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CN102204128A - 无源光网络中的性能监视 - Google Patents

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CN102204128A
CN102204128A CN2009801418888A CN200980141888A CN102204128A CN 102204128 A CN102204128 A CN 102204128A CN 2009801418888 A CN2009801418888 A CN 2009801418888A CN 200980141888 A CN200980141888 A CN 200980141888A CN 102204128 A CN102204128 A CN 102204128A
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Abstract

本发明提供了一种用于无源光网络中性能监视的系统。该系统包括光线路终端(OLT)和光网络单元(ONU)。光线路终端包括光纤收发器，用于向所述光网络单元发射光信号和从所述光网络单元接收光信号；以及性能监视装置，用于根据所接收的光信号监视无源光网络的性能。

Description

无源光网络中的性能监视
技术领域
本发明涉及无源光网络。更具体地说，本发明涉及无源光网络中的性能监视。
背景技术
为了跟上因特网流量的增加速度，网络运营商已经广泛利用光纤和光发射设备，大幅度地增加了主干网络的容量。但是，还需要相应地增加接入网络的容量以满足三网合一业务(triple play services)(包括因特网协议(IP)视频、高速数据和数据包语音)的终端用户日益增加的带宽需求。即使使用宽带技术，例如数字用户线(DSL)和线缆调制解调器(CM)，现有技术接入网络提供的有限带宽仍然是为终端用户提供高带宽的严重瓶颈。
在竞争激烈的不同技术中，无源光网络(PON)是下一代接入网络最好的选择之一。由于光纤的高带宽，PON可以同时容纳宽带声音、数据和视频流量。使用DSL或CM技术很难提供这种集成的服务。另外，PON可以用现有协议建立，例如以太网和ATM，这将为PON和其它网络设备的兼容性提供便利。
典型地，PON用于网络的“第一英里”，提供服务供应商的中心局与用户端的连接。通常来说，“第一英里”是一个逻辑点对多点的网络，即一个中心局为一定数量的用户服务。例如，PON可以采用树状拓扑结构，其中一条主干光纤将中心局连接到无源光纤分流器/合流器。通过一定数量的分支光纤，无源光纤分流器/合流器可以分离和分发下行光信号给用户以及合成来自用户的上行光信号(见图1)。注意，还可以使用其它拓扑结构，例如环状拓扑和网状拓扑。
PON中的发射通常在光线路终端(OLT)和光网络单元(ONU)间进行。OLT通常位于中心局并将光接入网连接到城域主干网上，其可以是属于例如因特网服务供应商(ISP)或本地交换运营商的外部网络。ONU可以位于用户端并通过用户端设备(CPE)连接到用户的家庭网络上。有时，ONU又称为光网络终端(ONT)，ONT终结PON并为用户提供用户服务接口。在本申请中，术语“ONU”指代ONU、ONT或PON中的任意其它下行节点设备。
在以太网PON(EPON)的一个例子中，通信可以包括下行流量和上行流量。在下面的描述中，“下行”指从一个OLT到一个或多个ONU的方向，“上行”指从ONU到OLT的方向。在下行方向，由于1×N无源光纤耦合器的广播特性，由OLT向所有ONU广播数据包，再由目的地ONU选择性提取这些数据包。另外，每个ONU分配有一个或多个逻辑链路标识(LLID)，由OLT发送的数据包通常具有其目的地ONU的独特LLID。如果数据包是发送给所有ONU的广播数据包，那么它将具有独特的广播LLID。在上行方向，ONU需要共享信道容量和资源，因为只有一个连接无源光纤耦合器和OLT的链路。
为了避免来自不同ONU的上行发射的冲突，要对ONU发射进行仲裁。这种仲裁可以通过给每个ONU分配发射窗口(又称许可)来实现。ONU推迟发射直至其许可到来。位于媒体访问控制(MAC)层的多点控制协议(MPCP)可以被用于分配发射时间间隙给ONU。MPCP使用REPORT(由ONU发送的上行信息，用于将其队列信息通知OLT)和GATE(由OLT发送的下行信息，用于许可带宽给ONU)控制信息请求及分配EPON上的发射时机。
图1示出了一个无源光网络，该无源光网络包括一个中心局、通过光纤连接的一定数量的客户端以及一个无源光纤分流器(现有技术)。无缘光纤分流器102和光纤将客户端连接到中心局101。还可以级联多个分流器以提供所期望的分流比和更大的地理覆盖。无源光纤分流器102可以位于终端用户附近以最大限度地减少初始光纤使用成本。中心局101可以连接到外部网络103上，例如由因特网服务供应商(ISP)运营的城域网。尽管图1示出的是树状拓扑结构，PON还可以基于其它拓扑结构，例如逻辑环状或逻辑总线型。注意，尽管本文中的很多例子是基于EPON的，但本发明的实施例并不限于EPON，而是可以应用于各种PON中，例如ATM PON(APON)、千兆PON(GPON，利用各种一般的帧协议的PON)和波分复用(WDM)PON。
为了提供低成本、高带宽和可靠的服务给客户，PON需要采用可靠的且经济有效的方法。理想地，PON维护需要提供无服务中断的主动且连续的网络健康监视，并对光纤收发器模块、光纤分布式网络(ODN)光纤段以及无源分流器部件中的一般故障进行故障诊断。
发明内容
