CN102006525B - 光通信控制装置 - Google Patents

Abstract

一种光通信控制装置，包括无源光网络系统中的光网络单元的保护倒换设备。加入者端装置通过光分路器与局端装置连接、与局端装置进行通信，具备通信单元，同与共同的光分路器相连接的多个其他的加入者端装置进行通信，在来自局端装置且通过了光分路器的光信号没有到达时，通过通信单元从多个其他的加入者端装置中的多个加入者端装置接收信号。局端装置具备检测单元，检测是否存在上述光信号不能够到达的一部分加入者端装置，在上述检测单元检测到向上述多个加入者端装置中的一部分加入者端装置发送的光信号不能够到达的情况下，通过该一部分加入者端装置以外的其他的多个加入者端装置，向上述一部分加入者端装置发送上述光信号。

Description

光通信控制装置

技术领域

本发明涉及光通信控制装置，特别涉及无源光网络(PON：PassiveOptical Network)系统中相邻光网络单元(ONU)实现保护倒换的设备。

背景技术

无源光网络系统位于网络和用户之间，由连接网络的光链路终端(OLT：Optical Line Terminal)、无源的光分路器(Splitter)以及光网络单元(ONU：Optical Network Unit)组成，光链路终端、光分路器和光网络单元之间通过光纤进行物理连接，相邻ONU以有线或无线的方式通过用户侧接口进行连接。无源光网络系统具有低费用、高效率的特点，因此成为解决接入网带宽瓶颈问题的一种可能的解决方案。PON系统为用户提供高带宽、长距离传输的高速光纤用户网。PON系统提供用户和核心网络之间的传送网。PON系统具有光纤用户网络的结构，由多个光网络单元连接一个光链路终端组成的树形拓扑结构。

随着接入网宽带业务的增长，人们对宽带网的可靠性和生存性要求也越来越高，由于接入网直接汇聚用户业务到接入网，而且PON网络携带着超大容量信息，通信中断将会带来巨大的经济损失，对社会造成严重影响，因此对PON系统的保护显得非常重要。现有技术中，主要针对OLT和主干光纤的备份保护的方法以及针对其他支干光纤以及ONU故障的实施方案一般多考虑双备份的方式，成本代价大。

为了解决上述问题，美国专利文献US006288806B1(题目为“用户光网络系统及其故障监测方法”)提出了一种方法。具体而言，监测ONU的故障，通知OLT具体哪个ONU发生了故障并通过相邻ONU的链路来恢复该故障ONU的通信。

发明内容

但是，在美国专利文献US006288806B1中所提到的方法，仅实现了相邻ONU的物理链路保护，而没有对故障ONU的系统资源作任何的考虑，从而造成了网络资源的浪费。

因此，当前的PON系统还存在如下问题：

(1)某些业务不能得到自动恢复，除非进行系统重新启动。例如在VoD业务中，当故障发生时，用户正在观看VoD视频，则通过相邻ONU的链路恢复通信后，该VoD业务不能得到自动恢复，因为相邻ONU不能够接收到带有故障ONU逻辑链路标识的下行数据包。因此，如果用户要继续收看该VoD业务，必须重新建立VoD连接，而不是自动恢复VoD连接。

(2)作为保护倒换的相邻ONU不能够充分利用故障ONU的系统资源，如逻辑链路标识、动态带宽分配等。

本发明就是鉴于上述问题而提出的，目的在于提供一种PON系统的保护倒换方法和设备，相邻ONU以有线或无线的方式通过用户侧接口进行连接，并能够在发生故障的时候实现互相保护，通过重新进行逻辑链路标识、带宽等系统资源的分配实现PON系统资源的合理利用，提供有效的PON系统保护倒换，从而能够充分利用PON系统资源。此外，本发明不需要进行冗余链路建设，具有良好的经济性。

本发明提供一种加入者端装置，通过光分路器与局端装置连接，并与上述局端装置进行通信，其特征在于，具备通信单元，该通信单元用于与连接在共同的上述光分路器上的多个其他的加入者端装置进行通信，在来自上述局端装置且通过了上述光分路器向加入者端装置发送的光信号不能够到达的情况下，上述光信号不能够到达的加入者端装置通过上述通信单元，从该加入者端装置以外的多个加入者端装置接收上述光信号。

如上述技术方案所述的加入者端装置，其特征在于，还具有检测单元和控制单元，上述检测单元用于检测加入者端装置的当前链路状态，上述控制单元中存储有保护倒换表，所述保护倒换表中存储有保护倒换加入者端装置标识符，在上述检测单元检测出上述光信号不能够到达即链路故障的情况下，上述控制单元根据上述保护倒换加入者端装置标识符，通过由保护倒换加入者端装置标识符指定的其他的加入者端装置向上述局端装置发送故障信号。

如上述技术方案所述的加入者端装置，其特征在于，上述控制单元中存储有系统资源分配表，所述系统资源分配表中存储有多个链路信息，每个链路信息包括端口标识符和MAC地址，上述加入者端装置还具有端口过滤单元，上述控制单元根据上述系统资源分配表中的端口标识符，利用上述端口过滤单元过滤并接收来自上述局端装置的光信号，然后分别参照与上述端口标识符相对应的MAC地址，将上述过滤后的数据发送至上述MAC地址所对应的加入者端装置。

