CN102422574A

CN102422574A - 用于数据处理的方法及装置

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Publication number: CN102422574A
Application number: CN2009801588978A
Authority: CN
Inventors: T·特雷耶; H·罗德; S·斯莫洛茨
Original assignee: Nokia Siemens Networks Oy
Current assignee: Xiaoyang Network Co., Ltd.
Priority date: 2009-04-23
Filing date: 2009-04-23
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2029-04-23
Also published as: EP2422465B1; US8600230B2; WO2010121658A1; US20120087660A1; CN102422574B; EP2422465A1

Abstract

提出用于在光网络元件中处理数据的方法及装置，其中，光网络元件在数据传输的低速模式和高速模式之间变换。

Description

用于数据处理的方法及装置

本发明涉及用于数据处理的方法及装置。

光接入网络可以用于在高带宽下传送数据。对宽带接入用户线路的峰值带宽需求日益增加。在上行方向以及在下行方向上，光接入线路当前接近每用户1Gbit/s的峰值带宽。这类数据流的电子信号处理需要很高的电功率，其中，即使在根本没有业务或没有大量业务的情况下，该接入线路也处于“一直开着”的状态，因而浪费电能。因此，高带宽的趋势和“一直开着”导致能量浪费，尤其是从经济学和生态学的观点上看这是存在问题的。

众所周知的是，通过用户干预手动地关闭用户驻地设备(CPE)。对于每个CPE有一个个人计算机的情况这种解决方案可能是可行的，但是对于通过单个CPE接入网络的若干独立用户和/或服务，这种解决方案是难以管理的。另外，客户端或应用(例如，IPTV，VoIP电话)数量的增加也需要CPE处于“一直开着”的状态。

接入技术，如GPON，需要CPE前端以2.5Gbit/s无中断的运行，即使用户只有64kBit/s或更少的业务负载，这也是问题。另外GPON标准(例如NG-PON)可能使状况更糟，因为CPE需要在10Gbit/s活跃。

所要解决的问题是克服上述的缺点，并且尤其是实现功率节省的有效率的概念。

根据独立权利要求的特征解决这个问题。更进一步的实施例源于从属权利要求。

为了克服该问题，提出一种在光网络元件中处理数据的方法，其中，光网络元件在数据传输的低速模式和高速模式之间变换。

要注意的是，在数据传输模式之间变换或切换可以是从高速模式到低速模式或者反过来。数据传输模式也可以包括相应的数据接收，即按照所选择的实际传输模式的接收。

另外要注意的是，可以有若干模式，尤其是多于两种数据传输模式，每一种这样的模式例如提供不同的数据速率。因为数据速率与网络组件上的处理速度相关，因此在没有业务被传输(和接收)情况下，数据速率越低功耗越小，因而功率浪费越少。

