CN105072512A - 光网络系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种光网络系统，包括：一个光链路终端OLT、一个光配线网络ODN、被划分成n个族群的m个光网络节点ONU、m个单向导通的隔离器和n个分光器，每一ONU均包括：一个收信机、一个反射式的半导体光放大器和一个可调发射机，ODN包括：一个耦合器、一个控制器、一个波长选择开关，每一族群共享唯一一个波长和唯一一个分光器，波长选择开关包括一个输入端口和n个输出端口，每一输出端口唯一对应一个族群；进而在通信时，结合波分复用和时分复用，同时支持OLT与ONU之间的主从通信和ONU之间的对等通信，并根据网络负载来灵活动态改变族群所需的带宽。

Description

光网络系统

技术领域

本发明涉及光纤通信技术领域，特别是涉及光网络系统。

背景技术

随着5GLTE(LongTermEvolution，长期演进技术)的标准和需求越来越明朗，5G的速率比4G快将近100倍，达到Gbit量级，这样对网络压力很大。有统计数据表明P2P业务已经占据了骨干网50％-80％的流量，同一个机构或同一个局域网，相互间具有大量的通信需求。

在传统EPON(以太网无源光网络)中，由于采用“主从结构”，ONU(OpticalNetworkUnit，光网络节点)只能通过OLT(OpticalLineTerminal，光链路终端)直接通信，ONU之间不能直接通信，所有ONU间的通信数据都要通过OLT转发。对于这种主从通信方式存在着三个明显缺点：首先，数据重复占用了上下行信道带宽，造成带宽浪费；再者，当数据量较大时，这种重复占用信道宽度的方式将严重降低系统的吞吐量；最后，所有数据都要经过OLT的物理层、数据链路层处理，加重了OLT的负担，对OLT的硬件配置有很高的要求。

因此，在EPON中实现P2P，也就是不经过OLT而实现ONU之间的对等通信成为了亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种光网络系统，以在同一系统中兼容主从通信和对等通信。具体技术方案如下：

本发明实施例提供了一种光网络系统，包括：

一个光链路终端OLT、一个光配线网络ODN、被划分成n个族群的m个光网络节点ONU、m个单向导通的隔离器和n个分光器，每一ONU均包括：一个收信机、一个反射式的半导体光放大器和一个可调发射机，所述ODN包括：一个耦合器、一个控制器、一个波长选择开关，其中，每一族群共享唯一一个波长和唯一一个分光器，所述波长选择开关包括一个输入端口和n个输出端口，每一输出端口唯一对应一个族群；

所述OLT实时统计每个族群所需的带宽总量，且根据所统计的带宽总量，通过所述ODN中的控制器调节所述波长选择开关的每个族群所对应输出端口的输出信道范围；

其中，在任意时隙的预设对等通信时段内，当ONU_i存在与ONU_j的通信需求时，所述ONU_i内的可调发射机将关于所述ONU_j的业务信息调制为具有ONU_j所在族群的波长λ_j的光信号，并将具有波长λ_j的光信号通过所述单向导通的隔离器发送至所述ODN；所述ODN中的耦合器将来自ONU_i的具有波长λ_j的光信号耦合进入波长选择开关的输入端口，在进入波长选择开关后，具有波长λ_j的光信号被分配至所述ONU_j所在族群所对应的输出端口，以基于所述ONU_j所在族群所对应的输出端口的输出信道范围将所述具有波长λ_j的光信号广播至ONU_j所在族群的所有ONU，进而在相应分光器的作用下，ONU_j所在族群的所有ONU中的收信机接收所述具有波长λ_j的光信号，ONU_j保留所述具有波长λ_j的光信号并进行相应处理，ONU_j所在族群的除ONU_j以外的其他ONU丢弃所述具有波长λ_j的光信号；

其中，在任意时隙的预设主从通信时段内，当所述OLT存在与ONU_p的通信需求时，所述OLT将关于ONU_p的业务信息调制为具有ONU_p所在族群的波长λ_p的光信号，并将具有波长λ_p的光信号发送至所述ODN；所述ODN中的耦合器将来自OLT的具有波长λ_p的光信号耦合进入波长选择开关的输入端口，在进入波长选择开关后，具有波长λ_p的光信号被分配至所述ONU_p所在族群所对应的输出端口，以基于所述ONU_p所在族群所对应的输出端口的输出信道范围将所述具有波长λ_p的光信号广播至ONU_p所在族群的所有ONU，进而在相应分光器的作用下，ONU_p所在族群的所有ONU中的收信机接收所述具有波长λ_p的光信号，ONU_p保留所述具有波长λ_p的光信号并进行相应处理，ONU_p所在族群的除ONU_p以外的其他ONU丢弃所述具有波长λ_p的光信号；

