CN101500181B - 使用监视单元监视无源光网络的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于监视无源光网络(1)PON的方法，该PON具有带主干线(3)和至少两个分支(6.1-6.3)的树型结构，该方法包括：将唤醒信号(10)从主干线(3)传输到布置在至少两个分支(6.1-6.3)上的至少两个监视单元(DPM1-DPM3)，在每个监视单元(DPM1-DPM3)中，检测唤醒信号(10)并且向主干线(3)回传响应信号(A、B、C)，每个监视单元(DPM1-DPM3)生成在检测到唤醒信号(10)与开始传输响应信号(A、B、C)之间的预定时间延迟(ΔtA-ΔtC)，以及在主干线(3)上接收响应信号(A、B、C)，响应信号(A、B、C)的接收时间(R1-R3)彼此不同，通过监视单元(DPM1-DPM3)的预定时间延迟(ΔtA-ΔtC)调节接收时间(R1-R3)之间的差值。

Description

使用监视单元监视无源光网络的方法
技术领域
本发明涉及一种用于监视无源光网络PON的方法，该PON具有带主干线和至少两个分支的树型结构，本发明涉及一种可连接到PON的分支的监视单元，并且本发明涉及一种PON，其具有带主干线和至少两个分支的树型结构，所述分支包括监视单元。
背景技术
为了提高光网络特别是具有树型结构的无源光网络(PON)的服务质量，检测和定位故障的连续监视技术受到特别关注，因为运营这些网络的电信公司期望它们提供相当大的成本节省。
然而，由于PON的光纤链路所覆盖的长距离，网络运营商通常仅能够从主干线访问网络，特别是从光线路终端OLT来访问网络，OLT位于PON的头端。为了从主干线检查PON的分支的功能性，已知方法是在这些分支中部署监视单元，其通常布置为靠近最终用户所在的位置。
OLT与监视单元之间的下行通信可以通过传输包括针对特定监视单元的标识符的二进制信息来执行，该监视单元于是可以执行预定的功能。在这一方面，EP 1 037 417 B1公开了一种用于执行对树型网络中的线路内(in-line)元件的集中控制的方法，所述线路内元件例如是光放大器或者光交换机，其中OLT在下行发送给线路内元件的预定授权中添加额外比特。这些额外比特包括线路内元件的标识并且包含本地预定义的由所选的线路内元件执行的功能。
为了以上述的方式执行下行通信，在监视单元中需要昂贵的设备，因为在每个监视单元中必须处理二进制下行信号以确定哪个监视单元被OLT寻址。为了该目的，需要能够处理二进制数据的处理单元，其必须持续地监听下行业务，从而导致监视单元的相当大的能量消耗。
发明内容
本发明的目的是提供上述的一种方法、监视单元和PON，它们都允许以可靠且成本有效的方式执行对PON的监视。
通过上述的一种方法实现了该目的，该方法包括：将唤醒信号从主干线传输到布置在至少两个分支上的至少两个监视单元，在每个监视单元中，检测唤醒信号并且向主干线回传响应信号，每个监视单元生成在检测到唤醒信号与开始传输响应信号之间的预定时间延迟，以及在主干线上接收响应信号，响应信号的接收时间彼此不同，通过监视单元的预定时间延迟来调节接收时间之间的差值。
为了执行对PON的监视，OLT仅生成一个唤醒信号，该唤醒信号对于所有监视单元都是相同的，唤醒信号优选地具有可以容易地检测的形式，从而可以在监视单元中使用成本有效的检测器，仅消耗少量能量。于是，对唤醒信号的检测被用作对监视单元发送它们的响应信号的触发，每一个响应信号均具有各自的延迟时间，从而在主干线上可以通过合适的检测单元区分不同监视单元的响应信号，所述合适的检测单元诸如实现在OLT中的嵌入式接收机。
监视单元的时间延迟可以在安装无源光网络期间进行调节，保证在主干线上检测响应信号期间响应信号不会同时到达。为此目的，必须考虑由于在监视单元与主干线之间的光纤链路的不同长度引起的响应信号的不同信号传输延迟。在一些情况下，如果不同的信号传输延迟使得在OLT处的接收时间有充足的分隔，则两个或多个监视单元的时间延迟可以被选择为相等。然而，通常都不是这种情况，因此将监视单元的时间延迟选择为彼此不同。
