CN104009791A

CN104009791A - 基于无源光网络间资源共享的交叉保护系统

Info

Publication number: CN104009791A
Application number: CN201410211326.9A
Authority: CN
Inventors: 李军; 毕美华; 何浩; 张阔; 郭梓栋; 胡卫生
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2014-05-19
Filing date: 2014-05-19
Publication date: 2014-08-27

Abstract

本发明提供了一种基于无源光网络间资源共享的交叉保护系统，包括相连的光线路系统和若干个无源光网络系统，其中无源光网络系统包括远端节点、若干条分布式光纤、若干个光网络单元和若干个无线用户单元，所述远端节点通过分布式光纤分别连接所述光网络单元和所述无线用户单元，还包括：保护光纤，其中，一个无源光网络系统的远端节点通过保护光纤连接另一个无源光网络系统中的光网络单元和无线用户单元。本发明利用中心局端各个无源光网络之间的资源共享特性，仅需在远端节点铺设额外的分布式光纤连接至其它无源光网络中的光网络单元和无线用户单元上，即能够对传统无源光网络中的光网络单元和无线用户单元进行保护。

Description

基于无源光网络间资源共享的交叉保护系统

技术领域

本发明涉及光通信技术领域的保护机制，具体地，涉及一种基于无源光网络间资源共享的交叉保护系统。

背景技术

随着智能手机、平板等移动终端以及高清视频通话等新型业务的出现，移动用户的数据量呈现剧烈增长的趋势。传统无线基站的容量已经不能满足快速增长的用户数据需求。因此，需要更高带宽、更高速率以及更加灵活的无线接入网络。由于受到无线频带的制约以及无线信道对射频信号的极大衰减，传统依靠射频技术提高无线基站到中心局端的链路速率已经不能满足要求。而光纤链路具有信道特性稳定、低损耗、高容量等特点，在固定用户接入以及核心网中已经得到广泛应用。结合光纤链路大容量特性和无线接入的灵活性，给移动用户提供更高速率的移动接入服务正受到越来越多的关注。

传统无线基站接收到用户数据后，直接将承载数据的射频信号调制到光上，通过光纤将数据回传至中心局端。由于传输的是模拟信号，因而对光器件的带宽有比较高的要求，同时受光纤非线性影响比较严重。数字RoF(Radio over Fiber)技术将无线基站接收到的射频信号进行采样之后再传输，极大减少了光纤链路非线性的影响。华为等公司联合推出了通用公共无线接口(CPRI),同样采用数字的方式来传输无线基带信号。在数字传输方式中，无线基带信号需经过采样后传输，因此进一步增加了光纤链路的传输速率。

在光接入网中，ITU/FSAN于2012年4月确定时分和波分复用的无源光网络(TWDM-PON)为NG-PON2标准的主要方案。该方案在兼容传统无源光网络的基础上，提高上下行链路速率至40Gb/s，可以实现更高速率的固定用户接入。将TWDM-PON与无线接入相结合，能极大的提高无线基站到中心局端的传输速率；在整个光无线融合接入系统中，对馈线和分布式光纤进行保护是相当有必要的。特别是对于无线基站服务的移动用户而言，一旦光纤出现故障将会造成大量用户的服务中断。在标准化方面，ITU-T在G.983.1中定义了三种保护类型方式：A类型仅仅保护馈线式光纤；B类型对光线路终端(OLT)和馈线式光纤同时进行保护；C类型提供两根完全冗余的光纤链路进行保护。

随着无源光网络的发展，2012年ITU-T又发布了G.Sup51标准，提出了N：1的保护方式。在2014年的光通信会议Optical Fiber Communication OFC上，爱尔兰Dublin大学对长距离无源光网络中的N：1保护机制进行了优化，采用共享光线路终端的方式减少了冗余光线路终端的数量；日本三菱公司对TWDM-PON系统中的B类型保护机制进行了实验研究，实现了25.7毫秒的保护切换时间。本发明提出的保护系统利用无源光网络间资源共享的特性,在发生故障时，用户可以接入到其它无源光网络中进行通信。相比于传统保护方式而言，避免了在光线路终端安装光开关，仅仅在用户侧安装光开关即可完成对用户的保护。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于无源光网络间资源共享的交叉保护系统。本发明提出的保护机制，利用了各个无源光网络间的资源共享特性，同时基于波长路由器实现了各个PON(Passive Optical Network，无源光网络)之间的交叉保护,减少了OLT端(Optical Line Terminal，光线路终端)保护倒换的必要性，减少了传统保护机制中重新铺设冗余馈线光纤的必要性；其次，可调谐下行数据发射模块之间具有共享机制，即任何一个无源光网络都可以接入到任意一个可调谐发射模块上；通过上层的调度和管理，当发现某一个无源光网络出现故障时即可以立即通过其它无源光网络中的资源进行替代。

