CN104540048A - 一种基于波分复用无源光网络wdm-pon的光纤、无线融合传感系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于波分复用无源光网络WDM-PON的光纤、无线融合传感系统及其工作方法，基于ZigBee的无线传感技术和具有反射特性的光纤布拉格光栅FBG传感器反射产生1550nm光纤传感信号，第一光网络单元ONU产生1310nm的上行光载波，与1550nm的光纤传感信号通过WDM-PON网络来承载，上行到数据库服务器统一存储，Web服务器上对传感数据进行发布，客户端设备通过Internet访问Web服务器，本发明不仅具有无线传感的低功耗、低成本、低速率的特点，而且兼并光纤传感的结构简单、适用性强、测量精度高、可复用性强的优势，结合WDM-PON网络进行数据传输，满足传输信号的稳定性和高速率。

Description

一种基于波分复用无源光网络WDM-PON的光纤、无线融合传感系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种基于波分复用无源光网络WDM-PON的光纤、无线融合传感系统及其工作方法，属于传感和光通信领域。

背景技术

光纤光栅传感器具有以下优点：灵敏度高，几何形状的可适应性高，可用于高温、高压、腐蚀性强的恶劣环境下，抗电磁干扰，易于接入光通信系统组成全光网络。无线传感系统具有低功率、低成本、低速率的特点。然而，光纤光栅传感器如果要增大测量范围和提高分辨率，就必须采用宽带大功率光源，才能提高系统信噪比，如果要提高检测灵敏度就必须要采用高性能的光谱仪或波长解调仪，这样一来，会增加系统成本。无线传感在强电磁干扰下可靠性不好，数据传输速率慢。把两种传感技术结合起来可以兼具二者的优势，对于物联网系统的信息采集部分提供了可行的实施方案。

有关基于波分复用无源光网络WDM-PON、各种传感技术的研究成果较多，而把无线传感与光纤传感通过波分复用无源光网络WDM-PON统一承载的研究内容却较少。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种基于波分复用无源光网络WDM-PON的光纤、无线融合传感系统；

本发明还公开了上述传感系统的工作方法；

光纤传感和无线传感两种异构系统的数据融合，两种传感数据基于波分复用无源光网络WDM-PON统一承载和传输，经过相应的处理存储到同一个数据库服务器里面，经由Web服务器统一发布。

本发明结合现有光纤传感系统、无线传感系统、波分复用无源光网络WDM-PON的优势，提供了一种基于波分复用无源光网络WDM-PON的光纤、无线融合传感系统，为物联网的实现提供可行的解决方案。

本发明的技术方案为：

一种基于波分复用无源光网络WDM-PON的光纤、无线融合传感系统，包括光纤布拉格光栅FBG传感器、第一光网络单元ONU、第一波长复用/解复用器WDM、ZigBee终端节点、ZigBee主节点、第二光网络单元ONU、光分配网络ODN、第二波长复用/解复用器WDM、放大自发辐射ASE光源、波长解调分析仪、光线路终端OLT、数据库服务器、Web服务器、客户端设备，所述ZigBee终端节点设有传感器，光分配网络ODN设有波长复用/解复用器WDM，所述光纤布拉格光栅FBG传感器、所述第一光网络单元ONU分别连接所述第一波长复用/解复用器WDM，所述ZigBee终端节点、所述ZigBee主节点、所述第二光网络单元ONU依次连接，所述第一波长复用/解复用器WDM、所述第二光网络单元ONU分别连接所述光分配网络ODN，所述光分配网络ODN连接所述第二波长复用/解复用器WDM，所述放大自发辐射ASE光源连接所述第二波长复用/解复用器WDM，所述第二波长复用/解复用器WDM分别连接所述波长解调分析仪和所述光线路终端OLT，所述波长解调分析仪和所述光线路终端OLT连接所述数据库服务器，所述数据库服务器、所述Web服务器、所述客户端设备依次连接。

根据本发明优选的，所述第一波长复用/解复用器WDM通过光纤连接所述光分配网络ODN，所述ZigBee主节点通过网线连接所述第二光网络单元ONU，所述光线路终端OLT通过网口连接所述数据库服务器，所述波长解调分析仪通过USB接口连接所述数据库服务器。

