一种在以太无源光网络实现主干光纤保护的方法和装置

摘要

本发明公开了一种在以太无源光网络EPON实现主干光纤保护的方法，为主备用PON口分别绑定一对专用通信通道；在工作PON口配置业务，并将静态数据和动态数据同步到备用PON口；根据工作PON口多点控制协议MPCP计数器的值同步并调整备用PON口MPCP计数器的值；进行故障监测，一旦发生故障进行PON口的主备用切换。本发明还公开了一种在EPON实现主干光纤保护的装置，本发明所述的方法和装置，为PON口绑定专用通信通道，能够实现主备用PON口之间的快速通信；并通过调整备用PON口MPCP计数器，实现EPON在保护切换时不需要对ONU进行重新注册，缩短业务恢复时间，提高保护切换的性能。

说明书

技术领域

本发明涉及无源光网络(PON：Passive Optical Network)技术，具体涉及一种以太无源光网络(EPON：Ethernet Passive Optical Network)系统中实现主干光纤保护的方法和装置。

背景技术

EPON是一种新型的光纤接入网技术，采用点到多点结构、无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务。EPON由局端侧的光线路终端(OLT：Optical Line Terminal)、用户侧的光网络单元(ONU：Optical Network Unit)以及光分配网络(ODN：Optical Distribution Network)组成。EPON在物理层采用了PON技术，在链路层使用以太网协议，利用PON的拓扑结构实现了以太网的接入。因此，EPON综合了PON技术和以太网技术的优点：低成本、高带宽、扩展性强、灵活快速的服务重组、与现有以太网的兼容性、方便管理等。

光信号在OLT和ONU之间传送，信号通道上没有有源器件，其内部元件包括：光纤、无源组合器、无源光耦合器/切分器。下行方向是从OLT到ONU、即点到多点，采用广播机制。OLT发送的光信号由光切分器切分到多条光纤上送到每个ONU，ONU则根据媒质接入控制(MAC)层地址提取有用光信号。上行方向是从ONU到OLT、即多点到一点，采用时分复用机制，来自各个ONU的光信号由光耦合器组合到一条光纤上送到OLT。OLT给每个ONU分配时隙以避免不同ONU发送的数据发生碰撞。ONU先缓存数据包，一旦属于自己的时隙到来就突发所缓存的数据包。

EPON中的各ONU采用时分方式接入系统，所以OLT和ONU在开始通信之前必须达到同步，才会保证信息正确传输。EPON的系统同步是通过同步多点控制协议(MPCP：Muti-Point Control Protocol)计数器来实现的，MPCP计数器为本地时钟计数器，用于对时间颗粒进行计数。OLT下行发送的帧中都包含MPCP计数器的值，ONU根据接收到的MPCP计数器的值来覆盖本地MPCP计数器的值。EPON的系统同步要求是指一个OLT在OLT本地时间T发送的信息比特，ONU必须在ONU本地时间T接收。在EPON中由于各个ONU到OLT的距离不同，所以传输时延各不相同，要达到系统同步，ONU时钟必须比OLT时钟有一个时间落后量，这个时间落后量就是下行传输时延(DD)，也就是说，如果OLT在时刻0发送一个信息比特，ONU必须在0刻接收。RTT为DD与上行传输时延(UD)之和，这个RTT必须已知，并由OLT传递给ONU。获得RTT的过程即为测距(ranging)。当EPON达到系统同步时，同一OLT下面的不同ONU发送的信息才不会发生碰撞。

