CN103580749A - 含地址标记分路器的无源光网络链路监测系统及监控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含地址标记分路器的无源光网络链路监测系统,包括监控系统、中心局、主干光纤、具有地址标记的分路器、波分复用器和用户端,监控系统和中心局分别通过波分复用器与主干光纤连接,主干光纤与分路器连接,分路器通过具有反射功能的熔融拉锥环与用户端连接。该无源光网络装置具有良好的监控性能时,成本低廉,可降低用户端使用成本。同时本发明还公开了该监测系统的监控方法,可以对无源光网络进行集中式、实时性监测,不影响正常业务的进行,且对各用户的标识在分路器处便可完成,无需在光网络单元端进行编码或添加有源器件,能有效的减少用户端的使用成本。

Description

含地址标记分路器的无源光网络链路监测系统及监控方法
技术领域
[0001] 本发明属于光纤通信技术领域,具体来说,涉及一种含地址标记分路器的无源光网络链路监测系统及监控方法。
背景技术
[0002] 众所周知,无源光网络(文中简称:P0N)已成为当今世界最新兴类的光接入系统。基于光纤到户系统的PON正伴随着商业化应用而逐步变为现实。随着PON的迅猛发展,网络中多用户共享同一公共设施的情况也与日俱增,PON系统的监控技术也显得越来越重要。有效的光监控系统不仅可以提升网络的可靠性,也可以减少用户抱怨和维护成本,因此受到越来越多的关注和研究。近年来,多种基于PON的光层监控技术方案被提出。例如,基于布里渊频移分配方案是利用布里渊OTDR (BOTDR)来代替传统的OTDR (光时域反射仪)完成对网络的监控,这种技术利用布里渊频移来区分每个分支的后向散射信号。每一支路光纤的频移分配是通过在生产过程中控制纤芯的掺杂浓度来实现的。显然,该方案需要给每个用户生产配置不同的光纤。因此,用户所承担的使用成本会急剧增加。同样,基于自注入锁模反射式半导体光放大器(简称=SL-ROSA)方案则是在每个光网络单元(简称:0NU)端利用SL-ROSA等装置产生上行数据信号和监测信号,并通过光接收机和电子频谱分析仪来完成对各支路链路状态的判定,该方案虽能有效完成对网络状态的监控,但在ONU端需要反射式半导体光放大器(简称:RS0A)、光栅、耦合器及光纤延时线等器件,其成本也会让用户无法接受。近年来,有研究者提出在ONU端利用光栅和光纤延时线在时域上进行周期性编码的方案,由于在ONU端仅需两个光纤布拉格光栅,显然相对一般方案在很大程度上减小了 OUN端的费用,因此引起了广泛的关注。
[0003] 近年来,平面光波导技术极具吸引力,并且国外在硅基平面光波导技术方面已经发展的比较成熟。当前平面光波导的首选是硅基(简称:Si02-on-Si)平面光波导技术。它具有易于制作、价格低廉,可以得到完整晶格的大尺寸硅片等优点。同样,在波导器件中,波导光栅是经常采用的一种结构。目前在二氧化硅波导上通常采用刻蚀的方法制备,但这种方法工艺复杂,成本很高,显然不利于工业化生产。自从K.0.Hill发现紫外激光曝光能使掺锗的二氧化硅材料折射率改变,便产生了一种紫外写入制作波导光栅的方法。对于紫外写入法而言,其具有工艺工程简单、重复性好、成本低、制作周期短等特点,符合工业化生产的原则,具有广泛的开发和应用前景。
发明内容
[0004] 技术问题:本发明所要解决的技术问题是:提供一种含地址标记分路器的无源光网络链路监测系统,该监测系统具有良好的监控性能,成本低廉,可降低用户端使用成本;同时还提供了监控方法,可以对无源光网络进行集中式、实时性监测,不影响正常业务的进行,且对各用户的标识在分路器处便可完成,无需在ONU端进行编码或添加有源器件,能有效的减少用户端的使用成本。[0005] 技术方案:为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案如下:
[0006] 一种含地址标记分路器的无源光网络链路监测系统,该监测系统包括监控系统、中心局、主干光纤、具有地址标记的分路器、波分复用器和用户端,监控系统和中心局分别通过波分复用器与主干光纤连接,主干光纤与分路器连接,分路器通过熔融拉锥环与用户端连接。