根据本发明优选的，所述光纤布拉格光栅FBG传感器用于发生反射产生光纤传感信号；所述第一光网络单元ONU用于产生上行光载波；所述第一波长复用/解复用器WDM及第二波长复用/解复用器WDM用于复用或解复用；所述ZigBee终端节点用于获取传感信息并把传感器信息发送到所述ZigBee主节点；所述ZigBee主节点用于接收传感信息并将传感信息上传至所述第二光网络单元ONU；所述第二光网络单元ONU用于将传感信息调制到1310nm的光载波上，产生无线传感信号；所述光分配网络ODN用于复用；所述放大自发辐射ASE光源用于产生C波段宽谱光，所述C波段宽谱光的波长范围为1525nm-1565nm；所述波长解调分析仪用于将不同的波长分离，将不同的波长的光信号转换成电信号，将电信号进行处理并通过USB接口与所述数据库服务器进行通信；所述光线路终端OLT一方面用于产生1490nm的下行光波，另一方面用于将承载ZigBee无线传感信号进行汇聚，按照一定的信号格式送入数据库服务器；所述数据库服务器用于统一存储光波；所述客户端设备用于Internet访问所述Web服务器来浏览传感数据。

根据本发明优选的，所述第一光网络单元ONU内设有激光二极管LD，所述激光二极管LD光源产生波长1310nm的上行光载波。

根据本发明优选的，所述波长解调分析仪包括光谱分析部分、探测阵列部分及电信号处理部分，所述光谱分析部分用于将不同的波长分离，所述探测阵列部分用于将不同的波长的光信号转换成电信号，所述电信号处理部分用于将电信号进行处理并通过USB接口与所述数据库服务器进行通信。

上述传感系统的工作方法，包括下行传输和上行传输，具体步骤包括：

下行传输，具体步骤包括：

(1)所述放大自发辐射ASE光源产生C波段宽谱光，所述C波段宽谱光的波长范围为1525nm-1565nm，所述光线路终端OLT产生1490nm的下行光波；

(2)步骤(1)产生的C波段宽谱光与波长为1490nm的下行光波通过所述第二复用/解复用器WDM复用到同一条光纤上，并传输至所述光分配网络ODN进行解复用，解复用后进入所述第一复用/解复用器WDM再一次进行解复用，解复用产生1550nm的复用光波和1490nm的复用光波；

(3)步骤(2)解复用产生的1550nm的复用光波进入所述光纤布拉格光栅FBG传感器，进入所述光纤布拉格光栅FBG传感器1550nm的复用光波发生反射，步骤(2)解复用产生的1490nm的复用光波下行到所述第一光网络单元ONU；

上行传输，具体步骤包括：

(4)所述光纤布拉格光栅FBG传感器中发生反射产生1550nm光纤传感信号，1550nm光纤传感信号与所述第一光网络单元ONU的1310nm的上行光载波通过所述第一复用/解复用器WDM进行复用，产生的信号发送至所述光分配网络ODN；

(5)所述ZigBee终端节点上设置的传感器获取传感信息并把传感器信息发送到所述ZigBee主节点，所述ZigBee主节点接收传感信息并将传感信息上传至所述第二光网络单元ONU，在所述第二光网络单元ONU内传感信息被调制到1310nm的光载波上，产生无线传感信号，无线传感信号、步骤(4)发送至所述光分配网络ODN的信号及其余的不同波长的光网络单元ONU的上行光波通过所述光分配网络ODN进行复用，复用后产生的光波发送至所述第二复用/解复用器WDM进行解复用，解复用产生的承载光纤传感信息的C波段光波输入所述波长解调分析仪，承载传感信息的光波直接进入所述光线路终端OLT；

(6)解复用产生的承载光纤传感信息的C波段光波通过所述波长解调分析仪转换成电信号，并发送至所述数据库服务器，所述数据库服务器将电信号转化为传感信息并存储，再发送至所述Web服务器，所述光线路终端OLT将承载传感信息的光波进行汇聚，并发送至所述数据库服务器，再发送至所述Web服务器，通过B/S架构进行网络发布，通过所述客户端设备Internet访问所述Web服务器来浏览传感数据。

ZigBee终端节点、ZigBee主节点采用满足IEEE 802.15.4标准的ZigBee无线技术。

泵浦光在掺铒光纤下发生自发辐射，因此，放大自发辐射ASE光源产生C波段宽谱光，所述C波段宽谱光的波长范围为1525nm-1565nm。

所述波长解调分析仪产生的电信号在所述数据库服务器上经过程序处理，在程序中根据传感原理把调制波长转化为传感信息，通过ADO(ActiveX Data Objects，ActiveX数据对象)技术把传感数据存储到数据库。