其中，在任意时隙的预设主从时段内，当ONU_q存在与所述OLT的通信需求时，所述ONU_q中的反射式的半导体光放大器利用所述OLT发送给所述ONU_q的具有波长λ_q的光信号，将关于所述OLT的业务信息调制为具有波长λ_q的光信号，并将具有波长λ_q的光信号依次通过分光器、波长选择开关和耦合器发送至所述OLT，所述OLT对所接收到的具有波长λ_q的光信号执行相应处理；

其中，所述ONU_i和ONU_j为m个ONU中的任意两个ONU，ONU_p和ONU_q均为m个ONU中的任意一个ONU。

可选的，所述预设主从通信时段为时隙的前80％，所述预设对等通信时段为时隙的后20％。

可选的，隶属于同一机构或局域网的ONU被分配到一个族群内。

可选的，所述波长选择开关包括：基于硅基液晶的带宽可变波长选择开关。

可选的，所述耦合器为无源光器件耦合器。

可选的，所利用的波长为C波段内的波长。本方案中，对光配线网络和光网络节点进行了改进，并且，结合了波分复用和时分复用，可同时支持OLT与ONU之间的主从通信和ONU之间的对等通信，并且，可根据网络负载来灵活动态改变带宽。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种光网络系统的结构示意图。

具体实施方式

为了解决现有技术问题，本发明实施例提供了一种光网络系统，以在同一系统中兼容主从通信和对等通信。

本发明实施例所提供的一种光网络系统，可以包括：

一个OLT(OpticalLineTerminal，光链路终端)、一个ODN(opticaldistributionnetwork，光配线网络)、被划分成n个族群的m个ONU(OpticalNetworkUnit，光网络节点)、m个单向导通的隔离器和n个分光器，每一ONU均包括：一个收信机、一个反射式的半导体光放大器和一个可调发射机，所述ODN包括：一个耦合器、一个控制器、一个波长选择开关，其中，每一族群共享唯一一个波长和唯一一个分光器，所述波长选择开关包括一个输入端口和n个输出端口，每一输出端口唯一对应一个族群；

所述OLT实时统计每个族群所需的带宽总量，且根据所统计的带宽总量，通过所述ODN中的控制器调节所述波长选择开关的每个族群所对应输出端口的输出信道范围；

其中，在任意时隙的预设对等通信时段内，当ONU_i存在与ONU_j的通信需求时，所述ONU_i内的可调发射机将关于所述ONU_j的业务信息调制为具有ONU_j所在族群的波长λ_j的光信号，并将具有波长λ_j的光信号通过所述单向导通的隔离器发送至所述ODN；所述ODN中的耦合器将来自ONU_i的具有波长λ_j的光信号耦合进入波长选择开关的输入端口，在进入波长选择开关后，具有波长λ_j的光信号被分配至所述ONU_j所在族群所对应的输出端口，以基于所述ONU_j所在族群所对应的输出端口的输出信道范围将所述具有波长λ_j的光信号广播至ONU_j所在族群的所有ONU，进而在相应分光器的作用下，ONU_j所在族群的所有ONU中的收信机接收所述具有波长λ_j的光信号，ONU_j保留所述具有波长λ_j的光信号并进行相应处理，ONU_j所在族群的除ONU_j以外的其他ONU丢弃所述具有波长λ_j的光信号；

其中，在任意时隙的预设主从通信时段内，当所述OLT存在与ONU_p的通信需求时，所述OLT将关于ONU_p的业务信息调制为具有ONU_p所在族群的波长λ_p的光信号，并将具有波长λ_p的光信号发送至所述ODN；所述ODN中的耦合器将来自OLT的具有波长λ_p的光信号耦合进入波长选择开关的输入端口，在进入波长选择开关后，具有波长λ_p的光信号被分配至所述ONU_p所在族群所对应的输出端口，以基于所述ONU_p所在族群所对应的输出端口的输出信道范围将所述具有波长λ_p的光信号广播至ONU_p所在族群的所有ONU，进而在相应分光器的作用下，ONU_p所在族群的所有ONU中的收信机接收所述具有波长λ_p的光信号，ONU_p保留所述具有波长λ_p的光信号并进行相应处理，ONU_p所在族群的除ONU_p以外的其他ONU丢弃所述具有波长λ_p的光信号；

