CN104639248B - 用于防止恶意onu的影响的onu结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在PON中防止恶意ONU的影响的ONU，包括：第一RSOA，其被配置为接收特定波长的连续光，并产生具有时间窗的连续光；第二RSOA，其被配置为接收来自第一RSOA的具有时间窗的连续光，并在该时间窗内对上行信号进行调制；以及控制器，其被配置为在与该ONU相对应的OLT的控制下，向该第一RSOA发送用于产生该时间窗的控制信号。

Description

用于防止恶意ONU的影响的ONU结构

技术领域

本发明概括而言涉及无源光网络(PON)，更具体而言，涉及一种能够防止PON系统中的恶意光网络单元(ONU)的影响的新颖的ONU结构。

背景技术

随着IP业务的快速增长，对于宽带接入网的需求也越来越高。下一代无源光网络(NG-PON2)被认为是一种能够在光纤到户(FTTH)配置中为终端用户带来极高数据速率的有前景的解决方案。时分波分混合复用光网络(Time and Wavelength DivisionMultiplexed Passive Optical Network，TWDM-PON)最近已经被全业务接入网(FullService Access Network，FSAN)和国际电信联盟标准化部门(ITU-T)Q2组选择作为NG-PON2的主要架构。在TWDM-PON系统中，在每个波长信道采用时分复用(TDM)技术。这样，通过堆叠具有不同波长的几个TDM-PON，可以将传统的TDM-PON系统升级为具有更高带宽的TWDM-PON。例如，一个典型的40Gb/s的TWDM-PON是通过堆叠四对每个具有10Gb/s的下行比特率的TDM-PON所构成的。

在TWDM-PON系统中，光线路终端(OLT)向每个光网络单元(ONU)分配上行时隙以使得各个ONU的上行信号之间不会发生干扰。然而，在这种基于TDM的系统中，如果存在由恶意用户操作的恶意ONU的话，则其可能会阻碍OLT在同一波长信道从其他ONU接收上行信号。例如，恶意ONU的发射机不根据协议在规定的时隙内发射光信号，而是持续发射光信号，干扰了其他的正常ONU与OLT的通信。这样，应该有一条额外的途径或者控制方式来限制ONU端的调制器(事实上是整个发射机)的工作状态。另一方面，在这种故障情况下，很难只在中心局(CO)中确定这一故障。这样将耗费巨大的时间和人力来找到故障，从而不可避免的提高了维护成本。

参考文献：

[1]″Full-service access network white paper：Next-generation2accessnetwork technology，″FSAN，2012

[2]Y.Luo，X.Zhou，F.Effenberger，X.Yan，G.Peng，Y.Qian，and Y.Ma，″Time andWavelength DiVision Multiplexed PassiVe Optical Network(TWDM-PON)for NextGeneration PON Stage2(NG-PON2)，″IEEE Journal of Lightwave Technology，2012

[3]FSAN white paper，″40-Gigabit-capable passiVe optical networks(NG-PON2)：Physical media dependent(PMD)layer specification，″2012

[4]ITU-T standard，″Rogue optical network unit(ONU)considerations，”2011

[5]FSAN meeting in Bath，Apr.2012

[6]FSAN meeting in Santa Clara，Jun.2012

发明内容

因此，在PON系统中，需要避免和消除恶意ONU的恶意行为。当前，虽然有一些文献曾提及恶意ONU的检测，然而，这些方法并不能有效防止PON系统中的恶意ONU，并且目前更没有成熟的解决方案来在NG-PON2系统中完全避免恶意ONU的影响。

针对以上问题，本发明的主要目的是提供一种能够在PON系统中有效地防止恶意ONU的方案，并且所设计的ONU是与波长无关的(无色ONU)。

根据本发明的一个方面，提供了一种在PON中防止恶意ONU的ONU结构，包括：第一RSOA，其被配置为接收特定波长的连续光，并产生具有时间窗的连续光；第二RSOA，其被配置为接收来自第一RSOA的具有时间窗的连续光，并在该时间窗内对上行信号进行调制；以及控制器，其被配置为在与该ONU相对应的OLT的控制下，向该第一RSOA发送用于产生该时间窗的控制信号。