本发明提供了一种用于在无源光网络(PON)中进行性能监视的系统。该系统包括光线路终端(passive optic network，简称OLT)和光网络单元(optical line terminal，简称ONU)。OLT包括光纤收发器，用于向ONU发送光信号并从ONU接收光信号；以及性能监视装置，用于根据所接收的光信号监视PON的性能。
在本发明的各种实施例中，所述光网络单元包括与所述光网络单元的发射器相连的开关，所述开关被配置为根据从所述光线路终端接收的指令电断开所述光网络单元的发射器。
在本发明的各种实施例中，所述性能监视装置包括光功率监视器，其被配置为监视从所述光网络单元接收的信号的光功率。
在本发明的各种实施例中，所述性能监视装置被配置为选择光网络单元进行性能监视、分配专用于性能监视的逻辑链路识别标识给所述光网络单元以及许可具有预设长度的发射窗口给所述逻辑链路识别标识。所述逻辑链路识别标识不能用于常规数据发射。
在本发明的各种实施例中，所述功率监视器被配置为测量采样周期内的光功率，其中所述采样周期可任意地(arbitrarily)对齐于光网络单元发射窗口中。注意采样周期小于最小发射窗口。换言之，对于携带最小以太网数据包(64比特)的发射窗口，采样获取亦可以完成。因此，所述采样周期可被配置在发射窗口中的各种位置。
在本发明的各种实施例中，所述采样周期的起始时间对齐所述光网络单元发射窗口的起点。
在本发明的各种实施例中，所述采样周期的起始时间对齐所述光网络单元发射窗口的终点。
在本发明的各种实施例中，所述光网络单元包括前向纠错装置。
在本发明的各种实施例中，所述性能监视装置被配置为根据所述光网络单元专有的前向纠错统计监视所述光网络单元的性能。
在本发明的各种实施例中，所述前向纠错装置被配置为生成离散的位序列，所述位序列被用于提取所述光网络单元专有的前向纠错统计。
在本发明的各种实施例中，所述性能监视装置还被配置为根据线性码统计(line coding statistics)(例如8比特/10比特线性码错误(line coding errors))监视所述光网络单元的性能。
附图说明
图1是现有技术PON的示意图，该PON中，中心局和一定数量的客户端之间通过光纤和无源光纤分流器连接；
图2是根据本发明实施例的EPON结构的示意图；
图3是根据本发明实施例的光功率监视系统的示意图，其配备有支持数字诊断监视接口(DDMI)功能的小型(SFF)或小型插拔式(SFP)光纤收发器；
图4是根据本发明实施例的调试信号、起始选通信号、结束选通信号以及RSSI_ACQ信号的时序示意图；
图5是根据本发明实施例的采样选通信号的位置的示意图；
图6是根据本发明实施例的用于连接OLT芯片和嵌入式模数转换器(ADC)的电路配置的示意图；
图7是根据本发明实施例的实施基于误码率的性能监视的EPON的结构示意图；
图8是现有技术64比特/66比特编码分组的格式的示意图；
图9是根据本发明实施例的创建的里德所罗门(255，223)编码分组的格式的示意图；
图10是根据本发明实施例的前向纠错(FEC)解码器的输出的示意图；
图11是根据本发明实施例的实施FEC的EPON下行数据发射的示意图；
图12是根据本发明实施例的错误检测的过程的流程图。
具体实施方式
下面的描述是为了让本领域技术人员能够使用这些实施例，并在上下文中提供了特殊的应用及其要求。本发明的实施例的各种变化对本领域的技术人员来说是显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以将本发明应用于其它实施例和应用中。因此，本发明的范围不受此处所公开的具体实施例的限制，而是与本发明的原则和特征一致的最大范围。
综述
本发明提供了一种用于监视PON中的性能的系统。在工作过程中，该系统根据所接收的光信号监视PON的性能。在一些实施例中，该系统通过监视所接收的光功率来监视光纤收发器的性能。在其它实施例中，该系统使用基于误码率(BER)的性能监视。
功率监视
为了减少运行成本、提高网络和服务的可用性以及最小化用户故障时间，PON需要实施性能监视和错误管理系统。PON中的错误可以包括网络错误(例如路由协议故障)、设备错误(例如OLT线路卡或ONU的故障)、光纤组件错误(例如光纤收发器的故障)以及ODN错误(例如光纤、连接器和分流器的故障)。网络和设备错误可以通过在应用层(例如系统管理和控制软件)和网络层(例如TCP/IP层)实施性能监视来检测和管理。光纤组件和ODN错误可以在数据链路层(例如EPON媒体访问控制(MAC)层)和物理层(例如光纤层)进行检测和管理。
光纤监视(或光纤层的性能监视)提供了一种在PON中进行错误检测的经济有效的方法。本发明的一些实施例提供了一种能检测光纤收发器故障和ODN故障的光纤监视系统。光纤收发器故障可以由很多原因引起，包括收发器性能超过规格、激光器被“卡”以及收发器老化。例如，发射器(激光器)可能发射相对特定的产品性能来说光功率过高或过低的光信号，或者ONU的激光器可能在该特定ONU的非发射窗口被打开或泄露功率，从而产生不期望的对其它ONU的干扰。同样地，ONU的激光器可能在其许可到来时被关闭并无法发射。另外，在现场应用后，ONU的激光器会老化，且它的输出功率会在它接近其寿命结束时降低。为了克服ONU收发器的故障，通常需要替换出现故障的收发器。ODN故障可以包括光纤故障(例如断纤或多于弯曲)和无源光纤组件故障(例如故障光纤连接器或分流器)。断纤可能导致总的光功率的损失，而弯曲的光纤或松弛的连接器可能导致增加的插入损耗，这些将导致所接收的光信号强度低于接收器灵敏度。为了解决ODN故障引起的问题，通常需要修理故障组件。
