CN106506064B - 一种三维无源光接入网实现多重保护及扩展功能的系统及方法 - Google Patents

一种三维无源光接入网实现多重保护及扩展功能的系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种三维无源光接入网实现多重保护及扩展功能的系统和方法。本系统是：一个光链路终端OLT，通过两根单模光纤连接至远端节点RN。该RN连接至N个光网络单元ONU，且这N个ONU相互连接成三维结构。其中，OLT主要有N个光发射机，两个阵列波导光栅AWG，一个三端口光环形器，一个第一掺饵光纤放大器，一个光检测器和N个光接收机。RN包括7个AWG，一个光功率分路器，一个第二掺铒光纤放大器，N个光耦合器，N个三端口光环形器。本发明通过在RN中采用AWG和光耦合器组成的光无源阵列，首次实现了三维结构在WDM‑PON中的可扩展应用；通过使用光开关和相邻ONU之间的连接光纤，实现了分布式光纤的多重保护及ONU的波长重用，使系统在成本和性能之间达到了均衡。

Description

一种三维无源光接入网实现多重保护及扩展功能的系统及 方法
技术领域
本发明涉及光通信领域，具体是一种三维无源光接入网实现多重保护及扩展功能的系统和方法。
背景技术
基于多波长的波分复用无源光网络WDM-PON技术，以其大带宽，高速率，多业务及对多协议的透明性等众多优势，在光接入网领域具有广阔的应用前景，被认为是FTTx未来演进的最佳选择。然而，随着接入网用户数量和其带宽需求的爆炸性增长，网络的可靠性和容量已经成为了限制未来WDM-PON技术发展的瓶颈。一方面，相比于传统的通信服务，实时业务诸如高清电视(HDTV)，远程医疗等更需要高可靠性的网络支持。但是目前针对WDM-PON保护功能的研究局限于馈线光纤部分，主要基于树，星，环等二维结构。但是针对最后一公里分布式光纤的保护方案却鲜有提及，用户将不得不因此忍受长时间的网络故障，这会使运营商逐渐失去市场竞争力。本发明提出的三维网络结构可以在短时间内对故障用户节点快速反应，提供不止一条的保护路径，从而确保网络的正常通信；另一方面，运营商在建设网络时还需要考虑人口密度，带宽需求等多种复杂客观条件。而接入网是成本敏感型的网络，相比于为了扩容以适应市场快速发展的拆除重建，本发明中支持不同用户数量的三维网络可以应用于不同人口密度的地区，从而可以帮助运营商在长期内的节省建网成本。而且，本发明所述系统还支持相邻光网络单元ONU之间的动态波长调度，这解决了单个ONU带宽阻塞导致业务中断的难题。
本发明对系统的体系架构进行了合理的布局，系统不仅支持馈线专用保护和分布式光纤的多重共享保护，而且借助三维拓扑结构可使系统容量成倍扩大，并支持动态波长调度，从而系统在性能和成本间也达到了理想状态。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，和对未来光接入网的高可靠性及大规模接入发展趋势，提供了一种三维无源光接入网实现多重保护及扩展功能的系统和方法，旨在为接入网用户终端提供强大的保护功能并支持未来倍增的接入用户。
为达到上述目的，本发明的核心思想是：在光线路终端OLT处采用光发射机阵列产生N路通信光载波，并经过阵列波导光栅进行合波后通过单模馈线光纤传输至远端节点RN。考虑到远端节点RN处汇集的信息量巨大，需要完全保护，因此在OLT和远端节点RN之间采用光开关以实现馈线光纤的专用保护。在RN内部，通过AWG，光耦合器及光环形器的相互连接组成新型光无源阵列，可为光网络单元ONU输送正常工作波长及完成当分布式光纤故障时保护波长的路由。ONU内部通过控制光开关可以实现系统正常，保护和动态波长调度三种模式的切换，使下行及上行信号可由专门的路径传输至相应的用户终端。当系统需要扩容时，只需要在OLT端简单的增加光收发设备，就可以在所述三维架构的基础上实现系统容量的翻倍，而不用拆除旧网络，建设新网络。
根据上述发明构思，本发明采用下列方案：
