综合异步传递模式业务和同步传递模式业务的方法和设备

本发明涉及通信技术领域，具体涉及在宽带无源光网络PON(PassiveOptical Network)的传输汇聚TC(Transmission Convergence)子层上综合异步传递模式ATM业务和同步传递模式STM业务的方法和设备。

目前宽带PON和ITU G.983所建议的基于异步传递模式的无源光网络ATM_PON都是采用纯ATM信元方式传送业务网络接口SNI(Service NetworkInterface)与用户网络接口UNI(User Network Interface)之间的所有业务信息(电路模式和分组模式)。电路模式业务按照宽带综合业务数字网B_ISDN接入技术的作法，采用在ATM层之上的ATM信元适配层AAL层作ATM适配，把电路模式业务适配成ATM信元(通常称作电路仿真)，然后成PON帧在宽带PON中传输。

关于电路仿真技术ATM论坛提出了规范——af-vtoa-0078.000，ITU也提出了相关建议——I.363.1。如采用电路仿真技术，在宽带PON中承载电路模式业务就需在宽带PON的光线路终端OLT(Optical LineTerminal)和光网络单元ONU(Optical Network Unit)两处分别作ATM适配。这种作法不可避免地会使业务性能受到损伤，成本增加，另外还有PON带宽利用率下降等缺点。

本发明的主要目的在于：提供一种新的综合传送ATM业务和STM业务的方法和设备，以提高传输系统带宽利用率，改善业务传输性能，降低成本。本发明提供一种用于在宽带无源光网络传输汇聚层上综合异步传递模式与同步传递模式业务的方法，其中宽带无源光网络PON分层结构是这样的：最高层是面向业务应用的高层协议；面向同步传递模式STM业务的高层协议下面是电路模式CM(CIRCUIT MODE)层，此电路模式层负责完成复用、交叉连接功能；分组模式业务和/或作电路仿真的电路模式业务统称为异步传递模式ATM业务，面向异步传递模式业务的高层协议下面是异步传递模式ATM信元适配AAL层，完成高层信息适配成异步传递模式ATM信元和异步传递模式ATM信元重组成高层协议信息格式；所述异步传递模式ATM信元适配AAL层下面是异步传递模式ATM层，负责执行异步传递模式ATM信元的多路复用、交叉连接、信头的产生和提取以及一般流量控制功能；所述异步传递模式ATM层和所述电路模式CM层并列向下是面向宽带无源光网络PON物理层的传输会聚TC子层，完成比特、字节、帧同步以及突发同步、测距、带宽分配和安全性保障功能；所述传输会聚子层下面是物理媒质子层，执行光/电转换、波长复用、光纤连接功能。同步传递模式业务不在所述异步传递模式信元适配层作异步传递模式ATM适配，而在所述传输会聚TC子层直接把同步传递模式STM业务信号和异步传递模式ATM业务的异步传递模式ATM信元一起映射到宽带无源光网络PON帧中；其中所述宽带无源光网络PON帧由同步传递模式STM时隙和异步传递模式ATM信元以及物理层开销组成；所述宽带无源光网络PON帧的帧长为125μs的n倍，n为正整数；所述宽带无源光网络PON的时钟与提供同步传递模式STM业务信号的业务网络接口SNI时钟同步。

发送时，STM信号缓存于STM先入先出FIFO队列，而ATM业务信号缓存于ATM先入先出FIFO队列，这两个队列的输出在根据宽带PON帧结构产生的发送控制信号的控制下定时读入到宽带PON的发送队列以便组成宽带PON帧，完成ATM信号和STM信号的综合，其输出进一步经安全性和物理媒质子层的处理传输至接收端；在接收端经物理媒质子层和安全性的处理后得到ATM和STM综合信号，由根据宽带PON帧结构产生的接收控制信号控制把STM信号读出到STM接收FIFO队列，ATM信元读出到ATM接收FIFO队列，完成STM和ATM信号的分离。电路模式业务的传送是以长度n个字节的时隙为单位，称作STM时隙，n为正整数；在OLT产生与提供电路模式业务的SNI的时钟同步的PON系统时钟，ONU从OLT传来的信号流提取时钟。每个PON帧中的STM时隙数及其位置由系统管理指配，每个ONU共有多少STM时隙及其位置也由系统管理指配。

