CN106160840B - 波分复用无源光网络光纤链路分布式保护装置及其保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种波分复用无源光网络光纤链路分布式保护装置，光线路终端通过工作馈入光纤和保护馈入光纤与远端节点连接，远端节点的N个解复用端口与N条工作分布式光纤相连、N个解复用端口与N条保护分布式光纤相连；每个光网络单元包括监测和控制单元、第一光耦合器及下行接收机和反射式半导体光放大器，监测和控制单元包括光功率检测器和光开关，N条工作分布式光纤及N条保护分布式光纤与各自的监测和控制单元经第一光耦合器和接反射式半导体光放大器和下行接收机。本发明能实现光分配网的无色化，同时避免了独立光源的使用，能降低设备的复杂性和成本，且在保护切换操作的时候不会影响其它用户的上下行业务。

Description

波分复用无源光网络光纤链路分布式保护装置及其保护方法

技术领域

本发明涉及一种波分复用无源光网络光纤链路分布式保护装置及其保护方法，属于光纤通信技术领域。

背景技术

近年来，VoIP、IPTV、HDTV、会议电视和视频点播等全新多媒体业务的出现，现有的带宽将无法满足业务需求。光接入网技术尤其是无源光网络(Passive Optical Network,PON)技术以其灵活的接入方式和高容量的带宽特性获得了快速发展。波分复用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)无源光网络(WDM-PON)采用波分复用方式实现光线路终端(OLT)和各个光分配网(ONU)之间虚拟点到点连接，单个光分配网(ONU)用户可以独享单个波长通道的巨大带宽。WDM-PON避免了时分复用TDM-PON方式中光分配网ONU的测距、时延补偿、快速比特同步和时隙分配等诸多技术难点，避免了信号的冲突，信号传输效率高，并且在网络管理以及系统升级性能方面都有着明显的优势，WDM-PON被认为是下一代PON技术的最佳组网方式。

随着WDM-PON中单个用户传输速率不断达到1Gbit/s，10Gbit/s，甚或更高时，任何的工作馈入光纤或工作分布光纤的故障都会造成巨大的数据丢失。人们十分希望采用某种自动保护切换机制来预防链路故障，来提升WDM-PON系统的生存性。

现有文献，如Xiao fei Cheng和Yang Jing Wen等人在2008年的《OpticsCommunications(光学通信)》上发表了题为“Survivable WDM-PON with self-protectionand in-service fault localization capabilities”的文章，该文提出了一种利用组保护机制的可自愈WDM-PON系统结构，每一个ONU都与邻近的一个ONU通过额外的光纤相连形成一个ONU对，每个ONU对和RN，CO形成一个子环。当任何一个链路故障发生并导致某一个ONU数据丢失时，受影响的数据沿着该ONU所属的子环另一个方向传输，并得到恢复。这个故障监控、自动切换的分布式保护过程完全在ONU内部完成，不需要远端传输任何关于故障信息和光开关控制信令。但是，ONU对之间共享光纤链路是在同一个共享风险链路组，因为光纤故障可能会导致该组中的所有链接失效。此外，两两相邻的ONU通过彼此间一条光纤互联，每一个ONU同时也接收本来发送给相邻ONU的信号，因此也部分牺牲了WDM-PON的数据安全性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种能简化光分配网的结构，实现光分配网的无色化，同时避免了独立光源的使用，能降低设备的复杂性和成本，且在保护切换操作的时候不会影响其它用户的上下行业务的波分复用无源光网络光纤链路分布式保护装置及其保护方法。

