DE60100333T2 - Schnelle Schutzumschaltung durch Überwachung von Abwärtssignalen in einem optischen Netzwerk - Google Patents

Schnelle Schutzumschaltung durch Überwachung von Abwärtssignalen in einem optischen Netzwerk Download PDF

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DE60100333T2
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Description

  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK Erfindungsgebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Telekommunikation und insbesondere Fehlerschutzverfahren für optische Kommunikationsnetze.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Teils eines passiven optischen Netzes 100, das folgendes umfaßt: eine optische Teilnehmereinheit (OSU) 102, einen passiven optischen Splitter 104 und zwei optische Netzanschlüsse (ONTs) – ONT#1 106 und ONT#2 108. Die OSU 102 tauscht über eine bidirektionale optische Faser 110 optische Signale mit dem Splitter 104 aus, während der Splitter 104 optische Signale über eine bidirektionale Faser 112 mit dem ONT#1 106 und über eine bidirektionale optische Faser 114 mit dem ONT#2 108 austauscht.
  • Die OSU 102 fungiert wie ein zentrales Hub, das von einem Backbonenetz empfangene optische Abwärtssignale zum Splitter 104 überträgt, das die optischen Abwärtssignale kopiert und sowohl an ONT#1 als auch ONT#2 ausstrahlt. Dieses Ausstrahlen optischer Abwärtssignale ist in 1 durch Übertragung eines optischen Abwärtssignals, das die Datenpakete VC1 und VC2 umfaßt, von der OSU 102 über die Faser 110 zum Splitter 104 dargestellt, der dieses optische Abwärtssignal passiv in zwei identische Kopien aufteilt, die über die Faser 112 an den ONT#1 und über die Faser 114 an den ONT#2 übertragen werden.
  • In der Aufwärtsrichtung übertragen der ONT#1 und der ONT#2 unterschiedliche optische Aufwärtssignale über die Fasern 112 bzw. 114 zum Splitter 104, der die beiden optischen Aufwärtssignale passiv verknüpft und als ein einziges verknüpftes optisches Aufwärtssignal über die Faser 110 zur OSU 102 überträgt, die das kombinierte optische Aufwärtssignal zum Backbonenetz lenkt.
  • Um zu verhindern, daß die durch die verschiedenen ONTs erzeugten verschiedenen optischen Aufwärtssignale einander stören, wenn sie am optischen Splitter 104 passiv verknüpft werden, werden bei einer Implementierung eines passiven optischen Netzes die verschiedenen optischen Aufwärtssignale von den ONTs auf der Basis der Grundlagen des TDMA-(Zeitvielfachzugriff)-multiplexerens verknüpft, bei dem jedem ONT ein eindeutiger Zeitschlitz im verknüpften (d.h. TDMA), vom Splitter 104 zur OSU 102 übertragenen optischen Aufwärtssignal zugeordnet ist. Durch das Übertragen von Informationen in diskreten Datenpaketen und durch präzise zeitliche Steuerung der Übertragung dieser Datenpakete von den verschiedenen ONTs kann das Ankommen der verschiedenen Datenpakete am Splitter 104 so abgestimmt werden, daß es mit den entsprechenden Zeitschlitzen in dem vom Splitter 104 zur OSU 102 übertragenen optischen TDMA-Aufwärtssignal übereinstimmt. Auf diese Weise können verschiedene optische Aufwärtssignale von den verschiedenen ONTs durch den Splitter 104 passiv verknüpft werden, um ohne etwaige Störung zwischen Datenpaketen verschiedener ONTs das optische TDMA-Aufwärtssignal zu erzeugen. Dieses TDMA-Multiplexieren ist in 1 dadurch dargestellt, daß der ONT#1 ein Datenpaket VC3 über die Faser 112 zum Splitter 104 und ONT#2 über die Faser 114 ein Datenpaket VC4 zum Splitter 104 überträgt, wobei die zeitliche Steuerung dieser Übertragungen derart koordiniert ist, daß der Splitter 104 die beiden optischen Aufwärtssignale im optischen Bereich passiv verknüpfen kann, um ein optisches TDMA-Aufwärtssignal, das ein Datenpaket VC3 gefolgt von einem Datenpaket VC4 umfaßt, zu erzeugen und über die Faser 110 zur OSU 102 zu übertragen.
  • Allgemein kann die Entfernung vom Splitter 104 zu jedem ONT von einem ONT zum nächsten ONT variieren. Als solches kann die Zeit, die ein optisches Aufwärtssignal zur Ausbreitung vom ONT#1 zum Splitter 104 benötigt, von der Zeit verschieden sein, die ein optisches Aufwärtssignal benötigt, um sich vom ONT#2 zum Splitter 104 auszubreiten. Um bei Verwendung eines passiven optischen Splitters ein präzises TDMA-Multiplexieren sicherzustellen, wird unter Verwendung einer als Entfernungsmessung bezeichneten Prozedur die Umlaufzeit für Übertragungen zwischen dem Splitter 104 und jedem ONT gekennzeichnet. Während der Entfernungsmessung überträgt die OSU 102 eine spezielle Abwärtsnachricht, die bewirkt, daß der ONT#1 zur OSU 102 eine entsprechende Aufwärtsbestätigungsnachricht überträgt. Die OSU 102 mißt die Gesamtumlaufzeit ab dem Zeitpunkt der Übertragung der speziellen Abwärtsnachricht bis zum Zeitpunkt des Empfangs der entsprechenden Aufwärtsbestätigungsnachricht vom ONT#1. Die OSU 102 wiederholt dann die gleiche Prozedur mit dem ONT#2, um die Gesamtumlaufzeit für den ONT#2 zu messen. Die OSU 102 vergleicht die verschiedenen gemessenen Umlaufzeiten, um Zeitsteuerungsoffsets zu erzeugen, die zur Sicherung eines präzisen TDMA-Multiplexierens beim Übertragen von Aufwärtsdatenpaketen zum Splitter 104 durch die verschiedenen ONTs anzuwenden sind.
  • Da jeder ONT bei einem anderen Signalleistungspegel über eine optische Faser mit einer anderen Länge übertragen kann und da der optische Splitter 104 die von den verschiedenen ONTs empfangenen verschiedenen optischen Aufwärtssignale passiv verknüpft, besteht das optische Aufwärts-TDMA-Signal, das an der OSU 102 ankommt, allgemein aus einer Sequenz von Datenpaketen, wobei jedes Datenpaket einen anderen Signalleistungspegel aufweisen kann. Damit die OSU 102 die verschiedenen Datenpakete präzise zum Backbonenetz lenken kann, ist die OSU 102 mit einer speziellen Art von Empfänger konfiguriert, der als Burst-Mode-Empfänger (BMR) bezeichnet wird. Eine der Charakteristiken eines BMR besteht darin, daß er, um die verschiedenen Signalleistungspegel der verschiedenen Datenpakete zu verarbeiten, seinen Auslösepegel (d.h. den Schwellwert zum Unterscheiden zwischen Einsen und Nullen in einem empfangenen optischen Signal) am Anfang jedes anderen Datenpakets in einem optischen TDMA-Signal zurücksetzen kann.
  • Die 2AD zeigen Zeitlinien, aus denen die Fähigkeit eines BMR hervorgeht, seinen Auslösepegel am Anfang jedes Datenpakets (d.h. Burst) einstellen zu können. Insbesondere zeigt 2A eine Zeitlinie, die einem optischen TDMA-Signal entspricht, das einen Burst von einem ONT w, gefolgt von einem Burst von einem anderen ONT x, gefolgt von einem Burst von noch einem weiteren ONT y, gefolgt von einem Burst von noch einem weiteren ONT z umfaßt, wobei jeder andere Burst von jedem anderen ONT mit einem anderen Signalleistungspegel am BMR ankommt.
  • 2B zeigt Fall (a), wo ein festgelegter hoher Auslösepegel, wie in 2A gezeigt, dazu verwendet wird, jedes empfangene Datenpaket zu verarbeiten. In diesem Fall wird nur das Datenpaket vom ONT y präzise decodiert. Die Datenpakete von den anderen ONTs gehen verloren, da der hohe Auslösepegel alle diese Daten als Nullen fehlinterpretiert hat. Analog zeigt 2C den Fall (b), wo ein fester mittlerer Auslösepegel, wie in 2A gezeigt, dazu verwendet wird, jedes empfangene Datenpaket zu verarbeiten. In diesem Fall werden nur die Datenpakete vom ONT y und ONT z präzise dekodiert. Man beachte, daß der Fall, bei dem ein fester niedriger Auslösepegel (in 2 nicht gezeigt) verwendet wird, dazu führen kann, daß die Nullen für Datenpakete mit einem hohen Signalleistungspegel als Einsen fehlinterpretiert werden. 2D zeigt Fall (c), bei dem der BMR einen variablen Auslösepegel verwendet, wie in 2A gezeigt, um jedes Datenpaket zu verarbeiten. In diesem Fall wird der Auslösepegel am Start jedes Burst von Daten (d.h. jedes Datenpaket) dynamisch nachgeregelt, um jedes Datenpaket von jedem anderen ONT präzise zu decodieren.
  • Wie bei allen Telekommunikationssystemen ist es zur Sicherstellung der Überlebensfähigkeit und zum Wiederherstellen von Dienstleistungen nach dem Auftreten verschiedener, die Dienstleistungen beeinflussender Defekte, wünschenswert, Netze, wie etwa das passive optische Netz 100 von 1, mit Fehlererfassungs- und Schutzumschaltungsfähigkeiten zu konfigurieren, wie dies beispielsweise aus „Redundancy and Protection switching in APON systems" Proceedings of the European Conference on Networks and Optical Communications 1999 De Groote J.L. et al., bekannt ist. Um über einen großen Bereich von Dienstleistungen hinweg hohe Zuverlässigkeit sicherzustellen, sollte das Netz die Dienstleistungen sehr schnell wieder herstellen können, üblicherweise in der Größenordnung von 60–200 ms. Die Schutzumschaltungsfunktionalität sollte eine schnelle Wiederherstellung der Dienstleistungen sicherstellen. Außerdem sollte sie die automatische Erfassung von Fehlern unterstützen, wobei sie generisch von „Gesundheitsüberprüfungsfunktionen" und anderen geeigneten Protokollen unterstützt wird.
  • KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Techniken zum Bereitstellen einer schnellen und zuverlässigen Schutzumschaltung in passiven optischen Netzen, wie etwa dem Netz 100 von 1, mit Arbeits- und Schutzschaltungen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Algorithmus, bei dem eine Schutzleitungsabschluß-(LT)-Einheit in einem ONT Abwärtszellen uberwacht, um Zeitsteuerinformationen zu erzeugen, die dann aufwärts zur arbeitenden OSU übertragen werden, wo Offsets erzeugt werden, die die Differenzen zwischen der Arbeits- und der Schutzschaltung darstellen. Diese Zeitsteueroffsets werden dann von einer Schutz-OSU angewendet, falls es bei Kommunikationen zwischen der Schutz-OSU und den ONTs des optischen Netzes zu einer Schutzumschaltung von der Arbeitsschaltung zur Schutzschaltung kommt. Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine schnelle Schutzumschaltung indem sie die Notwendigkeit, daß die Schutz-OSU eine Entfernungsmessung an den ONTs nach einer Schutzumschaltung vornimmt, beschleunigt oder sogar eliminiert.
