CN101296038B - 光网络、监控单元和监控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光网络、监控单元和监控方法。所述光网络(1，2)具有包括主线路(3)和多个分支(6.1至6.3)的树形结构，所述分支(6.1至6.3)中的至少两个包括用于上行发送信号至所述主线路(3)的监控单元(10.1至10.3)，其中每一所述监控单元(10.1至10.3)包括用于生成预定光信号(11.1至11.3)的带有光源的信号生成单元(18.1至18.3)，并且所述监控单元(10.1至10.3)用于生成互不相同的所述预定光信号(11.1至11.3)，还提供了一种用于在这样的光网络(1，2)中生成周期性上行信号的监控单元和一种用于监控这样的光网络(1，2)的方法。

Description

光网络、监控单元和监控方法
技术领域
本发明涉及具有包括主线路和多个分支的树形结构的光网络，所述分支中的至少两个分支包括用于上行发送信号到主线路的监控单元，本发明还涉及用于在这样的光网络中生成周期性上行信号的监控单元，并且涉及用于这样的光网络的监控方法。
背景技术
为了改善光网络中的服务质量，特别是具有树形结构的无源光网络(Passive Optical Network，PON)中的服务质量，用于检测和定位故障的持续监控技术引起了特别的关注，因为期望它们为运营这些网络的电信公司提供大量的成本节约。
欧洲专利EP1578038 A1公开了一种光网络，该光网络包括在网络主线路的头端的光监控终端(OMT)和与网络分支相连接的至少一个光监控单元(OMU)。OMT和OMU被配置为采用专用的监控波长互相通信，该专用的监控波长是使用波长选择装置，特别是WDM(Wavelength-Division-Multiplex，波分复用)耦合器(coupler)，从OMT和OMU之间的光路提取的。OMU包括可切换的(switchable)反射光元件，即在它的“on(开)”状态经由WDM耦合器将所提取的监控波长上的光反射回光路。
在N.Araki等人发表于2004年《Optical Fiber Measurements，TechnicalDigest》第69-72页的文章“High Spatial Resolution PON MeasurementUsing an OTDR Enhanced with a Dead-zone-free Signal Analysis Method”中，描述了一种用于PON的高空间分辨率OTDR测量方法，它采用了如光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating，FBG)的滤光器，该滤光器安装在PON的光纤线路的用户端，并且该滤光器使通信光能够通过但反射测试光。使用从FBG滤光器反射的信号，使得可以实现在网络中分光器的菲涅尔反射后的衰减盲区中的信号分析。
由H.Takasugi等人发表于1993年《Journal of Lightwave Technology》第11卷第2期第351-357页的文章“A New Fault-Identification MethodUsing a Dichroic Reflective Optical Filter in Optical Subscriber Loops”，描述了一种方法，利用该方法，能够通过在光纤线路的末端插入二向色滤光器(dichroic filter)来识别光网络的光纤线路中的故障，该滤光器反射测试波长的光并使通信波长的光能够通过。从网络的中心局利用光时域反射器(optical time domain reflectometer，OTDR)来测量来自滤光器的反射等级和距离。
在上述方法中，需要可以对数据信号引入额外噪声作用的高功率光源。而且，需要昂贵的设备(高分辨率的OTDR或者可调谐激光源)以用于在中心局检测所反射的信号。
发明内容