1.一种三维无源光接入网实现多重保护及扩展功能的系统，由一个光链路终端OLT通过两根单模馈线光纤连接至远端节点RN，该远端节点RN通过分布式光纤连接至N(N≥1)个光网络单元ONU；其特征在于：
1)如图1所示，所述光链路终端OLT包含N个光发射机，通过一个第一阵列波导光栅AWG后连接至一个第一三端口光环行器的1口。该三端口光环形器的2口连接至一个第一掺铒光纤放大器EDFA1。该EDFA1的右端连接一个第一光检测器D1。所述三端口光环形器的3口连接至一个第二阵列波导光栅AWG，该AWG下挂了另外N个光接收机Rx。所述第一光检测器D1的右端口连接一个1×2的光开关，此光开关右端两个接口分别连接两根单模馈线光纤，这两根单模光纤连接至一个2×1光耦合器的左边两个端口，该光耦合器右边端口连接至远端节点RN。
2)如图1中所述远端节点RN包括：一个第二三端口光环形器，其2口连接一个1×7的光功率分路器。此1×7光功率分路器的右边7个端口分别连接七个结构相同的阵列波导光栅AWG，称之为第三、第四、第五、第六、第七、第八和第九阵列波导光栅AWG。此七个阵列波导光栅AWG的各输出端口和N个7×1光耦合器的输入端口连接。所述N个7×1光耦合器的右端口分别对应连接N个第三三端口光环行器的1口进，其2口出分别连接至N条单模光纤。这N个三端口光环行器的3口连接至一个N×1的光耦合器的输入端口，其输出端口连接至一个第二掺饵光纤放大器EDFA2的输入端口。该第二掺饵光纤放大器EDFA2的输出端口连接至所述第三三端口光环形器的3口。
3)如图2，以ONUN为中心，上下左右前后六个方向均连接结构相同的ONU，分别为ONUN+3，ONUN-3，ONUN-2，ONUN+2，ONUN-1和ONUN+1。如图3，每个ONU的结构相同，其中包括：一个第十阵列波导光栅，六个1×2光功率分路器，一个7×1光开关，一个7×3光功率分路器，一个波长可调接收机，一个第二光检测器和一个反射式半导体光放大器；所述第十阵列波导光栅AWG的最中间的接口与7×1光开关的1口相连。所述第十AWG右侧输出端上下方还共有六个接口，将分别连接六个1×2光功率分路器，这六个1×2光功率分路器的输出端口分别对应连接ONUN和与其相邻的六个ONU；所述7×3光功率分路器的左端7个口分别连接7×1光开关的1口和六个ONU，而右端分为三路：第一路连接至一个波长可调接收机，第二路连接至一个第二检测器D2，第三路连接至一个反射式半导体光放大器RSOA。
上述系统的各功能实现方法：
在远端节点RN中，通过阵列波导光栅AWG和光耦合器的逻辑连接，实现了对N个ONU的多重保护功能。设RN中，Ai(1≤i≤7)为AWG的输入端口，Oij代表第i个AWG的第j(1≤j≤N+2)个输出端口,Cn为第N个光耦合器的输入端口，
AWG的输入端口阵列[A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7]
AWG的输出端口阵列
N个7×1光耦合器的输入端口阵列C＝[C1 C2 … CN]
则AWG和光耦合器之间的逻辑关系为：
CN＝O1N+O2(N-1)+O3(N+1)+O4(N-2)+O5(N+2)+O6(N-3)+O7(N+3)
由该逻辑连接关系可以看出，λN-3,λN-2,λN-1,λN+1,λN+2,λN+3通过分布式光纤连接到ONUN。当ONUN出现由于大容量通信业务导致带宽稀缺的问题时，位于该ONUN内部的7×3光功率分路器可以灵活的调度λN-3,λN-2,λN-1,λN+1,λN+2,λN+3中多余的带宽资源，实现这六种波长通过时分复用的方式共享。在实际应用时，根据当地的用户密度，通过在收发端添加光收发设备可以对该三维网络进行平滑升级扩容，延长网络的使用寿命，降低建网成本。