EPON系统的典型拓扑结构为树形如图1所示，如果OLT与分光器之间的主干光纤产生故障，将会导致下挂的所有ONU同时产生通信故障，因此，对于重点地区和重要站点来说，保护主干光纤提高整个PON系统的可靠性尤为重要。目前EPON采用主干光纤保护的实现框图如图2所示，主干光纤的保护主要是：设置一条不同路径的冗余主干光纤、即备用主干光纤，在主用主干光纤发生故障时，主备用主干光纤进行切换。由于主用主干光纤和备用主干光纤的路径长度往往是不一样的，在发生切换后，UD、DD、RTT会发生变化，ONU根据接收到的时间戳标识来实时更新本地的MPCP计数器，该时间戳标识来自OLT。如果ONU的MPCP计数器变化超过8个TQ，将导致ONU掉线并需要重新注册，此时，业务恢复时间无法满足50ms的电信级要求。TQ是PON的计时单位，1个TQ等于16ns。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种在EPON实现主干光纤保护的方法和装置，能够实现主备用PON口之间的快速通信，EPON在保护切换时不需要对ONU进行重新注册，缩短业务恢复时间，提高保护切换的性能。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种在EPON实现主干光纤保护的方法，为工作PON口和备用PON口分别绑定一对专用通信通道；包括：

开启工作PON口的光模块，关闭备用PON口的光模块，为工作PON口配置业务，并将静态数据和动态数据同步到备用PON口；

根据工作PON口多点控制协议MPCP计数器的值同步并调整备用PON口MPCP计数器的值；

进行故障检测，工作PON口或主用主干光纤发生故障时，通过专用通信通道向备用PON口发送工作状态，进行PON口的主备用切换。

上述方案中，所述同步并调整备用PON口MPCP计数器的值，具体为：

A、根据工作PON口和备用PON口收到同步信号时MPCP计数器的值，备用PON口将自身MPCP计数器的值调整为与工作PON口MPCP计数器的值同步；

B、根据ONU发送MPCP帧时MPCP计数器的值、及所述MPCP帧分别到达工作PON口、备用PON口时各MPCP计数器的值，确定备用PON口与工作PON口的路径差，调整备用PON口MPCP计数器的值比工作PON口MPCP计数器的值慢所述路径差。

较佳的，所述步骤A包括：

工作PON口和备用PON口在收到同步信号时锁存各自的MPCP计数器的值；

计算锁存的工作PON口MPCP计数器的值与备用PON口MPCP计数器的值的差值；

备用PON口调整自身MPCP计数器的值增加所述差值。

较佳地，所述步骤B之后进一步包括：

工作PON口向ONU发送MPCP帧，该ONU根据收到的MPCP帧，将自身MPCP计数器的值与工作PON口同步；

ONU发送MPCP帧，根据ONU发送所述MPCP帧的MPCP计数器的值、以及备用PON口收到所述MPCP帧时MPCP计数器的值，确定备用PON口到ONU的往返时延RTT。

上述方案中，所述进行故障检测具体为：

核心控制板通过检测工作PON口所在EPON线卡的软件状态、或EPON线卡在位情况、或以上二者的结合来确定工作PON口是否有异常；或者，

工作PON口通过硬件检测光模块的SD信号来确定主用主干光纤是否有异常。

较佳地，检测到异常时，所述进行PON口的主备用切换之前，进一步包括：判断异常持续时间是否大于设定时间长度，如果大于，则进行PON口的主备用切换；如果不大于，则继续进行故障检测。

上述方案中，所述进行PON口的主备用切换，包括：

工作PON口释放自身的主用状态，变为备用状态，关闭自身的光模块；

备用PON口将自身的状态变为主用状态，开启自身的光模块，根据同步的静态数据和动态数据接替原工作PON口的业务处理。

本发明还提供了一种在EPON实现主干光纤保护的装置，包括：核心控制板、工作PON口、备用PON口，核心控制板与工作PON口或备用PON口之间具有专用通信通道；

核心控制板用于在光线路终端OLT侧设置工作PON口和备用PON口，完成备用PON口与工作PON口的数据同步，将来自PON口的工作状态通过专用通信通道传送至对端PON口；

工作PON口用于在主用状态时开启自身的光模块，完成业务处理；

备用PON口用于在备用状态时关闭自身的光模块，根据工作PON口MPCP计数器的值同步并调整备用PON口MPCP计数器的值，工作PON口或主用主干光纤发生故障时，进行PON口的主备用切换。