因此，本概念允许有效使用“一直开着”的条件，其中，具有减少了的处理速度的低速模式(相比于高速或“正常”的操作模式)比所述高速模式消耗更少的功率。

有利的是，甚至是低速模式仍旧可以满足客户端或应用的一直开着的条件，该应用例如是VoIP呼叫，用于单个TV频道的IPTV。

在实施例中，在数据业务达到或低于预定值的情况下，选择低速模式。

因此，尤其是可以自动选择低速模式，例如通过阈值比较。

在另一个实施例中，光网络元件是光网络单元，或者与光网络单元或光线路终端关联。

在进一步的实施例中，在上行方向和/或下行方向上，光网络元件在数据传输的低速模式和高速模式之间变换。

因此，可以独立地针对上行方向和下行方向调整传输模式。

在下一个实施例中，所述网络元件分析其传输队列，并且依据下述原则的至少一项选择数据传输模式：

-队列填充等级；

-高优先级分组的预期传送延迟；

-当前，未来或过去的业务情况。

尤其是，可以利用从过去知道的业务情况(例如，由于一天期间和/或一周期间预计的业务分布)来预期将要使用的数据传输模式。

还有一个实施例，即，在变换数据传输模式之前，网络元件等待当前数据分组传送至少部分地完成。

这有利地避免了由于有缺陷的分组被拒绝而导致的任何分组丢失。

根据另外的实施例，光网络元件通过以下方式变换数据传输模式：

-停止当前数据传输；

-向接收器发信号通知数据传输模式的变换；

-在预定计时器已满后和/或在接收器确认数据传输模式变换后，变换数据传输模式并且转发数据到接收器。

所述接收器可以是对应网络元件的接收器。该接收器尤其是相干接收器。

根据实施例，通过欠采样，尤其通过对由外差光单元提供的中频进行欠采样，光网络元件在所述低速模式下处理数据。

该欠采样方法是可行的，因为相位信息以及振幅信息仍旧可以通过对中频的欠采样来获得。

根据另外的实施例，通过以下方式调整本地振荡器或光网络元件：

-在低速模式下检测频率漂移；

-切换到高速模式，以及；

-修正频率漂移。

作为选项，在高速模式下补偿了频率漂移后，光网络元件可以切换回低速模式。

在还有另一个实施例中，光网络元件实际上立即从低速模式变换到高速模式。

因此，实际上立即尤其是指无需等待数据分组被完全处理完就进行切换。

根据下一个实施例，在传输的高速模式下，重传输中断的数据分组。

根据另外的实施例，当要传送用户数据时，光网络元件从低速模式变换到高速模式。

因此，每次将要传送用户数据时，光网络元件可以切换到数据传输的高速模式。在这种情形下的低速模式在没有用户数据要传递(传输和/或接收)的情况下使用以节省功率。可以通过滞后来实现传输模式之间的变换以避免两种传输模式之间的无效振荡。

根据进一步的实施例，在低速模式下修改调制方案，尤其是在所述低速模式下减少用于已调制信号的带宽。

上述问题还可以通过包括处理器单元和/或硬接线电路和/或逻辑装置，和/或与所述处理器单元和/或硬接线电路和/或逻辑装置关联的装置解决，该装置被设置为在此描述的方法能够在该装置上被执行。

根据实施例，该装置是通信装置，尤其是光网络元件或与光网络元件关联。

进一步通过包含上述装置的通信系统解决前述问题。

在如下附图中示出和阐明本发明的实施例：

图1示出了包括ONU的组件的框图；

图2描述了包括快速振荡曲线和欠采样图的采样方案。

所提供的方法尤其采用NGOA(Next Generation Optical Access，下一代光接入)系统，其中CPE是ONU(Optical Network Unit，光网络单元)，其基于光学外差接收器。

在这种系统中，功耗基本上由解调已接收信号所需要的信号处理确定。因此电子组件所需要的功率随着处理速度的增加而增加。

基于今天的组件，1Gbit/s ONU的示例性功耗可以如下估计出：

-发射激光器：100mW；

-A D转换器(在接收操作中SW-无线电所需要的)：2500mW；

-SW-无线电的ASIC(接收侧)：5000mW；

-信号成帧的ASIC(传输侧)：1000mW。

图1示出了包括ONU的组件的框图。用户端口101连接到排队单元102，排队单元102传送数据至成帧单元103并进一步传送到外差光单元104，该外差光单元104连接到WAN端口105。同样，在外差光单元104上确定的中频被馈入A/D转换器106，并进一步通过SW无线电107馈入所述排队单元102。

本方法尤其建议接入链路的两种操作模式。第一模式是采用全带宽的高速模式(也称为“高速模式”或“高功率模式”)。第二模式是连接仍旧活跃但带宽减少的低速模式(也称为“低功率模式”)。带宽的实际减少可适应当前带宽需求。

例如，全带宽可以等于1Gbit/s，减少的带宽可以等于10Mbit/s。因此，第二模式仍旧为典型的“背景”业务提供足够的带宽，该背景业务例如是VoIP呼叫，单个TV频道的IPTV。

低速的第二模式也允许将信号处理逻辑的时钟频率减小到100分之一，从而至少将电子处理模块的功率浪费减少到10分之一。

例如，采用第一模式实现快速下载软件包或向打印服务上传照片，但是该第一模式可能无需一直或大部分时间都是活跃的。因此，通过采用第二模式可以显著地减少总体的能量浪费。

因为在两种模式中都提供了ONU和OLT之间的连通性，因此ONU和OLT可以各自在两种模式之间同步切换。在上行方向或下行方向上，可以相互独立地变换带宽。

激活/去活低功率模式

该机制对上行方向和下行方向可以是一样的。发射器可以分析其传输队列。应用以下至少两种原则：

(1)队列填充等级；和

(2)高优先级分组的期望传送延迟。

采用该原则中的至少一种原则定义是高速模式还是低速模式最适合当前的负载情况。

在变换模式之前(从高速模式到低速模式或反过来)，发射器可以一直等到当前分组传送(至少部分)完成。这样避免分组丢失。接着，可以停止转发，并且向在光网络另一端的接收器发信号通知模式的变换。