  • Bei einer Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ermöglichen einer schnellen Schutzumschaltung von der Arbeitsschaltung zu der Schutzschaltung in einem optischen Netz, das einen optischen Splitter umfaßt, der mit (1) einer arbeitenden optischen Teilnehmereinheit (OSU) einer Arbeitsschaltung, (2) einer Schutz-OSU einer Schutzschaltung und (3) einem oder mehreren optischen Netzanschlüssen (ONTs) verbunden ist, wobei mindestens ein ONT (i) eine Arbeitsleitungsabschlußeinheit (LT) der Arbeitsschaltung, die über eine arbeitende optische Faser mit dem optischen Splitter verbunden ist, und (ii) eine Schutz-LT-Einheit der Schutzschaltung, die über eine optische Schutzfaser mit dem optischen Splitter verbunden ist, umfaßt, mit den folgenden Schritten: (a) Synchronisieren der Arbeits- und Schutz-LT-Einheiten des mindestens einen ONT; (b) Messen von Ankunftszeiten entsprechender Abwärtszellen sowohl an den Arbeits- als auch an den Schutz-LT-Einheiten des mindestens einen ONT; (c) Übertragen von die Ankunftszeiten betreffenden Informationen von dem mindestens einen ONT zur Schutz-OSU; und (d) Erzeugen mindestens eines Ausbreitungsverzögerungswerts auf der Basis der übertragenen Informationen zur Verwendung durch die Schutz-OSU zur Kommunikation mit dem mindestens einen ONT, falls bei Erfassung eines Ausfalls in der Arbeitsschaltung eine Schutzumschaltung implementiert wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich eingehender aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, den beigefügten Ansprüchen und den beiliegenden Zeichnungen. Es zeigen:
  • 1 ein Blockschaltbild eines Teils eines passiven optischen Netzes;
  • 2AD Zeitlinien, aus denen die Fähigkeit eines Burst-Mode-Empfängers hervorgeht, seinen Auslösepegel am Beginn jedes Datenpakets nachzustellen;
  • 3AH Zeitsteuerdiagramme, die die Beziehung zwischen den Werten Teq, Tid und Td veranschaulichen und auch eine einfache Erläuterung des Entfernungsmessungsprozesses liefern, die in ATM-PON-Systemen durchgeführt werden, die der ITU-T-Empfehlung G.983.1 entsprechen;
  • 4 und 5 Schutztopologien entsprechend den Optionen B bzw. D aus dem Anhang D der ITU-T-Empfehlung G.983.1;
  • 6 ein Zustandsdiagramm einer Zellenschreibprozedur gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
  • 7AE ein einfaches Beispiel der Zellenschreibprozedur, die einem Zustandsübergang vom HUNT-Zustand zum PRESYNC-Zustand von 6 entspricht;
  • 8AB Zeitlinien, die mögliche Ergebnisse darstellen, wenn während der Zellenschreibprozedur von 6 ein zu kleines Fenster verwendet wird;
  • 9AC Zeitlinien, die mögliche Ergebnisse darstellen, wenn während der Zellenschreibprozedur von 6 ein zu großes Fenster verwendet wird;
  • 10AE Darstellungen von Zeitlinien, die mit dem Anschauen durch die Schutz-OSU an PLOAM-Zellen verbunden sind;
  • 11 ein Blockschaltbild einer 1 : N-Schutzumschaltungsarchitektur, wobei N = 3;
  • 12 ein Blockschaltbild einer 1 : N-Schutzumschaltungsarchitektur, bei der eine einzige Schutzschaltung verwendet wird, um drei verschiedene passive optische Netze zu schützen;
  • 13 eine Darstellung der Schutzarchitektur von 5, die die Kennzeichnung der Differenzen bei der Ausbreitungsverzögerung zwischen dem optischen Splitter und der geschützten OSU anzeigt; und
  • 14 eine Darstellung der Schutzarchitektur von 5, die die Kennzeichnung der Differenzen bei der Ausbreitungsverzögerung zwischen dem optischen Splitter und einem geschützten ONT anzeigt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • ITU-T-Empfehlung G.983.1
  • Die ITU-T-Empfehlung G.983.1 definiert einen neuen Standard für passive optische Netze (PONs), bei dem für alle Datenübertragungen ATM-(Asynchronous Transfer Mode)-Zellen fester Größe verwendet werden. Entsprechend der Empfehlung G.983.1 ist der Aufwärtskanal ein TDMA-Kanal, der in Blöcke unterteilt ist, wobei jeder Block 53 Zeitschlitze aufweist. Jeder Zeitschlitz kann eine von einem bestimmten ONT erzeugte 56-Byte-Aufwärtszelle enthalten, wobei jede 56-Byte-Aufwärtszelle einen 3-Byte-Kopfteil umfaßt, auf den eine 53-Byte-Zelle folgt, bei der es sich um eine PLOAM (Physical Layer Operations Administration and Maintenance)-Zelle oder eine konventionelle ATM-Zelle mit Benutzerdaten handeln kann. PLOAM-Zellen sind spezielle Steuerzellen, die von der optischen Teilnehmereinheit (OSU) und den optischen Netzanschlüssen (ONTs) dazu verwendet werden, miteinander zu kommunizieren.
  • Gemäß der Empfehlung G.983.1 besteht der Abwärtskanal aus einem kontinuierlichen Strom von Zellen, wobei der Strom zu allen ONTs übertragen (d.h. ausgestrahlt) wird. Der Abwärtszellenstrom wird in Blöcke unterteilt, wobei jeder Block 56 Zellen und jede Zelle 53 Byte aufweist. Am Anfang und in der Mitte jedes Blocks wird eine spezielle PLOAM-Zelle eingefügt. Folglich besteht jeder Block im Abwärtszellenstrom aus einer ersten 53-Byte-PLOAM-Zelle, gefolgt von 27 konventionellen 53-Byte-ATM-Zellen, die Benutzerdaten enthalten, gefolgt von einer zweiten 53-Byte-PLOAM-Zelle, gefolgt von weiteren 27 konventionellen 53-Byte-ATM-Zellen, die weitere Benutzerdaten enthalten.
  • Die erste PLOAM-Zelle enthält 27 Bewilligungsfelder und ein 12-Byte-Nachrichtenfeld, während die zweite PLOAM-Zelle 26 Bewilligungsfelder und ein 12-Byte-Nachrichtenfeld enthält. Mit den Bewilligungen wird die Aufwärtsdatenübertragung gesteuert. Insbesondere kann mit jedem der 53 verschiedenen Bewilligungsfelder ein bestimmter ONT identifiziert werden, der die Erlaubnis besitzt, ein Datenpaket im entsprechenden Zeitschlitz im Aufwärtskanal während des aktuellen Aufwärtsblocks zu übertragen. Es besteht eine Eins-zu-Eins-Entsprechung zwischen den 53 Bewilligungsfeldern in der ersten und zweiten PLOAM-Zelle eines Abwärtsblocks und den 53 Zeitschlitzen in einem Aufwärtsblock. Die Empfehlung G.983.1 definiert verschiedene Bewilligungs arten, einschließlich der Bewilligungen DATA, UNASSIGNED und PLOAM, die in den folgenden Absätzen erläutert werden.
  • Während des Prozesses der Entfernungsmessung werden jedem ONT zwei einzigartige Bewilligungen zugeordnet: eine für Benutzerdatenzellen und eine für PLOAM-Zellen. Immer dann, wenn ein ONT einen seiner zugeordneten Bewilligungswerte in einem bestimmten Bewilligungsfeld einer PLOAM-Zelle sieht, überträgt er eine entsprechende Aufwärtszelle (d.h. entweder eine Aufwärtsbenutzerdatenzelle oder eine Aufwärts-PLOAM-Zelle) für den entsprechenden Zeitschlitz des Aufwärtskanals. Wenn der Wert in einem Bewilligungsfeld dem PLOAM-Bewilligungswert für einen ONT entspricht, dann überträgt der ONT eine Aufwärts-PLOAM-Zelle. Wenn der Wert in einem Bewilligungsfeld dem DATA-Bewilligungswert für einen ONT entspricht, dann überträgt der ONT entweder eine Benutzerdatenzelle (falls der ONT Daten zur Übertragung hat) oder eine Leerzelle (falls der ONT keine Daten zur Übertragung hat). Falls keiner der Werte in den Bewilligungsfeldern in der ersten und zweiten PLOAM-Zelle eines Abwärtsblocks einer der zugeordneten Bewilligungen für einen ONT entspricht, dann überträgt der ONT während des entsprechenden Aufwärtsblocks überhaupt nicht. Spezielle UNASSIGNED-Bewilligungswerte sind reserviert, um anzuzeigen, daß der entsprechende Zeitschlitz im Aufwärtskanal nicht zugeordnet ist, wobei dann keiner der ONTs in diesem Zeitschlitz eine Aufwärtszelle überträgt.
  • Entfernungsmessung
  • Bei der oben beschriebenen TDMA-Verarbeitung müssen alle ONTs sich auf Zeitschlitzgrenzen einigen. Ansonsten können die an der OSU ankommenden Aufwärtszellen möglicherweise aufgrund der Differenzen bei den Faserlängen, die jeden ONT und den Splitter verbinden, überlappen, wobei dann die entsprechenden Zellendaten verloren gehen. Wie weiter oben beschrieben, ist die Entfernungsmessung der Prozeß, der sicherstellt, daß die Aufwärtszellen nicht überlappen (d.h. einander stören, wenn sie am Splitter passiv verknüpft werden).
  • Bei der Entfernungsmessungprozedur strahlt zum Konfigurieren der ONTs zur Aufwärtsübertragung die OSU zunächst zu allen ONTs drei Aufwärtskopfteilnachrichten aus, die das Muster für den in jeder 56-Byte-Aufwärtszelle verwendeten 3-Byte-Kopfteil definieren. Die Inhalte dieses 3-Byte-Kopfteils werden unten näher beschrieben. Als zweites sendet die OSU eine SERIAL_NUMBER_MASK-Nachricht, damit der ONT mit der entsprechenden Seriennummer auf Entfernungsmessungsbewilligungen reagieren kann. Auf diese Weise wird garantiert, daß es nicht mehr als einen ONT geben kann, der auf Entfernungsmessungsbewilligungen reagieren kann, wodurch Kollisionen bei der Entfernungsmessungsantwort verhindert werden. Je nachdem, wie die Seriennummer des ONT erfaßt wird, stehen in der Empfehlung G.983.1 zwei verschiedene Entfernungsmessungsmethoden zur Verfügung, die als Methode-A und Methode-B bezeichnet sind. Bei Methode-A wird die Seriennummer (z.B. manuell) durch die Operation Systems am OLT registriert, während Methode-B auf einen automatischen Erfassungsmechanismus der Seriennummer auf der Basis eines binären Baumsuchalgorithmus zurückgreift. Drittens überträgt die OSU drei Assign_PON_ID-Nachrichten abwärts, die eine PON_ID (eine logische Adresse) mit der Seriennummer des ONT verknüpfen. Viertens überträgt die OSU drei Grant_allocation-Nachrichten abwärts, die die PLOAM- und DATA-Bewilligungswerte dem ONT zuordnen. Bis dahin wiesen alle Abwärts-PLOAM-Zellen nur nicht zugeordnete Bewilligungen auf. Folglich würde es keine Aufwärtsübertragung gegeben haben. An dieser Stelle jedoch enthalten die Abwärts-PLOAM-Zellen entweder Entfernungsmessungsbewilligungen oder PLOAM-Bewilligungen für die ONTs, was bewirkt, daß sie Aufwärtszellen übertragen. An dieser Stelle kann die messung der tatsächlichen Laufzeit folgendermaßen erfolgen.
