TWI455501B

TWI455501B - 用以延伸乙太網路被動光學網路（ｅｐｏｎ）中之媒體存取控制（ｍａｃ）控制訊息的設備

Info

Publication number: TWI455501B
Application number: TW099108001A
Authority: TW
Inventors: Lawrence D Davis; Glen Kramer; Jaroslaw Wojtowicz; Ryan E Hirth; Edward W Boyd
Original assignee: Teknovus Inc
Priority date: 2009-03-20
Filing date: 2010-03-18
Publication date: 2014-10-01
Also published as: US9106438B2; TW201145853A; US20100239252A1; WO2010107884A2; WO2010107884A3; US8335235B2; US20130089328A1

Description

用以延伸乙太網路被動光學網路(EPON)中之媒體存取控制(MAC)控制訊息的設備

本揭露有關於乙太網路被動光學網路(EPON)之媒體存取控制(MAC)。詳沿之，本揭露關於MAC控制訊框延伸。

為了跟上不斷增加之網際網路(Internet)訊務量，網路操作者已經廣泛利用光纖及光學傳輸裝備，大幅增加骨幹網路之容量。亦需存取網路能力之相應增加以因應三方服務之終端用戶的不斷增加之頻寬需求，這些服務包括網際網路協定(IP)視訊、高速資料、及封包聲音。即使有頻寬解決方案，如數位用戶線(DSL)及電纜數據機(CM)，目前存取網路所提供之有限頻寬仍在提供大頻寬給使用者這方面之中面臨到嚴重的瓶頸。

在不同競爭技術中，被動光學網路(PON)為次世代存取網路的最佳候選者之一。藉由光纖之大頻寬，PON可同時配合寬頻聲音、資料、及視頻訊務。難以用DSL或CM技術提供此種整合服務。此外，PON可內建現有的協定，如乙太網路及不同步傳輸模式(ATM)協定，其促進PON及其他網路裝備間的可交互運作性。

典型上，PON用在網路之「第一哩」中，其提供服務提供者之中央辦公室與客戶場所間的連接性。「第一哩」一般為邏輯點對多點網路，其中一中央辦公室服務多個客戶。例如，PON可採用樹狀拓樸，其中一幹纖將中央辦公室耦合至一被動光學分歧器/結合器。透過多個支纖，被動光學分歧器/結合器分開並分配下游光學信號給客戶並結合來自客戶的上游光學信號(參見第1A圖)。注意到亦可有其他拓樸，包括環形及網狀拓樸。

典型在光學線路終端機(OLT)及光學網路單元(ONU)之間執行PON內的傳輸。OLT控制通道連結、管理、及維護，且一般存在於中央辦公室中。OLT提供PON及都市骨幹間的介面，都市骨幹可為屬於如網際網路服務提供者(ISP)或本地交換電信(carrier)之外部網路。針對EPON，此一介面為乙太網路介面。ONU終止PON並提供原生(native)服務介面給終端使用者，並可存在於客戶場所中並透過客戶場所裝備(CPE)耦合客戶的網路。

第1A圖描繪包括透過光纖及被動光學分歧器耦合的中央辦公室及多個客戶之被動光學網路(先前技術)。被動光學分歧器102及光纖將客戶耦合至中央辦公室101。亦可級聯多個分歧器以提供希望的分裂比率及較大地理覆蓋範圍。被動光學分歧器102可位在終端使用者位置附近以最小化初始纖維佈署成本。中央辦公室101可耦合一外部網路103，如由ISP所操作之都市區網路。雖第1A圖描繪樹狀拓樸，PON亦可基於其他拓樸，如邏輯環或邏輯匯流排。注意到雖在此揭露中許多範例係基於EPON，本發明之實施例不限於EPON且可應用至各種PON，如ATM PON(APON)、gigabit PON(GPON)、及波長分多工(WDM)PON。

第1B圖呈現描繪傳統EPON的分層結構之區塊圖(先前技術)。第1B圖之左半邊描繪開放系統互連(OSI)模型的層結構，包括應用層110、表達層112、通話層114、傳輸層116、網路層118、資料鏈結層120、及實體層122。第1B圖之右半邊描繪位在資料鏈結層120及實體層122中之EPON。EPON元件包括媒體存取控制(MAC)層128、MAC控制層126、邏輯鏈結控制(LLC)層124、調解子層(RS)130、媒體介面132、及實體層(PHY)134。MAC層128界定負責傳輸資料往返實體層122的媒體獨立功能。一般而言，MAC層128界定資料封裝(如訊框化、定址、及錯誤校正)及媒體存取(如衝突偵測及延期程序)。MAC控制層126執行即時控制及MAC層128操作的操縱。

在乙太網路PON(EPON)之範例中，通訊可包括下游訊務及上游訊務。在下列說明中，「下游」意指從OLT至一或更多ONU的方向，且「上游」意指從ONU至OLT的方向。在下游方向中，由於1xN被動光學耦合器之廣播本質，由OLT廣播資料封包至所有ONU並由其目的地ONU選擇性擷取。此外，各ONU分配有一或更多邏輯鏈結識別符(LLID)，並且由OLT傳送的資料封包典型指明目的地ONU的LLID。在上游方向中，ONU需分享通道容量及資源，因只有一個鏈結將被動光學耦合器耦合至OLT。

為了避免來自不同ONU的上游傳送之衝突，仲裁ONU傳輸。可藉由分配傳輸窗(准予)給各ONU來實現此仲裁。ONU延遲傳輸直到其准予來臨。由IEEE802.3-2008及IEEE 802.3av標準所規定之多點控制協定(MPCP)可用來分配傳輸時間槽給ONU，並且OLT中之MPCP負責仲裁耦合至相同OLT之所有ONU的上游傳輸。MPCP使用MAC控制訊息(訊框)，如(閘控)GATE訊息及(報告)REPORT訊息，來協調多點對點上游傳輸。REPORT訊息由ONU用來報告本地佇列狀態給OLT。GATE訊息包括發現GATE訊息及正常GATE訊息。發現GATE訊息由OLT在發現模式期間用來宣傳發現槽，所有未初始化的ONU可爭奪此發現槽。正常GATE訊息由OLT用來准予傳輸機會給已經發現的ONU。