当从所述光链路终端OLT连接到远端节点RN之间的馈线光纤出现故障时，所有N路光波长均无法到达远端节点RN，位于光链路终端OLT中的第一光检测器D1将会检测到上行光信号的丢失，从而发出控制信令将位于OLT和RN之间的1×2光开关从上方端口切换置于下放端口的位置。此时，所有N路光波长经由专用馈线保护光纤传输至远端节点RN，从而保证了系统的正常通信。上行方向，由反射式半导体光放大器RSOA擦除原有信息并重调制加载上行传输信息后形成N路上行信号。这N路上行信号通过分布式光纤传输至远端节点RN，再通过相应N个三端口光环行器的3口，经N×1光耦合器耦合为一根波长。随后经过第二掺铒光纤放大器EDFA2弥补链路损耗后，经下方馈线光纤传至OLT中的接收机阵列解调。
当从所述远端节点RN连接到光网络单元ONUN的分布式光纤出现故障时，下行信号λN无法直接到达ONUN，位于ONUN中的第二光检测器D2将会检测到下行光信号的损失，从而发出控制信令将7×1光开关置于2口的位置。此时在ONUN+3分出的下行信号λN将会通过分布式光纤(ONUN和ONUN+3之间)传送至ONUN。而通过反射式半导体光放大器RSOA对下行信号λN进行重调制以加载的上行信号也会按照相同路径返回远端节点RN，从而实现了对ONUN在上下行方向的第一重保护。对ONUN中经过反射式半导体光放大器RSOA擦除原有信息并重调制加载上行传输信息后形成的上行信号，将会同样沿着ONUN和ONUN+3之间的分布式光纤返回光链路终端OLT。如果遇到更糟的情况，即当ONUN和ONUN+3之间的分布式光纤也损坏时，第二光检测器D2将会发出新的控制指令，快速将7×1光开关由2口置于3口的位置。此时在ONUn+2分出的下行信号λN将会通过分布式光纤(ONUN和ONUN+2之间)传送至ONUN。基于相同的原理，借助7×1光开关的2,3,4,5,6,7口以及在ONUN-3，ONUN-2，ONUN-1，ONUN+1，ONUN+2及ONUN+3预留的保护波长λN，本发明可以支持最多六重针对分布式光纤故障的上下行信号保护方案。
当ONUN需要更多的带宽资源时，而其自身的直通通信波长λN无法满足该需求，则ONUN会发送所需带宽请求到光线路终端OLT。当OLT收到请求后，会允许ONUN使用与它相邻的ONUN-3，ONUN-2，ONUN-1，ONUN+1，ONUN+2及ONUN+3中空闲的带宽。上述ONU对应的波长λN-3,λN-2,λN-1,λN+1,λN+2,λN+3会按照时分复用的方式通过ONU之间的连接光纤和光功率分路器被波长可调的接收机接收并解调，从而解决了单个光网络单元ONU的带宽阻塞问题。
与现有技术相比，本发明的独有优势和显著特色在于：1、通过在远端节点RN中采用阵列波导光栅AWG和光耦合器组成的光无源阵列，首次实现了三维拓扑结构在多波长波分复用网络WDM-PON中的应用。通过简单添加相应的光收发设备，即可实现对三维网络架构的多层扩展，成倍的提高了光接入网所能支持的用户数量。2、通过使用光开关和相邻光网络单元ONU之间的连接光纤，首次在接入网中实现了分布式光纤的多重保护，极大的提高了网络的可靠性和抗毁性；3、通过AWG和光耦合器之间的逻辑连接，在ONU之间实现了灵活的波长重用，提高了网络资源的利用效率。4.相比于传统的专用1+1备份保护，本发明通过无源光网络的设计实现了相邻ONU之间的共享保护，不仅支持更多的保护路径，而且随着ONU数量的增多，在长期内可以帮助运营商减少网络建设和维护成本，因此可以广泛应用于实际的生产生活中。
附图说明
图1为本发明一种三维无源光接入网实现多重保护及扩展功能的系统结构示意图。
图2为本发明所述光网络单元ONU组成的三维立体结构示意图。
图3为系统正常工作模式下ONUN的内部结构示意图。
图4为馈线光纤故障时，三维无源光接入网系统结构示意图。
图5为分布式光纤故障时，多重保护模式下ONUN的内部结构示意图。
图6为系统动态波长调度时，ONUN的内部结构示意图。
具体实施方式
本发明的优选实施例结合附图详述如下：
实施例一：
参见图1-图3，本三维无源光接入网实现多重保护及扩展功能的系统，由一个光链路终端OLT(1)通过两根单模馈线光纤(11,12)连接至远端节点RN(14)，该远端节点RN(14)通过分布式光纤(26)连接至N(N≥1)个光网络单元ONU(27)；其特征在于：