本发明的一些实施例监视所接收的光功率以检测收发器中的错误。注意，OLT和ONU侧的收发器都需要被监视。在一个实施例中，OLT侧和ONU侧的收发器可以一起进行监视。在另一个实施例中，OLT侧和ONU侧的收发器可以独立地进行监视。OLT侧收发器可以被本地监视，即监视装置位于或接近OLT。但是，由于ONU靠近客户，因此期望能够远程监视ONU侧收发器。另外，在PON中的每个ONU上增加功率监视装置将增加成本。在本发明的一个实施例中，单个功率监视装置位于OLT，并监视从与该OLT相连的每个ONU接收的光功率，从而检测下行ONU可能出现的发射器错误。除了检测收发器错误外，该系统还可以通过执行错误诊断来确定哪个ONU是错误单元。
图2是根据本发明实施例的EPON结构的示意图。EPON 200包括OLT 202和一定数量的ONU，例如ONU 204和ONU 206。ONU 204和ONU 206通过无源光纤分流器208与OLT 202连接。
OLT 202包括收发器210、ONU性能监视装置212、操作维护管理(OAM)模块214以及媒体访问控制(MAC)模块230。收发器210发射光信号给下行ONU并从下行ONU接收光信号。ONU性能监视装置212监视下行ONU的性能。在一个实施例中，ONU性能监视装置212监视从下行ONU接收的光功率。OAM模块214生成能够被发送给下行ONU的操作维护管理(OAM)消息，并被用于错误诊断。
ONU 204包括收发器216、媒体访问控制(MAC)模块218、开关220以及电源222。收发器216发射光信号给OLT 202并从OLT 202接收光信号。开关220与收发器216连接，并被配置为根据从MAC模块218接收的控制信号通过切断光纤发射器的电源来物理地关闭收发器216中的激光器。在一个实施例中，开关200包括场效应管(FET)，控制信号从MAC模块218通过通用输入/输出(GPIO)引脚发送给FET的栅极。电源222给开关200提供恒定的电能。
在工作过程中，OLT侧收发器210从ONU侧收发器216接收上行光信号。ONU性能监视装置212监视所接收的光信号以便确定ONU侧收发器216的健康状况。在一些情况下，ONU性能监视装置212可能需要关闭ONU侧收发器216中的激光器。例如，ONU性能监视装置212可以推断激光器是打开的，并在干扰其它ONU的上行发射。在更换收发器216之前，需要将其关闭。替代地，ONU性能监视装置212可能需要关闭激光器以便进行诊断。为了达到这个目的，ONU性能监视装置212指示OAM模块214生成将传递给ONU 204的OAM消息。ONU侧收发器216接收该OAM消息并将其传递给MAC模块218，然后MAC模块218控制开关220关闭收发器216中的激光器。开关220的存在为OLT 202提供了“物理地”关闭收发器216中激光器的能力，这是重要的错误管理手段。注意通常收发器的激光器在其接收器开启时不能被关闭。在一个实施例中，ONU 204包括基于定时器的装置，使得收发器216可以在特定时间周期过后被重新开启。这种功能允许收发器216在特定时间段被远程关闭以便进行诊断。
EPON上行发射的突发特性使得监视上行光功率较困难，因为传统的功率监视方法通常指的是连续模式功率监视，这种功率监视测量平均接收光功率。EPON上的功率监视需要具有测量特定逻辑链路的许可时间内特定间隔的ONU突发光功率水平的能力，以及测量任意许可时间外的ONU光功率水平的能力；即ONU发射间隔中，或除了来自ONU的泄漏外没有光功率的上行链路空闲的时候。若空闲时间段内接收到足够的功率，则检测到错误状态，表明至少一个ONU在泄漏光功率。通过检查进行功率测量针对的LLID或通过执行进一步诊断程序，可以准确地确定这个处于错误状态的ONU。测量上行突发光功率水平需要快速取样保持模数转换器(ADC)，它可以在小于最短ONU许可时间(≤672ns)的时间内取得采样。另外，ADC的采样间隔的起始和结束时间需要进行精确地控制以便准确地设置采样捕捉时间在单个上行突发流中的位置，从而可以测量特定ONU的功率。
在一些实施例中，OLT和ONU中的光纤收发器可以是小型(SFF)或小型插拔式(SFP)收发器，其包含嵌入式ADC和数字诊断监视接口(DDMI)。在一个实施例中，DDMI符合小型标准8472(SFF-8472)。DDMI可以报告由SSF-8472规定的一定数量的性能监视统计，包括但不限于：每个ONU在活跃和空闲阶段的接收器功率、发射器功率、发射器偏置电流(通常是激光器的健康标识)、温度和电源电压。这些测量值可以有助于诊断包含老化状况、温度效应、性能衰减以及激光器错误在内的问题。
图3是根据本发明实施例的光功率监视系统的示意图，其配备有支持DDMI功能的SFF或SFP光纤收发器。光功率监视系统300包括主机302、OLT 304和ONU 306。OLT 304包括支持DDMI功能的SFP光纤收发器308和OLT芯片310。同样地，ONU 306包括支持DDMI功能的SFP光纤收发器314和ONU芯片316。光纤收发器308包括接收器318、发射器320、ADC 322和DDMI 324。为了测量ONU 306的上行发射功率，OLT芯片310提供采样选通信号(sampling strobe)以触发ADC 322获取OLT侧接收器318接收功率的采样作为数字值。选通信号的起始时间和结束时间可以通过运行在主机302上的软件进行配置。通过DDMI 324和内部集成电路(I2C)总线312发送功率值给OLT芯片310。然后主机302可以通过主机接口从OLT 304取回测量统计。在一个实施例中，主机软件可以包括图形用户接口(GUI)，GUI允许网络运营商配置ADC采样窗口的长度和位置，以及读取测量结果。在另一个实施例中，网络运营商可以选择特定的逻辑链路进行功率监视。当特定ONU被怀疑可能具有错误时，通常使用这种模式。另外，网络运营商可以选择以循环方式对所有逻辑链路执行监视，这在正常网络条件下的连续监视中常常使用。