根据本发明提供的一种基于无源光网络间资源共享的交叉保护系统，包括相连的光线路系统和若干个无源光网络系统，其中无源光网络系统包括远端节点、若干条分布式光纤、若干个光网络单元和若干个无线用户单元，所述远端节点通过分布式光纤分别连接所述光网络单元和所述无线用户单元，还包括：保护光纤，其中，一个无源光网络系统的远端节点通过保护光纤连接另一个无源光网络系统中的光网络单元和无线用户单元。

优选地，光线路系统包括光线路终端、多个可调谐下行数据发射模块、多个第一光电探测器、第一光波分复用器、第二光波分复用器、色散管理器件、波长路由器、光放大器、馈线式光纤以及第一光环形器；

其中，所述第一光波分复用器通过多个并联的多个可调谐下行数据发射模块连接所述光线路终端；所述第二光波分复用器通过所述多个并联的第一光电探测器连接所述光线路终端；所述第一光环形器的第一端通过所述波长路由器连接所述第一光波分复用器，所述第一光环形器的第三端通过所述色散管理器件连接所述第二光波分复用器；所述第一光环形器的第二端依次通过光放大器、馈线式光纤连接所述远端节点。

优选地，所述远端节点包括一级分光器件和二级分光器件；其中一级分光器件连接无线用户单元且通过保护光纤连接另一个无源光网络系统中的光网络单元和无线用户单元；二级分光器件一端连接一级分光器件，另一端通过分布式光纤连接光网络单元。

优选地，所述无线用户单元包括第一光开关、第一控制模块、第二光环形器、第一光可调滤波器、第二光电探测器、第一可调发射模块和射频模块；第一光开关的第三端连接第二光环形器的第一端；第二光环形器的第二端依次通过第一光可调滤波器、第二光电探测器连接射频单元；第一可调发射模块与第二光环形器的第三端相连；第二光电探测器连接第一控制模块，第一控制模块控制第一光开关的第三端在连接至第一端或者连接至第二端间进行切换，第一光开关的第一端连接所述分布式光纤，第一光开关的第二端连接所述保护光纤。

优选地，所述光网络单元包括第二光开关、第三光环形器、第二光可调滤波器、第三光电探测器、下行数据处理模块以及第二控制模块；第二光开关的第三端连接第三光环形器的第一端；第三光环形器的第二端依次通过第二光可调滤波器、第三光电探测器连接下行数据处理模块相连；第二可调发射模块与第三光环形器的第三端相连；第三光电探测器连接第二控制模块，第二控制模块控制第二光开关的第三端在连接至第一端或者连接至第二端间进行切换，第二光开关的第一端连接所述分布式光纤，第二光开关的第二端连接所述保护光纤。

优选地，可调谐下行数据发射模块的波长调节范围为4至4n个波长，其中n为大于1的自然数。

优选地，可调谐下行数据发射模块采用外调制或者直接调制。

优选地，光分布式光纤和馈线式光纤的总长度为5km到100km。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明利用中心局端各个无源光网络之间的资源共享特性，仅需在远端节点铺设额外的分布式光纤连接至其它无源光网络中的光网络单元和无线用户单元上，即能够对传统无源光网络中的光网络单元和无线用户单元进行保护；本发明相比于传统的保护方式而言，减少了馈线式光纤的铺设，节约了成本。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的结构原理示意图；

图2为本发明中无线用户单元的结构原理图；

图3为本发明中光网络单元的结构原理图；

图4为本发明中保护机制的示意图。

图中：

1为光环形器；

2为光放大器；

3为馈线式光纤；

4为一级分光器件；

5为分布式光纤；

6为保护光纤；

7为二级分光器件

8为第一光开关；

9为第二光开关。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在本实施例中，如图1所示，本发明提供的基于无源光网络间资源共享的交叉保护系统包括相连的光线路系统和若干个无源光网络系统，其中无源光网络系统包括远端节点、若干条分布式光纤5、若干个光网络单元和若干个无线用户单元，所述远端节点通过分布式光纤5分别连接所述光网络单元和所述无线用户单元，还包括：保护光纤6，其中，一个无源光网络系统的远端节点通过保护光纤6连接另一个无源光网络系统光中的网络单元和无线用户单元，从而实现对其它无源光网络中的光网络单元和无线用户单元进行保护。

