CN100472996C - 实现光网络节点的动态通道功率均衡控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在光网络节点中实现动态通道功率均衡控制的装置及方法，尤其涉及通讯领域的密集波分复用光网络节点设备。在网络内的目标检测点对传输光谱进行实时检测，并根据节点通道功率分配原则进行实时分析，获得优化的配置数据，并对所用通道功率均衡器件实施指令控制，以构成具有智能化光学管理特征的光传输系统。运用本发明所述的节点结构、检测和控制方法，可以实时化、动态化地调节网络光谱，可以确保网络传输性能稳定。

Description

实现光网络节点的动态通道功率均衡控制装置及方法

技术领域

本发明涉及一种在光网络节点中实现动态通道功率均衡控制的装置及方法，具体是一种对光网络中节点实现通道功率实时分析和控制的装置及方法，尤其涉及通讯领域的密集波分复用光网络节点设备，使用该方法可以使光网络节点的增益谱或通道功率分布得到动态的调节。

背景技术

密集波分复用(DWDM)光纤通信技术正向着超长超高速、大容量以及动态可配置的网络化方向发展，对光通道功率均衡技术提出了越来越高的要求。在DWDM光传输系统中，由于光放大器、传输光纤、色散补偿元件以及其他光学部件的增益或损耗与波长相关，因此通常情况下光传输链路中各通道功率是不均衡的，在放大器中虽可采用静态增益均衡滤波器(GFF)实现均衡，但残留的不均衡性将随着级联链路的增加而不断积累；另一方面，环境的变化和光网络自身配置的变化也使得按照静态功率点设计的GFF均衡效果降低。所有这些均给接收端的光信噪比分布带来不利的影响。

例如在大容量点到点传输系统中，由于全部通道占有带宽较宽(例如一种160波设备，在C波段和L波段共跨越带宽约80nm)，为了使所有通道的接收功率都落入接收机优化的误码性能范围内，获得通道一致、优良的系统性能，对整个系统各个部分的通道一致性传输要求增高。克服传输通道上各有源、无源组成部分带来的通道功率不一致性成为大容量、长距离传输系统面临的问题之一。

此外，在宽带范围内的光纤传输会使光纤内硅基材料组分的某些非线性效应增强，例如受激拉曼散射(SRS)效应，会使DWDM信号的短波长通道功率向长波长通道转移，造成通道功率谱的显著倾斜。理论分析和系统实验表明，当无电中继距离超过1000km、跨段数在10段以上时，若非在光节点进行通道功率调整，传输线路形成的光谱倾斜在12dB以上。在这些情况下，即使接收端通道平均功率为接收机最优输入功率，功率较低的通道会因趋近或低于接收机灵敏度而显著提高误码率、功率较高的通道会因趋近或高于接收机过载功率点而使误码显著恶化。这种情况的发生使大容量传输失败。

再例如在波长动态交换的大容量传输网络中，以波长为特征的光通道将被自由控制为所需要的业务通道。在传输层，支持这种网络的设备是可动态配置的光分插复用设备和大容量可动态配置光交叉连接设备。在控制层软件的管理下，网络所有节点及传输线路内的光通道数量时刻发生着变化。而以粒子能级转移为基础的光放大介质特性呈非线性，其增益和噪声效应会随着光功率浪涌及光通道分布的变化而变化，导致网络传输性能的不确定性。

商用的动态均衡器(DGE，或称DSE，DGFF)可以克服静态的GFF的不足，对超长距离、超大容量光传输线路及可动态配置光网络的性能优化具有实用意义。运用商用的动态均衡器在光网络节点进行动态化的通道功率均衡控制可以为解决上述问题、获得良好的系统性能提供一种手段。一类实现通道功率调节的器件具有光通道解复用和复用的特点，每个光通道的通带衰减可以分别受到电控调节；另一类实现通道功率调节的器件具有分布式光谱分离和组合的特点，分离的分布式光谱成分通过电控加权聚合形成新的光谱。有关的器件专利包括：WO02067464：optical harmonicequalization architectures，control systems，and methods利用谐波分解和组合来实现谱控制；US2002093725：dynamic gain equalizer foroptical amplifiers涉及一动态调节正弦滤波器组(晶体材料)实现谱控制；CA2335221：optical configuration for a dynamic gain equalizerand a configurable add/drop multiplexer利用MEMS阵列和液晶材料阵列来实现谱域分解和拟合来实现谱控制。各专利都是器件级专利说明，不同于本发明的节点设计方案和控制方法。上述两类器件均可以通过采购获得。不排除存在其他方式的通道功率均衡器件。

发明内容

本发明的目的就是为了克服超长距离、超大容量DWDM光传输线路及动态路由网络中存在的通道功率分布状态劣化的缺点，提出了一种在光网络节点动态调节通道功率的控制装置及方法。

在光网络中实现动态化的实时通道功率均衡控制，必须对在网络内目标检测点的传输光谱进行实时检测，并根据节点通道功率分配原则进行实时分析，获得优化的配置数据，并对所用通道功率均衡器件实施指令控制，以构成具有智能化光学管理特征的光传输系统。实时化、动态化地调节网络光谱，可以确保网络传输性能稳定。

本发明是这样实现的：

一种实现光网络节点的动态通道功率均衡控制装置，包括由光放大器、在光放大器间设置的通道功率均衡器所构成的光传输通路，其特征在于该装置还包括：

放大器控制器，根据光检测结果获得当前增益，并在增益变化时改变放大器驱动电流，经过放大器应用接口对放大器进行增益锁定，

通道功率均衡器控制器，功能之一是根据光谱调节命令中谱数据，经过均衡器控制接口控制均衡器衰减谱(此衰减谱与波长相关)，实现对传输光谱的动态整理。功能之二是根据光检测结果获得均衡器当前平均衰减，并在此衰减量变化时改变控制数据，经过均衡器控制接口对均衡器的静态工作点进行锁定，

光谱检测控制器，通过通信/控制线连接的控制接口分别用于：启动或关闭光谱检测器、接受经光谱检测后得到的扫描数据、切换光开关的端口，

节点控制器，储存检测到的实有通道的目标功率谱，在获得光谱检测的实有通道功率谱后，进行光谱相似性判断，实有通道功率谱和目标功率谱差异较大，超过相似性约束条件后，则向均衡器所在节点的均衡器控制器发送光谱调节命令；

将在放大器、均衡器输入、输出端设置的检测点分别检测到的光功率，经光电检测和A/D转换至放大器控制器或通道功率均衡器控制器；

将在本地节点或下游节点设置的光谱检测点接入光谱检测器，经通信/控制线连接的控制接口至光谱检测控制器；

所述放大器控制器、通道功率均衡器控制器通过I/O接口与设备通信/控制总线相连，将当前工作状态上报至与设备通信/控制总线相连的节点控制器，从设备通信/控制总线获得节点控制器下发的增益配置更改、均衡器静态工作点更改、均衡器光谱调节等命令；

所述光谱检测控制器通过设备I/O接口与设备通信/控制总线相连，可以接收节点控制器实施光谱扫描，也可以将光谱数据上报；

以上控制器均可使用通用CPU电路构成，加载控制程序，按照本说明书所述工作方法实现。可具体参考本文各实施例。

在节点之间，所述节点控制器发送的信息通过路由和转发器实现传递。

均衡器静态工作点与节点总增益、放大器增益相关。

实现通道功率均衡的控制节点，有以下几种类型的应用情况1)本地检测和本地主控；2)异地检测和本地主控；3)本地检测和异地主控；4)异地检测和异地主控。

所谓本地检测和异地检测，是指对光谱进行调节的目标检测点的位置，是处在本地节点还是下游节点。若调节目标点在本地，则需要在本地实施光谱检测。若调节目标点在异地，则需要在异地目标点实施光谱检测。光谱检测点应接入通道功率谱扫描装置，扫描装置在光谱检测控制器的管理下，可以自动对检测点(可多于1个)进行通道光谱测试(自动检测模式)；或在外部命令控制下进行指定检测点的光谱测试(命令采集模式)。