OLT 304的固件可以通过编程采样选通信号以在被分配的许可内触发特定的逻辑链路来测量每个逻辑链路所接收的光功率。注意根据IEEE 802.3ah标准，ONU可以每50ms发送至少一个MPCP REPORT帧。在实际应用中，空闲ONU至少以轮询间隔为频度发射，该轮询间隔由主机软件在服务水平协议(SLA)中为该逻辑链路编程，通常大约为几毫秒。活跃的ONU发射得更频繁。在一个实施例中，OLT固件循环测量从每个逻辑链路接收的光功率，包括空闲时间段，并保留这些能被主机取回的作为统计值的功率测量值。在另一个实施例中，OLT固件每秒采样一个链路。注意，当一个ONU被分配多于一个LLID，由于所有这些LLID共享一个光纤收发器，OLT固件可以仅对其中一个逻辑链路进行采样。其它测量值，例如发射功率和温度，与上行突发流不相关；因此，它们可以在任意时间在OLT 304读取。
ONU 306的测量与OLT 304的测量类似，但是更简单。ONU 306测量激光器使能时的活跃光功率，以及激光器停用时的空闲光功率。在ONU侧不是对每个逻辑链路的发射功率进行测量，因为在所有情况中都是相同的物理激光器。下行中接收的光功率是连续可用的；因此可以任意时间在ONU 306读取。在一个实施例中，为了减少ONU的成本，收发器314可以不包括嵌入式ADC以及DDMI。
为了配置RSSI采样选通信号的起始时间和结束时间，OLT芯片310需要提供三个输出信号，包括调试信号、选通起始信号和选通结束信号。这三个OLT芯片输出信号可以被外部电路合成以生成给光纤收发器的脉冲，该脉冲限定了采样间隔。该脉冲被称为RSSI_ACQ。选通起始信号触发RSSI_ACQ信号的开始，选通结束信号触发RSSI_ACQ信号的结束。注意，所有信号可以在MPCP时间量的增量(16ns)中被操作，实现极高精确度的ADC触发和采样时间。图4是根据本发明实施例的调试信号、起始选通信号、结束选通信号以及RSSI_ACQ信号的时序示意图。
当被测量的链路具有活跃的许可时隙时，可以断言(assert)调试信号。在一个实施例中，OLT固件编程OLT芯片以循环地为每个逻辑链路断言调试信号。为了测量空闲功率，在一个实施例中，OLT被配置为分配许可给“虚假”LLID，“虚假”LLID是不属于PON上任意ONU的LLID。在“虚假”LLID的许可的时间间隔内，无ONU在发射；因此，可以测量空闲功率。
主机软件可以配置选通起始和选通结束信号以便在许可时隙开始后的时间段内激活。在一个实施例中，主机软件可以配置选通起始和选通结束信号的时间段、极性和与许可起始时间的偏移。ADC在RSSI_ACQ的上升沿开始采样，并在输出的下降沿锁存平均值。RSSI_ACQ信号可以被移动到许可中的任意位置，且通过在许可中移动选通起始和选通结束信号的位置可以被配置为任意长度。RSSI_ACQ需要足够长以满足ADC采样需求。
在一个实施例中，为了便于功率监视，OLT被配置为生成专用于性能监视的LLID，并分配固定的长度许可给LLID。在另一个实施例中，监视LLID被许可持续100ms的发射窗口。在一个实施例中，监视LLID不能用于任意已登记注册的ONU的常规数据发射。分配具有足够长度的发射窗口给性能监视LLID保证了足够的ADC采样时间。OLT还被配置以循环方式为每个连接的ONU分配性能监视LLID。
激光器的健康状况还可以通过其开启和关闭时间来表示。老化的激光器常常表现异常长的开启或关闭时间。较长的开启时间将导致许可起点较弱的接收功率，较长的关闭时间将导致两个ONU的发射之间不期望的重叠。因此，在ONU发射的上升沿和下降沿附近都进行光功率监视是很重要的。在本发明的一个实施例中，采样选通信号(RSSI_ACQ信号)可以精确地位于相对激光器发射的起始或结束时间的位置，从而允许发射开始和结束时的功率监视。
图5是根据本发明实施例的采样选通信号的位置的示意图。在时间T0，ONU开始发射500，在时间T1，激光器关闭以结束发射500。但是，由于延长的下降沿的存在，ONU激光器继续发射功率直至时间T1’。OLT可以安排一开始于T0的采样选通信号504以测量激光器的上升沿的光功率。OLT还可以将采样选通信号504相对T0进行偏移。为了测量激光器到达其满功率时的光功率，可以将采样选通信号506置于激光器满功率发射的位置。为了测量激光器发射的下降沿，OLT可以安排开始于T1的采样选通信号508。OLT还可以将采样选通信号508相对T1进行偏移。能够将采样选通信号置于相对激光器发射起始或结束时间的精确位置，给OLT提供了在上升沿和下降沿均可诊断激光器异常的能力。
另外，将采样选通信号置于发射结束时间附近的精确位置的能力使得检测发射之间的任意重叠变得可能。例如，在发射500的光功率消失前，另一ONU可以在时间T0’开始发射502，导致如图5所示的发射500和502之间的重叠。
图6是根据本发明实施例的用于连接OLT芯片和嵌入式模数转换器(ADC)的电路配置的示意图。在图6中，OLT芯片600包括分别连接SFP收发器606和608的信道602和604，因而能够提供两个发射信道给下行PON。每个信道提供三个输出信号，它们能被合并生成RSSI_ACQ脉冲。例如，信道602提供选通起始信号620、调试信号622和选通结束信号624。选通起始信号620和调试信号622被发送给NAND逻辑门612。逻辑门612的输出和选通结束信号624被发送给触发器610，分别作为设置和复位输入。触发器610的输出提供采样选通(RSSI_ACQ)信号626给支持DDMI功能的SFP收发器606。采样选通信号626触发收发器606获取所接收功率作为数字值的采样，该数字值可以由OLT芯片600通过I2C总线614从收发器606中读取。除了给I2C总线(例如I2C总线614)提供接口外，GPIO接口618还可以提供可选反馈连接616，它可以发送关于RSSI_ACQ信号626的反馈给OLT芯片600。这种反馈通知了OLT固件采样信号已经收集，并有助于确保收集的统计是有效的。