雖MPCP能夠使用MAC控制訊息來解決上游傳輸之動態頻寬分配(DBA)的問題，成功EPON實施仍面臨許多其他問題。例如，目前的流量控制機制使用PAUSE訊息，其係由IEEE 802.3標準所界定，以通知連結另一端暫停傳輸一段特定時間。此種方式無法在每服務(每佇列)上提供流量控制，因PAUSE訊框停止源自實體埠之所有傳輸。除了每佇列流量控制外，希望使用MAC控制訊息來提供其他功能，如促進資料加密、多播、雷射電力控制、閒置控制等等的功能。

一實施例提供促進乙太網路被動光學網路(EPON)之操作的媒體存取控制(MAC)模組。此MAC模組包括組態成產生MAC控制訊框之訊框格式化器。產生的MAC控制訊框包括下列至少一者：組織唯一識別符(OUI)欄位、OUI特定操作碼(opcode)欄位、及與該OUI特定操作碼關聯之數個欄位。MAC控制訊框之傳送基於與該OUI特定操作碼關聯之該些欄位促進EPON功能的實現。

在此實施例的一變化例中，EPON功能為下列一者：基於每佇列之反壓流量控制、遠端雷射電力控制、設定多點控制協定(MPCP)報告(REPORT)的臨限值、相位同步化之時脈傳輸、當日時間(time-of-day；TOD)資訊之傳輸、MAC層資料加密、多播註冊、及閒置控制。

在另一變化例中，藉由指定個別佇列之反壓時間值來實現該基於每佇列之反壓流量控制。

在另一變化例中，藉由指定傳送器及/或接收器之雷射關閉時間來實現該遠端雷射電力控制。

在另一變化例中，藉由指定佇列組中之個別佇列的臨限值來實現MPCP REPORT的臨限值之設定。

在另一變化例中，藉由指定該時脈之下一邊緣的時脈間隔及MPCP時間來實現相位同步化之時脈傳輸。

在另一變化例中，促進MAC層資料加密包括至少下列一者：傳遞新金鑰以及標記金鑰切換之時間。

在另一變化例中，藉由指定多播邏輯鏈結識別符(LLID)及單播LLID來實現多播註冊。

在此實施例的一變化例中，該MAC控制訊框為MPCP MAC控制訊框之延伸。

在此實施例的一變化例中，該MAC控制訊框為MPCP閘控 (GATE)之延伸，且其中該延伸GATE訊框促進個別佇列之傳送槽的分配。

在另一變化例中，該延伸GATE訊框允許以變化粒度分配傳送槽。

在另一變化例中，該MAC控制訊框為MPCP REPORT之延伸，且其中該延伸REPORT訊框允許以變化粒度報告佇列長度。

在另一變化例中，該MAC控制訊框為MPCP REGISTER_REQ之延伸，且其中該延伸REGISTER_REQ訊框報告光學網路單元(ONU)之雷射開啟及關閉時間。

在另一變化例中，該MAC控制訊框為MPCP REGISTER之延伸，且其中該延伸MAC-REGISTER允許多播註冊，且其中該延伸MAC-REGISTER設定佇列組中之個別佇列的臨限值。

在另一變化例中，該MAC控制訊框為MPCP REGISTER_ACK之延伸。

101‧‧‧中央辦公室

102‧‧‧被動光學分裂器

103‧‧‧外部網路

110‧‧‧應用層

112‧‧‧表達層

114‧‧‧通話層

116‧‧‧傳輸層

118‧‧‧網路層

120‧‧‧資料鏈結層

122‧‧‧實體層

124‧‧‧邏輯鏈結控制(LLC)層

126‧‧‧MAC控制層

128‧‧‧媒體存取控制(MAC)層

130‧‧‧調解子層(RS)

132‧‧‧媒體介面

134‧‧‧實體層(PHY)

200‧‧‧MAC模組

202‧‧‧MAC控制客戶

204‧‧‧DBA代理器

206‧‧‧流量控制代理器

208‧‧‧加密代理器

210‧‧‧MAC控制訊框格式化器

212‧‧‧MAC控制訊框剖析器

220‧‧‧OLT

222‧‧‧OLT晶片

224‧‧‧纖維連接器

226‧‧‧光學雙向收發器

228‧‧‧EPON串聯器/解串聯器 (SERDES)

230‧‧‧乙太網路SERDES

240‧‧‧介面

242‧‧‧同步隨機存取記憶體(SDRAM)