其中，在任意时隙的预设主从时段内，当ONU_q存在与所述OLT的通信需求时，所述ONU_q中的反射式的半导体光放大器利用所述OLT发送给所述ONU_q的具有波长λ_q的光信号，将关于所述OLT的业务信息调制为具有波长λ_q的光信号，并将具有波长λ_q的光信号依次通过分光器、波长选择开关和耦合器发送至所述OLT，所述OLT对所接收到的具有波长λ_q的光信号执行相应处理；

其中，所述ONU_i和ONU_j为m个ONU中的任意两个ONU，ONU_p和ONU_q均为m个ONU中的任意一个ONU。

其中，ONU_j保留所述具有波长λ_j的光信号并进行相应处理、ONU_p保留所述具有波长λ_p的光信号并进行相应处理以及所述OLT对所接收到的具有波长λ_q的光信号进行相应处理中的“相应处理”均为与业务信息相对应的处理，在此不做具体限定。另外，所谓的业务信息均可以与现有技术相同，在此不做赘述。

并且，在ONU_q向所述OLT发送光信号的过程中，所述波长选择开关可以基于预定的输出信道范围将该光信号输入耦合器，从而在耦合器的作用下，该光信号进入OLT中，其中，该预定的输出信道范围可以与ONU_q所在族群所对应的输出信道范围相同或不同，这都是合理的。另外，需要强调的是，单向导通的隔离器避免信号传输到其他ONU的可调发射端，影响可调发射机的性能和避免光功率的损伤。本实施例中，隶属于同一机构或局域网的ONU可以被分配到一个族群内，每一个族群分配不同波长，且上下行都使用该波长；当然，可以根据实际情况进行族群分配处理，在此不做限定。

ODN中引入了波长选择开关，配以控制器和一个耦合器构成智能远程节点，其中，该耦合器可以为无源光器件耦合器，而该波长选择开关可以为有源光器件，并且，在实际应用中，所述波长选择开关可以包括：基于硅基液晶的带宽可变波长选择开关，当然并不局限于此。

OLT实时计算统计用户侧每个族群所需带宽总量，通过控制器实时调节波长选择开关的输出端口的输出信道(channel)范围，根据当前网络每个族群的负载情况动态调节分配的带宽；并且，ONU接收OLT发的控制指令，灵活调整和OLT或其他ONU间的通信。可以理解的是，所述OLT实时统计每个族群所需的带宽总量的具体实现方式可以采用现有技术实现。

ONU颠覆了传统ONU结构，采用一个可调发射机、收信机和反射式的半导体光放大器，而通过采用半导体光放大器可以实现无色ONU，避免了由于波长选择开关的动态输出波长变化而导致ONU下行必须配置可调接收机的问题，并且，半导体光放大器的增益可以使系统获得足够的功率预算，延长传输距离。其中，所谓的“无色”指的是接收信号与波长无关。另外，每个ONU的可调发射机与耦合器之间的单向导通的隔离器能够避免ONU与OLT上行通信传输的光通过耦合器影响ONU的可调发射机的工作。

需要说明的是，根据仿真结果表明，预设主从通信时段与预设对等通信时段的比例不超过3:1时对于系统性能和业务处理较为合适；进一步的，在实际应用中，由于通常情况下OLT与ONU之间的主从通信相对于ONU与ONU之间的对等通信的业务较多，因此，所述预设主从通信时段可以为一时隙的前80％，所述预设对等通信时段可以为该时隙的后20％，当然，预设主从通信时段和预设对等通信时段并不局限于此。

可以理解的是，本实施例所提供的光网络系统所利用的波长为C波段内的波长，中心波长范围1528.4～1566.9nm，每个波长间隔为0.1nm，对应的带宽相差12.5G。另外，每个族群预留4个波长间隔，通常情况下50G的带宽范围足够族群上下行和对等通信的使用。并且，本发明实施例所提供的光网络系统中，下行可以采用BPSK(BinaryPhaseShiftKeying，双相移相键控)调制格式，上行可以采用OOK(On-OffKeying，开关键控)调制方式，以避免由于上下行使用同样的波长传输数据产生的干扰，另外，需要强调的是，由于下行相对于上行较为简单，因此，下行可以采用稍高阶调制的BPSK，或者，更高级调制QPSK(QuadraturePhaseShiftKeyin，正交相移键控)、QAM(QuadratureAmplitudeModulation，正交振幅调制)、OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，正交频分复用)等，这些都是合理的。