利用本发明的新颖性的ONU结构，能够有效的阻止PON中的恶意ONU的干扰。

附图说明

通过以下参考下列附图所给出的本发明的具体实施方式的描述之后，将更好地理解本发明，并且本发明的其他目的、细节、特点和优点将变得更加显而易见。在附图中：

图1示出了根据本发明的能够防止PON系统中的恶意ONU的ONU的结构图；

图2示出了图1的ONU中的发射机可调光学滤波器(OF)处的光信号波长的示意图；

图3示出了根据本发明实施方式的在第一RSOA处产生的时间窗的示意图；

图4示出了根据本发明的ONU中的第二RSOA处的处理的示意图；

图5示出了已调制信号通过可调OF之前和之后的光信号频谱的示意图；

图6A和6B示出了根据本发明的利用第一RSOA来优化各个ONU的光功率的示意图；以及

图7A和7B示出了根据本发明的具有第一RSOA的ONU与传统的不具有第一RSOA的ONU在受到恶意ONU干扰时的对比图。

具体实施方式

本发明的基本原理在于，在每个ONU中，首先通过使用一个专用的反射式半导体光放大器(RSOA)预先产生一个用于要发送的上行信号的时间窗。另一个常规的RSOA用于在该时间窗内将要发送的上行信号调制到光域中。在本发明中，要发送的上行信号只能在该预先产生的时间窗内进行调制，并且时间窗的产生过程是由OLT直接控制的。这样能够有效的防止恶意ONU的发生。另一方面，如果OLT检测到恶意ONU，该OLT也能够通过调整该专用RSOA的状态来容易的消除恶意状态。

图1示出了根据本发明的能够防止PON系统中的恶意ONU的ONU100的结构图。如图1中所示，根据本发明的ONU100包括波分复用器(WDM)110、可调光滤波器(OF)120、可调OF130、接收机140、光环行器(OC)150、第一RSOA160、第二RSOA170，以及控制器180。

OF120和接收机140组成ONU100的接收机部分，用于接收来自OLT的下行传输，其与传统的ONU并无本质区别，因此在本文中不再赘述。在本文中，除非另作说明，上行传输/数据/信号/链路是指从ONU到OLT的传输/数据/信号/链路，下行传输/数据/信号/链路是指从OLT到ONU的传输/数据/信号/链路。

ONU100的WDM110被配置为将上行信号和下行信号分开。值得注意的是，这里的WDM110是粗波分器，下行信号包含有4个波长，ONU的种子光源也包含有4个波长，WDM110将上行和下行共8个波长分成两组，每组4个波长。。

这里，作为各个ONU的种子光源可以由置于OLT的激光器阵列(例如分布式反馈(DFB)激光器阵列)为系统中的每个ONU提供光源。。

ONU100的可调OF130被配置为从来自WDM110的光线中滤出指定波长的光线，以用于上行传输。

在一种实施方式中，OF130在控制器180的控制下调整上行传输波长。图2示出了图1的ONU100中的发射机可调OF130处的光信号波长的示意图。如图2中所示，在一种实施方式中，OF130的中心波长分别为λ₁、λ₂、λ₃、λ₄(如图2(b)中所示)，其由控制器180的信号的四种状态S1、S2、S3和S4(如图2(a)中所示)来分别控制。这样，来自WDM110的光线在经过可调OF130之后，具有特定波长的连续光(如图2(c)中所示)将被注入第一RSOA160。

这里的可调OF130可以利用已知的热可调法布里-珀罗(Fabry-Perot，FP)滤波器、角度可调FP滤波器、入射可调硅基谐振器、液晶可调滤波器等实现，或者也可以使用未来即将出现的各种用于PON系统(尤其是NG-PON2系统)的可调光滤波器来实现。

第一RSOA160经由OC150接收来自可调OF130的具有特定波长的连续光，并在控制器180的控制之下，在时域中对所接收的连续光进行划片以产生时间窗。时间窗产生的原理是RSOA的增益系数取决于入射电流。当入射电流较大时，连续光将被显著放大。

图3示出了根据本发明实施方式的在第一RSOA160处产生的时间窗的示意图。图3(a)、(b)、(c)分别示出了从控制器180输入第一RSOA160的控制信号、经由OC150从OF130输入第一RSOA160的连续光信号以及通过第一RSOA160之后的具有时间窗的连续光信号。如图3中所示，当入射电流较大时，信道被切换到ON(如图3中标记为“ON”的时隙所示)，而当没有电流入射或者反向电流入射时，信道被切换到OFF(如图3中标记为“OFF”的时隙所示)。在OFF时隙期间连续光将被显著吸收，从而在光域中产生连续光的时间窗。