244‧‧‧快閃記憶體

246‧‧‧電源管理模組

248‧‧‧外接終端埠

250‧‧‧命令線介面(CLI)埠

252‧‧‧EPON MAC模組

254‧‧‧乙太網路MAC模組

260‧‧‧ONU

262‧‧‧纖維連接器

264‧‧‧光學雙向收發器

266‧‧‧ONU晶片

268‧‧‧EPON MAC模組

270‧‧‧記憶體

272‧‧‧處理器

274‧‧‧快閃記憶體

276‧‧‧標準連接器

278‧‧‧積體電路間(I2C)匯流排

280‧‧‧SERDES

282‧‧‧電源管理模組

第1A圖描繪包括透過光纖及被動光學分歧器耦合的中央辦公室及多個客戶之被動光學網路(先前技術)。

第1B圖呈現描繪傳統EPON的分層結構之區塊圖(先前技術)。

第2A圖呈現描繪根據本發明之一實施例的範例MAC模組之架構的圖。

第2B圖呈現描繪根據本發明之一實施例的範例OLT之架構的圖。

第2C圖呈現描繪根據本發明之一實施例的ONU之圖。

第3A圖呈現描繪概括傳統MAC控制訊框之格式的圖(先前技術)。

第3B圖呈現描繪根據本發明之一實施例的一概括MAC控制訊框之格式的圖。

第4圖呈現描繪根據本發明之一實施例的一範例反壓(BACKPRESSURE)MAC控制訊框之格式的圖。

第5圖呈現描繪根據本發明之一實施例的一範例雷射電力控制訊框之格式的圖。

第6圖呈現描繪根據本發明之一實施例的用於設定佇列報告的臨限值之一範例MAC控制訊框之格式的圖。

第7A圖呈現描繪根據本發明之一實施例的促進EPON時脈傳輸之一MAC控制訊框的圖。

第7B圖呈現描繪根據本發明之一實施例的一範例TOD MAC控制訊框之格式的圖。

第8圖呈現描繪根據本發明之一實施例的一範例加密(ENCRYPTION)MAC控制訊框的格式之圖。

第9圖呈現描繪根據本發明之一實施例的一範例多播(MULTICAST)MAC控制訊框的格式之圖。

第10A圖提供描繪根據本發明的一實施例之一範例延伸的GATE MAC控制訊框之格式的圖。

第10B圖呈現描繪根據本發明之一實施例的分配子槽至個別佇列之一範例延伸GATE MAC控制訊框的格式之圖。

第11圖呈現描繪根據本發明之一實施例的一範例延伸REPORT MAC控制訊框的格式之圖。

第12圖呈現描繪根據本發明之一實施例的一範例延伸REGISTER_REQ MAC控制訊框之格式的圖。

第13圖呈現描繪根據本發明之一實施例的一範例延伸REGISTER MAC控制訊框之格式的圖。

第14圖呈現描繪根據本發明之一實施例的一範例延伸REGISTER_ACK MAC控制訊框之格式的圖。

於圖中，類似參考符號參照相同圖元件。

附表1描述根據本發明之一實施例的一列範例OUI特定操作碼(以十六進位格式)及對應之功能。

附表2描述基於預設REPORT臨限值之範例粒度分配及所得之最大准許期間。

附表3列出根據本發明之實施例的准予長度欄位中之兩個最高位元的值以及對應之准予長度粒度。

提出下列說明使熟悉此技藝的任何人士得以據以實施並使用本發明，並在特定應用及其需求的背景下提出。對於所揭露之實施例的各種修改對熟悉此技藝人士為顯而易見，且在此所界定之概括原則可應用至其他實施例及應用而不背離本發明之精神與範疇(如概括被動光學網路(PON)架構)。因此，本發明非意圖限制在所示之實施例，且應給予和在此所揭露之原則及特徵一致的最廣範疇。

概述

本發明之實施例提供延伸媒體存取控制(MAC)控制訊框之系統。於操作期間，系統利用數個MAC控制延伸訊框，其包括標準MAC控制標頭、MAC控制延伸操作碼、組織唯一識別符(OUI)、OUI特定操作碼、及數個OUI操作碼特定欄位。可在OLT及數個下游的ONU之間交換MAC控制延伸訊框以促進額外EPON功能，包括基於每佇列之反壓流量控制、遠端雷射電力控制、設定佇列報告之臨限值、時脈傳輸、MAC層資料加密、多播註冊、及閒置(IDLE)控制。亦延伸傳統的MPCP MAC控制訊息，如GATE及REPORT，以允許基於每佇列之排程。

MAC模組

第2A圖呈現描繪根據本發明之一實施例的範例MAC模組之架構的圖。MAC模組200包括MAC控制客戶202、MAC控制訊框格式化器210、及MAC控制訊框剖析器212。MAC控制客戶202包括數個代理器，如DBA代理器204、流量控制代理器206、及加密代理器208。這些代理器組態成執行不同的EPON功能。例如，DBA代理器204組態成排程從ONU至OLT的上游傳輸。類似地，流量控制代理器206組態成執行流量控制功能。在一實施例中，流量控制代理器206組態成執行以每佇列為基礎之流量控制。加密代理器208組態成藉由執行金鑰交換來促進MAC層加密。在一實施例中，MAC模組200亦包括其他MAC控制代理器，包括雷射電力控制代理器、時脈傳輸代理器、設定佇列報告之臨限值的代理器、多播註冊代理器、及IDLE控制代理器等等。MAC模組200位在OLT及ONU之間，因此促進OLT及ONU之間的MAC控制訊息交換。在一實施例中，MAC模組200可為ONU或OLT晶片的部分。在另一實施例中，MAC模組200位在晶片外。

於操作期間，代理器204至208指示MAC控制訊框格式化器210產生對應的MAC控制訊框，其接著被送至傳送器以供傳輸。例如，DBA代理器204可指示MAC控制訊框格式化器210產生用於傳輸排程之MAC控制訊框，包括GATE、REPORT、註冊_請求(REGISTER_REQ)、註冊(REGISTER)、及註冊_確認(REGISTER_ACK)。在一實施例中，MAC控制訊框格式化器210根據一給定MAC控制訊框所執行的功能插入不同操作碼至不同MAC控制訊框中。另一方面，MAC控制訊框剖析器212剖析從接收器接收到的MAC控制訊框。在審視接收到的MAC控制訊框之操作碼後，MAC控制訊框剖析器212前遞接收到的MAC控制訊框至對應的代理器。例如，若接收到的MAC控制訊框之操作碼指明MAC訊框為GATE，則MAC控制訊框剖析器212可前遞GATE訊息至DBA代理器204以供進一步處理。

第2B圖呈現描繪根據本發明之一實施例的範例OLT之架構的圖。OLT 220包括OLT晶片222、用於耦合至場側上之光纖(亦即EPON纖維)的纖維連接器224。透過連接器224，光學雙向收發器226傳送信號至光纖並從光纖接收信號。光學收發器226進一步透過傳輸(TX)鏈結及接收(RX)鏈結耦合至EPON串聯器/解串聯器(SERDES)228。在上游方向中，EPON SERDES 228在發送解串聯的信號至OLT晶片222以供處理之前解串聯由光學收發器226接收到的PON信號。OLT晶片222包括與下游PON接介的EPONMAC模組252，及與電信之網路接介的乙太網路MAC模組254。EPON SERDES 228耦合至EPON MAC模組252。

OLT 220亦包括乙太網路SERDES 230，其提供OLT晶片222及電信網路之間的高速串聯介面。在下游方向中，乙太網路SERDES 230在發送解串聯的網路信號至OLT晶片222以供處理之前解串聯從電信網路接收到的網路信號。乙太網路SERDES 230耦合至乙太網路MAC模組254。OLT 220包括順應一介面標準之介面240以與乙太網路線卡接介。