如上述技术方案所述的加入者端装置，其特征在于，上述系统资源分配表中还存储有分配标识符、动态宽带分配值和总宽带值，其中上述分配标识符与上述动态宽带分配值一一对应。

如上述技术方案所述的加入者端装置，其特征在于，来自局端装置的光信号中包含有上述链路信息和宽带分配信息，所述宽带分配信息包括分配标识符和动态宽带分配值，上述控制单元根据上述链路信息和上述宽带分配信息来更新上述系统资源分配表中的信息。

如上述技术方案所述的加入者端装置，其特征在于，上述通信单元包括主接口和备用接口，在加入者端装置的当前链路正常时，通过上述主接口与其他的加入者端装置进行通信，在加入者端装置的当前链路故障时，通过上述备用接口和上述主接口与其他的加入者端装置进行通信。

如上述技术方案所述的加入者端装置，其特征在于，还具有数据处理单元，该数据处理单元提供光网络中的传输汇聚层的功能。

如上述技术方案所述的加入者端装置，其特征在于，还具有光分配网接口，该光分配网接口提供在光分配网中进行数据传输时的数据转化功能。

本发明一种局端装置，通过共同的光分路器与多个加入者端装置连接，并与上述多个加入者端装置进行通信，其特征在于，具备检测单元，该检测单元检测是否存在上述光信号不能够到达的一部分加入者端装置，在上述检测单元检测到向上述多个加入者端装置中的一部分加入者端装置发送的光信号不能够到达的情况下，通过该一部分加入者端装置以外的其他的多个加入者端装置，向上述一部分加入者端装置发送上述光信号。

如上述技术方案所述的局端装置，其特征在于，还具备控制单元，该控制单元中存储有保护倒换表，所述保护倒换表中存储有上述多个加入者端装置的加入者端装置标识符以及与各加入者端装置标识符相对应的多个保护倒换加入者端装置标识符，在上述检测单元检测出上述光信号不能够到达即链路故障的情况下，上述控制单元参照上述保护倒换表的保护倒换加入者端装置标识符，选择与发生链路故障的加入者端装置相对应的多个保护倒换加入者端装置，并通过所选择的多个保护倒换加入者端装置向上述发生链路故障的加入者端装置发送上述光信号。

如上述技术方案所述的局端装置，其特征在于，该控制单元中还存储有系统资源分配表，所述系统资源分配表中存储有多个加入者端装置标识符，以及分别与各加入者端装置标识符对应的端口标识符、分配标识符、MAC地址、动态宽带分配值和总宽带值，其中上述分配标识符与多个动态宽带分配值一一对应，上述控制单元根据系统资源分配表中的端口识别符和动态宽带分配值，将发生链路故障的加入者端装置的链路以及带宽分配给上述多个保护倒换加入者端装置。

如上述技术方案所述的局端装置，其特征在于，在将发生链路故障的加入者端装置的链路以及带宽分配给上述多个保护倒换加入者端装置后，上述控制单元更新系统资源分配表中的与上述多个保护倒换加入者端装置有关的信息，上述控制单元向上述多个保护倒换加入者端装置发送上述光信号，所述光信号中包含上述发生链路故障的加入者端装置所请求的数据、链路信息和带宽分配信息，所述链路信息包括端口标识符和MAC地址，所述宽带分配信息包括分配标识符和动态宽带分配值。

如上述技术方案所述的局端装置，其特征在于，还具有业务接口，该业务接口提供光网络区域中的业务接口和传输汇聚层帧接口的转换。

如上述技术方案所述的局端装置，其特征在于，还具有数据处理单元，该数据处理单元提供光网络中的传输汇聚层的功能。

如上述技术方案所述的局端装置，其特征在于，还具有光分配网接口，该光分配网接口提供在光分配网中进行数据传输时的数据转化功能。

本发明提供一种无源光网络系统，包括多个加入者端装置、光分路器和局端装置，上述多个加入者端装置通过上述光分路器与上述局端装置连接，并与上述局端装置进行通信，其特征在于，上述多个加入者端装置是如技术方案1～8中所述的加入者端装置，上述局端装置是如技术方案9～15中所述的局端装置。

根据上述技术方案，在ONU和OLT之间发生链路故障时，相邻ONU以有线或无线的方式利用用户侧接口进行连接从而实现互相保护，并通过重新进行逻辑链路标识、带宽等系统资源的分配来实现PON系统资源的合理利用，由此提供有效的PON系统保护倒换，并能够充分利用PON系统资源。此外，本发明不需要进行冗余链路建设，具有良好的经济性。