基于BER的性能监视
除了光功率，BER统计也可以用于性能监视，因为光纤硬件老化和时间错误通常导致比特错误，而比特错误可以通过一些方式进行检测。ONU和逻辑链路间BER中出现BER增加或非常用模式通常表明激光器错误。因为BER统计可以由现有系统组件收集，基于BER的性能监视可以不需增加新的组件来执行，因此无需额外的硬件成本或硬件重配置。另外，基于BER的性能监视可以在现有和延伸网络以及新网络中使用。
图7是根据本发明实施例的实施基于误码率的性能监视的EPON的结构示意图。EPON 700包括主机702、OLT 704和ONU 708，OLT 704包括OLT芯片706，ONU 708包括ONU芯片710。OLT芯片706与ONU芯片710通信，并通过主机接口712发送OLT 704和ONU 708两者的与BER相关的统计给主机702。
基于BER的性能监视可以报告各种类型的错误，包括光纤收发器相关的错误和网络错误。各种BER相关的统计数据将被收集，包括8B/10B解码错误统计和前向纠错(FEC)统计。根据错误在以太网帧中所处的位置，该错误可以由几个错误统计反映。例如，携带以太网帧的前序部分的8B/10B字中的错误可以由对前序部分的循环冗余检测(CRC)-8域进行检测，以太网帧的主体部分中的错误可以由对整个帧的CRC-32域进行检测。另外，以太网帧的主体部分中的错误还将导致并被接收器端线性码解码过程中的“无效编码组”消息检测到。
有时，使用FEC以加强EPON的链路预算和BER性能。在本发明的一个实施例中，当接收功率减少到一定量时，开启FEC功能。例如，当ONU的发射功率由于老化的激光器而降低时，可以开启接收OLT上的FEC以确保ONU的发射被准确地接受。若ONU的发射功率继续降低到某一点，甚至FEC不能保证适当地接收时，那么ONU激光器将需要更换。增加的比特错误也可能由路径上不期望的插入损耗引起，这将进一步说明，不是ONU激光器不符合规格，就是某些连接器错误(例如，松弛的连接器)，或是未对准的光纤段(misaligned fiber segments)等。
FEC是一种可以用于数据发射的错误控制方法，其中发送器在消息上增加冗余数据，从而允许接收器不需询问发送器附加的数据而检测和/或校正错误(在一定范围内)。为了完成错误监视，IEEE标准802.3定义了用于对校正的FEC分组(FEC block)和未校正的FEC分组进行计数的计数器。由于每个ONU接收所有下行数据包，ONU中的FEC子层相应地接收并校正所有下行数据包。因此，ONU仅仅知道所有下行数据包总的校正或未校正FEC分组的数量。为了实施基于BER的性能监视，需要对前往上行方向中OLT侧的每个单独LLID的数据包中的已校正错误进行计数。
存在多种可能的FEC方法，分别实施不同的纠错编码，例如里德所罗门(Reed-Solomon)、格雷(Golay)、哈明(Hamming)以及低密度奇偶校验(LDPC)码。在本发明的一个实施例中，在10G EPON中使用里德所罗门(255，223)码。另一个实施例在1G EPON中使用RS(255，239)码。
里德所罗门码是分组码(block code)，意味着固定分组的输入数据被处理成固定分组的输出数据。里德所罗门码被规定为具有s比特符号的RS(n，k)。这意味着编码器取用k个数据符号，每个数据符号s比特，并添加奇偶符号以形成n符号编码分组。每个编码分组具有n-k奇偶符号，每个奇偶符号s比特。
当里德所罗门(255，223)码具有8比特符号(即最常用的里德所罗门码之一)时，223个符号(每个8比特长)的原始输入数据被编码成255字节的输出编码分组。换言之，里德所罗门(255，223)编码分组包括两个部分，数据部分和奇偶部分。第一223个字节是数据比特，即被保护不遭损坏的信息，接下来的32字节是奇偶比特，奇偶比特是根据数据比特进行计算的。
在建立里德所罗门编码分组前，我们需要引入用于10G EPON中的线性码。为了得到DC均衡以及有限的奇偶，10G EPON使用64B/66B线性码来编码发射的数据包。64B/66B线性码编码8字节(总共64比特)数据和/或控制编码为66比特的码字。图8是现有技术64B/66B编码分组的格式的示意图。64B/66B编码分组800包括8字节(S0-S7)数据和/或控制码以及2比特同步帧头802。根据接下来的8字节(S0-S7)全部是数据字还是与控制信息混合，同步帧头802可以具有值“01”或“10”。在后一种情况，紧接着同步帧头802的字节(S0)携带了控制码的类型信息。注意同步帧头值“00”和“11”被认为是编码错误。
图9是根据本发明实施例的创建的里德所罗门(255，223)编码分组的格式的示意图。里德所罗门(255，223)编码分组900包括66比特长64B/66B分组的27个分组(例如分组902)，以及32字节奇偶分组904。32字节奇偶分组904是根据27个64B/66B分组计算的。
在下行发射的例子中，在接收将要发射的数据包的基础上，位于OLT的FEC编码器利用所选的纠错码(例如里德所罗门(255，223)码)编码数据包(建立FEC编码分组)，然后广播FEC编码分组给所有下行ONU。在一个实施例中，OLT FEC编码器通过集合27个66比特分组加上2个填充比特(padding bit)和32字节奇偶数据来建立FEC编码分组。
