***的主干光路故障自动恢复功能，进而提高了该EPON***的可靠性。

本发明另一优点在于，实施本发明技术方案保护EPON***的主干光纤，进行保护倒换时，不必相应改变该EPON***中光线路终端与其上级设备之间的连接关系；从而使得于现有EPON***中扩展本发明技术方案时投资小且施工复杂度低。

本发明再一优点在于，可采用已成熟商用的以太网交换芯片作为本发明提供的主干光纤保护倒换装置中的交换器，从而使得本发明技术方案易实现且实现成本较低。

附图说明

图1：典型的EPON***框图

图2：行业标准建议的EPON***主干光纤保护示意图

图3：应用本发明主干光纤保护倒换装置的EPON***主干光纤保护示意图

图4：本发明主干光纤保护倒换装置实施例之一的结构示意图

图5：本发明主干光纤保护倒换装置实施例之二的结构示意图

图6：本发明主干光纤保护倒换方法的流程图

具体实施方式

如前所述，本发明提供的技术方案实现了EPON***的主于光纤保护倒换功能，下面将结合附图详细介绍该技术方案中，主干光纤保护倒换装置的组织结构，以及主干光纤保护倒换方法的步骤流程。

首先对比图2与图3，形象认识本发明技术方案需要解决的问题。其中，图2为行业标准建议的EPON***主干光纤保护的示意图，图3为应用本发明主干光纤保护倒换装置的EPON***主干光纤保护的示意图。

如图2所示，本行业标准建议的主干光纤保护方式中：存在主备用关系的光线路终端(OLT#1，OLT#2)，分别连接至分路比为2∶n的分光器的两个端口，从该分光器到光网络单元(ONU#1，ONU#2，ONU#3，…ONU#n)则采用常规连接；这样主干光纤的保护倒换只发生在所述分光器和所述光线路终端之间；这种保护倒换方式可以对EPON***中的主干光纤进行保护以提高EPON***的可靠性，且投资成本低。

但本领域技术人员应该知晓，图2仅仅示出了EPON***主干光纤保护的连线方式，并没有给出具体可实现的技术方案；如此，本发明目的在于，参照图2所示连线方式，提供实际可行的EPON***主干光纤保护倒换技术方案。

如上所述，图3所示EPON***参照了图2所示EPON***的连线方式：存在主备用关系的光线路终端(OLT#1，OLT#2)，分别连接至分路比为2∶n的分光器的两个端口，从该分光器到光网络单元(ONU#1，ONU#2，ONU#3，…ONU#n)则采用常规连接。此外，图3还示出了本发明提供的主干光纤保护倒换装置：该主干光纤保护倒换装置分别与所述存在主备用关系的光线路终端(OLT#1，OLT#2)相连，用于初始设定所述光线路终端(OLT#1，OLT#2)的主备用关系，并在检测到主用光线路终端所处光路中断时倒换该主备用关系，使得该EPON***能及时从主干光路故障中自动恢复；同时，所述光线路终端(OLT#1，OLT#2)的***网络接口(SNI)从该主干光纤保护倒换装置上连出，也就是说该主干光纤保护倒换装置插接在所述光线路终端(OLT#1，OLT#2)及其上级设备之间；这样，不同的光线路终端(OLT#1，OLT#2)可经由同一个***网络接口(SNI)与其上级设备通讯，使得发生保护倒换时不必变化相应的上行网络接口配置。

图4和图5分别为本发明提供的主干光纤保护倒换装置的实施例之一和实施例之二的结构示意图：主干光纤保护倒换装置插接在光线路终端(OLT#1、OLT#2)及其上级设备之间，所述OLT#1、OLT#2的***网络接口(SNI#1)从该主干光纤保护倒换装置连出。