光线路系统包括光线路终端、多个可调谐下行数据发射模块、多个第一光电探测器、第一光波分复用器、第二光波分复用器、色散管理器件、波长路由器、光放大器2、馈线式光纤3以及第一光环形器；其中，所述第一光波分复用器一端通过多个并联的多个可调谐下行数据发射模块连接所述光线路终端；所述第二光波分复用器通过所述多个并联的第一光电探测器连接所述光线路终端；所述第一光环形器的第一端通过所述波长路由器连接所述第一光波分复用器，所述第一光环形器的第三端通过所述色散管理器件连接所述第二光波分复用器；所述第一光环形器的第二端依次通过光放大器2、馈线式光纤3连接所述远端节点。所述光线路终端通过可调谐下行数据发射模块和波长路由器，可以实现多个PON(无源光网络)间资源(例如波长)的共享，即某个无源光网络中需要使用的波长可以由其它子系统中的可调谐下行数据发射模块提供。因此，当某一个无源光网络发生故障时，可以通过波长路由器的特性由其它无源光网络对发生故障的PON进行服务。可调谐下行数据发射模块具有波长调谐功能，即可以根据需要改变发射的波长，波长调节范围为4个波长或8个波长。可调谐下行数据发射模块采用外调制或者直接调制。波长路由器可以实现波长路由功能，为各个无源光网络之间的保护机制提供必要的光路。分布式光纤5和馈线式光纤3的总长度为5km到100km。例如20km、40km、60km、80km或者100km。

可调谐下行数据发射模块用于将上层数据进行电光转换传输，并能根据实际需要改变发射波长。可调谐发射模块的波长调节范围在4个波长、8个波长或者更多,具体取值需要考虑实际需要以及成本等因素。第一光波分复用器用于将下行多个波长复用在一起进行传输。波长路由器用于对多个无源光网络中的多个下行波长进行波长路由，实现波长的灵活动态调度。波长路由器端口数为4×4、8×8、16×16、32×32或更多的端口，用以实现各个无源光网络之间的资源共享，其实现方式可以为阵列波导光栅路由器(AWGR)、微电子机械系统(MEMS)、基于光开关的交换以及其它可以实现波长交换路由等功能的器件。色散管理器件用于对上行信号的啁啾抑制和管理，以提高上行光功率预算。色散管理器件主要适用于上行采用直接调制激光器的方式；当采用外调制时,由于没有啁啾和色散的相互作用,因此不需要色散管理模块。第二光波分复用器用于对多个上行波长进行解复用。第一光环形器的第二端依次通过光放大器2、馈线式光纤连接至远端节点；所述远端节点通过分布式光纤5连接至光网络单元和无线用户单元。其中，远端节点包括一级分光器件4和二级分光器件7。一级分光器件4和二级分光器件7均包括光分路器和光合路器。光分路器用于下行数据信号的分发，用以将下行数据信号通过分布式光纤5分发给与之相连的各个光网络单元和无线用户单元。同时，不同光网络单元和无线用户单元的不同波长的上行数据信号通过分布式光纤5由光合路器耦合，耦合后的上行数据信号通过馈线式光纤3回传至中心局端。一级分光器件4通过分布式光纤5直接连接至无线用户单元。二级分光器件7一端连接一级分光器件4，另一端通过分布式光纤5连接至各个光网络单元。

其中，如图2所示，无线用户单元包括第一光开关8、第一控制模块、第二光环形器、第一光可调滤波器、第二光电探测器、第一可调发射模块和射频模块；第一光开关8的第三端连接第二光环形器的第一端；第二光环形器的第二端依次通过第一光可调滤波器、第二光电探测器连接射频单元依次相连，从而将下行接收到的数字信号转换成模拟信号后发射出去。第二光电探测器连接第一控制模块，第一控制模块控制第一光开关8的第三端在连接至第一端或者连接至第二端间进行切换，第一光开关8的第一端连接所述分布式光纤5，第一光开关8的第二端连接所述保护光纤6。第一可调发射模块与第二光环形器的第三端相连，从而将无线上的数据进行光纤传输。第一控制模块用于控制光开关的状态，实现对无线用户单元的保护。

如图3所示，所述光网络单元包括第二光开关9、第三光环形器、第二光可调滤波器、第三光电探测器、下行数据处理模块以及第二控制模块；第二光开关9的第三端连接第三光环形器的第一端；第三光环形器的第二端依次通过第二光可调滤波器、第三光电探测器连接下行数据处理模块相连，从而进行下行信号的接收和处理；第三光电探测器连接第二控制模块，第二控制模块控制第二光开关9的第三端在连接至第一端或者连接至第二端间进行切换，第二光开关9的第一端连接所述分布式光纤5，第二光开关9的第二端连接所述保护光纤6。第二可调发射模块与第三光环形器的第三端相连，从而进行上行数据的传输。第二控制模块用于控制光开关的状态，实现对光网络单元的保护。