亦包括在OLT 220中的為同步隨機存取記憶體(SDRAM)242、快閃記憶體244、電力管理模組246、外接終端埠(craft port)248、及命令線介面(CLI)埠250。DDR2 SDRAM 242在上游及下游方向兩者中耦合至位於OLT晶片222上之FIFO緩衝器。快閃記憶體244耦合至OLT晶片222的管理介面，並支援嵌入式處理器的網路管理及控制操作。電力管理模組246從標準介面240汲取電力並提供電力給OLT 220之其他者，包括OLT晶片222。外接終端埠248及CLI埠250兩者耦合至OLT晶片222的管理介面，因此致能各種使用者管理功能，包括由網路管理員之遠端頻帶外管理。

第2C圖呈現描繪根據本發明之一實施例的ONU之圖。ONU 260包括用以耦合至場側上之光纖(亦即EPON纖維)之纖維連接器262。透過連接器262，光學雙向收發器264傳送信號至光纖並從光纖接收信號。收發器264進一步透過傳輸(TX)鏈結及接收(RX)鏈結與ONU晶片266通訊。ONU晶片266包括EPON MAC模組268、記憶體270、及處理器272。ONU晶片266執行主要ONU 功能，如基於每一封包的LLID擷取指定給本地用戶的資料及上游資料的傳輸排程。

亦包括在ONU 260中的為快閃記憶體274，其透過串聯周邊介面(SPI)耦合至ONU晶片266。串聯快閃記憶體274儲存程式及初始啟動組態，其係在供電時由ONU晶片266所載入。注意到可透過頻帶內控制及管理通道由OLT更新快閃記憶體274內的內容。因此，ONU可基於由OLT所傳送之資訊以執行網路管理。在ONU 206的本地側的為標準連接器276，其提供與本地用戶之交換器的串聯通訊通道。SERDES 280耦合連接器276至ONU晶片266，將來自ONU晶片266的並聯資料轉換成串聯連接器276用之串聯資料，且反之亦然。ONU 260進一步包括電力管理模組282，其從串聯連接器276汲取電力並提供電力給ONU 260之其他者，包括ONU晶片266。在另一實施例中，ONU晶片266可包括SERDES 280，藉此進一步減少ONU模組的覆蓋區。ONU 260亦可包括耦合在串聯連接器276與ONU 266之間的積體電路間(I2C)匯流排278。I2C匯流排允許本地交換器發送控制及管理資訊至ONU晶片266並管理ONU 260。

MAC控制訊框延伸

第3A圖呈現描繪概括傳統MAC控制訊框之格式的圖(先前技術)。傳統MAC控制訊框具有64位元組的固定長度，包括6位元組的目的地位址(DA)欄位、6位元組的來源位址(SA)欄位、2位元組的長度/類型欄位、2位元組的操作碼(opcode)欄位、4位元組的時間戳欄位、40位元組的操作碼特定欄位、及4位元組的訊框檢查序列(FCS)欄位。

DA欄位包括訊框所欲傳送之站的位址。MPCP為所有MPCP訊息界定總體式分配的多播位址01-80-C2-00-00-01，除了REGISTER訊框外，其使用目的地ONU之個別的MAC位址。SA欄位包括發送訊框之站的個別位址。長度/類型欄位具有十六進位值88-08，其為通用式分配以辨別MAC控制訊框。操作碼欄位辨別特定MAC控制訊框。例如，00-01指明MAC控制訊框為PAUSE訊框，而00-02指明MAC控制訊框為GATE訊框。

時間戳欄位載有對應至DA的第一位元組之傳輸的MPCP時脈之值。時間戳值用來同步化OLT及ONU中的MPCP時脈。操作碼特定欄位載有與操作碼所辨別之特定功能有關的資訊。未被操作碼特定欄位使用之酬載部分以零充墊以確保固定的MAC控制訊框。FCS欄位載有由MAC用來驗證接收到的訊框之完整性的32位元循環冗餘檢查(CRC32)值。

如前述，傳統的MAC控制訊框在解決面臨EPON的各種控制問題上有限，包括每佇列流量控制、MAC層資料加密、雷射電力控制等等。為了解決這些問題，本發明之實施例實施MAC控制訊框延伸。可由組織唯一識別符(OUI)及與特定組織或OUI關連的操作碼來指定這些延伸。

第3B圖呈現描繪根據本發明之一實施例的一概括MAC控制訊框之格式的圖。第3B圖中所示之MAC控制訊框延伸包括標準MAC控制標頭，包括DA欄位(其為總體式分配的多播位址01-80-C2-00-00-03或單播MAC位址)、SA欄位、及長度/類型欄位，接著為具有FF-FE值之操作碼，指明MAC控制訊框為延伸。3位元組OUI欄位辨別與延伸關連之特定組織。注意到OUI係由電氣電子工程師協會(IEEE)法人註冊機構分配給業者。在OUI欄位後為1位元組的組織性特定操作碼欄位(OUI特定操作碼)，其係由組織所界定。不同操作碼指定與不同EPON功能有關之不同的MAC控制訊框延伸。附表1描述根據本發明之一實施例的一列範例OUI特定操作碼(以十六進位格式)及對應之功能。除了附表1中所列之功能外，亦可有其他功能。

第4圖呈現描繪根據本發明之一實施例的一範例反壓(BACKPRESSURE)MAC控制訊框之格式的圖。在第4圖中，OUI特定操作碼具有01的值，指明MAC訊框為流量控制用之BACKPRESSURE MAC訊框。在BACKPRESSURE訊框中，OUI操作碼特定欄位包括數個2位元組的反壓時間欄位；各指定設定對應佇列之反壓計時器的值，包括佇列0之反壓時間上至佇列7之反壓時間。在一實施例中，反壓時間的單位為在10Gbps線速之512位元時期或32時間定量(TQ)。注意到TQ界定為16-ns間隔。允許個別佇列的個別反壓時間之設定使得以每佇列(每服務)為基礎地實施流量控制變得可能。這對於當在EPON中實施超過一個優先權佇列以緩衝不同優先等級之訊務時有益。

於操作期間，回應於接收到BACKPRESSURE訊框，ONU基於對應反壓時間欄位設定與個別佇列關連的數個計時器。不會報告或傳送來自反壓佇列的資料(具有非零之反壓計時器的佇列)直到反壓時間過期。若已經報告一些資料訊框給OLT，則將如正常般傳送它們。若在反壓計時器仍在運行的同時接收到BACKPRESSURE訊框，反壓計時器會設定成由所接收到的訊框指定之新的值。依此，運行中之計時器的零值重設會計時器，因此抵消那個佇列的任何現存反壓，並允許傳輸恢復。注意到可在任何區段或鏈結上在兩方向之任一方向中傳送BACKPRESSURE控制訊框。例如，可從OLT發送BACKPRESSURE訊框至ONU、從下游交換器至ONU、或從ONU至OLT。

