CN101521836A - 波分复用光接入网中光网络单元带宽在线升级系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种波分复用光接入网实现光网络单元带宽在线升级的系统及方法，本系统采用1个光线路终端连接1个远端结点，而1个远端结点连接40个光网络单元的方式组成。其中远端结点采用波导光栅路由器和微电子机械光开关组合的方式实现任意特定波长的动态调度。基于以上系统，本方法应用波长动态调度方式进行光网络单元带宽的在线升级。本发明具有网络建设和带宽升级成本低、光网络单元带宽在线升级不影响原有静态网络运行以及整体网络的波长利用率高等特点。

Description

波分复用光接入网中光网络单元带宽在线升级系统和方法

技术领域

本发明涉及光通信领域，具体是涉及一种可实现光网络单元ONU带宽在线升级的基于动态波长调度和频谱分割技术的波分复用光接入网系统和方法。

背景技术

波分复用光接入网融合了波分复用技术和光接入网各自的技术特点，为每个ONU分配独有的波长进行上/下行数据传输，具有信息安全性好，传输带宽高、覆盖范围大以及系统故障容易定位等独特优势，是光纤到户的最佳选择。目前已经投入运营的波分复用光接入网多需要在不影响现有用户使用的前提下进行ONU带宽升级并在此过程中尽力降低网络升级成本。因此，本发明将在波分复用光接入网的平滑升级过程中起到关键作用。

目前，在波分复用光接入网中实现光网络单元ONU带宽在线升级和用户数在线扩容的方法多为采用增加一个波长固定分配网络的方式进行，即为每个ONU再分配一个特定的波长用于上/下行传输。在网络实际的运行过程中，并非每一个光网络单元ONU均在特定的时间段提出额外的波长分配申请以实现带宽升级。因此，已提出升级方案导致系统中波长利用率低下，进而导致系统运营成本上升及系统资源的浪费。此外，已提出的波长动态调度的光接入网系统结构在远端结点RN处仅采用波导阵列光栅及功率分配器等波长输出端口固定的光无源器件，不能在远端结点RN处实现为光网络单元所分配波长的自由调度，是波长动态调度真正实现的瓶颈所在。以上问题的存在增加了低成本波分复用光接入网中光网络单元ONU带宽在线升级的实现难度。

发明内容

本发明的目的在于克服上述论述中已有技术的缺点而提供一种光网络单元ONU带宽在线升级的波分复用光接入网系统和方法。为了达到上述目的，本发明的构思是：在网络升级扩容时，不为每个ONU分配指定的波长，而是采用波长动态调度的方式作为系统扩容方案，通过这种方式减少网络升级部分中运行和储备的特定波长激光器数目，从而克服现有波分复用光接入网升级扩容时造成的波长利用率低下以及现有波长动态调度方案的实现受限于远端结点等问题。

根据上述发明构思，本发明应用如下技术方案：

一种波分复用光接入网实现光网络单元带宽在线升级系统，由光线路终端与远端结点通过单模光纤相连接，以及远端结点和光网络单元也通过单模光纤连接而构成。其特征在于：在原有静态波长分配网络的基础上，当系统进行光网络单元ONU带宽在线升级时，增加一个基于波长动态调度和频谱分割的网络。光线路终端中的40个位于C波段、波长间隔为100GHz的分布反馈式激光器和40个接收模块通过不同端口与第一波导光栅路由器相连，而第一波导光栅路由器通过其1*端口与远端结点中第二波导光栅路由器1端口相连接。第二波导光栅路由器通过一个耦合器和一个粗波分解复用器与光网络单元ONU相连接。上述器件相互连接构成静态波长分配网络。光线路终端中接收机阵列与远端结点处第三波导光栅路由器的1端口相连，主控制器同时连接接收机阵列和激光器开关驱动电路，而20个位于L波段、间隔为100GHz的特定波长激光器则同时连接激光器开关驱动电路和解复用器。解复用器与远端结点中第三波导光栅路由器的41*端口相连。第三波导光栅路由器通过其2-21端口与微电子机械光开关的1-20端口一一对应相连，而微电子机械光开关的1*-40*通过各个端口对应的耦合器与光网络单元实现连接。以上器件的连接构成应用于升级过程的基于波长动态调度的网络。上述两个网络的融合则构成了整体可实现光网络单元ONU带宽在线升级的波分复用光接入网系统。

