CN104301028A - 一种基于单纤多环相切式波分复用光网络系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于单纤多环相切式波分复用光网络系统，属于光纤通信技术领域。本发明的基于单纤多环相切式波分复用光网络系统包括由光线路终端OLT通过一根光纤连接M个远端节点RN形成的主环，以及以主环上至少两个远端节点RN为切点通过光纤与N个远端节点RN相连构成的子环，所述的每个远端节点RN通过分布光纤连接有光网络单元ONU。当馈线光纤的某一段出现故障时，采用光开关和光环形器的组合实现信号在多环系统中沿顺时针或逆时针传输到达各远端节点RN中光线路终端，及时为信号传输寻找新的路径，实现对系统的保护，波长的动态调度和规模的扩展功能。

Description

一种基于单纤多环相切式波分复用光网络系统

技术领域

本发明涉及一种基于单纤多环相切式波分复用光网络系统，属于光纤通信技术领域。

背景技术

波分复用技术能在不改变光网络物理设备的情况下通过增加单根光纤中所承载的波长数量实现系统带宽升级，提高网络传输容量，实现虚拟的点对点信息传输，各用户使用网络所提供的专用波长进行信息传输，不共享信息，从而有效防止信息泄露，具有较好的安全性，在光通信领域中拥有广阔的应用前景，尤其是在光接入网中，相比于基于时分复用技术的光接入网技术，具有巨大的优势，被认为是未来光接入网技术升级换代的极佳选择。目前对波分复用技术在接入网领域的研究主要是基于静态波长分配的类型，波长在RN中向光网络单元ONU侧的下路是固定的，在用户需求变动时，不能通过调整实现系统内部波长的动态调度，因此在用户变动或增减时，给系统的带宽重新分配带来不便。同时，光接入网拓扑主要是以星形、树形等基本拓扑为主，而网络具有极高的传输速率，当出现故障时，在尽可能短的时间内为已中断的业务寻找新的传输路由和自愈方案是十分重要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于单纤多环相切式波分复用光网络系统，以解决目前波分复用光网络系统由于其拓扑结构导致的系统难以扩展和可靠性低的问题。

本发明的技术方案是：一种基于单纤多环相切式波分复用光网络系统,该网络系统包括由光线路终端OLT通过一根光纤连接M个远端节点RN形成的主环，以及以主环上至少两个远端节点RN为切点通过光纤与N个远端节点RN相连构成的子环，所述的每个远端节点RN通过分布光纤连接有光网络单元ONU。

所述的光线路终端OLT包括一组发射机、一组接收机、发射阵列波导光栅、接收阵列波导光栅、光环形器和光耦合器，发射机和接收机分别通过发射阵列波导光栅和接收阵列波导光栅连接到光环形器，光环形器连接到光耦合器，光耦合器通过开关连接至主环光纤。

所述切点远端节点装置包括有用于将光信号分成三路的光分配器和用于与光网络单元连接的阵列波导光栅，所述光分配器的输入端通过光开关连接至主环光纤，所述光分配器一个输出端与波导光栅相连，另外两个输出端通过相应的光环形器或光耦合器分别与主环光纤和子环光纤连接。

所述光分配器的三个输出端中至少一个输出支路上设置有波长阻断器，用于滤除不属于本路所需波长的信号。

所述光分配器与子环光纤之间的传输支路上设置有两个并列的光环形器，所述的两个并列的光环形器的第一端口都通过第二光耦合器与光分配器的输出端相连，第二端口都分别通过相应的光开关连接至子环光纤，其中一个光环形器的第一端口与第二光耦合器之间串接有通断光开关。

所述的光分配器为第一光耦合器，第一光耦合器的输入端通过第一光环形器连接至光开关。

所述的远端节点装置包括将光信号分成两路的第一光耦合器和与光网络单元ONU连接的阵列波导光栅，所述第一光耦合器的输入端通过光开关连接至环形光纤网络，所述第一光耦合器的一个输出端与阵列波导光栅相连，另外一个输出端通过第一光环形器与环形光纤网络连接。

