專利名稱：一種pon終端onu節電方法及具有節電功能的終端裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉一種PON終端ONU節電方法及具有節電功能的終端裝置，屬于無源光網絡(PONPassive Optical Network)領域，通過PON系統的匯聚設備(OLTOptical Line Terminal)和接入終端(ONUOptical Network Unit)的配合，降低ONU功耗的方法，并保證來電和緊急呼叫的暢通。
背景技術：
隨著寬帶IP(Internet Protocol互聯網協議)接入技術的發展，包括PON在內的寬帶接入系統進入了很多家庭。ONU在完成寬帶上網的同時，將會以IP電話的形式替代現有的PSTN電話(Public SwitchedTelephone Network，意指傳統的電話交換網絡)。現有的PSTN電話是集中供電的，在住宅市電供應停止的情況下，電話還可以繼續使用，可以接聽來電，可以打出電話。但是，ONU需要更多的功耗，無法實現集中供電?，F在的供電方式是，以市電適配直流供電為主，適配直流供電停電后，通過備用電源(蓄電池)的方式來給ONU供電。這種供電方式存在一個不足，就是即使ONU沒有數據傳送，ONU也一直處于全功率狀態，很快就把蓄電池的電能消耗完。如果這時候需要打電話，或者有電話打入，就無法打出電話或者接聽電話。其實，這時候ONU只是和OLT定時發送一些握手消息，維持ONU的注冊狀態。
在ADSL2+(Asymmetric Digital Subscriber Line)接入終端中，在G.992.5標準中規定了終端的3種工作方式L0(全功率方式)、L2(低速低功率方式)、L3(休眠模式，沒有數據傳輸)。從L3狀態進入L0狀態，需要的時間最長為20秒，最短為3秒。如果有一個話音呼叫請求，從L3到L0的狀態變換時間相對比較長，會讓電話接通時間變長。

發明內容
本發明的目的是提供一種PON終端ONU節電方法及具有節電功能的終端裝置，對ONU的電源管理方式進行改進，延長備用電源的使用時間，保證電話的打入和呼出，同時，也大大降低ONU市電適配直流供電的電能消耗。
發明的具體技術方案發明的PON終端ONU節電方法，包括市電電源和備用電源的切換，一旦ONU檢測到市電供電停止、啟動ONU備用電源工作時，如果ONU沒有電話數據包發送，就同時關閉ONU內的用戶數據封裝處理電路、Memory模塊、主CPU模塊、用戶接口電路的電源，這時，ONU只是和OLT定時發送握手消息，維持ONU的注冊狀態；如果ONU正處于電話通信中，ONU就只關閉用戶接口電路中的非電話接口電路的電源，繼續維持ONU內的用戶數據封裝處理電路、Memory模塊、主CPU模塊、用于電話的接口電路的電源；當處于非通話狀態的ONU中的數據處理和交換電路收到信令數據包時，ONU啟動主CPU、Memory模塊、用戶數據封裝處理電路、用于電話的接口電路電源；主CPU判斷信令標志為結束通話時，關閉主CPU、Memory模塊、用戶數據封裝處理電路、用于電話的接口電路的電源；當用戶接口數據檢測電路檢測到用戶在通過用于電話的接口發送數據時，ONU啟動主CPU、Memory模塊、用戶數據封裝處理電路、用于電話的接口電路電源；主CPU判斷信令標志為結束通話時，關閉主CPU、Memory模塊、用戶數據封裝處理電路、用于電話的接口電路電源。
所述的PON終端ONU節電方法，當市電供電時，電視機狀態檢測電路電源開啟，并檢測電視機開關狀態，若電視機關，就關閉CATV射頻信號放大器的電源；當用備用電源供電時，關閉CATV射頻信號放大器的電源，關閉電視機狀態檢測電路的電源。
所述的PON終端ONU節電方法，當市電供電時，關閉用戶接口數據檢測電路的電源；當用備用電源供電時，打開用戶接口數據檢測電路的電源。
本發明的具有節電功能的終端裝置，包括主CPU、Memory模塊、用戶數據封裝處理電路、數據處理和交換電路、用戶接口電路、MAC電路、電源電路，在電源電路與其它各電路之間設置電源管理模塊，電源管理模塊包括電源產生電路和嵌入式CPU；電源產生電路負責備用電源和市電電源的切換，并把外接電源轉變成ONU內不同模塊需要的電壓，并能控制不同模塊電源的開關；嵌入式CPU專門用來進行電源流程管理，電源管理模塊連接有用戶接口數據檢測電路，用戶接口數據檢測電路檢測用戶接口電路的工作狀態。