[0007] 进一步,所述的监控系统包括带内调制驱动的p个不同波长的激光器光源、IXp波分复用器、光放大器、I Xp波分解复用器、p台光接收机、现场可编程门阵列,以及带有第一端口、第二端口和第三端口的光环形器,激光器光源由I X p波分复用器经光放大器与光环形器的第一端口连接,光环形器的第二端口与波分复用器连接,光环形器的第三端口与IXp波分解复用器连接,IXp波分解复用器的p个端口分别与p台光接收机连接,各光接收机分别与现场可编程门阵列连接;P为正整数。
[0008] 进一步,所述的分路器用于实现对光信号的分路功能,同时实现对各路光信号的标记;所述的分路器采用以下结构:利用干法刻蚀制作的分布式反馈结构,或者利用紫外写入的波导光栅结构,或者光子晶体谐振腔结构,或者微环谐振器结构。
[0009] 一种上述的含地址标记分路器的无源光网络链路监测系统的监控方法,该监控方法包括以下过程:
[0010] 建立监控系统:将中心局通过波分复用器与主干光纤连接,将监控系统通过波分复用器与主干光纤连接,主干光纤与分路器连接,分路器通过熔融拉锥环与用户端连接,该拉锥环安装在用户端处,拉锥环通过熔融拉锥的方法形成具备反射功能的环,该拉锥环通过拉锥控制不同比例的耦合能量,将部分能量的监测波长及数据波长信号经所在支路反射回来,并通过主干光纤和光环形器返回至监控系统中进行识别;
[0011] 监控过程:监控系统发出监测光信号,监测光信号经分路器分光后,进入与各用户端连接的含有熔融拉锥环的光纤支路中,且各光纤支路中包含的监测信号的频率分量组合均不相同,实现对各支路的标识,各光纤支路收到的不同监测光信号经过用户端的拉锥环反射后,依次通过分路器、主干光纤和波分复用器,返回至监控系统中进行检测;监控系统对各个用户端反射回的监测光信号在接收端完成光电转换,并在现场可编程门阵列中完成网络状态识别测算,监控系统通过识别匹配不同的结果,给出光纤链路的实时状态,并给出网络状态的监控结果。
[0012] 有益效果:与现有技术相比,本发明具有以下优势:
[0013] 1、本发明通过不同的频率脉冲组合区分不同用户,无需在用户端加装编码器或其它有源器件,所有用户端额外器件均为同一熔融拉锥环,能极大程度上减少用户端的费用。所有用户端都使用相同拉锥环,利于制作、安装,降低整个网络装置的制作成本。
[0014] 2、现有技术中使用宽带光源,其缺点是功率小,噪声大,带宽大,需要滤波装置。本发明采用中心反射波长与激光器出射波长对应的反射光栅组合(即在分路器上集成不同的布拉格光栅或光栅组合),只需P个不同入射波长便能完成对2P-1个分支支路的标识。同时,对各用户支路的标识在分路器处完成,无需在ONU端进行编码。
[0015] 3、本发明具有故障支路判断的能力,并且可以对多个同时发生的故障进行监控。本发明中,每个链路对应的状态事件独立唯一,互不依赖,能分别进行检测,因此能同时监测。现有的技术如OTDR (光时域反射计)只能采用轮询的方式对链路进行检测,光周期编码方案虽然也能完成同时监测,但在接收端对反射回的信号强度非常敏感,给检测带来了不便。同时,本发明采用的光源为激光器,其线宽小,功率大,能够实现探测信号长距离的传输。
[0016] 4、本发明的装置简单,并且在分路器波导上可通过成熟的干法刻蚀或紫外写入技术写入光栅,工艺简单,成本较低,适合于工业化生产。
[0017] 5、本发明中用户端无需加装反射光栅,通过业已成熟的熔融拉锥方法制作具有反射功能的拉锥环,较写入布拉格光栅具有制作简单,成本更低,全波段反射等特点。
附图说明
[0018] 图1为本发明结构原理图。
[0019] 图2为本发明实施例中32路第一组返回监控系统的脉冲组合信号图。
[0020] 图3为本发明实施例中4支路波导光栅分路器与用户端结构图。
[0021] 图4为本发明实施例中4支路对应FPGA中的相关事件状态图。
具体实施方式
[0022] 下面结合附图,对本发明的技术方案进行详细的说明。
