基于无源光网络的计算机以太网卡

摘要

本发明涉及一种用于无源光纤接入网络及其数据传输终端的计算机以太网卡。它是设置一个基于PON系统光网络单元的、并与计算机通过PCI接口相连的硬件网络系统，其包括光网络单元及其外围电路，光网络单元及其外围电路通过光纤收发器与接入光纤相联，光网络单元及其外围电路另一端经由千兆以太网MAC控制器与计算机PCI接口相联接。本发明是一种基于无源光网络的网卡，其与上层服务器的接入方式使用了无源光网络技术，延长了接入的距离，降低了FTTD的结构复杂性和成本；本发明使计算机和光网络更紧密的结合在一起，不仅具有高带宽，低干扰的特点，而且具有系统简化，结构紧凑，易于安装维护，节省空间，价格低廉的优点。

权利要求

1.一种基于无源光网络的计算机以太网卡，其特征在于设置一个基于无源光网络系统光网络单元(ONU)的、并与计算机通过PCI接口相连的硬件网络系统，包括光网络单元及其外围电路，光网络单元及其外围电路通过光纤收发器与接入光纤相联，光网络单元及其外围电路另一端经由千兆以太网MAC控制器与计算机PCI接口相联接；其中光纤收发器完成下行方向的光电转换以及上行方向的电光转换；光网络单元及其外围电路完成与无源光网络有关的协议和数据处理，在下行方向光网络单元提取传送给自己的数据，实现下行数据的传送，在上行方向按照无源光网络有关协议采用时分或波分方式将各光网络单元发送的数据承载于相互独立不同的时隙或者波长发出；千兆以太网MAC控制器在下行方向接收由光网络单元及其外围电路传送过来的帧，并将帧重新组合成数据，发送到计算机中，在上行方向将计算机的数据封装成帧，并通过光网络单元及其外围电路发送到网络中。

2. 根据权利要求1所述的基于无源光网络的计算机以太网卡，其特征在于所 述的光网络单元及其外围电路由0而芯片及其外围电路组成。

3. 根据权利要求2所述的基于无源光网络的计算机以太网卡，其特征在于在 光纤收发器与光网络单元及其外围电路之间串接串并并串转换模块。

4. 根据权利要求2或》所述的基于无源光网络的计算机以太网卡，其特征在 于在千兆以太网MAC控制器与光网络单元及其外围电路之间串接PHY芯片。

5. 根据权利要求1所述的基于无源光网络的计算机以太网卡，其特征在于所 述的光网络单元及其外围电路由ONU芯片和外围电路组成，外围电路包括：时钟 接ONU芯片的CLK接口，显示器LED连接ONU芯片的通用输入输出口，快速存储 器和闪存连接ONU芯片的CPU存储总线，外快速存储器连接ONU芯片的外部存储 总线，光纤收发器连接ONU芯片的SERDES接口 ，以及两个不同模式的外电路模块 的连接接口 UNI和HOSTMII。