本发明为达到上述目的技术方案是：一种波分复用无源光网络光纤链路分布式保护装置，其特征在于，包括用于上行数据的接收和下行数据的发射的光线路终端，用于下行数据的解复用以及上行数据的复用的远端节点，和用于下行数据的接收及上行数据的重调制发射的N个光网络单元；所述光线路终端通过工作馈入光纤和保护馈入光纤与远端节点连接，远端节点的N个解复用端口与N条工作分布式光纤相连、N个解复用端口与N条保护分布式光纤相连；每一个光网络单元包括监测和控制单元、第一光耦合器以及下行接收机和反射式半导体光放大器，所述的监测和控制单元包括用于监测光功率的光功率检测器和由光功率检测器控制开关切换的光开关，所述的N条工作分布式光纤及N条保护分布式光纤分别与各自光网络单元中的监测和控制单元的两个输入端口连接，用以传输下行数据，监测和控制单元端口的输出端口与第一光耦合器的输入端口连接，第一光耦合器的两个输出端口分别与反射式半导体光放大器和下行接收机连接，下行接收机用于一部分下行数据的解调接收，反射式半导体光放大器用于对另一部分光信号进行上行数据重调制，并经过各自的工作分布式光纤和保护分布式光纤传输到远端节点进行上行数据传输。

其中：所述的光线路终端包括上下行数据收发机、第一阵列波导光栅以及掺铒光纤放大器和梳状滤波器，所述的上下行数据收发机包括N个不同波长通道的N个上下行数据收发模块，用于产生N路下行数据信号的N个上下行数据收发模块与第一阵列波导光栅的对应解复用输入端口连接，以传输N路下行数据；第一阵列波导光栅的复用输出端口连接掺铒光纤放大器，以放大光载波抑制双边带下行数据信号，掺铒光纤放大器的输出端口与梳状滤波器的输入端口连接，梳状滤波器的两个输出口分别与工作馈入光纤连接和保护馈入光纤连接，分别路由上边带信号和下边带信号到工作馈入光纤和保护馈入光纤，进行下行数据传输。

所述的上下行数据收发模块包括激光器、马赫曾德调制器、混频器、下行数据发生器、射频信号发生器以及光环形器和上行接收机，所述的激光器的输出端接接马赫曾德调制器的输入端口，将产生特定波长的光载波进入马赫曾德调制器，所述射频信号发生器和下行数据发生器的输出端通过混频器接马赫曾德调制器的另一个输入端口，在射频信号和下行数据电信号驱动下产生相应波长的光载波抑制双边带光载波进入马赫曾德调制器，马赫曾德调制器的输出端口连接光环形器的第一端口，光环形器的第二端口与第一阵列波导光栅对应的解复用输入端口连接，用于传输下行数据信号，光环形器的第三端口与上行接收机连接，用于上行数据的接收。

所述的远端节点包括第二阵列波导光栅和第三阵列波导光栅，所述第二阵列波导光栅的复用端口与工作馈入线光纤相连，且第二阵列波导光栅的N个解复用端口与N条工作分布式光纤相连，用于传输下行数据的上边带波分解复用信号；所述的第三阵列波导光栅的复用端口与保护馈入线光纤相连，第三阵列波导光栅的N个解复用端口与N条保护分布式光纤相连，用于传输下行数据的下边带波分解复用信号，且N个光网络单元返回的上行重调制信号通过各自对应工作分布式光纤和保护分布式光纤，传输到第二阵列波导光栅和第三阵列波导光栅相应的解复用端口，波分复用后进行上行数据传输。

所述的监测和控制单元还包括第二光耦合器，所述的第二光耦合器的输入端口与工作分布式光纤连接，第二光耦合器的两个输出端口分别与光功率检测器和光开关的第一端口连接，光开关的第二端口与保护分布式光纤连接，且光开关的第三端口与第一光耦合器的输入端口连接，用于传输下行数据。