所述的終端裝置，電源管理模塊還與CATV射頻信號放大器和電視機狀態檢測電路連接，CATV射頻信號放大器對接收到的CATV射頻信號進行放大，電視機狀態檢測電路檢測電視機開關狀態，并將信息通知電源管理模塊。
本發明的優點現在的EPON終端的ONU功率消耗大概是20W。通過新的方法，可以使得在低功耗模式下，ONU的功率消耗約為2W。這樣，原本只能維持2個小時的備用電源，可以維持近20個小時的待機，或者保證2個小時的通話。這就保證了用戶通過PON方式的FTTH(Fiber To The Home)系統打電話和接聽電話，從而可以真正地通過一根光纖來接入電話、寬帶和CATV，實現三網融合。


圖1是一個PON接入系統完整的組成圖；圖2是本發明的ONU內部的電路邏輯原理圖；圖3是各個模塊和電源管理模塊的信息傳遞的一種實施例圖；圖4是電視機狀態檢測電路與系統的連接關系圖；圖5是用戶接口數據檢測電路與系統的連接關系圖；圖6是用戶接口數據檢測檢測原理圖；圖7是ONU電源轉換管理流程；圖8是市電供電模式下對CATV放大器的電源管理流程；圖9是ONU進入備用電源模式非通話狀態的電源管理流程；圖10備用電源模式、非通話狀態下電話打進的電源管理流程；圖11備用電源模式、非通話狀態下電話打出的電源管理流程。
具體實施例方式
作為一個PON接入系統完整的組成如圖1所示圖中，ODN(Optical Distribution Node光分配節點)是為了分發下行數據并集中上行數據，以節省光纖。用戶通過ONU可以接入普通電話、IP電話、家用電腦。家用電腦用來互聯網接入和上網。普通電話和IP電話用來打電話。ONU提供寬帶接入手段，備用電源在市電停止供電后開始供電。匯聚設備OLT提供多個ONU的接入，上行可以接入到不同的網絡，包括PSTN電話網絡、IP網絡、城域網。
本發明的方法圖7是ONU電源轉換管理流程，圖8市電供電模式下對CATV射頻信號放大器的電源管理流程本發明采用備用電源供電時，ONU主要為電話通信服務，大部分時間處于低功耗工作狀態。只有在檢測到有電話通信時，才啟動相關模塊，進入電話通信；當市電供電時，關閉用戶接口數據檢測電路的電源，打開非電話接口電路的電源，打開電視機狀態檢測電路的電源，檢測電視機開否，若電視機關，就關閉CATV射頻信號放大器的電源。當用備用電源供電時，打開用戶接口數據檢測電路的電源，關閉非電話接口電路的電源，關閉CATV射頻信號放大器的電源和電視機狀態檢測電路的電源。
圖9是ONU進入備用電源模式非通話狀態的電源管理流程在ONU剛剛進入備用電源狀態時，需要考慮用戶是否處于通話狀態。如果用戶正在通話，ONU需要先保持ONU內的用戶數據封裝處理電路、Memory模塊、主CPU模塊、用于電話的接口的電源，直到通話結束；如果用戶沒有處于通話中，就直接進入非通話狀態，關閉ONU內的用戶數據封裝處理電路、Memory模塊、主CPU模塊、用于電話的接口電源，這時，在ONU沒有數據發送時，ONU只是和OLT定時發送握手消息，維持ONU的注冊狀態。
圖10是備用電源模式、非通話狀態下電話打進的ONU電源管理流程，圖11是備用電源模式、非通話狀態下電話打出的電源管理流程當ONU備用電源模式、非通話狀態下時，ONU內的用戶數據封裝處理電路、Memory模塊、主CPU模塊、用于電話的接口的電源時關閉的。這時，在ONU沒有數據發送時，ONU只是和OLT定時發送握手消息，維持ONU的注冊狀態；當數據處理和交換電路收到信令數據包時，ONU啟動主CPU、Memory模塊、用戶數據封裝處理電路、用于電話的接口電路電源；主CPU判斷信令標志為結束通話時，關閉主CPU、Memory模塊、用戶數據封裝處理電路、用于電話的接口電路電源；當用戶接口數據檢測電路檢測到用戶在發送數據時，ONU啟動主CPU、Memory模塊、用戶數據封裝處理電路、用于電話的接口電路電源；主CPU判斷信令標志為結束通話時，關閉主CPU、Memory模塊、用戶數據封裝處理電路、用于電話的接口電路電源。