所谓本地主控或异地主控，是指可进行检测点目标功率谱编辑、均衡器静态工作点调节、均衡器控制模式设置等功能的用户操作所在的节点，是在本地还是在异地。

当主控计算机在本地，向异地发送的信息，通过本地节点控制器判断后送至路由和转发器输出。

动态增益均衡节点的工作模式存在以下两种：自动维护模式和用户干涉模式。

自动维护模式就是目标谱存在于检测点的节点控制器中，节点控制器周期性地查询光谱检测数据(式10)，并与目标谱(式11)相比较。一旦差异超过一定范数(范数表示当前检测光谱和目标谱之间的差异值)门限(式15)，则综合目标谱(式11)和当前检测谱(式10)得到需要在通道功率均衡节点实现的目标衰减谱(式14)。若检测点和通道均衡控制在同一节点(图1的实施例)，检测点的节点控制器将把衰减谱信息和调节请求通过设备通信/控制总线发送到通道功率均衡器控制器；若检测点在通道均衡控制节点的下游其它节点(图2的实施例)，检测点的节点控制器将把衰减谱信息和调节请求通过路由转发器发送到通道功率均衡节点。通道功率均衡器控制器响应命令后调节通道功率，再行查询光谱，若差异仍超过规定范数门限，则再次将目标谱与当前检测谱相减得到需要在通道功率均衡节点实现的衰减谱。检测点节点控制器将把新的衰减谱信息和调节请求通过路由转发器发送到通道功率均衡节点，自动实施二次调节。

用户干涉模式就是通过主控计算机对目标点光谱进行编辑后，下发到检测点所在节点控制器，并启动调节。节点控制器只有在接收到调节命令时，才查询光谱检测数据，并与目标谱相比较。一旦差异超过规定范数门限，则综合目标谱与当前检测谱得到需要在通道功率均衡节点实现的目标衰减谱。若检测点和通道均衡控制在同一节点，检测点的节点控制器将把衰减谱信息和调节请求通过设备通信/控制总线发送到通道功率均衡器控制器；若检测点在通道均衡控制节点的下游其它节点，检测点节点控制器将把衰减谱信息和调节请求通过路由转发器发送到通道功率均衡节点，调节后再行查询光谱，若差异仍超过规定范数门限，则再次将目标谱与当前检测谱相减得到需要在通道功率均衡节点实现的衰减谱。检测点节点控制器将把新的衰减谱信息和调节请求通过路由转发器发送到通道功率均衡节点，自动实施二次调节。

本发明所述的在光放大节点实现动态增益谱调节的方法总的步骤如下：

步骤一、对于一个放大节点而言，控制单元根据系统设计要求设定光放大器的主光通路的增益，动态增益单元的初始值(静态工作点)。在无控制状态下按照初始功率配置状态进行工作；

步骤二、在自动维护模式下或用户干涉控制下，节点控制器要求光谱检测点通过光通道谱监测单元来监测出主光通路各通道的波长、功率并上报控制器；

步骤三、控制单元根据上报的数据，和储存在目标点节点控制器中的目标通道功率谱相比较，根据系统的目标谱计算出需要的相对衰减谱，并按照完备的数据格式(式16)下发给动态增益均衡器控制器，来实现对增益谱的调节；

步骤四、目标检测点的节点控制器指挥光谱监测单元重复测量主光通道的性能并上报给控制器，控制器进行数据处理与比较，如满足要求，则动态控制结束，称一次迭代控制。如果不能满足要求，则返回步骤三，进行再次迭代控制；

重复上面步骤三、四，经过多次迭代控制直到满足系统的要求。每次迭代过程中，在动态均衡器中自动实施静态工作点锁定控制。

运用本发明所述的节点结构、检测和控制方法，可以实时化、动态化地调节网络光谱，可以确保网络传输性能稳定。

附图说明

图1具有通道功率均衡控制装置节点的结构图，

图2异地检测或异地控制的传输系统结构图，

图3功率均衡器静态工作点和通道衰减谱示意图，

图4通道功率均衡器控制器工作流程图，

图5光谱检测控制器工作流程图，

图6自动维护模式下节点控制器工作流程图，

图7用户干涉模式下节点控制器工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述：

图1和图2中：101：放大前的光信号输入接口连接器，102：放大器输入光检测分光器，103：放大器输出光检测分光器，104：放大器输出光检测连接器，105：放大器输入光检测器件，106：放大器输出光检测器件，107：二级放大器输入光检测器件，108：二级放大器输出光检测器件，109：检测信号放大器，110：检测信号放大器，111：检测信号放大器，112：检测信号放大器，113：AD/DA转换电路，114：放大器控制器电路，115：放大器控制器通信接口，116：放大器驱动电流放大器，117：放大器驱动电流放大器，118：二级放大器输入光信号连接器，119：二级放大器输入光检测分光器，120：光前置放大器，121：光前置放大器驱动控制接口，122：二级放大器；123：二级放大器驱动控制接口，124：二级放大器输出光检测分光器，125：放大器输出光谱检测分光器，127：接口连接器。

201：均衡器输入光接口连接器，202：均衡器输入光检测分光器，203：通道功率均衡器(也叫信道功率均衡器，简称均衡器)，204：控制接口，205：均衡器输入光检测分光器，206：均衡器输出光接口连接器，207：均衡器输入光检测管，208：均衡器输出光检测管，209：检测信号放大器，210：检测信号放大器，211：A/D转换电路，214：通道功率均衡器控制器电路，215：通道功率均衡器控制器通信接口。

301，302：多路输入光接口连接器，305：光开关，306：光谱检测器，307：光谱检测器控制接口，309：光谱检测控制器电路，310：光谱检测控制电路的通信接口。

402：设备通信接口电路，403：计算机通信接口电路，404：节点控制器，405：路由转发器。

1：光传输通路，2：设备通信和控制总线，3：计算机连接电缆，4：检测和控制信号经路由转发器收发方向，5：用户主控计算机，6：下游节点光传输方向，7：下游节点光谱检测点，8：下由节点检测和控制信号经路由转发器收发方向，与4相通，9：下有节点的设备通信和控制总线，10：从上游节点到下游节点的光传送路径。

一、硬件装置

图1是具有通道功率均衡装置的节点的结构图，节点本身具有通道功率均衡功能，可在本地实施传输光谱性能监测，并在本地节点可以实施对传输光谱的编辑和控制。图1中给出的是节点内单方向光传输的硬件组成部分。其他传输方向的通道功率均衡装置与图中所描述的部分相同。

在节点内，光信号通过光传输线路(1)传送。在节点中的硬件装置包含以下组成部分：放大器及其控制器组成部分(101^-128)，均衡器及其控制器组成部分(201^-215)，光谱检测器及其控制器组成部分(301)，节点内设备通信和控制总线(2)，节点控制器及其通信接口(402^-404)，用户主控计算机(5)及连接电缆(3)。

放大器及其控制器组成部分、均衡器及其控制器组成部分、光谱检测及其控制电路组成部分、节点控制器及接口电路部分各自成为一组独立的功能单元，以上四个组成部分通过光接口连接器和设备通信总线接口相连，因此在物理上可分离。

光信号由光接口连接器(101)输入，经过输入检测分光器(102)，放大器(120)，输出检测分光器(103)，光接口连接器(104，201)，输入检测分光器(202)，通道功率均衡器(203)，输出检测分光器(205)，光接口连接器(206，118)，输入检测分光器(119)，放大器(122)，输出检测分光器(124)，光谱检测分光器(125)，从光接口连接器(128)输出。以上部分构成光的传输通路(1)。

从分光器102，103，119，124分出的光分别作为前置光放大器输入检测光、前置光放大器输出检测光，第2级放大器输入检测光、第2级放大器输出检测光。它们分别经过光电检测管105，106，107，108进行光电转换后形成检测信号(电信号)，再分别经过检测信号放大器109，110，111，112放大后，经过AD/DA转换电路(113)进行模数转换后形成数字信号经过通信/控制线进入放大器控制器。利用此数字信号，放大器控制器可以计算各放大器的增益值。放大器控制器还可以将当前增益值和期望达到的增益值(即配置值)相比较，当有差异时将控制各放大器改变当前的增益值直到与配置值相符。