在优选的变型中，该方法还包括调节预定时间延迟以便将每个响应信号分配给多个检测间隔之一，检测间隔与间隙交替，在间隙中接收不到响应信号。以这种方式，仅在与同样具有恒定长度的间隙交替的明确的恒定长度的时隙期间收到响应信号，从而仅在检测间隔期间必须监听上行信号，有可能使用这些间隙例如执行OTDR测量。取决于监视单元的数目和所使用的检测类型，可以仅将一个响应信号分配给相同的检测间隔或者将多个响应信号分配给相同的检测间隔。
在该变型的一种改进中，在这些间隙期间执行对响应信号的评估。特别地，当包括与各个监视单元有关的信息的响应信号被传输时，可以通过执行数据读出而在这些间隙期间从响应信号中提取该信息。在光线路终端中执行这种检测的情况下，还可以在这些间隙期间执行将从响应信号中提取的信息传输到网络管理单元。
在非常优选的变型中，响应信号包括与监视单元相关的信息，并且用于确定特定的监视单元是否可用，其中仅其响应信号的包络被评估。通过确定是否已经收到特定响应信号的包络，可以快速检查监视单元是否仍然可用。应该理解，作为替代，响应信号中包含的信息还可以被直接评估，即不需要首先评估响应信号的包络。
优选地，唤醒信号被选择为周期性信号，特别是正弦波信号。作为唤醒信号，通常选择能够容易地被检测的信号，诸如具有例如大约1kHz的恒定频率的正弦波。
本发明的又一方面实现在可连接到无源光网络PON的分支的监视单元中，该监视单元包括：检测器，其用于检测从PON的主干线传输到监视单元的唤醒信号；发射机，其用于生成从监视单元向主干线回传的响应信号，以及延迟生成器，其用于生成在检测到唤醒信号与开始传输响应信号之间的预定时间延迟。延迟生成器可以是可调节的或固定的延迟线，该延迟通常在电域中执行，因为唤醒信号通常被光电转换以便进行检测。
在优选的实施例中，监视单元具有模式切换单元，用于在低功耗的第一操作模式与高功耗的第二操作模式之间切换，基于检测到唤醒信号而触发从第一操作模式到第二操作模式的切换。在第一操作模式中，响应信号生成器处于待机(去激活)模式，只有低功耗或者没有功耗，其不允许上行传输响应信号。对唤醒信号的检测可以用于触发对上行信号生成器的激活。在调节监视单元的可变时间延迟时，可以考虑激活信号生成器所需的准备时间，例如通过在每个监视单元中提供足以激活上行信号生成器的附加的恒定的时间延迟。应该理解，在第一操作模式中，被监视单元抽取的一部分下行信号可被用于对可再充电的能量存储器特别是电容器进行充电，在第二操作模式中，在传输响应信号期间电容器被部分放电或者完全放电。
本发明的又一方面实现在无源光网络PON中，其具有带主干线和至少两个分支的树型结构，分支包括上述类型的监视单元，该PON还包括：光线路终端OLT，其连接到主干线的头端，用于将唤醒信号从主干线传输到至少两个监视单元，并且用于接收来自至少两个监视单元的响应信号，其中OLT在彼此不同的接收时间接收响应信号，通过监视单元的延迟生成器的预定时间延迟调节接收时间之间的差值。在这样的PON中，对在PON的分支中的例如光纤断裂之类的故障的检测可以通过检查各个分支中的监视单元的可用性来执行。关于监视单元的附加信息，诸如关于其温度的附加信息可以包含在响应信号中，其可以通过使用例如幅度调制或时移键控之类的适当的调制格式而被编码在响应信号中，或者在响应信号是二进制信号的情况下，其可以通过使用特定的比特模式传送该信息而被编码在响应信号中。
在优选的实施例中，通过调节预定时间延迟将每个响应信号分配给多个检测间隔之一，检测间隔与间隙交替，在间隙中OLT接收不到响应信号。该调节可以在设立PON期间或者需要更新PON时执行。在任何情况下，必须选择时间延迟，使得在更新期间，可以向PON添加另外的具有监视单元的分支，而不需要修改已经设置预定延迟的监视单元的时间延迟，这可以通过在检测间隔中预留未使用的时隙或者简单地在网络更新期间添加另外的检测间隔来实现。
有利地，无源光网络是运营商网络，并且该至少两个监视单元被布置在运营商网络中邻近与用户网络的分界点的地方。通过将监视单元放置为靠近分界点，即靠近运营商网络与用户网络的分界线，监视单元可以用于区分运营商网络内的网络故障和用户网络内的网络故障。
在下面参考附图对示例性实施例的描述中记载了其他特征和优点，其示出了重要的细节，并且由权利要求限定。各个特征可以独立实现，或者若干特征可以以期望的方式结合实现。
