TWI430594B - 用於乙太網路被動光學網路中之保護切換的方法及系統 - Google Patents

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Description

用於乙太網路被動光學網路中之保護切換的方法及系統
此揭示通常相關於乙太網路被動光學網路的設計。更具體地說，此揭示相關於乙太網路被動光學網路中的保護切換設計。
為跟上漸增的網際網路流量，網路操作員已廣泛地部署光纖及光學傳輸設備，實質增加基幹網路的能力。然而，存取網路能力的對應增加尚未與基幹網路能力的增加匹配。即使使用寬頻方案，諸如數位用戶線(DSL)以及纜線數據機(CM)，由目前存取網路提供的有限帶寬在將高帶寬傳送至終端使用者時仍存在嚴重的瓶頸。
在不同的競爭技術中，乙太網路被動光學網路(EPON)係次世代存取網路的最佳候選者之一。EPON將不昂貴的被動光學網路與普遍存在的乙太網路技術結合，提供具有被動光學網路的成本效益及高容量之乙太網路的簡單性及可調整性。使用光纖的高帶寬，EPON可同步容納寬頻語音、資料、以及視訊流量。難以使用DSL或CM技術提供此種整合服務。再者，EPON更適用於網際網路協定(IP)流量，因為乙太網路訊框可以不同尺寸直接封裝原生IP封包，反之ATM被動光學網路(APON)使用固定尺寸的ATM胞元並因此需要封包片段以及重組。
典型地，EPON係使用在該網路的「第一哩路」中，其提供該服務提供者總局與商業或住宅用戶之間的連接性。該「第一哩路」通常係邏輯上的點對多點網路，其中總局服務許多用戶。例如，EPON可採用樹狀拓撲，其中一幹光纖將該總局耦合至被動光學分光器/組合器。經由許多分支光纖，該被動光學分光器/組合器將下游光學訊號分割及分配至用戶，並組合來自用戶的上游光學訊號(參見圖1)。
EPON內的傳輸係在光路終端機(OLT)及光網路單元(ONU)之間實施。該OLT通常位於該總局中並將該光學存取網路耦合至城域基幹，例如，其可係屬於網際網路服務供應者(ISP)或區域交換電信業者的外部網路。ONU可位於路邊或終端使用者位置之任一者，並可提供寬頻語音、資料、以及視訊服務。ONU耦合至一對N(1xN)被動光學耦合器，其中N係ONU的數量，且該被動光學耦合器在光學鏈路上耦合至該OLT。可能使用許多串接之光學分光器/耦合器以增加ONU的數量。此組態可顯著地節省光纖的數量及硬體量。
EOPN內的通訊包含下游流量及上游流量。在以下描述中，「下游」指從OLT至一或多個ONU的方向，而「上游」指從ONU至該OLT的方向。在下游方向中，因為該1xN被動光學耦合器的廣播本質，資料封包係由該OLT對所有ONU廣播，並由彼等之目的ONU選擇性地擷取。此外，將各ONU指定一或多個邏輯鏈接識別符(LLID)，且由該OLT傳輸的資料封包典型地指定該目的ONU的LLID。在上游方向中，該等ONU必須分享通道容量及資源，因為僅有一鏈結將該被動光學耦合器耦合至該OLT。
運載重要服務，像是視訊及VoIP，之以EPON為基的存取網路之部署要求該網路隨時就緒。在設計上，EPON在該總局及用戶間不具有主動組件。當涉及保持該網路就緒及運行時，此提供電信業者巨大的有利條件。該組態的其他部分仍必須受保護。光纖主幹易受由於斷線或不可接受之訊號衰減之任一者的故障所影響。光成份(像是雷射)隨時間衰減或失效，聽任服務在非期望期間停止。該OLT線路卡及ONU上的電氣組件也易受完全故障所影響。因此，電信業者經常必須規畫冗餘系統。保護切換對冗餘網路係最重要的。缺少自動保護，該服務中斷時間可從數分鐘至數天。
一個實施例提供在一乙太網路被動光學網路(EPON)中實施保護切換的一種系統，該乙太網路被動光學網路包含一光路終端機(OLT)以及至少一光網路單元(ONU)。該系統係以用於在該EPON中的該OLT及/或ONU之至少一冗餘組件組態，其中該冗餘組件可為光學或電氣組件，並可為一埠、線路卡或鏈路。該系統藉由偵測一故障及自動切換至該等冗餘組件以減少服務中斷時間而提供保護。該保護切換包括：在損失一多點控制協定(MPCP)訊息、一操作、管理及維護(OAM)訊息、以及在該實體層上的一訊號之至少一者的期間保存既存組態。然後該系統使用已保存組態組態備用組件，以恢復網路作業。
在此實施例的變化中，組態該OLT包含實施下列作業之至少一者：針對鏈路保護，組態耦合至一光纖之該OLT終端的二收發器；針對埠保護，組態二埠，其中工作埠及保護埠可能位於單一OLT晶片上、或在單一OLT線路卡但不同的OLT晶片上、或在不同的OLT線路卡上；針對埠保護，組態一後備埠及一或多個工作埠，其中該後備埠可保護任何一個該等工作埠；針對線路卡保護，組態一備用線路卡及一或多個工作線路卡，其中該備用線路卡可保護任何一個該等工作線路卡；以及針對上行鏈路埠保護，將上游流量切換至一保護上行鏈路埠。
在此實施例的變化中，組態該ONU包含實施下列作業之至少一者：針對鏈路保護，組態耦合至一光纖之該ONU終端的二收發器；針對埠保護，組態二埠，其中工作及後備埠位於單一ONU上，或在以一開關耦合的不同ONU上；使用耦合至該ONU的一埠以及分別耦合至該工作及後備光纖的其他二埠組態一1對2光學開關。
在其他變化中，該工作及後備埠位於單一ONU上，其中該系統組態成支援將ONU流量複製至該工作及後備埠二者上。
