CN101034942A - 在两个以上无源光网络间实现全光虚拟专网的网络结构 - Google Patents

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苏翼凯
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Abstract

一种涉及光纤通信技术领域的在两个以上无源光网络间实现全光虚拟专网的网络结构，具体包括：一个由两个以上发射机和接收机以及一个多路动态波长反射器组成的光线路终端，经过一根光纤，与一个由发射机个数比例的光耦合器构成的远端节点相连，远端节点输出分别连接对应无源光网，构成网络的第一级；在每个无源光网内，来自远端节点的馈线通过一个阵列波导光栅(AWG)与若干个光网络单元相连，构成网络的第二级。本发明采用时分复用和波分复用相结合的两级网络结构，可以连接更多的用户，覆盖更大的接入范围，在更广大的区域实现全光虚拟专用网的连接，同时具有对调制码型透明，灵活性高的优点。

Description

在两个以上无源光网络间实现全光虚拟专网的网络结构
技术领域
本发明涉及的是一种光纤通信技术领域的方法，具体涉及一种在两个以上无源光网络间实现全光虚拟专网的网络结构。
背景技术
利用现有的低成本光器件，无源光网(PON)因其结构简单成本低廉，已经成为用户实现宽带接入的诱人方案。传统上，它采用树形拓扑结构，光线路终端(OLT)或者中心局通过一根长光纤向远程节点(RN)传递服务，在RN光功率被分路并进一步传输至许多光网络单元(ONU)。每个光网络单元可以为多个用户提供服务。为了进一步提高网络灵活性和可靠性，需要支持光网络单元内部通信和组建全光虚拟专用网(VPN)。虚拟专网是近年来快速发展的新兴互联网业务，它综合利用了现有网络资源，在低投入的情况下充分满足了客户组建专网、私有通信的需求。在无源光网络中支持全光虚拟专网是一种有效提高虚拟专网业务吞吐量和降低时延的有效方法，同时由于专网信号与非专网信号在物理层相隔离，提供了比传统虚拟专网更高的安全性。已有的全光虚拟专网技术，均为在同一个无源光网内实现全光虚拟网，但在实际应用中存在连接多个无源光网的虚拟专用网的需求，使虚拟专用网覆盖更广的区域，提供更加有效的接入服务。因而，以往的全光虚拟专网技术无法满足这一需求。
在已经公开的文献中，虽然有在同一无源光网中实现全光虚拟专网的论述，但尚未见到能够连接多个不同的无源光网的全光虚拟专网的设计方案。经对现有技术的文献检索发现，支持光网络单元组内通信的现有技术中，发表在EuropeanConference on Optical Communication 2005(2005欧洲光通信会议)中的文章“A Packet-Switched Waveband-selective PON Enabling OpticalInternetworking among ONUs(在光网络单元之间实现光互连的包交换波带选择型无源光网络)”中公开了一种技术，即在光线路终端放置了一个快速可调的波带反射镜，当波带反射镜处于反射状态时，在此波带内的光信号将被反射，如图1所示。同一个虚拟专网中的所有光网络节点分配同一波带内的波长，当光网络节点向上行方向发射虚拟专网的数据时，反射镜调整至反射状态，从而将光信号反射回光网络节点，并被处于同一波带内的所有光网络节点接收到，实现了虚拟专网内部通信。但该技术只能在同一个无源光网内实现全光虚拟专网，不能满足在不同的无源光网之间组建全光虚拟专网的需求。