附图说明

图1是GPON系统中相邻ONU进行保护倒换的结构图。

图2是GPON系统中相邻ONU进行保护倒换的功能模块图。

图3是OLT内的控制模块的内部结构图。

图4是ONU内的控制模块的内部结构图。

图5是1∶1保护倒换情况下ONU保护倒换表的一个实例。

图6是1∶1保护倒换情况下PON系统资源分配表的一个实例。

图7是1∶1保护倒换情况下ONU内的保护倒换表的一个实例。

图8是1∶1保护倒换情况下ONU内的PON系统资源分配表的一个实例。

图9是1∶1保护倒换情况下ONU内的PON系统资源分配表的一个实例。

图10是1∶N保护倒换时的系统结构图。

图11是1∶N保护倒换情况下ONU保护倒换表的一个实例。

图12是1∶N保护倒换情况下PON系统资源分配表的一个实例。

图13是1∶N保护倒换情况下ONU内的保护倒换表的一个实例。

图14是1∶N保护倒换情况下ONU内的PON系统资源分配表的一个实例。

图15是本发明中相邻ONU实现保护倒换的流程图。

图16是1∶1保护倒换情况下的故障ONU的系统资源分配流程图。

图17是1∶N保护倒换情况下的故障ONU的系统资源分配流程图。

图18是实现相邻ONU保护倒换的消息和数据传递流程的一个实例。

图19是GPON系统传输汇聚层下行数据帧结构和上行带宽分配图。

图20是分配Alloc-ID的消息结构图。

图21是分配Port-ID的消息结构图。

具体实施方式

下面，结合附图和表格描述本发明的优选实施例。在附图中，相同或相似的部件即使显示在不同的图中，也用相同的附图标记来表示。本发明可以具体体现为很多种不同的形式，不仅仅局限于本说明书中所列举出的实施方式。在不脱离本发明的宗旨的范围内可以对本发明进行适当的变更。

本发明描述了无源光网络系统(PON)中相邻光网络单元(ONU)实现保护倒换的方法和设备，并通过重新进行逻辑链路标识、带宽等系统资源的分配来实现PON系统资源的合理利用，提供有效的PON系统保护倒换。

吉比特无源光网络系统(以下简称GPON系统)是人们熟知的PON系统之一。在GPON系统中，逻辑链路被称作端口(Port)，相应地，逻辑链路标识符被称作端口号(也称为端口标识符，以下简称Port-ID)。在本发明的描述中，将GPON系统作为PON系统的一个具体实例进行描述。

图1是本发明的GPON系统100中相邻ONU进行保护倒换的结构图。GPON系统100包括光链路终端(相当于本发明中的局端装置，以下简称为OLT)101，无源的光分路器102(相当于本发明中的光分路器)以及多个光网络单元(相当于本发明中的加入者端装置，以下简称ONU)103。OLT 101和ONU 103通过光纤104物理连接。

如图1所示，ONU 103的客户端通过有线或无线的方式进行连接，以实现相邻ONU 103之间的互相保护。即，ONU 1103-1用于保护ONU 2103-2，同时ONU 2 103-2用于保护ONU 1 103-1。其他的ONU 103之间也采用同样的方式实现互相保护。

图2是本发明的GPON系统100中相邻ONU进行保护倒换的功能模块图。其中，OLT 101包括业务接口201，Port-ID分配模块202，数据处理模块203，光分配网(ODN：Optical Division Network)接口204，故障检测模块205以及控制模块206。其中，上述故障检测模块306相当于本发明的局端装置中的检测单元，上述控制模块307相当于本发明的局端装置中的控制单元。

业务接口201提供PON区域的业务接口和传输汇聚层(TC：Transmission Convergence)帧接口的转换。Port-ID分配模块202在上述控制模块206的控制下，根据通过的数据的目的ONU 103进行Port-ID分配以区分不同的数据流。数据处理模块203提供TC层的功能，包括成帧，媒体接入控制，运行、管理、维护(OAM：Operation，Administration andMaintenance)，动态带宽分配(DBA：Dynamic Bandwidth Assignment)，协议数据单元的定界，ONU的管理以及交叉层功能等等。ODN接口功能204提供数据转化功能以适用于ODN中的数据传输。故障检测模块205通过监听OLT101和ONU 103的状态信息分析当前PON系统100的状态，检测是否存在链路故障。本发明中的链路故障可以是指来自上述OLT101的光信号不能够到达ONU 103的状态，也可以是指虽然来自上述OLT101的光信号能够到达ONU 103，但速度异常缓慢的状态。控制模块206通过接收来自Port-ID分配模块202，数据处理模块203以及故障检测模块205的消息实现PON系统100的正常运行以及系统资源的分配。关于控制模块206的内部结构，将在后面结合图3进行说明。

ONU 103的功能模块与OLT 101的功能模块类似，包括ODN接口301，Port-ID过滤器302，数据处理模块303，主接口304，备用接口305，故障检测模块306和控制模块307。上述Port-ID过滤器302相当于本发明中的加入者端装置中的端口过滤单元，上述主接口304和备用接口305相当于本发明的加入者端装置中的通信单元，上述故障检测模块306相当于本发明的加入者端装置中的检测单元，上述控制模块307相当于本发明的加入者端装置中的控制单元。