在其他變化中，該工作及後備埠位於單一ONU上，其中該系統另外組態成偵測在該工作埠上的故障並切換至該後備埠，以及監視在該後備埠上的光學訊號，以將後備路徑故障報告至該ONU。
在其他變化中，該系統支援組態該工作及後備埠二者於作業模式，並分享在該工作及後備埠之間的正常流量負載。
在此實施例的變化中，該系統保存既存OLT及ONU組態，並使用共同組態組態該備用組件，以減少保護切換時間。
在此實施例的變化中，該系統提供具有平衡幹線路徑的網路，以避免保護切換中的距離調整。
在此實施例的變化中，由該系統實施的關鍵鏈路組態步驟包含對保護路徑施用距離移位、以及具有優先服務發現的直接登錄。該工作OLT及該後備OLT可依次實施測距，或與在該後備OLT中的傳輸雷射關閉同步地實施測距。
在其他變化中，該系統組態成維持一OLT網際網路協定多播(IPMC)代理伺服器，其組態成當切換發生時，容許下游IPMC流量無任何限制的流動；藉由傳送啟始詢問，發現目前由ONU使用的多播群組，而建立一多播群組資料庫；以及返回至一正常作業模式。
在此實施例的變化中，該系統另外組態成實施按需保護切換，以回應於一保護切換指令。
呈現以下描述以致能任何熟悉本發明之人士製造及使用該等實施例，並將其提供在特定應用及其必要條件的上下文中。該等已揭示實施例的各種修改對熟悉本發明之人士將係顯而易見的，且界定於本文的普遍原理可能施用至其他實施例及應用上而不脫離本揭示之精神及範圍。因此，本發明不限於已顯示的該等實施例，而待給予與本文所揭示之該等原理及特性符合的最廣寬範圍。
在此詳細描述中描述的該作業程序可能儲存在數位電路可讀儲存媒體中，其可能係可儲存供數位電路使用之碼及/或資料的任何裝置或媒體。此包含，但未受限於，特定應用積體電路(ASIC)、場效可規劃閘極陣列(FPGA)、半導體記憶體、磁性及光學儲存裝置，諸如磁碟機、磁帶、以及CD(光碟)及DVD(數位多樣化光碟或數位視訊光碟)。
被動光學網路拓撲
圖1描繪包含經由光纖及被動光學分光器耦合總局及許多用戶的被動光學網路(先前技術)。被動光學分光器102以及光纖將用戶耦合至總局101。被動光學分光器102可位於接近終端使用者的位置，以最小化最初的光纖部署成本。總局101可耦合至外部網路103，諸如由網際網路服務供應者(ISP)操作之都會區域網路。雖然圖1描繪樹狀拓撲，PON也可基於其他拓撲，諸如邏輯環或邏輯匯流排。
使用光學開關的EPON保護
圖2描繪藉由使用二幹光纖204及206以將在總局的OLT 200耦合至2xN被動分光器210而實現的光纖鏈接保護，該被動分光器經由光纖與ONU 212、214、216、以及218耦合。幹光纖204及206之一者的功能如同工作鏈接，且另一者作為後備鏈接。該等幹光纖理想上針對保護目的採用多種地理路徑。當在該工作幹光纖上偵測到鏈接故障時，1x2光學開關202提供至該後備幹光纖的保護切換。此拓撲對該光纖鏈接提供1：1保護。
該等OLT埠上的雷射易受老化或衰減所影響。圖3描繪在OLT 300上具有後備埠306之針對工作埠304的埠保護。當在該工作埠304上偵測到故障時，2x1光學開關302切換至後備埠306上。因為僅有將光學開關302耦合至1xN被動光學分光器310的單光纖鏈接，其與ONU312、314、316、以及318耦合，此拓撲針對該OLT上的雷射及電氣組件提供1：1保護。
藉由組合圖2及圖3所顯示的該保護組態，可實現1：1之OLT埠以及光纖鏈接保護。圖4描繪具有工作埠401、後備埠403、工作幹光纖405、以及後備幹光纖407的組合拓撲。當在該工作埠401上偵測到故障時，2x2光學開關402提供至後備埠403的保護切換。此外，二幹光纖405及407係用於將在總局的2x2光學開關402耦合至2xN被動分光器410，其與ONU 412、414、416、以及418耦合。當在該工作幹光纖405上偵測到鏈接故障時，2x2光學開關402提供至後備幹光纖407的保護切換。此拓撲針對該OLT埠上的雷射及電氣組件提供1：1保護，並對該光纖鏈接提供1：1保護。
圖5描繪藉由耦合OLT線路卡500、502、以及504與NxN光學開關510而實現的1：N線路卡保護方案。此拓撲中的後備OLT線路卡504可保護工作OLT線路卡500及502之任一者。耦合至後備OLT線路卡504的ONU 520位於該總局中並以預設組態組態(亦即，其作為「虛擬」ONU使用)。ONU 520的目的係確保後備OLT線路卡504保持在作業狀態中。可對ONU 520實施週期迴路測試，以檢查後備OLT 504上的組件健康度。
圖5所顯示的該拓撲針對工作線路卡500及502提供埠及線路卡保護二者。在該總局以ONU之間的光纖鏈接未受保護。然而，可藉由以Nx2N光學開關取代NxN光學開關510、以2xN分光器取代1xN被動分光器516及518、並針對在光學開關510及被動光學分光器516與518之間的各光纖鏈接512以及514加入後備光纖主幹，而實現1：N線路卡保護以及1：1光纖鏈接保護二者。此外，如果埠及線路卡故障，後備OLT線路卡504可保護工作OLT線路卡500及502之任一者。此拓撲提供對鏈接、埠、以及線路卡故障的最佳保護。
光學「無開關」EPON保護
以下的EPON保護拓撲不需要使用外部光學開關，但基於所使用之保護拓撲，涉及既存OLT線路卡或ONU硬體的修改。使用此等拓撲的全體每埠保護成本將遠低於基於上述拓撲之光學開關。