较佳地，所述工作PON口和备用PON口包含CPLD、PON MAC、光模块，工作PON口通过光模块与主用主干光纤相连、备用PON口通过光模块与备用主干光纤相连；

CPLD，用于负责本PON口与对端PON口的专用通信通道通信，位于工作PON口时，还用于开启光模块，根据检测的光模块的SD信号判断主干光纤是否有异常，位于备用PON口时，还用于关闭光模块，根据工作PON口MPCP计数器的值同步及调整自身MPCP计数器的值；

PON MAC，用于负责EPON协议处理、锁存MPCP计数器的值。

较佳地，所述专用通信通道在核心控制板侧与TDM交叉芯片或者现场可编程门列阵FPGA相连。

本发明所述在EPON实现主干光纤保护的方法和装置，通过设置专用通信通道能够实现主备用PON口之间的快速通信，并调整备用PON口MPCP计数器，使得在EPON系统的主干光纤保护过程中，在主备切换时ONU无需重新注册，可以显著缩短保护切换业务恢复的时间，增强系统的可靠性，提高保护切换的性能；本发明可以实现系统内任意PON口间的切换，同时可以在由于EPON线卡插拔或软件异常等引起的异常时实施保护。

附图说明

图1为EPON系统拓扑树形结构示意图；

图2为现有技术的实现主干光纤保护的EPON结构示意图；

图3为本发明的EPON实现主用主干光纤保护的方法的实现流程示意图；

图4为本发明MPCP计数器同步原理示意图；

图5为本发明中主备路径差x及备用PON口到ONU的RTT求取原理示意图；

图6为本发明的主干光纤的主备用切换流程图；

图7为本发明的EPON实现主用主干光纤保护的装置组成结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

以下所述板是指EPON线卡，一块EPON线卡上可以有一个或多个PON口，如果是同一块线卡上的PON口之间的保护就叫板内保护，如果是不同EPON线卡之间的PON口保护就是板间保护。以下描述的具体实施例以创建板间保护组为例，说明本发明主干光纤保护的实现过程，本发明EPON实现主干光纤保护的方法的实现流程如图3所示，包括以下步骤：

步骤301，创建保护组，OLT侧核心控制板指定工作PON口和备用PON口，为工作PON口和备用PON口分别绑定一对专用通信通道；

核心控制板从两块EPON线卡上分别选择一个PON口来创建保护组，例如，以PON1口为主用口、即工作PON口，PON2口为保护口、即备用PON口；工作PON口使能自身的光模块，备用PON口关闭自身的光模块，以使下行传输时，只有工作PON口的光模块工作；核心控制板为工作PON口和备用PON口分别绑定一对专用通信通道，保护组工作时，核心控制板同时接通主备用PON口对应的专用通信通道；所述专用通信通道可以为时分复用模式(TDM)通道。

专用通信通道用于工作PON口或备用PON口通过核心控制板向对端PON口传送该PON口自身的工作状态，所述工作状态包括：PON口的主备用状态、PON口软硬件状态和信号丢失(LOS)告警。PON口软件状态具体指PON口所在EPON线卡上的复杂可编程逻辑器件(CPLD)、EPON核心业务芯片(PONMAC)的软件运行是否正常等。信号LOS告警与PON口的工作状态及SD信号一同通过专用通信通道传输，用于实现传输信息的冗余。对于工作PON口而言，对端PON口是指备用PON口；对于备用PON口而言，对端PON口是指工作PON口。对于对端EPON线卡，与以上解释相同。

步骤302，保护组开始工作时，OLT侧核心控制板在工作PON口上配置业务，并将静态数据和动态数据同步到备用PON口；

保护组创建成功开始工作时，OLT侧核心控制板在工作PON口上进行静态数据配置，并同步到备用PON口上；在保护组工作过程中，定时将动态数据同步到备用PON口上。备用PON口与工作PON口的数据同步可以通过专用通信通道来实现，也可以通过其他路径来实现，如通过EPON线卡与核心控制板之间现有的连接来实现。

所述静态数据包括：ONU的信息列表、OLT分配给各个ONU的上下行带宽、ONU的端口使能情况和虚拟局域网(VLAN：Virtual Local Area Network)绑定情况等业务数据；所述动态数据主要是逻辑链路标识-媒质接入控制层(LLID-MAC)地址列表。