[0023] 本发明的一种含地址标记分路器的无源光网络链路监测系统,包括监控系统、中心局、主干光纤、具有地址标记的分路器、波分复用器和用户端,监控系统和中心局分别通过波分复用器与主干光纤连接,主干光纤与波导分路器连接,分路器通过熔融拉锥环与用户端连接。分路器用于实现对光信号的分路功能,同时实现对各路光信号的标记。通过熔融拉锥的方法形成具备反射功能的拉锥环。该拉锥环通过拉锥控制不同比例的耦合能量,如1:9,即支路光纤中将有10%的能量进入拉锥环内被送回至监控系统中进行识别检测。分路器采用以下结构:利用干法刻蚀制作的分布式反馈结构,或者利用紫外写入的波导光栅结构,或者光子晶体谐振腔结构,或者微环谐振器结构。
[0024] 作为优选,监控系统包括带内调制驱动的p个激光器光源、IXp波分复用器、光放大器、带有第一端口、第二端口和第三端口的光环形器,I X p波分解复用器、p台光接收机、现场可编程门阵列,激光器光源由IXp波分复用器经光放大器与光环形器的第一端口连接,光环形器的第二端口与波分复用器连接,光环形器的第三端口与I XP波分解复用器连接,I XP波分解复用器的P个端口分别与P台光接收机连接,光接收机分别与现场可编程门阵列连接。P为正整数。
[0025] 上述含地址标记分路器的无源光网络链路监测系统的监控方法,包括以下过程:
[0026] 建立监控系统:将中心局通过波分复用器与主干光纤连接,将监控系统通过波分复用器与主干光纤连接,主干光纤与地址标记的分路器连接,分路器通过熔融拉锥环与用户端连接。所有用户所用的熔融拉锥环相同。拉锥环通过熔融拉锥的方法形成具备反射功能的环,该拉锥环通过拉锥控制不同比例的耦合能量,将部分能量的监测波长及数据波长信号经所在支路反射回来,并通过主干光纤和光环形器返回至监控系统中进行识别。
[0027] 监控过程:监控系统发出监测光信号,监测光信号经地址标记分路器分光后,进入与各用户端连接的含有熔融拉锥环的光纤支路中,且各光纤支路中包含的监测信号的频率分量组合均不相同,实现对各支路的标识,各光纤支收到的不同监测光信号经过用户端的拉锥环反射后,依次通过地址标记的分路器、主干光纤和波分复用器,返回至监控系统中进行检测;监控系统对各个用户端反射回的监测光信号在接收端完成光电转换,并在现场可编程门阵列中完成网络状态识别测算,监控系统通过识别匹配不同的结果,给出光纤链路的实时状态,并给网络状态的监控结果。
[0028] 在监控系统中,监控系统分别对各个用户的频率组合信号进行分解运算,得到各个用户数字形式的组合信号,在FPGA中已事先写入了频率组合的所有可能的逻辑结果,通过地址查找到相应的数据并进行判断,便能完成对光纤链路状态的判别。由于每条支路对应的逻辑结果均不相同,故当FPGA通过查表未能找到相匹配的脉冲序列时(在FPGA中对应相关的逻辑事件),则主干光纤路发生故障,所有支路均无数据传输;当FPGA未能匹配到某一逻辑结果时,则对应支路的某用户出现故障。
[0029] 本发明的网络装置,首先将光编码监控中本应在用户端完成编码的装置(布拉格光栅)移到远程节点处,也即地址标记分路器上。利用当前的集成技术,直接将光栅写在分路器的波导分支上,也符合器件集成化、微型化的趋势。由于该结构采用集成化的技术,编码功能在器件生产时便已完成,同时由于在客户端采用统一的反射装置,能大大降低施工现场的难度。光源采用激光器,省去了装置中滤波器等器件的使用,且功率大,噪声低,显然支持的链路长度更长,也更利于接收端对事件的检测。
[0030] 在波长标识法中,每个ONU端前面安装不同的波长反射器件,通过可调的OTDR(TOTDR)发射不同波长,进而对不同的ONU进行标识。显然,该方法需要在OUN端安装具有不同中心反射波长的布拉格光栅,相比于在OUN端使用同一规格的拉锥环,其成本会相对较大。再者,对于TOTDR有限的波长带宽,其所能分配出的波道数有限,也即所支持的用户数量极为有限。而本发明中的用户总数由激光器光源的波长数所能排出的组合决定。本发明的用户总数远大于现有技术中的用户数。同时,本发明采用不同的频率组合来分配并标识各用户,并且各用户端只需用同一拉锥环便可以完成对各频率脉冲组合的反射,因此能最大限度的减少用户端的费用。本发明的关键元器件为远程节点处的地址标记分路器。该器件优选利用紫外写入的波导光栅结构,基于二氧化硅波导上集成不同中心反射波长的布拉格光栅,能有效的完成对不同频率脉冲的自由组合,并能将不同的组合分配至支路用户中,从而完成对各支路的唯一的地址标识。光在通过分路器时完成标识。本发明采用无源光器件对光网络的链路状态进行监控,能利用较少数量的监测光源监控较大容量的用户。