1)如图1所示，所述光链路终端OLT(1)包含N个光发射机(2)，通过一个第一阵列波导光栅AWG(4)后连接至一个第一三端口光环行器(5)的1口。该三端口光环形器(5)的2口连接至一个第一掺铒光纤放大器EDFA1(6)。该EDFA1(6)的右端连接一个第一光检测器D1(7)。所述三端口光环形器(5)的3口连接至一个第二阵列波导光栅AWG(8)，该AWG(8)下挂了另外N个光接收机Rx(9)。所述第一光检测器D1(7)的右端口连接一个1×2的光开关(10)，此光开关(10)右端两个接口分别连接两根单模馈线光纤(11,12)。这两根单模光纤(11,12)连接至一个2×1光耦合器(13)的左边两个端口，该光耦合器(13)右边一个端口连接至远端节点RN(14)。
2)如图1中所述远端节点RN(14)包括：一个第二三端口光环形器(15)，其2口连接一个1×7的光功率分路器(16)。此1×7光功率分路器(16)的右边7个端口分别连接七个结构相同的阵列波导光栅AWG(17-23)，称之为第三、第四、第五、第六、第七、第八和第九阵列波导光栅AWG(17-23)。此七个阵列波导光栅AWG(17-23)的各输出端口和N个7×1光耦合器(24)的输入端口连接。所述N个7×1光耦合器(24)的右端口分别对应连接N个第三三端口光环行器(25)的1口进，其2口出分别连接至N条单模光纤(26)。这N个第三三端口光环行器(25)的3口分别连接至一个N×1的光耦合器(28)的输入端口，该光耦合器(28)输出端口连接至一个第二掺饵光纤放大器EDFA2(29)的输入端口。该第二掺饵光纤放大器EDFA2(29)的输出端口连接至所述第三三端口光环形器(15)的3口。
3)如图2，所述光网络单元ONU(27)：以ONUN(30)为中心，上下左右前后六个方向均连接结构相同的ONU，分别为ONUN+3(31)，ONUN-3(32)，ONUN-2(33)，ONUN+2(34)，ONUN-1(35)和ONUN+1(36)。如图3，每个ONU(27)的结构相同，其中包括：一个第十阵列波导光栅(37)，六个1×2光功率分路器(38)，一个7×1光开关(39)，一个7×3光功率分路器(40)，一个波长可调接收机(41)，一个第二光检测器(42)和一个反射式半导体光放大器(43)。第十阵列波导光栅AWG(37)的最中间的接口与7×1光开关(39)的1口相连。所述第十AWG(37)右侧输出端上下方还共有六个接口，将分别连接六个1×2光功率分路器(38)，这六个1×2光功率分路器(38)的输出端口分别对应连接ONUN(30)和与其相邻的六个ONU(31-36)。所述7×3光功率分路器的左端7个口分别连接7×1光开关(39)的1口和六个ONU(31-36)，而右端分为三路：第一路连接至一个波长可调接收机(41)，第二路连接
至一个第二检测器D2(42)，第三路连接至一个反射式半导体光放大器RSOA(43)。
实施例二：
本发明提出的一种三维无源光接入网实现多重保护及扩展功能的系统，采用实施例一的系统进行操作如下：
在正常工作模式下，由光链路终端OLT(1)的发射机阵列(2)产生N个波长(3)，经过第一AWG(4)合波后，通过三端口光环行器(5)，第一掺饵光纤放大器(6)和第一光检测器D1(7)后，连接至一个1×2光开关(10)。如图1所示，在正常工作模式下，该光开关(10)置于上端口位置。下行方向：N路经过第一AWG(4)合波为1路后的下行光信号通过一根单模馈线光纤(11)和2×1光耦合器(13)的输出端口后到达远端节点RN(14)。所述下行信号通过RN(14)中的三端口光环形器(15)后，被一个1×7光功率分路器(16)均分为七个部分，并对应连接到七个结构相同的AWG(17-23)上。其中，第三AWG(17)负责分波后，将各光网络单元ONU(27)所需的直通波长信号(λ1-λN)传送给相应光耦合器(24)。第四到第九AWG(18-23)负责将针对ONUN的备份保护波长传输至相应的光耦合器(24)。