发表在European Conference on Optical Communication 2006(2006欧洲光通信会议)中的文章“Optical VPN in PON Based on DPSK Erasing/Rewritingand DPSK/IM formatting using a Single Mach-Zehnder Modulator(基于差分相移键控擦除/重写及差分相移监控/强度调制技术使用单一马赫曾德调制器在无缘光网中实现光虚拟专网)”中，提出了一种在无源光网中实现全光虚拟专网的技术。该技术使用差分相移键控/强度调制(DPSK/IM)正交调制格式，同时传输非虚拟专网和虚拟专网数据，并在光网络单元内使用差分相移键控(DPSK)信号的擦除/重写技术将下行光信号擦除重写为上行光信号。该技术同样也只能在同一个无源光网中实现全光虚拟专网，且网络的调制码型只能使用差分相移键控/强度正交调制格式，灵活性受到一定限制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种在两个以上无源光网络间实现全光虚拟专网的网络结构。本发明通过采用两级树型网络结构和一个多路的动态波长反射器，使位于较低一级的不同的无源光网内的光网络单元组成全光虚拟专网，对调制码型透明，灵活性高。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：一个由两个以上发射机和接收机以及一个多路动态波长反射器组成的光线路终端，经过一根光纤，与一个由发射机个数比例的光耦合器构成的远端节点相连，远端节点输出分别连接对应无源光网，构成网络的第一级；在每个无源光网内，来自远端节点的馈线通过一个阵列波导光栅(AWG)与若干个光网络单元相连，构成网络的第二级。
第一级采用时分复用(TDM)，第二级采用波分复用(WDM)，第二级的所有无源光网全部工作在突发模式，使上行数据和虚拟光网数据在时间上交织在一起。
所述的光线路终端，其内部由n个发射机产生的光信号，通过一个阵列波导光栅耦合进一根光纤，与环行器的第一个端口相连，环行器的第二个端口与动态波长反射器的一端相连，环行器的第三个端口通过一个阵列波导光栅与n个接收机相连。
所述的动态波长反射器，有两个端口，其内部由第一个端口输入的光信号经过一个1:n+1的耦合器，分为n+1路，其中n路各连接一个光纤布拉格光栅，光栅的另一端连接一个马赫曾德调制器(MZM)，另外一路直接连接马赫曾德调制器，而后n+1路光纤再通过一个n+1:1的耦合器，耦合进一根光纤中，第二个端口输出。光信号也可由第二个端口输入，第一个端口输出。
所述的动态波长反射器，其中的n个光纤布拉格光栅的反射波长分别对应于λ1～λn，n+1个马赫曾德调制器由n+1路电信号控制其状态，当马赫曾德调制器的状态为通过时，双向的光信号均可通过；当马赫曾德调制器的状态为截止时，双向的光信号均无法通过。
所述的光线路终端，其内部的n个发射机和n个接收机分别对应于波长λ1～λn。同时，每个无源光网中的n个光网络单元中的接收机和发射机也分别对应于波长λ1～λn。
所述的光网络单元，每个光网络单元内的发射机输出的光信号与第一个环行器的端口相连，第二个环行器的端口连接输出端口，第三个环行器的端口与接收机相连。
所述的光网络单元，每个光网络单元分配一个波长。同一个无源光网络中，所有的光网络节点均占用不同的波长；不同的无源光网络中，多个光网络节点可以对应于同一个波长。
本发明的工作原理如下：
当动态反射器内只有不与光线光栅相连的马赫曾德调制器为通过状态，而其他调制器均为截止状态时，双向光信号均直接通过动态反射器，不发生反射，整个网络可正常传输非虚拟专网的上行和下行数据，每个无源光网内的光网络单元占用不同的波长进行复用，而不同的无源光网的数据采用时分复用，所以不同的无源光网内使用同一波长的光网络单元占用不同的时隙进行复用。当动态反射器内连接某一反射波长为λ光线布拉格光栅的马赫曾德调制器处于通过状态时，动态反射器对波长λ光信号将具有反射作用，此时，来自通信波长为λ的光网络节点的上行光信号，将被反射回去，并通过远端节点广播至所有的无源光网，经过无源光网中阵列波导光栅，被所有的波长为λ的光线网络节点接收到，实现了不同无源光网中光网络节点的全光虚拟专网的通信，同时不影响其他波长。光线路终端通过控制动态反射器对某一或某几个波长的光进行反射，就可以在网络内进行一个或几个虚拟专网的通信。