本发明的目的是改善如上所述的光网络、监控单元和监控方法，使得在网络中的故障检测能够以可靠的、具有成本效率的方式来执行。
通过这样的光网络来实现该目的，在所述光网络中，每一监控单元包括用于生成预定光信号的具有光源的信号生成单元，并且监控单元被用于生成互不相同的预定光信号。各个分支的上行信号在将网络的主线路和各个分支相连接的开关中结合。通过针对每一分支的上行信号发送使用不同的光信号，就可以从主线路内已结合的信号中提取这些信号，并将每一唯一的信号分配给相应的监控单元。缺少来自特定监控单元的上行信号指示了相应分支中的故障。上行信号的传输波长可以任意选择，然而应避免与下行波长相同，以确保透明解决方案(transparentsolution)。
在现有技术中所描述的解决方案中，监控信号在整个网络中向上、向下传播，从而需要位于在中心局处的高功率光源和灵敏的检测器。在上述解决方案中，监控信号仅从监控单元向上传播至中心局，因此允许在监控单元中使用低功率光源和在中心局使用低灵敏度的检测器。
在优选实施例中，信号生成单元被用于生成具有互不相同的周期性的周期性信号。这样的信号可以以具有成本效率的方式产生(见下文)，并且从在主线路中的叠加信号恢复各个信号比较容易。光信号的周期性和监控单元间的分配在安装网络期间来完成，因此该分配对于网络运营商来说是已知的。分配数据存储在中心局的表中，当通过增加新的分支扩展网络时，将更新该表。
在进一步优选的实施例中，信号生成单元被用于生成包括互不相同的模式的光信号，特别是二进制信号。在这种情况下，通过将通常是非周期性的各个信号与每个监控单元特有的模式相关联，在头端对各个信号进行恢复。
在有利的实施例中，至少一个监控单元的信号生成单元被用于将关于监控单元的状态信息编码到预定的光信号中。该状态信息可以包括例如关于监控单元温度的信息。在周期性信号的情况下，可以采用振幅调制来执行编码，在非周期性信号的情况下，可以使用可遵循识别监控单元所需的唯一位模式(bit patterns)的特定(位)模式来执行编码。
在极其优选的实施例中，光网络进一步包括信号处理单元，该信号处理单元与主线路连接，用于从在主线路中的上行信号中恢复不同的预定光信号。信号处理单元通常通过光/电转换元件连接至主线路，通过在叠加信号中查找周期性信号或通过将叠加信号中的模式与监控单元特有的特定模式相关联，来执行对叠加信号的分析。
在另一优选实施例中，至少一个监控单元包括电源，特别是电池。在这种情况下，监控单元是不需要额外电源的独立装置。
在进一步优选的实施例中，至少一个监控单元包括与分支连接的光/电转换元件，特别是光电二级管，该光/电转换元件与特别是电容器的能量存储器操作地(operative)连接，该能量存储器与信号生成单元操作地连接。在该情况下，监控单元是在光网络中将在下行方向上传输的光功率的一小部分(例如5％)耦合出去的远程供电装置。光由光电二极管转换为电功率并被存储在电容器中。这样的远程供电解决方案可以同生成周期性或非周期性光信号的监控单元一起使用。
在如上所述用于在光网络中生成周期性上行信号的监控单元中也实现了本发明，该监控单元包括：具有光源和光/电转换元件的信号生成单元，该光源和光/电转换元件都用于连接到网络分支；与该光/电转换元件操作地连接的能量存储器，特别是电容器；以及开关，用于当达到能量存储器中所存储能量的预定阈值等级时，激活能量存储器和信号生成单元间的电连接。如上所述的监控单元不仅将从下行信号中提取的光功率用于为信号生成单元提供动力，还用于以简单和非常具有成本效率的方式生成周期性信号。
在用于具有包括主线路和多个分支的树形结构的光网络的监控方法中，进一步实现了本发明，所述分支中的至少两个分支包括用于上行发送信号到主线路的监控单元，该方法包括步骤：在每一监控单元的信号生成单元中生成预定的光信号，监控单元的预定的光信号互不相同；以及从在主线路中的上行信号恢复不同的预定的光信号。如上所述的监控方法允许通过使用仅在上行方向上传输的信号来监控光网络，从而使得在监控单元的信号生成单元中能够使用功率相对较低的光源。