具体地，当某一个无源光网络中的馈线式光纤或者分布式光纤5出现故障时，如图4所示。此时，光网络单元和无线用户单元中的光电探测器将检测不到光信号。光网络单元和无线用户单元中的控制模块进而将光开关连接至2端口上，通过保护光纤6、另一个无源光网络中的远端节点、馈线式光纤连接至光线路终端。同时，该无源光网络中的光线路终端检测不到上行信号，进而通过改变可调谐下行发射模块的波长，利用波长路由器的波长路由功能，重新给该无源光网络中的光网络单元和无线用户单元提供光路进行服务。传统保护机制需要额外铺设馈线式光纤以实现对整个用户的保护。相比于传统保护方式而言，该方案不需要铺设额外的馈线式保护光纤，节约了成本；另一方面，通过灵活的波长管理，实现了整个网络资源的合理分配。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims

1.一种基于无源光网络间资源共享的交叉保护系统，包括相连的光线路系统和若干个无源光网络系统，其中无源光网络系统包括远端节点、若干条分布式光纤、若干个光网络单元和若干个无线用户单元，所述远端节点通过分布式光纤分别连接所述光网络单元和所述无线用户单元，其特征在于，还包括：保护光纤，

其中，一个无源光网络系统的远端节点通过保护光纤连接另一个无源光网络系统中的光网络单元和无线用户单元。

2.根据权利要求1所述的基于无源光网络间资源共享的交叉保护系统，其特征在于，光线路系统包括光线路终端、多个可调谐下行数据发射模块、多个第一光电探测器、第一光波分复用器、第二光波分复用器、色散管理器件、波长路由器、光放大器、馈线式光纤以及第一光环形器；

3.根据权利要求2所述的基于无源光网络间资源共享的交叉保护系统，其特征在于，所述远端节点包括一级分光器件和二级分光器件；其中一级分光器件连接无线用户单元且通过保护光纤连接另一个无源光网络系统中的光网络单元和无线用户单元；二级分光器件一端连接一级分光器件，另一端通过分布式光纤连接光网络单元。

4.根据权利要求2所述的基于无源光网络间资源共享的交叉保护系统，其特征在于，所述无线用户单元包括第一光开关、第一控制模块、第二光环形器、第一光可调滤波器、第二光电探测器、第一可调发射模块和射频模块；第一光开关的第三端连接第二光环形器的第一端；第二光环形器的第二端依次通过第一光可调滤波器、第二光电探测器连接射频单元；第一可调发射模块与第二光环形器的第三端相连；第二光电探测器连接第一控制模块，第一控制模块控制第一光开关的第三端在连接至第一端或者连接至第二端间进行切换，第一光开关的第一端连接所述分布式光纤，第一光开关的第二端连接所述保护光纤。

5.根据权利要求2或4所述的基于无源光网络间资源共享的交叉保护系统，其特征在于，所述光网络单元包括第二光开关、第三光环形器、第二光可调滤波器、第三光电探测器、下行数据处理模块以及第二控制模块；第二光开关的第三端连接第三光环形器的第一端；第三光环形器的第二端依次通过第二光可调滤波器、第三光电探测器连接下行数据处理模块相连；第二可调发射模块与第三光环形器的第三端相连；第三光电探测器连接第二控制模块，第二控制模块控制第二光开关的第三端在连接至第一端或者连接至第二端间进行切换，第二光开关的第一端连接所述分布式光纤，第二光开关的第二端连接所述保护光纤。

6.根据权利要求2所述的基于无源光网络间资源共享的交叉保护系统，其特征在于，可调谐下行数据发射模块的波长调节范围为4至4n个波长，其中n为大于1的自然数。

7.根据权利要求2所述的基于无源光网络间资源共享的交叉保护系统，其特征在于，波长路由器的端口数为4n×4n,可以连接4n个无源光网络系统，其中n为大于1的自然数。

8.根据权利要求2所述的基于无源光网络间资源共享的交叉保护系统，其特征在于，可调谐下行数据发射模块采用外调制或者直接调制。

9.根据权利要求2所述的基于无源光网络间资源共享的交叉保护系统，其特征在于，光分布式光纤和馈线式光纤的总长度为5km到100km。