千兆比特以太网EPON中对CATV业务进行控制的一种方法和装置

摘要

本发明提供一种在以太网无源光网络(EPON)中对用户有线电视(CATV)业务进行控制的方法和装置。光线路终端(OLT)中的CATV控制模块通过与光网络单元(ONU)进行通信，控制ONU的控制接口，进而控制与ONU控制接口相连的CATV供电模块的开启或关闭，最终实现对CATV业务的控制。

说明书

技术领域

本发明涉及光纤通信领域，尤其涉及一种在千兆比特以太网的无源光网络(EPON)中对用户有线电视(CATV)业务进行控制的方法和装置。

背景技术

以太网具有技术成熟，价格低廉，操作简单，便于维护等许多优点，从诞生之日起至今，已经在局域网(LAN)技术中占据了绝对统治地位。随着千兆以太网和10G以太网标准的推出，以太网在带宽能力，以及对业务服务质量(QoS)保障等方面都有了质的飞越。以太网正从LAN逐渐进入了城域网(MAN)和广域网(WAN)。而千兆以太网无源光网络(EPON)由于可以做到与大量采用以太网技术的企业局域网以及新兴的基于以太网的城域网和广域网进行无缝连接，因此在接入网领域内是一项非常具有吸引力的技术。EPON与宽带PON(BPON)相比而言，能提供更高的带宽；与吉比特能力PON(GPON)相比而言，EPON具有相当的成本优势。尤其适合于广大的家庭用户，是实现光纤到户(FTTH)的一个非常好的解决方案。

EPON由位于局端的光线路终端(OLT)和若干个位于远端的光网络单元(ONU)组成。OLT和ONU之间由无源光分配网(ODN)连接。EPON采用点到多点(P2MP)拓扑结构，见图1。由于ODN的无源的特点，在下行方向上(从OLT到ONU)，从OLT发出的所有的信号将到达所有的ONU。由ONU筛选出属于自己的包，丢弃其它的包。可见EPON在下行方向上，本质上是广播媒质。

目前，在家庭网络应用中，有线电视(CATV)是相当重要的一项业务。而EPON的广播特点，是非常适合于在其中开展这项业务的。“三网合一”的应用也是EPON的优势之一。只需要铺设光纤，就可以满足用户在家上网，打电话以及看电视的生活和娱乐需求。不再需要象以前那样，单独为每一个业务敷设不同的网络和线路。当前普遍采用单纤3波的方式在EPON中支持CATV业务。3波指的是1310nm，1490nm和1550nm波长，分别用于传输上行用户数据，下行用户数据和CATV业务。如图1所示。

EPON的标准化由最后一英里以太网联盟(EFMA)制定，并于2004年被IEEE批准，作为802.3的补充，正式命名为IEEE802.3ah-2004。在EPON标准中，为了实现对ONU的集中管理，详细地定义了OLT与ONU之间的多点控制协议(MPCP)，以及操作管理和维护(OAM)功能。OLT可以通过MPCP控制ONU的发现注册，实现对上行流量的管理和带宽的分配。EPON中的OAM功能也提供了简单的故障检测和上报机制。

然而，CATV信号是通过稀疏波分复用(CWDMA)技术，叠加在EPON中传输的。现有的EPON标准中也没有提及如何通过OLT对于远端的CATV模块进行控制。也就是说，CATV业务在EPON中是完全不可控的。由于EPON的下行广播特点，用户只要购买了安装有CATV模块的ONU，他只需要交付上网或者电话的费用，就可以“免费”地收看电视。对于恶意拖欠CATV费的用户，运营商或者有线电视公司只能派人到用户家拆除ONU中的CATV模块(不能切断到用户家的光纤，因为这样会影响到数据业务和电话业务，也许用户并不拖欠这两种业务的费用)。当用户交清欠费后，又需要派人到用户家安装上CATV模块。这势必会增加运营商或有线电视公司的运营和维护成本。而且从拆除到重新安装，肯定需要一个较长的时间。更重要的是，由于要拆除ONU中的CATV模块(而ONU很可能是用户购买的设备)，很有可能会带来许多的导致法律纠纷的经济问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种EPON中对用户CATV业务进行控制的方法和装置。使得运营商或有线电视商可以通过网管系统或位于局端的OLT对用户CATV业务的开通和维护进行集中管理。当用户欠费时，不再需要派人员到用户家中，只需要通过在局端网管上设置一个命令，就可以切断到该用户家的CATV信号。当用户将费用交清后，也是只需通过一个命令就可以立即为用户再次开通CATV业务。

为了达到上述目的，有两个技术问题需要解决：

1)EPON远端控制芯片(下面简称ONU芯片)对CATV模块的控制具有CATV功能的EPON系统，在ONU侧增加了CATV和CATV供电两个模块，CATV模块主要完成CATV光信号的接收、光电转换和CATV模拟信号的输出。供电模块与ONU供电模块相互独立，负责CATV模块电压的供应。

为了使得运营商或者有线电视服务提供商能够过EPON系统局端网管在不影响EPON系统工作的同时对CATV功能进行控制，就必须在ONU芯片与CATV供电模块或CATV模块之间增加控制信号。