当下行ONU接收FEC编码的数据包时，位于ONU的FEC解码器可以利用传统的串行锁定技术建立FEC分组同步。一旦实现同步，FEC解码器尝试识别发射错误的位置和大小，并将它们纠正以恢复原始数据。可以被识别和/或校正的错误的数量由开销(冗余)的比例确定。对于具有8比特符号的里德所罗门(255，233)码，解码器可以校正多达16个符号错误。当符号中至少1比特错误时，发生符号错误。根据错误的数量和分布，FEC解码器能够或不能检测所有符号错误。另外，对于所有检测到的符号错误，一些可以由FEC解码器校正，而其它的并不是可校正的。通过对FEC解码器检测到的错误数量的计数，可以估算发射链路的误码率。
由于下行发射广播给所有ONU，每个ONU接收所有发射的数据包，然后对数据包进行解密和过滤。因此，ONU的FEC解码器解码FEC编码分组(其包括目的为不同ONU的数据包)，并报告每个FEC编码分组的相关错误信息，例如，符号错误的总量。但是，从ONU的视角，仅仅目的地为它自己的数据包是相关的，且需要获得包括目的地为特定ONU的数据包的符号错误的数量和位置的FEC统计数据。为了完成该任务，在本发明的一个实施例中，FEC解码器不仅生成恢复的数据，还生成用于标记检测到的符号错误的位置的单独比特序列(separate bit sequence)。在另一个实施例中，该单独的比特序列还区分经校正的符号错误和不可校正的符号错误。
图10是根据本发明实施例的FEC解码器的输出的示意图。FEC解码器的输出包括恢复的数据序列1000和其相应的符号错误位置比特序列1020。恢复的数据序列1000包括一定数量的66比特长64B/66B码字，例如码字1002、1004和1006。每个码字包括一定数量的8比特符号，例如符号1008和1010。由于66比特长64B/66B码字不是8的倍数，一个符号可能跨越两个64B/66B码字间的界限。例如，符号1012跨越码字1002和1004间的界限，符号1014跨越码字1004和1006间的界限。
由于包间距(IPG)的最小长度，即以太网帧发射之间插入的空闲时段，由IEEE标准802.3规定为12字节，两个相邻的以太网帧(数据包)总是由至少一个64B/66B码字分开。例如，包括码字1002的一部分的数据包1和包括码字1006的一部分的数据包2被IPG分开，IPG包括码字1004和码字1002及1006的一部分。从图10可看出，8比特符号不可能跨越两个数据包的界限，因此消除了两个ONU间的错误计数的含糊不清。
为了保持追踪FEC解码器检测到的错误的位置，FEC解码器还生成符号错误位置比特序列1020。在一个实施例中，比特序列1020的每个比特对应于恢复的数据序列1000中的一个8比特符号。例如，比特1022和1024分别对应于符号1008和1010。FEC解码器通过在比特序列1020中设置对应比特来标记恢复的数据序列1000中所检测到的错误的位置。例如，若FEC解码器检测到符号1010包含错误，解码器将比特1024设为“1”；反之，将比特1024设为“0”。
在一些实施例中，FEC解码器可能需要区分已经校正过的错误和不可校正的错误。为了达到这个目的，比特序列1020中的两个比特对应于恢复的数据序列1000中的一个8比特符号。通过将这两个比特设置为不同值，FEC解码器可以在恢复的数据序列1000中标记符号如下：“非错误”、“经校正的错误”或“不可校正的错误”。
FEC解码后，符号错误位置比特序列1020被缓存，然后被发送给上层，例如媒体访问控制(MAC)层，以便与恢复的数据序列1000一起进行处理。在一个实施例中，符号错误位置比特序列1020通过与数据总线并行的单独总线被发送给MAC层，数据总线用于发送恢复的数据序列1000。
根据包含在每个数据包中的LLID标签，ONU的MAC层提取目的地为该ONU的数据包，并丢弃所有其它数据包。一旦目的地为该ONU的数据包被识别出来，系统可以根据伴随的符号错误位置比特序列对该数据包中的错误数量进行计数。因此，每个ONU可以获得目的地为它自己的数据包的FEC统计(包括FEC校正的错误和不可校正的错误)。根据ONU专有的FEC统计，该系统可以估算BER，从而完成ONU专有的链路性能监视任务。注意，有时符号错误可能发生在目的地为两个不同ONU的两个数据包间的IPG处。在一个实施例中，该系统保持对这种错误的单独计数。
图11是根据本发明实施例的实施FEC的EPON下行数据发射的示意图。OLT 1100包括媒体访问控制(MAC)模块1102和FEC编码器1116。OLT MAC模块1102生成目的地为不同ONU的数据包，例如目的地分别为ONU 1110、1112和1114的数据包1104、1106和1108。在发射前，OLT FEC编码器1116集合并编码数据包1104-1108为一定数量的FEC编码分组，例如FEC编码分组1118。
编码的FEC编码分组被广播给所有下行ONU，包括ONU 1110-1114。每个ONU包括FEC解码器和MAC模块。例如，ONU 1110包括FEC解码器1120和MAC模块1122。FEC解码器1120接收并解码所有接收的FEC编码分组以生成恢复的数据序列1124和相伴随的符号错误位置比特序列1126。FEC解码器1120通过并行总线发送恢复的数据序列1124和错误位置比特序列1126给ONU MAC模块1122。根据包含在每个数据包中的LLID标签，ONU MAC模块1122能够选择目的地为ONU 1110的数据包1128。同时，对应于数据包1128中的符号的符号错误位置比特序列中的比特也可以被过滤，形成比特序列1130。比特序列1130提供数据包1128的FEC错误信息(包括校正的和不可校正的错误)，并可用于每个ONU的基于BER的性能监视。