附图说明
在附图中示出了示例性实施例，并且在下面的描述中说明了这些示例性实施例。在附图中：
图1示出了根据本发明的无源光网络的实施例的示意性示图，
图2示出了根据本发明的监视单元的实施例；
图3a和图3b示出了与间隙交替的检测间隔，其中(a)对应于每个检测间隔被分配一个响应信号的情况，(b)对应于每个检测间隔被分配多个响应信号的情况。
具体实施方式
图1示出了无源光网络1，其包括作为第一部分的树型运营商网络2。运营商网络2具有主干光纤线路3，其位于光线路终端(OLT)4和1×N无源光分配网络(分路器)5之间，无源光分配网络5连接主干线3与N个分支，在图1中示出了3个分支(6.1-6.3)。运营商网络2的分支6.1-6.3延伸到用户网络7中，用户网络7构成了光网络1的第二部分并且包括光网络终端(ONT)8.1-8.3，每个ONT针对一个分支6.1-6.3。所谓的分界点9.1-9.3标记了在每个分支6.1-6.3中运营商网络2与用户网络7之间的界限。在运营商网络2中，监视单元DPM1-DPM3被布置为邻近每个分界点9.1-9.3，由于这些监视单元在光网络1中的位置，它们在下文中也被称为分界点监视器(DPM)。本领域技术人员将明白图1中的PON 1仅示出了PON的基本结构并且实际的PON通常要复杂得多。
因为运营商负责运营商网络2中出现的故障，例如由于光纤断裂引起的故障，因此运营商必须持续地监视网络1以发现可能的缺陷。由于网络1中光纤链路所覆盖的长距离，运营商通常仅能够通过OLT 4(也称为中心局)来访问网络1，并且必须检查网络1中从该点往下到分界点9.1-9.3的所有路线的运行情况是否正常。
为了监视网络1，OLT 4生成唤醒信号10，唤醒信号10通过运营商网络2的分支6.1-6.3被下行传输到监视单元DPM1-DPM3。唤醒信号10是一种可以容易地检测的信号，例如未调制的频率为10kHz的正弦波信号，从而唤醒信号10不能寻址监视单元DPM1-DPM3中的特定一个DPM。唤醒信号10仅在很短的时间间隔中传输，该间隔的持续时间被选择为足够长，以允许在监视单元DPM1-DPM3中检测唤醒信号10，这将在下文中参考图2进行描述，其中图2示出了监视单元DPM1-DPM3中的第一个监视单元(DPM1)。
第一监视单元DPM1具有抽头耦合器11，其从分支6.1中分出一部分(总强度的大约5％)的下行信号给光接收机12，光接收机12包括光电二极管，其被用作光电转换元件。在微处理器(未示出)中实现的检测器13被提供在第一监视单元DPM1中，用于检测从OLT 4到ONT8.1-8.3的下行传输中的正弦波唤醒信号10。在检测器13之后，在第一监视单元DPM1的信号路径中布置延迟生成器14，该延迟生成器14被实现为例如微处理器中的计数器，用于在监视单元DPM1的响应信号生成器18中生成响应信号A之前生成预定时间延迟ΔtA。发射机15用于执行对经延迟的响应信号A的电光转换，该响应信号A于是经由另一抽头耦合器17进行上行传输，响应信号A的上行传输波长对应于唤醒信号10的下行传输波长。
响应信号生成器18可以生成具有恒定频率的简单正弦波信号，或者关于监视单元DPM1的信息，例如关于其温度的信息，可以例如使用幅度调制被添加到响应信号A。应该理解也可以使用诸如频移键控之类的其他调制格式来添加信息到响应信号。作为替代，在响应信号生成器18中有可能生成例如100kHz的二进制信号，其还可以包括报头序列。在任何情况下，在检测到唤醒信号10之后，响应信号A的传输被延迟预定的时间延迟ΔtA，时间延迟ΔtA的绝对值被存储在例如监视单元DPM1的微处理器的存储器中。
在图2示出的监视单元DPM1的实施例中，在检测器13中提供了切换单元19，用于将监视单元DPM1从低功耗的第一操作模式切换到高功耗的第二操作模式。为此目的，当检测到唤醒信号10时，切换单元19发送触发信号19a给发射机15，使得发射机15从待机模式切换到允许生成和传输响应信号A的模式。延迟生成器14的时间延迟被选择为足够长，以使得发射机15有时间从第一操作模式切换到第二操作模式。