第5圖呈現描繪根據本發明之一實施例的一範例雷射電力控制訊框之格式的圖。在第5圖中，OUI特定之操作碼具有07的值，指明此MAC訊框為雷射控制(LASER-CONTROL)MAC訊框。發送LASER-CONTROL訊框至下游ONU允許OLT遠端控制ONU之發送及潛在地接收電力。在相對長間隔期間關閉ONU的傳送器來保存電力，於期間沒有與OLT交換的資料。此外，遠端控制ONU的雷射電力之能力對於診斷故障ONU及一旦隔離故障的ONU後將其禁能特別有用。

LASER-CONTROL訊息之OUI操作碼特定欄位包括2位元組傳送器(TX)關閉時間欄位及2位元組接收器(RX)關閉時間欄位。TX關閉時間的值設定TX關閉計時器，且RX關閉時間的值設定RX關閉計時器。ONU的TX及RX維持有電直到其對應的關閉計時器過期。在一實施例中，TX及RX關閉時間的單位為ms。注意到並非所有ONU都有不同的TX及RX電源供應器。在此種情況中，ONU組態成根據TX關閉時間關閉其之RX，並忽略RX關閉時間。除了關閉傳送器及接收器之外，當ONU非現行時ONU可非必要地關閉需要電力之其他硬體，如SERDES，以進一步減少耗電量。

若在關閉計時器仍在運行的同時接收到新的LASER-CONTROL訊框，關閉計時器設定成包括在接收到的LASER-CONTROL訊框中之對應值。有兩個特別的關閉時間值。一個為0值，其用來指明ONU立刻恢復電力。另一個為FF-FF值，其指明ONU無限暫停至對應的TX或RX的電力，除非或直到OLT發送具有0值之取消訊息。欲確保適當操作，ONU需要在非依電性記憶體中保留TX及RX關閉計時器值。在當ONU的TX或RX關閉計時器正在運行時ONU重設的情況中，ONU會在重設之後把計時器重設成已儲存的值。

第6圖呈現描繪根據本發明之一實施例的用於設定佇列報告的臨限值之一範例MAC控制訊框之格式的圖。在第6圖中，OUI特定之操作碼具有08的值，指明此MAC訊框為報告一臨限值(REPORT-THRESHOLD)訊框。IEEE 802.3標準允許一報告(REPORT)訊息傳達高達8佇列之序列長度至OLT。每一個REPORT訊息包括多個佇列組，且每一佇列組報告被佇列之封包的子集之累積長度，總是從佇列最前頭開始。允許ONU報告不同長度組的佇列長度讓OLT得以准予具有等於任何報告值的長度之時間槽，因此避免浪費頻寬。欲促進每一封包子集之長度的判斷，MPCP協定針對每一佇列界定多個臨限值，且一佇列組之報告的佇列長度應該等於不超過臨限值之所有封包的長度。然而，IEEE 802.3不未解決如何設定這些臨限值的問題。

在本發明之實施例中，OLT可發送REPORT-THRESHOLD MAC控制訊框至ONU以指明ONU在REPORT訊息中允許之佇列組的數量以及佇列報告的指定之臨限值。在第6圖中，OUI操作碼特定欄位包括針對佇列組之數量的1位元組欄位，其告訴ONU在REPORT訊息中該提供多少佇列組。針對每一佇列組，有2位元組的佇列位元映像(bitmap)，其指明在佇列組中存在哪個佇列報告。針對每一存在的佇列，在對應的2位元組臨限值欄位中指定臨限值。注意到若佇列不包括在報告中，從REPORT-THRESHOLD訊框中省略設定其之臨限值的對應欄位。

第7A圖呈現描繪根據本發明之一實施例的促進EPON時脈傳輸之一MAC控制訊框的圖。時脈傳輸在EPON很重要，因其允許EPON傳輸基於TDM之訊務，使得可在行動回載網路中實施EPON。欲促進相位同步時脈信號的傳輸，OLT可傳送界定輸入時脈與下游線時脈間之差的時間戳。在本發明之一實施例中，由如第7A圖中所示之相位-參考(PHASE-REFERENCE)MAC控制訊框來傳送此種時間戳。此種PHASE-REFERENCE MAC訊框之OUI特定操作碼設定為09。OUI操作碼特定欄位包括4位元組的時脈間隔欄位、4位元組的下一邊緣時間欄位、及2位元組的序列號碼欄位。

時脈間隔欄位指定一時脈以TQ為單位的時脈間隔的標稱長度。例如，若時脈間隔設定為1秒(1Hz的時脈速率)，則時脈間隔欄位將具有62,500,000的值。時脈間隔之傳輸確保OLT時脈及ONU上之本地時脈間的頻率同步。欲確保ONU時脈亦與OLT時脈相位同步，4位元組的下一邊緣時間欄位指定下一時脈邊緣之MPCP時間。在一實施例中，下一邊緣時間欄位指定下一時脈之下落邊緣的MPCP時間。因此，在接收到PHASE-REFERENCE MAC訊框時，ONU可鎖相其之本地時脈以確保其之下一下落邊緣發生在由下一邊緣時間欄位所指定的MPCP時間。在本發明之一實施例中，欲確保同步，在每一時脈間隔從OLT傳送PHASE-REFERENCE MAC訊框至ONU數次。序列號碼指定下一下落邊緣之序列性位置。若在相同時脈間隔中發送多個PHASE-REFERENCE MAC訊框，它們共用相同序列號碼。