[0031] 下面例举一实施例。本实施例中以波导光栅为例,所述的布拉格光栅集成在波导光栅分路器的各分支波导上,且每个分支波导上利用紫外写入的方法写入单个或多个级联的布拉格光栅。本实施例采用在波导上集成单个或级联光栅来完成对各脉冲信号的组合,并将其分配至各支路光纤中。
[0032] 如图1所示,一种含地址标记分路器的无源光网络链路监测系统中,以32用户数量为例,在各波导分支上写入的布拉格光栅共有6种不同的中心反射波长,这6种不同的中心反射波长对应6台激光器光源各自的出射波长,将这6种不同的布拉格光栅按照排列组合的方式分配至各波导支路中可形成63个不同的组合方式,也即可以完成对63个波导支路的有效标识。本方案中我们选取63种组合中的32种。
[0033] 由6个带内调制驱动的激光器光源同时发出波长(频率)各不相同的6种脉冲信号,经1X6波分复用器后,组合为I路信号,再经过掺铒光纤放大器(文中简称:EDFA)光发大器放大后,输入光环形器的第一端口,并从光环形器的第二端口输出,送至主干光纤中;在远程节点处,由波导光栅分路器分光后,脉冲信号被均分为32个子脉冲信号,每个子脉冲信号都包含相同的6种频率分量,由每一路写入的单个或级联的布拉格光栅决定反射回的频率分量,通过波导光栅分路器后的脉冲信号会形成包含32个不同频率分量组合,并分别下路至32个不同的分支波导中,到达ONU端后,由用户端处的光纤布拉格光栅反射回主干光纤中,经由光环形器的第二端口输入,第三端口输出;经过1X6波分解复用器后将各频率分量分别提取并送至6个光接收机中,经光接收机将光信号转换为FPGA能处理的电信号,并在FPGA中进行状态识别运算,完成对网络状态的判定。
[0034] 本实施例中的波导光栅分路器的制作方法为,在1X32平面波导分路器的各分支波导上,分别利用紫外写入的方法制备布拉格光栅,每个分支波导上写入一个或多个级联的光栅,完成对6个频率的自由组合与分配。本实施例中,为了最终FPGA做识别的方便,选择63个组合中的32个频率组合,也即最终下路到32个支路链路中,并在OUN端作反射的频
率分里组合为:'[入I,入2,入3,入4,入5,入6^、{入1入2,入1入3,入1入4,X1X5, X1X6iX2X3,入2入4,入2入5,入2入6;入3入4,入3入5,入3入6;入4入5,入4入6;入5入J及{入I入2入3,入1入2入4,^
I入2入5,入1入2入6;入2入3入4,入2入3入5,入2入3入6;入3入4入5,入3入4入6;入4入5入6;入2入5入J。
以分量\ !为例,也即在平面波导分路器的32路中某一分路波导上写入级联的中心反射波长为入2,入3,入4,入5,入6的5个布拉格光栅,频率分量中的入2,入3,入4,入5,X 6将在分路器处被反射回监控系统中;分量组合入2 X5X6则需在某一分路波导上写入级联的中心反射波长为X1, A 3, X 4的3个布拉格光栅。
[0035] 网络用户数量直接与所用激光器光源的数量(波长数)决定,由排列组合原理可得
P
出,网络用户数量n与激光器光源数量p的关系可表示为:n = Yfv,其中q为每路波导上
q=0
写入布拉格光栅的数量。例如,P=5,即所用光源阵列中包含5个不同的波长,q=5,贝綱络用户数量n=31。值得提出的是,鉴于波导有限的长度及工艺制作难度的限制,不可能在有限的波导长度上写入较大数量的布拉格光栅,因此q值不宜过大。