当要改变放大器的增益时，放大器控制器将输出驱动数据，经过通信/控制线输入到AD/DA转换电路(113)，同时控制选择其输出端口，当需要改变的是前置放大器(120)的增益时，驱动数据经过数模转换后形成控制电流，再经过驱动电流放大电路(116)适当放大后输入到放大器控制接口(121)。放大器内部应具有泵浦激光器，其驱动端子应包含在放大器控制接口(121)中。同样地，当需要改变的是第2级放大器(122)的增益时，驱动数据经过数模转换后形成的控制电流是经过驱动电流放大电路(117)来放大，并输入到放大器控制接口(123)。

放大器控制器(114)通过I/O接口电路(115)与设备通信/控制总线(2)相连接，接口连接线中，应包含输入信号线和输出信号线。通过输出信号线，放大器控制器可以将放大器增益值状态信息(报文1)送到总线(2)。通过输入信号线，放大器控制器可以从总线(2)接收增益配置值和增益控制要求(报文2)。

从分光器(202，205)输出的光分别为均衡器输入、输出检测光，经过光电检测管(207，208)分别进行光电转换后形成检测电流，再分别经过放大电路(209，210)实现放大后进入AD转换电路(211)。经过模数转换后获得的数字信号经过通信/控制线进入通道功率均衡器的控制器。控制器可以根据当前检测结果计算均衡器当前的插入损耗，当插入损耗偏大或偏小时控制器将通过控制接口连接线控制均衡器，使均衡器的平均插入损耗保持稳定。

通道功率均衡器控制器(214)通过I/O接口电路(215)与设备通信/控制总线(2)相连接，接口连接线中，应包含输入信号线和输出信号线。通过输出信号线，通道功率均衡器控制器可以将通道功率均衡器告警和状态信息(报文3)送到总线(2)。通过输入信号线，放大器控制器可以从总线(2)接收静态工作点调节命令(报文4)和通道功率谱调节命令(报文5)。

通道功率均衡器控制器接收通道功率谱调节命令(报文5)后，根据光谱调节命令中谱数据，经过均衡器控制接口控制均衡器衰减谱(此衰减谱与波长相关)，实现对传输光谱的动态整理。

通道功率均衡器控制器接收到静态工作点调节命令(报文4)后，会根据命令中新的配置数据，使均衡器的平均插入损耗保持稳定在新的水平。

在放大器输出端的分光器(125)实现输出光采集，通过连接器(127)输入到光谱检测和控制部分。图1中该部分具有多个输入光接口连接器(301，...，302)，是表示实现对设备内多个检测点的光谱检测，尤其适用与设备内存在多个光方向的处理节点时。可通过多路选一光开关(305)实现各个检测点的切换。实现光谱检测的装置(306)是一个光谱仪，或是一个通道功率检测器。光谱检测器控制电路(309)通过通信/控制线连接到光谱检测器的控制接口(307)。可以启动或关闭光谱检测器，将光谱检测后得到的扫描数据可以经接口(307)输出，通过接口连接线送到控制器(309)。光谱检测控制器还可将信号经控制线输出到光开关，切换光开关端口。

光谱检测控制器(309)通过I/O接口电路(310)与设备通信/控制总线(2)相连接，接口连接线中，应包含输入信号线和输出信号线。通过输出信号线，光谱检测控制器可以将光谱数据输出到总线(2)。通过输入信号线，光谱检测控制器可以从总线(2)接收光谱检测启动/停止命令和检测点选择命令。

节点控制器(404)是对本地设备进行状态信息采集和控制信息分送的装置。节点控制器的采集和控制范围既包含图1中所表现的一个光传输方向上所涉及的全部功能组，也包含图中未表现的其他光传输方向上所涉及的全部功能组。节点控制器(404)通过I/O接口电路同设备通信/控制总线(2)相连接。接口连接线中，应包含输入信号线和输出信号线。通过输入信号线，可以获得与总线(2)相连接的所有功能组的工作信息，包括放大器当前增益，均衡控制器当前平均插损、光谱检测点当前扫描数据等。通过输出信号线，可以向总线(2)输出放大器增益调整命令、均衡器静态工作点调整命令、通道功率谱调节命令、光谱检测命令等。节点控制器(404)还通过计算机I/O接口电路(403)，通过电缆(3)与计算机(5)相连接。计算机中的用户应用软件提供光谱控制的“用户应用界面(GUI)”，通过计算机，用户可以对光谱检测点的目标光谱进行编辑，并可以通过计算机对节点内通道功率均衡装置实施用户干预。进行用户干预时，编辑后的目标光谱可以通过计算机通信接口(403)送到节点控制器(404)，并储存在控制器内的存储器中。用户还可以向节点控制器下达命令，实现对节点内放大器工作点、通道功率均衡器工作点、光谱检测点的定义和配置，还可以对通道功率均衡的工作模式进行切换，进入自动维护模式或用户干预模式。在用户干预模式下，只有用户通过控制计算机GUI下达通道功率谱调节指令时，通道功率均衡器才响应操作；在自动维护模式下，节点控制器将周期性地采集光谱检测信息，并与目标光谱进行比较，一旦光谱检测信息劣化，即自动启动均衡器实施通道功率谱控制。

图2是为具有动态功率均衡功能的节点的另一实施例，是异地检测或异地控制的传输系统结构图。与图1不同在于，光谱检测点和用户主控计算机位于下游节点。在长距离无电中继的DWDM系统中，往往并不是每个节点都需要使用动态增益模块，经常是在经过几个甚至十个以上的光放大节点，才进行增益谱调节，并且调节的结果是为了保证系统在下游某节点(例如接收端)的性能。因此均衡检测点和动态增益均衡器可不处于同一节点内。

图2中在上游节点内的受控光方向，包含以下组成部分：光传送通路(1)，放大器和放大器控制器组成部分(101-128)，通道功率均衡器和控制器组成部分(201-215)，节点控制和路由转发器组成部分(402-405)，节点内设备通信和控制总线(2)。上游节点内的其它光方向需要实现控制的，硬件结构与此方向相同。在下游节点的受控光方向，包含以下组成部分：具有光谱检测点的光传送通路(6)，光谱检测和控制电路组成部分(301-310)，节点控制和路由转发器组成部分(501-505)，节点内设备通信和控制总线(9)，用户主控计算机(5)和连接电缆(3)。本节点内的其他光方向需要实施检测的，硬件结构与此方向相同。

上游节点沿通路1的光方向传送的光信号经光纤路由(10)到达下游节点，并在下游节点内沿光通路6的方向传送。可以通过控制上游节点的通道功率谱，而在下游节点内光谱检测点(7)获得良好的目标谱。

图2中上游节点的光放大和控制电路组成部分(101-128)与图1中的组成部分相同；

图2中上游节点的通道功率谱均衡器和控制器组成部分与图1中的组成部分相同。

图2中上游节点内的节点控制器(404)是对上游设备进行状态信息采集和控制信息分送的装置。与图1中装置的差别是：节点控制器(404)又直接和路由转发器(405)相连，使本节点内各功能组上报的状态信息可以定时经连接线传送到路由和转发器(405)，在路由和转发器内，需要传送的信息被分割成带地址标志的信息包，从监控信号传送端口(4)输出。地址标志为需要接收此输出状态信息，实现用户主控的节点。同时，从监控信号传送端口(4)可以接收从用户主控节点送来的带有地址标志的信息包，经路由和转发器(405)解包后送至节点控制器。传送的信息包含对本节点的控制信息，例如放大器增益控制信息、通道功率谱控制信息、均衡器输出静态工作点调节信息等。

下游节点内，在传输通路(6)上的光谱检测点有光谱检测分光器(7)实现输出光采集，实现光谱采集的装置与图1中的光谱采集装置功能、结构相同。下游节点内的光谱检测控制器(309)通过I/O接口电路(310)与设备通信/控制总线(9)相连接，可以从总线(9)接收光谱检测启动/停止命令和检测点选择命令。