上述远端结点RN由一个第二波导光栅路由器，一个第三波导光栅路由器，一个20*40端口的微电子机械光开关以及与光网络单元一一对应的40个耦合器和40个粗波分解复用器所构成。远端结点通过第二波导光栅路由器的1端口，第三波导光栅路由器的1端口以及第三波导光栅路由器的41*端口分别实现与光线路终端的第一波导光栅路由器、接收机阵列及复用器相连接。同时，远端结点通过其中的耦合器和粗波分解复用器与光网络单元相连接。

上述光网络单元ONU均具有相同的配置，分别由一个固定接收机、一个C波段的宽带光源、一个L波段的发光二极管、一个耦合器、一个粗波分解复用器以及一个动态可调接收机构成。其中，固定接收机和动态可调接收机均与粗波分解复用器相连接，而宽带光源和发光二极管均与耦合器相连。各个ONU的粗波分解复用器与远端结点RN中对应的耦合器相连，同时，各个ONU的耦合器与远端结点RN中对应的粗波分解复用器相连。

一种波分复用光接入网实现光网络单元ONU带宽在线升级的方法，采用上述系统进行在线升级，其特征在于：(一)初始阶段为：(1)在网络运行的下行方向，40个处于C波段内的分布反馈式激光器发出的波长信号由光线路终端中的第一波导光栅路由器复用后经单模光纤传输至远端结点的第二波导光栅路由器1端口处，通过第二波导光栅路由器解复用后经第二波导光栅路由器的1*-40*端口为40个光网络单元所分配；(2)在上行数据传输方向，每个光网络单元中的C波段宽带光源发出的光信号传输至RN端，经第二波导光栅路由器的2-41端口分别进行频谱分割，分割后的不同波长光信号由第二波导光栅路由器复用至其41*端口，经单模光纤传输至光线路终端中第一波导光栅路由器的41端口，再经第一波导光栅路由器的2*-41*端口解复用后，对应于各个光网络单元的上行信号由40个接收模块分别进行接收从而完成上行信号的传输；(二)升级阶段为：当网络需要进行光网络单元带宽在线升级以及用户在线扩容时，各个光网络单元中的L波段发光二极管加载各自的波长申请信号，经单模光纤传输至远端结点处，由第三波导光栅路由器的1*-40*端口进行频谱分割形成不同波长的申请信号，这些申请信号复用至第三波导光栅路由器的1端口，经单模光纤传输至光线路终端由接收机阵列进行接收。光线路终端中的主控制器处理并分析接收到的波长申请信息，根据先到先服务的波长调度算法确定为光网络单元分配波长的次序。主控制器依照该分配次序通过激光器开关驱动电路动态控制20个L波段特定波长激光器工作状态。经驱动开关电路驱动的激光器加载不同波长的光信号由复用器复用后传输至远端结点中第三波导光栅路由器的41*端口处，再经第三波导光栅路由器解复用后由第三波导光栅路由器的2-21端口分别输出。经第三波导光栅路由器解复用输出的20个不同波长下行信号依次对应输入微电子机械光开关的1-20端口，其中每个波长的光信号经过微电子机械光开关内部镜面阵列的反射可由微电子机械光开关的1*~40*中任意一个端口输出。输出的L波段的下行信号和静态网络为各个光网络单元分配的C波段下行信号由耦合器进行复用后，经一段单模光纤传输至光网络单元，再由光网络单元中的粗波分解复用器进行解复用后，位于C波段内的下行光信号由固定接收机进行接收，而位于L波段内的下行光信号由动态可调接收机接收。同样，为了降低光纤敷设成本，在上行方向，光网络单元中C波段宽带光源和L波段发光二极管发射的光信号经光网络单元中耦合器复用并经单模光纤传输至远端结点处，再由粗波分解复用器进行解复用后，分别由第二波导光栅路由器和第三波导光栅路由器进行频谱分割，以在远端结点和光网络单元间实现一对光纤连接。

与现有技术相比，本发明的独特优势和显著性特色在于：(1)通过光线路终端、远端结点及光网络单元的新型配置，一个静态波长分配和一个波长动态调度的网络融合为一个整体系统，可为光网络单元带宽的在线升级服务；(2)通过减少光线路终端中L波段特定波长激光器的数目和波长动态调度的方式，降低了整体系统升级的成本并提高了波长资源的利用率；(3)通过建立光网络单元和光线路终端之间的“申请-调度”关系，使光网络单元可以根据实际需要选择是否进行带宽升级且带宽升级过程不影响原有静态网络的正常运行；(4)通过远端结点中波导光栅路由器与微电子机械光开关组合的配置方式，使光线路终端为各个光网络单元动态调度的下行信号可真正到达光网络单元，解决了目前网络中动态波长调度在远端结点处难以实现的问题。