  • Zuerst mißt die OSU die Umlaufverzögerungszeit Td zwischen der OSU und einem ONT. Zweitens berechnet die OSU den Wert einer zusätzlichen Verzögerung Teq = Tid-Td, wobei Tid die übliche logische Verzögerung ist,. auf die alle ONTs eingestellt werden sollen. Drittens informiert die OSU den ONT über die berechnete zusätzliche Verzögerung Teq, die der ONT dann als ein festes Offset zu seiner Übertragungszeit addiert.
  • Nachdem dies für alle ONTs erfolgt ist, sagt man, daß die Entfernung aller ONTs gemessen worden ist. Ab diesem Punkt kommen alle von den verschiedenen ONTs bei verschiedenen Zeitschlitzen übertragenen Aufwärtszellen ohne Überlappung in verschiedenen 56-Byte-Zeitschlitzen an der OSU an.
  • Die Entfernungsmessung ermöglicht außerdem die korrekte Plazierung der Rücksetzimpulse für den Burst-Mode-Empfänger in der OSU. Wie oben erläutert, ist die Empfangsleistung der optischen Signale bei der OSU für jeden ONT verschieden. Folglich wird ein Rücksetzimpuls am Beginn jeder Aufwärtszelle an den BMR angelegt, um zu bewirken, daß der BMR seinen Auslösepegel dynamisch nachstellt. Dieser Rücksetzimpuls sollte in einem Schutzband plaziert sein, das zu Beginn des 3-Byte-Kopfteils auftritt, das zu Beginn jeder 56-Byte-Aufwärtszelle übertragen wird. Die Entfernungsmessung kann als ein Prozeß angesehen werden, bei dem sichergestellt wird, daß die Ankunftszeiten der Aufwärtszellen derart sind, daß damit sichergestellt wird, daß ein BMR-Rücksetzimpuls mit dem Schutzband im 3-Byte-Kopfteil jeder Aufwärtszelle zusammenfällt.
  • Die 3AH zeigen Zeitsteuerdiagramme, die die Beziehung zwischen den Werten von Teq, Tid und Td veranschaulichen und auch eine einfache Erläuterung des Entfernungsmessungsprozesses liefern, der in ATM-PON-Systemen vorgenommen wird, die der Empfehlung G.983.1 entsprechen.
  • Insbesondere zeigt 3A den Ort der Grenzen für aufeinanderfolgende Abwärtsblöcke. 3B zeigt eine Abwärts-Ranging-PLOAM-Zelle für den Fall, daß sich die Entfernungsmessungsbewilligung im ersten Bewilligungsfeld in der ersten PLOAM-Zelle des Abwärtsblocks befindet.
  • 3C zeigt eine Aufwärts-Ranging-Reply-PLOAM-Zelle (d.h. eine weitere spezielle Art von PLOAM-Zelle) die vom entsprechenden ONT für den hypothetischen Fall, bei dem die Umlaufverzögerungszeit Td Null ist, als Reaktion auf die empfangene Abwärts-Ranging-PLOAM-Zelle erzeugt würde. Die in 3C gezeigte Dauer Tmin entspricht der Gesamtverarbeitungs- und warteschlangenzeit, die der ONT benötigt, um eine empfangene Abwärts-Ranging-PLOAM-Zelle zu verarbeiten und eine entsprechende Ranging-Reply-PLOAM-Zelle zur Übertragung zurück zur OSU zu erzeugen, wobei eine etwaige tatsächliche Abwärts- oder Aufwärtsübertragungszeit nicht berücksichtigt ist.
  • 3D zeigt eine Aufwärts-Ranging-Reply-PLOAM-Zelle, die vom ONT für die realistische Situation erzeugt wird, bei der die Umlaufübertragungszeit Td größer als Null ist. Die OSU mißt die Gesamtumlaufdauer zwischen dem Übertragen der Abwärts-Ranging-PLOAM-Zelle und dem Empfangen der Aufwärts-Ranging-Reply-PLOAM-Zelle und leitet die Umlaufzeit Td für den ONT dadurch ab, indem sie die Gesamtumlaufdauer mit dem a priori Wert für Tmin vergleicht. Die OSU errechnet und überträgt dann die zusätzliche Verzögerung Teq für den jeweiligen ONT in einer RANGING_TIME-Nachricht. Nachdem diese Prozedur für jeden ONT ausgeführt worden ist, wird gesagt, daß die Entfernung der ONTs gemessen worden ist.
  • 3E zeigt die Zeitsteuerung einer von dem ONT erzeugten Aufwärtszelle nach der Beendigung der Entfernungsmessung. Wie in 3E gezeigt, wird nach der Entfernungsmessung des ONT die zusätzliche Verzögerung Teq von dem ONT als ein fester Offset zu seinem Zeitpunkt des Übertragens der Aufwärtszelle addiert um sicherzustellen, daß die Übertragung der Aufwärtszelle nach der gewöhnlichen logischen Verzögerung Tid stattfindet.
  • Die 3FH zeigen typische Operationen nach der Messung der Entfernungen der ONTs. Insbesondere zeigt 3F eine Abwärts-PLOAM-Zelle mit Bewilligungen für bestimmte ONTs für den ersten, zweiten und dritten Zeitschlitz, und 3G zeigt die drei Aufwärtszellen, die als Reaktion auf die PLOAM-Zelle von 3F von den jeweiligen ONTs erzeugt werden. Man beachte, daß ungeachtet davon, welcher Satz von ONTs diese drei Zellen erzeugt, sie relativ zur gleichen logischen Gesamtverzögerung (d.h. Tid + Tmin) ordnungsgemäß zeitlich gesteuert werden.
  • 3H zeigt eine erweiterte Ansicht der drei Aufwärtszellen von 3G, wobei jede Aufwärtszelle aus einem 3-Byte-Kopfteil (OH) gefolgt von einer konventionellen 53-Byte-ATM-Zelle besteht. 3H zeigt außerdem, wie ein BMR-Rücksetzimpuls zeitlichtgesteuert wird, damit er innerhalb des Kopfteils jeder Aufwärtszelle auftritt.
  • Schutztopologien
  • Die Empfehlung G.983.1 definiert bestimmte spezifische Schutztopologien. Zwei dieser Topologien – die Optionen B und D aus Anhang D der Empfehlung G.983.1 – sind in den 4 und 5 gezeigt. Bei Option B ist nur der Weg zwischen der OSU und dem Splitter geschützt. Bei Option D ist der Gesamtweg zwischen der OSU und mindestens einem der ONTs geschützt. Somit sind bei Option D der Weg zwischen der OSU und dem Splitter, der Splitter selbst und außerdem die Wege zwischen dem Splitter und einem oder mehreren der ONTs geschützt.
  • Insbesondere zeigt 4 ein passives optisches Netz 400, das einen optischen Leitungsabschluß (OLT) 402 mit zwei OSUs 404 und 406 umfaßt, wobei jede OSU durch eine andere optische Faser 410 bzw. 412 mit dem Splitter 408 verbunden ist, wobei die Fasern 410 und 412 zur Verbesserung der Überlebensfähigkeit des Netzes physisch voneinander getrennt sein könnten. Der Splitter 408 ist außerdem durch N ungeschützte optische Fasern 416 mit N ONTs 414 verbunden. Bei dieser Schutztopologie wird der Spliter 408 unter Verwendung eines einzelnen passiven optischen N : 2 Splitters implementiert, der die von den N ONTs 414 über die N optischen Fasern 416 empfangenen N verschiedenen Aufwärtssignale passiv zu zwei identischen Kopien eines Aufwärts-TDMA-Signals verknüpft, das über die optischen Fasern 410 bzw. 412 parallel zu den OSUs 404 und 406 übertragen wird. Außerdem verknüpft der Splitter 408 passiv die von den beiden OSUs 404 und 406 über die optischen Fasern 410 bzw. 412 empfangenen optischen Signale und strahlt N identische Kopien des resultierenden verknüpften Abwärtszellenstroms zu den N ONTs 414 über die N optischen Fasern 416 aus.
  • Im Betrieb ist eine der beiden OSUs als die Arbeits-OSU ausgewählt (z.B. WarmOSU 404 in 4), während die andere OSU als die Schutz-OSU (z.B. ProtectOSU 406) bezeichnet ist. Bei der in 4 gezeigten Situation ist die optische Faser 410 die Arbeitsfaser und die optische Faser 412 ist die Schutzfaser. Der OLT 402 weist eine (in 4 nicht gezeigte) Steuerung auf, die unter anderem (1) die Netzleistung überwacht, um System- und Komponentengesundheitsprüfungen durchzu führen und zu erfassen, wann ein Fehler auftritt, und (2) die Auswahl der Arbeits- und Schutz-OSUs steuert, um gegebenenfalls ein Schutzumschalten zu implementieren. Bei normalen Betriebszuständen werden sowohl die Arbeits-OSU als auch die Schutz-OSU eingeschaltet, wobei beide OSUs ihre jeweiligen Kopien des Aufwärts-TDMA-Signals empfangen, aber nur die Arbeits-OSU optische Signale aktiv abwärts überträgt. Der Splitter 408 empfängt zu jedem Zeitpunkt als solcher aktive optische Signale nur von einer der OSUs (d.h. der Arbeits-OSU). Auf diese Weise kann der Splitter 408 als ein passives Bauelement sowohl für die Aufwärts- als auch Abwärtssignalverarbeitung implementiert werden.
  • Analog zu 4 zeigt 5 ein passives optisches Netz 500, das einen OLT 502 mit zwei OSUs 504 und 506 aufweist, die über verschiedene (möglicherweise physisch getrennte) optische Fasern 510 bzw. 512 mit einem Splitter 508 verbunden sind. Wie der Splitter 408 in 4 ist auch der Splitter 508 mit N ONTs verbunden, doch weisen im Netz 500 einige der ONTs (z.B. ONT 520) zwei Leitungsabschlußeinheiten (LT-Einheiten) (z.B. 522 und 524) auf, die durch verschiedene (möglicherweise physisch getrennte) optische Fasern (z.B. 526 bzw. 528) mit dem Splitter 508 verbunden sind, während andere ONTs (z.B. 514) eine einzelne LT-Einheit (z.B. 518) aufweisen, die durch eine einzelne ungeschützte optische Faser (z.B. 516) mit dem Splitter 508 verbunden ist.
  • Bei dieser Schutztopologie wird der Splitter 508 unter Verwendung eines passiven optischen 2N : 2-Splitters implementiert, der zwei passive optische N : 2 Splitter umfaßt, die mit zwei passiven optischen 2 : 1 Splittern konfiguriert sind, wobei der 2N : 2 Splitter 508 die von den N ONTs über die bis zu 2N optischen Fasern empfangenen bis zu 2N verschiedenen Aufwärtssignale passiv zu zwei identischen Kopien eines Aufwärts-TDMA-Signals verknüpft, die über die optischen Fasern 510 bzw. 512 parallel zu den OSUs 504 und 506 übertragen werden. Außerdem verknüpft der Splitter 508 passiv die über die optischen Fasern 510 bzw. 512 von den beiden OSUs 504 und 506 empfangenen optischen Signale und sendet den verknüpften Abwärtszellenstrom über die bis zu 2N optischen Fasern zu den N ONTs aus.
  • Analog zum PON 400 von 4 wird, wenn sich das PON 500 in Betrieb befindet, eine der beiden OSUs als die Arbeits-OSU ausgewählt (z.B. WarmOSU 504), während die andere OSU als die Schutz OSU bezeichnet ist (z.B. ProtectOSU 506). In der in 5 gezeigten Situation ist die optische Faser 510 die Arbeitsfaser und die optische Faser 512 die Schutzfaser. Wie beim OLT 402 weist der OLT 502 eine (in 5 nicht gezeigte) Steuerung auf, die unter anderem (1) die Netzleistung überwacht, um System- und Komponentengesundheitsüberprüfungen vorzunehmen und zu erfassen, wenn ein Fehler auftritt, und (2) die Auswahl der Arbeits- und Schutz-OSUs steuert, um gegebenenfalls einen Schutzumschalten zu implementieren.