说明书

基于无源光网络的计算机以太网卡

技术领域

本发明涉及光纤通信和计算机网络通信领域，具体涉及一种用于无源光纤接入网络及 其数据传输终端的计算机以太网卡。

背景技术

无源光网络（PON)是在点到多点的光网络的拓扑上实现综合业务的接入，主要完成用 户与汇聚网或者广域网络的多种业务的接入工作。通常情况下，PON系统配置由光线路终 端（OLT)和光网络单元（ONU)，以及位于0LT和ONU之间的无源光配线网络（0DN)组成。 现有应用的业务模式主要在光网络单元（0NU)提供多种业务的接入工作。由于在接入侧的 业务种类有多样化，复杂化的趋势，对光网络单元（ONU)提出了很高的要求一一不仅需要 完成PON网络数据信号的传输，还要完成复杂的业务处理功能（如VoIP和IPTV的编解码 工作），直接导致硬件复杂度增高，制作困难，成本高。
在这种情况下，推出一种基于PON的计算机以太网卡，是有必要的。它能够利用计算 机的强大运算能力，完成多种业务的接入。现在基于PON的FTTx (光纤到户）网络有各种 模式：FTTC、 FTTB、 FTT0、 FTTH、 FTTD。除FTTD外，其它技术在接入层都不是完全的光传 输，总有一段采用传统的铜缆传输，这使光传输高带宽，低干扰的特点得不到完全的体现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种基于P0N接入 技术在计算机上直接实现以太网接入的以太网卡，它使计算机和光网络更紧密的结合在一 起，不仅具有高带宽，低干扰的特点，而且具有系统简化，结构紧凑，易于安装维护，价 格低廉的优点。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案如下:设置一个基于PON系统光网络单
元的、并与计算机通过PCI接口相连的硬件网络系统，其包括光网络单元及其外围电路，
光网络单元及其外围电路通过光纤收发器与接入光纤相联，光网络单元及其外围电路另一
端经由千兆以太网MAC控制器与计算机PCI接口相联接。
按上述方案，所述的光网络单元及其外围电路由ONU芯片及其外围电路组成；在光纤收
3发器与光网络单元及其外围电路之间串接串并并串转换模块；在千兆以太网MAC控制器与 光网络单元及其外围电路之间可串接PHY芯片。
上述方案中，光纤收发器为突发光模块，它完成下行方向的光电转换，将收到的光信号 转化为电信号，也完成上行方向的电光转换，将电信号转换为光信号，并根据协议和数据 处理模块的控制，进行突发式光信号发送。光网络单元及其外围电路为协议和数据处理模 块主要完成与无源光网络有关的协议和数据处理，在下行方向光网络单元模块提取传送给 自己的数据，实现下行数据的传送；在上行方向按照PON有关协议采用时分或者波分方式， 即将各光网络单元发送的数据承载于相互独立不同的时隙或者波长发出，到达0DN进行汇 聚，该汇聚信号经由同一根光纤传输至OLT;同时该模块完成与PON有关协议的处理合配 置工作。千兆以太网MAC控制器为计算机网络设备模块，在下行方向接收由无源光网络协 议和数据处理模块传送过来的帧，并将帧重新组合成数据，发送到所在计算机中；在上行方 向将计算机的数据封装成帧，并通过无源光网络协议和数据处理模块数据发送到网络上去。 在计算机接受到数据后，根据业务的不同，调用不同的应用程序来完成各种业务的处理。 针对VoIP业务，可以调用Skype或者MSN massager来进行处理，并可以同时支持视频电 话功能。针对IPTV业务，可以调用IPTV view (可支持视频点播），PPlive (点对点视频 播放）等软件来实现IP视频业务。针对客户需要的其他在计算机上实现的业务，也可以安 装不同的客户端来实现。
本发明的有益效果在于：1、本发明提供一种基于PON的计算机的计算机以太网卡，将 P0N的光网络单元处理和计算机的数据传送集成在一张PCI接口的卡中，并采用软件实现 数据网的多业务处理。本发明与现有的其他网卡（如无线网卡，同轴电缆网卡，双绞线网 卡）所区别的特点是：它是一种基于无源光网络的网卡，其与上层服务器的接入方式使用 了无源光网络技术，延长了接入的距离，降低了FTTD的结构复杂性和成本；2、对于现有 的0LT设备來说，可以把PON计算机以太网卡作为一种ONU设备，山于PC的强大功能，只 需要把PON计算机以太网卡作为普通网卡来驱动，而没有其它的配置要求；3、可以充分利 用现有计算机CPU的强大运算能力，支持各种基于IP的应用（如无需IAD即可以支持VoIP 功能，直接支持IPTV功能等）；本发明使计算机和光网络更紧密的结合在一起，不仅具有 高带宽，低干扰的特点，而且具有系统简化，结构紧凑，易于安装维护，节省空间，价格 低廉的优点；4、现有的用户端设备ONU的芯片集成度已经很高，单Gbe接口的O图可以做 到两个香烟盒大小，这使得可以轻易得将ONU作为网卡集成进电脑；由于现有的0图软件驱动已经有嵌入式系统的uC和Linux版本，这样在PC的windows和linux上进行驱动的 移植也变得非常容易。
相对于传统网卡（如同轴网卡，RJ45网卡），基于PON的计算机以太网卡有以下优势-传输距离长，同轴线的传输距离最大为800米，双绞线为100米，而EPON的光信号允许的 最大距离是20公里：干扰小，由于光信号自身的特性决定，在光纤中传输时，其受外界的 干扰要比电信号在电缆中传输小的多；另外，在成本上，光纤也比电缆便宜。而相对于无 线网卡，基于PON的计算机以太网卡又有高带宽，高稳定性的优点。对于同是光接入设备 的光网卡，由于PON系统特有的点对多点的特点，能够节约光纤的数量。
随着接入网逐歩向宽带化、综合化、多元化和光纤化发展，有线接入的最终发展目标 是实现光纤到户/办公室（FTTH/0)，以提供统一的综合业务接入平台。PON技术是可以实 现话音、数据和多媒体业务综合接入的技术，随着技术的进步和需求的不断发展，PON己 成为传统电信运营商和新兴电信运营商共同关注的热点，其发展是大势所趋。这种基于PON 的计算机网卡利用PON技术规划和建设网络，更好的与现有网络和计算机融合，市场前景 无限。