圖6描繪光學「無開關」的保護拓撲，具有修改成包含經由多工器616耦合至OLT ASIC 610之二光學收發器620及622的OLT線路卡600。多工器616及至收發器620以及622的電源係由來自OLT ASIC 610的通用輸入/輸出(GPIO)介面612所控制。若工作光纖鏈接624或工作收發器620失效，至後備光纖鏈接626及後備收發器622的轉接可藉由OLT ASIC 610使用GPIO 612產生。假定該整體組態已保持在該OLT ASIC中，此組態提供最快速的保護切換且不需要外部光學開關。
該OLT線路卡架構具有充份的彈性，使得其他「無開關」保護組態係可能的。圖7描繪未使用多工器的1：1埠保護組態。OLT線路卡700包含二OLT ASIC晶片701及702，且各ASIC晶片支援二埠。可將OLT晶片701上的埠711及712組態為工作及後備埠對，並將OLT晶片702上的埠713及714組態為工作及後備埠對。另一可能的組態係將OLT晶片701使用為工作晶片並將OLT晶片702使用為後備晶片，以實現1：1 OLT晶片保護。在此種情形中，埠711及712係藉由OLT線路卡700上的後備埠713及714保護的工作埠。
圖8描繪另一組態，其中使用4x4交叉連接以耦合四收發器801、802、803、以及804。若將該等收發器之一者組態為後備，此成本效益架構實現1：3埠保護。例如，將收發器801、802、以及803組態為藉由後備埠804保護的工作埠。若收發器801、802、及803之任一者故障，可產生至後備埠804的轉接。此外，藉由採用二張相同的OLT線路卡800並將其中一者使用為後備，可實現具有1：1線路卡保護的四工作埠。
圖9A及圖9B描繪具有已修改ONU的光學「無開關」保護拓撲。圖9中的ONU 900包含二ONU ASIC晶片902及904。ONU晶片902係經由1xN被動分光器914與OLT 910耦合，且ONU晶片904係經由1xN被動分光器916與OLT 912耦合。相似地，圖9B中的ONU 950具有經由光學或電氣開關之任一者耦合至OLT 960及OLT 962的二光纖。在二種情形中，該等受保護之ONU經由不同的二地理路徑耦合至不同之二EPON網路。在此種拓撲中，該ONU偵測訊號損失並從該工作路徑切換至後備路徑。此拓撲也可提供1+1保護，其中二路徑運載來自及送至OLT的資料通訊。然而，在保護期間的可使用帶寬將受限制，且僅可將故障路徑上的關鍵服務切換至該工作路徑。
圖10描繪依據本發明實施例之具有雙光學收發器的1：1全光纖路徑及ONU保護拓撲。ONU 1000包含經由多工器1003耦合至ONU ASIC 1004的二光學收發器1001及1002。收發器1001經由1xN被動分光器1014與OLT 1010耦合，且收發器1002經由1xN被動分光器1016與OLT 1012耦合。在一實施例中，具有雙收發器的ONU，諸如圖10所示之ONU 1000，係以經由內部整合電路(I2C)介面耦合至該ONU ASIC的光學訊號偵測電路組態。ONU 1000可執行週期地開啟該等收發器的電源以檢查各路徑的狀態，或保持對二收發器供電以經由該I2C介面監視光學功率位準之任一者。例如，當首次開啟電源時，ONU 1000檢查路徑1020上的訊號並基於該已偵測訊號決定是否登錄OLT 1010。若該訊號為ON，可能嘗試登錄。一旦登錄，ONU 1000隨後檢查另一路徑1022上的訊號狀態。若偵測到ON訊號，ONU 1000切換至由OAM強制之路徑1022上的OLT 1012。然後ONU 1000登錄至OLT 1012並將OLT 1010使用為該後備OLT。至此ONU 1000已登錄在二OLT上並備妥保護切換。每當後備路徑1020上的訊號為OFF時，可將至後備OLT 1010的重登錄排程在次一維護窗中，以確保後備路徑在該訊號修復後已備妥保護切換。警報係由ONU 1000針對該光學訊號之ON及OFF狀態中的任何改變所觸發，以向控制器/主機軟體通知故障。此訊號偵測電路提供偵測及通知該後備路徑上之故障的簡單方式。
如圖11所描繪的，經由上行鏈路1103耦合至上游開關1101之OLT 1110的工作上行鏈路埠1105係由經由上行鏈路1104耦合至上游開關1102之後備上行鏈路埠1106所保護。此組態對上游鏈接1103及OLT上行鏈路埠1105的故障提供1：1保護。所有來自故障埠1105的流量將切換至後備埠1106。若1+1保護較佳且在正常作業期間將埠1105及1106二者組態為工作埠，當彼等之一者故障時，可使用的總帶寬將受限。在一實施例中，僅將故障埠上的關鍵服務切換至該後備埠。
快速保護切換技術
對存取網路邊緣之硬體故障的保護對消費者服務係極其重要的。EPON中之保護切換的目的係以有成本效益之方式實現最快速的可能恢復，以減少服務中斷。EPON保護切換涉及四個主要部分-(a)故障偵測、(b)基於已偵測故障的種類，切換至後備埠、鏈接、及/或線路卡、(c)若有需要，備份OLT組態、以及(d)提出服務。實施此等任務所需之時間係重要因素。在一實施例中，該控制器/主機軟體實施故障偵測任務。該光學開關及/或OLT/ONU可協助偵測各種故障。該等故障至少包含下列場景之一者或彼等之組合：上游光學訊號損失、ONU損失、該PON上的多個鏈接損失、低於特定臨界的網路效能衰減、以及極度的循環冗餘檢查(CRC)、線路編碼、或框檢查順序(FCS)錯誤。