附图说明

图1为本发明波分复用光接入网实现光网络单元带宽在线升级系统的框图。

具体实施方式

结合附图说明，本发明的一个实施示例如下：(包含器件编号)一个波分复用光接入网实现光网络单元带宽在线升级的系统，包括1个光线路终端19，1个远端结点20和40个光网络单元18三部分。光线路终端19由40个C波段、波长间隔为100GHz的分布反馈式激光器1，1个第一波导光栅路由器2，40个固定接收模块4，1个主控制器10，1个申请信息接收机阵列9，1个激光器开关驱动电路11，20个L波段、间隔为100GHz的特定波长激光器12以及1个波分复用器13相互连接组成。远端结点20由1个第二波导光栅路由器3，1个第三波导光栅路由器8，1个微电子机械开关14，40对与光网络单元对应的耦合器15和粗波分解复用器16组成。光网络单元18由1个固定接收机4，1个C波段的宽带光源5，1个L波段的发光二极管7，1个耦合器15，1个粗波分解复用器16以及1个动态可调接收机17构成。光线路终端中第一波导光栅路由器的1*端口、第一波导光栅路由器的41端口、接收机阵列和复用器分别通过20km的单模光纤21实现与远端结点中第二波导光栅路由器的1端口、第二波导光栅路由器的41*端口、第三波导光栅路由器的1端口以及第三波导光栅路由器的41*端口的连接；远端结点中的耦合器15和粗波分解复用器16则分别通过1km的单模光纤22与各个光网络单元中的粗波分解复用器16和耦合器15相连接，以上连接构成如图1所示的系统。

采用上述系统，实现光网络单元带宽在线升级的具体方法为：在光网络单元18原有C波段波长带宽耗尽时，光网络单元通过其发光二极管7发送波长申请信息，这些申请信息经第三波导光栅路由器8进行频谱分割后，从第三波导光栅路由器的1端口复用输出，经20km的单模光纤21传输后，到达光线路终端19处由固定接收机阵列9进行接收。控制器10依照先到先服务算法确定各个光网络单元的波长分配次序。根据该波长分配次序，控制器确定对应L波段特定波长激光器12的工作状态并通过激光器开关驱动电路11控制激光器的输出。输出的若干个特定波长光信号由20端口的复用器13复用后，经20km的单模光纤传输至远端结点20并由第三波导光栅路由器8进行解复用后，再通过第三波导光栅路由器的2-21端口对应输入至微电子机械光开关14的1-20端口。各波长的光信号通过微电子机械光开关内部镜面阵列的反射到达1*-40*端口中提出波长申请的光网络单元所对应端口。所动态调度的L波段下行光信号与原静态网络分配的C波段下行光信号由远端结点中的耦合器15耦合后，经1km的光纤22传输至光网络单元。光网络单元中的粗波分解复用器16将上述两路位于不同波段的光信号解复用，其中位于C波段内的下行光信号由光网络单元中的固定接收机4接收而位于L波段内的下行光信号由光网络单元中的动态可调接收机17进行接收，上述升级过程将不影响原有静态网络的正常运行。

Claims (2)

1.一种波分复用光接入网实现光网络单元带宽在线升级的系统，由光线路终端(19)与远端结点(20)通过单模光纤(21)相连接，以及远端结点(20)和光网络单元(18)通过单模光纤(22)连接而构成。其特征在于：

a.光线路终端(19)由40个分布反馈式激光器(1)，1个第一波导光栅路由器(2)，40个固定接收模块(4)，1个主控制器(10)，1个申请信息接收机阵列(9)，1个激光器开关驱动电路(11)，20个特定波长激光器(12)以及1个波分复用器(13)所组成。其中，40个分布反馈式激光器(1)分别与第一波导光栅路由器(2)的1-40端口相连接，40个固定接收模块(4)分别与第一波导光栅路由器(2)的2*-41*端口相连接。申请信息接收机阵列(9)与主控制器(10)连接且主控制器(10)与激光器开关驱动电路(11)相连接。20个特定波长激光器(12)的左端均与激光器开关驱动电路(11)连接，20个特定波长激光器(12)的右端均与波分复用器(13)的输入端相连接；