本发明波分复用无源光网络光纤链路分布式保护装置的保护方法，其特征在于：工作光纤链路正常，光开关处于初始连通状态，各个光网络单元其监测和控制单元中的光功率检测器实时对下行数据的光功率进行监测，当监测到工作馈入光纤路径下行数据的光功率大幅度下降，所有光功率检测器产生的光开关控制信号控制其对应的光开关至切换状态，相应的光网络单元中的上下行数据传输切换到在保护馈入光纤路径，实现对工作馈入光纤的保护；当监测到工作分布式光纤路径下行信号的光功率大幅度下降，光功率检测器产生的光开关控制信号控制对应的光开光切换到保护分布式光纤路径工作，相应的光网络单元中的上下行数据在保护分布式光纤路径上进行传输，实现工作分布式光纤的保护；当修复工作光纤链路故障后，各个光网络单元其监测和控制单元中的光功率检测器监测到光功率恢复正常，光功率检测器产生的光开关控制信号控制其对应的光开关至切换状态，光开关切换至初始连通状态。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明采用上行数据的接收和下行数据的发射的光线路终端、用于下行数据的解复用以及上行数据的复用的远端节点和用于下行数据的接收及上行数据的重调制发射的N个光网络单元，而每一个光网络单元具有一个监测和控制单元，通过监测和控制单元中的光功率检测器来监测工作光纤链路即工作馈入光纤路径下行及工作分布式光纤路径下行信号的光功率，一旦监测到功率大幅度功率，使其对应的光功率检测器产生一个开关控制信号,以控制相应的光开关，进行切换保护操作，故在保护切换操作的时候不会影响其它用户的上下行业务。

2、本发明在每一个光网络单元中设置了反射式半导体光放大器，通过反射式半导体光放大器能对上行数据的重调制，不仅简化了光网络单元的结构，也实现了光网络单元的无色化，同时避免了独立光源的使用，降低了设备的复杂性和成本。

3、本发明能对工作光纤链路上即工作馈入光纤和工作分布式光纤进行保护，提高了系统的可靠性。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步的详细描述。

图1是本发明波分复用无源光网络光纤链路分布式保护装置的结构示意图。

图2本发明工作馈入光纤和工作分布式光纤链路故障保护结构示意图。

图3是本发明波分复用无源光网络光纤链路分布式保护方法的流程图。

其中：4—光线路终端，5—远端节点，6—光网络单元，7—上下行数据收发机，8—激光器，9—马赫曾德调制器，10—下行数据发生器，11—射频信号发生器，12—上行接收机，13—光环形器，14—第一阵列波导光栅，15—梳状滤波器，16—第二阵列波导光栅，17—第三阵列波导光栅，18—工作分布式光纤，19—保护分布式光纤，20—光功率检测器，21—光开关控制信号，22—光开关，23—光载波抑制双边带光载波，24—下行接收机，25—反射式半导体光放大器，26—工作馈入光纤，—保护馈入光纤，28—掺铒光纤放大器，29—上边带信号，30—下边带信号，31—第二光耦合器，32—第一光耦合器，33—监测和控制单元，34—混频器。

具体实施方式

见图1、2所示，本发明的波分复用无源光网络光纤链路分布式保护装置，包括用于上行数据的接收和下行数据的发射的光线路终端4，用于下行数据的解复用以及上行数据的复用的远端节点5，和用于下行数据的接收及上行数据的重调制发射的N个光网络单元6，本发明的光网络单元6的数量不限。

见图1、2所示，本发明的光线路终端4通过工作馈入光纤26和保护馈入光纤27与远端节点5连接，远端节点5的N个解复用端口与N条工作分布式光纤18相连、N个解复用端口与N条保护分布式光纤19相连，由于N条工作分布式光纤18和N条保护分布式光纤19的另一端与各自对应的光网络单元6连接，通过对应的光网络单元6对下行数据的接收、并对下行的光载波进行重调制，经过工作分布式光纤18和保护分布式光纤19传输到远端节点5进行上行数据传输。

