用于光学网络终端片上系统的高级功率管理的系统和方法

摘要

本发明的实施方式涉及用于光学网络终端片上系统的高级功率管理的系统和方法。提供用于无源光网络(PON)上的用户驻地设备(CPE)的系统和方法。一种系统包括至少具有活跃模式和睡眠模式的分组处理器，分组处理器被配置用于当处于活跃模式时处理在数据平面中通过PON从光线路终端(OLT)接收的数据分组流以及当未在数据平面中接收数据分组时进入睡眠模式。一种系统还包括从分组处理器分离的微控制器，分组处理器被配置用于从OLT接收在控制平面中传输的操作和管理(OAM)消息，并且通过以下操作来处理OMA消息：在不唤醒所述分组处理器的情况下向中央局端选择性地传输确认消息，或者唤醒分组处理器以在数据平面中接收数据分组。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求对通过引用而完全结合于此、于2012年1O月15日提交、名称为“Advanced Power Management for ONT SOCs”的第61／713，876号美国临时申请的优先权。

技术领域

本公开内容总体涉及网络通信，并且更具体地涉及光通信网络中的功率节省。

背景技术

光线路终端(OLT)设备作为无源光网络(PON)中的服务提供者端点操作。OLT在服务提供者的设备使用的电信号与通过PON传输的光纤信号之间转换。OLT设备向多个用户驻地设备单元(CPE)连续地用流发送帧用于处理和转发。也称为光网络终端(ONT)或者光网络单元(ONU)的CPE通常充当在服务提供者网络与家庭或者小企业网络之间的网关。

在PON上传输的下游帧通常包括若干预定义字段，并且包括数据分组(用户流量)以及各种控制结构，这些控制结构用于管理在OLT与CPE之间的连接，并且用于协调在该网络的另一端上的CPE设备运用的上游传输时分复用(TDM)机制。在上游方向上，预计PON CPE设备在被OLT请求时传输上游帧。上游帧可以包含数据分组(用户流量)报告。在努力维护在OLT与ONU／ONT之间的PON同步协议和连通时，即使在无用户流量要在任一方向(下游或者上游)上发送时的不活跃时间期间，OLT通常仍然向CPE设备周期性地传输操作和管理(OAM)消息以及用于CPE设备的上游带宽分配。响应于OAM消息，CPE设备被配置用于如相关标准规定的那样传输确认、状态或者报告消息。一般而言，预计CPE设备在无用户流量或者OAM要向OLT发送时，在OLT向它指派的每个上游带宽分配期间完成传输，CPE将如相关PON协议规定的那样响应于对应于上游带宽分配来生成和传输空闲帧和／或消息。

呈现以上描述作为本领域有关技术的一般概述而不应解释为承认它包含的信息中的任何信息构成相对于本专利申请的现有技术。

发明内容

提供用于无源光网络(PON)上的用户驻地设备(CPE)的系统和方法。一种系统至少具有活跃模式和睡眠模式的分组处理器，分组处理器被配置用于当处于活跃模式时处理在数据平面中通过PON从光线路终端(OLT)接收的数据分组流以及在数据平面中通过PON朝着OLT传输分组，并且当未在所述数据平面中接收数据分组时进入睡眠模式。一种系统还包括与分组处理器分离的微控制器，微控制器被配置用于从OLT接收在控制平面中传输的操作和管理(OAM)消息以及上游带宽分配，并且通过以下操作来处理OMA消息以及上游带宽分配：在不唤醒所述分组处理器的情况下向中央局端选择性地传输确认，或者唤醒分组处理器以在数据平面中接收数据分组。

作为另一示例，在一种通过无源光网络(PON)与光线路终端(OLT)通信的方法中，在PON用户驻地设备(CPE)设备处接收数据分组，并且在PON CPE设备的分组处理器处理接收的数据分组。在CPE的家庭网络接口处接收用户流量并且通过PON接口朝着OLT发送用户流量。在对于至少阈值时间段未从两个接口接收到数据分组时将分组处理器置于睡眠模式中。从OLT接收操作和管理(OAM)消息，并且在不从所述睡眠模式唤醒所述分组处理器的情况下使用微控制器模块响应于OAM消息根据相关协议向OLT传输一个或者多个确认、状态或者报告消息，微控制器模块是从分组处理器分离的模块。在PON CPE设备处接收数据分组或者传入数据分组的指示，并且使用微控制器以响应于对数据分组或者指示的接收而从睡眠模式唤醒分组处理器。