下游节点控制器(504)是对本地设备进行状态信息采集和控制信息分送的装置。节点控制器的采集和控制范围既包含图2中所表现的光谱检测和控制功能组，也包含图中未表现的其他功能组。节点控制器(504)通过I/O接口电路同设备通信/控制总线(9)相连接。接口连接线(501)中，应包含输入信号线和输出信号线。通过输入出信号线，可以获得与总线(12)相连接的所有功能组的工作信息。通过输出信号线，可以向总线(9)输出对本节点设备内各功能组进行控制的信息。节点控制器(504)还通过计算机I/O接口电路(503)，通过电缆(3)与计算机(5)相连接。计算机中的用户应用软件提供光谱控制GUI，通过计算机，用户可以对光谱检测点的目标光谱进行编辑，并可以通过计算机对上游节点内通道功率均衡装置实施用户干预。进行用户干预时，编辑后的目标光谱可以通过计算机通信接口(503)送到节点控制器(504)，并保存在其内部的存储器中。用户可以向上游节点控制器(404)下达命令，实现上游节点内放大器工作点、通道功率均衡器工作点的定义和配置，还可以向所在本地节点控制器(504)下达光谱检测和检测点选择命令。还可以对通道功率均衡的工作模式进行切换，进入自动维护模式或用户干预模式。在用户干预模式下，只有用户通过控制计算机GUI下达通道功率谱调节指令并到达上游节点时，通道功率均衡器才响应操作；在自动维护模式下，下游节点控制器(504)将周期性地采集光谱检测信息，并与目标光谱进行比较，一旦光谱检测信息劣化，即自动通过路由和转发器将通道功率谱调节请求发送至上游节点控制器(404)，启动均衡器实施通道功率谱控制。上、下游的节点控制器之间的信息传递通过路由转发器实现，在图2的实施例中，上游节点的路由转发器(405)端口(4)与下游节点的路由转发器(505)端口(8)经过监控线路相连。

若与上文中图1和图2不同，主控计算机既不在均衡节点(下文称节点1)内，也不存在于目标检测点所在的节点(下文称节点2)内，而是位于第3个节点(下文称节点3)，则其对均衡节点和目标检测节点的控制信息均可以通过其所在节点内的路由和转发器发送，控制信息被受控节点内的路由和转发器接收、并解包后送给该节点内的节点控制器。在这种下游检测、由第3地主控的情况下，用户在主控计算机进行光谱编辑后，新的目标谱将经过节点3控制器，节点3路由转发器发送，被节点2路由转发器接收，最后保存在节点2控制器内。用户可以在节点3通过路由转发向节点1控制器下达命令，实现节点1内放大器工作点、通道功率均衡器工作点的定义和配置，还可以通过路由转发向节点2控制器下达光谱检测和检测点选择命令。还可以对通道功率均衡的工作模式进行切换，进入自动维护模式或用户干预模式。在用户干预模式下，只有用户在节点3通过控制计算机GUI下达通道功率谱调节指令并到达节点2时，经过节点2进行光谱扫描和目标谱比较后，节点2将通过路由转发器向节点1发出通道功率谱调节请求，通道功率均衡器才响应操作；在自动维护模式下，节点2控制器将周期性地采集光谱检测信息，并与目标光谱进行比较，一旦光谱检测信息劣化，即自动通过路由和转发器将通道功率谱调节请求发送至节点1控制器，启动均衡器实施通道功率谱控制。

二、工作数据和数据关系

1、静态工作点锁定

以图1所示实施例为例，本节点总增益表示为：

G_T＝G₁+G₂-L_W                (式1)

其中GT是本节点单方向总增益，G₁是前置放大器增益，G₂是2级放大器增益，L_W是均衡器插入损耗。以上各量的单位为dB。

在节点单方向总增益固定的要求下，在正常工作状态中，放大器具有增益锁定的功能，因此要求均衡器具有固定的插入损耗，即通过通道功率均衡器控制器可以自动锁定均衡器插入损耗。称为“静态工作点锁定”。锁定的工作衰减值表示为L_W，L_W可在节点设计时确定，并以缺省配置数据方式保存在控制器内存储器中。

当放大器增益在用户控制下发生变化时，应根据节点总增益要求，重新计算均衡器的插入损耗。此时需要节点控制器根据放大器增益变化和节点总增益要求计算出新的插入损耗值，并以配置数据更新方式向通道功率均衡器控制器下发命令报文(报文4)。

静态工作点锁定情况下通道功率均衡器的工作插损可以表示为：

L_W＝L_I+L_D                    (式2)

其中L_I是通道功率均衡器的固有插损(dB)，L_D是通道功率均衡器为了保证静态工作点而进一步调节实现的插损(dB)。

通道功率均衡器件的插入损耗与波长有关，形成“工作衰减谱”。工作衰减谱数据表示为：

1_W([λ_C1，λ_C2，...，λ_CN])＝[1_W1，1_W2，...，1_WN]    (式3)

其中1_Wn(n＝1，2，...，N)表示在波长控制点λ_Cn(n＝1，2，...，N)处的衰减值(dB)，N是衰减谱离散点的数量，可以规定通道功率均衡器件的有效波长工作范围为(λ_C1，λ_CN)。均衡器控制器即按照此数据排除均衡器固有插损L_I后对其实施控制，控制数据和工作插损之间的关系为：

1_C([λ_C1，λ_C2，...，λ_CN])＝[1_C1，1_C2，...，1_CN]＝[1_W1，1_W2，...，l_WN]-L_I                             (式4)

在瞬时刻，通过通道功率均衡器的光通道波长应在其有效范围内。称为“实有光通道”。对这些实有通道所实现的衰减构成“实有通道衰减谱”。实有通道衰减谱数据可以表示为：

1([λ₁，λ₂，...，λ_M])＝[1₁，1₂，...，1_M]       (式5)

其中1_m(m＝1，2，...，M)表示在实有光通道中心波长λ_m(λ_C1<λ_m<λ_CN，m＝1，2，...，M)处的衰减值(dB)，M是实有光通道的数量。

工作插损(平均)与各实有光通道输入功率、通道插损的关系为：

L＝10 1gΣp_INm-10 1gΣ(p_INm10^-1m/10)        (式6)

其中p_INm(m＝1，2，...，M)是实有光通道在均衡器输入端的光功率(w或mw)

因从式6，对输入功率实施的通道衰减谱调节可改变均衡器的平均插入损耗。可能造成静态工作点漂移。为了避免静态工作点漂移导致在目标检测点光谱上涨或失落，需要在动态工作状态下保证：

｜L-L_W｜<Δ           (式7)

其中Δ为偏移控制门限。为了实现式7的要求，在初始状态下应取衰减控制值

1_Cn(n＝1，2，...，N)＝L_W-L_I＝L_D         (式8)

通道功率均衡器控制器通过实时检测控制器输入、输出功率，获得当前的工作插损值，一旦当前工作插损值不符合式7的要求时，即更新控制数据为：

1_Cn＝1_Cn+L_W-L              (式9)

并驱动控制器实现对均衡器进行静态工作点锁定。

2、动态衰减谱调节

在检测点，可以检测到的实有通道功率谱表示为：

p([λ₁，λ₂，...，λ_M])＝[p₁，p₂，...，p_M]        (式10)

将检测点作为控制目标点，实有通道目标谱表示为：

p_T([λ₁，λ₂，...，λ_M])＝[p_T1，p_T2，...，p_TM]     (式11)

实有通道功率谱和实有通道目标谱之间的差异表现为谱形差异和静态功率差异：

谱形差异定义为二光功率谱之差：

δp＝p_T-p                                (式12)

静态功率差异定义为二功率谱平均功率差：

δP＝MEAN(p_T)-MEAN(p)                    (式13)

其中MEAN()是均值函数。

为进行光谱调节，构建目标衰减谱(相对值)为：

δ1＝p_T-p+δP即

[δ 1₁，δ 1₂，...，δ 1_M]＝[p_T1，p_T2，...，p_TM]-[p₁，p₂，...，p_M]+δ P                               (式14)

在目标衰减谱中尽可能地排除了静态功率差异，是为了避免在均衡器出现过多静态工作点校准反应、导致光谱抖动。

运用式14的方法，动态调节过程尽可能地排除了检测点静态功率差异，是在于利用上游动态均衡器实现检测点的自动静态功率控制不仅没有意义，而且易导致动态过程中光谱随机上涨或失落。