本发明与现有技术相比具有以下优点：采用时分复用和波分复用相结合的两级网络结构，可以连接更多的用户，覆盖更大的接入范围，在更广大的区域实现全光虚拟专用网的连接。发明中通过动态调度反射器来实现虚拟专网通信，对调制码型透明，灵活性高。
附图说明
图1为本发明网络结构图
图2为本发明中动态反射器结构图
图3为本发明实施例示意图
图4为本发明实施例示意图2
图5为本发明实施例结果图
图6为本发明实施例结果图2
图7为本发明实施例结果图3
具体实施方式
如图1所示，在同一个无源光网中的光网络节点使用不同的波长(λ1，λn)(n为网络中使用的波长个数)发射上行数据，经过阵列波导光栅耦合进一根光纤。不同的无源光网使用不同的时隙进行通信(t1，t2)，通过远端节点的1:N耦合器耦合在一起，传输至光线路终端。如果动态反射器对λ1和λn(n为网络中使用的波长个数)都处于通过状态，则光信号通过反射器，经过环行器和阵列波导光栅，被相应的接收机接收。如果动态反射器对某一波长(λ1)处于反射状态，则其上行信号将被反射回远端节点，然后广播至所有无源光网，被相应波长(λ1)的光网络节点接收到。
如图2所示，本发明动态反射器由n+1(n为网络中使用的波长个数)个马赫曾德调制器、n(n为网络中使用的波长个数)个光纤布拉格光栅和两个1:n+1的光耦合器组成。n个光纤布拉格光栅的中心波长分别对应于无源光网中使用的n个波长。当某个马赫曾德调制器处于通过状态时，双向的光信号都可通过该条光路，其连接的布拉格光栅将反射对应波长的光信号；当某个马赫曾德调制器处于截止状态时，双向的光信号均不能通过该条光路。因此，当编号为0的马赫曾德调制器处于通过状态时，所有光均能通过该光路，其他马赫曾德调制器处于通过状态时，来自光网络节点的对应波长的虚拟专网信号将会反射回光网络节点方向。
如图3所示，本发明的具体实施图例，演示了光网络节点发射的上行通信和虚拟光网通信交替进行的过程。在光网络节点端，激光器发射的光信号经过一个马赫曾德调制器调制交替产生上行信号和虚拟专网信号，数据速率为10Gb/s，波长1549.43nm，经过放大滤波后，向光线路终端方向传播，在A点可以观察到在时间上交织的上行和虚拟专网光信号。动态反射器中与演示过程所使用的波长有关系的光路只有两路，所以为了简化演示过程，动态反射器内只使用了两个马赫曾德调制器，和一个波长为1549.43nm的光纤布拉格光栅，即在动态反射器结构通式中的n＝1。在动态反射器内的两个马赫曾德调制器上施加相反的控制信号，使两者交替处于通过状态，从而使上行信号通过动态反射器，而虚拟专网的信号则被反射回了光网络节点方向，经过阵列波导光栅，由使用相同波长的虚拟光网用户接收到，可在B点和C点分别观察到上行和虚拟专网信号的波形，如图中所示。
如图4所示，是本发明另一具体实施图例，演示了由光线路终端发射的下行通信和光网络节点间的虚拟光网通信交替进行的过程。光线路终端内的激光器发射光信号，经过马赫曾德调制器调制后，产生下行光信号，数据速率10Gb/s，波长1549.43nm，并在两个下行数据包之间预留虚拟专网通信占用的时间，在B点可以观察到其波形，如图中所示。光网络节点处用同样的方法产生虚拟专网信号，数据速率10Gb/s，波长1549.43nm，并在两个数据包之间预留下行数据占用的时间，在A点可以观察到其波形，如图中所示。动态反射器中与演示过程所使用的波长有关系的光路只有两路，所以为了简化演示过程，动态反射器内只使用了两个马赫曾德调制器，和一个波长为1549.43nm的光纤布拉格光栅，即在动态反射器结构通式中的n＝1。光线路终端在动态反射器内的两个马赫曾德调制器上施加相反的控制信号，使两者交替处于通过状态，从而使下行光信号通过动态反射器，，而虚拟专网的信号则被反射回了光网络节点方向，与下行光信号交织在一起，在C点可观察到其波形，如图中所示。