本发明的有益效果为：

本发明实现了无线传感数据与光纤传感数据基于WDM-PON网络的传输和在服务器的统一存储和发布，提供了可行的物联网实现方案，不仅具有无线传感的低功耗、低成本、低速率的特点，而且兼并光纤传感的结构简单、适用性强、测量精度高、可复用性强的优势，结合WDM-PON网络进行数据传输，满足传输信号的稳定性和高速率。

附图说明

图1是基于波分复用无源光网络WDM-PON的光纤、无线融合传感系统示意图；

其中，1、光纤布拉格光栅FBG传感器；2、第一光网络单元ONU；3、第一波长复用/解复用器WDM；4、ZigBee终端节点；5、ZigBee主节点；6、第二光网络单元ONU；7、光分配网络ODN；8、第二波长复用/解复用器WDM；9、放大自发辐射ASE光源；10、波长解调分析仪；11、光线路终端OLT；12、数据库服务器；13、Web服务器；14、客户端设备。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。

实施例1

一种基于波分复用无源光网络WDM-PON的光纤、无线融合传感系统，包括光纤布拉格光栅FBG传感器1、第一光网络单元ONU 2、第一波长复用/解复用器WDM 3、ZigBee终端节点4、ZigBee主节点5、第二光网络单元ONU 6、光分配网络ODN 7、第二波长复用/解复用器WDM 8、放大自发辐射ASE光源9、波长解调分析仪10、光线路终端OLT 11、数据库服务器12、Web服务器13、客户端设备14，所述ZigBee终端节点4设有传感器，光分配网络ODN 7设有波长复用/解复用器WDM，所述光纤布拉格光栅FBG传感器1、所述第一光网络单元ONU 2分别连接所述第一波长复用/解复用器WDM 3，所述ZigBee终端节点4、所述ZigBee主节点5、所述第二光网络单元ONU 6依次连接，所述第一波长复用/解复用器WDM 3、所述第二光网络单元ONU 6分别连接所述光分配网络ODN 7，所述光分配网络ODN 7连接所述第二波长复用/解复用器WDM 8，所述放大自发辐射ASE光源9连接所述第二波长复用/解复用器WDM 8，所述第二波长复用/解复用器WDM 8分别连接所述波长解调分析仪10和所述光线路终端OLT 11，所述波长解调分析仪10和所述光线路终端OLT 11连接所述数据库服务器12，所述数据库服务器12、所述Web服务器13、所述客户端设备14依次连接。

所述第一波长复用/解复用器WDM 3通过光纤连接所述光分配网络ODN 7，所述ZigBee主节点5通过网线连接所述第二光网络单元ONU 6，所述光线路终端OLT 11通过网口连接所述数据库服务器12，所述波长解调分析仪10通过USB接口连接所述数据库服务器12。

所述光纤布拉格光栅FBG传感器1用于发生反射产生光纤传感信号；所述第一光网络单元ONU 2用于产生上行光载波；所述第一波长复用/解复用器WDM 3及第二波长复用/解复用器WDM 8用于复用或解复用；所述ZigBee终端节点4用于获取传感信息并把传感器信息发送到所述ZigBee主节点5；所述ZigBee主节点5用于接收传感信息并将传感信息上传至所述第二光网络单元ONU 6；所述第二光网络单元ONU 6用于将传感信息调制到1310nm的光载波上，产生无线传感信号；所述光分配网络ODN 7用于复用；所述放大自发辐射ASE光源9用于产生C波段宽谱光，所述C波段宽谱光的波长为1550nm；所述波长解调分析仪10用于将不同的波长分离，将不同的波长的光信号转换成电信号，将电信号进行处理并通过USB接口与所述数据库服务器12进行通信；所述光线路终端OLT 11一方面用于产生1490nm的下行光波，另一方面用于将承载ZigBee无线传感信号进行汇聚，按照一定的信号格式送入数据库服务器12；所述数据库服务器12用于统一存储光波；所述客户端设备14用于Internet访问所述Web服务器13来浏览传感数据。

所述第一光网络单元ONU 2内设有激光二极管LD，所述激光二极管LD光源产生波长1310nm的上行光载波。

所述波长解调分析仪10包括光谱分析部分、探测阵列部分及电信号处理部分，所述光谱分析部分用于将不同的波长分离，所述探测阵列部分用于将不同的波长的光信号转换成电信号，所述电信号处理部分用于将电信号进行处理并通过USB接口与所述数据库服务器12进行通信。