是否驱动均衡器进行通道功率控制，取决于二光谱之间的差异。定义谱形差异范数||p，p_T//，控制目标要求其小于δ，δ为谱形相似性约束条件。

动态增益平坦控制器静止条件为：

||p，p_T//<δ                            (式15)

一种可用的范函数定义为：||p，p_T//＝MEAN/δ 1/，并不排除使用其他形式的函数构造。

当节点控制器判断式15不被满足时，将通过设备通信总线向增益均衡器控制器发送谱调节指令(报文5)，其中包含衰减谱数据(式14)，以便驱动均衡器实现衰减谱调节。

以实有通道衰减谱数据为目标，运用工作衰减谱控制数据对通道功率均衡器实施控制。为了适应实有光通道数量和中心波长变化，在实施控制时需要根据实有通道衰减目标数据通过曲线拟合得到需要均衡器实现的工作衰减谱控制数据。

δ 1_Cn＝Interp(λ₁，λ₂，...，λ_M，δ 1₁，δ 1₂，...，δ 1_M，λ_Cn)(式16)

上式中Interp()表示曲线拟合函数，例如使用线性拟合、多次样条函数拟合等方式。曲线拟合保证了在实有光通道中心波长处的目标衰减；并与控制数据离散格式匹配，避免控制数据缺失；以及预测和实现了实有光通道变化后新出现的光通道中心波长处的衰减。

在实施控制时，均衡器控制器将在原控制数据上补充目标衰减谱增量，即

1_Cn＝1_Cn+δ 1_Cn                    (式17)

随即按照新的控制数据驱动均衡器。

因受均衡器反应能力限制，其平衡结果可能与目标存在差异，因此需要迭代控制，即一次均衡控制实现后，在目标点再次检测实有通道功率谱，更新式10的数据，并按照式12^-17获得新的控制数据，再次驱动均衡器。可实施多次迭代，直到满足式15的要求。

上文中式7和式15构成了动态系统控制功能的两类约束条件。

需要注意的是，在静态工作点保证下，光谱控制波长点可实现的调节量为：

-L_D<δ1_Cn<L_M-L_D                 (式18)

其中L_M为均衡器最大衰减调节能力。在超过此限制时，均衡器控制器应有告警标志信息输出。

L_D是保证静态工作点所预留的插损。可根据所需要的光谱调节范围确定合适的L_D。从式6，若输出功率相同、输入各通道光谱等差倾斜情况下，有

L_D＝Δp-3                        (式19)

Δp为在光谱倾斜情况下的最大通道功率差。

例如为使均衡器具有7dB的光谱倾斜调节能力，则需要预留4dB的平均插损作为静态控制值。

三、设备通信

在每个节点内，各个功能单元的控制器(例如图1中114，214，309)和本节点内节点控制器(如图1中404)之间通过设备控制总线(例如图1中2)进行信息传递。下面给出通信报文实施例。报文格式为：

{报文头，目的(源)地址，报文长度，正文}

其中报文头与各控制器之间通信接口协议有关，一般为固定格式的二进制代码，用来实现报文同步识别；目的(源)地址是用来标志接收报文的控制器或发送报文的控制器；报文长度可表明整个报文结束时的字节位置；正文包含告警、性能或控制信息，所有信息在物理层都可以用二进制代码实现，在应用层可用字符串表示。

为实现本说明书所要达到的控制功能，遵循上述报文格式，存在以下必要的报文：

报文1：上报放大器增益状态的报文，由放大器控制器向节点内通信/控制总线发送：

{报文头，源地址，报文长度，状态符，受控放大器端口号，放大器增益}

报文中正文部分包含状态符，受控放大器端口号，放大器增益。其中受控放大器端口号指定了放大器控制器所控制的多只放大器中的一只。

报文2：进行放大器增益配置更改的报文，由节点控制器向节点内通信/控制总线发送：

{报文头，目的地址，报文长度，受控放大器端口号，放大器增益}

报文3：上报通道功率均衡器告警和状态信息的报文，由通道功率均衡器控制器向节点内通信/控制总线发送：

{报文头，源地址，报文长度，告警或状态信息}

其中的告警或状态信息包含：

通道功率谱调节过限告警；

返回通道功率谱调节成功/失败标志；

静态工作点当前值(静态工作点可用平均插损值表示)。

报文4：进行通道功率均衡器静态工作点更改的报文，由节点控制器向节点内通信/控制总线发送：

{报文头，目的地址，报文长度，控制符，静态工作点配置值}

报文5：进行通道功率均衡器谱更改的报文，由节点控制器向节点内通信/控制总线发送：

{报文头，目的地址，报文长度，控制符，波长值1，衰减值1，...，波长值N，衰减值N}

报文6：上报光谱检测点光谱状态的报文，由光谱检测控制器向节点内通信/控制总线发送：

{报文头，源地址，报文长度，状态符，波长值1，功率值1，...，波长值N，功率值N}

报文7：进行光谱检测控制的报文，由节点控制器向节点内通信/控制总线发送：

{报文头，目的地址，报文长度，控制符}

控制符包含：

光谱检测器工作模式更改命令(自动检测模式，或受控检测模式)；

光谱检测启动命令；

设定光谱检测点。

节点控制器向总线发送的命令报文中全部信息可以定制于主控计算机的GUI，用户通过计算机可以将控制命令下达到受控节点的节点控制器。下达的控制命令除包含以上报文格式规定的内容外，还附加节点地址。

控制命令格式为：

报文8：

{主控节点地址，受控节点地址，下/上行标志，命令报文}

当主控计算机位于本地时，控制信息将由与节点控制器相连接的计算机I/O接口传递到节点控制器，节点控制器接受命令后识别为本节点的控制信息，则按照上文说明的报文格式将命令报文送至本节点的设备通信/控制总线。当受控节点与主控计算机所在节点不同时，主控计算机所在节点控制器接受到命令后识别为向异地节点发送的控制信息，则将此信息送至路由转发器，由路由转发器按照路由表将信息送至目标节点所在方向。受控节点的路由转发器接收到控制信息后，识别为本节点的控制信息，则将控制信息传递给节点控制器。节点控制器接受命令后则按照上文说明的报文格式将命令报文送至本节点的设备通信/控制总线。

当有信息需要传递到主控计算机时，信息报文格式仍同报文8。节点控制器将根据主控计算机所在位置选择输出方向。当主控计算机位于本地节点内时，节点控制器将通过与之相连接的计算机I/O接口将信息上报至主控计算机，主控计算机之GUI可以将上报的信息做可视化处理，以便用户观察。当主控计算机位于其他节点时，节点控制器将信息送给与之相连接的路由和转发器。路由和转发器将信息附加主控计算机所在节点地址后向该节点所在方向发送。主控计算机所在节点的路由转发器接收到信息后，识别为给本节点的上报信息，则将信息传递给本节点的节点控制器，然后经过与节点控制器相连接的计算机I/O接口送到主控计算机。

路由转发器之间传递上/下行数据时，需要将传递的数据打包或成帧后发出。信息包一般为定长字符串，包含信息包头标志、信息包尾标志。具有相同目的节点地址的信息，可以装入同一信息包。信息包格式为：

报文9：

{信息包头标志，主控节点标志，受控节点标志，上/下行标志，报文全文，填充字节，信息包尾标志}

四、软件流程

各节点和节点内部各功能单元配合完成。

各单元内部控制器及节点控制器嵌入式操作软件工作流程实施例如下：

通道功率均衡器控制器软件工作流程(见图4)：

步骤4.1：开机或系统复位；

步骤4.2：在开机或系统复位情况下信道功率控制器从其内部的程序存储器引入可执行程序，及缺省配置数据，包括缺省静态工作点数据，L_I，L_D，及光谱控制数据λ_Cn、1_Cn；

步骤4.3：进行均衡器输入输出功率检测，并可依据检测值计算当前插损；

步骤4.4：进行静态工作点锁定。使用缺省的光谱控制数据驱动均衡器。如果不存在缺省的光谱数据1_Cn，则按照式8取值。首先判断当前插损是否符合式7，若符合，则进入步骤5，若否，则按照式9更新控制值，重复步骤4.4；