见图1、2所示，本发明每一个光网络单元6包括监测和控制单元30、第一光耦合器32以及下行接收机24和反射式半导体光放大器25，监测和控制单元33包括用于监测光功率的光功率检测器20和由光功率检测器20控制开关切换的光开关22，通过光功率检测器20监测工作光纤路径下行信号的光功率，即监测工作馈入光纤路径和N条工作分布式光纤18路径下行信号的光功率，一旦监测到功率大幅度下降，光功率检测器20产生一个光开关控制信号21，使相应的光开关22进行切换保护操作，对工作光纤链路上的两种故障即工作馈入光纤26的保护和工作分布式光纤18进行保护。

见图1、2所示，本发明N条工作分布式光纤18及N条保护分布式光纤19分别与各自光网络单元6中的监测和控制单元33的两个输入端口连接用以传输下行数据，而监测和控制单元33端口的输出端口与第一光耦合器32的输入端口连接，本发明的第一光耦合器32为1×2光耦合器，第一光耦合器32的两个输出端口分别与反射式半导体光放大器25和下行接收机24连接，下行接收机24用于一部分下行数据的解调接收，反射式半导体光放大器25用于对另一部分光信号进行上行数据重调制，并经过各自的工作分布式光纤18和保护分布式光纤19传输到远端节点5进行上行数据传输。本发明每一个光网络单元6具有对上行数据的重调制的反射式半导体光放大器25，不仅简化了光网络单元6的结构，也实现了光网络单元6的无色化，避免了独立光源的使用，降低了设备的复杂性和成本。

见图1、2所示，本发明监测和控制单元33还包括第二光耦合器31，第二光耦合器31的输入端口与工作分布式光纤18连接，本发明的第二光耦合器31为1×2光耦合器，第二光耦合器31的两个输出端口分别与光功率检测器20和光开关22的第一端口连接，该光开关22为1×2光开关，光开关22的第二端口与保护分布式光纤19连接，且光开关22的第三端口与第一光耦合器32的输入端口连接，用于传输下行数据。

见图1、2所示，本发明光线路终端4包括上下行数据收发机7、第一阵列波导光栅14以及掺铒光纤放大器28和梳状滤波器15，上下行数据收发机7包括N个不同波长通道的N个上下行数据收发模块，本发明不同波长的通道λ1至通道λN的上下行数据收发模块数量不限，N个上下行数据收发模块用于产生N路下行数据信号，N个上下行数据收发模块与第一阵列波导光栅14的对应解复用输入端口连接，以传输N路下行数据，第一阵列波导光栅14的复用输出端口连接掺铒光纤放大器28，以放大光载波抑制双边带下行数据信号，掺铒光纤放大器28的输出端口与梳状滤波器15的输入端口连接，梳状滤波器15的两个输出口分别与工作馈入光纤26连接和保护馈入光纤27连接，分别路由上边带信号29和下边带信号30到工作馈入光纤26和保护馈入光纤27，进行下行数据传输。

见图1、2所示，本发明上下行数据收发模块包括激光器8、马赫曾德调制器9、混频器34、下行数据发生器10、射频信号发生器11以及光环形器13和上行接收机12，激光器8的输出端接接马赫曾德调制器9的输入端口，将将产生特定波长的光载波进入马赫曾德调制器9，该光载波的波长可在1553.33nm，射频信号发生器11和下行数据发生器10的输出端通过混频器34接马赫曾德调制器9的另一个输入端口，在射频信号和下行数据电信号驱动下产生相应波长的光载波抑制双边带光载波23，马赫曾德调制器9的输出端口连接光环形器13的第一端口，光环形器13的第二端口与第一阵列波导光栅14对应的解复用输入端口连接，用于传输下行数据信号，光环形器13的第三端口与上行接收机12连接，用于上行数据的接收。当上下行数据收发模块中的激光器8产生特定波长的光载波进入马赫曾德调制器9，在射频信号和下行数据电信号驱动下产生相应波长的光载波抑制双边带光载波23，上下行数据收发模块中的N个上下行数据收发模块产生N路下行数据信号与第一阵列波导光栅14的对应解复用输入端口连接，传输N路下行数据，上行接收机12用于上行数据的接收，