除了FEC统计，其它类型的错误统计也可用于性能监视。例如，当FEC不可用时，线性编码(例如8b/10b编码)错误统计也可用于性能监视。
例子
基于功率监视的和基于BER的性能监视方法可以独立使用或组合使用来检测及诊断PON中的错误。过多的BER通常表示底层物理层(包括光纤收发器和ODN)中潜在错误的初始阶段。功率监视可以用于进一步验证及隔离问题。例如，可以确定问题是间断的还是持续的，问题是由OLT还是ONU上的光纤收发器中的错误引起的，以及问题是否由ODN中的错误导致。给出下列错误检测例子来更好地描述性能监视系统。
在一个例子中，多个ONU发射器中的一个保持开启(‘stuck’on)，意味着即使没有给该ONU许可，它仍连续发射功率。为了检测这种情况正发生在PON接口上，该系统首先确定测量的空闲时间段内的OLT接收功率是否高于预设阈值，例如信号检测(SD)断言功率水平(大约-29dB)。空闲期间过多的接收功率强烈表明ONU激光器保持开启。另外，该系统可以确定是否有链路取消注册或一些链路上是否有高BER；这两种情况都可以由ONU激光器保持开启而导致。当系统确定保持开启的ONU激光器是导致错误的原因后，该系统需要通过执行错误诊断来确定哪个ONU是错误单元。该系统可以检查所有链路的BER统计，并定位无BER或低BER的链路；相应的ONU就是可疑的错误单元。为了进一步验证，该系统可以通过发送OAM消息断开该发射器的开关来物理地关闭该ONU发射器，并观察是否所有其它的链路在该ONU发射器关闭后恢复。
在一个例子中，多个ONU中的一个的发射在泄漏功率。为了进行检测，该系统给测量功率大于泄漏阈值的ONU的发射加上时间戳，并根据该发射时间戳确定该发射是否在该ONU的许可窗口内。
在一个例子中，一个ONU具有不稳定的激光器。为了进行检测，该系统连续地测量该ONU的发射功率并计算它的移动平均值。另外，该系统根据移动平均值计算所测功率的最大偏差。若该偏差在预设范围以外，该ONU激光器就是不稳定的。
在一个实施例中，ONU的激光器老化。为了检测这种问题，该系统连续地测量激光器的偏置电流，并将测量结果与激光器标准进行比较，以确定是否发生老化。在一个实施例中，OLT维持一个表格，该表格包括每个相连的ONU的初始接收功率值，OLT还比较当前测量的接收功率与保存的值。老化的激光器通常表现为功率随时间降低。
在一个实施例中，ONU接收器的性能降低。为了对此进行检测，该系统连续地测量ONU接收功率。另外，该系统计算链路损耗，即OLT发射功率和ONU接收功率间的差别，并比较链路损耗与链路预算。若损耗在链路预算内，该系统检测ONU的下行基于FEC的BER，并确定该BER是否大于预设阈值。若是，该ONU的接收器灵敏度在下降。
在一个实施例中，PON承受超额的ODN链路损耗。为了对此进行检测，该系统连续地测量所有链路的OLT接收功率和ONU发射功率。另外，该系统计算实时链路损耗，并将其与链路预算进行比较。超额的ODN损耗可能是由弯曲的光纤或松弛的连接器造成的。可以使用匹配PON-ODN拓扑来交叉映射(cross map)错误组件。
在一个实施例中，系统检测到过多的BER。为了确定过多BER的致因，该系统执行系列测试。图12是根据本发明实施例的错误检测的过程的流程图。在工作过程中，系统确定所测量的每个LLID的BER是否大于预设阈值(步骤1200)。若否，该系统报告没有发现问题(步骤1202)。若是，该系统确定每个LLID的链路损耗是否小于预设链路预算(步骤1204)。若否，该系统报告没有发现问题(步骤1206)。若是，该系统执行一定数量的并行测试。该系统读取ONU的发射功率以确定多个ONU中某一个的发射功率是否太低(步骤1208)。该系统检测是否有LLID子集在报告增加的BER，并将结果与网络拓扑匹配以找到可能的ODN故障(步骤1210)。该系统确定是否有收发器的性能由于老化而降低(步骤1212)。该系统还检测ONU的距离以确定是否有ONU位置太远(步骤1214)。
本文所述的数据结构和代码通常存储在计算机可读存储媒介中，计算机可读存储媒介可以是由计算机系统用来存储代码和/或数据的任意设备或媒介。计算机可读存储媒介包括但不限于易失性存储器、非易失性存储器、磁光存储设备或其它能够存储已知或未来可发展的计算机可读媒体的设备，磁光存储设备可以是磁盘驱动器、磁带、CD(光盘)、DVD(数字视频光盘)。
在具体实施例部分描述的方法和过程可以用代码和/数据来表示，这些代码和/或数据可以存储在上述计算机可读存储媒介中。当计算机系统读取并执行存储在计算机可读存储媒介中的代码和/或数据时，计算机系统可以实现以数据结构和代码表示并存储在计算机可读存储媒介中方法和过程。
另外，本文所述的方法和过程可以包含在硬件模块中。这些硬件模块可以包括但不限于专用集成电路(ASIC)芯片、现场可编程门阵列(FPGA)、和/或其它已知或未来可发展的可编程逻辑设备。当激活硬件模块时，它们实现该硬件模块所包含的方法和过程。
上述各种实施例仅为了说明和描述，而不是本发明的全部或不用于限制本发明。因此，对本领域技术人员来说，各种修改和变化是显而易见的。另外，上述说明不用于限制本发明。

Claims (28)

1.一种用于无源光网络中性能监视的系统，其特征在于，包括：
光网络单元；以及
光线路终端，其通过无源光纤分流器与所述光网络单元连接，所述光线路终端包括：
光纤收发器，用于发送光信号给所述光网络单元并从所述光网络单
元接收光信号；以及