本發明在ONU沒有數據發送時，ONU只是和OLT定時發送一些握手消息，維持ONU的注冊狀態。此時完全可以采用專門的低功耗(模塊)措施來維持握手消息的發送，維持ONU的注冊狀態，保持ONU“永遠在線”。
本發明的ONU內部的電路邏輯單元如圖2所示圖中01.備用電源、02.市電電源、03.CATV射頻信號放大器、04.MAC電路模塊、05.數據處理和交換電路、06.用戶數據封裝處理電路、07.Memory模塊、08.主CPU模塊、09.用戶接口電路(包括09-A和09-B兩類接口)、10.電源管理模塊中的電源產生模塊、11.電源管理模塊中的嵌入式CPU、12.電視機狀態檢測電路、13.用戶接口數據檢測電路。
他們具體的功能如下01備用電源，一般是蓄電池，在市電電源停電的情況下，由備用電源供電。
02市電電源。采用220V交流輸入，通過電源模塊變成ONU需要的直流電壓。
03CATV射頻信號放大器，對接收到的CATV射頻信號進行放大，可以驅動電視機收看節目。
04MAC電路模塊針對發送和接收的MAC幀進行處理。GRANT消息和REPORT消息都在這里處理。內部有嵌入式CPU。
05數據處理和交換電路負責對來自04的數據進行處理和交換，交換到不同的單元。
06用戶數據封裝處理電路對來自不同用戶接口的數據，以不同的格式進行封裝和處理。主要由一個DSP進行處理。DSP本身具有低功耗工作方式。在沒有數據的時候進入睡眠模式。
07Memory模塊是ONU的內存部分，保存接收和待發送的數據。
08主CPU模塊是ONU的主處理器，功能比較強大，只有在需要的時候才進入工作狀態，其余時間進入待機狀態，以節省電能。主CPU主要處理管理和控制方面的數據，如信令。
09用戶接口電路，有以太網接口、E1電路接口、普通電話接口。接口電路包含有物理層PHY和媒介控制層MAC部分。09-A是用于電話的接口，包括模擬電話接口和IP電話接口；09-B是非電話接口，主要是以太網接口和E1接口。
10電源產生模塊負責11和12的切換，并把外接電源轉變成ONU內不同模塊需要的電壓值，不同輸出端口供應不同的模塊。某個模塊不需要供電時，就可以把該模塊對應電源關閉，以節省能源消耗。
11電源管理模塊中的嵌入式CPU，低功耗。
12電視機狀態檢測電路，能夠檢測出與ONU的CATV輸出端口連接的電視接收設備(一般是指電視機，也可以是電視接收卡)是否打開。
13用戶接口數據檢測電路是用戶接口數據檢測電路，可以檢測到用戶線上是否有數據在傳輸。
這里主要增加了電源管理模塊。在其他電路不需要工作的時候，就關閉其電源，節省能源；在需要的時候，就開啟其電源，進入工作狀態。是否開啟，由電源管理控制模塊來決定。
圖3是各個模塊和電源管理模塊之間信息傳遞的一種實施例。信息傳遞可以采用總線方式，也可以采用信號觸發方式。采用總線方式的時候，信息采集通道可以是數據總線和地址總線，也可以是I2C串行總線，或者其他可以傳遞信息的總線。采用總線形式的信息采集，功能的擴展性比較好，可以根據需要增加功能。采用信號觸發方式，則可以采用電壓、脈沖等可以檢測的信號，通知電源管理模塊相應的信息。采用信號觸發方式，功能不容易擴展。
在本實施例中，電源管理模塊主要使用了以上5個模塊提供的信息市電電源、05、08、12、13市電電源可以告知電源管理模塊市電是否停止了；05可以告知電源管理模塊有通話信令到達，需要啟動相應模塊電源；08可以告知電源管理模塊通話技術標志到達，可以關閉相應電源模塊；12可以告知電源管理模塊是否需要關閉CATV射頻放大器的電源；13可以告知電源管理模塊是否需要開啟用于電話的接口的電源。
最簡單的方法是這5個模塊給電源管理模塊提供一個信號就可以了。其次可以使用I2C串行總線，這樣可以告知電源管理模塊更多的信息。這樣，以后可以根據實際需要，進一步擴展功能，獲取其他模塊如04、06、07等模塊的信息，雖然目前本實施例中不需要04、06、07模塊的信息。
ONU有2種工作狀態正常工作狀態L1、低功耗工作狀態L2。ONU開機后，開始注冊。注冊成功后，進入工作狀態L1，傳送數據；在沒有數據傳送時，進入工作狀態L2。狀態L2主要是接受OLT發送過來的指令消息，指示該ONU的發送起始時間和結束時間。在L2狀態時，不工作的電路處于睡眠模式，降低系統的功耗。