实施例2

根据实施例1所述传感系统的工作方法，包括下行传输和上行传输，具体步骤包括：

下行传输，具体步骤包括：

(1)所述放大自发辐射ASE光源9产生C波段宽谱光，所述C波段宽谱光的波长范围为1525nm-1565nm，所述光线路终端OLT 11产生1490nm的下行光波；

(2)步骤(1)产生的C波段宽谱光与波长为1490nm的下行光波通过所述第二复用/解复用器WDM 8复用到同一条光纤上，并传输至所述光分配网络ODN 7进行解复用，解复用后进入所述第一复用/解复用器WDM 3再一次进行解复用，解复用产生1550nm的复用光波和1490nm的复用光波；

(3)步骤(2)解复用产生的1550nm的复用光波进入所述光纤布拉格光栅FBG传感器1，进入所述光纤布拉格光栅FBG传感器11550nm的复用光波发生反射，步骤(2)解复用产生的1490nm的复用光波下行到所述第一光网络单元ONU 2；

上行传输，具体步骤包括：

(4)所述光纤布拉格光栅FBG传感器1中发生反射产生1550nm光纤传感信号，1550nm光纤传感信号与所述第一光网络单元ONU 2的1310nm的上行光载波通过所述第一复用/解复用器WDM 3进行复用，产生的信号发送至所述光分配网络ODN 7；

(5)所述ZigBee终端节点4上设置的传感器获取传感信息并把传感器信息发送到所述ZigBee主节点5，所述ZigBee主节点5接收传感信息并将传感信息上传至所述第二光网络单元ONU 6，在所述第二光网络单元ONU 6内传感信息被调制到1310nm的光载波上，产生无线传感信号，无线传感信号、步骤(4)发送至所述光分配网络ODN 7的信号通过所述光分配网络ODN 7进行复用，复用后产生的光波发送至所述第二复用/解复用器WDM 8进行解复用，解复用产生的承载光纤传感信息的C波段光波输入所述波长解调分析仪10，承载传感信息的光波直接进入所述光线路终端OLT 11；

(6)解复用产生的承载光纤传感信息的C波段光波通过所述波长解调分析仪10转换成电信号，并发送至所述数据库服务器12，所述数据库服务器12将电信号转化为传感信息并存储，再发送至所述Web服务器13，所述光线路终端OLT 11将承载传感信息的光波进行汇聚，并发送至所述数据库服务器12，再发送至所述Web服务器13，通过B/S架构进行网络发布，通过所述客户端设备14Internet访问所述Web服务器13来浏览传感数据。

ZigBee终端节点4、ZigBee主节点5采用满足IEEE 802.15.4标准的ZigBee无线技术。

所述波长解调分析仪10产生的电信号在所述数据库服务器12上经过程序处理，在程序中根据传感原理把调制波长转化为传感信息，通过ADO(ActiveX Data Objects，ActiveX数据对象)技术把传感数据存储到数据库。

Claims (6)

1.一种基于波分复用无源光网络WDM-PON的光纤、无线融合传感系统，其特征在于，包括光纤布拉格光栅FBG传感器、第一光网络单元ONU、第一波长复用/解复用器WDM、ZigBee终端节点、ZigBee主节点、第二光网络单元ONU、光分配网络ODN、第二波长复用/解复用器WDM、放大自发辐射ASE光源、波长解调分析仪、光线路终端OLT、数据库服务器、Web服务器、客户端设备，所述ZigBee终端节点设有传感器，光分配网络ODN设有波长复用/解复用器WDM，所述光纤布拉格光栅FBG传感器、所述第一光网络单元ONU分别连接所述第一波长复用/解复用器WDM，所述ZigBee终端节点、所述ZigBee主节点、所述第二光网络单元ONU依次连接，所述第一波长复用/解复用器WDM、所述第二光网络单元ONU分别连接所述光分配网络ODN，所述光分配网络ODN连接所述第二波长复用/解复用器WDM，所述放大自发辐射ASE光源连接所述第二波长复用/解复用器WDM，所述第二波长复用/解复用器WDM分别连接所述波长解调分析仪和所述光线路终端OLT，所述波长解调分析仪和所述光线路终端OLT连接所述数据库服务器，所述数据库服务器、所述Web服务器、所述客户端设备依次连接。

2.根据权利要求1所述传感系统，其特征在于，所述第一波长复用/解复用器WDM通过光纤连接所述光分配网络ODN，所述ZigBee主节点通过网线连接所述第二光网络单元ONU，所述光线路终端OLT通过网口连接所述数据库服务器，所述波长解调分析仪通过USB接口连接所述数据库服务器。