所述第一光耦合器的输出端和第一光环形器的第一端口之间设置有波长阻断器，用于滤除属于与本远端节点相连的光网络单元所接收的信号。

所述的第一光耦合器输出端和波导光栅之间设置有第二光环形器，所述第二光环形器的第一端口与第一光耦合器的输出端相连，第二端口与阵列波导光栅相连。

所述的远端节点装置还设置有第三光环形器，该第三光环形器的第二端通过光开关与环形光纤网络连接，第三端与第一光耦合器的输入端相连。

本发明的有益效果是：本发明将相切环结构引入到波分复用无源光系统中，通过本发明的基于单纤多环相切式波分复用光网络系统包括由光线路终端OLT通过一根光纤连接M个远端节点RN形成的主环，以及以主环上至少两个远端节点RN为切点通过光纤与N个远端节点RN相连构成的子环，所述的每个远端节点RN通过分布光纤连接有光网络单元ONU。当馈线光纤的某一段出现故障时，采用光开关和光环形器的组合实现信号在多环系统中沿顺时针或逆时针传输到达各远端节点RN下的光网络单元ONU，及时为信号传输寻找新的路径，实现对系统的保护，波长的动态调度和规模的扩展功能。

附图说明

图1为本发明波分复用光接入网光线路终端OLT结构示意图；

图2为本发明主环远端结点RN_m结构及其所连光网络单元ONU结构示意图；

图3为子环远端结点RN_mn及其所连光网络单元ONU内部结构示意图；

图4为正常工作模式下网络中信号传输示意图；

图5为主环馈线光纤第一类故障时网络中信号传输示意图；

图6为主环馈线光纤第二类故障时网络中信号传输示意图；

图7为子环馈线光纤故障时网络中信号传输示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

如图4所示，本发明的基于单纤多环相切式波分复用光网络系统包括主环和与主环相切的子环，主环是由光线路终端OLT通过一根单模光纤即主环馈线光纤连接M个主环远端结点RN形成环状结构构成，主环的每个远端结点RN通过分布光纤各连接k个光网络单元ONU，子环是由至少两个主环远端结点RN各自通过一根光纤连接N个子环远端结点RN形成环状结构，子环上的每个远端结点RN也通过分布光纤分别连接k个光网络单元ONU，这里为了方便说明，以RN_m为代表来统一说明主环远端结点的结构和其工作方式，以RN_mn为代表来统一说明子环远端结点的结构和其工作方式。下面分别对本发明中的光线路终端OLT、主环远端结点RN_m和子环远端节点RN_mn的结构进行和工作方式进行详细说明。

光线路终端OLT有(kM+kMN)个光发射机TX分别连接至各自的1×2光开关，再通过1×2光开关连接至第一阵列波导光栅AWG1和第二阵列波导光栅AWG2，(kM+kMN)个光接收机RX连接至第三阵列波导光栅AWG3———正常情况下，所有1×2光开关均置于上端口位置，第一、第二两个阵列波导光栅AWG的输出端分别连接第一掺铒光纤放大器EDFA1和第二掺铒光纤放大器EDFA2，第一掺铒光纤放大器EDFA1经第一光环形器分别连接至馈线光纤和光耦合器，第二掺铒光纤放大器EDFA2经第二光环形器分别连接至馈线光纤和光耦合器。在正常模式下，如图1所示，下行时，所述光线路终端OLT中(kM+kMN)个光发射机TX发送信号被第二阵列波导光栅AWG2合波，再经第二掺铒光纤放大器EDFA2和第二光环形器从其右端口输出，进入主环馈线光纤。