在上述之以光學開關為基的保護拓撲中，控制器/主機控制該光學開關。一旦偵測到故障，該光學埠切換指令係基於該已偵測故障的種類由該控制器發佈。在斷線情形中，當切換至該後備光纖鏈接時，該主機可使用相同的OLT線路卡。若該網路係細心地規畫及佈置的，可在導致較快速服務恢復的此場景中避免該OLT線路卡的重組態。在1：1線路卡故障保護中，該控制器/主機軟體可預組態該後備OLT並節省珍貴的組態時間。在1：N線路卡故障保護中，該後備OLT係由該控制器即時組態。該控制器不依賴從該故障線路卡取回既存組態係重要的，該故障線路卡可能係不可存取的。理想上，該控制器保持提供資訊，以傳送至該後備OLT卡。
可將該後備OLT的提供分割為五個部分：該框架中的所有OLT之間的共同組態、該EPON中的ONU的組態、該受保護EPON作業所需之特定鏈接組態、IP多播(IPMC)群組資料庫、以及其他非關鍵組態。多數的電信業者網路在該框架中的所有OLT之間會具有特定共同組態。特定網路參數、總體IPMC組態、總體橋接組態、分享域等在此分類中。該後備OLT可針對所有此等共同參數預先組態，所以可將保護切換期間的珍貴時間用於組態關鍵的鏈接相關參數。
與ONU鏈接相關的關鍵組態必須在保護切換期間內完成。此涉及專屬域、路徑、目的及服務等級協議(SLA)的致能。典型的ONU可具有三至四個鏈接。通常，此等鏈接的二至三個鏈接與優先橋接模式關聯。此等鏈接之一者正常係分享域的一部分。該分享域可組態為備用OLT中之共同組態的一部分。此等分享域的目的必須在該保護切換期間內組態。針對該等專屬優先域，該域、該目的、以及該等路徑必須在保護切換時組態。
若該架框中的不同OLT之間的目的具有共同路徑，該主機可預先將該後備OLT上的該佇列及路徑預組態為該共同組態的一部分，以節省該保護切換期間的恢復時間。預設的SLA也可使用在該關鍵組態階段中，以首先修復服務，且特定SLA可在該等服務修復後，稍後在該非關鍵組態階段中提供。加密係可在服務啟動後修復之另一非關鍵組態。任何特定組態項目可能在各部署間改變。
OLT備用及ONU殘餘
多點控制協定(MPCP)在EPON中提供自恢復、登錄、帶寬輪詢、以及測距。當首先對EPON供電時，或當新ONU加入該PON時，該ONU將彼等之存在及容量通知該OLT。然後該OLT將獨特的邏輯鏈接ID(LLID)及帶寬指定給ONU，並在該分享光學媒體上協調ONU之間的通訊。此外，操作、管理及維護(OAM)的發現處理提供監視在OLT及ONU之間的鏈接狀態的機制。
在該保護切換處理期間，因為該OLT及ONU已知道在最初MPCP登錄及OAM發現期間所發現之該等參數的多數，只要該殘餘計時器未過期，可跳過該MPCP登錄及OAM發現。因此將ONU殘餘模式致能，以針對快速保護切換保持該等ONU的目前狀態。一旦實施至該後備鏈接的該切換時，在該殘餘模式中的ONU僅須要再取得時脈與資料回復(CDR)及MPCP同步。該OLT須要針對各ONU調整距離值，因為該後備鏈接暗示不同的光纖長度。本發明的一實施例也提供直接服務登錄及IPMC群組保護技術，以確保快速服務恢復，其將於以下各節中描述。該ONU殘餘模式可消除該發現處理並顯著地減少該保護切換時間。
理想上，當該EPON中的ONU切換至該殘餘模式時，彼等保持多數的組態狀態資訊。此可能要求ONU在觀察到雷射損失或鏈接衰減時推遲正常處理，並等待該後備OLT變為有效。該殘餘模式不僅節省再組態所有ONU的時間，也確保直接服務登錄以及多點群組保護。該後備OLT具有與該故障OLT不同的來源MAC位址。正常地，此MAC位址的改變指示包含報告模式及FEC之重複的不同ONU再發現。在一實施例中，該殘餘模式可除能此處理並保持用於該後備OLT的相同設定。已保持的ONU屬性包含先前指定的LLID、已發現的OAM能力，諸如最大訊框長度及支援OAM擴充、以及報告模式及FEC設定。
圖12A描繪依據本發明實施例之1：1 OLT線路卡保護方案。OLT 1200係以分別經由幹光纖1212及1214耦合至被動分光器1216的二線路卡1202及1204所組態。將線路卡1202組態為工作線路卡且將線路卡1204組態為備用線路卡。當對該PON供電時，第一ONU登錄至二線路卡，以決定在該在二幹光纖上的往返時間。僅將後續ONU登錄至工作線路卡1202，然而，針對快速保護切換目的，將該登錄資訊複製至後備線路卡1204。將該後備線路卡稱為維護靜態登錄。因為沒有上游流量經過後備線路卡1204，在習知作業中，由於缺乏適當的MPCP或OAM通訊，該後備線路卡可解登錄所有的ONU。為避免此解登錄，加入新的備用模式。在此備用模式中，後備OLT線路卡保持所有的ONU登錄資訊及LLID，而不解登錄。當線路卡1202或幹光纖1212故障時，OLT 1200切換至具有正確登錄資訊之後備線路卡1204及幹光纖1214以及在殘餘中的ONU，以確保快速保護切換。