步骤4.5：若系统新开机/复位，或控制器I/O接口输入有信道功率调节指令，则进入步骤4.6，否则进入步骤4.9；

步骤4.6：若系统新开机、复位，则使用缺省的控制数据λ_Cn、1_Cn。若有信道功率谱调节命令，则采用命令栈下传之[δ 1₁，δ 1₂，...，δ 1_M]，进行曲线拟合(式16)获取控制谱数据；

步骤4.7：通过均衡器控制接口，使用步骤4.6所得数据驱动控制器；

步骤4.8：均衡器响应操作后，控制器向总线发送控制成功标志。若控制数据超越均衡器调节范围，则返回失败标志，亦可用做告警信息；

步骤4.9：对控制器之与I/O接口相关的命令堆栈进行查询，若查询结果为空时，无接收报文。则进入步骤3，实施循环性能检测。若有接收报文时，进入步骤4.10；

步骤4.10：进行报文处理，控制器通过I/O接口进行设备通讯。若命令堆栈有查询命令，则按查询要求上报(报文3)；若命令堆栈有静态工作点更新(报文4)，则修改本地配置数据L_W，L_D；若命令堆栈有通道功率均衡器谱更改命令(报文5)，则修改本地配置数据1_Cn。

光谱检测控制器工作流程(见图5)：

步骤5.1：系统新开机/复位；

步骤5.2：引入缺省的配置数据，包括光谱检测工作模式标志，扫描光方向标志等；

步骤5.3：判断本机工作模式，若在自动检测模式下，或命令栈有光谱采集命令，则进入步骤5.4，否则进入步骤5.9；

步骤5.4：按照扫描光方向标志，驱动光开关；

步骤5.5：启动光谱检测器，经其控制接口获得扫描结果。扫描结果为实有信道功率谱，表示为：[λ₁，λ₂，...，λ_M]，[p₁，p₂，...，p_M]；

步骤5.6：进行数据存储，以备查询；

步骤5.7：通过控制器I/O接口将数据发送至设备通信/控制总线；

步骤5.8：检测端口轮询倒换；

步骤5.9：对控制器之与I/O接口相关的命令堆栈进行查询，若查询结果为空时，无接收报文。则进入步骤3，实施循环判断。若有接收报文时，进入步骤5.10；

步骤5.10：进行报文处理，控制器通过I/O接口进行设备通讯。若命令堆栈有光谱查询命令，则按查询要求上报(报文6)；若命令堆栈有光谱检测状态更新该命令(报文7)，则修改本地配置数据。

节点控制器将按照以下方式工作，以实现实时动态检测和光谱优化。对均衡点的调节方法可存在两种工作模式：自动维护模式和用户干涉模式。

自动维护模式就是目标谱存在于检测点的节点控制器中，节点控制器周期性地查询光谱检测数据，并与目标谱相比较。一旦差异超过规定范数门限，则将目标谱与当前检测谱相减得到需要在通道功率均衡节点实现的衰减谱。检测点节点控制器将把衰减谱信息和调节请求通过路由转发器发送到通道功率均衡节点，调节后再行查询光谱，若差异仍超过规定范数门限，则再次将目标谱与当前检测谱相减得到需要在通道功率均衡节点实现的衰减谱。检测点节点控制器将把新的衰减谱信息和调节请求通过路由转发器发送到通道功率均衡节点，自动实施二次调节。

用户干涉模式就是通过主控计算机对目标点光谱进行编辑后，下发到检测点所在节点控制器，并启动调节。节点控制器只有在接收到调节命令时，才查询光谱检测数据，并与目标谱相比较。一旦差异超过规定范数门限，则将目标谱与当前检测谱相减得到需要在通道功率均衡节点实现的衰减谱。检测点节点控制器将把衰减谱信息和调节请求通过路由转发器发送到通道功率均衡节点，调节后再行查询光谱，若差异仍超过规定范数门限，则再次将目标谱与当前检测谱相减得到需要在通道功率均衡节点实现的衰减谱。检测点节点控制器将把新的衰减谱信息和调节请求通过路由转发器发送到通道功率均衡节点，自动实施二次调节。

图6给出了节点控制器在自动维护模式下的工作流程。

步骤6.1：在主循环进程内，操作软件周期性地执行到此步骤，根据配置标志判别状态，若处于自动维护功能准许，则进入步骤6.2，否则进入步骤6.8，及继续主循环进程；

步骤6.2：向光谱检测控制器下达光谱采集命令(报文7)；

步骤6.3：等待光谱采集结果，待操作完成后，自设备通信/控制总线获得实有通道扫描光谱数据(报文6)；

步骤6.4：将当前检测谱与目标谱进行比较，检验光谱相似性(按照公式15)。若满足相似性要求，则此过程结束，进入步骤6.8，即继续主循环进程。若不满足相似性要求，则需要实施光通道均衡控制，进入步骤6.5；

步骤6.5：节点控制器向均衡器控制器下达光谱调节命令(报文5)，其中包含实有通道目标衰减谱数据[λ₁，λ₂，...，λ_M]，[δ 1₁，δ 1₂，...，δ 1_M]；若光谱检测在下游节点，则此节点控制器将把光谱调节命令经路由转发器发送到上游相关均衡器所在节点控制器(报文9)，再通过该节点内通信总线送至通道功率均衡器控制器；

步骤6.6：等待均衡器控制器返回执行状态(报文3)，若光谱检测点在本地，自设备通信/控制总线获得上报状态后判断；若光谱检测在下游节点，则上游将状态信息经路由转发器发送到下游检测节点的节点控制器(报文9)。本地节点控制器自设备通信/控制总线获得上报状态后判断，若执行失败，则进入步骤6.7。若执行成功，则进入步骤6.2。进入步骤6.2是为了实现迭代控制；

步骤6.7：若主控计算机在本地通过计算机I/O接口上报，若主控计算机在异地，将上报信息送至路由转发器；

步骤6.8：自动维护操作完成，继续主循环进程。

图7给出了在用户干涉模式下的节点控制器工作流程实施例。在任何情况下，节点控制器可以接收主控计算机的强制调节命令，启动光谱调节。因此本实施例给出中断响应方式。

步骤7.1：若主控计算机在本地节点，与节点控制器相连之计算机I/O接口输入主控计算机的控制命令，并向节点控制器之CPU发出中断请求；若主控计算机在异地，则路由转发器收到控制信息后经解包获得命令，并向节点控制器之CPU发出中断请求。节点控制器响应中断，进入步骤7.2；

步骤7.2：节点控制器响应中断，判断中断请求。若是通道功率均衡调节命令，则进入步骤7.3，否则按照中断请求性质执行其他进程；

步骤7.3：向光谱检测控制器下达光谱采集命令(报文7)；

步骤7.4：等待光谱采集结果，待操作完成后，自设备通信/控制总线获得实有通道扫描光谱数据(报文6)；

步骤7.5：将当前检测谱与目标谱进行比较，检验光谱相似性(按照公式15)。若满足相似性要求，则此过程结束，进入步骤7.8，若不满足相似性要求，则需要实施光通道均衡控制，进入步骤7.6；

步骤7.6：节点控制器向均衡器控制器下达光谱调节命令(报文5)，其中包含实有通道目标衰减谱数据[λ₁，λ₂，...，λ_M]，[δ 1₁，δ 1₂，...，δ 1_M]；若光谱检测在下游节点，则此节点控制器将把光谱调节命令经路由转发器发送到上游相关均衡器所在节点控制器(报文9)，再通过该节点内通信总线送至通道功率均衡器控制器；

步骤7.7：等待通道均衡器控制器返回执行状态(报文3)，若光谱检测点在本地，自设备通信/控制总线获得上报状态后判断；若光谱检测在下游节点，则上游将状态信息经路由转发器发送到下游检测节点的节点控制器(报文9)。本地节点控制器自设备通信/控制总线获得上报状态后判断，若执行失败，则进入步骤7.10。若执行成功，则进入步骤7.3。进入步骤7.3是为了实现迭代控制；