需要说明的是，尽管图4和图5均仅示出了2个光线路终端，但所述两个实施例均支持两个及两个以上的光线路终端：每k(k为大于1的整数)个光线路终端互为主备用关系，比如OLT#1、…、和OLT#k为一组，其中之一为主用光线路终端，其余则均为该主用光线路终端的备用光线路终端；当k等于2时，一般设定编号连续的两个光线路终端互为主备用关系，比如OLT#1、和OLT#2为一组，初始设定OLT#1为主用光线路终端、OLT#2为其备用光线路终端，随后的主备用关系依光路故障恢复需要而倒换；当k大于2时，1个主用光线路终端配置有不少于2个的备用光线路终端，这样以设备冗余为代价进一步提高***可靠性；但在实际应用中，给1个主用光线路终端配置1个备用光线路终端，其实就足够用了。

本发明提供的主干光纤保护倒换装置实施例之一的组织结构如图4所示：主干光纤保护倒换装置与光线路终端(OLT#1、OLT#2)相连，而光线路终端(OLT#1、OLT#2)的***网络接口(SNI#1)从该主干光纤保护倒换装置连出。

该主干光纤保护倒换装置由交换器和控制器组成：

所述交换器，级联于光线路终端(OLT#1、OLT#2)的核心网络接口(CNI#1、CNI#2)和光线路终端(OLT#1、OLT#2)的上级设备之间，用于中继转发所述光线路终端与其上级设备之间的通讯数据；光线路终端(OLT#1、OLT#2)的***网络接口(SNI#1)从该交换器上连出，使得不同的光线路终端(OLT#1、OLT#2)可经由同一个***网络接口(SNI#1)与其上级设备通讯，以至在发生光线路终端倒换时不必变化相应的上行网络接口配置；而且，如果有带宽扩展需要，还可从该交换器连出用于扩展带宽的***网络接口(SNI#2)；

所述控制器，分别与光线路终端(OLT#1、OLT#2)，及所述交换器相连；用于初始设定所述光线路终端的主备用关系，并检测主用光线路终端所处光路是否已中断，是则倒换主备用关系；其中，所述检测主用光线路终端所处光路是否已中断的方法有：1)、持续检测该主用光线路终端的误码率；如果该误码率达到预设阈值，则判定该主用光线路终端所处光路已中断；其中，所述误码率为帧误码率，或为位误码率；或者，2)、每隔一个检测间隔，检测该主用光线路终端的光网络单元注册状态，如果连续两次检测发现没有光网络单元注册，则判定该主用光线路终端所处光路已中断；其中，所述检测间隔的优选取值为10ms。

此外，本领域技术人员简单应用专业常识应该能够理解：该控制器本质上为该主干光纤保护倒换装置的中央处理单元，其还能协调管理该装置的各组成模块；比如，控制所述交换器的工作。

本发明提供的主干光纤保护倒换装置实施例之二的组织结构如图5所示，该实施例之二与上述实施例之一的不同之处有：

(1)图4中所示交换器在图5中具体为以太网交换芯片：

以太网交换芯片(LanSwitch，Local area network Switch)是很成熟的技术商品，从市场上可轻易的买到高、中、低各种档次的以太网交换芯片。并且LanSwitch是一个MAC层设备，通过对输入数据的源地址学习等机制，可以实现其所有端口之间的无阻塞互通，也就是实现数据在其各端口之间的交换。

采用现有的以太网交换芯片作为本发明主干光纤保护倒换装置中的交换器，不仅可降低该装置的设计成本；还能通过利用以太网交换芯片各端口间无阻塞互通的特点，减少实施本发明技术方案进行主干光纤保护倒换时，配置光线路终端的上行网络接口的工作量。