除了同步化的時脈之外，在本發明之一實施例中，OLT亦可使用TOD MAC控制訊框來傳送當日時間(TOD)資訊至下游ONU。第7B圖呈現描繪根據本發明之一實施例的一範例TOD MAC控制訊框之格式的圖。TOD MAC控制訊框的OUI特定操作碼設定為0A。OUI操作碼特定欄位包括1位元組的TOD長度欄位，指明TOD資料的位元組長度。本發明之實施例允許TOD資料具有任何文字類型或二元格式，如由全國海洋電子學協會(NMEA)0183標準所規定之資料格式。在TOD長度欄位之後的為具有可變長度之TOD值欄位及2位元組的關聯ID欄位。TOD值欄位指定下一時脈下落邊緣之TOD值。關聯ID將每一TOD與對應的PHASE-REFERENCE訊框關聯，其指定下一時脈下落邊緣的MPCP時間。在接收到TOD訊框時，ONU檢查TOD訊框之關聯ID是否匹配最近的PHASE-REFERENCE訊框之序列號碼。若是，則TOD MAC控制訊框內的TOD欄位指定下一時脈下落邊緣的MPCP時間之TOD值。若否，可能丟失對應的PHASE-REFERENCE訊框，且ONU可忽略目前的TOD訊框並等待下一個。

第8圖呈現描繪根據本發明之一實施例的一範例加密(ENCRYPTION)MAC控制訊框的格式之圖。在第8圖中，針對ENCRYPTION MAC控制訊框的OUI特定之操作碼為0B。ENCRYPTION MAC控制訊框可用來交換加密金鑰，並同步化MAC層資料加密的金鑰切換。OUI操作碼特定的欄位包括4位元組的切換時間欄位、1位元組的金鑰號碼欄位、1位元組的金鑰長度欄位、及可變長度金鑰值欄位。

切換時間欄位指定針對使用同步化時間來切換之金鑰交換協定之所建議的金鑰切換時間(以MPCP時間)。若使用其他金鑰交換協定，此欄位將視為保留，且設定成零。若切換時間欄位中所指明的MPCP時間在訊框中間，金鑰切換會發生在下一訊框的起頭。金鑰號碼欄位指明在數個金鑰中哪個金鑰有新的值，該值包括在隨後的金鑰值欄位。注意到欲支援無中斷切換，至少需要兩金鑰階段。在一實施例中，系統實施超過兩個階段，且每一金鑰階段分配有一金鑰號碼。金鑰長度欄位指定金鑰之位元組數量。例如，針對有128位元金鑰之先進加密系統(AES)，金鑰長度欄位設定為16。金鑰值欄位為具有由金鑰長度欄位所指定之長度的隨機產生金鑰。

除了促進金鑰交換，本發明之實施例亦使用ENCRYPTION MAC控制訊框來標記金鑰階段轉變。在一實施例中，ENCRYPTION訊框可用為金鑰切換標記，其指明此訊框為使用目前金鑰階段之傳送器所發送的最後一訊框，且以不同金鑰加密後續訊框。當使用金鑰切換標記時，ENCRYPTION訊框之切換時間欄位設定成目前的MPCP時間，意味著金鑰切換會在此訊框結束時立刻發生。金鑰號碼欄位設定成指明下一金鑰階段。金鑰長度欄位設定成零，且在金鑰切換標記訊框中不包括金鑰值欄位。注意到，除了使用金鑰切換標記訊框來標記金鑰切換時間外，OLT及ONU亦可達成未來的一特定MPCP時間切換金鑰之協議。此外，系統亦可使用在傳送之訊框中的標頭或其他欄位中之保留位元來指明用於加密訊框之金鑰。某些欄位中之特別值可指明金鑰階段。例如，標頭中之CRC8欄位可用來指明金鑰階段。一無顛倒CRC8代表一金鑰階段，而顛倒CRC8代表一不同金鑰階段。雖此方式稍微減少錯誤保護，其免除了使用保留位元的需要。

可在OLT或ONU產生鏈結之加密金鑰。針對單播鏈結，可在ONU產生金鑰並使用相對安全的上游鏈結傳送至OLT。針對多播鏈結。由於屬於相同多播群組之所有ONU分享相同金鑰，OLT經常產生金鑰，並分發至ONU。多播群組內之ONU亦可提送金鑰至OLT，其則選擇一個，並往下游再分發此金鑰。

一EPON可藉由使用額外之多播LLID而非僅單一總體廣播LLID(其具有7FFF的值)而分成多個邏輯網路。於EPON操作期間，多播LLID如同廣播LLID般作用，除了多播LLID值僅分配給PON上之一ONU子集。此一特徵允許針對不同服務、提供者、及在電信級多服務網路中有用的其他此種差別之獨立加密及速度控制。本發明之實施例允許ONU註冊及解註冊至多播群組。第9圖呈現描繪根據本發明之一實施例的一範例多播(MULTICAST)MAC控制訊框的格式之圖。MULTICAST訊框之OUI特定操作碼設定為0C。OUI操作碼特定的欄位包括1位元旗標欄位、2位元多播LLID欄位、及2位元單播LLID欄位。

旗標欄位指明MULTICAST訊框之用途，該訊框可從OLT發送至ONU以進行註冊/解註冊或可從ONU發送至OLT作為註冊回應。若旗標(FLAG)欄位設定成1，則MULTICAST訊框為從OLT發送至ONU以進行多播群組的註冊/解註冊之訊框。此一操作將多播LLID(由多播LLID欄位所指定)與單播LLID(由單播LLID欄位所指定)關聯。之前已標準MPCP註冊程序中分配單播LLID。注意到單播鏈結之預設多播LLID為標準廣播LLID 7FFF。換言之，鏈結總是在7FFF上進行註冊。若旗標欄位設定成2，則MULTICAST訊框為由ONU發送至OLT以將多播LLID(由多播LLID欄位所指定)與單播LLID(由單播LLID欄位所指定)解關聯之訊框，其再次與廣播LLID 7FFF關聯。

若旗標欄位設定成3，則MULTICAST訊框為由ONU返還以確認多播註冊訊框之順利接收。另一方面，旗標欄位之4的值指明ONU未順利完成多播LLID分配。除了讓OLT分配多播LLID給ONU之外，在一實施例中，ONU可發送多播請求訊息至OLT以誘發出鏈結之多播註冊訊息。注意到一單播LLID可與一個以上之多播鏈結關聯，經由多播註冊訊息或藉由包括一列多播LLID之訊息。相反地，單個多播LLID可分配至多個單播LLID。