在极其优选的变型中，该方法包括分析预定的光信号的附加步骤，以提取由监控单元编码到预定的光信号中的关于监控单元的状态信息。这样除了在中心局识别监控单元之外，还能够检查监控单元的状态。
参考附图对本发明示例性实施例的下列描述示出了本发明内容和权利要求中的重要细节，在该描述中，提供了本发明的其他特性和优点。各个特性可以由它们自己来单独实现，或者它们中的一些可以在本发明的变型中以任何期望的结合来实现。
附图说明
在附图中示出了本发明。
图1示出了根据本发明的光网络的实施例的示意性表示，
图2示出用于图1光网络的监控单元的示意性表示，
图3a，图3b示出根据本发明的光监控单元的实施例处于第一操作状态(图3a)和第二操作状态(图3b)的示意性表示，
图4示出图3的监控单元中的电容器的充电状态的示意性表示。
具体实施方式
图1示出包括树形运营商网络2作为第一部分的无源光网络1。运营商网络2具有主光纤线路3，其位于光线路终端(Optical LineTermination，OLT)4和1xN无源光分布网络(开关)5之间，该1xN无源光分布网络5将主线路3与数目为N的分支相连接，在图1中示出了这些分支中的三个(6.1至6.3)。运营商网络2中的分支6.1至6.3在用户网络7中延续，用户网络7组成光网络1的第二部分，并且包括光网络终端(Optical Network Termination，ONT)8.1至8.3，一个光网络终端8.1至8.3用于分支6.1至6.3中的一个分支。所谓的分界点9.1至9.3标记了分支6.1至6.3的每一个中运营商网络2和用户网络7之间的界限。在运营商网络2中，监控单元10.1至10.3被布置为与分界点9.1至9.3的每一个相邻，由于监控单元在光网络1中的位置，它们也被称为分界点监控器(demarcation point monitor，DPM)。监控单元10.1至10.3帮助运营商网络2的运营公司检查从OLT 4直到分界点9.1至9.3的网络可用性，并区分来自它自己网络2和来自用户网络7的网络故障，监控单元10.1至10.3独立于ONT 8.1至8.3操作。
由于运营商对在运营商网络2中发生的故障负责，例如由光纤断路引起的故障，所以它不得不持续地监控网络1以发现可能的缺陷。由于在网络1中由光纤链接覆盖的距离很大，运营商一般仅通过OLT 4，也称为中心局，来接入网络1，并必须检查从该位置一路直到分界点9.1至9.3的网络1的正确可操作性。
为了从OLT 4来监控光网络1，监控单元10.1至10.3中的每一个生成上行传输至主线路3的预定光信号11.1至11.3，来自不同分支6.1至6.3的信号11.1至11.3在分路器5处进入主线路3时，形成叠加光信号12。
在主线路3的头端，布置信号处理单元13，该信号处理单元13通过抽头耦合器(tap coupler)14和光电二极管15连接至主线路3，光电二极管15用于对从主线路3耦合出来的信号进行光/电(o/e)转换。信号处理单元13包括用于分析来自主线路3的已光/电转换的叠加信号12的处理器。为了使信号处理单元13能够区别出叠加信号12中来自不同分支6.1至6.3的信号11.1至11.3，将监控单元10.1至10.3的预定光信号11.1至11.3选择为互不相同，即光信号11.1至11.3中的每一个均具有不同的、唯一的签名(signature)。
为了生成这样的唯一签名，选择使得在监控单元10.1至10.3中生成的预定光信号11.1至11.3具有不同的周期性16.1至16.3，在图1中针对信号11.1至11.3的每一个通过在四条垂直线间改变的距离来表示该周期性。由周期性信号11.1至11.3得到的叠加信号12的形式由图1中的垂直线17表示。虽然由周期信号11.1至11.3构成，但叠加信号12是非周期性的，从而，通过分析信号12获取拍频，就可以在信号处理单元13中恢复不同的光信号11.1至11.3。然后信号处理单元13将信号11.1至11.3中的每一个的周期分配给在光网络1中相应的监控单元10.1至10.3，最后得到的分配被存储在与信号处理单元13操作地连接(未示出)的OLT4中的表里。当信号处理单元13检测到在叠加信号12中不存在信号11.1至11.3中的一个时，能够识别并未传输信号的相应监控单元10.1至10.3。因此，相应的分支6.1至6.3可被检测出缺陷，如光纤断裂，并且可能的缺陷能够被修复。