b.远端结点(20)由1个第二波导光栅路由器(3)，1个第三波导光栅路由器(8)，1个微电子机械开关(14)，40个耦合器(15)和40个粗波分解复用器(16)组成。其中，第二波导光栅路由器(3)的1*-40*端口和微电子机械开关(14)的1*-40*端口均与耦合器(15)相连接，第二波导光栅路由器(3)的2-41端口和第三波导光栅路由器(8)的1*-40*端口均与粗波分解复用器(16)相连接，第三波导光栅路由器(8)的2-21端口则对应地连接到微电子机械开关(14)的1-20端口。第二波导光栅路由器(3)的1端口、第二波导光栅路由器(3)的41*端口、第三波导光栅路由器(8)的1端口以及第三波导光栅路由器(8)的41*端口均与光线路终端(19)相连接；

c.每一个光网络单元(18)均由1个固定接收机(4)，1个C波段的宽带光源(5)，1个L波段的发光二极管(7)，1个耦合器(15)，1个粗波分解复用器(16)以及1个动态可调接收机(17)构成。其中，固定接收机(4)和动态可调接收机(17)均与粗波分解复用器(16)相连接，C波段的宽带光源(5)和L波段的发光二极管(7)则均与耦合器(15)相连接。每一个光网络单元(18)中的粗波分解复用器(16)和耦合器(15)均与远端结点(20)相连接。

2.一种波分复用光接入网实现光网络单元带宽在线升级的方法，采用权利要求1所述的波分复用光接入网实现光网络单元带宽在线升级的系统进行在线升级，其特征在于：(一)、在网络运行初始阶段的下行方向，40个处于C波段内的分布反馈式激光器(1)发出的波长信号由光线路终端(19)中的第一波导光栅路由器(2)复用后经单模光纤(21)传输至远端结点(20)中第二波导光栅路由器(3)的1端口处，通过第二波导光栅路由器(3)解复用后经第二波导光栅路由器(3)的1*-40*端口为40个光网络单元(18)所分配；在上行数据传输方向，每个光网络单元(18)中的C波段宽带光源(5)发出的光信号传输至远端结点(20)，经第二波导光栅路由器(3)的2-41端口分别进行频谱分割，分割后的不同波长光信号由第二波导光栅路由器(3)复用至其41*端口，经单模光纤传输至光线路终端(19)中第一波导光栅路由器(2)的41端口，再经第一波导光栅路由器(2)的2*-41*端口解复用后，对应于各个光网络单元(18)的上行信号由40个固定接收模块(4)分别进行接收从而完成上行信号的传输；(二)、当网络需要进行光网络单元带宽在线升级以及用户在线扩容时，各个光网络单元中的L波段发光二极管(7)加载各自的波长申请信号，经单模光纤(22)传输至远端结点(20)处，由第三波导光栅路由器(8)的1*-40*端口进行频谱分割形成不同波长的申请信号，这些申请信号复用至第三波导光栅路由器的1端口，经单模光纤传输至光线路终端(19)由接收机阵列进行接收。光线路终端中的主控制器(10)处理并分析接收到的波长申请信息，根据先到先服务的波长调度算法确定为光网络单元分配波长的次序。主控制器依照该分配次序通过激光器开关驱动电路(11)动态控制20个L波段特定波长激光器(12)工作状态。经激光器开关电路驱动的激光器加载不同波长的光信号由复用器复用后传输至远端结点(20)中第三波导光栅路由器的41*端口处，再经第三波导光栅路由器(8)解复用后由第三波导光栅路由器的2-21端口分别输出。经第三波导光栅路由器解复用输出的20个不同波长下行信号依次对应输入微电子机械开关(14)的1-20端口，其中每个波长的光信号经过微电子机械开关内部镜面阵列的反射可由微电子机械开关的1*～40*中任意一个端口输出。输出的L波段的下行信号和静态网络为各个光网络单元分配的C波段下行信号由耦合器(15)进行复用后，经一段单模光纤传输至光网络单元(18)，再由光网络单元中的粗波分解复用器(16)进行解复用后，位于C波段内的下行光信号由固定接收机(4)进行接收，而位于L波段内的下行光信号由动态可调接收机(17)接收。同样，为了降低光纤敷设成本，在上行方向，光网络单元(18)中C波段宽带光源(5)和L波段发光二极管(7)发射的光信号经光网络单元中耦合器(15)复用并经单模光纤传输至远端结点处，再由粗波分解复用器(16)进行解复用后，分别由第二波导光栅路由器(3)和第三波导光栅路由器(8)进行频谱分割，以在远端结点和光网络单元间实现一对光纤连接。

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