一种EPON网络保护倒换快速测距的系统的制作方法

一种epon网络保护倒换快速测距的系统
技术领域
1.本发明涉及epon网络技术领域，尤其涉及一种epon网络保护倒换快速测距的系统。


背景技术：

2.随着网络技术的发展，用户利用网络传输大量的语音、数据以及视频等业务的需求不断提高，无源光网络(passive optical network，pon)应运而生；
3.pon系统的拓扑结构如图2所示，该系统通常由olt(optical line terminal，光线路终端)、odn(optical distribution network，光分配网络)以及onu(optical network unit，光网络单元)组成，采用p2mp(point to more point，点到多点)的网络结构；目前pon技术中主要采用tdm(time division multiplexing，时分复用)以及wdm((wavelength division multiplexing，波分复用)的方式；在tdm pon系统中，epon(ethernet passive optical network，以太网无源光网络)系统在下行方向(从olt到onu)的数据传输采用广播方式，每个onu会收到所有的数据帧，然后根据自己的llid(logical link identity，逻辑链路标识)信息获取自己的数据帧；对于上行方向(从onu到olt)的数据传输，每个onu在olt安排的时隙中传输上行数据；
4.pon技术可细分为多种，主要区别体现在数据链路层和物理层的不同，常用的有apon、epon、gpon等。
5.epon的整个注册激活过程如图3所示：
6.1、olt广播下发如图4所示结构的discovery报文，并在报文的timestamp字段打上本地的时间戳t0；
7.2、onu收到discovery报文后，更新报文中的时间戳t0到本地；在经过一定的随机时延t
random
后，反馈一个如图6所示结构的register_req报文，报文中的timestamp字段填上了onu本地的时间戳t1；
8.3、olt在本地t2时刻收到onu的register_req报文，并提取出报文中的时间戳t1，根据图7所示的方法计算出环路的延时rtt(roundtrip time)＝t
2-t1，这样就得到了这个onu的环路时间；
9.4、olt下发一个register报文，并跟随一个gate2带宽给此onu；此时的gate2带宽就是根据前面得到的rtt信息，分配一个上行发送时隙，使得onu的报文可以不被其它onu的数据影响并到达olt；
10.5、onu收到register以及gate2报文后反馈一个register_ack报文；
11.6、olt收到onu反馈的register_ack报文后，注册激活完成；
12.7、olt间歇性的下发正常的normal_gate报文给onu；
13.8、onu收到normal_gate报文会根据报文的带宽大小上发业务数据报文，并反馈一个report报文；
14.9、olt收到onu的report报文，并提取报文中的时间戳计算新的rtt信息，并与之前
的rtt信息比较，如果差值在标准要求的合理范围之内，则更新rtt信息；rtt信息即为测距的信息，此时业务交互流程完成；
15.在无源光网络的部署应用中，有部分用户需要较高的安全性，希望运营商能够提供一种保障机制来确保其业务通路不中断，或者次一级的要求是，能够在业务通路中断后快速恢复。这就对承载用户业务运行的无源光网络提出了保护通路和快速切换通路的要求；
16.图5示出了epon网络保护模式中典型的网络架构图；
17.olt在出现网络故障异常时，需要将业务从主工作pon(passive optical network，无源光网络)口快速切换到备份pon口，在此过程中epon业务会经历一个中断到恢复的过程，这个过程所消耗的时间我们称之为保护倒换时间；olt的保护倒换需要重新对epon口下的onu进行重新测距，这样才能保证每个onu的业务到达olt时不会存在时隙冲突，所以重新测距的时间也就决定了保护倒换的时间；
18.现有的常见技术有两种：
19.其一，在主pon口发生网络故障后，切换到备用pon口，然后对所有onu进行重新测距，然后再恢复业务；
20.其二、通常是在onu布局前，主pon口和备用pon口都事先对pon下的onu进行测距并将测距值存储于本地，在主pon口发生网络故障时直接切换到备用pon口，不再进行重新测距；
21.方法一的技术方法的局限在于：需要重新测距，耗费的时间至少在100毫秒以上，业务中断的时间太长，影响用户体验；
22.方法二的技术方法局限在于：整个主备pon口网络在使用过程中不能变动，如果发生新增onu用户事件或者备用pon口的主干光纤距离发生变动，备olt pon口需要及时更新odn下所有onu的rtt信息，那么就需要停止当前主pon口网络业务并切换到备用pon口进行重新测距记录测距信息，随后再切换回主pon口网络；如果没有及时更新一旦启动了倒换，假如主备光纤存在距离差或者新增过onu，那么在备olt pon口下的onu数据就会错过olt给其分配的发送时隙，从而整个系统的上行业务会发生严重丢失；保护倒换可以是同一个olt线卡不同的两个olt pon口，也可以是不同的线卡上的olt pon口，所以系统环境的不确定性是很常见的，一旦出现这样的情况就很容易造成业务的中断隐患，并且维护极为不便。