ODN接口301与ODN接口功能204中定义的功能相同。Port-ID过滤器302通过过滤下行数据的Port-ID对下行数据进行接收。由于ONU 103仅仅处理一个PON接口(或者为了保护，最多2个PON接口)，数据处理模块303相比OLT 101的数据处理模块203，具有相对简单的结构。主接口304用于正常通信过程中ONU 103与客户端之间的连接，备用接口305用于某个ONU 103的通信链路发生故障时通过相邻的ONU 103的物理链路实现通信恢复的连接。故障检测模块306通过监听ONU 103的状态信息分析当前链路的状态。控制模块307通过接收来自Port-ID过滤器302，数据处理模块303以及故障检测模块306的消息实现对ONU 103的控制，同时控制模块307还对主接口304和备用接口305进行控制。当ONU 103进行正常通信时，客户端的数据传输仅通过主接口304实现；当ONU 103的通信链路发生故障时，客户端的数据传输通过主接口304和备用接口305共同实现。关于控制模块307的内部结构，将在后面结合图4进行说明。

图3是OLT 101内的控制模块206的内部结构图。控制模块206包括故障检测控制器207，Port-ID分配控制器208，DBA(Dynamic BandwidthAllocation动态带宽分配)控制器209和控制中心210。

故障检测控制器207接收来自故障检测模块205的消息，并选择相邻ONU 103作为保护链路。Port-ID分配控制器208根据传送数据的目的ONU103进行Port-ID值分配。DBA控制器209对PON系统100的带宽资源进行分配控制。控制中心210为整个控制模块206的核心，其中包括ONU保护倒换表211和PON系统资源分配表212。故障检测控制器207，Port-ID分配控制器208和DBA控制器209分别通过查询ONU保护倒换表211和PON系统资源分配表212来实现PON链路的保护倒换和PON系统资源的分配。控制中心210通过来自故障检测控制器207，Port-ID分配控制器208和DBA控制器209的消息对ONU保护倒换表211和PON系统资源分配表212进行更新。

图4是ONU 103内的控制模块307的内部结构图。控制模块307包括故障检测控制器308，Port-ID过滤器控制器309，数据复用/解复用控制器310，主接口控制器311，备用接口控制器312和控制中心313。

故障检测控制器308接收来自故障检测模块306的消息，并控制故障检测模块306的工作状态。Port-ID过滤器控制器309通过给Port-ID过滤器302设置不同的门限值实现对Port-ID过滤器302的控制。数据复用/解复用控制器310通过时分复用/时分多址接入的方式实现对数据的复用/解复用控制。主接口控制器311实现对主接口304的管理和控制，并控制开启和关闭主接口304和备用接口305之间的数据传输功能。备用接口控制器312实现对备用接口305的管理和控制，控制开启和关闭备用接口305。控制中心313为整个控制模块307的核心，其中包括ONU 103的保护倒换表314和PON系统资源分配表315。故障检测控制器308，Port-ID过滤器控制器309，数据复用/解复用控制器310，主接口控制器311和备用接口控制器312通过查询ONU 103的保护倒换表314和PON系统资源分配表315来实现ONU 103的链路保护倒换和PON系统资源的分配。控制中心313通过来自OLT 101的控制模块206的控制中心210的消息对ONU 103的保护倒换表314和PON系统资源分配表315进行更新。

图5是1∶1保护倒换(即，一个ONU 103-1只有一个备份的ONU 103-n)情况下ONU保护倒换表211的一个实例。ONU保护倒换表211包括ONUID (ONU Identifier：光网络单元标识符)213和保护ONU ID 214。ONU ID213用于标识当前的ONU 103，即需要被保护的ONU 103。保护ONU ID 214用于标识作为保护倒换用的ONU 103。如图5所示，ONU 1 103-1和ONU2 103-2为互相保护倒换的相邻ONU。同样地，ONU 3 103-3和ONU 4 103-4为互相保护倒换的相邻ONU。

图6是1∶1保护倒换情况下PON系统资源分配表212的一个实例，假定ONU 1 103-1发生链路故障，ONU 2 103-2作为保护倒换ONU。PON系统资源分配表212包括ONU ID 213，Port-ID 215，Alloc-ID(AllocationIDentifier：分配标识符)216，U/D MAC(Upstream/Downstream MAC：上/下行MAC地址)217，DBA 218和总带宽219。其中，Port-ID 215和U/DMAC 217相当于本发明中的链路信息，Alloc-ID216和DBA 218相当于本发明中的宽带分配信息，如图6及图12所示，Port-ID 215和U/D MAC 217一一对应，Alloc-ID216和DBA 218也一一对应。

ONU ID 213用于标识当前的ONU 103，即需要被保护的ONU 103。Port-ID 215是用于标识OLT 101和ONU 103之间的逻辑链路的唯一标识符。Alloc-ID 216是用于上行带宽分配的标识。U/D MAC 217表示上下行数据的MAC地址。DBA 218表示PON系统上行的带宽分配。总带宽表示ONU 103的上行总带宽值。

当ONU 1 103-1发生故障时，ONU 2 103-2作为保护倒换的ONU。因此，如图6所示，Port-ID 215-1和Alloc-ID 216-1被分配给ONU 2103-2用于传输ONU 1 103-1的数据。同时，DBA 218-1被分配给ONU 2 103-2，则ONU 2 103-2的总带宽为DBA 218-1W1加上DBA 218-2W2。

图7是1∶1保护倒换情况下ONU 103内的保护倒换表314的一个实例314-1。保护倒换表314是ONU保护倒换表211的一部分，只包括用于保护倒换的ONU ID 214。