  • Wie bei Netz 400 von 4 werden während normalen Betriebszuständen des Netzes 500 sowohl die Arbeits-OSU als auch die Schutz-OSU eingeschaltet, wobei beide OSUs ihre jeweiligen Kopien des Aufwärts-TDMA-Signals empfangen, aber nur die Arbeits-OSU optische Signale aktiv abwärts überträgt. Der Splitter 508 empfängt zu jedem Zeitpunkt als solcher aktive optische Signale von nur einer der OSUs (d.h. der Arbeits-OSU). Auf diese Weise kann der Splitter 508 als ein passives Bauelement sowohl für die Aufwärts- als auch die Abwärtssignalverarbeitung implementiert werden.
  • Außerdem wird auf analoge Weise innerhalb jedes geschützten ONT (z.B. 520) eine der beiden LT-Einheiten als die Arbeits-LT-Einheit ausgewählt (z.B. PON LT(1) 522 in 5), während die andere LT-Einheit als die Schutz-LT-Einheit bezeichnet wird (z.B. PON LT (0) 524). Bei der in 5 gezeigten Situation ist die optische Faser 526 die Arbeitsfaser und die optische Faser 528 ist die Schutzfaser. Wie bei dem OLT 502 weist jeder geschützte ONT 520 eine (in 5 nicht gezeigte) Steuerung auf, die unter anderem und je nach der Implementierung (1) die Netzleistung überwachen kann, um LT-Einheiten-Gesundheitsprüfungen vorzunehmen und zu erfassen, wann ein Fehler auftritt, und (2) die Auswahl der Arbeits- und Schutz-LT-Einheiten steuern kann, um gegebenenfalls ein Schutzumschalten zu implementieren. Bei normalen Betriebssituationen werden sowohl die Arbeits-LT-Einheit als auch die Schutz-LT-Einheit eingeschaltet, wobei beide OSUs ihre jeweiligen Kopien des Abwärtszellenstroms empfangen, aber nur die Arbeits-LT-Einheit aufwärts überträgt. Als solches wird nur eines der beiden, vom Splitter 508 von jeder geschützten ONT empfangenen optischen Aufwärtssignale irgendwelche Aufwärtszellen enthalten (d.h. solche, die von der Arbeits-LT-Einheit erzeugt werden); das andere optische Aufwärtssignal wird ausgeschaltet sein (d.h. entsprechend der Schutz-LT-Einheit).
  • Für jedes ungeschützte ONT (z.B. 514) ist die entsprechende LT-Einheit 518 natürlich immer eingeschaltet und in der Lage, über ihre entsprechende ungeschützte optische Faser 516, die willkürlich auf einen der beiden optischen N : 2-Splitter im Splitter 508 konfiguriert sein kann, Aufwärtszellen zum Splitter 508 zu übertragen.
  • Online-Gesundheitsüberprüfungsalgorithmus für die Schutz-OSU
  • Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die Funktionalität der Schutzschaltung, die den Schutz-BMR in der Schutz-OSU sowie die optische Faser zwischen dem Splitter und der Schutz-OSU enthält, bei normalem Betrieb durch Implementieren eines Online-Gesundheitsüberprüfungsalgorithmus ständig überprüft, um sicher zustellen, daß die Schutzschaltung genau dann arbeitet, wenn sie im Fall eines Ausfallens des Arbeitskreises benötigt wird. Der Online-Gesundheitsüberprüfungsalgorithmus für die Schutz-OSU basiert auf (1) einem Lichtleistungsmeßgerät mit einem Splitter zum Erfassen einer Faserunterbrechung und (2) einer Zellenschreibprozedur zum Erfassen eines BMR-Ausfalls. Der Online-Gesundheitsüberprüfungsalgorithmus kann als solcher einen Ausfall der Schutz-OSU erfassen und die ausgefallene Komponente (z.B. den BMR oder die Faser) identifizieren. Der Online-Gesundheitsüberprüfungsalgorithmus setzt die folgenden Bedingungen voraus:
    • – Die Arbeits-OSU arbeitet normal, wobei die Entfernung aller ONTs gemessen worden ist, wobei die Arbeits-OSU Bewilligungen abwärts sendet und entsprechende Zellen aufwärts empfängt, und
    • – die Schutz-OSU empfängt Aufwärtssignale von den ONTs über den passiven optischen Splitter.
  • Erfassen einer Schutzfaserunterbrechung
  • Zur Erfassung einer unterbrochenen Faser zu der Schutz-OSU wird ein Splitter unmittelbar vor dem BMR in der Schutz-OSU angeordnet, wobei eine Kopie des empfangenen Aufwärtssignals dem BMR und die andere Kopie einem Lichtleistungsmeßgerät zugeführt wird, das die Lichtleistungen auf der Faser mißt, um zu bestimmen, ob die Faser unterbrochen ist oder nicht. Beispielsweise kann die Leistung in optischen Signalen auf Bursts von 448 Bit (d.h. 56 Byte) hin gemessen werden. Falls eine Faser unterbrochen wird, sollte das Leistungsmeßgerät dann nicht viel Lichtleistung empfangen (wobei vorausgesetzt ist, daß keine andere Lichtquelle Streulicht in das unterbrochene Ende der Faser einkoppelt).
  • Erfassen eines ausgefallenen Schutz-BMR
  • Damit ein BMR ordnungsgemäß arbeitet, ist es wichtig, daß der BMR während des Schutzbandes zurückgesetzt wird, so daß der BMR seinen Auslösepegel unter Verwendung des entsprechenden Bitmusters, das im 3-Byte-Kopfteil auf das Schutzband folgt, präzise nachstellen kann. Beispielsweise kann durch eine ordnungsgemäße Entfernungsmessung von ONTs für die Arbeits-OSU die OSU-Steuerung Rücksetzimpulse so an den BMR anlegen, daß sie mit dem Schutzband jeder 56-Byte-Aufwärtszelle zusammenfallen. Da jedoch die optische Faser zwischen der Arbeits-OSU und dem Splitter physisch von der optischen Faser zwischen der Schutz-OSU und dem Splitter getrennt sein kann, gibt es keine Garantie dafür, daß die Werte für die zusätzlichen Verzögerungen zu der Teq, die zur Entfernungsmessung der ONTs für die Arbeits-OSU verwendet werden, gleich den Werten für die Entfernungsmessung der ONTs für die Schutz-OSU sein werden.
  • Da die Entfernung der ONTs nicht notwendigerweise im Hinblick auf die Schutz-OSU gemessen sein wird, reichen die Überwachung der Datenausgabe von dem BMR in der Schutz-OSU und der Suche nach Aktivität nicht aus, um einen BMR-Ausfall zu erfassen, da Systemrauschen oder ein falsch funktionierender BMR einen Zufallsbitstrom erzeugen können, der wie der eines funktionierenden Schutz-BMR aussehen kann, der reale Daten von ONTs empfängt, deren Entfernung nicht gemessen worden ist. Je nach der Anfangseinstellung des Auslösepegels des Schutz-BMR kann sogar ein normal funktionierender BMR der reale Daten von ONTs empfängt, deren Entfernung nicht gemessen worden ist, lange Ketten von Nullen und Einsen empfangen, da der BMR-Auslösepegel am Anfang jeder Aufwärtszelle nicht ordnungsgemäß nachgestellt worden sein wird.
  • Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine Zellenschreibprozedur ausgeführt, um den Beginn von Aufwärtszellen in dem am BMR der Schutz-OSU empfangenen optischen Signal zu finden. Wie oben beschrieben, bestehen von den ONTs übertragene Aufwärtsbenutzerdatenzellen aus einem 3-Byte-Kopfteil, gefolgt von einer konventionellen 53-Byte-ATM-Zelle. Die 3 Byte des Kopfteils sind weiterhin in ein Schutzband unterteilt, gefolgt von einem Bitmuster für die BMR-Auslösepegelnachstellung, gefolgt von einem Bitmuster für die Synchronisierung.
  • Obwohl die Entfernungsmessungsprozedur einen Wert für die zusätzliche Verzögerung Teq zwischen jedem ONT und der Arbeits-OSU bestimmt, kann es immer noch zu einer gewissen Ungenauigkeit bei der relativen zeitlichen Abfolge der verschiedenen Aufwärtszellen kommen, wenn sie an der OSU ankommen. Aus diesem Grund wird am Anfang des 3-Byte-Kopfteils ein Schutzband (das z.B. nur aus Nullen besteht) angeordnet. Die genauen Anzahlen der Bit im 3-Byte-Kopfteil, die dem Schutzband und den beiden Bitmustern zugeordnet sind, hängen von der Genauigkeit der Entfernungsmessungsprozedur und den jeweiligen Charakteristika des BMR ab, doch wird ein typisches Schutzband etwa 10 Bit lang sein.
  • Auf den 3-Byte-Kopfteil in jeder 56-Byte-Aufwärtsbenutzerdatenzelle (d.h. Nicht-PLOAM-Zellen) folgt eine 53-Byte-ATM-Zelle, die aus einem 5-Byte-ATM-Zellkopf besteht, gefolgt von 48 Byte an Benutzerdaten. Das fünfte Byte des 5-Byte-ATM-Zellkopfs ist ein Zellkopffehlerkorrekturbyte (HEC-Byte = Header error correction), das den ersten vier Byte im ATM-Zellkopf entspricht. Die Zellenschreibprozedur nutzt die Existenz dieser HEC-Byte in den ATM-Zellen aus, um in dem Aufwärts-TDMA-Signal, das am BMR der Schutz-OSU, deren Entfernung nicht gemessen worden ist, empfangen wird, die Aufwärtszellgrenzen zu finden.
  • 6 zeigt ein Zustandsdiagramm der Zellenschreibprozedur gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Das Zustandsdiagramm von 6 weist vier unterschiedliche Zustände auf: HUNT 602, PRESYNC 602, SYNC 606, und FAILURE 608.
  • In dem HUNT-Zustand wird der Zellenschreibprozeß ausgeführt, indem die Position des Rücksetzimpulses bitweise zum BMR der Schutz-OSU verschoben wird, um das HEC-Byte einer Aufwärtszelle zu finden. Falls der BMR mit realen empfangenen Daten ordnungsgemäß arbeitet, wird schließlich durch bitweises Verschieben der Position des BMR-Rücksetzimpulses der Rücksetzimpuls mit dem Schutzband einer Aufwärtszelle zusammenfallen. In diesem Fall wird der Auslösepegel des BMR unter Verwendung des entsprechenden Bitmusters im Kopfteil korrekt nachgestellt, und der korrekte Satz von Bit wird als das ATM-HEC-Byte identifiziert, das den vorausgegangenen vier ATM-Zellkopfbytes korrekt entspricht. Sobald der HUNT-Zustand ein korrektes ATM-HEC-Byte findet, kommt es zu einem Zustandsübergang zum PRESYNC-Zustand. Falls jedoch andererseits der HUNT-Zustand nach BETA aufeinanderfolgenden erfolglosen Schreibversuchen kein korrektes ATM-HEC-Byte findet, kommt es zu einem Zustandsübergang in den FAILURE-Zustand, was anzeigt, daß der BMR in der Schutz-OSU ausgefallen ist (wobei angenommen wird, daß durch das Lichtleistungsmeflgerät nicht bereits eine Faserunterbrechung erfaßt worden ist).