所述光耦合器(24)的输出信号经过N个三端口光环形器(25)和分布式光纤(26)的传输后，抵达相应的ONU(27)。如图3所示，到达ONUN(30)的波长包括了λN-3,λN-2,λN-1,λN,λN+1,λN+2,λN+3所携带的信息。上述波长被第十AWG(37)分波后成为七根独立的波长。携带ONUN(30)所需信息的波长λN从7×1光开关(39)的1口经过光功率分路器(40)后分成三路，第一路被波长可调的接收机(41)接收解调，第一路连接至第二检测器D2(42)用以实时监测分布式光纤的连接状态，第三路连接至一个反射式半导体光放大器RSOA(43)，以擦除原有信息并重调制加载上行传输信息。除λN外，其余六路λN-3,λN-2,λN-1,λN,λN+1,λN+2,λN+3波长分别通过光开关(39)的2,3,4,5,6，和7口以连接ONUN(30)和相邻的ONUN-3(32)，ONUN-2(33)，ONUN-1(35)，ONUN+1(36)，ONUN+2(34)及ONUN+3(31)，这样通过连接光纤可以实现当ONUN(30)自身带宽资源紧缺时，对相邻6个ONU(31-36)波长的灵活调度，提高资源的利用率。上行方向：由反射式半导体光放大器RSOA(43)擦除原有信息并重调制加载上行传输信息后形成N路上行信号。这N路上行信号通过分布式光纤(26)传输至远端节点RN(14)，再通过相应N个三端口光环行器(25)的3口，经N×1光耦合器(28)耦合为一根波长。随后经过第二掺铒光纤放大器(29)弥补链路损耗后，经上方馈线光纤(11)传至OLT(1)中的接收机阵列(9)解调。从而，实现了光网络单元ONU(27)和光线路终端OLT(1)之间的通信。
实施例三：
本发明提出的具有一种三维无源光接入网实现多重保护及扩展功能的系统，实现多重保护及动态波长调度的方法如下：
1)馈线专用保护方法
参照图4，当从光链路终端OLT(1)连接到远端节点RN(14)之间的馈线光纤(11)出现故障时，所有下行N路光波长(3)均无法到达远端节点RN(14)，位于光链路终端OLT(1)中的第一光检测器D1(7)将会检测到光信号的丢失，从而发出控制信令将位于OLT(1)和RN(14)之间的1×2光开关(10)从上方端口切换置于下方端口的位置。此时，所有N路光波长经由专用馈线保护光纤(12)传输至远端节点RN(14)，从而保证了系统的正常通信。上行方向，由反射式半导体光放大器RSOA(43)擦除原有信息并重调制加载上行传输信息后形成N路上行信号。这N路上行信号通过分布式光纤(26)传输至远端节点RN(14)，再通过相应N个三端口光环行器(25)的3口，经N×1光耦合器(28)耦合为一根波长。随后经过第二掺铒光纤放大器EDFA2(29)弥补链路损耗后，经下方馈线光纤(12)传至OLT(1)中的接收机阵列(9)解调。
2)分布式光纤的多重保护方法
参照图1，2和5，当从所述远端节点RN(14)连接到光网络单元ONUN(30)的分布式光纤(44)出现故障时，下行信号λN无法直接到达ONUN(30)，位于ONUN(30)中的第二光检测器D2(42)将会检测到下行光信号的损失，从而发出控制信令将7×1光开关(39)置于2口的位置。此时在ONUN+3分出的下行信号λN将会通过分布式光纤(ONUN和ONUN+3之间)传送至ONUN(30)。而通过反射式半导体光放大器RSOA(43)对下行信号λN进行重调制以加载的上行信号也会按照相同路径返回远端节点RN(14)，从而实现了对ONUN(30)在下行方向的第一重保护。对ONUN(30)中经过反射式半导体光放大器RSOA(43)擦除原有信息并重调制加载上行传输信息后形成的上行信号，将会同样沿着ONUN(30)和ONUN+3(31)之间的分布式光纤返回光链路终端OLT(1)。如果遇到更糟的情况，即当ONUN(30)和ONUN+3(31)之间的分布式光纤也损坏时，第二光检测器D2(42)将会发出新的控制指令，快速将7×1光开关(39)由2口置于3口的位置。此时在ONUn+2(34)分出的下行信号λN将会通过分布式光纤(ONUN和ONUN+2之间)传送至ONUN(30)。基于相同的原理，借助7×1光开关(39)的2,3,4,5,6,7口以及在ONUN-3(32)，ONUN-2(33)，ONUN-1(35)，ONUN+1(36)，ONUN+2(34)及ONUN+3(31)预留的保护波长λN，本发明可以支持最多六重针对分布式光纤故障的上下行信号保护方案。