本发明还提供采用上述方法的在传输汇聚TC子层上综合ATM和STM业务的无源光网络PON设备ACTC_PON，所述设备由光线路终端OLT和光网络单元ONU以及树形光分配网ODN组成，其中下行发送电路和OLT上行接收电路组成，所述光网络单元ONU由ONU上行发送电路和ONU下行接收电路组成；其中在发送时，同步传递模式STM信号缓存于同步传递模式STM发送FIFO中，而异步传递模式ATM业务信号缓存于异步传递模式ATM发送FIFO中，其输出在发送控制电路根据宽带无源光网络PON帧结构产生的发送控制信号的控制下定时读入到宽带无源光网络PON的发送队列，以便组成宽带无源光网络PON帧，从而得到异步传递模式ATM信号和同步传递模式STM信号的综合信号。

STM信号不作AAL适配，而是直接与ATM信元一起按帧结构输入到下行发送FIFO成PON帧，这种在PON TC层综合ATM业务和电路模式业务的帧结构被我们称作ACTC_PON帧，结构简单，成本低并改善了性能。例如，STM信号在ACTC_PON的传输时延小于250μs，远小于电路仿真方式的时延，而且与带宽利用率无关，解决了电路仿真方式时传输时延与带宽利用率之间的矛盾。再者，由于没有ATM适配，也就没有ATM信元的信头开销，因此，ACTC_PON的传输带宽利用率比基于纯ATM信元的ATM_PON要高。

由于采用上述技术方案，可以经济有效地解决电路模式业务在宽带PON中与ATM业务的综合接入，性能价格比比电路模式业务靠电路仿真接入高。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的ACTC_PON的分层模型图

图2a是本发明下行方向的电原理框图

图2b是本发明上行方向的电原理框图

图3是本发明的第一个实施例的帧结构图

图4是本发明的第二个实施例的帧结构图。

图1说明的是从分层模型角度来说本发明如何传送电路模式业务和ATM业务的。宽带无源光网络PON分层结构是这样的：最高层是面向业务应用的高层协议；面向同步传递模式STM业务的高层协议下面是电路模式CM层，此电路模式层负责完成复用、交叉连接功能；分组模式业务和/或作电路仿真的电路模式业务统称为异步传递模式ATM业务，面向异步传递模式业务的高层协议下面是异步传递模式ATM信元适配AAL层，完成高层信息适配成异步传递模式ATM信元和异步传递模式ATM信元重组成高层协议信息格式；所述异步传递模式ATM信元适配AAL层下面是异步传递模式ATM层，负责执行异步传递模式ATM信元的多路复用、交叉连接、信头的产生和提取以及一般流量控制功能；所述异步传递模式ATM层和所述电路模式CM层并列向下是面向宽带无源光网络PON物理层的传输会聚TC子层，完成比特、字节、帧同步以及突发同步、测距、带宽分配和安全性保障功能；所述传输会聚子层下面是物理媒质子层，执行光/电转换、波长复用、光纤连接功能。同步传递模式业务不在所述异步传递模式信元适配层作异步传递模式ATM适配，而在所述传输会聚TC子层直接把同步传递模式STM业务信号和异步传递模式ATM业务的异步传递模式ATM信元一起映射到宽带无源光网络PON帧中；其中所述宽带无源光网络PON帧由同步传递模式STM时隙和异步传递模式ATM信元以及物理层开销组成；所述宽带无源光网络PON帧的帧长为125μs的n倍，n为正整数；所述宽带无源光网络PON的时钟与提供同步传递模式STM业务信号的业务网络接口SNI时钟同步。