可使用MAC控制延伸來加以實現之額外的功能包括執行IDLE控制的功能。在ONU的上游路徑(SERDES輸出及雷射輸入之間的電性域)中，經常有不僅在准予時間中傳送上游資料的能力，但亦有在准予之間產生IDLE符號的能力。雖然雷射輸入緩衝器可見到這些IDLE，不朝上游發射它們因藉由「叢發致能」ONU MAC信號閘控它們。由ONU SERDES在准予之間產生IDLE允許SERDES輸出及雷射輸入之間的AC耦合電容器維持充電的，因而避免RC時間代價。

若在叢發之間不產生IDLE的ONU之雷射卡在開啟或「漏」光，只要增加的恆定光學電力位準不違反OLT接收器光學敏感性而超出其之輸入飽和位準，則不大可能在系統中造成問題。相反地，在叢發間產生IDLE且其之雷射卡在開啟或漏光的「流氓」ONU會對所有其他ONU造成問題。最有可能地，因衝突ONU之變化光輸出加在一起，其他ONU會解註冊同時「壞」ONU維持註冊。

因此，能夠禁能IDLE的產生至關緊要，特別係針對在ONU缺乏光學監視硬體的現有網路而言。本發明之實施例提供組態成致能/禁能准予間之IDLE的產生之MAC控制訊框延伸。在一實施例中，亦可產生MAC控制訊框以讀取ONU目前的IDLE產生狀態。

MPCP之延伸

本發明之實施例亦產生延伸的MAC控制訊框，執行與傳統MPCP訊框相同的功能，如GATE、REPORT、REGISTER_REQ、REGISTER、及REGISTER_ACK。除了標準MPCP功能外，延伸的訊框包括額外的欄位以支援額外功能。

第10A圖提供描繪根據本發明的一實施例之一範例延伸的GATE MAC控制訊框之格式的圖。延伸的GATE之OUI特定操作碼設定成02(與MPCP GATE的操作碼相同)。與傳統MPCP GATE控制訊框類似，延伸的GATE之OUI操作碼特定的欄位包括1位元組的准予數量/旗標欄位、重複由准予數量所指明之n次的一對欄位、及2位元組同步時間欄位。此外，延伸的GATE包括1位元組的T_on欄位、1位元組的T_off欄位、及2位元組的准予單位欄位。

T_on及T_off欄位指定OLT所接受之ONU的最長ONU開啟及關閉時間。不符合此需求之ONU不能回應發現GATE。於操作期間，OLT可傳送有不同T_on及T_off值的發現GATE以偵測附接至PON的寂靜ONU。例如，OLT可藉由發出具有增加的T_on或T_off時間之延伸GATE以偵測來自慢的ONU之REGISTER_REQ訊息而偶爾誘發慢ONU的發現。注意到協定並不要求OLT註冊慢的ONU。偵測到慢ONU之存在以警告網路操作者有附接至PON的不相容裝備即足夠，不實際地註冊慢ONU。

在傳統MPCP GATE控制訊框中，准予長度欄位代表以TQ為單位之被准予傳輸的長度。此種准予大小粒度可能不足夠，尤其在針對REPORT使用較小臨限值的情況中。欲提供較佳粒度，其允許准予大小更精準地匹配被佇列之資料長度，本發明之實施例使用准予單位欄位來指定准予長度粒度之位元組(octet)時間的數量。例如，若線速為1Gbps，1TQ(16ns)等於2的值，而若線速為10Gbps，1TQ等於20的值。注意到較精細的粒度會限制最大准予大小，因准予長度欄位具有固定的長度(16位元)。由於報告的佇列長度及准予槽大小最終取決於預設的REPORT臨限值，對於有較小的REPORT臨限值之情況應用較精細之粒度而有較大的REPORT臨限值的則應用較粗略之粒度有其道理。附表2描述基於預設REPORT臨限值之範例粒度分配及所得之最大准許期間。

在本發明之一實施例中，一延伸GATE訊框僅含有一准予單位欄位，其指明延伸GATE訊息內之所有准予的准予長度粒度。在另一實施例中，一延伸GATE訊框可包括多個欄位，報告延伸GATE訊息內的不同准予之不同准予長度粒度。除了於准予單位欄位中指定准予長度粒度外，使用另外的控制訊框在OLT及ONU之間交換/協商准予長度粒度。交換/協商准予長度粒度之另一種可能的作法為重新定義准予長度欄位，使用准予長度欄位內之數個位元來代表粒度，同時保持其餘位元來代表長度。例如，可分配准予長度欄位中之最高兩位元來代表准予長度粒度，同時其餘14位元代表准予長度。附表3列出根據本發明之實施例的准予長度欄位中之兩個最高位元的值以及對應之准予長度粒度。

一傳統的MPCP GATE控制訊框分配傳輸槽給ONU中之所有佇列，這使得ONU必須施加某種排程機制來決定如何在共同槽中服務多個佇列。然而，當計算總准予大小時OLT可假設特定ONU排程方法，而在現實中ONU使用不同排程方法。此種不匹配導致利用不足之准許(因封包邊界與OLT所假設的不同)且更重要地，可能導致服務等級協議(SLA)之違反。解決此種問題之一種方式為在一服務下控制准予計算及封包排程兩者。由於OLT係具有所有ONU之所有佇列的總體知識之唯一裝置，讓OLT負責將所有封包排程至共同上游EPON通道有其道理。達成此之一種方式為採用多LLID解決辦法，其中各ONU的各佇列被OLT視為分別虛擬之ONU，因此提供個別REPORT並從OLT接收個別GATE。然而，此種方式會增加叢發模式超載，因每一虛擬ONU(每一佇列)傳送一分別的叢發。

為了避免額外叢發超載，本發明之一實施例允許GATE訊息承載分配給個別佇列之個別子槽。依此方式，當整個實體ONU僅使用一個LLID並僅傳送一叢發時，各個別佇列需限制其傳輸至分配到的子槽大小。此外，此方式免除在ONU之任何本地排程器的需要。第10B圖呈現描繪根據本發明之一實施例的分配子槽至個別佇列之一範例延伸GATE MAC控制訊框的格式之圖。