步骤7.8：在光谱满足相似性要求时，完成调节。自计算机I/O接口或路由转发器向主控计算机上报当前状态。进入步骤7.9；

步骤7.9：中断响应结束，返回节点控制器之主循环进程；

步骤7.10：在通道功率均衡器调节失败时，终止调节。自计算机I/O接口或路由转发器向主控计算机上报当前状态；

步骤7.11：中断响应结束，返回节点控制器之主循环进程。

在主控计算机GUI与以上功能相关的用户控制操作包含：目标光谱编辑和光谱下发；模式设定(自动维护模式，用户干涉模式)；在用户干涉模式下，启动控制。

其他辅助的用户控制操作包含：光谱查询；光谱检测点更改；光谱检测器工作模式更改(自动检测模式，受控检测模式)；放大器增益配置值更改；通道功率均衡器静态工作点更改。

Claims (15)

1一种实现光网络节点的动态通道功率均衡控制装置，包括由光放大器、在光放大器间设置的通道功率均衡器所构成的光传输通路，其特征在于该装置还包括：

放大器控制器，根据光检测结果获得当前增益，并在增益变化时改变放大器驱动电流，经过放大器应用接口对放大器进行增益锁定，

通道功率均衡器控制器，功能之一是根据光谱调节命令中谱数据，经过通道功率均衡器控制接口控制通道功率均衡器衰减谱，此衰减谱与波长相关，实现对传输光谱的动态整理；功能之二是根据光检测结果获得通道功率均衡器当前平均衰减，并在此衰减量变化时改变控制数据，经过通道功率均衡器控制接口对通道功率均衡器的静态工作点进行锁定，

光谱检测控制器，通过通信/控制线连接的控制接口分别用于：启动或关闭光谱检测器、接受经光谱检测后得到的扫描数据、切换光开关的端口，

节点控制器，储存检测到的实有通道的目标功率谱，在获得光谱检测的实有通道功率谱后，进行光谱相似性判断，实有通道功率谱和目标功率谱差异较大，超过相似性约束条件后，则向通道功率均衡器所在节点的通道功率均衡器控制器发送光谱调节命令；

将在放大器、通道功率均衡器输入、输出端设置的检测点分别检测到的光功率，经光电检测和A/D转换至放大器控制器或通道功率均衡控制器；

将在本地节点或下游节点设置的光谱检测点接入光谱检测器，经通信/控制线连接的控制接口至光谱检测控制器；

所述放大器控制器、通道功率均衡器控制器通过I/O接口与设备通信/控制总线相连，将当前工作状态上报至与设备通信/控制总线相连的节点控制器，从设备通信/控制总线获得节点控制器下发的增益配置更改、通道功率均衡器静态工作点更改、通道功率均衡器光谱调节命令；

所述光谱检测控制器通过设备I/O接口与设备通信/控制总线相连，可以接收节点控制器实施光谱扫描，也可以将光谱数据上报；

在节点之间，所述节点控制器发送的信息通过路由和转发器实现传递。

2如权利要求1所述的实现光网络节点的动态通道功率均衡控制装置，其特征在于：

将从通道功率均衡器两端光放大器的分光器分出的光分别输入、输出检测光，分别经过光电检测管进行光电转换后形成检测电信号，再分别经过检测信号放大器放大后，经过AD/DA转换电路进行数模转换后形成数据信号经过通信/控制线至放大器控制器；

根据此数据信号，放大器控制器计算各放大器的增益值，放大器控制器将当前增益值和期望达到的增益值相比较，当有差异时将控制各放大器改变当前的增益值直到与配置值相符；

当要改变放大器的增益时，放大器控制器将输出驱动数据，经过通信/控制线输入到AD/DA转换电路，同时控制选择其输出端口，驱动数据经过数模转换后形成控制电流，再经过驱动电流放大电路适当放大后输入到放大器控制接口；

放大器控制器通过I/O接口电路与设备通信/控制总线相连接，通过输出信号线，放大器控制器将放大器增益值状态信息送至总线，通过输入信号线，放大器控制器从总线接收增益配置值和增益控制要求。

3如权利要求1所述的实现光网络节点的动态通道功率均衡控制装置，其特征在于：

将从通道功率均衡器两端分光器输出的光分别为通道功率均衡器输入、输出检测光，经过光电检测管分别进行光电转换后形成检测电流，再分别经过放大电路实现放大后进入AD转换电路，经过模数转换后获得的数据信号经过通信/控制线进入通道功率均衡器控制器；

通道功率均衡器控制器根据当前检测结果计算通道功率均衡器当前的插入损耗，当插入损耗偏大或偏小时将通过控制接口连接线控制通道功率均衡器，使通道功率均衡器的平均插入损耗保持稳定；

通道功率均衡控制器通过I/O接口电路与设备通信/控制总线相连接，通过输出信号线，通道功率均衡控制器可以将通道均衡器当前平均插入损耗、均衡器输出端静态工作点状态信息送到总线；通过输入信号线，放大器控制器可以从总线接收静态工作点调节命令和通道功率谱调节命令；

通道功率均衡控制器接收通道功率谱调节命令后，根据光谱调节命令中谱数据，经过通道功率均衡器控制接口控制通道功率均衡器衰减谱，此衰减谱与波长相关，实现对传输光谱的动态整理；

通道功率均衡控制器接收到静态工作点调节命令后，会根据命令中新的配置数据，使通道功率均衡器的平均插入损耗保持稳定在新的水平。

4如权利要求1所述的实现光网络节点的动态通道功率均衡控制装置，其特征在于：

由光放大器输出端的分光器实现输出光采集，通过接口连接器输入至光谱检测器和光谱检测控制器；

可有多个输入光接口连接器，以实现对多个光谱检测点的光谱检测，适用于设备内存在多个光方向的处理节点；

可通过多路选一光开关实现各个光谱检测点的切换；

光谱检测器是一个光谱仪，或一个通道功率检测器；

光谱检测控制器通过I/O接口电路与设备通信/控制总线相连接，通过输出信号线，光谱检测控制器可以将光谱数据输出到总线；通过输入信号线，光谱检测控制器可以从总线接收光谱检测启动/停止命令和检测点选择命令。

5如权利要求4所述的实现光网络节点的动态通道功率均衡控制装置，其特征在于：

所述通道功率检测器，在光谱检测控制器的管理下，可以自动对多于1个的光谱检测点进行通道光谱测试；或在外部命令控制下进行指定光谱检测点的光谱测试。

6如权利要求1所述的实现光网络节点的动态通道功率均衡控制装置，其特征在于：

所述节点控制器，用于对本地设备进行状态信息采集和控制信息分送；

节点控制器的采集和控制的包括一个光传输方向上所涉及的信息，还包括其他光传输方向上所涉及的信息，包括自动维护和用户干涉模式；

节点控制器通过I/O接口电路同设备通信/控制总线相连接，通过输入信号线，可以获得与总线相连接的所有的工作信息，包括放大器当前增益，通道功率均衡器控制器当前平均插损、光谱检测点当前扫描数据，通过输出信号线，可以向总线输出放大器增益调整命令、通道功率均衡器静态工作点调整命令、通道功率谱调节命令、光谱检测命令；

节点控制器还通过计算机I/O接口电路，通过电缆与计算机相连接，计算机中的用户应用软件提供光谱控制GUI，通过计算机，由用户对光谱检测点的目标光谱进行编辑，并通过计算机对节点内动态通道功率均衡控制装置实施用户干预。

7如权利要求6所述的实现光网络节点的动态通道功率均衡控制装置，其特征在于：

所述节点控制器的用户干预模式，通过主控计算机对目标点光谱进行编辑后，编辑后的目标光谱可以通过计算机通信接口送至节点控制器，储存在节点控制器内的存储器中，并启动调节；

用户可向节点控制器下达命令，实现对节点内放大器工作点、通道功率均衡器工作点、光谱检测点的定义和配置；

用户还可对通道功率均衡的工作模式进行切换，只有用户通过控制计算机GUI下达通道功率谱调节指令时，通道功率均衡器才响应操作；

节点控制器只有在接收到调节命令时，才查询光谱检测数据，并与目标谱相比较。

8如权利要求6所述的实现光网络节点的动态通道功率均衡控制装置，其特征在于：所述节点控制器的自动维护模式，节点控制器将周期性地采集光谱检测信息，将目标功率谱存于光谱检测点的节点控制器中，节点控制器周期性地查询光谱检测数据，并与目标功率谱相比较，一旦光谱检测信息劣化，即自动启动通道功率均衡器实施通道功率谱控制。