MAC電路模塊中，有MAC幀的處理。對于OLT發送過來的時隙分配的GRANT消息進行解讀，從而決定PON發送電路的開啟時間和關閉時間。在ONU處于工作狀態時，發送用戶數據的時間很少，因此大部分時間大部分電路是不需要工作的，可以處于休眠狀態。MAC電路模塊接收到的GRANT信息，使ONU知道自己可以發送數據的時刻。PON接收電路和MAC電路模塊一直處于工作狀態。
采用市電電源供電時，ONU可以處于L1狀態，也可以處于L2狀態。各模塊自主決定是否進入休眠狀態。如果沒有用戶數據需要發送，就只發送一些維持信息。如果這時CATV輸出端口沒有負載(也就是電視機沒有開)，電視機狀態檢測電路就會檢測到電視機沒有開，就通知電源管理模塊關閉CATV射頻信號放大器，從而降低系統的功耗。
采用備用電源供電時，ONU主要為電話通信服務，大部分時間處于低功耗工作狀態。只有在檢測到有電話通信時，才啟動相關模塊，進入電話通信。
當市電供電停止時，ONU使用備用電源進行工作。這時，系統只維持電話正常工作。CATV射頻信號放大器、電視機狀態檢測電路的電源在此期間一直是關閉的。沒有電話時，系統關閉部分模塊的電源，只保留和OLT聯絡必需的部分工作。這種工作狀態消耗的功率更低。這些模塊包括用戶數據封裝處理電路、Memory模塊、主CPU模塊、非電話接口(如連接電腦的以太網口)。當有電話打進或打出時，系統能檢測到是否是通話。一旦檢測到是電話通信，系統就啟動上述被關閉模塊的電源，進入正常通話狀態。
圖4是電視機狀態檢測電路與系統的連接關系如果ONU內有CATV模塊，ONU還可以接入CATV(有線電視)信號。這樣，提供CATV功能的ONU會在ONU內部提供CATV射頻信號放大器。為了對CATV射頻信號放大器的電源進行控制，需要增加一個電視機狀態檢測電路，用來檢測用戶的電視機TV是否在用。
電視機狀態檢測電路會對電視機的射頻輸入端的交流輸入阻抗進行檢測。如果電視機關閉的話，電視機的射頻信號放大器是關閉的，交流輸入阻抗很高。如果電視機打開的話，該放大器開始工作，交流輸入阻抗很低，一般在75歐姆左右。通過這個特征，電視機狀態檢測電路可以檢測到電視機是否打開。檢測點就是電視機的輸入端子。
圖5是用戶接口數據檢測電路與系統的連接關系圖對用于電話的接口電路的檢測有兩種類型，一種是模擬電話POTS口，可以通過電話接口端子的電壓變化檢測到；一種是以太網接口，連接的是IP話機，可以通過對其中的一根信號線來檢測是否有信號在傳輸。所有的以太網PHY芯片都有信號傳輸檢測的功能，即載波檢測CSMA(Carrier Sense Multiple Access)。
其中的一種檢測原理如圖6所示通過變壓器T耦合網線上的信號，由D進行整流，通過電阻R對電容C充電，檢測電容C的端電壓即可判斷網線上是否有信號在傳輸。
由于PON系統支持DBA(Dynamic Bandwidth Allocation動態帶寬分配)，每個ONU每一次發送數據的起始時間和結束時間都可能變化，因此ONU即使沒有數據發送，也需要隨時監控OLT的消息，以免OLT接收不到該ONU的響應消息而判斷該ONU出現故障。而ONU從啟動到注冊成功需要約10秒的時間，這對于電話的撥號和來話接聽都是較長的等待時間。所以，ONU在低功耗工作狀態L2時，必須隨時監控OLT的消息，以便于處于低功耗維持狀態L2的ONU能快速進入正常工作狀態L1，實現通話。從狀態L2進入狀態L1的時間，和一直處于L1狀態的響應時間是一樣的，沒有差別，因而不影響電話的打出和接聽。
在ONU和OLT互相發送數據的過程中，有兩個消息很重要。一個是OLT發送給ONU的GRANT消息(EPON中是Gate消息、GPON是PCBd-Physical Control Block downstream)，一個是ACK消息(EPON中是Report信息，GPON中是嵌入式OAM-Operations，Administration and Maintenance信息)。GRANT消息中包含有ONU發送所需要的時隙位置、時間長度等。ACK消息是ONU對OLT的一種響應和申請帶寬的消息。OLT收到ONU的ACK消息后，會統一進行計算和調度，給每一個ONU安排不同的發送順序和時間長度，并把這些參數寫入GRANT消息中。ONU收到GRANT消息后，會找到自己發送的順序和時間長度，會在規定的時隙內發送數據。一旦OLT在規定的時間內沒有收到ONU的ACK消息，就會認為ONU退出通信。因此，ONU必須周期性地發送ACK消息給OLT。