监视单元DPM1可以由电池(未示出)进行供电，电池在低功耗的第一操作模式中仅缓慢地放电。作为替代或补充，监视单元DPM1可以由外部电源进行供电，或者在检测器13中没有检测到唤醒信号10的时间间隔期间通过使用下行信号的光电转换部分的功率进行供电。在后一情况下，在监视单元DPM1中可以提供诸如电容器之类的可再充电的能量存储器。
监视单元DPM1在检测到唤醒信号10后，延迟预定的时间延迟ΔtA，然后传输响应信号A，该时间延迟ΔtA基本上由延迟生成器14来确定。因为图1的监视单元DPM1-DPM3中的每一个都具有各自的时间延迟ΔtA、ΔtB、ΔtC，因此通过以适当的方式调节这些预定的时间延迟ΔtA、ΔtB、ΔtC，它们在主干线3上的响应信号A、B、C的叠加产生叠加信号，其中三个响应信号A、B、C相对于彼此存在延迟，从而它们可以在不同的三个接收时间R1-R3被接收。
应该理解主干线3上的响应信号A、B、C的时间延迟不仅仅是由于监视单元DPM1-DPM3中的时间延迟ΔtA、ΔtB、ΔtC，也是由于响应信号A、B、C的不同的信号传播延迟，该不同的信号传播延迟是因为将监视单元DPM1-DPM3连接到主干线3的分支6.1-6.3的不同长度引起的。因此，在生成主干线3上的响应信号A、B、C的期望延迟时必须考虑信号传播延迟，这可以通过测量光纤内的信号传播时间来进行。在图1的例子中，已经忽略了传播延迟，从而主干线3上的时间延迟ΔtA、ΔtB、ΔtC与监视单元DPM1-DPM3的时间延迟ΔtA、ΔtB、ΔtC一致。由于响应信号A、B、C的特征延迟，OLT 4可以执行简单的映射来检查监视单元DPM1-DPM3的可用性。
在响应信号A、B、C不包含数据的情况下，简单的包络检测足以检查对应的监视单元DPM1-DPM3的可用性。在响应信号A、B、C中编码有数据的情况下，如果期望快速检测监视单元DPM1-DPM3的可用性，也可以执行这样的包络检测。
通过以适当的方式调节多个监视单元DPM1-DPM3的时间延迟，还可以将监视单元DPM1-DPM3的每个响应信号A、B、...分配给多个检测间隔之一，在图3a中所述检测间隔表示为W1-Wn，检测间隔W1-Wn与间隙G1、G2、...交替，在间隙期间接收不到响应信号。当在OLT 4中接收到响应信号A、B、...中包含的数据时，在间隙G1、G2、...期间，OLT 4可以执行对这些数据的评估；或者OLT 4可以使用间隙G1、G2、...来传送提取的信息给网络控制单元(未示出)，OLT 4也可以在间隙G1、G2、...期间执行ODTR测量。为此目的，检测间隔W1-Wn的持续时间t1可以选择为比间隙G1、G2、...的持续时间t2小得多。在一个典型例子中，t1可以被设置为10毫秒的值，而t2可以被设置为2秒。
在图3a示出的例子中，每个响应信号仅被分配给一个检测间隔W1-Wn。然而，还可以选择这样的分配，其中来自多个监视单元DPM1、DPM2、...的响应信号被分配给第一检测间隔W1，而来自第二组多个监视单元DPMn、DPMn+1、...的响应信号被分配给第二检测间隔W2，如图3b所示。以这种方式，检测间隔W1、W2、...的持续时间t1增大，在该情况下间隙G1、G2、...的持续时间t2可以减小。
总而言之，以上面描述的方式，提供了一种用于监视无源光网络的简单而成本有效的方案。特别地，可以通过提供待机模式来节省监视单元的功耗。监视单元可以容易地连接在网络内，并且分界点可以随着网络扩展而移动。而且，该解决方案是透明的，因为假如数据信道的上行传输波长被选择为不同于监视单元的上行传输波长，则不影响数据信道。
已经通过示例给出了上述对优选实施例的描述。根据给出的公开内容，本领域技术人员将不仅能够理解本发明及其附带的优势，而且还将发现对所公开的结构和方法的各种改变和修改是显而易见的。因此，本申请旨在覆盖落在所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有这种改动和修改。

Claims (11)

1.一种用于监视无源光网络(1)PON的方法，所述PON具有带主干线(3)和至少两个分支(6.1-6.3)的树型结构，所述方法包括：
将唤醒信号(10)从所述主干线(3)传输到布置在所述至少两个分支(6.1-6.3)上的至少两个监视单元(DPM1-DPM3)，所述唤醒信号(10)不适于寻址所述监视单元(DPM1-DPM3)中的特定一个监视单元，