  • In dem PRESYNC-Zustand wird die Zellenschreibprozedur unter Verwendung der während des HUNT-Zustandes identifizierten relativen Position des BMR-Rücksetzimpulses für jede nachfolgende Aufwärtszelle wiederholt. Falls die Zellenschreibprozedur erfolglos ist (d.h., falls das ATM-HEC-Byte nicht korrekt ist), kommt es zu einem Zustandübergang zurück zum HUNT-Zustand. Falls die Zellenschreibprozedur andererseits für DELTA aufeinanderfolgende Aufwärtszellen erfolgreich ist, kommt es zu einem Zustandsübergang zum SYNC-Zustand.
  • Wie bei dem PRESYNC-Zustand wird im SYNC-Zustand die Zellenschreibpozedur unter Verwendung der während des HUNT-Zustandes identifizierten relativen Position des BMR-Rücksetzimpulses für jede nachfolgende Aufwärtszelle wiederholt. Falls die Zellenschreibprozedur für ALPHA aufeinanderfolgende Aufwärtszellen erfolglos ist, kommt es zu einem Zustandsübergang zurück zum HUNT-Zustand.
  • Falls mit der Faser und mit dem BMR der Schutz-OSU keine Probleme existieren, wird die Zellenschreibprozedur von 6 im allgemeinen die Zellengrenzen korrekt identifizieren und den SYNC-Zustand erreichen und meistens in diesem bleiben, mit Ausnahme von kurzen und vorübergehenden Aufenthalten im HUNT- und PRESYNC-Zustand, die sich aus Zufallsbitfehlern und Fluktuationen bei ankommenden Zellengrenzen ergeben können. Falls andererseits mit der Schutz-OSU ein Problem vorliegt, dann ist die Zellenschreibprozedur ausreichend lange erfolglos, um den Prozeß zum FAILURE-Zustand zu bewegen und festzustellen, daß ein Ausfall des BMR der Schutz-OSU erfaßt worden ist.
  • Die Werte der Parameter ALPHA, BETA und DELTA können empirisch gewählt werden, damit der Zellenschreibprozeß für die jeweilige Implementierung so robust und sicher wie möglich wird. Die Robustheit gegenüber einer falschen Anzeige von Fehlausrichtungen aufgrund von Bitfehlern im Kanal hängt vom Wert von ALPHA ab, während die Robustheit gegenüber einem falschen Schreiben im Resynchronisierungsprozeß vom Wert von DELTA abhängt.
  • Die 7AE zeigen ein einfaches Beispiel der Zellenschreibprozedur, die einem Zustandsübergang vom HUNT-Zustand zum PRESYNC-Zustand von 6 entspricht. Insbesondere zeigt 7A, daß der BMR GA der Schutz-OSU (i) ein kontinuierliches optisches Aufwärtssignal RX_OPT_SIGNAL und diskrete BMR-Rücksetzimpulse BMR_RESET empfängt und (ii) einen entsprechenden dekodierten Datenstrom RX_BMR_DATA erzeugt. 7B zeigt die Zeitsteuerreferenz an der Arbeits-OSU, wobei jede vertikale Linie den Start einer weiteren Aufwärtszelle in RX_OPT SIGNAL entspricht, wie in 7C gezeigt. Wie in 7C angegeben, kann jede Aufwärtszelle einen anderen Lichtsignalleistungspegel aufweisen.
  • 7D zeigt die Zeitsteuerung der BMR_RESET-Impulse während der Zellenschreibprozedur von 6. Bei den ersten vier Impulsen (in 7D von links nach rechts) befindet sich die Zellenschreibprozedur im HUNT-Zustand. Wie oben beschrieben werden während des HUNT-Zustands die BMR_RESET-Impulse solange bitmäßig verschoben, bis ein korrektes HEC-Byte gefunden ist. Bei dem Beispiel von 7D ist diese Bitverschiebung durch BMR-RESET-Impulse dargestellt, die durch 449 Bit getrennt sind (d.h. 1 Bit mehr als ein 56-Byte-Zeitschlitz). Bei den ersten drei BMR_RESET-Impulsen in 7D fallen die Impulse nicht mit dem Schutzband einer Aufwärtszelle in 7C zusammen. Wahrscheinlich wird der Auslösepegel vom BMR GA nicht entsprechend nachgestellt, und die vom BMR erzeugte RX_BMR_DATA sind wahrscheinlich unerkannte Datenübergänge (d.h. Müll), wobei in diesem Fall das ATM-HEC-Byte nicht gefunden wird.
  • Der vierte BMR_RESET-Impuls in 7D fällt jedoch mit dem Schutzband der in 7C gezeigten fünften Aufwärtszelle zusammen. Als solcher wird der Auslösepegel vom BMR GA präzise nachgestellt, die ATM-Zelle wird präzise dekodiert (wie durch die vorletzte ATM-Zelle in 7E gezeigt), das ATM-HEC-Byte wird gefunden und es kommt zu einem Zustandsübergang vom HUNT-Zustand zum PRESYNC-Zustand in 6. Die Zeitsteuerung der letzten beiden in 7D gezeigten BMR_RESET-Impulse basiert auf der Zeitsteuerung des vierten BMR_RESET-Impulses, wenn der Übergang vom HUNT_Zustand aufgetreten ist (d.h. um 56 Byte auseinander) und fällt mit den Schutzbändern der in 7C gezeigten letzten beiden Aufwärtszellen zusammen, was zu präzise dekodierten ATM-Zellen in RX_BMR-DATA führt, wie durch die letzte ATM-Zelle in 7E gezeigt.
  • Da in der Aufwärtsrichtung an der OSU kein kontinuierlicher Bitstrom zur Verfügung steht, sollte der BMR in dem dem Schutzband folgenden Teil des Kopfteils am Anfang jeder Aufwärtszelle eine Bitsynchronisierung erreichen. Bei normalen Arbeitsabläufen kann das Zellenschreiben, nachdem die Entfernung der ONTs gemessen worden ist, auch dadurch erzielt werden, daß nach der Wiederherstellung der Bitsynchronisierung nach einem einzigartigen Muster (d.h. einem Begrenzungszeichen) gesucht wird. Gegenüber Zufallsbitfehlern kann die Zellenschreibprozedur noch unempfindlicher werden, indem zusätzlich zu dem ATM-HEC-Byte auch noch nach einem derartigen Begrenzungszeichen gesucht wird.
  • Möglicherweise kann es mehrere BMR-Rücksetzimpulspositionen geben, die zu einem korrekten Zellenschreiben führen würden. Wegen der Ungenauigkeit beim Entfernungsmessungsvorgang (üblicherweise in der Größenordnung von einem Bit) gibt es immer eine gewisse Fluktuation bei Aufwärtszellengrenzen von verschiedenen ONTs. Zur Abdeckung dieser Fluktuationen sollte der Suchprozeß nach dem Begrenzungszeichen für einen Bereich von Bit (d.h. ein Fenster) durchgeführt werden, das an der angenommenen korrekten Position zentriert ist. Falls das Fenster nicht groß genug ist, um die sich aus der Entfernungsmessungsungenauigkeit ergebende Fluktuation bei Zellengrenzen abzudecken, könnte möglicherweise nach dem bitweisen Prüfen aller 448 Positionen sogar ohne Bitfehler kein korrektes Zellenschreiben erzielt werden, was zur falschen Schlußfolgerung führen kann, daß ein BMR-Fehler erfaßt worden ist. Die 8AB zeigen Zeitlinien, die mögliche Ergebnisse darstellen, wenn während der Zellenschreibprozedur ein zu kleines Fenster verwendet wird.
  • Falls andererseits jedoch das Suchfenster zu groß ist, kann der Zellenschreibvorgang mit einer falschen Rücksetzimpulsposition in den PRESYNC-Zustand übergehen. Die 9AC zeigen Zeitlinien, die mögliche Ergebnisse darstellen, wenn während der Zellenschreibprozedur ein zu großes Fenster verwendet wird. 9B zeigt eine Situation, bei der die Zellenschreibprozedur mit einer falschen Rücksetzimpulsposition in den PRESYNC-Zustand übergeht und sofort zum HUNT-Zustand zurückkehrt, während 9C eine Situation zeigt, bei der die Zellenschreibprozedur mit der korrekten Rücksetzimpulsposition in den PRESYNC-Zustand übergeht. Mit Ausnahme einer geringfügigen zeitlichen Zunahme, um in den SYNC-Zustand einzutreten, garantiert die Zellenschreibprozedur von 6, wenn für ALPHA und DELTA ordnungsgemäße Werte verwendet werden, daß schließlich sogar nach mehreren Zustandsübergängen zwischen dem HUNT- und dem PRESYNC-Zustand eine korrekte Rücksetzimpulsposition gefunden wird.
  • Wenn sich die Zellenschreibprozedur von 6 im SYNC-Zustand befindet, ist bekannt, daß der BMR in der Schutz-OSU ordnungsgemäß funktioniert und die Faser nicht unterbrochen ist. Falls jedoch die Prozedur in den FAILURE-Zustand eintritt, können die eine oder die mehreren ausgefallenen Komponenten auf der Basis erhältlicher Informationen durch die folgende Schlußfolgerung identifiziert werden:
    Fall 1: Falls (i) der BMR in der Arbeits-OSU Aufwärtszellen dekokiert, (ii) der BMR in der Schutz-OSU den FAILURE-Zustand erreicht und (iii) das Leistungsmeßgerät in der Schutz-OSU von der Faser zu der Schutz-OSU keine Leistung mißt, dann ist die Faser vom Splitter zur Schutz-OSU unterbrochen.
    Fall 2: Falls (i) der BMR in der Arbeits-OSU Aufwärtszellen dekodiert, (ii) der BMR in der Schutz-OSU den FAILURE-Zustand erreicht und (iii) das Leistungsmeßgerät in der Schutz-OSU von der Faser zu der Schutz-OSU ausreichend Leistung mißt, dann ist der BMR in der Schutz-OSU ausgefallen.
    Fall 3: Falls die BMRs sowohl in den Arbeit- als auch den Schutz-OSUs keine Aufwärtszellen von irgendeinem der ONTs dekodieren, könnte ein Versagen bei den durch die Arbeits-OSU erzeugten Abwärtsübertragungen (was dazu führt, daß an den ONTs keine Bewilligoder ein Ausfall im optischen Splitter ungen ankommen) vorliegen.
    Fall 4: Falls die BMRs sowohl in den Arbeits- und den Schutz-OSUs keine Aufwärtszellen vom gleichen spezifischen ONT dekodieren, könnte ein Ausfall am Sender dieses ONT vorliegen oder die Faser von diesem ONT zum Splitter könnte unterbrochen sein.
  • Bei den Fällen 1 und 2 wird der Ausfall in der Regel erfaßt, bevor die Schutz-OSU verwendet werden muß, was der Zweck ist, daß überhaupt die Gesundheitsüberprüfung der Schutzschaltung erfolgt. In diesen Situationen könnte ein Bediener eingreifen und den Ausfall bestätigen und reparieren.
  • Schnelle Schutzentfernungsmessung durch Abhören während des Entfernungsmessungsprozesses der Arbeits-OSU
  • Durch die Schutzumschaltung werden alle von der ausgefallenen Arbeits-OSU übertragenen und empfangenen Daten zur Schutz-OSU verschoben, wobei dann die Schutz-OSU die Entfernung der ONTs messen muß, um für jeden ONT den Td-Wert zu messen und den korrekten zusätzlichen Verzögerungs-Teq-Wert neu zu berechnen. Da die Entfernungsmessung aller ONTs relativ viel Zeit in Anspruch nehmen kann, ist dies bezüglich der zeitlichen Einschränkungen beim Schutzumschalten der kritische Schritt. Gemäß der SONET-Spezifikation sollte eine Schutzumschaltung innerhalb von 50 ms beendet sein. Zur Adressierung dieser Einschränkungen implementieren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung einen schnellen Entfernungsalgorithmus auf der Basis des Abhörens durch die Schutz-OSU während der von der Arbeits-OSU vorgenommenen ursprünglichen Entfernungsmessungsprozedur, um die Differenzen bei den Td-Werten für die verschiedenen ONTs zu messen, die sich aus Differenzen bei den Faserlängen zwischen dem Splitter und der Arbeits-OSU und zwischen dem Splitter und der Schutz-OSU ergeben.