如图2所示，主环远端节点RN_m15，包括1个2×2光开关16，1个通断光开关30，2个波长阻断器WB27、28，第一～第五5个光环形器17、18、19、20、21，第一～第三3个光耦合器22、23、25和1个1×k阵列波导光栅AWG31。2×2光开关16左边两个端口连接主环馈线光纤，右边上方端口连接第一光环形器17的左侧端口，右边下方端口连接第五光环形器21下方端口；第一光环形器17左侧端口连接2×2光开关16右侧上方端口，上方端口连接第一光耦合器22左侧端口，下方端口连接第二光耦合器23左侧端口；第二光环形器18上方端口连接第一光耦合器22右侧中间端口，下方端口连接第二光耦合器23右侧第三端口，右侧端口连接阵列波导光栅AWG31上方端口；第三光环形器19左侧端口连接第三光耦合器25右侧上方端口，右侧端口与第二光耦合器23右侧第一端口连接，下方端口连接子环馈线光纤29；第四光环形器20左侧端口与通断光开关30下方端口连接，下方端口与子环馈线光纤37连接，右侧端口与第二光耦合器23右侧第二端口连接；第五光环形器21上方端口与第二光耦合器23右侧第四端口连接，右侧端口与第二波长阻断器WB228下方端口连接，下方端口与2×2光开关16右侧下方端口连接；第一光耦合器22左侧端口连接第一光环形器17上方端口，右边上方端口连接第一波长阻断器WB127左侧端口，右边中间端口连接第二光环形器18上方端口，右边下方端口连接第二波长阻断器WB228上方端口；第二光耦合器23左侧端口连接第一光环形器17下方端口，右边第一端口连接第三光环形器19右侧端口，右边第二端口连接第四光环形器20右侧端口，右边第三端口连接第二光环形器18下方端口，右边第四端口连接第五光环形器21上方端口；第三光耦合器25左侧端口连接第一波长阻断器WB127右侧端口，右侧上方端口连接第三光环形器19左侧端口，右侧下方端口连接通断光开关30上方端口；第一波长阻断器WB127左侧端口连接第一光耦合器22右边上方端口，右侧端口连接第三光耦合器25左侧端口；第二波长阻断器WB228上方端口与第一光耦合器22右侧下方端口连接，下方端口与第五光环形器21右侧端口连接；通断光开关30上方端口连接第三光耦合器25右边下侧端口，下方端口连接第四光环形器20左侧端口；阵列波导光栅AWG31通过k根分布光纤32连接k个光网络单元ONU33；每个光网络单元ONU33包括1个光耦合器34，1个接收机RX35，1个反射式半导体光放大器RSOA36，在光网络单元ONU33中下行信号通过光耦合器34将信号分别送至光接收机RX35和反射式半导体光放大器RSOA36中。

正常模式下，下行信号在主环馈线光纤中以顺时针方向传输，对于主环远端结点RN_m，下行信号从2×2光开关进入，经过第一光环形器之后，被第一光耦合器按功率比分成三部分，这里将这四部分信号称为信号A、信号B、信号C。信号A被第一波长阻断器WB1滤除属于主环用户使用的波长后，再依次通过第三光耦合器和第三光环形器后进入子环馈线光纤；信号B通过第二光环形器后被阵列波导光栅AWG按波长分路，相应的下行信号从阵列波导光栅AWG下方k个端口输出，并通过分布光纤到达相应的光网络单元ONU，通过光网络单元ONU中的光耦合器按功率分波后将一部分信号送入光接收机RX，将另一部分光信号送入反射式半导体光放大器RSOA，信号被擦除再重调制后沿原路返回主环远端结点RN_m中，再依次经过主环远端结点RN_m中的阵列波导光栅AWG、第二光环形器、第二光耦合器、第一光环形器和2×2光开关后回到主环馈线光纤并沿逆时针方向进行上行传输；信号C被第二波长阻断器WB2滤除属于主环远端结点RN_m的用户和与其连接的子环上的用户所使用的波长后，依次通过第五光环形器和2×2光开关后回到主环馈线光纤中，沿顺时针方向继续下行信号传输。