本方案中，对光配线网络和光网络节点进行了改进，并且，结合了波分复用和时分复用，可同时支持OLT与ONU之间的主从通信和ONU之间的对等通信，并且，可根据网络负载来灵活动态改变带宽。其中，以太无源光网络中结合波分复用和时分复用具体体现在：OLT到ODN采用的波分复用，通过控制WSS来实现对下方族群的波长的控制，每个族群根据负载动态分配一个波长；ODN到ONU采用时分复用，一时隙的前一时段用于接收来自OLT发的业务，后一时段用于接收来钱其他ONU发的业务。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的一种光网络系统可以如图1所示。具体的，该光网络系统中包括：一个光链路终端；

n个族群的光网络节点，其中，每一族群共享唯一一个波长且包含k个光网络节点，其中，每一光网络节点由一个收信机、一个反射式的半导体光放大器和一个可调发射机构成；

一个光配线网络，其中，光配线网络由一个耦合器、一个控制器、一个波长选择开关构成，其中，所述波长选择开关包括一个输入端口和n个输出端口，每一输出端口唯一对应一个族群；

n个分光器，每一分光器唯一对应一个族群；

n*k个单向导通的隔离器，每一隔离器唯一对应一个光网络节点；

其中，所述光链路终端实时统计每个族群所需的带宽总量，且根据所统计的带宽总量，通过所述光配线网络中的控制器调节所述波长选择开关的每个族群所对应输出端口的输出信道范围。

结合图1，下面介绍下该光网络系统的通信过程：

在一时隙的预设对等通信时段内，当光网络节点₁₁存在与光网络节点_n1的通信需求时，所述光网络节点₁₁内的可调发射机将关于所述光网络节点_n1的业务信息调制为具有光网络节点_n1所在族群的波长λ_n的光信号，并将具有波长λ_n的光信号通过所述单向导通的隔离器发送至所述光配线网络；所述光配线网络中的耦合器将来自光网络节点₁₁的具有波长λ_n的光信号耦合进入波长选择开关的输入端口，在进入波长选择开关后，具有波长λ_n的光信号被分配至所述光网络节点_n1所在族群所对应的输出端口，以基于所述光网络节点_n1所在族群所对应的输出端口的输出信道范围将所述具有波长λ_n的光信号广播至光网络节点_n1所在族群的所有光网络节点，进而在相应分光器的作用下，ONU_n1所在族群的所有ONU中的收信机接收所述具有波长λ_n的光信号，ONU_n1保留所述具有波长λ_n的光信号并进行相应处理，ONU_n1所在族群的除ONU_n1以外的其他ONU丢弃所述具有波长λ_m的光信号；

其中，在一时隙的预设主从通信时段内，当所述光链路终端存在与光网络节点_1k的通信需求时，所述光链路终端将关于光网络节点_1k的业务信息调制为具有光网络节点_1k所在族群的波长λ₁的光信号，并将具有波长λ₁的光信号发送至所述光配线网络；所述光配线网络中的耦合器将具有波长λ₁的光信号耦合进入波长选择开关的输入端口，在进入波长选择开关后，具有波长λ₁的光信号被分配至所述光网络节点_1k所在族群所对应的输出端口，以基于所述光网络节点_1k所在族群所对应的输出端口的输出信道范围将所述具有波长λ₁的光信号广播至光网络节点_1k所在族群的所有光网络节点，进而在相应分光器的作用下，ONU_1k所在族群的所有ONU中的收信机接收所述具有波长λ₁的光信号，ONU_1k保留所述具有波长λ₁的光信号并进行相应处理，ONU_1k所在族群的除ONU_1k以外的其他ONU丢弃所述具有波长λ₁的光信号；

其中，在任意时隙的预设主从时段内，当光网络节点_1k存在与所述光链路终端的通信需求时，所述光网络节点_1k中的反射式的半导体光放大器利用所述光链路终端发送给所述光网络节点_1k的具有波长λ₁的光信号，将关于所光链路终端的业务信息调制为具有波长λ₁的光信号，并将具有波长λ₁的光信号依次通过分光器、波长选择开关和耦合器发送至所述光链路终端，所述光链路终端对所接收到的具有波长λ₁的光信号执行相应处理。