图8是1∶1保护倒换情况下ONU 103内的PON系统资源分配表315的一个实例315-1。PON系统资源分配表315是PON系统资源分配表212的一部分，只包含与ONU 1 103-1有关的内容。

图9是1∶1保护倒换情况下ONU 103内的PON系统资源分配表315的一个实例315-2。PON系统资源分配表315是PON系统资源分配表212的一部分，只包含与ONU 2 103-2有关的内容。

以上所描述的是1∶1保护倒换情况下的ONU保护倒换情况以及PON系统资源分配情况。接下来的图10～图14对1∶N(一个ONU发生故障时，相邻的n个ONU对其进行保护)保护倒换情况下的ONU保护倒换情况以及PON系统资源分配情况进行描述。

当一个ONU不能给发生故障的ONU1提供足够的保护倒换时，1∶N的保护倒换模式将被采用，即多个ONU被用来同时保护发生故障的一个ONU。在这种情况下，OLT会分配另外的备用Port-ID以区分故障ONU的数据流。

图10是1∶N(N≥2)保护倒换时的系统结构图。假定ONU 1 103-1发生故障，则ONU 2 103-2和ONU 3 103-3被用来对ONU 1 103-1进行保护倒换。

图11是1∶N保护倒换情况下ONU保护倒换表211的一个实例。图11区别于图5的地方在于对应于一个ONU ID 214有大于一个的保护ONU ID215。如图11所示，ONU 2 103-2和ONU 3 103-3被用来对ONU 1 103-1进行保护倒换。

图12是1∶N保护倒换情况下PON系统资源分配表212的一个实例，假定ONU 1 103-1发生故障，则ONU 2 103-2和ONU 3 103-3被用来对ONU1 103-1进行保护倒换。区别于图6的地方在于每个被保护的ONU都被分配了一个备用的Port-ID 215和Alloc-ID 216，同时DBA 218被分成两部分W11和W12。总带宽W1为W11加上W12。

如图12所示，Port-ID 1和Port-ID 256可以被ONU 2 103-2和ONU 3103-3分别用来传输ONU 1 103-1的数据，同时，ONU 2 103-2和ONU 3 103-3分别获得ONU 1 103-1的上行DBA W11和W12。所以，ONU 2 103-2和ONU 3 103-3的总带宽分别为W2加上W11和W3加上W12。

举例说明，若W11＝80％*W1，W12＝20％*W1，则ONU 2 103-2将会得到80％的ONU 1 103-1的带宽资源，ONU 3 103-3将会得到20％的ONU 1103-1的带宽资源。

图13是1∶N保护倒换情况下ONU 103内的保护倒换表314的一个实例314-1。图13区别于图7的地方在于对应于一个故障ONU有两个或者两个以上的保护ONU。

图14是1∶N保护倒换情况下ONU 103内的PON系统资源分配表315的一个实例315-3。图14区别于图9的地方在于ONU 3 103-3被分配了ONU1 103-1的备用Port-ID 215、Alloc-ID 216以及带宽W12。

图15是本发明中相邻ONU实现保护倒换的流程图。图15以ONU 1103-1发生故障为例，对相邻ONU实现保护倒换进行描述。在步骤401和402中，OLT 101的控制模块211和ONU 103的控制模块307分别得到初始化。即，使得上述各表中的信息都保持最新的状态，并且使得ONU保护倒换表211和314中的信息一致、PON系统资源分配表212和315中的新信息也一致。初始化过程结束后，ONU保护倒换表211和PON系统资源分配表212的ONU ID 213、保护ONU ID 214、Port-ID 215、Alloc-ID(Allocation Identifier-分配标识)216、U/D MAC地址217、DBA 218和总带宽219得到更新。相应地，ONU保护倒换表314和PON系统资源分配表315也得到更新。

初始化过后，在步骤404中，ONU 1 103-1的故障检测模块306-1查询ONU 1 103-1是否发生故障，如果上述故障检测模块306-1检测到ONU 1103-1链路发生故障，则在步骤405中，上述控制模块307根据上述ONU 1103-1的保护倒换表314中的保护ONU ID 214，通过由保护ONU ID 214所指定的相邻的ONU，将上述ONU 1 103-1的故障信息传送给OLT 101。在步骤406中，OLT 101判断是否收到该故障消息，如果OLT 101确认收到ONU 1 103-1的故障消息，则对ONU 1 103-1的相邻ONU链路进行查看，以判断能否给故障ONU 1 103-1提供保护倒换。反之，如果在步骤404中ONU 1 103-1的故障检测模块306-1没有检测到故障发生，则ONU 1 103-1的故障检测模块306-1会对ONU 1 103-1的状态进行监测并作时时通报。在步骤406中，如果ONU 1 103-1发出了故障消息而OLT 101没有收到ONU1 103-1发出的故障消息，则ONU 1 103-1会重新发送该故障消息，直到OLT 101做出反馈为止。

在步骤407中，OLT 101的控制模块206参照上述ONU保护倒换表211中的保护ONU ID 214而选择ONU 1 103-1的保护倒换用的相邻ONU 2103-2，并判断ONU 1 103-1的保护倒换用的相邻ONU 2 103-2是否能够给ONU 1 103-1提供足够的资源进行保护倒换。判断是否能够提供足够的资源有多个方式，例如，在ONU之间的为无线连接的情况下，假设该无线连接的带宽为20M，而故障链路所需的带宽是30M，在该情况下，相邻ONU 2103-2就不能够给ONU 1 103-1提供足够的资源。