在每个所述监视单元(DPM1-DPM3)中，检测所述唤醒信号(10)并且向所述主干线(3)回传响应信号(A、B、C)，每个所述监视单元(DPM1-DPM3)生成在检测到唤醒信号(10)与开始传输响应信号(A、B、C)之间的预定时间延迟(ΔtA-ΔtC)，以及
在所述主干线(3)上接收所述响应信号(A、B、C)，所述响应信号(A、B、C)的接收时间(R1-R3)彼此不同，通过所述监视单元(DPM1-DPM3)的预定时间延迟(ΔtA-ΔtC)调节所述接收时间(R1-R3)之间的差值。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
调节所述预定时间延迟(ΔtA-ΔtC)以便将每个响应信号(A、B、C)分配给多个检测间隔(W1、W2、...)之一，所述检测间隔(W1、W2、...)与间隙(G1、G2、...)交替，在所述间隙中接收不到响应信号(A、B、C)。
3.根据权利要求2所述的方法，其中在所述间隙(G1、G2、...)期间执行对所述响应信号(A、B、C)的评估。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述响应信号(A、B、C)包括与所述监视单元(DPM1-DPM3)有关的信息，并且为了确定特定的监视单元(DPM1-DPM3)是否可用，仅评估其响应信号(A、B、C)的包络。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述唤醒信号(10)被选择为周期性信号。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述唤醒信号(10)被选择为正弦波信号。
7.一种监视单元(DPM1-DPM3)，其可连接到无源光网络(1)PON的分支(6.1-6.3)，
所述监视单元(DPM1-DPM3)包括：
检测器(12)，其用于检测从所述PON(1)的主干线(3)传输到所述监视单元(DPM1-DPM3)的唤醒信号(10)，所述唤醒信号(10)不适于寻址所述监视单元(DPM1-DPM3)，
发射机(15)，其用于生成从所述监视单元(DPM1-DPM3)向所述主干线(3)回传的响应信号(A、B、C)，以及
延迟生成器(14)，其用于生成在检测到唤醒信号(10)与开始传输响应信号(A、B、C)之间的预定时间延迟(ΔtA-ΔtC)。
8.根据权利要求7所述的监视单元(DPM1-DPM3)，其具有模式切换单元(19)，用于在低功耗的第一操作模式与高功耗的第二操作模式之间切换，基于检测到唤醒信号(10)而触发所述从第一操作模式到第二操作模式的切换。
9.一种无源光网络(1)PON，其具有带主干线(3)和至少两个分支(6.1-6.3)的树型结构，所述分支(6.1-6.3)包括根据权利要求7所述的监视单元(DPM1-DPM3)，所述PON(1)还包括：光线路终端(4)OLT，其连接到所述主干线(3)的头端，用于将唤醒信号(10)从所述主干线(3)传输到所述至少两个监视单元(DPM1-DPM3)，并且用于接收来自所述至少两个监视单元(DPM1-DPM3)的响应信号(A、B、C)，
其中所述OLT(4)在彼此不同的接收时间(R1-R3)接收所述响应信号(A、B、C)，通过所述监视单元(DPM1-DPM3)的延迟生成器(14)的预定时间延迟调节所述接收时间(R1-R3)之间的差值。
10.根据权利要求9所述的无源光网络，其中通过调节所述预定时间延迟(ΔtA-ΔtC)将每个响应信号(A、B、C)分配给多个检测间隔(W1、W2、...)之一，所述检测间隔(W1、W2、...)与间隙(G1、G2、...)交替，在所述间隙中OLT(4)接收不到响应信号(A、B、C)。
11.根据权利要求9所述的无源光网络，其中所述无源光网络(1)是运营商网络(2)并且所述至少两个监视单元(DPM1-DPM3)被布置在所述运营商网络(2)中且邻近于用户网络(7)的分界点(9.1-9.3)。
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