通过第一RSOA160之后的连续光将会经由OC150，然后输入第二RSOA170，以被第二RSOA170调制。通过这种方式，要传输给OLT的上行信号仅在指定的时间窗中被调制。图4示出了根据本发明的ONU100中的第二RSOA170处的处理的示意图。其中，图4(a)示出了输入到第二RSOA170的电信号形式的上行传输信号，图4(b)示出了来自第一RSOA160的时间窗信号，图4(c)示出了经过第二RSOA170的处理之后的光信号形式的上行传输信号。

这里，第二RSOA170可以是常规的RSOA。RSOA的构造技术已经非常成熟。当前，RSOA能够以25.78Gb/s工作，具有较短的载波恢复时间的商用RSOA是一种适当的选择。

接下来，被第二RSOA170调制之后的连续光将再次经由OC150传输到可调OF130，以上行传输到OLT。图5示出了已调信号通过可调OF130之前和之后的光信号频谱的示意图。其中，图5(a)示出了来自第二RSOA170的已调信号，图5(b)示出了该已调信号通过可调OF130之后的输出信号。可以看出，由于已调信号在进入主干网光纤之前将通过可调OF130，所以能够抑制带外噪声，提高信号质量。

可以看出，与传统ONU相比，本发明的ONU100在结构上的最大改变是添加了一个专用的RSOA，即图1中的第一RSOA160。第一RSOA160在时域中对连续光划片以产生如图3所示的时间窗，使得上行信号只在该时间窗内调制。

进一步地，第一RSOA160还可以被配置为对通过的连续光进行放大。由于RSOA的增益系数可以通过调整其电流来容易地调整，因此可以通过控制第一RSOA160的电流来控制其增益系数，从而控制对通过的连续光的放大，而该连续光又将在接下来的第二RSOA170中被调制为上行信号。因此，可以通过调整第一RSOA160来容易地优化上行信号的光功率。

图6A和6B示出了根据本发明的利用第一RSOA160来优化各个ONU的光功率的示意图。由于各个ONU通常位于不同地理位置，因此各个ONU和OLT之间的距离也会显著不同，这样所造成的衰减也会显著不同。因此，可以以不同的增益级别来放大各个ONU中的连续光信号，从而在主干网光纤中，显著抵消不同ONU之间的功率差。图6A(a)示出了与不同增益级别G1、G2、G3、G4相对应的控制信号电平，图6A(b)示出了在经过第一RSOA160之前的连续光信号，图6A(c)示出了经过第一RSOA160之后的具有不同功率级别的连续光信号。

通过这种方式，通过调整不同ONU中的第一RSOA的控制电流来设置不同的光功率级别，即，距离较大的ONU具有较高的功率级别，距离较小的ONU具有较小的功率级别。因此，在主干网光纤中，不同ONU之间的功率差显著抵消，如图6B所示。当前，具有较高饱和功率的商用RSOA是一种适当的选择。

应当注意，ONU100的控制器180由与ONU100相对应的OLT直接控制。控制器180首先从OLT接收控制信号，如用于上行信号的时间分配和波长分配的信息。然后，控制器180将相应的控制信号发送给可调OF130和第一RSOA160，从而控制用于上行传输的波长和时间窗，以及可能的第一RSOA160的增益系数。

此外，第一RSOA160产生的时间窗和第二RSOA170的调制时隙也由OLT通过控制器180进行精确同步，这可以在电域容易的实现。

图7A和7B示出了根据本发明的具有第一RSOA160的ONU100与传统的不具有第一RSOA160的ONU在受到恶意ONU干扰时的对比图。如果系统中有恶意用户尝试占用整个时间，例如，该用户发送一个尝试占用所有时间的信号(如图7中的(a1)和(b1)所示)，它将产生干扰并影响PON中的所有正常ONU的通信。在根据本发明的ONU100中，波长信道的时间窗是由第一RSOA160预先产生的，并由OLT直接控制。因此，在第二RSOA170中，只在指定的时间窗中对信号进行调制，恶意用户(恶意ONU)不能在光域产生恶意信号，即，可以预防恶意状态，如图7A中所示。相反，对于常规的没有第一RSOA160的ONU装置，则不会有预先产生的时间窗，从而恶意状态会被映射到光域，恶意ONU将会被释放到PON系统中，如图7B中所示。

通过将本发明的ONU100(图7A)与常规的基于RSOA的ONU(图7B)进行比较，可以看出，本发明的方案能够有效防止恶意ONU。

以上参照附图描述了本发明的优选实施方式，然而，本领域技术人员可以理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。