如果ONU 2 103-2能够给ONU 1 103-1提供足够的资源进行保护倒换，则前进至步骤410。在步骤410中，OLT 101的控制模块206将ONU 2 103-2被设置为保护倒换链路，然后，在步骤411中，该控制模块206根据上述OLT 101的PON系统资源分配表212中的信息，将ONU 1 103-1的系统资源被分配给ONU 2 103-2，所述系统资源包括ONU 1 103-1的链路资源以及带宽。关于步骤411的详细内容将参照附图16来进行说明。

在步骤407中，如果ONU 2 103-2不能够给ONU 1 103-1提供足够的资源进行保护倒换，则OLT 101的控制模块206根据上述保护倒换表211中的多个保护ONU ID 215，选择多个相邻的ONU 103对ONU 1 103-1进行保护倒换，假设选择了ONU 2 103-2和ONU 3 103-3。然后在步骤412中，在所确定的保护倒换ONU与上述保护倒换表211中的保护ONU ID 215相比发生了变化的情况下，OLT 101的控制模块211更新保护倒换表211中的保护倒换信息，然后前进至步骤414。在步骤414中，ONU 2 103-2和ONU 3 103-3被设置为保护倒换链路，然后，在步骤415中，ONU 1 103-1的系统资源被分配给ONU 2 103-2和ONU 3 103-3。关于步骤415的详细内容将参照附图17详细说明。

在步骤416中，上述备用接口控制器312对ONU 1 103-1的备用接口305-1进行更新。在步骤417中，上述主接口控制器311对ONU 1 103-1的主接口304-1进行更新。然后在步骤418中，ONU 1 103-1的全部通信通过保护链路完全恢复。在步骤419中，对发生故障的ONU 1 103-1进行保护倒换的整个过程结束。

图16描述了1∶1保护倒换情况下的故障ONU的系统资源分配的流程图。

如图16所示，ONU 2 103-2被设置为保护倒换链路后，在步骤502中，上述控制模块206将ONU 1 103-1的Port-ID 1分配给ONU 2 103-2。在步骤503中，ONU 2 103-2检测是否收到Port-ID 1的分配消息，如果ONU 2103-2收到Port-ID 1的分配消息，则在步骤504中，ONU 2 103-2的Port-ID过滤器302-2得到更新。在步骤505中，上述控制模块206将ONU 1 103-1的上行带宽W1被分配给ONU 2 103-2，使得ONU 2 103-2的上行总带宽为W1加上W2，并且上述控制模块206发出光信号，所述光信号包括上述发生链路故障的ONU 1 103-1所请求的数据、保护倒换信息、链路信息以及带宽分配信息。各ONU的控制模块307接收该信号，利用上述保护倒换信息、上述链路信息以及上述带宽分配信息，对各ONU内的保护倒换表314和PON系统资源分配表315进行更新。然后在步骤506中，ONU 2 103-2的数据处理模块得到更新。在步骤507中，ONU 2 103-2的备用接口305-2得到更新。最后在步骤508中，1∶1保护倒换情况下的故障ONU 1 103-1的系统资源分配结束，ONU 1 103-1的系统资源被ONU 2 103-2使用。此外，如果在步骤503中ONU 2 103-2没有收到Port-ID 1的分配消息，则重新回到步骤502。

图17描述了1∶N保护倒换情况下的故障ONU的系统资源分配的流程图。

如图17所示，在ONU 2 103-2和ONU 3 103-3被设置为保护倒换链路后，在步骤602中，上述控制模块206将ONU 1 103-1的Port-ID 1分配给ONU 2 103-2，将ONU 1 103-1的Port-ID 256分配给ONU 3 103-3。在步骤603中，ONU 2 103-2和ONU 3 103-3检测是否收到Port-ID 1和Port-ID 256的分配消息，如果ONU 2 103-2收到Port-ID 1的分配消息，同时ONU 3103-3收到Port-ID 256的分配消息，则在步骤604中，ONU 2 103-2的Port-ID过滤器302-2和ONU 3 103-3的Port-ID过滤器302-3得到更新。在步骤605中，上述控制模块206将ONU 1 103-1的上行带宽W1分配给ONU 2 103-2和ONU 3 103-3，使得ONU 2 103-2的上行总带宽为W11加上W2，ONU 3103-3的上行总带宽为W12加上W3。然后在步骤606中，ONU 2 103-2和ONU 3 103-3的数据处理模块得到更新。在步骤607中，ONU 2 103-2的备用接口305-2和ONU 3 103-3的备用接口305-3得到更新。最后在步骤608中，1∶N保护倒换情况下的故障ONU 1 103-1的系统资源分配结束，ONU 1103-1的系统资源被ONU 2 103-2和ONU 3 103-3使用。此外，如果在步骤603中ONU 2 103-2和ONU 3 103-3没有收到Port-ID 1和Port-ID 256的分配消息，则重新回到步骤602。