  • Insbesondere wenn die Arbeits-OSU ihre Entfernungsmessungsprozedur vornimmt, überwacht die Schutz-OSU den Aufwärtszellenstrom. Das ist möglich, da der Splitter Aufwärtssignale sowohl zu der Arbeits-OSU als auch der Schutz-OSU sendet. Wenn unter Bezugnahme auf 4 beispielsweise die Arbeits-OSU die Entfernungsmessung für den ONT#1 vornimmt, wird eine abwärts entfernungsmessende PLOAM-Zelle von der Arbeits-OSU 404 entlang der Faser 410 zum Splitter 408 und dann entlang der Faser 416–1 zum ONT#1 übertragen, und eine entsprechende aufwärts entfernungsmessende Antwort-PLOAM-Zelle wird dann von dem ONT#1 zurück entlang der Faser 416–1 zum Splitter 408 und dann zurück entlang der Faser 410 zur Arbeits-OSU 404 übertragen. Zur Messung der Entfernung des ONT#1 bestimmt die Arbeit-OSU für diesen Umlauf-„Entfernungsmessungs"-Ausbreitungsweg eine Gesamtumlaufausbreitungsverzögerung Td1 und bestimmt mit diesem Wert die zusätzliche Verzögerung Teq für den ONT#1.
  • Falls die Arbeits-OSU die Schutz-OSU darüber informiert, wann die abwärts entfernungsmessende PLOAM-Zelle zum ONT#1 übertragen wird, dann kann die Schutz- OSU durch Überwachen des Aufwärtszellenstroms einen Entfernungsverzögerungswert Td2 messen, der der Dauer der Ausbreitung der abwärts entfernungsmessenden PLOAM-Zelle von der Arbeits-OSU zum ONT plus der Dauer der Ausbreitung der entsprechenden aufwärts entfernungsmessenden Antwort-PLOAM-Zelle vom ONT zur Schutz-OSU entspricht. Wie in 4 gezeigt, besteht der einzige Unterschied zwischen dem Umlauf-„Entfernungsmessungs"-Ausbreitungsweg zwischen der Arbeits-OSU und dem ONT#1 und dem „abhörenden" Ausbreitungsweg von der Arbeits-OSU zum ONT#1 und zurück zur Schutz-OSU in der letzten Strecke vom Splitter entweder zur Arbeits- oder zur Schutz-OSU. Die Entfernungsmessungsverzögerungsdifferenz D2 = (Td1 – Td2) kann als solche von der OLT-Steuerung dazu verwendet werden, die Differenz der Faserlängen zwischen dem Splitter und der Arbeits-OSU und zwischen dem Splitter und der Schutz-OSU zu kennzeichnen.
  • Da der einzige Unterschied bei diesen entfernungsmessenden und abhörenden Ausbreitungswegen die letzte Strecke ist, die für alle ONTs die gleiche ist, sollte theoretisch die Entfernungsmessungsverzögerungsdifferenz D2 für alle der ONTs identisch sein. In der Realität jedoch kann bei Entfernungsmessung verschiedener ONTs der für die Entfernungsmessungsverzögerungsdifferenz D2 bestimmte Wert geringfügig variieren. Die OLT-Steuerung (oder abhängig von der Implementierung, die Schutz-OSU) bestimmt bevorzugt einen mittleren D2-Wert auf der Basis der während der Entfernungsmessung der verschiedenen ONTs erzeugten D2-Werte.
  • Wenn die Entfernungsmessung für alle ONTs beendet ist, wird die OLT-Steuerung (oder die Arbeits-OSU) für jeden anderen ONT einen bestimmten zusätzlichen Verzögerungswert Teq bestimmt haben. Die OLT-Steuerung (oder die Schutz-OSU) kann dann mit dem mittleren D2-Wert für jeden ONT einen „Schutz"-Teq-Wert bestimmen. Diese Schutz-Teq-Werte werden (entweder in der OLT-Steuerung oder in der Schutz-OSU) gespeichert, und wenn es zu einer Schutzumschaltung von einer ausgefallenen Arbeits-OSU zur sichernden Schutz-OSU kommt, überträgt die Schutz-OSU die gespeicherten Schutz-Teq-Werte zu den entsprechenden ONTs, um eine schnelle Entfernungsmessung der ONTs zu erzielen, ohne die ganze zeitraubende Entfernungsmessungsprozedur durchlaufen zu müssen.
  • An diesem schnellen Entfernungsmessungsalgorithmus sind allgemein verschiedene Operationen bei verschiedenen Phasen der Netzverarbeitung beteiligt. Es wird nachfolgend angenommen, daß sowohl die Arbeits- als auch Schutz-OSU sychronisiert werden können. Mit anderen Worten wird angenommen, daß eine Verzögerung für ein Signal von der Arbeits-OSU zur Schutz-OSU (siehe Schritt 1) vernachlässigbar ist, was dann zutrifft, wenn zwei OSUs im gleichen OLT untergebracht sind. Beim Hochfahren erfolgen die folgenden Operationen:
    Schritt 1: Für jeden ONT informiert die Arbeits-OSU die Schutz-OSU darüber, daß eine abwärts entfernungsmessende PLOAM-Zelle von der Arbeits-OSU übertragen wird.
    Schritt 2: Die Arbeits- und die Schutz-OSU überwachen die jeweiligen Aufwärtszellenströme für die entsprechende aufwärts entfernungsmessende Antwort-PLOAM-Zelle vom ONT, und beide OSUs messen ihre jeweiligen Td-Werte für den ONT (d.h. Td1 für die Arbeits-OSU und Td2 für die Schutz-OSU).
    Schritt 3: Die Arbeits-OSU informiert die Schutz-OSU über ihren gemessenen Td1-Wert.
    Schritt 4: Die Schutz-OSU berechnet/aktualisiert D2 auf der Basis der Differenz zwischen Td1 und Td2 und hält sie im Speicher.
  • Die Schritte 1–4 werden immer dann wiederholt, wenn die Arbeits-OSU für einen ONT eine Entfernungsmessung vornimmt, um den von der Schutz-OSU beibehaltenen Wert von D2 zu verifizieren bzw. zu aktualisieren, einschließlich während normaler Operationen, ob und wann ein neuer ONT im System konfiguriert wird.
  • Nach der Messung der Entfernung eines ONT berechnet die Arbeits-OSU einen angemessenen Wert für die zusätzliche Verzögerung Teq für diesen ONT auf der Basis des gemessenen Td1-Werts. Die Arbeits-OSU informiert zusätzlich zur Übertragung dieses Arbeits-Teq-Werts zum ONT die Schutz-OSU über den Arbeits-Teq-Wert für diesen ONT. Die Schutz-OSU kann dann einen Schutz-Teq-Wert für diesen ONT auf der Basis folgender Gleichung berechnen: Teq_prot = Teq_work- (1 + α)*(Td2 – Td1),wobei α das Verhältnis der Aufwärtsausbreitungsgeschwindigkeit zur Abwärtsausbreitungsgeschwindigkeit ist und der Faktor (1 + α) die Differenzen zwischen Aufwärts- und Abwärtslaufzeiten berücksichtigt, wenn für die Aufwärts- und Abwärtsübertragung (z.B. wie in einem Netz, das bidirektionale Fasern mit Wellenlängenmultiplexieren (WDM) verwendet) unterschiedliche Wellenlängen verwendet werden.
  • Falls und wenn es zu einen Schutzumschalten kommt, sendet die Schutz-OSU, wenn sie die neue Arbeits-OSU wird, ihren gespeicherten Satz von Schutz-Teq-Werten zu den ONTs und beginnt mit den normalen Operationen.
  • Wenn die Synchronisierung zwischen zwei OSUs bei bestimmten Implementierungen nicht perfekt (d.h. sehr grob) ist, würde die Schutz-OSU nach dem Eintreten einer Schutzumschaltung eine gewisse Art von Entfernungsmessung vorzunehmen haben. Weil die Schutz-OSU ungefähre Teq-Werte aufweist, ist jedoch selbst in diesem Fall eine viel schnellere Entfernungsmessung möglich. Beispielsweise könnte eine parallele Entfernungsmessung erfolgen, wenn die entfernungs messenden Antwort-PLOAM-Zellen für mehrere ONTs in einem einzelnen Entfernungsmessungsfenster gemessen werden.
  • Falls für alle Aufwärts-PLOAM-Zellen oder Datenzellen Zeitprotokolle gesammelt werden, können die Arbeits- und Schutz-Td-Differenzen ständig überwacht werden, um sicherzustellen, daß der von der Schutz-OSU verwendete D2-Wert präzise ist. Dies kann auf eine „faule" Weise implementiert werden. Da der Wert von Td2 bekannt ist, ist auch die korrekte Zeitsteuerung für Rücksetzimpulse bekannt. Infolgedessen können von der Schutz-OSU alle Aufwärtszellen präzise verarbeitet werden. In diesem Fall würde die Arbeits-OSU die Schutz-OSU darüber informieren, daß sie zu einem bestimmten Zeitpunkt eine bestimmte PLOAM-Bewilligung aussenden würde, und beide OSUs könnten ihre Empfangszeiten messen.
  • Schnelle Schutzentfernungsmessung durch Abhören von PLOAM-Zellen
  • Die im vorausgegangenen Abschnitt beschriebene schnelle Entfernungsmessungsprozedur basiert darauf, daß die Schutz-OSU während der durch die Arbeits-OSU vorgenommenen normalen Entfernungsmessungsprozedur abhört. Bei sogenannten „Hot-plug-in"-Situationen jedoch wird eine Schutz-OSU in ein arbeitendes Netz konfiguriert, nachdem die Arbeits-OSU bereits die Entfernungen der ONTs gemessen hat. Dieser Abschnitt beschreibt eine Technik zur Ermöglichung einer schnellen Entfernungsmessung im Fall einer Schutzumschaltung von einer ausgefallenen Arbeits-OSU zu einer Schutz-OSU, wobei die Technik darauf basiert, daß die Schutz-OSU während normaler Operationen übertragene PLOAM-Zellen abhört (d.h., nachdem die Entfernungen der ONTs durch die Arbeits-OSU gemessen worden sind, jedoch vor dem Ausfall der Arbeits-OSU). Als solche läßt sich die vorliegende Technik in Hotplug-in-Situationen anwenden.
  • Die vorliegende Technik basiert auf der Messung der Ankunftszeiten entsprechender Aufwärtszellen sowohl an der Arbeits- als auch an der Schutz-OSU. Obwohl jede beliebige spezifische Zelle verwendet werden könnte, lassen sich PLOAM-Zellen relativ leicht unzweideutig identifizieren.
  • Die 10AE zeigen Darstellungen von Zeitlinien, die der vorliegenden Technik zugeordnet sind. Insbesondere zeigt 10A die Blockgrenzen für den Abwärtskanal, wobei zur einfachen Beschreibung angenommen wird, daß jeder Blockstart (SOF) zwischen der Arbeits- und Schutz-OSU synchronisiert wird (was leicht geschehen kann, wenn beide OSUs im gleichen ONT untergebracht sind). 10B zeigt eine Sequenz von durch die Arbeits-OSU übertragenen vier Abwärts-PLOAM-Zellen (P1, P2, P3 und P4), wobei angenommen wird, daß die PLOAM-Zelle P1 eine PLOAM-Bewilligung nur für ONT#1 enthält. Unter der Annahme, daß jeder ONT schließlich eine PLOAM-Bewilligung erhält, wird vom ONT#1 über einen gewissen annehmbaren Zeitraum mindestens eine Aufwärts-Antwort-PLOAM-Zelle erzeugt.