步骤303，根据工作PON口MPCP计数器的值同步并调整备用PON口MPCP计数器的值；

当OLT发送MPCP帧时，OLT就将OLT时钟的MPCP计数器的值、即绝对时钟插入到MPCP帧的时间标签域中；ONU无论何时接收到OLT发送的MPCP帧，都要根据MPCP帧所携带的新的时间标签值来刷新ONU时钟的MPCP计数器的值。类似地，当ONU发送MPCP帧时，ONU也要将ONU的MPCP计数器的值插入到MPCP帧的时间标签域中；OLT将检查接收到的MPCP帧的时间标签，获取ONU发送该MPCP帧时ONU的MPCP计数器的值，OLT计算接收的时间标签值和OLT时钟之间的差，以得到ONU的RTT。由于OLT的不同PON口到同一ONU传输路径不同，因此，不同PON口上得到的针对同一ONU的RTT不同。

本发明采用下述方法，对备用PON口MPCP计数器的值进行同步及调整，确保主备切换后ONU的MPCP计数器能平滑过渡，具体处理为：

a.用同步方法对主备用PON口进行处理，使得备用PON口MPCP计数器的值与工作PON口MPCP计数器的值一致，所述同步原理如图4所示：

核心控制板发送一个同步信号(SYNC)，工作PON口和备用PON口收到同步信号时分别锁存各自的MPCP计数器的值，分别为T1和T2，T1或T2可以由专用通信通道传送给对端EPON线卡，然后由对端EPON线卡计算两个MPCP计数器的值的差值为Δt＝T1-T2。在下个同步信号到来时，备用PON口调整MPCP计数器的值增加Δt，同步后使得备用PON口MPCP计数器的值与工作PON口MPCP计数器的值一致。

b.求取主备用主干光纤的路径差x；

x的求取过程如图5所示，步骤如下：

图5中，纵向的三根线分别表示工作PON口MPCP计数器的值、备用PON口MPCP计数器的值和ONUa的MPCP计数器的值，随时间轴方向是递增的，a、b....f均为MPCP计数器的值。工作PON口在a时刻通过下行信道广播MPCP帧，MPCP帧经过DD后到达ONUa，ONUa将MPCP计数器重置为a，然后在时刻b、即MPCP计数器的值为b时向OLT回送MPCP帧，此时，MPCP帧中的时间戳标识为b；工作PON口在时刻c、即MPCP计数器的值为c时接收到MPCP帧，备用PON口收到该MPCP帧时MPCP计数器的值为d。

d和c的差异反应的是主备用主干光纤接收路径的差异，也就是工作PON口和备用PON口的传输路径的单程差异x，x可以用以下方式求得：

x＝d-c＝(d-b)-(c-b)＝(d-b)-RTT_PON1ONUa

PON1-ONUa的RTT可以由工作PON口获取。

x是工作PON口和备用PON口的接收路径差，也是切换时工作PON口、备用PON口到ONU的发送路径差。

c.备用PON口调整自身MPCP计算器比工作PON口MPCP计数器的值慢x，x为有符号的数。

d.核心控制板计算备用PON口到ONUa的RTT，所述RTT的计算过程如下：

在某一时刻，工作PON口MPCP计数器的值为e，备用PON口MPCP计数器的值为e-x，工作PON口下发的MPCP帧携带的时间戳标识为e，相当于如果该MPCP帧从备用PON口下发MPCP帧携带的时间戳标识为e-x，ONUa接收到携带时间戳标识e的MPCP帧后，同步本地的MPCP计数器的值为e，ONUa在MPCP计数器的值为f时上行发送MPCP帧，该MPCP帧插入的时间戳标识为此时ONUa MPCP计数器的值f，在工作PON口上收到该MPCP帧时本地MPCP计数器的值为g，备用PON口收到该MPCP帧时本地MPCP计数器的值为h。