此外，上面描述的某些部件对于本发明的实现来说不一定是必须的。例如，对于波长不可调的PON系统中的ONU来说，可以省略可调OF130。

本发明建议了一种新颖的ONU结构。与现有技术中的方案相比，本发明的主要优点在于：

1、能够有效防止PON系统(如TWDM-PON或TDM-PON系统)中的恶意ONU的损害；

2、能够在主干网光纤中消除PON系统中不同ONU之间的上行传输的功率差；

3、结构简单，成本低廉：与现有方案相比，主要增加的部件为一个RSOA，而RSOA已经是一种工业上广泛应用的元器件，成本非常低廉；

4、具有很高的稳定性。

在一个或多个示例性设计中，可以用硬件、软件、固件或它们的任意组合来实现本申请所述的功能。如果用软件来实现，则可以将所述功能作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上，或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码来传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括有助于计算机程序从一个地方传递到另一个地方的任意介质。存储介质可以是通用或专用计算机可访问的任意可用介质。这种计算机可读介质可以包括，例如但不限于，RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储设备、磁盘存储设备或其它磁存储设备，或者可用于以通用或专用计算机或者通用或专用处理器可访问的指令或数据结构的形式来携带或存储希望的程序代码模块的任意其它介质。并且，任意连接也可以被称为是计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤光缆、双绞线、数字用户线(DSL)或诸如红外线、无线电和微波之类的无线技术来从网站、服务器或其它远程源传输的，那么同轴电缆、光纤光缆、双绞线、DSL或诸如红外线、无线电和微波之类的无线技术也包括在介质的定义中。

可以用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑、分立硬件组件或用于执行本文所述的功能的任意组合来实现或执行结合本公开所描述的各种示例性的逻辑块、模块和电路。通用处理器可以是微处理器，或者，处理器也可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或者状态机。处理器也可以实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器与DSP内核的结合，或者任何其它此种结构。

本领域普通技术人员还应当理解，结合本申请的实施例描述的各种示例性的逻辑块、模块、电路和算法步骤可以实现成电子硬件、计算机软件或二者的组合。为了清楚地表示硬件和软件之间的这种可互换性，上文对各种示例性的部件、块、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般性描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和施加在整个系统上的设计约束条件。本领域技术人员可以针对每种特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本发明的保护范围。

本公开的以上描述用于使本领域的任何普通技术人员能够实现或使用本发明。对于本领域普通技术人员来说，本公开的各种修改都是显而易见的，并且本文定义的一般性原理也可以在不脱离本发明的精神和保护范围的情况下应用于其它变形。因此，本发明并不限于本文所述的实例和设计，而是与本文公开的原理和新颖性特性的最广范围相一致。

Claims (7)

1.一种在无源光网络(PON)中防止恶意光网络单元(ONU)的ONU，包括：

第一反射半导体光放大器(RSOA)，其被配置为接收特定波长的连续光，并产生具有时间窗的连续光；

第二RSOA，其被配置为接收来自第一RSOA的具有时间窗的连续光，并在该时间窗内对上行信号进行调制；以及

控制器，其被配置为在与该ONU相对应的光线路终端(OLT)的控制下，向该第一RSOA发送用于产生该时间窗的控制信号。

2.如权利要求1所述的ONU，还包括：

可调光滤波器，其被配置为将连续光调整到用于上行传输的波长，并且

其中所述控制器还被配置为在该OLT的控制下，向该可调光滤波器发送用于调整用于上行传输的波长的控制信号。

3.如权利要求2所述的ONU，还包括：

光环行器，其被配置为将该可调光滤波器调整后的连续光传输到该第一RSOA，将该第一RSOA产生的具有时间窗的连续光传输到该第二RSOA，并将该第二RSOA产生的调制后的上行信号传输到可调光滤波器。

4.如权利要求1所述的ONU，其中该控制器还被配置为在该OLT的控制下，向该第一RSOA发送用于控制其增益系数的控制信号，以使得该第一RSOA以不同的增益级别对ONU中的连续光信号进行放大。

5.如权利要求1所述的ONU，其中该控制器还被配置为在OLT的控制下，使得该第一RSOA的时间窗的产生与该第二RSOA的调制保持同步。

6.如权利要求1所述的ONU，还包括：

波分复用器，其被配置为将上行信号和下行信号分开。

7.如权利要求2所述的ONU，其中该可调光滤波器还被配置为对该第二RSOA产生的调制后的上行信号进行滤波，以抑制带外噪声。