附图说明

图1是本发明一个实施例的电路框图。 图2是本发明第二个实施例的电路框图。 图3是本发明第三个实施例的电路框图。 图4是本发明第四个实施例的电路框图。 图5是光网络单元及外围电路的结构框图。 图6是本发明基于PON的计算机以太网卡的软件框图。 具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明的具体实施例。第一个实施例如图1、 5、 6所示，设置一 个基于PON系统光网络单元的、并与计算机通过PCI接口相连的硬件网络系统，包括光网
络单元及其外围电路，光网络单元及其外围电路一端通过串并并串转换模块和光纤收发器 与接入光纤相联，串并并串转换模块完成并行信号和串行信号的相互转化；光网络单元及 其外围电路另一端经由PHY芯片和千兆以太网MAC控制器与计算机PCI接口相联接；一般
5情况下，千兆以太网MAC控制器只提供10/100 Base-Tx接口或者10/100/1000 Base-Tx 接口，而无源光网络的协议和数据处理模块的用户网络侧只提供的是GMII或TBI接口，要 互联则需要加一个PHY芯片。所述的光网络单元及其外围电路如图5所示，由0NU芯片和 外围电路芯片组成。外围电路包括：时钟接ONU芯片的CLK接口，显示器LED连接0NU芯 片的通用输入输出口 ，快速存储器SDR雄和闪存FLASHCPU连接CPU存储总线，外快速存储 器SDRAM连接ONU芯片的外部存储总线。此外ONU芯片经SERDES接口与光纤收发器或串并 并串转换模块相联，UNI和HOSTMII为两个不同模式的外电路模块的连接接口。本发明软 件系统分为两层，六大模块。第一层包括bootload(启动程序）、OS kernrl (操作系统程 序）和ONU的fireware (与PON底层功能相关的程序），完成了软件启动、驱动功能，提 供了上层应用软件运行的平台。第二层包括自定义OAMAPI(具体功能的实现）、自定义OAM Event (具体事件处理）和相关功能协议（数据网有关的通信协议处理），完成了应用层的 功能。
第二个实施例如图2所示,它与上一个实施例的不同处在于当千兆以太网MAC控制模块 提供GMII接口时，光网络单元及其外围电路（无源光网络的协议和数据处理模块）可以与 千兆以太网MAC控制器直接连接，其它同实施例一。
第三个实施例如图3所示，当光网络单元及其外围电路提供串并并串转换时，其可以与 光收发器直接连接，其它同实施例一。
第四个实施例如图4所示，当光网络单元及其外围电路提供串并并串转换，同时千兆以 太网MAC控制模块提供GMII接口时，外置的PHY芯片和串并并串转换可以全部去掉，光网 络单元及其外围电路（无源光网络的协议和数据处理模块）可以与千兆以太网MAC控制器 和光收发器直接连接。