见图1、2所示，本发明远端节点5包括第二阵列波导光栅16和第三阵列波导光栅17，第二阵列波导光栅16的复用端口与工作馈入线光纤相连，且第二阵列波导光栅16的N个解复用端口与N条工作分布式光纤18相连，用于传输下行数据的上边带波分解复用信号。第三阵列波导光栅17的复用端口与保护馈入线光纤相连，第三阵列波导光栅17的N个解复用端口与N条保护分布式光纤19相连，用于传输下行数据的下边带波分解复用信号，且N个光网络单元6返回的上行重调制信号通过各自对应的工作分布式光纤18和保护分布式光纤19，传输到第二阵列波导光栅16和第三阵列波导光栅17相应的解复用端口，波分复用后进行上行数据传输。

见图1～3所示，本发明波分复用无源光网络光纤链路分布式保护方法，工作光纤链路正常，光开关22处于初始的连通状态，如光开关22处于初始直通状态，各个光网络单元6其监测和控制单元33中的光功率检测器20实时对下行数据的光功率进行监测，当没有监测到光功率大幅度下降，光开关22不进行切换；一旦监测到功率大幅度下降，光功率检测器20产生一个光开关控制信号21，对相应的光开关22进行切换保护操作，使上下行数据传输切换到保护光纤链路，本发明根据保护光纤链路故障的保护为工作馈入光纤26的保护和工作分布式光纤18的保护。

见图3所示，当监测到工作馈入光纤路径下行数据的光功率大幅度下降，所有光功率检测器20产生的光开关控制信号21控制其对应的光开关22至切换状态，此时，光开关22处于保护切换至交叉状态，将相应的光网络单元6中的上下行数据传输切换到在保护馈入光纤路径，实现对工作馈入光纤26的保护。

当监测到工作分布式光纤路径下行信号的光功率大幅度下降，光功率检测器20产生的光开关控制信号21控制对应的光开光切换到保护分布式光纤路径工作，此时，光开关22处于保护切换至交叉状态，相应的光网络单元6中的上下行数据在保护分布式光纤路径上进行传输，实现工作分布式光纤18的保护。

当修复工作光纤链路故障后，即工作馈入光纤路径故障和工作分布式光纤路径故障修复，各个光网络单元6其监测和控制单元33中的光功率检测器20监测到光功率恢复正常，光功率检测器20产生的光开关控制信号21控制其对应的光开关22至切换状态，光开关22切换至初始连通状态，即开关进行切换至初始的直通状态。实现工作光纤链路即工作馈入光纤路径和工作分布式光纤路径的保护，提高了系统的可靠性，且在保护切换的操作时不会影响其它用户的上下行业务。

Claims (4)

1.一种波分复用无源光网络光纤链路分布式保护装置，其特征在于，包括用于上行数据的接收和下行数据的发射的光线路终端，用于下行数据的解复用以及上行数据的复用的远端节点，和用于下行数据的接收及上行数据的重调制发射的N个光网络单元；所述光线路终端通过工作馈入光纤和保护馈入光纤与远端节点连接，远端节点的N个解复用端口与N条工作分布式光纤相连、N个解复用端口与N条保护分布式光纤相连；

每一个光网络单元包括监测和控制单元、第一1×2光耦合器以及下行接收机和反射式半导体光放大器，所述的监测和控制单元包括用于监测光功率的光功率检测器和由光功率检测器控制开关切换的光开关，所述的N条工作分布式光纤及N条保护分布式光纤分别与各自光网络单元中的监测和控制单元的两个输入端口连接，用以传输下行数据，监测和控制单元端口的输出端口与第一1×2光耦合器的输入端口连接，第一1×2光耦合器的两个输出端口分别与反射式半导体光放大器和下行接收机连接，下行接收机用于一部分下行数据的解调接收，反射式半导体光放大器用于对另一部分光信号进行上行数据重调制，并经过各自的工作分布式光纤和保护分布式光纤传输到远端节点进行上行数据传输；其中：所述的监测和控制单元还包括第二1×2光耦合器，所述的第二1×2光耦合器的输入端口与工作分布式光纤连接，第二1×2光耦合器的两个输出端口分别与光功率检测器和光开关的第一端口连接，光开关的第二端口与保护分布式光纤连接，且光开关的第三端口与第一1×2光耦合器的输入端口连接，用于传输下行数据；