性能监视装置，用于根据所接收的光信号监视所述无源光网络的性能。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光网络单元包括与所述光网络单元的发射器相连的开关，所述开关用于根据从所述光线路终端接收的指令电断开所述光网络单元的发射器。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述性能监视装置包括光功率监视器，用于监视从所述光网络单元接收的信号的光功率。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述性能监视装置用于：
选择光网络单元进行性能监视；
分配专用于性能监视的逻辑链路识别标识给所述光网络单元，其中所述逻辑链路识别标识不用于常规数据发射；以及
许可具有预设长度的发射窗口给所述逻辑链路识别标识。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述功率监视器用于测量采样周期内的光功率，其中所述采样周期任意地对齐于光网络单元发射窗口中。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述采样周期的起始时间对齐所述光网络单元发射窗口的起点。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述采样周期的起始时间对齐所述光网络单元发射窗口的终点。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光网络单元包括前向纠错装置。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述性能监视装置用于根据所述光网络单元专有的前向纠错统计监视所述光网络单元的性能。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述前向纠错装置用于生成单独的比特序列，所述比特序列被用于提取所述光网络单元专有的前向纠错统计。
11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述性能监视装置还用于根据线性码统计监视所述光网络单元的性能。
12.一种用于无源光网络中性能监视的方法，其特征在于，包括：
选择光网络单元进行性能监视；
分配专用于性能监视的逻辑链路识别标识给所述光网络单元；
许可具有预设长度的发射窗口给所述逻辑链路识别标识；以及
监视所述发射窗口内从所述光网络单元接收的信号的光功率。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在任意地对齐于光网络单元发射窗口中的采样周期内监视所述光功率。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述采样周期的起始时间对齐所述发射窗口的起点。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述采样周期的起始时间对齐所述光网络单元发射窗口的终点。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括：
对所述光网络单元接收的光信号执行前向纠错；
获取所述光网络单元专有的前向纠错统计；以及
根据所述光网络单元专有的前向纠错统计确定所述光网络单元的性能。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括：
生成单独的比特序列，所述比特序列被用于提取所述光网络单元专有的前向纠错统计。
18.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括监视线性码错误统计，从而便于性能监视。
19.一种便于无源光网络中性能监视的光线路终端，其特征在于，包括：
光纤收发器，用于发送光信号给与所述光线路终端连接的光网络单元并从所述光网络单元接收光信号；以及
性能监视装置，用于根据所接收的光信号监视无源光网络的性能。
20.根据权利要求19所述的光线路终端，其特征在于，还包括消息装置，用于发送消息给所述光网络单元以指示所述光网络单元电断开其发射器。
21.根据权利要求19所述的光线路终端，其特征在于，所述性能监视装置包括光功率监视器，用于监视从所述光网络单元接收的信号的光功率。
22.根据权利要求21所述的光线路终端，其特征在于，所述性能监视装置用于：
选择光网络单元进行性能监视；
分配专用于性能监视的逻辑链路识别标识给所述光网络单元，其中所述逻辑链路识别标识不能用于常规数据发射；以及
分配具有预设长度的发射窗口给所述逻辑链路识别标识。
23.根据权利要求21所述的光线路终端，其特征在于，所述功率监视器用于测量采样周期内的光功率，其中所述采样周期任意地对齐于许可给光网络单元的发射窗口中。
24.根据权利要求23所述的光线路终端，其特征在于，所述采样周期的起始时间对齐所述光网络单元发射窗口的起点。
25.根据权利要求23所述的光线路终端，其特征在于，所述采样周期的起始时间对齐所述光网络单元发射窗口的终点。
26.根据权利要求19所述的光线路终端，其特征在于，性能监视系统还用于根据所述光网络单元专有的前向纠错统计监视所述光网络单元的性能。
27.根据权利要求26所述的光线路终端，其特征在于，所述前向纠错统计是从由位于所述光网络单元的前向纠错装置生成的单独的比特序列中提取的。
28.根据权利要求21所述的光线路终端，其特征在于，所述性能监视装置还用于根据线性码统计监视所述光网络单元的性能。
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