接着，发射器可以切换到新的调制模式。一旦接收器确认了到该新模式的成功切换，发射器利用该新模式(即高速或低速模式)转发数据。

作为替换，发射器无需等待确认。而是发射器可以等待特定的时间间隔，该时间间隔可以根据安排接收器时间的最差情况来予以设置。

全速和低功率模式的调制方案

在两种模式即高速和低速下，采用(差分)n元相移键控，特别是DQPSK(Differential Quad Phase Shift Keying，差分正交相移键控)可以将数据信号调制到光波长上。

为了解调信号，用模拟-数字(A/D)转换器对信号采样，并且通过信号处理在电子域内重建已传输的数据信号。A/D转换器的采样速率明显高于中频(根据Nyquist-Shannon采样定理至少是两倍，而且实践中确切地说是4倍)。在典型SW无线电实现中，A/D转换器的采样速率可以等于每秒3-4G个样本，从而对1Gbit/s的有效载荷解码。

在具有相干接收器的系统中，该系统采用外差检测，已调制的数据信号在通过进入数据的波长和本地振荡器频率的差频给定的中频上发生。在UDWDMNGOA系统中，中频可以等于大约1GHz。典型地，中频低于采样速率，并且中频信号被过采样。

这里提供的方法无需在低速模式中改变中频。这减少了调制速率，并从中频的过采样切换到欠采样，即例如只在中频的每第四周期或每第十周期上采样。

不过，只要改变比采样速率慢，在SW无线电块中就可以检测到信号相位的任何改变。因此，调制速率慢于A/D转换器的采样速率。在此低速模式下，调制方案可以与在全速模式下的调制方案一样。

作为选项，可以采用振幅调制，因为欠采样也允许信号振幅的再生。

图2描述了包括图201和欠采样图202的采样方案。图201是以导致所述图202的给定采样频率采样的快速振荡曲线。所述图202是原始曲线的虚拟再生。

可以在欠采样图202中检测到相位跳变203。因此，采用所述欠采样技术可以传输已相位调制的数据。

在该情况下，对于欠采样可能经常发生的模糊(即不同振荡频率可能匹配稀疏采样点)不会有问题，因为最初在全带宽模式中采用过采样来确定中频，并且经由所述欠采样模式只有慢改变能被追踪到。

调整本地振荡器

外差接收器采用本地振荡器。在光外差接收器的情况下，该本地振荡器可以与激光器关联或者包括激光器。通过算法调整该激光器，该算法检测中频并以中频不偏离正常值的方式控制本地振荡器。

在低速模式下，这样的控制机制可能不能正常地工作，因为由于欠采样而不能准确地确定中频。但是，可以检测到频率漂移，并且如果快速频率漂移发生，则ONU可以切换回全速模式，检测频率漂移，修正频率漂移，并切换回低速模式。

切换时间

从全速模式到低功率模式的切换时间可能不是关键的，因为这样的切换优选在发射器的队列为空的情况下下发生。

但是，从低速模式到全速模式的切换更加关键，因为长的切换时间可能为待传输的分组引入延迟抖动。

由调制方案和用于检测到信号的SW无线电性能确定切换时间。这里，可以期望切换时间明显低于1ms。例如，GSM的跳频算法可以处理每秒217跳，并且GSM的回路带宽比在Gbit/s范围内操作的光外差接收器的回路带宽低得多。因此，在全速模式在Gbit/s操作以及低速模式在10Mbit/s操作的情况下，可以实现以下切换时间：

-从低速模式到全速模式的切换：0.1ms

-从全速模式到低速模式的切换：1ms

-低速模式下由于分组建立的延迟(分组化延迟)：1.1ms

因此，分组的最大延迟抖动等于切换延迟和分组化延迟的总和，因为在当前分组全部转发完之前，切换不能发生。

等于2ms的延迟抖动的结果值可以与接入中的其它延迟值比较。例如，在DSL环境中使用的前向纠错(FEC)引入大约20ms的延迟，基于时隙的机制，如GPON，增加多达100ms的延迟抖动。