如图5所示，是本发明应用于图3所示的实验结果。图4(a)为在图3中A点观察到的在时间上交织的上行和虚拟专网光信号波形。图5(b)为在图3中B点观察到的上行信号波形。图5(c)为在图3中C点观察到的虚拟专网信号的波形。
如图6所示，是本发明应用于图4所示的实验结果。图5(a)为在图4中A点观察到在虚拟专网光信号波形。图5(b)为在图4中B点观察到的下行信号波形。图5(c)为在图4中C点观察到的，被反射回光网络节点方向的虚拟专网信号与下行光信号交织在一起的波形。

Claims (8)

1.一种在两个以上无源光网络间实现全光虚拟专网的网络结构，其特征在于，包括：一个由两个以上发射机和接收机以及一个多路动态波长反射器组成的光线路终端，经过一根光纤，与一个由发射机个数比例的光耦合器构成的远端节点相连，远端节点输出分别连接对应无源光网，构成网络的第一级；在每个无源光网内，来自远端节点的馈线通过一个阵列波导光栅与若干个光网络单元相连，构成网络的第二级。
2、根据权利要求1所述的在两个以上无源光网络间实现全光虚拟专网的网络结构，其特征是，第一级采用时分复用，第二级采用波分复用，第二级的所有无源光网全部工作在突发模式，使上行数据和虚拟光网数据在时间上交织在一起。
3、根据权利要求1所述的在两个以上无源光网络间实现全光虚拟专网的网络结构，其特征是，所述的光线路终端，其内部由n个发射机产生的光信号，通过一个阵列波导光栅耦合进一根光纤，与环行器的第一个端口相连，环行器的第二个端口与动态波长反射器的一端相连，环行器的第三个端口通过一个阵列波导光栅与n个接收机相连。
4、根据权利要求1或者3所述的在两个以上无源光网络间实现全光虚拟专网的网络结构，其特征是，所述的光线路终端，其内部的n个发射机和n个接收机分别对应于波长λ1～λn；每个无源光网中的n个光网络单元中的接收机和发射机也分别对应于波长λ1～λn。
5、根据权利要求1所述的在两个以上无源光网络间实现全光虚拟专网的网络结构，其特征是，所述的动态波长反射器，有两个端口，其内部由第一个端口输入的光信号经过一个1:n+1的耦合器，分为n+1路，其中n路各连接一个光纤布拉格光栅，光栅的另一端连接一个马赫曾德调制器，另外一路直接连接马赫曾德调制器，而后n+1路光纤再通过一个n+1:1的耦合器，耦合进一根光纤中，由第二个端口输出。
6、根据权利要求1或者5所述的在两个以上无源光网络间实现全光虚拟专网的网络结构，其特征是，所述的动态波长反射器，其中的n个光纤布拉格光栅的反射波长分别对应于λ1～λn，n+1个马赫曾德调制器由n+1路电信号控制其状态，当马赫曾德调制器的状态为通过时，双向的光信号均可通过；当马赫曾德调制器的状态为截止时，双向的光信号均无法通过。
7、根据权利要求1所述的在两个以上无源光网络间实现全光虚拟专网的网络结构，其特征是，所述的光网络单元，每个光网络单元内的发射机输出的光信号与第一个环行器的端口相连，第二个环行器的端口连接输出端口，第三个环行器的端口与接收机相连。
8、根据权利要求1或者7所述的在两个以上无源光网络间实现全光虚拟专网的网络结构，其特征是，所述的光网络单元，每个光网络单元分配一个波长。同一个无源光网络中，所有的光网络节点均占用不同的波长；不同的无源光网络中，多个光网络节点可以对应于同一个波长。
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