3.根据权利要求1所述传感系统，其特征在于，所述光纤布拉格光栅FBG传感器用于发生反射产生光纤传感信号；所述第一光网络单元ONU用于产生上行光载波；所述第一波长复用/解复用器WDM及第二波长复用/解复用器WDM用于复用或解复用；所述ZigBee终端节点用于获取传感信息并把传感器信息发送到所述ZigBee主节点；所述ZigBee主节点用于接收传感信息并将传感信息上传至所述第二光网络单元ONU；所述第二光网络单元ONU用于将传感信息调制到1310nm的光载波上，产生无线传感信号；所述光分配网络ODN用于复用；所述放大自发辐射ASE光源用于产生C波段宽谱光，所述C波段宽谱光的波长范围为1525nm-1565nm；所述波长解调分析仪用于将不同的波长分离，将不同的波长的光信号转换成电信号，将电信号进行处理并通过USB接口与所述数据库服务器进行通信；所述光线路终端OLT一方面用于产生1490nm的下行光波，另一方面用于将承载ZigBee无线传感信号进行汇聚，按照一定的信号格式送入数据库服务器；所述数据库服务器用于统一存储光波；所述客户端设备用于Internet访问所述Web服务器来浏览传感数据。

4.根据权利要求1所述传感系统，其特征在于，所述第一光网络单元ONU内设有激光二极管LD，所述激光二极管LD光源产生波长1310nm的上行光载波。

5.根据权利要求1所述传感系统，其特征在于，所述波长解调分析仪包括光谱分析部分、探测阵列部分及电信号处理部分，所述光谱分析部分用于将不同的波长分离，所述探测阵列部分用于将不同的波长的光信号转换成电信号，所述电信号处理部分用于将电信号进行处理并通过USB接口与所述数据库服务器进行通信。

6.根据权利要求1-5任一所述传感系统的工作方法，其特征在于，包括下行传输和上行传输，具体步骤包括：

下行传输，具体步骤包括：

(1)所述放大自发辐射ASE光源产生C波段宽谱光，所述C波段宽谱光的波长范围为1525nm-1565nm，所述光线路终端OLT产生1490nm的下行光波；

(2)步骤(1)产生的C波段宽谱光与波长为1490nm的下行光波通过所述第二复用/解复用器WDM复用到同一条光纤上，并传输至所述光分配网络ODN进行解复用，解复用后进入所述第一复用/解复用器WDM再一次进行解复用，解复用产生1550nm的复用光波和1490nm的复用光波；

(3)步骤(2)解复用产生的1550nm的复用光波进入所述光纤布拉格光栅FBG传感器，进入所述光纤布拉格光栅FBG传感器1550nm的复用光波发生反射，步骤(2)解复用产生的1490nm的复用光波下行到所述第一光网络单元ONU；

上行传输，具体步骤包括：

(4)所述光纤布拉格光栅FBG传感器中发生反射产生1550nm光纤传感信号，1550nm光纤传感信号与所述第一光网络单元ONU的1310nm的上行光载波通过所述第一复用/解复用器WDM进行复用，产生的信号发送至所述光分配网络ODN；

(5)所述ZigBee终端节点上设置的传感器获取传感信息并把传感器信息发送到所述ZigBee主节点，所述ZigBee主节点接收传感信息并将传感信息上传至所述第二光网络单元ONU，在所述第二光网络单元ONU内传感信息被调制到1310nm的光载波上，产生无线传感信号，无线传感信号、步骤(4)发送至所述光分配网络ODN的信号及其余的不同波长的光网络单元ONU的上行光波通过所述光分配网络ODN进行复用，复用后产生的光波发送至所述第二复用/解复用器WDM进行解复用，解复用产生的承载光纤传感信息的C波段光波输入所述波长解调分析仪，承载传感信息的光波直接进入所述光线路终端OLT；

(6)解复用产生的承载光纤传感信息的C波段光波通过所述波长解调分析仪转换成电信号，并发送至所述数据库服务器，所述数据库服务器将电信号转化为传感信息并存储，再发送至所述Web服务器，所述光线路终端OLT将承载传感信息的光波进行汇聚，并发送至所述数据库服务器，再发送至所述Web服务器，通过B/S架构进行网络发布，通过所述客户端设备Internet访问所述Web服务器来浏览传感数据。