技术实现要素：

23.本发明提供了一种epon网络保护倒换快速测距的系统，能够在onu数量以及主干距离动态变化的情况下，减少倒换的业务中断时间，提高用户体验，提高系统稳定性。
24.为了实现本发明的目的，一种epon网络保护倒换快速测距的系统，包括主olt pon口、备olt pon口、odn和n个onu，主olt pon口与n个onu完成注册激活并进行网络业务的交互，备olt pon口实时同步主olt pon口的业务配置，备olt pon口发送端是关闭的；当启动保护倒换时，打开备olt pon口发送端，下发discovery2报文给对应的llid的onu，对应的llid的onu反馈report报文；备olt pon口收到report报文提取其中的时间戳信息并计算新的环路延时时间rtt
new
，根据新的环路延时时间rtt
new
与老的环路延时时间rtt
old
的比较结果确定最终的rtt信息。
25.作为本发明的优化方案，odn为2:n分光器，其中，n为onu的数量。
26.作为本发明的优化方案，discovery2报文的flag字段中force_report置1，discovery标志置0；具备对应的llid的onu收到discovery2报文进行解析，发送report报文。
27.作为本发明的优化方案，新的环路延时时间rtt
new
与老的环路延时时间rtt
old
进行比较并计算差值rtt
delta
：
28.1)如果rtt
new
≥rtt
old
，说明备olt pon口的主干光纤距离≥主olt pon口的主干光纤距离，此时需要把备olt pon口存储的所有onu的rtt信息逐个读出，并加上这个差值rtt
delta
作为最终的rtt信息；
29.2)如果rtt
new
＜rtt
old
，说明备olt pon口的主干光纤距离＜主olt pon口的主干光纤距离，此时需要把备olt pon口存储的所有onu的rtt信息逐个读出，并减去这个差值rtt
delta
作为最终的rtt信息。
30.本发明具有积极的效果：本发明可以在5毫秒以内完成主olt pon口到备olt pon口的切换，并且可以接受倒换之前发生的onu数量动态变化以及主备光纤距离不一致的情况；相对现有的两种实现方式，节省了保护倒换的时间，提高了系统的稳定性，便于维护，能够在业务通路中断后快速恢复，提升了用户的网络体验。
附图说明
31.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
32.图1是本发明discovery2报文的数据结构；
33.图2是pon系统的拓扑结构示意图；
34.图3是epon的onu注册激活流程示意图；
35.图4是标准的discovery报文数据结构图；
36.图5是pon网络保护模式中典型的网络架构示意图；
37.图6为register_req报文数据结构图；
38.图7为rtt计算示意图。
具体实施方式
39.下面结合附图对本发明的实现做进一步详细的描述：
40.本发明公开了一种epon网络保护倒换快速测距的系统，包括主olt pon口、备olt pon口、odn和n个onu，主olt pon口与n个onu完成注册激活并进行网络业务的交互，备olt pon口实时同步主olt pon口的业务配置，备olt pon口发送端是关闭的；当启动保护倒换时，打开备olt pon口发送端，下发discovery2报文给对应的llid的onu，对应的llid的onu反馈report报文；备olt pon口收到report报文提取其中的时间戳信息并计算新的环路延时时间rtt
new
，根据新的环路延时时间rtt
new
与老的环路延时时间rtt
old
的比较结果确定最终的rtt信息。
41.discovery2是一个特殊报文，是对标准的discovery报文结构的一种改造，不在标准规范内，但是市场上的onu是可以识别的：
42.对于发起者(备用olt pon口)来讲，olt设计者会让olt的接收侧认为这是一个正
常的discovery报文；所以olt会在接收侧按discovery报文的处理流程开启一个足以覆盖其pon可以支持最远逻辑距离的发现窗口；这样的话不管onu在经过主备倒换后光纤距离改变了多少，olt均可以在发现窗口时隙内接收到onu反馈的有效报文；
43.对于olt pon口下的onu来讲，这个特殊报文因为discovery标志设置为0，force_report标志设置1，onu会按标准的规则识别成一个normalgate报文，按标准规定onu必须反馈一个携带时间戳信息的report报文到olt。
44.其中：主olt pon口与备olt pon口通过一个2:n分光器与onu连接，n为onu的最大数量。
45.主olt pon口通过图3所示的流程完成onu的注册激活并进行网络业务的交互；流程具体如下实施：
46.1)olt通过广播的形式下发图4所示结构的discovery报文，在报文的timestamp字段打上本地的时间戳t0，并在报文的grant字段填充随机时延的上限值t
max_random
(即onu生成的随机时延t
random
不能超过此值)，随机时延的目的是为了防止olt pon口下的onu第一次发送的数据尽可能的不发生时隙冲突；同时olt会在接收侧开启一个如图3右侧所示的发现窗口，窗口长度为t
max_random
t
logic_distance
，t
logic_distance