如图3所示，本实施例中的子环远端RN_mn44包括1个2×2光开关45，第一、第二和第三3个光环形器46、47、48，第一、第二2个光耦合器49、50以及1个1×k阵列波导光栅AWG51。2×2光开关45左侧两个端口连接子环馈线光纤38和39，右上侧端口连接第一光环形器46左侧端口，右下侧端口连接第三光环形器48左侧端口；第一光环形器46左侧端口连接2×2光开关45右上侧端口，下侧端口连接第二光耦合器50的上方端口，右侧端口连接第一光耦合器49的左侧端口；第二光环形器47上方端口连接第一光耦合器49右侧下方端口，右侧端口连接阵列波导光栅AWG51左侧端口，下方端口连接第二光耦合器50下方右侧端口；第三光环形器48左侧端口连接2×2光开关45右下侧端口，上方端口连接第二光耦合器50下方左侧端口，下方端口连接第一光耦合器49右侧上方端口；第一光耦合器49左侧端口连接第一光环形器46右侧端口，右侧上边端口连接第三光环形器48下方端口，右侧下边端口连接第二光环形器47上方端口；第二光耦合器50上方端口连接第一光环形器46下方端口，下方左侧端口连接第三光环形器48上方端口，下方右侧端口连接第二光环形器47下方端口；阵列波导光栅AWG51通过右侧k根分布光纤52连接k个光网络单元ONU53；每个光网络单元ONU53包括1个1×2光耦合器54，一个接收机RX55和一个反射式半导体光放大器RSOA56，在光网络单元ONU53中下行信号通过1×2光耦合器54将信号分别被送至光接收机RX55和反射式半导体光放大器RSOA56中。

对于子环远端结点RN_mn44，下行信号从2×2光开关45进入，经过第一光环形器46后，被第一光耦合器49按功率分成两部分，这两部分信号被称为信号X和信号Y。信号X经过第二光环形器47后，被阵列波导光栅AWG51以波长为参数进行分路，分路后的信号从相应端口输出，经过分布光纤52后进入相应光网络单元ONU53，下行信号被光网络单元ONU53中的光耦合器54按功率比分波后将一部分信号送入光接收机RX55直接接收，将另一部分光信号送入反射式半导体光放大器RSOA56，下行信号被反射式半导体光放大器RSOA56擦除有效信息再发射放大重调制后沿原路返回子环远端结点RN_mn44中，依次通过子环远端结点RN_mn44中的阵列波导光栅AWG51、第二光环形器47、第二光耦合器50、第一光环形器46、2×2光开关45后回到子环馈线光纤沿逆时针方向进行上行传输，当上行信号到达主环远端结点RN_m后，将依次通过RN_m中的第三光环形器19、第二光耦合器23、第一光环形器17和2×2光开关16后回到主环馈线光纤中，并沿逆时针方向进行上行传输，最终回到光线路终端OLT中并被相应的接收机RX接收。信号Y从从子环远端结点RN_mn的第一光耦合器输出后，经过第三光环形器和2×2光开关后回到子环馈线光纤中沿顺时针方向继续下行传输。

对于本发明的基于单纤多环相切式波分复用光网络系统而言，在主环馈线光纤和所有子环馈线光纤都正常的情况下，上行信号和下行信号传输方向如图4所示。

主环中下行信号传输方向为顺时针方向(实线箭头)：

OLT→RN₁→......→RN_m-1→RN_m→RN_m+1→......→RN_M

主环中上行信号传输方向为逆时针方向(虚线箭头)：

RN_M→......→RN_m+1→RN_m→RN_m-1→......→RN₁→OLT

子环下行信号传输方向为顺时针方向(实线箭头)：

OLT→RN₁→......→RN_m-1→RN_m→RN_m1→......→RN_m(n-1)→RN_mn→RN_m(n+1)→......→RN_mN

子环上行信号传输方向为逆时针方向(虚线箭头)：

RN_mN→......→RN_m(n+1)→RN_mn→RN_m(n-1)→......→RN_m1→RN_m→RN_m-1→......→RN₁→OLT

当主环馈线光纤14出现故障，如图5所示，相应的网络结点切换到保护模式下进行工作。光线路终端OLT1中全部1×2光开关4都将置于下端口位置，所有主环远端结点中的2×2光开关16都将至于交叉连接状态。