则备用PON口到ONUa的RTT为h-f，即

RTT_PON2ONUa＝h-f

经过上述调整后，进行主备用PON口的切换时，对ONU来说其MPCP计数器变化不大，可以平滑运行，而且在备用PON口上RTT也已经获取，也不需要重新测距。

步骤304，对主用主干光纤或工作PON口进行检测，一旦主用主干光纤或工作PON口发生故障，则进行PON口的主备用切换；

为了防止主备用PON口光模块同时发光，主备用PON口的切换逻辑采用互锁逻辑，即当前只有工作PON口的光模块处于开启状态。PON口的主备用切换流程如图6所示，包括两个步骤：工作PON口由主用状态切换到备用状态，备用PON口由备用状态切换到主用状态，具体步骤如下：

步骤601～604：当检测到主用主干光纤或工作PON口异常时，判断异常持续时间是否大于L，如果持续时间大于L，则执行步骤604；如果持续时间不大于L，则返回执行步骤601；

核心控制板通过检测工作PON口所在EPON线卡的软件状态、或EPON线卡在位情况、或以上二者的结合来确定工作PON口是否有异常。工作PON口通过硬件检测光模块的SD信号来确定主用主干光纤是否有异常。

所述L是为了防止频繁切换所设定的一个固定值，要求每次切换的间隔必须大于L，该固定值是根据项目具体需求情况确定的，主要是根据ONU发现时间、ONU注册时间来设定。

步骤605～607：进行主备用PON口的切换，处于备用状态的PON口通过专用通信通道实时检测对端PON口的主备用状态，当检测到对端PON口为备用或者发现对端PON口的状态为离线时马上切换到主用状态。

如果核心控制板通过检测工作PON口所在EPON线卡的软件状态、或EPON线卡在位情况、或以上二者的结合确定工作PON口有异常，则进行PON口的主备用切换的具体处理为：如果工作PON口能够维持基本工作，如EPON线卡在位、且软件存在错误时，工作PON口释放自身的主用状态，变为备用状态，关闭自身的光模块，并通过专用通信通道向备用PON口通知该PON口此时的状态为备用；备用PON口收到工作PON口提供的备用状态，将自身的状态变为主用状态，开启自身的光模块，根据同步的静态数据和动态数据接替原工作PON口的业务处理，实现PON口的主备用切换；如果工作PON口无法维持基本工作，如EPON线卡不在位时，核心控制板通知备用PON口对端PON口离线，备用PON口将自身的状态变为主用状态，开启自身的光模块，根据同步的静态数据和动态数据接替原工作PON口的业务处理，实现PON口的主备用切换。

如果工作PON口通过硬件检测光模块的SD信号来确定主用主干光纤有异常，则进行PON口的主备用切换的具体处理为：工作PON口释放自身的主用状态，变为备用状态，关闭自身的光模块，并通过专用通信通道向备用PON口通知该PON口此时的状态为备用；备用PON口收到工作PON口提供的备用状态，将自身的状态变为主用状态，开启自身的光模块，根据同步的静态数据和动态数据接替原工作PON口的业务处理，实现PON口的主备用切换。

PON口的主备用切换后，原工作PON口或主用主干光纤故障消除后，可再次通过PON口的主备用切换，将相应PON口切换为工作PON口。

基于上述方法，本发明的EPON实现主干光纤保护的装置如图7所示，该装置包括：核心控制板01、包含工作PON口14的EPON线卡15、包含备用PON口24的EPON线卡25，核心控制板01与工作PON口14或备用PON口24之间具有专用通信通道。核心控制板01用于在OLT侧设置工作PON口和备用PON口，完成备用PON口与工作PON口的数据同步，将来自PON口的工作状态通过专用通信通道传送至对端PON口；工作PON口14用于在主用状态时开启自身的光模块，完成业务处理；备用PON口24用于在备用状态时关闭自身的光模块，根据工作PON口MPCP计数器的值同步并调整备用PON口MPCP计数器的值，通过专用通信通道收到对端PON口的状态为备用时，将自身的状态变为主用状态，切换至工作PON口。核心控制板01进一步用于确定备用PON口到ONU的RTT。