为了生成周期性信号，监控单元10.1至10.3中的每一个均包括信号生成单元18.1至18.3，信号生成单元18.1至18.3通过抽头耦合器19.1至19.3连接到相应分支6.1至6.3，用于将上行信号11.1至11.3发送至主路线3。图2示出了带有信号生成单元18.1的第一监控单元10.1，信号生成单元18.1包括作为电源20的电池、信号生成器21和作为光源22的激光二极管。信号生成器21控制提供给激光二极管的电源以使带有预定周期性16.1的周期性信号11.1(参见图1)得以生成。为了能够生成用于每一监控单元18.1至18.3的唯一频率，要么采用不同结构的信号生成单元18.1至18.3，要么例如通过使用可调谐信号生成器21，在安装监控单元10.1至10.3期间设置信号生成单元18.1至18.3，以生成具有预定周期性16.1至16.3的信号。
作为上述周期性信号的生成的可选方法，还可以使用用于生成带有唯一ID或带有特定模式的非周期性信号的信号生成单元18.1至18.3，特别是当信号生成器21用于生成二进制信号时。在这种情况下，在叠加信号12中的位模式在处理单元13或OLT4中被检测，并与在表中存储的位模式进行相关，该表用于将位模式10.1至10.3的每一个分配给监控单元10.1至10.3中的一个。
关于监控单元10.1至10.3的状态的附加信息，如它们的温度，可以被编码到信号11.1至11.3中。例如，通过使用对周期性信号的振幅调制，或在采用二进制信号的情况下，通过例如遵循允许识别特定监控单元10.1至10.3的特定位模式，能够实现该附加信息的提供。
如图2所示的监控单元10.1使用电池20作为电源，因此是独立于相应OLT8.1的独立装置。可选地，可以提供到外部电源的连接，例如通过将监控单元10.1分支到电网。提供带有电源的监控单元10.1’的另一个方法是使用远程光功率源(remote optical power supply)，如图3a，b所示。监控单元10.1’包括额外的抽头耦合器23，该抽头耦合器用于从OLT4传输至分支6.1至6.3的下行信号(未示出)中分离大约5％的强度。光能通过光电二极管24被转换为存储在电容器25中的电能，电容器25的充电状态如图4所示。电能(对应的电荷Q)在电容器25中积累直到达到阈值Q0(最大电荷)(图4中的曲线a)。在时间点t1，将电容器25链接到仅包含激光二极管(未示出)的信号生成单元18.1的开关26被关闭(参见图3b)。然后电容器25的放电电流被用于操纵信号生成单元18.1的激光源(未示出)，因此减少所存储的能量(图4中的曲线b)直到在稍后时间点t2电容器25中的电荷被用尽。通过重复该循环，生成了周期性信号，其周期性和持续时间依赖于电容器25的电容和光源的功率消耗。因此，当针对不同的监控单元变化这些参数时，能够生成具有唯一周期性和持续时间的信号。当然，为了该目的也可以改变电容器的阈值Q0，这允许使用同样结构的监控单元，而在安装期间设置不同的阈值。
总的来说，由于在中心局不需要任何昂贵的装置(既不需要可调谐光源，也不需要高分辨率的OTDR)，因此提供了一种用于网络运营商监视他们光纤设施的低成本解决方案。该解决方案可以集成到网络管理环境，并且由于监控信号仅在上行方向上传播，因此与在监控单元位置使用被反射的监控信号的解决方案相比，在监控单元中需要的光功率和在光纤线路的头端处检测器的灵敏度能够得以减低。监控单元可以容易地连接在网络中，并且分界点可以随着网络的扩展进行移动。而且，如果选择上行传输波长使其与下行传输波长不同，则由于数据信道不受影响，所以该解决方案是透明的。