所述的光线路终端包括上下行数据收发机、第一阵列波导光栅以及掺铒光纤放大器和梳状滤波器，所述的上下行数据收发机包括N个不同波长通道的N个上下行数据收发模块，用于产生N路下行数据信号的N个上下行数据收发模块与第一阵列波导光栅的对应解复用输入端口连接，以传输N路下行数据；第一阵列波导光栅的复用输出端口连接掺铒光纤放大器，以放大光载波抑制双边带下行数据信号，掺铒光纤放大器的输出端口与梳状滤波器的输入端口连接，梳状滤波器的两个输出口分别与工作馈入光纤连接和保护馈入光纤连接，分别路由上边带信号和下边带信号到工作馈入光纤和保护馈入光纤，进行下行数据传输。

2.根据权利要求1所述的波分复用无源光网络光纤链路分布式保护装置，其特征在于：所述的上下行数据收发模块包括激光器、马赫曾德调制器、混频器、下行数据发生器、射频信号发生器以及光环形器和上行接收机，所述的激光器的输出端接接马赫曾德调制器的输入端口，将产生特定波长的光载波进入马赫曾德调制器，所述射频信号发生器和下行数据发生器的输出端通过混频器接马赫曾德调制器的另一个输入端口，在射频信号和下行数据电信号驱动下产生相应波长的光载波抑制双边带光载波进入马赫曾德调制器，马赫曾德调制器的输出端口连接光环形器的第一端口，光环形器的第二端口与第一阵列波导光栅对应的解复用输入端口连接，用于传输下行数据信号，光环形器的第三端口与上行接收机连接，用于上行数据的接收。

3.根据权利要求1所述的波分复用无源光网络光纤链路分布式保护装置，其特征在于：所述的远端节点包括第二阵列波导光栅和第三阵列波导光栅，所述第二阵列波导光栅的复用端口与工作馈入线光纤相连，且第二阵列波导光栅的N个解复用端口与N条工作分布式光纤相连，用于传输下行数据的上边带波分解复用信号；所述的第三阵列波导光栅的复用端口与保护馈入线光纤相连，第三阵列波导光栅的N个解复用端口与N条保护分布式光纤相连，用于传输下行数据的下边带波分解复用信号，且N个光网络单元返回的上行重调制信号通过各自对应工作分布式光纤和保护分布式光纤，传输到第二阵列波导光栅和第三阵列波导光栅相应的解复用端口，波分复用后进行上行数据传输。

4.根据权利要求1至3之一所述的波分复用无源光网络光纤链路分布式保护装置的保护方法，其特征在于：工作光纤链路正常，光开关处于初始连通状态，各个光网络单元其监测和控制单元中的光功率检测器实时对下行数据的光功率进行监测，当监测到工作馈入光纤路径下行数据的光功率大幅度下降，所有光功率检测器产生的光开关控制信号控制其对应的光开关至切换状态，相应的光网络单元中的上下行数据传输切换到在保护馈入光纤路径，实现对工作馈入光纤的保护；当监测到工作分布式光纤路径下行信号的光功率大幅度下降，光功率检测器产生的光开关控制信号控制对应的光开光切换到保护分布式光纤路径工作，相应的光网络单元中的上下行数据在保护分布式光纤路径上进行传输，实现工作分布式光纤的保护；当修复工作光纤链路故障后，各个光网络单元其监测和控制单元中的光功率检测器监测到光功率恢复正常，光功率检测器产生的光开关控制信号控制其对应的光开关至切换状态，光开关切换至初始连通状态。