3)动态波长调度方法
参照图6，当ONUN(30)需要更多的带宽资源时，而其自身的直通通信波长λN无法满足该需求，则ONUN(30)会发送所需带宽请求到光线路终端OLT(1)。当OLT(1)收到请求后，会允许ONUN(30)使用与它相邻的ONUN-3(32)，ONUN-2(33)，ONUN-1(35)，ONUN+1(36)，ONUN+2(34)及ONUN+3(31)中空闲的带宽。上述ONU对应的波长λN-3,λN-2,λN-1,λN+1,λN+2,λN+3会按照时分复用的方式通过ONU之间的连接光纤和光功率分路器(40)被波长可调的接收机(41)接收并解调，从而解决了单个光网络单元ONU的带宽阻塞问题。

Claims (3)

1.一种三维无源光接入网实现多重保护及扩展功能的系统，由一个光链路终端OLT(1)通过两根单模馈线光纤(11,12)连接至远端节点RN(14)，该远端节点RN(14)通过分布式光纤(26)连接至N个光网络单元ONU(27)；其特征在于：
1)所述光链路终端OLT(1)包含N个光发射机(2)，通过一个第一阵列波导光栅AWG(4)后连接至一个第一三端口光环形器(5)的1口；该三端口光环形器(5)的2口连接至一个第一掺铒光纤放大器EDFA1(6)，该EDFA1(6)的右端连接一个第一光检测器D1(7)；所述三端口光环形器(5)的3口连接至一个第二阵列波导光栅AWG(8)，该AWG(8)下挂了另外N个光接收机Rx(9)；所述第一光检测器D1(7)的右端口连接一个1×2的光开关(10)，此光开关(10)右端两个接口分别连接两根单模馈线光纤(11,12)，这两根单模光纤(11,12)连接至一个2×1光耦合器(13)的左边两个端口，该光耦合器(13)右边端口连接至远端节点RN(14)；
2)所述远端节点RN(14)包括：一个第二三端口光环形器(15)，其2口连接一个1×7的光功率分路器(16)，此1×7光功率分路器(16)的右边7个端口分别连接七个结构相同的阵列波导光栅AWG(17-23)，称之为第三、第四、第五、第六、第七、第八和第九阵列波导光栅AWG(17-23)，此七个阵列波导光栅AWG(17-23)的各输出端口和N个7×1光耦合器(24)的输入端口连接；所述N个7×1光耦合器(24)的右端口分别对应连接N个第三三端口光环形器(25)的1口进，其2口出分别连接至N条单模光纤(26)，这N个第三三端口光环形器(25)的3口分别连接至一个N×1的光耦合器(28)的输入端口，该光耦合器(28)输出端口连接至一个第二掺饵光纤放大器EDFA2(29)的输入端口；该第二掺饵光纤放大器EDFA2(29)的输出端口连接至所述第三三端口光环形器(15)的3口；
3)所述光网络单元ONU(27)，以ONUN(30)为中心，上下左右前后六个方向均连接结构相同的ONU，分别为ONUN+3(31)，ONUN-3(32)，ONUN-2(33)，ONUN+2(34)，ONUN-1(35)和ONUN+1(36)，每个ONU(27)的结构相同，其中包括：一个第十阵列波导光栅(37)，六个1×2光功率分路器(38)，一个7×1光开关(39)，一个7×3光功率分路器(40)，一个波长可调接收机(41)，一个第二光检测器(42)和一个反射式半导体光放大器(43)；所述第十阵列波导光栅AWG(37)的最中间的接口与7×1光开关(39)的1口相连，所述第十AWG(37)右侧输出端上下方还共有六个接口，将分别连接六个1×2光功率分路器(38)，这六个1×2光功率分路器(38)的输出端口分别对应连接ONUN(30)和与其相邻的六个ONU(31-36)；所述7×3光功率分路器(40)的左端7个口分别连接7×1光开关(39)的1口和六个ONU，而右端分为三路：第一路连接至一个波长可调接收机(41)，第二路连接至一个第二检测器D2(42)，第三路连接至一个反射式半导体光放大器RSOA(43)。