  • 10C zeigt die Zeitsteuerung der Ankunft der durch den ONT#1 als Reaktion auf die PLOAM-Bewilligung in der PLOAM-Zelle P1 übertragenen Aufwärts-Antwort-PLOAM-Zelle sowohl an der Arbeits- als auch der Schutz-OSU für die hypothetische Situation, bei der die Umlaufübertragungszeiten Td1 und Td2 beide Null sind. 10D zeigt die Zeitsteuerung der Ankunft der von dem ONT#1 übertragenen Aufwärts-Antwort-PLOAM-Zelle an der Arbeit-OSU für die reale Situation, in der Td1 > 0, und 10E zeigt die Zeitsteuerung der Ankunft der von dem ONT#1 übertragenen Aufwärts-Antwort-PLOAM-Zelle an der Schutz-OSU für die reale Situation, in der Td2 > 0. Wie in 10E gezeigt, ist die Differenz zwischen Td1 und Td2 die Entfernungsmessungsverzögerungsdifferenz D2.
  • Bei der vorliegenden Technik wird angenommen, daß die Schutz-OSU, noch bevor sie einen korrekten Wert für D2 bestimmt, in der Lage ist, die Ankunft der Aufwärts-Antwort-PLOAM-Zelle präzise zu erfassen. Dies setzt aber voraus, daß der Rücksetzimpuls für den BMR in der Schutz-OSU zum korrekten Zeitpunkt angelegt wird, damit der BMR-Auslösepegel für jede andere Aufwärtszelle präzise nachgestellt wird. Dies kann man mit der in dieser Patenschrift weiter oben beschriebenen Zellenschreibprozedur von 6 erreichen.
  • Die vorliegende Technik kann allgemein durch die folgenden vier Schritte implementiert werden:
    Schritt 1: Nachdem die Schutz-OSU auf das Netz konfiguriert worden ist, wird die Zellenschreibprozedur von Fig. 6 für die Schutz-OSU eingeleitet.
    Schritt 2: Wenn an der Schutz-OSU korrekt geschriebene Zellen empfangen werden (d.h., wenn die Zellenschreibprozedur von Fig. 6 den SYNC-Zustand erreicht), werden die Ankunftszeiten von Aufwärts-Antwort-PLOAM-Zellen an der Schutz-OSU mit den Ankunftszeiten der entsprechenden Aufwärts-Antwort-PLOAM-Zellen an der Arbeits-OSU verglichen und ein Wert für die Entfernungsmessungsverzögerungsdifferenz D2 erzeugt.
    Schritt 3: Der berechnete Wert D2 wird gespeichert (zur Verwendung bei der Durchführung einer schnellen Entfernungsmessung, falls und wenn es zu einer Schutzumschaltung von der Arbeits-OSU zu der Schutz-OSU kommt).
  • Je nach der jeweiligen Implementierung werden der Steuerprozeß und die Implementierung dieser verschiedenen Funktionen angemessenen zwischen der OLT- Steuerung und der Arbeits- und Schutz-OSU verteilt.
  • 1:N-Schutzumschaltung
  • Die vorausgegangenen Abschnitte beschrieben verschiedene Verarbeitungsarten, die im Kontext einer 1 : 1-Schutzumschaltungsarchitektur vorgenommen werden, bei der für jede geschützte Arbeitsschaltung eine eigene Schutzschaltung existiert. Die in den vorausgegangenen Abschnitten beschriebenen Techniken können auch im Kontext von 1 : N-Schutzumschaltungsarchitekturen implementiert werden, bei denen eine einzelne Schutzschaltung eine Reserve für mehrere (d.h. N) Arbeitsschaltungen liefert. Derartige Architekturen sind von Vorteil, wenn die Wahrscheinlichkeit, daß gleichzeitig zwei oder mehr Arbeitsschaltungen ausfallen, sehr gering ist.
  • 11 zeigt ein Blockschaltbild einer 1 : N-Schutzumschaltungsarchitektur mit N = 3. In dieser Architektur liefert eine einzelne Schutzschaltung P eine Reserve für drei verschiedene Arbeitsschaltungen 1, 2 und 3. Falls irgendeine der Arbeitsschaltungen ausfällt (z.B. eine Faserunterbrechung in Schaltung 2, wie durch das „X" in 11 angezeigt), wird eine Schutzumschaltung implementiert, um die ausgefallene Arbeitsschaltung mit der Schutzschaltung P zu ersetzen.
  • 12 zeigt ein Blockschaltbild einer 1 : N-Schutzumschaltungsarchitektur, bei der eine einzelne Schutzschaltung (PON#P) dazu verwendet wird, drei verschiedene passive optische Netze (PONs#1, #2 und #3) zu schützen. Die Architektur von 12 ist die 1 : 3-Analogie zu der in 4 gezeigten 1 : 1-Schutzumschaltungsarchitektur. Wie in 12 gezeigt, umfaßt jede Arbeits-PON#i eine Arbeits-OSU 1304–i, die über eine bidirektionale optische Arbeitsfaser 1310–i mit einem ungeschützten passiven optischen Splitter 1308–i verbunden ist, der wiederum über mehrere ungeschützte bidirektionale optische Fasern 1316–ij mit mehreren ungeschützten ONTs 1314–ij verbunden ist.
  • Die Schutzschaltung PON#P umfaßt eine Schutz-OSU 1306, die mit einem optischen 1 : 3-Schalter 1318 verbunden ist, der wiederum über eine entsprechende optische Schutzfaser 1312–i mit jedem passiven optischen Splitter 1308–i verbunden ist. Außerdem sind die Schutz-OSU 1306 und jede der Arbeits-OSU 1304 mit einem optischen 3 : 4-Schalter 1320 verbunden. Bei normalen Operationen, bei denen alle drei Arbeitsschaltungen funktionieren, ist der optische Schalter 1320 so konfiguriert, daß er die OSU 1304–1 des PON#1 mit Port 1, die OSU 1304–2 des PON#2 mit dem Port 2 und die OSU 1304–3 des PON#3 mit dem Port 3 verbindet.
  • Was das Schutzumschalten betrifft, werden, wenn in einer beliebigen der drei Arbeitsschaltungen ein Ausfall erfaßt wird (z.B. eine Unterbrechung der Faser 1310–2 des PON#2, wie in 12 angezeigt), die optischen Schalter 1318 und 1320 umkonfiguriert, so daß sie die Schutz-OSU 1306 des PON#P sowohl mit dem entsprechenden Port (z.B. Port 2 in dem in 12 gezeigten Beispiel) als auch mit dem entsprechenden Splitter (z.B. Splitter 1308–2 in dem in 12 gezeigten Beispiel) verbinden.
  • Der optische Schalter 1318 ermöglicht außerdem, daß jede der in den vorausgegangenen Abschnitten beschriebenen Techniken im Kontext der 1 : N-Architektur von 12 implementiert wird. Insbesondere kann dadurch, daß der optische Schalter 1318 im Verlauf der Zeit gesteuert wird, so daß er die Schutz-OSU 1306 mit jedem optischen Splitter 1308–i verbindet, jede der oben beschriebenen Techniken schließlich für jede der verschiedenen Arbeitsschaltungen ausgeführt werden. Man beachte, daß bei allen N Arbeits-OSUs 1304 und der Schutz-OSU 1306 die Blöcke auf die in den vorausgegangenen Abschnitten beschriebene Weise synchronisiert sein sollten.
  • Falls die Schutzschaltung im Netz bereits konfiguriert ist, wenn die Arbeitsschaltungen ihre Entfernungsmessungsprozeduren vornehmen sollen, dann kann eine schnelle Entfernungsmessung im Fall einer Schutzumschaltung dadurch ermöglicht werden, daß die Schutz-OSU während der Entfernungsmessungsprozedur jeder Arbeits-OSU unter Verwendung der oben beschriebenen Prozedur abhört. Die einzige Anforderung lautet, daß die verschiedenen Arbeits-OSUs ihre Entfernungsmessungsprozeduren sequenziell ausführen. In diesem Fall ist der optische Schalter 1318 so umkonfiguriert, daß er vor der Implementierung der Entfernungsmessungsprozedur durch die Arbeits-OSU 1304-1 die Schutz-OSU 1306 mit dem entsprechenden optischen Splitter 1308–i verbindet.
  • Im Fall einer Hot-plug-in Situation, bei der die Schutzschaltung in das Netz konfiguriert wird, nachdem die verschiedenen Arbeits-OSUs ihre normalen Entfernungsmessungsprozeduren bereits durchgeführt haben, kann dann dadurch, daß die Schutz-OSU Routine-PLOAM-Zellen abhört, unter Verwendung der zuvor beschriebenen Prozedur eine schnelle Entfernungsmessung im Fall einer Schutzumschaltung ermöglicht werden. Hierbei ist der optische Schalter 1318 sequenziell konfiguriert, die Schutz-OSU 1306 mit jedem optischen Splitter 1308–i zu verbinden, um für die entsprechende Arbeitsschaltung PLOAM-Zellen abzuhören, bevor es zur nächsten Arbeitsschaltung weitergeht.
  • Jedenfalls wird ein anderer D2-Wert für jede Arbeitsschaltung bestimmt und zur Verwendung im Fall eines Schutzumschaltens gespeichert, wobei dann der entsprechende D2-Wert dazu verwendet wird, für den entsprechenden Satz von ONTs eine schnelle Entfernungsmessung durch die Schutz-OSU vorzunehmen.
  • Nachdem mit einer der Techniken abgehört worden ist, kann auch der optische Schalter 1318 sequenziell konfiguriert werden, so daß er den zuvor beschriebenen Online-Gesundheitsüberprüfungsalgorithmus durchführt, um sowohl die korrekte Funktionsweise des BMR in der Schutz-OSU 1306 sowie die Integrität jeder optischen Faser 1312–i, die den optischen Schalter 1318 mit einem entsprechenden optischen Splitter 1308–i verbindet, zu verifizieren.
  • Schnelle Schutzentfernungsmessung für geschützte ONTs
  • In den vorausgegangenen Abschnitten wurde eine schnelle Schutzentfernungsmessung für Konfigurationen auf der Basis der Schutzarchitektur von 4 ermöglicht, bei der die Schutzschaltung den Weg vom Splitter zur OSU, aber nicht den Weg vom Splitter zu den ONTs beinhaltet. Insbesondere messen die beiden zuvor beschriebenen Abhörtechniken die Ausbreitungsdifferenzen nur zwischen dem Arbeits- und dem Schutzweg, die zwischen einem Splitter und einer geschützten OSU vorgesehen sind. Dieser Abschnitt beschreibt eine Technik zum Messen von Ausbreitungsdifferenzen zwischen Arbeits- und Schutzwegen, die zwischen dem optischen Splitter und jedem geschützten ONT vorgesehen sind, um die schnellen Schutzentfernungsmessungsprozeduren auf Konfigurationen auszuweiten, die auf der Schutzarchitektur von 5 basieren.
  • Bei der vorliegenden Technik sind sowohl der Sender als auch der Empfänger der Arbeitsleitungsabschlußeinheit (LT-Einheit) eines geschützten ONT eingeschaltet, doch nur der Empfänger der Schutz-LT-Einheit ist eingeschaltet, nicht der Schutzsender.