附图说明

图1是描绘公开内容的一个实施例中的通过PON耦合到OLT的CPE的框图。

图2是描绘PON CPE的框图，该PON CPE被配置用于管理分组处理器和一个或者多个外围设备的功率模式。

图3是描绘公开内容的一个实施例中的微控制器的示例通信的时序图。

图4是描绘在数据分组传输不活跃时段期间进入睡眠和低功率模式的PON CPE的部件的时序图。

图5是描绘公开内容的一个实施例中的PON CPE的某些部件的示意图。

图6是描绘包括PON CPE设备的示例家庭网络的框图。

图7是描绘公开内容的一个实施例中的通过PON与OLT通信的方法的流程图。

具体实施方式

图1是描绘公开内容的一个实施例中的通过PON108耦合到光线路终端(OLT)(未示出)的PON用户驻地设备(CPE)单元、比如家庭网关102的框图。PON CPE102包括分组处理器104。分组处理器104被配置用于具有活跃模式和睡眠模式。在活跃模式中，分组处理器104被配置用于处理在数据平面中通过PON108从OLT接收的数据分组106的流。在公开内容的一个实施例中，分组处理器104被配置用于通过PON108向OLT传输传出、也就是上游分组1120以有助于通过PON108经由CPE102在OLT与家庭网络112之间的双向通信。分组处理器104被配置用于在未在数据平面中接收或者传输数据分组106、110时进入睡眠模式。在公开内容的一个实施例中，分组处理器104与在活跃模式中相比在睡眠模式中显著减少功率消耗。

在一个实施例中，CPE102还包括微控制器114，该微控制器是从分组处理器104分离的模块或者集成电路。在不活跃时段期间，微控制器114被配置用于接收OLT设备108即使在无正在接收或者传输的数据分组时仍然在控制平面中周期性地(例如每10ms)传输的OAM消息116、如例如在GPON兼容的网络中为物理层操作、管理和维护(PLOAM)消息。在兼容其它标准、比如EPON的PON网络中，接收其它适当OAM消息、比如多点控制协议(MPCP)消息。由OLT发送OAM消息116以维护在PON CPE102与OLT108之间的同步和连通。在一个实施例中，在未唤醒分组处理器104时，微控制器114被配置用于根据相关协议116通过响应于每个接收的OAM下游消息向位于中央局端的OLT108选择性地传输一个或者多个确认、状态或者报告消息118来处理OAM消息。在一个实施例中，微控制器114还被配置用于在PON CPE102接收传入数据分组106或者传入数据分组106的指示时经由唤醒信号120唤醒分组处理器104。

在公开内容的一个实施例中，微控制器114被配置用于以比分组处理器104显著更低的功率电平操作。在不活跃时段期间，微控制器114被配置用于处置同步操作而分组处理器104维持在低功率模式。在一个实施例中，通过根据相关协议周期性地接收OAM消息并且选择性地传输响应消息，维持与无源光网络108的有源连接。微控制器114因此处置这样的同步而无来自消耗更高功率的分组处理器104的辅助。通过使分组处理器104能够进入睡眠模式来减少PON CPE102的总功率消耗。另外，通过使用微控制器114以维持与OLT108的活跃连接，通过提供唤醒信号120对恢复数据分组106的流量做出响应与允许活跃连接在数据分组106的不活跃时段期间失效的常规系统比较而言提高CPE201的响应速度。

在公开内容的一个实施例中，CPE102被配置用于符合1瓦特待机法令、比如美国行政命令13221，该法规规定联邦代理在购买某些网络产品时选择具有低待机能量消耗(例如不多于1瓦特)的设备。在公开内容的另一实施例中，PON CPE102被配置用于符合0.5瓦特待机法令、比如欧洲议会委员会条例1275／2008。其它地区、国家、公司和消费者类似地追求这样的能量高效技术要求。

除了将分组处理器置于低功率或者睡眠模式中以便节省功率之外，在公开内容的一个实施例中，CPE102还被配置用于减少其它外围设备的功率消耗，这些外围设备被配置用于有助于数据从服务提供者网络向家庭网络设备、比如交互式用户设备的通信，这些交互式用户设备在公开内容的一个实施例中包括桌面型计算机、膝上型计算机、写字板设备、智能电话或者电视。图2是描绘被配置用于管理分组处理器和一个或者多个外围设备的功率模式的CPE202、如例如家庭网关片上系统的框图。实施CPE202为片上系统，该片上系统包括具有活跃模式和睡眠模式的分组处理器204，该分组处理器被配置用于在活跃模式中处理通过无源光网络208来自／去往OLT的数据分组206的流，并且在未接收或者传输数据分组时进入睡眠模式。CPE202还包括被配置用于有助于数据从OLT向一个或者多个家庭网络设备210的通信的多个外围设备。在公开内容的一个实施例中，CPE片上系统202包括：存储器、比如动态随机存储器存储器(DRAM)212，分组处理器204在处理数据分组206的流时与该存储器交互；在分组处理器204与一个或者多个家庭网络设备210之间路由数据的内部交换机214；以及被配置用于充当在PON CPE202与一个或者多个家庭网络设备210之间的接口的一个或者多个输入／输出设备216。