與延伸GATE訊框類似，本發明之實施例亦提供能夠支援除了ONU報告佇列狀態外的數個功能之延伸REPORT MAC控制訊框。第11圖呈現描繪根據本發明之一實施例的一範例延伸REPORT MAC控制訊框的格式之圖。延伸REPORT之OUI特定操作碼設定為03，與MPCP REPORT訊息的操作碼相同。OUI操作碼特定欄位包括與傳統MPCP REPORT中包括的類似欄位，如1位元組佇列組數量欄位、針對每一目前佇列組之2位元報告位元映像、及針對每一目前佇列之1位元組佇列報告欄位。此外，延伸REPORT控制訊框包括1位元組的T_on欄位、1位元組的T_off欄位、1位元組的階級式報告位元映像長度欄位、可變階級式報告位元映像欄位、及2位元組的報告單位欄位。

T_on及T_off欄位指明觀察到的ONU開啟及關閉時間。這些欄位提供光學監視參數至OLT。階級報告位元映像長度及階級報告位元映像有助於減少支援多LLID之閒置ONU的輪詢頻寬。由於ONU可能支援多LLID，OLT需週期性地輪詢每一LLID，因而導致大量輪詢超載，尤其當一些LLID長時間維持閒置時。欲減少此種超載，本發明之實施例允許現行的LLID使用來階級報告位元映像欄位報告其周遭LLID之鏈結狀態。該欄位之每一位元代表ONU上的一鏈結。位元1指明對應鏈結有資料要送，且因此應由OLT輪詢以獲得那個鏈結之完整REPORT訊息。另一方面，位元0指明對應鏈結為閒置，且不需輪詢。由於ONU上之LLID的數量為可變，由階級報告位元映像長度欄位界定位元映像之長度。

與准予長度類似，本發明之實施例允許佇列報告有不同粒度。可經由專用控制訊息或經由延伸REPORT控制訊框中的報告單位欄位在OLT與ONU之間交換/協議佇列報告粒度。與延伸GATE中之准予單位欄位類似，延伸REPORT中之報告單位欄位界定被告之佇列長度的粒度。在一實施例中，延伸REPORT訊息包括單一報告單位欄位，界定給定REPORT訊息中之所有佇列長度值之粒度。在另一實施例中，延伸REPORT訊息針對每一佇列組包括個別的報告單位欄位。此外，亦可配置佇列報告中數個位元來代表報告的佇列長度之粒度。

額外的延伸MPCP MAC控制訊框包括第12圖中所示之延伸REGISTER_REQ訊框、第13圖中所示之延伸REGISTER訊框、及第14圖中所示之延伸REGISTER_ACK訊框。

第12圖呈現描繪根據本發明之一實施例的一範例延伸REGISTER_REQ MAC控制訊框之格式的圖。延伸REGISTER_REQ訊框之OUI特定操作碼設定為04，與傳統MPCP REGISTER_REQ訊框之操作碼相同。OUI操作碼特定欄位包括與傳統MPCP REGISTER_REQ訊框中所含的那些類似之欄位，如1位元組的旗標欄位及1位元組最大待決准予欄位。此外，延伸REGISTER_REQ訊框亦包括1位元組的T_on欄位、1位元組的T_off欄位、2位元組的最大多播鏈結欄位、1位元組的最大佇列組欄位、及1位元組的佇列/佇列組欄位。

T_on及T_off欄位指明ONU支援之最短(最佳情形)開啟及關閉時間。最大多播鏈結欄位指明可分配至ONU之多播鏈結的最大數量，因而ONU之最大容量。最大佇列組欄位指明ONU支援之佇列組的最大數量，且佇列/佇列組欄位指明ONU支援之每佇列組的最大佇列。

第13圖呈現描繪根據本發明之一實施例的一範例延伸REGISTER MAC控制訊框之格式的圖。延伸REGISTER訊框之OUI特定操作碼設定為05，與傳統MPCP REGISTER訊框之操作碼相同。OUI操作碼特定欄位包括與傳統MPCP REGISTER訊框中所含的那些類似之欄位，如2位元組分配埠欄位、1位元組旗標欄位、2位元組同步時間欄位、及1位元組回音待決准予欄位。此外，延伸REGISTER訊框亦包括1位元組的T_on欄位、1位元組的T_off欄位、2位元組的多播鏈結欄位、1位元組的佇列組欄位、 1位元組的佇列組數量欄位、及重複由佇列組數量所指明之n次的一群欄位。這群欄位包括佇列位元映像及數個佇列報告臨限值。

T_on及T_off欄位指明將用在此特定鏈結之實際ONU開啟及關閉時間。ONU分配比在延伸REGISTE_REQ中所報告的ONU T_on/T_off容量要短之值。在一實施例中，OLT分配相同的T_on/T_off時間給PON上的所有鏈結。在另一實施例中，OLT分配不同的T_on/T_off時間給不同的ONU以最佳化性能。

多播鏈結欄位將多播LLID與分配給該鏈結之單播LLID(由分配埠欄位所指明)關聯。因此，多播註冊無需分別的多播(MULTICAST)控制訊框。

在延伸REGISTER訊框中之額外的欄位有助於OLT與ONU之間的報告格式的協議。佇列組欄位指明將使用之佇列組數量，且佇列組數量欄位指明將用在報告中之佇列組數量。一特定佇列組中之一特定著列的佇列報告臨限值欄位指定將用在針對那個佇列之REPORT中之臨限值。由位元映像中設定之位元數量來決定每一佇列組之佇列數量。

第14圖呈現描繪根據本發明之一實施例的一範例延伸REGISTER_ACK MAC控制訊框之格式的圖。延伸REGISTER_ACK訊框之OUI特定操作碼設定為06，與傳統MPCP REGISTER_ACK訊框之操作碼相同。OUI操作碼特定欄位包括與傳統MPCP REGISTER_ACK訊框中所含的那些類似之欄位，如1位元組的旗標欄位、2位元組回音分配埠欄位、及2位元組回音同步時間欄位。此外，延伸REGISTER_ACK MAC控制訊框包括對應至包含在延伸REGISTER控制訊框中的那些之回音欄位，如1位元組回音T_on欄位、1位元組回音T_off欄位、及兩位元組回音多播鏈結。

為了闡述及說明提出本發明之實施例的上述說明。其非意圖為窮舉性或將本發明限制至所揭露之形式。依此，對熟悉此技藝人士而言許多修改及變化為顯而易見者。此外，上述揭露並非意圖限制本發明。本發明之範疇係由所附申請專利範圍而定。