主环中下行信号传输方向为逆时针方向(实线箭头)：

OLT→RN_M→......→RN_m+1→RN_m→RN_m-1→......→RN₁

主环中上行信号传输方向为顺时针方向(虚线箭头)：

RN₁→......→RN_m-1→RN_m→RN_m+1→......→RN_M→OLT

子环下行信号传输方向为顺时针方向(实线箭头)：

OLT→RN_M→......→RN_m+1→RN_m→RN_m1→......→RN_m(n-1)→RN_mn→RN_m(n+1)→......→RN_mN

子环上行信号传输方向为逆时针方向(虚线箭头)：

RN_mN→......→RN_m(n+1)→RN_mn→RN_m(n-1)→......→RN_m1→RN_m→RN_m+1→......→RN_M→OLT

下行传输时，如图1所示，所述光线路终端OLT1的(kM+kMN)个光发射机TX2发送下行信号经过1×2光开关4、第一阵列波导光栅AWG15、第一掺铒光纤放大器EDFA18、第一光环形器11后进入主环馈线光纤13。如图5所示，下行信号在主环中沿逆时针方向传输。

当主环馈线光纤24出现故障，相应的网络结点切换到保护模式下进行工作。光线路终端OLT1中与附属于主环远端结点RN_M60—RN_m+159的用户使用的波长所应的光发射机TX2相连接的1×2光开关4将置于下端口位置，相应的主环远端结点RN_M60—RN_m+159中的2×2光开关16都将置于交叉连接状态。

主环中下行信号传输方向有顺时针和逆时针方向(实线箭头)：

OLT→RN₁→......→RN_m-1→RN_m

OLT→RN_M→......→RN_m+1

主环中上行信号传输方向有逆时针和顺时针方向(虚线箭头)：

RN_m→RN_m-1→......→RN₁→OLT

RN_m+1→......→RN_M→OLT

子环下行信号传输方向为顺时针方向(实线箭头)：

OLT→RN₁→......→RN_m-1→RN_m→RN_m1→......→RN_m(n-1)→RN_mn→RN_m(n+1)→......→RN_mN

子环上行信号传输方向为逆时针方向(虚线箭头)：

RN_mN→......→RN_m(n+1)→RN_mn→RN_m(n-1)→......→RN_m1→RN_m→RN_m-1→......→RN₁→OLT

如图7所示，当子环馈线光纤29出现故障，相应的网络结点切换到保护模式下进行工作。光线路终端OLT1中1×2光开关4将置于上端口位置，所有主环远端结点RN15、57、58、59、60中的2×2光开关16都将至于平行连接状态，主环远端结点RN_m15中的通断光开关30将置于闭合状态，与主环远端结点RN_m15相连接的子环远端结点RN40、41、42、43、44中的2×2光开关45都将置于交叉连接状态。