CPE片上系统202也包括从分组处理器204分离的微控制器218，该微控制器被配置用于在数据分组206的传输不活跃时段期间从OLT208接收OAM消息220(例如GPON PLOAM消息或者符合不同PON协议或者标准的其它适当OAM消息)。在这样的不活跃时段期间，微控制器218在一个实施例中根据相关协议208向OLT传输回一个或者多个确认、状态或者报告消息222以维持在PONCPE202与OLT208之间的同步和连通而无来自分组处理器204的辅助。通过这样做，分组处理器204能够在数据分组206的传输不活跃时段期间进入低功率或者睡眠状态。

在公开内容的一个实施例中，在数据分组206的传输不活跃时段期间，PON CPE202除了分组处理器204之外还将外围设备212、214、216中的一个或者多个外围设备置于低功率或者睡眠模式中。例如在分组处理器204或者微控制器218感测到对于预定阈值时间段尚未从OLT208接收数据分组206时，命令外围设备212、214、216进入睡眠状态(例如指示存储器212进入自刷新模式并且命令交换机214和I／O设备216进入睡眠状态)。当处于睡眠模式中时，微控制器218被配置用于处置维护与OLT同步、由此在接收数据分组206或者传入数据分组的指示时或者在家庭网络设备210请求传输传出数据分组226时经由唤醒信号224实现快速恢复(例如在10ms内)通信。

图3是描绘公开内容的一个实施例中的微控制器的示例通信的时序图。虽然在符合GPON标准的PLOAM消息的上下文中描述时序图，但是注意图对应其它适当PON标准是相似的。在数据分组传输不活跃时段期间，网络、例如OLT向CPE传输OAM消息以维持时序同步。这样的OAM消息在图3中由在CPE光网络终端从PON接收的周期性(例如每10ms)PLOAM消息302代表。响应于OAM消息302中的每个OAM消息，微控制器被配置用于根据相关协议用一个或者多个确认、状态或者报告消息304答复。在家庭网络接收传入数据分组306或者数据分组将很快传入这样的指示时，微控制器向分组处理器传输唤醒信号308，该唤醒信号命令分组处理器退出睡眠模式并且处理待接收的传入数据分组306。

图4是在数据分组传输不活跃时段期间进入睡眠和低功率模式的PON CPE的部件的时序图。在第一时间段期间，在PON CPE从OLT接收数据分组402。在404，数据分组传输停止，并且随后不久，OLT向PON CPE仅发送OAM消息406。一旦阈值时间段408自从上次数据分组传输在404结束起流逝，则PON CPE确定正是某些部件进入睡眠模式的时间。在公开内容的一个实施例中，分组处理器管理进入睡眠模式。例如在睡眠阈值408到期时，分组处理器分别向I／O设备和内部交换机发送睡眠命令410、412。分组处理器还向内部存储器发送用于进入自刷新模式的命令414。一旦分组处理器已经发出用于将外围设备置于睡眠／低功率模式的命令，分组处理器从活跃模式416转变至睡眠模式418。在公开内容的其它实施例中，微控制器发送用于使某些外围设备掉电的命令。

图5是描绘公开内容的一个实施例中的PON CPE的某些部件的示意图。PON CPE包括被配置用于处理从网络接收的数据分组流的分组处理器CPU502。PON CPE还包括多个子系统外围设备504，这些系统外围设备被配置用于有助于数据从网络向与PON CPE关联的内部网络的用户设备的通信。从主机分组处理器CPU502分离的微控制器506被配置用于处置来自网络(例如光线路终端)的OAM消息而无来自主机分组处理器CPU502或者任何其它通用存取存储器、比如DRAM的辅助。微控制器506在公开内容的一个实施例中响应于一个或者多个紧密耦合的存储器508、510，这些存储器包含用于处置来自网络的OAM消息的指令和数据。在公开内容的一个实施例中，指令紧密耦合的存储器508包含用于由微控制器506在处置OAM消息并且唤醒分组处理器CPU502时利用的指令集。数据紧密耦合的存储器510包含用于由微控制器506在执行那些功能时使用的数据。在公开内容的一个实施例中，在初始化过程期间，分组处理器CPU502用应用指令数据填充指令紧密耦合的存储器508，该应用指令数据支持微控制器506对更新的软件／固件的使用。在公开内容的一个实施例中，紧密耦合的存储器508、510是快速片上存储器，这些快速片上存储器绕过与微控制器506关联的高速缓存并且提供保障水平的低延时。因此，这样的紧密耦合的存储器508、510提供专用于微控制器506的低延时存储器访问，这避免一些高速缓存存储器中存在的不可预测性。