每个PON口包含CPLD、PON MAC、光模块，工作PON口通过光模块与主用主干光纤相连、备用PON口通过光模块与备用主干光纤相连，主干光纤连接到分光器。

保护组工作时，在工作PON口配置静态数据，并将静态数据同步到备用PON口，根据工作PON口MPCP计数器的值同步并调整备用PON口MPCP计数器的值，正常工作时，OLT通过工作PON口及主用主干光纤传送光信号，OLT侧核心控制板定时将动态数据同步到备用PON口，在工作PON口或主用主干光纤故障时，实现主备快速切换。

CPLD，用于负责本PON口与对端PON口的专用通信通道通信，位于工作PON口时，还用于开启光模块，根据检测的光模块的SD信号判断主干光纤是否有异常，位于备用PON口时，还用于关闭光模块，根据工作PON口MPCP计数器的值同步及调整自身MPCP计数器的值；

PON MAC，用于负责EPON相关协议处理、锁存MPCP计数器的值，MPCP计数器位于PON MAC；

专用通信通道，用于PON口与对端PON口之间的通信，向对端PON口传送该PON口自身的工作状态，EPON线卡侧专用通信通道与CPLD相连，核心控制板侧专用通信通道可以与TDM交叉芯片或者FPGA相连来实现数据交换；

结合具体实施例，对本发明的EPON实现主干光纤保护的装置进行详细说明；

设置EPON线卡15上的PON1口为工作PON口，EPON线卡25上的PON2口为备用PON口，开启工作PON口的光模块，关闭备用PON口的光模块。核心控制板同时将工作PON口和备用PON口对应的专用通信通道打通。

保护组创建成功后，在工作PON口上配置业务数据，并将静态数据同步到备用PON口上；在保护组工作过程中，定时将动态数据同步到备用PON口上。

数据同步的工作主要是核心控制板来完成的，核心控制板提取工作PON口的数据后再发送给备用PON口。

根据工作PON口MPCP计数器的值同步并调整备用PON口MPCP计数器的值，具体处理为：

核心控制板01发送一个同步信号(SYNC)，工作PON口和备用PON口的CPLD在收到同步信号后控制PON MAC锁存各自的MPCP计数器，分别为T1和T2，T1或T2可以由专用通信通道传送给对端EPON线卡，然后由对端EPON线卡计算两个MPCP计数器的值差值为Δt＝T1-T2；在下个同步信号到来时，CPLD 21将MPCP计数器的值增加差值Δt，并锁存在PON MAC 22中，同步后使得备用PON口24MPCP计数器的值与工作PON口14MPCP计数器的值一致；求取主备用主干光纤的路径差x，x为有符号的数；CPLD 21调整备用PON口24的MPCP计数器比工作PON口14的MPCP计数器慢x；核心控制板01计算备用PON口24到各ONU的RTT。

经过上述调整后，进行主备用PON口的切换时，对ONU来说其MPCP计数器变化不大，可以平滑运行，而且在备用PON口上RTT也已经获取，也不需要重新测距。

进行各PON口或主用主干光纤故障的检测，一旦主用主干光纤或工作PON口发生故障将进行PON口的主备用切换。

下面以主干光纤发生故障时PON口主备切换为例来说明主备切换过程，具体过程如下：

工作PON口14通过CPLD 11检测光模块13输出的SD信号，当SD信号输出低电平时，判断低电平持续时间是否大于L，如果持续时间大于L，则CPLD11关闭光模块13，向PON MAC 12发送备用状态指示，CPLD 11通过专用通信通道向核心控制板传送备用状态信号。

所述L是为了防止频繁切换所设定的一个固定值，要求每次切换的间隔必须大于L，该固定值是根据项目具体需求情况确定的，主要是考虑ONU发现时间、ONU注册时间。

核心控制板01将接收的工作PON口14的备用状态信号，通过专用通信通道发送给CPLD 21，CPLD 21在接收到工作PON口14备用状态信号后，开启备用PON口24的光模块23，向PON MAC 22发送主用指示，备用PON口24处于主用状态。

当然本装置能通过核心控制板检测工作PON口所在EPON线卡的软件状态、或EPON线卡在位情况、或以上二者的结合来确定工作PON口是否有异常，并在出现异常时实现PON口主备切换。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。