面向电路模式业务的高层协议经电路模式CM层的处理在PON传输会聚子层与ATM业务一起成PON帧，CM层的处理主要执行复用功能、业务疏导和配置的交叉连接功能等。

发送时，STM信号缓存于STM先入先出FIFO队列，而ATM业务信号缓存于ATM先入先出FIFO队列，这两个队列的输出在根据宽带PON帧结构产生的发送控制信号的控制下定时读入到宽带PON的发送队列以便组成宽带PON帧，完成ATM信号和STM信号的综合，其输出进一步经安全性和物理媒质子层的处理传输至接收端；在接收端经物理媒质子层和安全性的处理后得到ATM和STM综合信号，由根据宽带PON帧结构产生的接收控制信号控制把STM信号读出到STM接收FIFO队列，ATM信元读出到ATM接收FIFO队列，完成STM和ATM信号的分离。电路模式业务的传送是以长度n个字节的时隙为单位，称作STM时隙，n为正整数；在OLT产生与提供电路模式业务的SNI的时钟同步的PON系统时钟，ONU从OLT传来的信号流提取时钟。每个PON帧中的STM时隙数及其位置由系统管理指配，每个ONU共有多少STM时隙及其位置也由系统管理指配。

图2a和图2b描述的是实现本发明的电原理框图。在系统初始化时，处理器4负责与系统网管的通信和消息处理，根据系统网管的要求配置下行发送控制电路5、下行接收控制电路28、上行媒质接入控制MAC(MediumAccess Control)控制电路67和上行接收MAC控制电路44。如图2a所示，OLT下行发送电路11和ONU下行接收电路29以及ODN12完成下行方向的信号传送，即OLT至ONU方向的信号传送。在OLT下行发送电路11中，STM信号总线来的STM信号输入到下行STM发送FIFO1；而从ATM信元总线来的ATM信元输入到下行ATM发送FIFO2；然后根据系统网管的配置和系统帧结构定时将下行物理层运行管理维护PLOAM(Physical Layer Operation Administration Maintenance)信元产生电路3所产生的PLOAM信元、STM信号和ATM信元传送到下行发送FIFO7，其中所述PLOAM信元用于帧同步、物理层维护、运行和管理；所述下行发送FIFO7的输出在并/串转换电路8中进行并/串转换，在扰码电路9中进行扰码，并在电/光转换电路10中进行电/光转换，最后送到光分配网12，以便传输到ONU下行接收电路29。在ONU下行接收电路29中，接收到的光信号首先在光/电转换电路21中进行光/电转换，利用定时提取电路23提取比特时钟，在解扰码电路22中进行解扰码，然后利用下行帧同步和串/并转换电路24中实现下行帧同步和串并转换；在下行接收控制电路28控制下把STM信号送到下行STM接收FIFO25，并将ATM信元送到下行ATM接收FIFO26，它们的输出分别送到STM信号总线和ATM信元总线，从而完成下行方向上STM信号和ATM信元在TC层上的综合。此外，下行PLOAM在下行接收控制电路28控制下被输入到下行PLOAM接收电路，其输出送至处理器4以便执行物理层运行管理和维护方面的功能。

如图2b所示，ONU上行发送电路68和OLT上行接收电路47以及ODN12完成上行方向的信号传送，即ONU至OLT方向的信号传送。在ONU上行发送电路68中，STM信号总线来的STM信号输入到上行STM发送FIFO64，来自ATM信元总线的ATM信元输入到上行ATM发送FIFO65；在上行MAC控制电路67的控制下分别将上行STM发送FIFO64输出的STM信号、上行ATM发送FIFO65输出的ATM信号以及上行PLOAM信元和微时隙产生电路66所产生的上行PLOAM信元与用于上报ONU带宽请求的微时隙传送到上行发送FIFO63；所述上行发送FIFO63的输出在TDMA开销插入、扰码和并/串转换电路62中插入用于时分多址TDMA通信的开销(OVERHEAD，简写成OH)，并在利用下行信号提取的包括比特时钟、字节时钟和帧脉冲的时钟作用下进行扰码，而且进行并/串转换；在突发模式电/光转换模块61中进行电光转换。转换后的光信号送到光分配网12，并传输至OLT上行接收电路47。OLT上行接收电路47接收到的光信号在突发模式光/电转换模块46中进行光电转换，所述突发模式光/电转换模块46的输出传输到突发同步和解扰电路45；在突发同步和解扰电路45中利用包括比特时钟、字节时钟和帧脉冲的时钟进行同步并对同步后的并行信号进行解扰码；解扰后的数据在上行接收MAC控制电路44的控制下分别送到上行STM接收FIFO41、上行ATM接收FIFO42以及上行PLOAM和微时隙接收FIFO43；上行STM接收FIFO41的输出经STM信号总线以及上行ATM接收FIFO42的输出经ATM信号总线传输至后续处理电路，从而完成上行方向STM信号和ATM信元在ACTC_PON的TC子层上的综合。