Claims (15)

1.一种光网络(1，2)，具有包括主线路(3)和多个分支(6.1至6.3)的树形结构，所述分支(6.1至6.3)中的至少两个包括用于上行发送信号至所述主线路(3)的监控单元(10.1至10.3)，
其特征在于，每一所述监控单元(10.1至10.3)包括用于生成预定光信号(11.1至11.3)的具有光源(22)的信号生成单元(18.1至18.3)，并且所述监控单元(10.1至10.3)被用于生成不同的预定光信号(11.1至11.3)，每个预定光信号具有不同的、唯一的签名。
2.根据权利要求1所述的光网络，其中所述信号生成单元(18.1至18.3)被用于生成具有互不相同的周期性(16.1至16.3)的周期性信号(11.1至11.3)。
3.根据权利要求1所述的光网络，其中所述信号生成单元(18.1至18.3)被用于生成包括互不相同的模式的光信号(11.1至11.3)。
4.根据权利要求1所述的光网络，其中至少一个监控单元(10.1、10.2、10.3)的所述信号生成单元(18.1、18.2、18.3)被用于将关于所述监控单元(10.1、10.2、10.3)的状态信息编码到所述预定光信号(11.1、11.2、11.3)中。
5.根据权利要求1所述的光网络，进一步包括连接到所述主线路(3)的信号处理单元(13)，用于从在所述主线路(3)中的上行信号(12)中恢复不同的预定光信号。
6.根据权利要求1所述的光网络，其中至少一个监控单元(10.1)包括电源(20)。
7.根据权利要求1所述的光网络，其中至少一个监控单元(10.1’)包括连接到所述分支(6.1)的光/电转换元件(24)，所述光/电转换元件(24)与能量存储器(25)操作地连接，所述能量存储器与所述信号生成单元(18.1)操作地连接。
8.根据权利要求3所述的光网络，其中所述光信号(11.1至11.3)是二进制信号。
9.根据权利要求6所述的光网络，其中所述电源(20)是电池。
10.根据权利要求7所述的光网络，其中所述光/电转换元件(24)是光电二极管。
11.根据权利要求7所述的光网络，其中所述能量存储器(25)是电容器。
12.一种监控单元(10.1’)，用于在根据权利要求1所述的光网络(1、2)中生成周期性上行信号，包括：
具有光源的信号生成单元(18.1)，用于连接到所述光网络(1，2)的分支(6.1)，
光/电转换元件(24)，用于连接到所述光网络(1，2)的分支(6.1)，
与所述光/电转换元件(24)操作地连接的能量存储器(25)，和
开关(26)，与所述能量存储器(25)和所述信号生成单元(18.1)操作地连接，用于当达到所述能量存储器中所存储能量的预定阈值等级(Q0)时，激活所述能量存储器(25)和所述信号生成单元(18.1)之间的电连接。
13.根据权利要求12所述的监控单元(10.1’)，其中所述能量存储器(25)是电容器。
14.一种监控方法，用于具有包括主线路(3)和多个分支(6.1至6.3)的树形结构的光网络(1，2)，所述分支(6.1至6.3)中的至少两个包括用于上行发送信号至所述主线路(3)的监控单元(10.1至10.3)，该方法包括步骤：
在每一所述监控单元(10.1至10.3)内的信号生成单元(18.1至18.3)中生成不同的预定光信号(11.1至11.3)，所述监控单元(10.1至10.3)的每个所述不同的预定光信号(11.1至11.3)具有不同的、唯一的签名，和
从所述主线路(3)中的上行信号(12)恢复所述不同的预定光信号(11.1至11.3)。
15.根据权利要求14所述的监控方法，进一步包括分析所述预定光信号(11.1至11.3)的步骤，用于提取由所述监控单元(10.1至10.3)编码到所述预定光信号(11.1至11.3)中的关于监控单元(10.1至10.3)的状态信息。
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