電視機狀態檢測電路和用戶接口數據檢測電路，都有成熟的電路可以使用，實現起來比較簡單。
本發明的關鍵是各個模塊通過總線和電源管理模塊交互電源控制信息，實現ONU的2種工作狀態(正常工作狀態L1、低功耗工作狀態L2)的合理控制，達到節電的目的。因此，凡是采用各個模塊通過總線和電源管理模塊交互電源控制信息的，均屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種PON終端ONU節電方法，包括市電電源和備用電源的切換，其特征在于一ONU檢測到市電供電停止、啟動ONU備用電源工作時，如果ONU沒有電話數據包發送，就同時關閉ONU內的用戶數據封裝處理電路、Memory模塊、主CPU模塊、用戶接口電路的電源，這時，ONU只是和OLT定時發送握手消息，維持ONU的注冊狀態；如果ONU正處于電話通信中，ONU就只關閉用戶接口電路中的非電話接口電路的電源，繼續維持ONU內的用戶數據封裝處理電路、Memory模塊、主CPU模塊、用于電話的接口電路的電源；當處于非通話狀態的ONU中的數據處理和交換電路收到信令數據包時，ONU啟動主CPU、Memory模塊、用戶數據封裝處理電路、用于電話的接口電路電源；主CPU判斷信令標志為結束通話時，關閉主CPU、Memory模塊、用戶數據封裝處理電路、用于電話的接口電路的電源；當用戶接口數據檢測電路檢測到用戶在通過用于電話的接口發送數據時，ONU啟動主CPU、Memory模塊、用戶數據封裝處理電路、用于電話的接口電路電源；主CPU判斷信令標志為結束通話時，關閉主CPU、Memory模塊、用戶數據封裝處理電路、用于電話的接口電路電源。
2.根據權利要求1所述的PON終端ONU節電方法，其特征在于當市電供電時，電視機狀態檢測電路電源開啟，并檢測電視機開關狀態，若電視機關，就關閉CATV射頻信號放大器的電源；當用備用電源供電時，關閉CATV射頻信號放大器的電源，關閉電視機狀態檢測電路的電源。
3.根據權利要求1或2所述的PON終端ONU節電方法，其特征在于當市電供電時，關閉用戶接口數據檢測電路的電源；當用備用電源供電時，打開用戶接口數據檢測電路的電源。
4.一種用于權利要求1～3所述之一方法的具有節電功能的終端裝置，包括主CPU、Memory模塊、用戶數據封裝處理電路、數據處理和交換電路、用戶接口電路、MAC電路、電源電路，其特征在于在電源電路與其它各電路之間設置電源管理模塊，電源管理模塊包括電源產生電路和嵌入式CPU；電源產生電路負責備用電源和市電電源的切換，并把外接電源轉變成ONU內不同模塊需要的電壓，并能控制不同模塊電源的開關；嵌入式CPU專門用來進行電源流程管理，電源管理模塊連接有用戶接口數據檢測電路，用戶接口數據檢測電路檢測用戶接口電路的工作狀態。
5.根據權利要求4所述的終端裝置，其特征在于電源管理模塊還與CATV射頻信號放大器和電視機狀態檢測電路連接，CATV射頻信號放大器對接收到的CATV射頻信號進行放大，電視機狀態檢測電路檢測電視機開關狀態，并將信息通知電源管理模塊。
全文摘要
本發明提供一種PON終端ONU節電方法及具有節電功能的終端裝置，一旦ONU檢測到市電供電停止、啟動ONU備用電源工作時，如果ONU沒有電話數據包發送，就同時關閉ONU內的用戶數據封裝處理電路、Memory模塊、主CPU模塊、用戶接口電路的電源；當數據處理和交換電路收到信令數據包時，ONU啟動主CPU、Memory模塊、用戶數據封裝處理電路、用于電話的接口電路電源，主CPU判斷信令標志為結束通話時，關閉上述模塊的電源。當用戶接口數據檢測電路檢測到用戶在通過用于電話的接口發送數據時，ONU啟動主CPU、Memory模塊、用戶數據封裝處理電路、用于電話的接口電路電源，主CPU判斷信令標志為結束通話時，關閉上述模塊的電源。
文檔編號H04M19/00GK1808943SQ200610018300
公開日2006年7月26日 申請日期2006年1月25日 優先權日2006年1月25日
發明者李漢兵 申請人:武漢郵電科學研究院