9如权利要求6所述的实现光网络节点的动态通道功率均衡控制装置，其特征在于自动维护和用户干涉模式下，光谱检测数据和目标功率谱比较时一旦差异超过一定范数门限，则综合目标谱和当前检测谱得到需要在通道功率均衡节点实现的目标衰减谱；

若光谱检测点和通道均衡控制在同一节点，光谱检测点的节点控制器将把衰减谱信息和调节请求通过设备通信/控制总线发送到通道功率均衡器控制器；

若光谱检测点在通道均衡控制节点的下游其它节点，光谱检测点的节点控制器将把衰减谱信息和调节请求通过路由转发器发送到通道功率均衡控制节点；

通道功率均衡器控制器响应命令后调节通道功率，再行查询光谱，若差异仍超过规定范数门限，则再次将目标谱与当前检测谱相减得到需要在通道功率均衡节点实现的衰减谱；

光谱检测点节点控制器将把新的衰减谱信息和调节请求通过路由转发器发送到通道功率均衡控制节点，自动实施二次调节。

10一种实现光网络节点的动态通道功率均衡控制方法，包括步骤如下：

步骤一、对于光网络的一个放大节点，由放大器控制器、通道功率均衡器控制器、光谱检测控制器、节点控制器各控制单元根据系统设计要求设定光放大器主光通路的增益，动态增益单元的初始值，在无控制状态下按照初始功率配置状态进行工作；

步骤二、在自动维护或用户干涉控制下，节点控制器要求光谱检测点通过光通道谱监测单元来监测出主光通路各通道的波长、功率并上报；

步骤三、各控制单元根据上报的数据，和储存在目标点节点控制器中的目标通道功率谱相比较，根据系统的目标谱计算出需要的相对衰减谱，并按照约定的数据格式下发给通道功率均衡器控制器，来实现对增益谱的调节；

步骤四、目标检测点的节点控制器指挥光谱监测单元重复测量主光通道的性能并上报给节点控制器，节点控制器进行数据处理与比较，如满足要求，则动态控制结束，称一次迭代控制；如果不能满足要求，则返回步骤三，进行再次迭代控制。

11如权利要求10所述实现光网络节点的动态通道功率均衡控制方法，其特征在于：每次迭代过程中，在通道功率均衡器中自动实施静态工作点锁定控制。

12如权利要求10所述实现光网络节点的动态通道功率均衡控制方法，其特征在于通道功率均衡控制进一步包括：

在所述步骤一中：

步骤1：开机或系统复位；

步骤2：在开机或系统复位情况下通道功率控制器从其内部的程序存储器引入可执行程序，及缺省配置数据，包括缺省静态工作点数据，及光谱控制数据；

在所述步骤二中：

步骤3：进行通道功率均衡器输入输出功率检测，并可依据检测值计算当前插损；

在所述步骤三中：

步骤4：进行静态工作点锁定；

步骤5：系统新开机/复位，或通道功率均衡器控制器I/O接口输入有信道功率调节指令；

步骤6：若系统新开机、复位，则使用缺省的控制数据；若有通道功率谱调节命令，则采用命令栈下传之，进行曲线拟合获取控制谱数据；

步骤7：通过通道功率均衡器控制接口，驱动通道功率均衡器控制器；

步骤8：通道功率均衡器响应操作后，通道功率均衡器控制器向总线发送控制成功标志，若控制数据超越通道功率均衡器调节范围，则返回失败标志，亦可用做告警信息；

在所述步骤四中：

步骤9：对通道功率均衡器控制器之与I/O接口相关的命令堆栈进行查询；

步骤10：进行报文处理，通道功率均衡器控制器通过I/O接口进行设备通讯，若命令堆栈有查询命令，则按查询要求上报；若命令堆栈有静态工作点更新，则修改本地配置数据；若命令堆栈有通道功率均衡器谱更改命令，则修改本地配置数据。

13如权利要求10所述实现光网络节点的动态通道功率均衡控制方法，其特征在于光谱检测控制包括：

在所述步骤一中：

步骤1：系统新开机/复位；

步骤2：引入缺省的配置数据，包括光谱检测工作模式标志，扫描光方向标志；

在所述步骤二中：

步骤3：判断本机工作模式，在自动检测模式下，或命令栈有光谱采集命令；

步骤4：按照扫描光方向标志，驱动光开关；

步骤5：启动光谱检测器，经其控制接口获得扫描结果，扫描结果为实有信道功率谱；

步骤6：进行数据存储，以备查询；

步骤7：通过光谱检测控制器I/O接口将数据发送至设备通信/控制总线；

步骤8：检测端口轮询倒换；

步骤9：对光谱检测控制器之与I/O接口相关的命令堆栈进行查询；

步骤10：进行报文处理，光谱检测控制器通过I/O接口进行设备通讯：若命令堆栈有光谱查询命令，则按查询要求上报；若命令堆栈有光谱检测状态更新该命令，则修改本地配置数据。

14如权利要求10所述实现光网络节点的动态通道功率均衡控制方法，其特征在于在自动维护模式下的节点控制进一步包括：

在所述步骤二中：

步骤1：在主循环进程内，操作软件周期性地执行到此步骤，根据配置标志判别状态；

步骤2：向光谱检测控制器下达光谱采集命令；

在所述步骤三中：

步骤3：等待光谱采集结果，待操作完成后，自设备通信/控制总线获得实有通道扫描光谱数据；

步骤4：将当前检测谱与目标谱进行比较，检验光谱相似性；

步骤5：节点控制器向通道功率均衡器控制器下达光谱调节命令，其中包含实有通道目标衰减谱数据；若光谱检测在下游节点，则此节点控制器将把光谱调节命令经路由转发器发送到上游相关通道功率均衡器所在节点控制器，再通过该节点内通信总线送至通道功率均衡器控制器；

在所述步骤四中：

步骤6：等待通道均衡器控制器返回执行状态，若光谱检测点在本地，自设备通信/控制总线获得上报状态后判断；若光谱检测在下游节点，则上游将状态信息经路由转发器发送到下游检测节点的节点控制器；

步骤7：若主控计算机在本地通过计算机I/O接口上报，若主控计算机在异地，将上报信息送至路由转发器；

步骤8：自动维护操作完成，继续主循环进程。

15如权利要求10所述实现光网络节点的动态通道功率均衡控制方法，其特征在于在用户干涉模式下的节点控制进一步包括：

在所述步骤二中：

步骤1：若主控计算机在本地节点，与节点控制器相连之计算机I/O接口输入主控计算机的控制命令，并向节点控制器之CPU发出中断请求；若主控计算机在异地，则路由转发器收到控制信息后经解包获得命令，并向节点控制器之CPU发出中断请求；

步骤2：节点控制器响应中断，判断中断请求；

步骤3：向光谱检测控制器下达光谱采集命令；

在所述步骤三中：

步骤4：等待光谱采集结果，待操作完成后，自设备通信/控制总线获得实有通道扫描光谱数据；

步骤5：将当前检测谱与目标谱进行比较，检验光谱相似性；

步骤6：节点控制器向通道功率均衡器控制器下达光谱调节命令，其中包含实有通道目标衰减谱数据；若光谱检测在下游节点，则此节点控制器将把光谱调节命令经路由转发器发送到上游相关通道功率均衡器所在节点控制器，再通过该节点内通信总线送至通道功率均衡器控制器；

在所述步骤四中：

步骤7：等待通道功率均衡器控制器返回执行状态，若光谱检测点在本地，自设备通信/控制总线获得上报状态后判断；若光谱检测在下游节点，则上游将状态信息经路由转发器发送到下游检测节点的节点控制器；

步骤8：在光谱满足相似性要求时，完成调节，自计算机I/O接口或路由转发器向主控计算机上报当前状态；

步骤9：中断响应结束，返回节点控制器之主循环进程；

步骤10：在通道功率均衡器调节失败时，终止调节，自计算机I/O接口或路由转发器向主控计算机上报当前状态；

步骤11：中断响应结束，返回节点控制器之主循环进程。

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