圖12B描繪依據本發明實施例的全路徑保護方案。在OLT 1200及ONU 1220之間存在二獨立路徑。例如，ONU 1220可能將經由幹光纖1212及分支光纖1216的第一路徑選擇為工作路徑，並將經由幹光纖1214及分支光纖1218的第二路徑選擇為該後備路徑。相似於圖12A，OLT 1200以二線路卡1202及1204組態，其中後備線路卡1204係在備用模式中並維持ONU 1220的靜態登錄。當幹光纖1212或分支光纖1216斷線時，ONU晶片1222切換至該後備路徑。假定該整體組態係保持在OLT 1200及ONU 1220二者中，且該轉接係由該ONU初始，此組態提供彈性的保護切換。
圖12A及12B中所顯示的二保護方案可應用至該1：N保護情形。唯一的不同係該備用OLT線路卡不保持靜態登錄。當保護切換發生時，該登錄資訊必須從受保護的工作OLT複製至該備用OLT。須注意OLT備用及ONU殘餘並未受限於圖12A及12B所顯示的保護方案。彼等施用至任何其他的網路拓撲。
OLT測距調整
在從ONU至OLT的上游方向中，PON係被動多點對點網路。因為從各ONU至該OLT的距離不同，各ONU的傳播延遲不同。若每個ONU任意傳輸，資料訊框可能在來自不同ONU之光纖聚集的該點碰撞。將傳送資料至上游之ONU同步以避免訊框碰撞的此程序稱為測距。測距應在容許ONU將資料傳送至上游之前實施。
在對該ONU供電後，該OLT初始化該測距程序。該OLT在所有作業ONU暫停彼等之傳輸的期間內藉由配置初始授權槽而開始。然後該OLT將具有其之區域時間時間戳記的發現GATE訊息廣播至所有ONU。一接收到該GATE訊息，未登錄之ONU就將其區域時間設定為該GATE訊息中的時間戳記並以REGISTER_REQ訊息回應該OLT。該REGISTER_REQ訊息包含在該訊息傳送時標記該ONU之區域時間的時間戳記。OLT可基於其傳送之發現GATE訊息中的時間戳記以及其所接收之REGISTER_REQ訊息中的時間戳記，計算該往返傳播延遲。
在圖2及圖4所描繪的1：1光纖鏈接保護方案中，該工作幹光纖及該後備幹光纖典型地針對保護目的採取不同路徑。因此，該工作幹光纖及該後備幹光纖通常具有不同長度，且當從該工作鏈接轉接至該後備鏈接時，ONU可經受不同距離。須注意既存ONU在該保護切換發生後甚至無須測距亦運作良好，因為各ONU距離移位相同的時間量。該OLT可組態為在保護切換期間忽視此種距離調整，並在該保護切換完成後逐步施用該調整。然而，若新的ONU在該距離調整之前加入該PON，此方法可能導致該PON不可作業。
在一實施例中，可藉由將短光纖延長為與長光纖匹配以平衡此等二光纖的長度，使得測距保持不變。否則，可實施再測距或測距調整。因為僅切換該光纖主幹，可用相同量調整調整所有的ONU距離值。此移位可預先計算並在保護切換之前提供。本發明的一實施例計算該後備幹及該工作幹之間的傳播延遲差，並對所有ONU的既存測距施用移位。該距離移位可在對該工作及後備幹二者實施初始測距期間內決定。該移位也可能在故障保護期間內即時決定，或在測試已排程維護窗中的保護切換時事先決定。在任一情形中，測距可對該EPON中的所有ONU實施，或更佳地，針對快速保護切換，對單ONU量測的距離移位可施用至該EPON中的所有其他ONU。
在另一實施例中，測距可同時在工作及後備OLT二者上實施。給定共同的參考時間點，可同步量測二OLT的往返延遲。例如，在圖12A中，線路卡1202係在工作模式中且線路卡1204係在備用模式中。假設高精確性的每秒一脈衝(1PPS)訊號出現在二線路卡上。該同步1PPS訊號係用於在同一時間觸發測距。為使該同步測距方案生效，將該後備OLT上的傳輸雷射關閉，然而該接收器仍保持運作。該測距程序在二OLT上實施，並在二者接收來自未登錄ONU的REGISTER_REQ訊息。
圖12C呈現工作及備用OLT二者上之同步測距的模範時序圖。首先，1PPS訊號在該工作OLT及後備OLT上觸發該測距程序。假設當接收該1PPS時，工作OLT的區域時間係t0w =1000，而後備OLT的區域時間為t0b =1005。該工作OLT在時間t1w =1010時廣播在圖12C中標記為GATE-W的發現GATE訊息。後備OLT也試圖廣播，但該GATE-B訊息未傳輸，因為後備OLT上的傳輸雷射關閉。該GATE-W抵達未登錄ONU，且該ONU設定其區域時間t1o =1010，與該訊息中運載之時間戳記相同。其次，該ONU在其區域時間t2o =1100時以REGISTER_REQ訊息回應，且該訊息在圖12C中標記為REG_REQ。該REG_REQ由工作OLT在其區域時間t2w =1200時接收，並由後備OLT在其區域時間t2b =1300時接收。
工作OLT的往返時間(RTT)可基於已量測之回應時間間隔Tresponse-w 計算。此時間間隔包含三部分：下游傳播延遲Tds_w 、在該ONU接收該GATE-W訊息的時間與當其傳送該REG_REQ訊息之間的等待週期Twait 、以及上游傳播延遲Tus-w 。因此，該往返時間係該已量測回應時間間隔以及該等待時間之間的差：
RTT w =T ds - w +T us - w =2‧T ds - w =2‧T u s - w =T response - w -T wait =(t 2 w -t 1 w )-(t 2 o -t 1 o )=(1200-1010)-(1100-1010)=100。