可见，本方案中，对光配线网络和光网络节点进行了改进，并且，结合了波分复用和时分复用，可同时支持OLT与ONU之间的主从通信和ONU之间的对等通信，并且，可根据网络负载来灵活动态改变带宽。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种光网络系统，其特征在于，包括：

一个光链路终端OLT、一个光配线网络ODN、被划分成n个族群的m个光网络节点ONU、m个单向导通的隔离器和n个分光器，每一ONU均包括：一个收信机、一个反射式的半导体光放大器和一个可调发射机，所述ODN包括：一个耦合器、一个控制器、一个波长选择开关，其中，每一族群共享唯一一个波长和唯一一个分光器，所述波长选择开关包括一个输入端口和n个输出端口，每一输出端口唯一对应一个族群；

所述OLT实时统计每个族群所需的带宽总量，且根据所统计的带宽总量，通过所述ODN中的控制器调节所述波长选择开关的每个族群所对应输出端口的输出信道范围；

其中，在任意时隙的预设对等通信时段内，当ONU_i存在与ONU_j的通信需求时，所述ONU_i内的可调发射机将关于所述ONU_j的业务信息调制为具有ONU_j所在族群的波长λ_j的光信号，并将具有波长λ_j的光信号通过所述单向导通的隔离器发送至所述ODN；所述ODN中的耦合器将来自ONU_i的具有波长λ_j的光信号耦合进入波长选择开关的输入端口，在进入波长选择开关后，具有波长λ_j的光信号被分配至所述ONU_j所在族群所对应的输出端口，以基于所述ONU_j所在族群所对应的输出端口的输出信道范围将所述具有波长λ_j的光信号广播至ONU_j所在族群的所有ONU，进而在相应分光器的作用下，ONU_j所在族群的所有ONU中的收信机接收所述具有波长λ_j的光信号，ONU_j保留所述具有波长λ_j的光信号并进行相应处理，ONU_j所在族群的除ONU_j以外的其他ONU丢弃所述具有波长λ_j的光信号；

其中，在任意时隙的预设主从通信时段内，当所述OLT存在与ONU_p的通信需求时，所述OLT将关于ONU_p的业务信息调制为具有ONU_p所在族群的波长λ_p的光信号，并将具有波长λ_p的光信号发送至所述ODN；所述ODN中的耦合器将来自OLT的具有波长λ_p的光信号耦合进入波长选择开关的输入端口，在进入波长选择开关后，具有波长λ_p的光信号被分配至所述ONU_p所在族群所对应的输出端口，以基于所述ONU_p所在族群所对应的输出端口的输出信道范围将所述具有波长λ_p的光信号广播至ONU_p所在族群的所有ONU，进而在相应分光器的作用下，ONU_p所在族群的所有ONU中的收信机接收所述具有波长λ_p的光信号，ONU_p保留所述具有波长λ_p的光信号并进行相应处理，ONU_p所在族群的除ONU_p以外的其他ONU丢弃所述具有波长λ_p的光信号；

其中，在任意时隙的预设主从时段内，当ONU_q存在与所述OLT的通信需求时，所述ONU_q中的反射式的半导体光放大器利用所述OLT发送给所述ONU_q的具有波长λ_q的光信号，将关于所述OLT的业务信息调制为具有波长λ_q的光信号，并将具有波长λ_q的光信号依次通过分光器、波长选择开关和耦合器发送至所述OLT，所述OLT对所接收到的具有波长λ_q的光信号执行相应处理；

其中，所述ONU_i和ONU_j为m个ONU中的任意两个ONU，ONU_p和ONU_q均为m个ONU中的任意一个ONU。

2.根据权利要求1所述的光网络系统，其特征在于，所述预设主从通信时段为时隙的前80%，所述预设对等通信时段为时隙的后20%。

3.根据权利要求1所述的光网络系统，其特征在于，隶属于同一机构或局域网的ONU被分配到一个族群内。

4.根据权利要求1所述的光网络系统，其特征在于，所述波长选择开关包括：基于硅基液晶的带宽可变波长选择开关。

5.根据权利要求1所述的光网络系统，其特征在于，所述耦合器为无源光器件耦合器。

6.根据权利要求1所述的光网络系统，其特征在于，所利用的波长为C波段内的波长。