常用默认值为20km，换算成时间单位大约为200us；因此pon口下光纤距离20km以内的onu发送的数据都会在发现窗口范围内到达olt，随后可解析数据；
47.2)onu收到discovery报文后，更新报文中的时间戳t0到本地；在经过一定的随机时延t
random
后，反馈一个如图6所示结构的register_req报文，报文中的timestamp字段填上了onu本地的时间戳t1；
48.3)olt在本地t2时刻收到onu的register_req报文，并提取出报文中的时间戳t1，计算出环路的延时rtt(roundtrip time)＝t
2-t1，这样就得到了这个onu的环路时间，图7为rtt计算示意图；
49.4)olt下发一个register报文，并根据rtt信息生成一个gate2带宽给此onu；
50.5)onu收到register以及gate2报文后，根据gate2中指定的上行发送时隙把register_ack报文发送到olt；
51.6)olt收到onu反馈的register_ack报文后，注册激活完成；
52.7)olt间歇性的下发正常的normal_gate报文给onu；
53.8)onu收到normal_gate报文会根据报文的带宽大小上发业务数据报文，并反馈一个report报文；
54.9)olt收到onu的report报文，并提取报文中的时间戳计算新的rtt信息，并与之前的rtt信息比较，如果差值在标准要求的合理范围之内，则更新rtt信息；rtt即为测距的信息，此时业务交互流程完成；
55.完成所有onu的注册激活后，备olt pon口会实时同步主olt pon口的业务配置，其中包括主olt pon口下所有onu的rtt信息值，但是发送端是关闭的。
56.当主olt pon口出现故障(通常是主olt pon口接收侧在一定时间内接收不到上行onu发出的光信号)时，需要立即关闭主olt pon口的发送端，并打开备olt pon口的发送端；由于主olt pon口下行关闭，此时对于epon系统的onu会进入一个hold_over状态，在这个状态停留的时间t
hold
是由主olt pon口在注册激活时下发给onu的；olt需要在这个时间内完
成从主olt pon口到备olt pon口的切换过程；如果主olt pon口和备olt pon口的主干光纤距离不一致，那么在这个过程olt需要完成一个重要的事情就是对odn连接下的所有onu重新测距，这个测距所消耗的时间就是t
hold
的最小时间。
57.为了防止在启动保护倒换之前，备olt pon口的主干光纤距离发生过变化或者odn连接下有新的onu加入等事件发生过，本发明提供的技术方案会在备olt pon口发送打开时，通过下发一种特殊的discovery报文如图1所示，即discovery2报文。discovery2报文的flag字段中force_report置1，discovery标志置0；该报文通过单播的llid下发到onu，只有对应的llid的onu才能解析并响应，目的就是让处于hold_over状态的某个onu响应并反馈一个report报文。对于备olt pon口来讲，这个报文是一个discovery报文，所以会开启一个可以覆盖最远逻辑距离的发现窗口来接收这个报文，这样即使备olt pon口的主干光纤距离与主olt pon口相差很大，备olt pon口也能接收到这个报文；收到特定onu发过来的report报文后，备olt pon口就可以提取报文中的时间戳信息并计算出新的rtt
new
，然后再与主olt pon口下此onu的老的环路延时时间rtt
old
比较，并计算差值rtt
delta
：
58.1)如果rtt
new
≥rtt
old
，说明备olt pon口的主干光纤距离≥主olt pon口的主干光纤距离，此时需要把备olt pon口存储的所有onu的rtt信息逐个读出，并加上这个差值rtt
delta
作为最终的rtt信息；
59.2)如果rtt
new
＜rtt
old
，说明备olt pon口的主干光纤距离＜主olt pon口的主干光纤距离，此时需要把备olt pon口存储的所有onu的rtt信息逐个读出，并减去这个差值rtt
delta
作为最终的rtt信息。
60.设计的目的就是让olt认为这个报文是一个discovery报文；但是让onu认为这不是discovery报文，而是一个normalgate报文；normalgate报文是单播属性的，只属于个体onu；discovery报文是广播性质的，处于hold_over状态的onu是不响应discovery广播报文的；
61.因为经过主备倒换后onu的距离发生很大变化的话，报文的传输时延也发生了变化；olt还用正常的normalgate报文和onu通信的话，olt在指定的分配时隙内是收不到onu反馈的报文的；如果olt侧按discovery报文来处理的话，开启一个大的时隙发现窗口，那么不管onu距离发生多大变化，olt都能收到。
62.为了精确计算rtt
delta
，可以多测量几次求平均值。如此备olt pon口便可快速完成所有onu的测距计算，随后即可使用新的rtt信息对onu的报文按指定时隙进行接收，这部分功能由芯片逻辑完成，所耗费的时间在微秒级别，相对其它技术实现方式消耗的时间为毫秒级别来说，极大的缩短了倒换所需要的时间。
63.以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。