主环中下行信号传输方向为顺时针方向(实线箭头)：

OLT→RN₁→......→RN_m-1→RN_m→RN_m+1→......→RN_M

主环中上行信号传输方向为逆时针方向(虚线箭头)：

RN_M→......→RN_m+1→RN_m→RN_m-1→......→RN₁→OLT

子环下行信号传输方向为逆时针方向(实线箭头)：

OLT→RN₁→......→RN_m-1→RN_m→RN_mN→......→RN_m(n+1)→RN_mn→RN_m(n-1)→......→RN_m1

子环上行信号传输方向为顺时针方向(虚线箭头)：

RN_m1→......→RN_m(n-1)→RN_mn→RN_m(n+1)→......→RN_mN→RN_m→RN_m-1→......→RN₁→OLT

本发明在光线路终端OLT处设置与光发射机数量相同的(kM+kMN)个1×2光开关，通过1×2光开关的倒换使来自不同光发射机的下行信号在主环馈线光纤中可以独立地沿顺时针或逆时针方向传输并到各主环远端结点RN。当主环或子环的某一馈线光纤段出现故障时，网络将及时为信号传输寻找新的路径，实现对系统的保护。当主环馈线光纤出现故障时，可通过倒换光线路终端OLT中的1×2光开关与主环远端结点RN中的2×2光开关来实现下行信号在主环沿顺时针或逆时针传输到达各主环远端结点RN，完成对主环馈线光纤的保护。当子环馈线光纤出现故障时，可通过倒换主环远端结点RN中的通断光开关和子环远端结点中的2×2光开关来实现对子环馈线光纤的保护，可以实现下行信号在子环中沿顺时针或逆时针方向传输到达各子环远端结点RN，从而实现对网络各级结点的保护和网络规模的扩展。同理，通过各网络结点中光开关的倒换，相应的上行信号也能根据网络的具体情况在主环和各子环中进行逆时针或顺时针方向传输。

Claims (10)

1.一种基于单纤多环相切式波分复用光网络系统,其特征在于，该网络系统包括由光线路终端OLT通过一根光纤连接M个远端节点RN形成的主环，以及以主环上至少两个远端节点RN为切点通过光纤与N个远端节点RN相连构成的子环，所述的每个远端节点RN通过分布光纤连接有光网络单元ONU。

2.根据权利要求1所述的基于单纤多环相切式波分复用光网络系统，其特征在于，所述的光线路终端OLT包括一组发射机、一组接收机、发射阵列波导光栅、接收阵列波导光栅、光环形器和光耦合器，发射机和接收机分别通过发射阵列波导光栅和接收阵列波导光栅连接到光环形器，光环形器连接到光耦合器，光耦合器通过开关连接至主环光纤。

3.根据权利要求1所述的基于单纤多环相切式波分复用光网络系统，其特征在于，所述切点远端节点装置包括有用于将光信号分成三路的光分配器和用于与光网络单元连接的阵列波导光栅，所述光分配器的输入端通过光开关连接至主环光纤，所述光分配器一个输出端与波导光栅相连，另外两个输出端通过相应的光环形器或光耦合器分别与主环光纤和子环光纤连接。

4.根据权利要求3所述的基于单纤多环相切式波分复用光网络系统，其特征在于，所述光分配器的三个输出端中至少一个输出支路上设置有波长阻断器，用于滤除不属于本路所需波长的信号。

5.根据权利要求4所述的基于单纤多环相切式波分复用光网络系统，其特征在于，所述光分配器与子环光纤之间的传输支路上设置有两个并列的光环形器，所述的两个并列的光环形器的第一端口都通过第二光耦合器与光分配器的输出端相连，第二端口都分别通过相应的光开关连接至子环光纤，其中一个光环形器的第一端口与第二光耦合器之间串接有通断光开关。

6.根据权利要求5所述的基于单纤多环相切式波分复用光网络系统，其特征在于，所述的光分配器为第一光耦合器，第一光耦合器的输入端通过第一光环形器连接至光开关。

7.根据权利要求1所述的基于单纤多环相切式波分复用光网络系统，其特征在于，所述的远端节点装置包括将光信号分成两路的第一光耦合器和与光网络单元ONU连接的阵列波导光栅，所述第一光耦合器的输入端通过光开关连接至环形光纤网络，所述第一光耦合器的一个输出端与阵列波导光栅相连，另外一个输出端通过第一光环形器与环形光纤网络连接。

8.根据权利要求7所述的基于单纤多环相切式波分复用光网络系统，其特征在于，所述第一光耦合器的输出端和第一光环形器的第一端口之间设置有波长阻断器，用于滤除属于与本远端节点相连的光网络单元所接收的信号。

9.根据权利要求8所述的基于单纤多环相切式波分复用光网络系统，其特征在于，所述的第一光耦合器输出端和波导光栅之间设置有第二光环形器，所述第二光环形器的第一端口与第一光耦合器的输出端相连，第二端口与阵列波导光栅相连。

10.根据权利要求9所述的基于单纤多环相切式波分复用光网络系统，其特征在于，所述的远端节点装置还设置有第三光环形器，该第三光环形器的第二端通过光开关与环形光纤网络连接，第三端与第一光耦合器的输入端相连。