ACTC_PON系统帧结构具体是这样的：上下行帧长均为125μs的正整数倍(这里正整数最好取1，2，3和4)；下行帧头一个和中间若干个时隙单元是用于下行帧同步和物理层运行、维护和管理OAM的PLOAM信元，其余按系统网管配置为是ATM信元或STM时隙(长度以字节为粒度)；上行帧由ATM信元或STM时隙或PLOAM信元或微时隙(长度以字节为粒度)，加上用于TDMA方式通信的开销组成。ATM信元、STM时隙、PLOAM信元和微时隙的位置和数量由系统网管和MAC协议所决定。

整个ACTC_PON系统的时钟与提供电路模式业务的SNI的时钟同步。具体地说：在OLT处的时钟产生电路产生与提供电路模式业务的SNI严格同步的2.048MHz、8KHz和155.52MHz的时钟。2.048MHz和8KHz时钟供STM信号处理用；155.52MHz时钟为系统比特时钟。在ONU处从OLT传输过来的码流中提取出155.52MHz的时钟和帧频时钟，由帧信号倍频产生与OLT同步的2.048MHz时钟用于STM信号处理用。这样就不存在电路仿真时的复杂的时钟恢复问题。图3所示的是本发明第一实施例的帧结构。在这个实施例中，上下行的传输速率均为155.52Mb/s，上下行帧长均为125μs。下行PLOAM用于物理层运行维护和管理的开销，包括对各ONU使用带宽的授权、帧同步字节、OAM消息、动态测距调整字节、保护倒换控制字节、公务通信开销等，下行PLOAM信元为49字节，ATM信元和STM时隙均为53字节长，共44个，其数量分别由系统网管指定。上行帧共含43个加3字节TDMA开销(OH)的上行PLOAM信元、ATM信元、STM时隙、分割时隙和上行公务话音通道及备用字节。其中分割时隙为53字节长，由n个微时隙组成，n为正整数。分割时隙的位置和数量以及微时隙数n由系统网管确定。上行PLOAM、ATM信元和STM时隙53个字节长，它们的数量由系统网管决定。上行PLOAM用于物理层运行维护和管理的开销，包括OAM消息、保护倒换控制字节、公务通信信令开销等；分割时隙用于系统的MAC协议。

图4所示的是本发明第二实施例的帧结构。在这个实施例中，上下行的传输速率均为155.52Mb/s，上下行帧长均为250μs。下行PLOAM信元为49字节长，共有4个，用于物理层运行维护和管理的开销，包括对各ONU使用带宽的授权、帧同步字节、OAM消息、动态测距调整字节、保护倒换控制字节、公务通信开销等；ATM信元和STM时隙均为53字节长，两者共有88个，它们分别的数量由系统网管指定。上行帧共含86个加3字节TDMA开销的上行PLOAM信元、ATM信元、STM时隙和分割时隙，它们的数量由系统网管决定；另外还有2个22字节的上行公务话音通道及备用字节。上行PLOAM、ATM信元和STM时隙以及分割时隙均53个字节长。上行PLOAM用于物理层运行维护和管理的开销，包括OAM消息、保护倒换控制字节、公务通信信令开销等；分割时隙用于系统的MAC协议。