图18是本发明实现相邻ONU保护倒换的消息和数据传递流程的一个实例。假定ONU 1 103-1发生链路故障，ONU 2 103-2作为保护倒换ONU。首先是OLT 101的控制模块211和ONU 103的控制模块307分别得到初始化，即，使得上述各表中的信息都保持最新的状态，并且使得ONU保护倒换表211和314中的信息一致、PON系统资源分配表212和315中的新信息也一致。

ONU 1 103-1的故障检测模块306-1监测ONU 1 103-1的状态信息，当ONU 1 103-1发生链路故障时，故障检测模块306-1根据上述ONU 1 103-1的保护倒换表314中的保护ONU ID 214，通过由保护ONU ID 214所指定的相邻的ONU，将上述ONU 1 103-1的故障信息传送给OLT 101的故障检测控制器，然后OLT 101根据上述保护倒换表211中的多个保护ONU ID215来选择保护链路。如果ONU 2 103-2能够给ONU 1 103-1提供足够的资源进行保护倒换，则将ONU 2 103-2设置为ONU 1 103-1的保护倒换链路。然后，OLT 101的控制模块206对ONU 1 103-1的系统资源进行分配。具体地讲，ONU 1 103-1的Port-ID 1被分配给ONU 2 103-2，对ONU 2 103-2的Port-ID过滤器302-2进行相应地更新；同时，ONU 1 103-1的上行带宽W1被分配给ONU 2 103-2，对ONU 2 103-2的数据处理模块303-2进行相应地更新。然后，更新ONU 2 103-2的备用接口305-2，更新ONU 1 103-1的主/备用接口304-1/305-1。最后，ONU 1 103-1的全部通信通过ONU 2103-2的保护链路完全恢复。

如图18所示，ONU 1 103-1的通信通过ONU 2 103-2的保护链路恢复后，ONU 1 103-1的上行数据_1通过ONU 1 103-1的主接口304-1发送到备用接口305-1，然后通过ONU 2 103-2的备用接口305-2传送到ONU 2103-2。ONU 1 103-1的上行数据_1和ONU 2 103-2的上行数据_2在ONU 2103-2的数据处理模块303-2中被复用，并在PON系统内传输。

对于ONU 1 103-1的下行数据，当下行数据_全部到达ONU 2 103-2时，ONU 2103-2的Port-ID过滤器302-2通过过滤Port-ID值为1和2的数据接收属于ONU 1 103-1和ONU 2 103-2的下行数据，并参照上述PON系统资源分配表315中的与上述Port-ID值对应的U/D MAC 217，将ONU 1 103-1的下行数据_1通过备用接口305-2和305-1传送到上述U/D MAC 217所对应的ONU 1 103-1。

图19是GPON系统传输汇聚层(GTC：GPON Transmission Convergence)下行数据帧结构和上行带宽分配图。ITU-T G.984.3规定了GTC下行数据帧结构和上行带宽分配。GTC下行数据帧是125us的定长帧格式，由下行物理控制块(PCBd)701和有效负载702组成。PCBd 701包括：4字节的物理层同步域(PSync)703，用于确定下行数据帧的起始位置；4字节的Ident域704，用于标识大的数据帧结构；13字节的下行PLOAMd(物理层的运行管理维护)705；1字节的比特间插奇偶校验(BIP)706，4字节的下行有效负载长度707和708；以及N*8字节的上行带宽分配图。

其中，PLOAMd 705包括：1字节的ONU ID 710，用于区分ONU；1字节的消息ID 711，用于区分不同消息类型；10字节的数据域712，用于GTC消息的负载；以及1字节的循环冗余校验(CRC)713，用于帧校验。

对于上行带宽分配图709部分，N由具体接入的ONU数量决定，每个接入714的带宽分配包括8字节。其中包括12比特Alloc-ID 715，12比特标记(Flags)，2字节起始时间戳717，2字节结束时间戳718以及1字节CRC713。

图20是分配Alloc-ID的消息结构图。该消息属于PLOAMd705，消息的长度为13字节。该消息包括ONU ID、消息ID 711、数据域712和CRC713。其中，消息ID 711为00001010，10字节的数据域712包括12比特的Alloc-ID、4比特全0、8比特的Alloc-ID类型域720和7个字节的保留域。

图21是分配Port-ID的消息结构图。该消息同样属于PLOAMd705，消息的长度为13字节。该消息包括ONU ID、消息ID 711、数据域712和CRC713。其中，消息ID 711为00001110，10字节的数据域712包括7比特全0、12比特Port-ID 721、4比特全0和7个字节的保留域。

根据本发明的PON系统中相邻ONU实现保护倒换的方法和设备，在发生故障时，相邻ONU通过有线或无线的方式在用户侧接口进行连接并能够实现互相保护，还能够通过重新进行逻辑链路标识、带宽等系统资源的分配实现PON系统资源的合理利用，提供有效的PON系统保护倒换，并能够充分利用PON系统资源。此外，本发明不需要进行冗余链路建设，具有良好的经济性。

Claims (11)

1.一种加入者端装置，通过光分路器与局端装置连接，并与上述局端装置进行通信，其特征在于，

具备通信单元，该通信单元用于与连接在共同的上述光分路器上的多个其他的加入者端装置进行通信，

在来自上述局端装置且通过了上述光分路器向加入者端装置发送的光信号不能够到达的情况下，上述光信号不能够到达的加入者端装置通过上述通信单元，从该加入者端装置以外的多个加入者端装置接收上述光信号，