相似地，該已量測回應時間間隔Tresponse-b 也包含三部分：下游傳播延遲Tds-w (因為該GATE-W訊息係由該工作OLT傳送至該ONU)、在該ONU接收該GATE-W訊息的時間與當其傳送該REG_REQ訊息之間的等待週期Twait 、以及上游傳播延遲Tus_b ，其係該REG_REQ訊息從該ONU行進至該後備OLT所用的時間。因此，該後備OLT的往返時間計算如下：
為決定該工作OLT廣播該GATE-W訊息時在該後備OLT的區域時間t1b ，當1PPS訊息觸發時，將區域時間t0w 及t0b 之間的時間差施用至工作OLT的區域時間t 1 w :t 1 b =t 1 w +(t 0 b -t 0 w )=1010+(1005-1000)=1015。
直接服務發現
崩潰時間的影響隨服務種類而變。理想上，在50ms內完成全部保護切換會將服務損失的察知效果減少至最小等級。大於一秒的崩潰時間可導致網路電話(VoIP)呼叫遺失，從而需要重播。相似地，大於多數視訊播放軟體可快取之最大時間的崩潰時間可能導致視訊服務中斷。不同資料任務也具有可能導致此等任務待重啟的逾時值。
該等鏈接提出的順序因此在服務恢復上係重要的。可首先提出VoIP鏈接，之後為多播視訊及單播視訊，且最後係資料鏈接。本發明之一實施例容許所謂的直接登錄，以消除該廣播發現的隨機後移成份。將已由該故障OLT發現之在該網路上的已知邏輯鏈接列表提供給該後備OLT。針對各邏輯鏈接，該後備OLT重取得該MAC位址、指定LLID、及ONU距離。該列表上的各邏輯鏈接以夠用於MPCP REGISTER_REQUEST訊息之窗接收定址至該單播MAC位址的發現GATE訊息，其以無碰撞機會減少容納多回應所需之額外發現窗尺寸，因為除了其MAC位址包含在該直接發現GATE訊息中的ONU外，該發現訊息將由所有其他ONU忽略。相對於不保證優先序的正常發現程序，直接登錄遵守由控制器/主機軟體針對服務鏈接登錄所提供的優先順序。
IPMC群組保護
高優先視訊廣播在1：1或1：NOLT線路卡保護切換中的恢復需要特殊關注。OLT針對所有下游使用者維護IP多播(IPMC)群組資料庫。該後備OLT在該資料庫取得上不能依賴該故障OLT。該後備OLT可能從通常維護群組使用者資料庫之其上游開關要求該IPMC資訊。另一解決方法係依靠中央伺服器，其不變地監視所有多播群組的加入及離開，並更新總體IPMC資料庫。此資料庫可作為預設群組轉移至備用OLT，以接收該已修復之視訊廣播服務。
該後備OLT正常會阻斷所有IPMC下游流量，直至該IMPC資料庫恢復。為另外減少服務中斷，依據本發明之一實施例，該後備OLT維護IPMC代理伺服器，其在該保護切換開始時容許所有下游IPMC流量無任何限制地流動，以防止服務中斷。在重發現該初始IPMC群組資料後，該OLT IPMC代理伺服器將返回至正常作業，以阻斷除了ONU加入之此等群組外的多播流量。此方案在該EPON中無瑕疵地運作，因為具有狀態殘餘的ONU將具有完整之彼等區域IPMC群組資料庫，且該上游開關通常係有多播意識的，以不將非使用者多播流量轉送至該後備OLT。因此，容許所有多播流量短暫地通過將不改變存在於該EPON上的實際流量。
OLT IPMC代理伺服器也藉由傳送一般查詢至在使用者終端的機上盒(STB)而建立群組資料庫，以發現目前使用的該群組而無須向上游開關或該中央多播伺服器查詢。
圖13呈現描繪根據本發明實施例之OLT快速保護切換的模範程序之流程圖。在作業期間，該系統首先偵測在EPON中的故障(作業1302)。然後該系統基於偵測到的故障類型，實施至該後備光學埠、鏈接、及/或線路卡的切換(作業1304)。其次，若有必要，在保護切換期間，該OLT進入該備用模式且ONU進入殘餘模式(作業1306)。若有必要，該系統以關鍵組態更新該後備OLT(作業1308)。然後，若有必要，該OLT對所有ONU施用距離移位(作業1310)，且若有必要，開始直接登錄，以優先順序修復服務(作業1312)。若有必要，該OLT隨後在重建IPMC群組資料庫的同時容許所有IPMC流量通過，以另外減少服務中斷(作業1314)。
圖14呈現描繪根據本發明實施例之ONU快速保護切換的模範程序之流程圖。在作業期間，該ONU首先偵測訊號遺失(LoS)、或CDR或MPCP同步的遺失(作業1402)。然後該ONU進入殘餘狀態並開始該殘餘計時器(作業1404)。其次，在該故障後，該ONU嘗試再取得光學訊號(作業1406)。然後該ONU決定該殘餘計時器是否逾期(作業1408)。若已逾期，該ONU重設並實施完整的網路發現。在該網路發現期間，該ONU首先鎖定CDR並同步MPCP時鐘(作業1410)。其次，該ONU初始LLID指定(作業1412)。然後該ONU實施MPCP登錄(作業1414)，以及OAM發現(作業1416)。該ONU隨後設定報告模式及EFC(作業1418)，以開始作業。若該殘餘計時器未逾時，該ONU鎖定CDR並同步MPCP時鐘，以恢復服務(作業1420)，從而，針對快速保護切換保留工作屬性。
已僅針對說明及描述之目的於上文呈現不同實施例的描述。不將彼等視為係徹底揭示或將本發明限制在已揭示之形式。因此，許多修改及變化對熟悉本發明之人士將係顯而易見的。此外，不將上述揭示視為限制本發明。
101．．．總局
102、310．．．被動光學分光器
103．．．外部網路
200、300、400、910、912、960、962、1010、1012、1110、1200．．．OLT
202、302、402、510．．．光學開關