2)局端管理

如前所述，现在的模拟电视信号在EPON中与数据或其它业务是共网传输的。EPON标准中没有涉及到如何通过EPON的局端网管来控制CATV业务。因此必须定义一套内部协议来实现通过远端ONU芯片来控制CATV业务的功能。在OLT设备的软件中，也必须有CATV控制功能。

为了解决上述两个技术问题，本发明采用以下技术方案。采用一种在EPON中对用户CATV业务进行控制的装置，其包括：光网络单元(ONU)，具有对CATV供电模块的开关进行控制的控制接口；位于ONU侧的CATV模块，该CATV模块由CATV光信号接收单元、光电转换单元和CATV模拟信号输出单元组成；位于ONU侧并向CATV模块提供电压的CATV供电模块；以及光线路终端(OLT)，具有CATV控制模块，通过与ONU进行通信进而控制CATV供电模块的开关。其中，利用ONU远端芯片的GPIO管脚，对CATV的供电模块进行控制。通过远端芯片的GPIO管脚输出高电平或者低电平来控制CATV电源模块的开关，如图2所示。GPIO接口为ONU核心芯片提供的控制接口，OLT可以通过OAM消息对其进行控制。对于CATV供电模块，我们选择具有关断功能的芯片。其控制接口SHDN在低电平时开启CATV供电模块，VCC输出电压；在高电平时关闭CATV供电模块。(虽然本发明中列举的是在GPIO管脚输出高电平时电源模块关闭的例子，但是此方案也可适用于相反的情况，即GPIO管脚输出低电平时电源模块关闭)

CATV供电模块的控制接口SHDN与ONU核心芯片的GPIO相连，从而可以方便的对CATV供电模块进行控制，进而对CATV模块进行控制。

定义ONU芯片的一个GPIO管脚为输出管脚，称之为CATVCTL管脚。在正常工作情况下，CATVCTL管脚输出低电平，CATV供电模块能够正常输出CATV模块所需要的电源。当OLT设备软件初始化后，将会创建一个CATV控制模块。该模块将根据网管命令向ONU下发关闭CATV或开启CATV的消息。

可以使用上述装置在EPON中对用户的CATV业务进行控制，具体步骤如下：

A、当用户开启ONU时，OLT发现该ONU；

B、OLT查询相关记录，确定该ONU用户的缴费情况；

C、OLT中的CATV控制模块通知ONU；ONU通过控制CATV供电模块的开启或关闭，最终实现对CATV业务的控制。

其中，网络管理员可以通过网管系统下达关断ONU的CATV功能的命令，OLT上的CATV控制模块通过内部OAM消息，将该命令下达给ONU。CATVCTL管脚输出电平变为高，CATV供电模块被关断，不再为CATV模块供电，这个用户家的CATV业务就被关断。

当网管人员再下发一个开通CATV业务的命令时，ONU核心芯片同样会收到OLT中CATV控制模块的命令，并且CATVCTL管脚输出电平将重新变为低电平，CATV供电模块恢复为CATV模块供电。

CATV控制模块根据网管下达的命令给ONU发送开启或者关闭CATV的命令。当ONU发现处理模块发现有ONU上电注册后，也会通知CATV控制模块。CATV控制模块将判断这个ONU属于欠费用户或者是不欠费用户，然后给ONU下达相应的命令。

当前CATV业务是叠加在EPON网络中传输的。虽然通过EPON，可以为用户提供数据，语音和CATV等业务，但是还只能对用户的数据和语音业务做到集中管理，而CATV业务根本不可控。也就是说，虽然CATV和数据及语音都是在同一个物理网络中传输。但是从网管的角度来看，CATV网和EPON仍然是两个独立的网络，还不是真正的“三网合一”。

而本发明所提出的在EPON中对用户CATV业务进行控制的方法和装置。便于运营商或有线电视商可以通过网管系统或位于局端的OLT集中控制用户的CATV业务的开通和维护。实现真正的“三网合一”。当用户欠费时，不再需要派人员到用户家中，只需要通过在局端网管上设置一个命令，就可以切断到该用户家的CATV信号。当用户将费用交清后，也是只需通过一个命令就可以立即为用户再次开通CATV业务。不但节省了运营商或有线电视公司的运营和维护费用，同时也提高了服务的效率，缩短了为用户重新开通业务的时间。从而获得更高的用户满意度。另外，本发明采用远端芯片的GPIO管脚，对CATV的模块进行控制，比采用处理器等外加电路控制CATV模块的方式，有效的降低了成本，减少故障率，为大规模应用提供了良好基础。