(2)图4中所示控制器在图5中具体为由控制模块和检测模块组成：

所述检测模块，分别与所述控制模块，及所述光线路终端相连；用于检测所述主用光线路终端所处光路是否已中断，是则发送中断信息至所述控制模块。

所述控制模块，分别与所述检测模块，及所述光线路终端相连；用于初始设定所述光线路终端的主备用关系，并根据上述中断信息倒换所述光线路终端的主备用关系。

图6所示为本发明提供的主干光纤保护倒换方法的流程图，下面将结合图3所示的应用本发明主干光纤保护倒换装置的EPON***主干光纤保护示意图，对该方法进行详细解释。

首先，如图6所示，在执行该主干光纤保护倒换方法(包含图6所示步骤1和图6所示步骤2)之前，需要执行一个初始化进程，即执行图6所示步骤0，以初始设定图3中所示光线路终端(OLT#1，OLT#2)的主备用关系。如图6所示，该步骤0包括有如下具体操作：

步骤0-1，指定光线路终端之一(OLT#1)为主用光线路终端，光线路终端之二(OLT#2)为该主用光线路终端的备用光线路终端；

步骤0-2，关闭该备用光线路终端(OLT#2)的激光器；

步骤0-3，对主用光线路终端(OLT#1)进行配置，并将配置数据同步到其备用光线路终端(OLT#2)。

执行完上述步骤0之后，图3中所示光网络单元(ONU#1、ONU#2、…、ONU#n)开始注册到主用光线路终端(OLT#1)，由此开始该主用光线路终端(OLT#1)所处光路上的正常通讯，并由此开始执行本发明提供的主干光纤保护方法。如图6所示，该主干光纤保护方法包括有：

步骤1，检测主用光线路终端所处光路是否已中断，是则继续步骤2；

步骤2，倒换光线路终端(OLT#1，OLT#2)的主备用关系；

其中，执行上述步骤1时可能用到的检测方法有：

1)持续检测主用光线路终端的误码率，如果该误码率达到预设阈值，则判定该主用光线路终端所处光路已中断；其中，该误码率可为帧误码率，还可为位误码率；或者，

2)每隔一个时间间隔，检测该主用光线路终端的光网络单元注册状态，如果连续两次检测发现没有光网络单元注册，则判定该主用光线路终端所处光路已中断；其中该时间间隔的优选取值为10ms。

而且，上述步骤2需要执行的具体操作有：

步骤2-1，关闭已中断的主用光线路终端的激光器；

步骤2-2，打开已中断的主用光线路终端的备用光线路终端的激光器，并指定其为新的主用光线路终端；

步骤2-3，对上述新的主用光线路终端进行配置。

执行完上述步骤2之后，也即保护倒换完成之后，图3中所示光网络单元(ONU#1、ONU#2、…、ONU#n)开始注册到该新的主用光线路终端，由此开始该新的主用光线路终端所处光路上的正常通讯。

就本领域公知常识而言，执行完上述步骤2之后，一般还会发送告警信息至相关设备，比如网络管理服务器NMS(Network Manage Server)；并记录该次告警信息于相关历史文件，比如日志文档。

重复上述步骤1及步骤2，在主用光线路终端所处光路中断时及时进行保护倒换，从而有效保护图3中所示EPON***中主干光纤。

应用本发明提供的主干光纤保护倒换装置与方法对EPON***进行保护，有关实验数据显示：在有1个光网络单元ONU注册的情况下，拔掉正在通讯中的主用光线路终端所处光纤，该EPON***可在50ms内完成保护倒换；在有32个光网络单元ONU注册的情况下，拔掉正在通讯中的主用光线路终端所处光纤，该EPON***可在30s内完成保护倒换。由此证明，本发明提供的技术方案是切实可行的。

根据理论公式计算(详细公式请参考Glen Kramer，Ethernet PassiveOptical Networks，The McGraw-Hill Companies Inc)，应用本发明技术方案进行主干光纤保护倒换，所述EPON***的业务中断时间减少至原来的51.6％；此外，通过多个分光器的组合，所述EPON***的业务中断时间可减少至原来的1.73e-5(十万分之一点七三)。

需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换、或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。

Claims (13)

1.一种主干光纤保护倒换装置，其应用于EPON***；该EPON***包括有光线路终端，所述光线路终端的上级设备，光网络单元，及分光器；其中，所述光线路终端之间存在主备用关系，其中主用光线路终端与其相应的备用光线路终端均和同一个分光器相连；