不过，通过引入对切换先发制人的方案可以进一步减少有效分组化延迟。因此，从低速模式到高速模式的切换可以立即发生，即使未完全处理完当前分组。在切换发生后，现在可以以更高的速度重传中断的分组。

另一种可能性包括无论何时需要传输分组都切换到全速。在这样的配置下，只有在没有分组需要传输的时候，低速模式才是活跃的。这里，通过功率节省操作引入的延迟抖动可以降至0.1ms或更低。

外差接收器的调谐

在低速模式下可以减少该调制方案。这影响光域内的信号。光信号具有与符号速率相对应的谱宽。例如，在全速模式下，对于经过DQPSK调制的信号，谱宽可以是500MHz，而低速模式下是5MHz。在正常的操作中，应该没有关键的影响。但是，当接收器查找待接收的光波长时操作模式可能是关键的，因为较宽的信号可以更容易找到。因此，每当接收器查找光波长时，可能有必要转到全速模式。

系统行为

本方法尤其涉及功率节省模式，这对用户来说几乎是完全透明的。唯一影响用户的可能是附加的延迟抖动，而对大多数的应用来讲，这是很微小并可以被忽略的。

因为切换时间快，该功率节省算法可以对单个分组串进行操作。结果，多数时间功率节省是有效的，而不需要与用户的交互。根据本概念，ONU工作的平均功率浪费明显低于任何GPON调制解调器的平均功率浪费。

缩写列表

A/D模拟-数字

CPE用户驻地设备

DQPSK差分正交相移键控

DSL数字用户线路

FEC前向纠错

GPON吉比特PON

GSM全球移动通讯系统

IP因特网协议

IPTV IP电视

NG下一代

NGOA下一代光接入

OLT光线路终端

ONU光网络单元

PON无源光网络

PSK相移键控

SW软件

UDWDM超密集WDM

WAN广域网

WDM波分复用

Claims

1.一种在光网络元件中处理数据的方法，其中，该光网络元件在数据传输的低速模式和高速模式之间变换。

2.如权利要求1所述的方法，其中，在数据业务达到或者低于预定值的情况下选择低速模式。

3.如前述任一项权利要求所述的方法，其中，所述光网络元件是光网络单元，或者与光网络单元或光线路终端关联。

4.如前述任一项权利要求所述的方法，其中，在上行方向和/或下行方向上，所述光网络元件在数据传输的低速模式和高速模式之间变换。

5.如前述任一项权利要求所述的方法，其中，所述光网络元件分析其传输队列，并且基于下述原则的至少一项选择数据传输模式：

-队列填充等级；

-高优先级分组的预期传送延迟；

-当前，未来或过去的业务情况。

6.如前述任一项权利要求所述的方法，其中，在变换数据传输模式之前，网络元件等待当前数据分组传送至少部分地完成。

7.如前述任一项权利要求所述的方法，其中，所述光网络元件通过以下方式变换数据传输模式：

-停止当前数据传输；

-向接收器发信号通知数据传输模式的变换；

-在预定计时器已满后和/或在接收器确认数据传输模式的变换后，变换数据传输模式并且转发数据到接收器。

8.如前述任一项权利要求所述的方法，其中，通过欠采样，尤其通过对由外差光单元提供的中频进行欠采样，所述光网络元件在所述低速模式下处理数据。

9.如前述任一项权利要求所述的方法，其中，通过以下方式调整本地振荡器或光网络元件：

-在低速模式下检测频率漂移；

-切换到高速模式；以及

-修正频率漂移。

10.如前述任一项权利要求所述的方法，其中，所述光网络元件实际上立即从低速模式变换到高速模式。

11.如权利要求10所述的方法，其中，在传输的高速模式下，重传中断的数据分组。

12.如前述任一项权利要求所述的方法，其中，当要传送用户数据时，所述光网络元件从低速模式变换到高速模式。

13.如前述任一项权利要求所述的方法，其中，在低速模式下，修改调制方案，尤其是在所述低速模式下减少用于已调制信号的带宽。

14.一种装置，包括处理器单元和/或硬接线电路和/或逻辑装置，和/或与处理器单元和/或硬接线电路和/或逻辑装置关联，该装置被设置为使得前述任一项权利要求所述方法能够在该装置上执行。

15.如权利要求14所述的装置，其中，所述装置是通信装置，尤其是光网络元件。