204、206、405、407、512、514、515、1212、1214．．．幹光纖
210、410、516、518、914、916、1014、1016、1216．．．被動分光器
212、214、216、218、312、314、316、318、412、414、416、418、520、900、950、1000、1220．．．ONU
304、306、401、403、711、712、713、714．．．埠
500、502、600、700、800．．．OLT線路卡
504．．．後備OLT線路卡
610．．．OLT ASIC
612．．．通用輸入/輸出(GPIO)介面
616、1003．．．多工器
620、622．．．光學收發器
624、626．．．光纖鏈接
701、702．．．OLT ASIC晶片
801、802、803、804、1001、1002．．．收發器
902、904．．．ONU ASIC晶片
1004．．．ONU ASIC
1020、1022．．．路徑
1101、1102．．．上游開關
1103、1104．．．上行鏈路
1105、1106．．．上行鏈路埠
1202、1204．．．線路卡
1216、1218．．．分支光纖
1222．．．ONU晶片
圖1描繪EPON，其中總局及許多用戶係經由光纖及被動光學分光器耦合(先前技術)。
圖2描繪依據本發明實施例之使用光學開關的1：1光纖鏈接保護方案。
圖3描繪依據本發明實施例之使用光學開關的1：1 OLT埠保護方案。
圖4描繪依據本發明實施例之使用光學開關的1：1光纖鏈接及OLT埠保護方案。
圖5描繪依據本發明實施例之使用光學開關的1：N OLT線路卡保護方案。
圖6描繪依據本發明實施例之無光學開關的1：1光纖鏈接保護方案。
圖7描繪依據本發明實施例的無多工器之用於1：1埠及/或OLT晶片保護的OLT組態。
圖8描繪依據本發明實施例之用於1：N埠及/或OLT晶片保護的OLT組態。
圖9A描繪依據本發明實施例的具有二ONU晶片之以乙太網路開關為基的1：1全光纖路徑及ONU埠保護拓撲。
圖9B描繪依據本發明實施例之以開關為基的1：1全光纖路徑及ONU埠保護拓撲。
圖10描繪依據本發明實施例之具有雙光學收發器的1：1全光纖路徑及ONU保護拓撲。
圖11描繪依據本發明實施例之1：1 OLT上行鏈路保護拓撲。
圖12A描繪依據本發明實施例之1：1 OLT線路卡保護方案。
圖12B描繪依據本發明實施例之1：1全光纖路徑保護方案。
圖12C呈現依據本發明實施例的在工作及備用OLT二者之同步測距的模範時序圖。
圖13呈現描繪依據本發明實施例的用於OLT快速保護切換之程序的流程圖。
圖14呈現描繪依據本發明實施例的用於ONU快速保護切換之程序的流程圖。
200．．．OLT
202．．．光學開關
204、206．．．幹光纖
210．．．被動分光器
212、214、216、218．．．ONU

Claims (22)

  1. 一種用於在一乙太網路被動光學網路(EPON)中實施保護切換的方法，該乙太網路被動光學網路包含一光路終端機(OLT)以及至少一光網路單元(ONU)，該方法包含：使用至少一冗餘組件組態該OLT及/或ONU，其中該冗餘組件可為光學或電氣組件，並可為一埠、線路卡或光纖鏈路或光纖路徑，其中該等組態可提供保護；偵測一故障；以及自動切換至該等冗餘組件以減少服務中斷時間，其中該保護切換包含：在損失至少以下一者的期間保存既存組態：一多點控制協定(MPCP)訊息；一操作、管理及維護(OAM)訊息；以及在實體層上的一訊號；以及使用已保存組態來組態備用組件，以恢復網路作業。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中組態該OLT包含實施下列組態之至少一者：針對鏈路保護，組態耦合至一光纖之該OLT終端的二收發器；針對埠保護，組態二埠，其中工作埠及保護埠可能位於單一OLT晶片上、或在單一OLT線路卡但不同的OLT晶片上、或在不同的OLT線路卡上；針對埠保護，組態一後備埠及一或多個工作埠，其中該後備埠可保護任何一個該等工作埠；針對線路卡保護，組態一備用線路卡及一或多個工作線路卡，其中該備用線路卡可保護任何一個該等工作線路卡；以及針對上行鏈路埠保護，將上游流量切換至一受保護上行鏈路埠。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中組態該ONU包含實施下列組態之至少一者：針對鏈路保護，組態耦合至一光纖之該ONU終端的二收發器；針對埠保護，組態二埠，其中工作及後備埠位於單一ONU上，或在以一開關耦合的不同ONU上；以及使用耦合至該ONU的一埠以及分別耦合至工作及後備光纖的其他二埠組態一1對2光學開關。
  4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中該工作及後備埠位於單一ONU上，且其中該方法另外包含將ONU流量複製至該工作及後備埠二者上。
  5. 如申請專利範圍第3項之方法，其中該工作及後備埠位於單一ONU上，且其中該方法另外包含：偵測在該工作埠上的故障且切換至該後備埠；以及監視在該後備埠上的光學訊號，以將後備路徑故障報告至該ONU。