其特征在于：该主干光纤保护倒换装置插接在所述光线路终端和该光线路终端的上级设备之间，包括有交换器和控制器；其中，

所述交换器，分别与所述光线路终端，及该光线路终端的上级设备相连；用于中继转发所述光线路终端与其上级设备之间的通讯数据；

所述控制器，分别与所述光线路终端，及所述交换器相连；用于初始设定所述光线路终端的主备用关系，并检测所述主用光线路终端所处光路是否已中断，是则倒换所述光线路终端的主备用关系。

2.如权利要求1所述的主干光纤保护倒换装置，其特征在于，所述交换器为以太网交换芯片。

3.如权利要求1或2所述的主干光纤保护倒换装置，其特征在于，所述控制器包括有检测模块，及控制模块；

所述检测模块，分别与所述控制模块，及所述光线路终端相连；用于检测所述主用光线路终端所处光路是否已中断，是则发送中断信息至所述控制模块；

所述控制模块，分别与所述检测模块，及所述光线路终端相连；用于初始设定所述光线路终端的主备用关系，并根据上述中断信息倒换所述光线路终端的主备用关系。

4.如权利要求1或2所述的主干光纤保护倒换装置，其特征在于：

检测所述主用光线路终端的误码率，如果该误码率达到预段阈值，则判定该主用光线路终端所处光路已中断；

或者，每隔一个时间间隔，检测所述主用光线路终端的光网络单元注册状态，如果连续两次检测发现没有光网络单元注册，则判定该主用光线路终端所处光路已中断。

5.如权利要求4所述的主干光纤保护倒换装置，其特征在于，所述误码率为帧误码率，或为位误码率。

6.如权利要求4所述的主干光纤保护倒换装置，其特征在于，所述时间间隔等于10ms。

7.一种主干光纤保护倒换方法，其应用于EPON***；该EPON***包括有光线路终端，所述光线路终端的上级设备，光网络单元，及分光器；其中，所述光线路终端之间存在主备用关系，其中主用光线路终端与其相应的备用光线路终端和同一个分光器相连；

其特征在于：该主干光纤保护倒换方法包括有下列步骤：

步骤1，检测所述光线路终端中主用光线路终端所处光路是否已中断，是则继续下述步骤2；

步骤2，倒换所述光线路终端的主备用关系。

8.如权利要求7所述的主干光纤保护倒换方法，其特征在于，所述步骤1具体为：检测所述主用光线路终端的误码率；如果该误码率达到预设阈值，则判定该主用光线路终端所处光路已中断；

或者具体为：每隔一个时间间隔，检测所述主用光线路终端的光网络单元注册状态；如果连续两次检测发现没有光网络单元注册，则判定该主用光线路终端所处光路已中断。

9.如权利要求8所述的主干光纤保护倒换方法，其特征在于，所述误码率为帧误码率，或为位误码率。

10.如权利要求8所述的主干光纤保护倒换方法，其特征在于，所述时间间隔等于10ms。

11.如权利要求7所述的主干光纤保护倒换方法，其特征在于，所述步骤2又包括有下列步骤：

步骤2-1，关闭已中断的主用光线路终端的激光器；

步骤2-2，打开该主用光线路终端的备用光线路终端的激光器，并指定其为新的主用光线路终端；

步骤2-3，对上述新的主用光线路终端进行配置。

12.如权利要求7所述的主干光纤保护倒换方法，其特征在于，在执行该方法之前，初始设定所述光线路终端的主备用关系。

13.如权利要求12所述的主干光纤保护倒换方法，其特征在于，所述初始设定所述光线路终端的主备用关系具体包括有下列步骤：

步骤0-1，指定所述光线路终端中的主用光线路终端及其相应的备用光线路终端；

步骤0-2，关闭该备用光线路终端的激光器；

步骤0-3，对该主用光线路终端进行配置，并将配置数据同步到其备用光线路终端。

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