附图说明

图1是实现“三网合一”的EPON系统图；

图2是本发明中具有CATV控制功能的ONU结构图；

图3是OLT设备中与CATV控制相关的功能模块示意图；

图4是OLT实现CATV控制的方法流程图；

图5(即图5.1、5.2、5.3、5.4)是CATVCTL信号与VCC信号时序图；

图6是使用本发明装置的小区实施案例示意图。

具体实施方式

图1所示的具有CATV控制功能的ONU是本发明的实施例之一，它由光网络单元(ONU)、位于ONU侧的CATV模块和位于ONU侧并向CATV模块提供电压的CATV供电模块组成。其中，ONU具有对CATV供电模块的开关进行控制的控制接口，我们定义ONU芯片的一个GPIO管脚，即CATVCTL管脚为该控制接口，通过GPIO管脚输出高电平或者低电平来控制CATV电源模块的开关。CATV模块由CATV光信号接收单元、光电转换单元和CATV模拟信号输出单元组成，实现对CATV信号的接收和处理。而与CATV模块相连的CATV供电模块则负责向CATV模块提供电压，我们选择具有关断功能的芯片作为CATV供电模块。其控制接口SHDN与ONU核心芯片的GPIO相连，在GPIO管脚输出低电平时SHDN模块开启电路，VCC输出电压，向CATV模块供电；在GPIO管脚输出高电平时则关闭电路，停止向CATV模块供电。

位于局端的光线路终端(OLT)通过与ONU进行通信控制CATV供电模块的开启或关闭，从而实现对用户CATV业务的控制。该OLT由网管接口模块、ONU发现处理模块和CATV控制模块组成。

当用户开启ONU时，OLT通过ONU发现处理模块发现该ONU，并对相应的缴费情况记录进行查询，如果该ONU用户不欠费，OLT设备上的CATV控制模块通过内部OAM消息通知ONU核心芯片GPIO接口输出低电平，CATV供电模块输出电压，用户CATV模块正常工作。如果该用户为欠费用户，则OLT设备上的CATV控制模块将通知ONU核心芯片GPIO接口输出高电平，CATV供电模块关闭，用户CATV模块停止工作。当用户发生非法使用CATV信号时，供应商通过EPON局端网管下达关闭指令，OLT上的CATV控制模块将向ONU核心芯片发送关闭CATV功能的命令。ONU核心芯片GPIO接口输出电平变为高电平，CATV供电模块关闭，用户CATV模块停止工作。当用户费用交清后，OLT上的CATV控制模块将向ONU核心芯片发送重新开启用户CATV功能的命令。ONU核心芯片GPIO接口输出电平变为低电平，CATV供电模块重新开启，用户CATV模块正常工作。

图4为OLT实现CATV控制的方法流程图。该流程分为3部分：ONU开启；用户欠费后关断CATV；用户交付费用后重新开启CATV。

①ONU开启

当用户开启ONU时，OLT将通过MPCP过程发现该ONU。如果该ONU用户不欠费，OLT设备上的CATV控制模块将通知ONU核心芯片GPIO接口输出低电平，CATV供电模块输出电压，用户CATV模块正常工作。如果该用户为欠费用户，则OLT设备上的CATV控制模块将通知ONU核心芯片GPIO接口输出高电平，CATV供电模块关闭，用户CATV模块停止工作。

②CATV关断

当用户发生非法使用CATV信号时，供应商通过EPON局端网管下达关闭指令，OLT上的CATV控制模块将向ONU核心芯片发送关闭CATV功能的命令。ONU核心芯片GPIO接口输出电平变为高电平，CATV供电模块关闭，用户CATV模块停止工作。

③CATV重新开启

当用户费用交清后，OLT上的CATV控制模块将向ONU核心芯片发送重新开启用户CATV功能的命令。ONU核心芯片GPIO接口输出电平变为低电平，CATV供电模块重新开启，用户CATV模块正常工作。

在上面的方法中，CATVCTL信号与VCC信号的时序相呼应：

a)ONU启动时，CATVCLT为高，如果用户没有欠费，ONU收到CATV控制模块开启指令，CATVCLT变为低电平，VCC输出为高电平。如图5.1所示。

b)ONU启动时，CATVCLT为高，如果用户欠费，ONU收到CATV控制模块关断指令，CATVCLT保持高电平，VCC输出为低电平。如图5.2所示。

c)当用户发生非法使用CATV信号时，ONU收到CATV控制模块关断指令，CATVCLT变为高电平，VCC输出为低电平。如图5.3所示。

d)当用户费用交清后，ONU收到CATV控制模块关开启指令，CATVCLT变为低电平，VCC输出为高电平。如图5.4所示。

图6为根据本发明使用烽火公司的EPON设备在某小区中实施多业务接入的案例。其中AN5116-01为局端设备，位于小区机房内，AN5006-05为远端设备，位于用户家中，可为用户提供上网，电话，CATV，IPTV等业务。ANM2000为网管系统，也位于机房中。

该网络由小区的驻地网运营商负责建设。当用户安申请安装后，小区驻地网运营商将ONU安装到用户家中。此时用户家中所有业务都为开通状态。由于用户的上网以及电话业务与CATV业务采取的是分开交费的方式，在运行了一段时间后，可能会出现用户恶意欠交CATV费用的情况。工作人员就可以直接在位于机房中的ANM2000系统上，将该用户的CATV业务去使能。当用户交清费用后，再通过ANM2000系统下命令，将用户的CATV业务再次开通。

上述实施例仅仅是示例性的，本领域技术人员应当清楚，不脱离本发明的精神和范围，可以对本发明进行修改和变化。本发明的范围由所附的权利要求来定义。