  6. 如申請專利範圍第3項之方法，另外包含組態該工作及後備埠二者於作業模式，並分享在該工作及後備埠之間的正常流量負載。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中保護切換另外包含：維持在各ONU的一殘餘計時器；若該殘餘計時器未過期，進入一ONU的一殘餘模式；在該殘餘模式中自該ONU的故障恢復，而無須實施測距、登錄、發現、或其他初始化；以及進入一後備OLT的一備用模式，以保留所有ONU的一靜態登錄。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法，另外包含準備具有平衡幹線路徑的網路，以避免在保護切換中的距離調整。
  9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中實施關鍵鏈路組態的步驟包含對受保護路徑施用距離移位、以及具有優先服務發現的直接登錄，其中該工作OLT及該後備OLT可依次實施測距，或在該後備OLT中的傳輸雷射關閉下同步地實施測距。
  10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該方法另外包含維持一OLT網際網路協定多播(IPMC)代理伺服器，其組態為：當切換發生時，容許下游IPMC流量無任何限制地流動；藉由傳送啟始詢問來發現目前由用戶使用的多播群組，而建立一多播群組資料庫；以及返回至一正常作業模式。
  11. 如申請專利範圍第1項之方法，另外包含實施按需保護切換，以回應於一保護切換指令。
  12. 一種用於在一乙太網路被動光學網路(EPON)中實施保護切換的系統，該乙太網路被動光學網路包含一光路終端機(OLT)以及至少一光網路單元(ONU)，其中該系統包含：一組態機制，使用至少一冗餘組件組態該OLT及/或ONU，其中該冗餘組件可為光學或電氣組件，並可為一埠、線路卡或鏈路，其中該等組態可提供保護；一故障偵測機制，組態成偵測一故障；以及一切換機制，組態成自動切換至該等冗餘組件以減少服務中斷時間，其中該保護切換包含：在損失至少以下一者的期間保存既存組態：一多點控制協定(MPCP)訊息；一操作、管理及維護(OAM)訊息；以及在實體層上的一訊號；以及一組態機制，使用已保存組態來組態備用組件，以恢復網路作業。
  13. 如申請專利範圍第12項之系統，其中當組態該OLT時，該組態機制係組態成實施下列作業之至少一者：針對鏈路保護，組態耦合至一光纖之該OLT終端的二收發器；針對埠保護，組態二埠，其中工作埠及保護埠可能位於單一OLT晶片上、或在單一OLT線路卡但不同的OLT晶片上、或在不同的OLT線路卡上；針對埠保護，組態一後備埠及一或多個工作埠，其中該後備埠可保護任何一個該等工作埠；針對線路卡保護，組態一備用線路卡及一或多個工作線路卡，其中該備用線路卡可保護任何一個該等工作線路卡；以及針對上行鏈路埠保護，將上游流量切換至一受保護上行鏈路埠。
  14. 如申請專利範圍第12項之系統，其中當組態該ONU時，該組態機制組態成實施下列作業之至少一者：針對鏈路保護，組態耦合至一光纖之該ONU終端的二收發器；針對埠保護，組態二埠，其中工作及後備埠位於單一ONU上，或在以一開關耦合的不同ONU上；以及使用耦合至該ONU的一埠以及耦合至工作及後備光纖的其他二埠組態一1對2光學開關。
  15. 如申請專利範圍第14項之系統，其中該工作及後備埠位於單一ONU上，且其中該系統另外組態成支援將ONU流量複製至該工作及後備埠二者上。
  16. 如申請專利範圍第14項之系統，其中該工作及後備埠位於單一ONU上，且其中該系統另外組態成：偵測在該工作埠上的故障且切換至該後備埠；以及監視在該後備埠上的光學訊號，以將後備路徑故障報告至該ONU。
  17. 如申請專利範圍第14項之系統，其中該組態機制另外組態該工作及後備埠二者於作業模式，並分享在該工作及後備埠之間的正常流量負載。
  18. 如申請專利範圍第12項之系統，其中該保護切換機制另外包含：一計時機制，組態成維持在各ONU的一殘餘計時器；在一ONU的一殘餘模式，組態成待於該殘餘計時器未過期時啟動；在該ONU的一恢復機制，組態成在該殘餘模式中自故障恢復，而無須實施測距、登錄、發現、或其他初始化；以及在一後備OLT的一備用模式，組態成保留所有ONU的一靜態登錄。
  19. 如申請專利範圍第12項之系統，另外包含一準備機制，組態成準備具有平衡幹線路徑的網路，以避免在保護切換中的距離調整。
  20. 如申請專利範圍第12項之系統，其中當實施關鍵鏈路組態時，將該切換機制組態成對受保護路徑施用距離移位、以及具有優先服務發現的直接登錄，其中該工作OLT及該後備OLT可依次實施測距，或在該後備OLT中的傳輸雷射關閉下同步地實施測距。
  21. 如申請專利範圍第12項之系統，其中該系統另外包含一OLT網際網路協定多播(IPMC)代理伺服器，其組態為：當切換發生時，容許下游IPMC流量無任何限制地流動；藉由傳送啟始詢問來發現目前由用戶使用的多播群組，而建立一多播群組資料庫；以及返回至一正常作業模式。
  22. 如申請專利範圍第12項之系統，其中將該切換機制組態成實施按需保護切換，以回應於一保護切換指令。
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