还具有检测单元和控制单元，

上述检测单元用于检测加入者端装置的当前链路状态，

上述控制单元中存储有保护倒换表，所述保护倒换表中存储有保护倒换加入者端装置标识符，

在上述检测单元检测出上述光信号不能够到达即链路故障的情况下，上述控制单元根据上述保护倒换加入者端装置标识符，通过由保护倒换加入者端装置标识符指定的其他的加入者端装置向上述局端装置发送故障信号，

上述控制单元中存储有系统资源分配表，所述系统资源分配表中存储有多个链路信息，每个链路信息包括端口标识符和MAC地址，

上述加入者端装置还具有端口过滤单元，

上述控制单元根据上述系统资源分配表中的端口标识符，利用上述端口过滤单元过滤并接收来自上述局端装置的光信号，然后分别参照与上述端口标识符相对应的MAC地址，将上述过滤后的数据发送至上述MAC地址所对应的加入者端装置，

上述系统资源分配表中还存储有分配标识符、动态宽带分配值和总宽带值，其中上述分配标识符与上述动态宽带分配值一一对应。

2.如权利要求1所述的加入者端装置，其特征在于，

来自局端装置的光信号中包含有上述链路信息和宽带分配信息，所述宽带分配信息包括分配标识符和动态宽带分配值，

上述控制单元根据上述链路信息和上述宽带分配信息来更新上述系统资源分配表中的信息。

3.如权利要求1或2所述的加入者端装置，其特征在于，

上述通信单元包括主接口和备用接口，

在加入者端装置的当前链路正常时，通过上述主接口与客户端连接并通信，

在加入者端装置的当前链路故障时，通过上述备用接口和上述主接口与其他的加入者端装置进行通信。

4.如权利要求1或2所述的加入者端装置，其特征在于，

还具有数据处理单元，该数据处理单元提供光网络中的传输汇聚层的功能。

5.如权利要求1或2所述的加入者端装置，其特征在于，

还具有光分配网接口，该光分配网接口提供在光分配网中进行数据传输时的数据转化功能。

6.一种局端装置，通过共同的光分路器与多个加入者端装置连接，并与上述多个加入者端装置进行通信，其特征在于，

具备检测单元，该检测单元检测是否存在上述光信号不能够到达的一部分加入者端装置，

在上述检测单元检测到向上述多个加入者端装置中的一部分加入者端装置发送的光信号不能够到达的情况下，通过该一部分加入者端装置以外的其他的多个加入者端装置，向上述一部分加入者端装置发送上述光信号，

还具备控制单元，

该控制单元中存储有保护倒换表，所述保护倒换表中存储有上述多个加入者端装置的加入者端装置标识符以及与各加入者端装置标识符相对应的多个保护倒换加入者端装置标识符，

在上述检测单元检测出上述光信号不能够到达即链路故障的情况下，上述控制单元参照上述保护倒换表的保护倒换加入者端装置标识符，选择与发生链路故障的加入者端装置相对应的多个保护倒换加入者端装置，并通过所选择的多个保护倒换加入者端装置向上述发生链路故障的加入者端装置发送上述光信号，

该控制单元中还存储有系统资源分配表，

所述系统资源分配表中存储有多个加入者端装置标识符，以及分别与各加入者端装置标识符对应的端口标识符、分配标识符、MAC地址、动态宽带分配值和总宽带值，其中上述分配标识符与多个动态宽带分配值一一对应，

上述控制单元根据系统资源分配表中的端口识别符和动态宽带分配值，将发生链路故障的加入者端装置的链路以及带宽分配给上述多个保护倒换加入者端装置。

7.如权利要求6所述的局端装置，其特征在于，

在将发生链路故障的加入者端装置的链路以及带宽分配给上述多个保护倒换加入者端装置后，上述控制单元更新系统资源分配表中的与上述多个保护倒换加入者端装置有关的信息，

上述控制单元向上述多个保护倒换加入者端装置发送上述光信号，所述光信号中包含上述发生链路故障的加入者端装置所请求的数据、链路信息和带宽分配信息，所述链路信息包括端口标识符和MAC地址，所述宽带分配信息包括分配标识符和动态宽带分配值。

8.如权利要求6或7所述的局端装置，其特征在于，

还具有业务接口，该业务接口提供光网络区域中的业务接口和传输汇聚层帧接口的转换。

9.如权利要求6或7所述的局端装置，其特征在于，

还具有数据处理单元，该数据处理单元提供光网络中的传输汇聚层的功能。

10.如权利要求6或7所述的局端装置，其特征在于，

还具有光分配网接口，该光分配网接口提供在光分配网中进行数据传输时的数据转化功能。

11.一种无源光网络系统，包括多个加入者端装置、光分路器和局端装置，上述多个加入者端装置通过上述光分路器与上述局端装置连接，并与上述局端装置进行通信，其特征在于，

上述多个加入者端装置是如权利要求1～5中所述的加入者端装置，

上述局端装置是如权利要求6～10中所述的局端装置。

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