[0036] 在FPGA中,识别算法需要事先输入网络状态的所有结果,再将返回的结果与各个状态进行匹配,从而判别出网络的状态。为了便于说明,取4支路的各种返回结果进行阐述。4支路支路光纤的长度分别为L1, L2, L3, L4,在事先不得知四者关系的情况下,其所有大小关系共有45种,包括任意三者距离相等,任意二者距离相等,四者距离相等及四者均不相等等情况。当距离相等时表明在时域上会有频率组合发生重叠。例如第一组返回的组合脉冲信号应包含22个X i,18个X 2,20个入3及21个X 4、X 5、X 6,且在时域上完全重叠。实际应用中,当得知每个用户下路光纤的具体长度时,FPGA做识别的算法将大为简化。
[0037] 图2为第一组返回至监控系统中的脉冲组合监测信号,如果在FPGA中检测到该状态,则表明光纤主干线处于正常状态。图中^表示脉冲叠加的高度。
[0038] 图3为4支路波导光栅分路器光栅与用户端的结构示意图,32支路依此类推。其中,ONU端统一使用拉锥环,能同时反射6个监测波长的布拉格光栅。分路器到OUN端下路光纤的长度分别为=L1, L2, L3, L4。
[0039] 图4为基于4支路波导光栅分路器在各支路中的返回脉冲信号组合在FPGA中的识别状态示意图,当支路中有一种状态与45种状态之一匹配时,表明该支路处于正常工作状态。图中的数字1、2分别表示波长为X2的脉冲,(1,2)表示同时包含U1, AJ的脉冲,(3,4,5)则表示同时包含|>3,入4,入5}的脉冲。该图指明了各分量脉冲在该脉冲序列中应处于的先后位置(时域上),将这些状态事件事先写入到FPGA当中,便可以完成对整个网络状态的识别。

Claims (4)

1.一种含地址标记分路器的无源光网络链路监测系统,其特征在于,该监测系统包括监控系统、中心局、主干光纤、具有地址标记的分路器、波分复用器和用户端,监控系统和中心局分别通过波分复用器与主干光纤连接,主干光纤与分路器连接,分路器通过熔融拉锥环与用户端连接。
2.根据权利要求1所述的含地址标记分路器的无源光网络链路监测系统,其特征在于,所述的监控系统包括带内调制驱动的P个不同波长的激光器光源、IXp波分复用器、光放大器、IXp波分解复用器、p台光接收机、现场可编程门阵列,以及带有第一端口、第二端口和第三端口的光环形器,激光器光源由IXp波分复用器经光放大器与光环形器的第一端口连接,光环形器的第二端口与波分复用器连接,光环形器的第三端口与I Xp波分解复用器连接,I Xp波分解复用器的p个端口分别与p台光接收机连接,各光接收机分别与现场可编程门阵列连接;P为正整数。
3.根据权利要求1所述的含地址标记分路器的无源光网络链路监测系统,其特征在于,所述的分路器用于实现对光信号的分路功能,同时实现对各路光信号的标记;所述的分路器采用以下结构:利用干法刻蚀制作的分布式反馈结构,或者利用紫外写入的波导光栅结构,或者光子晶体谐振腔结构,或者微环谐振器结构。
4.一种权利要求1所述的含地址标记分路器的无源光网络链路监测系统的监控方法,其特征在于:该监控方法包括以下过程: 建立监控系统:将中心局通过波分复用器与主干光纤连接,将监控系统通过波分复用器与主干光纤连接,主干光纤与分路器连接,分路器通过熔融拉锥环与用户端连接,该拉锥环安装在用户端处,拉锥环通过熔融拉锥的方法形成具备反射功能的环,该拉锥环通过拉锥控制不同比例的耦合能量,将部分能量的监测波长及数据波长信号经所在支路反射回来,并通过主干光纤和光环形器返回至监控系统中进行识别; 监控过程:监控系统发出监测光信号,监测光信号经分路器分光后,进入与各用户端连接的含有熔融拉锥环的光纤支路中,且各光纤支路中包含的监测信号的频率分量组合均不相同,实现对各支路的标识,各光纤支路收到的不同监测光信号经过用户端的拉锥环反射后,依次通过分路器、主干光纤和波分复用器,返回至监控系统中进行检测;监控系统对各个用户端反射回的监测光信号在接收端完成光电转换,并在现场可编程门阵列中完成网络状态识别测算,监控系统通过识别匹配不同的结果,给出光纤链路的实时状态,并给出网络状态的监控结果。
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