在公开内容的一个实施例中，图5的CPE被制造为片上系统。片上系统包括衬底，其中分组处理器CPU502设置于衬底上。微控制器506也作为分离模块连接到衬底并且经由衬底电连接到分组处理器CPU502。片上系统还包括在衬底上制作的一个或者多个附加外围设备，该一个或者多个附加外围设备被配置用于有助于数据从网络向用户设备的通信。在公开内容的一个实施例中，那些外围设备包括存储器、输入／输出设备和内部交换机。

图6是描绘包括CPE设备602的示例家庭网络的框图。CPE设备602包括分组处理器CPU604和用于在数据分组传输不活跃时段期间处置与外部网络同步的微控制器606。PON CPE设备602与某些存储器、比如闪存608和DDR存储器610交互。CPE设备602还包括用于经由一个或者多个WiFi网络618、比如802.11n网络与USB硬盘612、eSATA硬盘614和某些用户交互设备616(例如电视、计算机、膝上型计算机、智能电话)中的一项或者多项交互的I／O接口。PON CPE设备602还包括用于经由精简的独立于吉比特介质的接口624与其它网络、比如局域网620、广域网622和介质网络交互的接口。

在公开内容的一个实施例中，PON CPE设备602的微控制器606被配置用于在分组处理不活跃时段期间将分组处理器CPU604和某些外围设备置于睡眠或者待机模式中。在分组处理器CPU604处于睡眠状态中时，微控制器606处置OAM消息而未唤醒分组处理器CPU604。除了将分组处理器CPU604置于睡眠状态中之外，微控制器606在公开内容的一个实施例中，还将用于与家庭网络的外部部件交互的I／O接口置于低功率状态中、比如用于与USB外部硬盘612交互的USB接口、用于与eSATA外部硬盘614交互的eSATA接口以及用于与WiFi网络618和连接的用户设备616交互的I／O接口。

在公开内容的一个实施例中，微控制器606被配置用于充当不仅用于分组处理CPU604而且用于系统的可以接收OAM消息的其它外设的代理。在多个外围设备处于低功率模式中时并且在接收请求与特定外围设备关联的确认的OAM消息时，微控制器606被配置用于通过为特定外围设备传输确认来充当用于特定外围设备的代理而未从低功率模式唤醒特定外围设备。例如在接收引向在低功率或者自刷新模式中的存储器(例如闪存608或者DDR存储器610)的OAM消息时微控制器发送确认信号而未从存储器608、610的低功率模式唤醒它们，其中格式化确认消息以显现为来自感兴趣的外设。

图7是描绘公开内容的一个实施例中的与OLT通信的方法的流程图。在702，在PON CPE设备接收数据分组。在704，在网关设备的分组处理器处理接收的数据分组。在706在对于至少阈值时间段未接收数据分组时将分组处理器置于睡眠模式中。在708，在PON CPE设备从OLT接收OAM消息，并且在710，使用微控制器模块根据相关协议响应于OAM消息向OLT传输一个或者多个确认、状态或者报告消息而未从睡眠模式唤醒分组处理器，该微控制器模块是从分组处理器分离的模块。在712，在PON CPE设备接收数据分组或者传入数据分组的指示，并且在714，使用微控制器以响应于接收数据分组或者指示从睡眠模式唤醒分组处理器。

本申请使用示例举例说明本发明。本发明的可专利范围包括其它示例。例如在公开内容的一个实施例中，PON CPE被配置用于与普通旧式电话服务(POTS)对接。在这样的实施例中，PON CPE充当与POTS网络的接口——即电话设备连接到PON CPE，其中PONCPE充当公用交换电话网络(PSTN)网关或者VoIP(IP语音)网关。该PSTN网关将电话流量转换成IP用于通过数据网络传输。在这样的实施例中，预计微控制器在无传输的时段期间设置分组处理器并且在来自电话设备的“摘机”指示时唤醒分组处理器。