  • Die vorliegende Technik ist analog der oben für das Abhören von Aufwärts-PLOAM-Zellen beschriebenen Prozedur, außer daß in diesem Fall Abwärts-PLOAM-Zellen abgehört werden. Anfangs wird die Synchronisierung auf Bitebene zwischen der Arbeits- und Schutz-LT-Einheit eines ONT mit einem Zähler erzielt, wie in einem obigen Abschnitt beschrieben. Dann wird die Differenz bei den Ankunftszeiten einer spezifischen Abwärts-PLOAM-Zelle sowohl an der Arbeits- als auch an der Schutz-LT-Einheit gemessen. Man beachte, daß der optische 2N : 2-Splitter 508 von 5 eine Kopie jeder Abwärtszelle sowohl zu der Arbeits- als auch der Schutz-LT-Einheit überträgt.
  • Diese Abhörtechnik kann mit den zuvor beschriebenen Abhörtechniken kombiniert werden, damit im Kontext der Schutzarchitektur von S während des Schutzumschaltens eine schnelle Entfernungsmessung vorgenommen werden kann. Dieser Einsatz setzt voraus, daß der N:2- und der 2 : 1-Splitter, die den Splitter 508 bilden, physisch beieinander angeordnet sind, so daß die Entfernungsdifferenzen zwischen den verschiedenen Komponentensplittern minimal sind oder zumindest kleiner als die Fenstergröße des BMR.
  • 13 zeigt eine Darstellung der Schutzarchitektur von 5, die die Charakterisierung der Differenzen bei der Ausbreitungsverzögerung zwischen dem optischen Splitter und der geschützten OSU anzeigt. Diese Charakterisierung kann unter Einsatz einer der in den voraus gegangenen Abschnitten beschriebenen Abhörprozeduren erzielt werden.
  • 14 zeigt eine Darstellung der Schutzarchitektur von 5, die die Charakterisierung der Differenzen bei der Ausbreitungsverzögerung zwischen dem optischen Splitter und einem geschützten ONT anzeigt. Diese Charakterisierung kann unter Einsatz der in den voraus gegangenen Abschnitten beschriebenen Abhörprozedur erzielt werden.
  • Durch die beiden verschiedenen Ausbreitungsverzögerungswerte, die unter Verwendung der in den 13 und 14 angezeigten Prozeduren bestimmt wurden, erfährt der OLT die Differenzen in den verschiedenen Wegen entweder von der Arbeits-OSU oder der Schutz-OSU zu der Arbeits-LT-Einheit oder der Schutz-LT-Einheit des geschützten ONT. Man beachte, daß die Verwendung dieses Ansatzes im Kontext existierender Systeme nach ITU-T G.983.1 die Definition einer zusätzlichen Aufwärtsnachricht erfordern würde, um der OSU den Wert der Differenz bei der Ausbreitungsverzögerung zwischen dem Arbeits- und dem Schutzweg zwischen dem Splitter und jedem geschützten ONT mitzuteilen.
  • Der unter Verwendung der vorliegenden Technik gemessene Ausbreitungsverzögerungswert entspricht der Abwärtsrichtung. Zum Schätzen der Gesamtumlaufzeit sollte der Ausbreitungsverzögerungswert ordnungsgemäß skaliert werden, wobei etwaige Differenzen bei der Wellenlänge zwischen dem Aufwärts- und dem Abwärtskanal berücksichtigt werden, analog zu der weiter oben im Kontext der anderen Abhörprozeduren beschriebenen Skalierung.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung im Kontext von ATM-PON-Netzen beschrieben worden ist, die der Empfehlung G.983.1 entsprechen, bei der alle Daten in einem ATM-Zellenformat von 53 Byte abwärts und 56 Byte aufwärts gesendet werden, versteht der Fachmann, daß die vorliegende Erfindung im Kontext anderer optischer Netze auf der Basis von Paketen fester Größe implementiert werden kann, die zur Aufwärtsübertragung TDMA und Entfernungsmessung verwenden, einschließlich möglicher nicht-passiver optischer Netze.
  • Die vorliegende Erfindung kann in Form von schaltungsbasierten Prozessen implementiert werden, einschließlich einer möglichen Implementierung auf einer einzelnen integrierten Schaltung. Wie dem Fachmann ersichtlich ist, können verschiedene Funktionen von Schaltungselementen auch als Verarbeitungsschritte in einem Softwareprogramm implementiert werden. Derartige Software kann beispielsweise in einem digitalen Signalprozessor, einer Mikrosteuerung oder einem Allzweckcomputer eingesetzt werden.
  • Die vorliegende Erfindung kann in Form von Verfahren und Vorrichtungen zur Ausübung dieser Verfahren verkörpert werden. Die vorliegende Erfindung kann außerdem in Form eines Programmcodes verkörpert werden, der in faßbaren Medien wie etwa Disketten, CD-ROMs, Festplatten und einem beliebigen anderen maschinenlesbaren Speichermedium verkörpert ist, wobei, wenn der Programmcode in eine Maschine, wie etwa einen Computer geladen und von ihr ausgeführt wird, die Maschine eine Vorrichtung zur Ausübung der Erfindung wird. Die vorliegende Erfindung kann außerdem in Form eines Programmcodes verkörpert werden, ob in einem Speichermedium gespeichert, in eine Maschine geladen und/oder von ihr ausgeführt oder über ein bestimmtes Übertragungsmedium oder einen bestimmten Träger übertragen, wie etwa über elektrische Verdrahtung oder Verkabelung, durch Faseroptik oder über elektromagnetische Strahlung, wobei, wenn der Programmcode in eine Maschine, wie etwa einen Computer, geladen und von ihr ausgeführt wird, die Maschine eine Vorrichtung zur Ausübung der Erfindung wird. Bei Implementierung auf einem Allzweckprozessor stellen die Programmcodesegmente mit dem Prozessor eine einzigartige Einrichtung dar, die analog zu spezifischen Logikschaltungen arbeitet.
  • Es ist weiter zu verstehen, daß verschiedene Änderungen an den Einzelheiten, Materialien und Anordnungen der Teile, die zur Erläuterung des Charakters der vorliegenden Erfindung beschrieben und dargestellt worden sind, vom Fachmann vorgenommen werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, wie er in den folgenden Ansprüchen zum Ausdruck kommt.

Claims (8)

  1. Ein Verfahren zum Ermöglichen einer schnellen Schutzumschaltung von der Arbeitsschaltung zu der Schutzschaltung in einem optischen Netz, das einen optischen Splitter umfaßt, der mit (1) einer arbeitenden optischen Teilnehmereinheit OSU einer Arbeitsschaltung, (2) einer Schutz-OSU einer Schutzschaltung und (3) einem oder mehreren optischen Netzanschlüssen ONTs verbunden ist, wobei mindestens ein ONT (i) eine Arbeitsleitungsabschlußeinheit LT der Arbeitsschaltung, die über eine arbeitende optische Faser mit dem optischen Splitter verbunden ist, und (ii) eine Schutz-LT-Einheit der Schutzschaltung, die über eine optische Schutzfaser mit dem optischen Splitter verbunden ist, umfaßt, mit den folgenden Schritten: (a) Synchronisieren der Arbeits- und Schutz-LT-Einheiten des mindestens einen ONT, (b) Messen von Ankunftszeiten entsprechender Abwärtszellen sowohl an den Arbeits- als auch an den Schutz-LT-Einheiten des mindestens einen ONT, (c) Übertragen von die Ankunftszeiten betreffenden Informationen von dem mindestens einen ONT zur Schutz-OSU und (d) Erzeugen mindestens eines Ausbreitungsverzögerungswerts auf der Basis der übertragenen Informationen zur Verwendung durch die Schutz-OSU zur Kommunikation mit dem mindestens einen ONT, falls bei Erfassung eines Ausfalls in der Arbeitsschaltung eine Schutzumschaltung implementiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der optische Splitter ein passiver optischer Splitter ist und das optische Netz der ITU-T-Empfehlung G.983.1 entspricht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das optische Netz weiterhin folgendes umfaßt: eine oder mehrere zusätzliche Arbeits-OSUs, die jeweils über eine zusätzliche arbeitende optische Faser mit einem zusätzlichen optischen Splitter verbunden sind, der weiterhin an einen oder mehrere zusätzliche ONTs angeschlossen ist, und einen optischen Schalter, der an jeden der optischen Splitter über eine optische Schutzfaser und an die Schutz-OSU angeschlossen ist, wobei der optische Schalter so gesteuert wird, daß er die Schutz-OSU nacheinander mit jedem der optischen Splitter verbindet, um die Schritte (a) bis (d) zu implementieren, damit ein anderer Ausbreitungsverzögerungswert für jede Arbeits-OSU erzeugt wird, der durch die Schutz-OSU zur Kommunikation mit dem einen oder den mehreren ONTs entsprechend einer bestimmten Arbeits-OSU verwendet wird, falls bei Erfassung eines Ausfalls in der Arbeitsschaltung entsprechend der jeweiligen Arbeits-OSU eine Schutzumschaltung implementiert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die entsprechenden Abwärtszellen Abwärts-PLOAM-Zellen sind, die durch die Arbeits-OSU nicht der Entfernungsmessung zugeordnet sind.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die entsprechenden Abwärtszellen Abwärts-PLOAM-Zellen sind, die durch die Arbeits-OSU der Entfernungsmessung zugeordnet sind.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (d) den Schritt umfaßt, den Ausbreitungsverzögerungswert zu erzeugen, wobei Differenzen bei den Aufwärts- und Abwärtsübertragungsgeschwindigkeiten berücksichtigt werden, die sich aus verschiedenen Aufwärts- und Abwärtsübertragungswellenlängen ergeben.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schutz-OSU in das optische Netz konfiguriert wird, nachdem die Arbeits-OSU die Entfernungsmessung für den einen oder die mehreren ONTs beendet hat.
  8. Maschinenlesbares Medium mit einem darauf codierten Programmcode, wobei eine Maschine, wenn der Programmcode von ihr ausgeführt wird, in einem optischen Netz, das einen optischen Splitter umfaßt, der mit (1) einer arbeitenden optischen Teilnehmereinheit OSU einer Arbeitsschaltung, (2) einer Schutz-OSU einer Schutzschaltung und (3) einem oder mehreren optischen Netzanschlüssen ONTs verbunden ist, wobei mindestens ein ONT (i) eine Arbeitsleitungsabschlußeinheit LT der Arbeitsschaltung, die über eine arbeitende optische Faser mit dem optischen Splitter verbunden ist, und (ii) eine Schutz-LT-Einheit der Schutzschaltung, die über eine optische Schutzfaser mit dem optischen Splitter verbunden ist, umfaßt, ein Verfahren zum Ermöglichen einer schnellen Schutzumschaltung von der Arbeitsschaltung zu der Schutzschaltung implementiert, mit den folgenden Schritten: (a) Synchronisieren der Arbeits- und Schutz-LT-Einheiten des mindestens einen ONT, (b) Messen von Ankunftszeiten entsprechender Abwärtszellen sowohl an den Arbeits- als auch Schutz-LT-Einheiten des mindestens einen ONT, (c) Übertragen von die Ankunftszeiten betreffenden Informationen von dem mindestens einen ONT zur Schutz-OSU und (d) Erzeugen mindestens eines Ausbreitungsverzögerungswerts auf der Basis der übertragenen Informationen zur Verwendung durch die Schutz-OSU zur Kommunikation mit dem mindestens einen ONT, falls bei Erfassung eines Ausfalls in der Arbeitsschaltung eine Schutzumschaltung implementiert wird.
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