2.一种根据权利要求书1所述的三维无源光接入网实现多重保护及扩展功能的系统实现扩展功能方法，其特征在于所述N个ONU(27)按照下述逻辑关系相互连接组成可扩展的三维拓扑结构：
设RN(14)中，Ai(1≤i≤7)为AWG(17-23)的输入端口，Oij代表第i个AWG的第j(1≤j≤N+2)个输出端口,Cn为第N个光耦合器(24)的输入端口，
AWG的输入端口阵列[A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7]
AWG的输出端口阵列
N个7×1光耦合器的输入端口阵列C＝[C1 C2 ... CN]
则AWG和光耦合器之间的逻辑关系为：
CN＝O1N+O2(N-1)+O3(N+1)+O4(N-2)+O5(N+2)+O6(N-3)+O7(N+3)
由该逻辑连接关系可以看出，λN-3，λN-2，λN-1，λN+1，λN+2，λN+3通过分布式光纤(26)连接到ONUN(30)；当ONUN(30)出现由于大容量通信业务导致带宽稀缺的问题时，位于该ONUN(30)内部的7×3光功率分路器(40)可以灵活的调度λN-3，λN-2，λN-1，λN+1，λN+2，λN+3中多余的带宽资源，实现这六种专用波长的共享；在实际应用时，根据当地的用户密度，通过在收发端添加光收发设备可以对该三维网络进行平滑升级扩容，延长网络的使用寿命，降低建网成本。
3.一种根据权利要求书1所述的三维无源光接入网实现多重保护及扩展功能的系统实现多重保护功能与动态波长调度方法，其特征在于：
a)馈线专用保护方法特征：
当从光链路终端OLT(1)连接到远端节点RN(14)之间的馈线光纤(11)出现故障时，所有下行N路光波长(3)均无法到达远端节点RN(14)，位于光链路终端OLT(1)中的第一光检测器D1(7)将会检测到光信号的丢失，从而发出控制信令将位于OLT(1)和RN(14)之间的1×2光开关(10)从上方端口切换置于下方端口的位置；此时，所有N路光波长经由专用馈线保护光纤(12)传输至远端节点RN(14)，从而保证了系统的正常通信；上行方向，由反射式半导体光放大器RSOA(43)擦除原有信息并重调制加载上行传输信息后形成N路上行信号；这N路上行信号通过分布式光纤(26)传输至远端节点RN(14)，再通过相应N个三端口光环形器(25)的3口，经N×1光耦合器(28)耦合为一根波长；随后经过第二掺铒光纤放大器EDFA2(29)弥补链路损耗后，经下方馈线光纤(12)传至OLT(1)中的接收机阵列(9)解调；
b)分布式光纤的多重保护方法特征：
当从所述远端节点RN(14)连接到光网络单元ONUN(30)的分布式光纤(44)出现故障时，下行信号λN无法直接到达ONUN(30)，位于ONUN(30)中的第二光检测器D2(42)将会检测到下行光信号的损失，从而发出控制信令将7×1光开关(39)置于2口的位置；此时在ONUN+3(31)分出的下行信号λN将会通过分布式光纤(ONUN和ONUN+3之间)传送至ONUN(30)；而通过反射式半导体光放大器RSOA(43)对下行信号λN进行重调制以加载的上行信号也会按照相同路径返回远端节点RN(14)；从而实现了对ONUN(30)在下行方向的第一重保护；对ONUN(30)中经过反射式半导体光放大器RSOA(43)擦除原有信息并重调制加载上行传输信息后形成的上行信号，将会同样沿着ONUN(30)和ONUN+3(31)之间的分布式光纤返回光链路终端OLT(1)；如果遇到更糟的情况，即当ONUN(30)和ONUN|3(31)之间的分布式光纤也损坏时，第二光检测器D2(42)将会发出新的控制指令，快速将7×1光开关(39)由2口置于3口的位置；此时在ONUn+2(34)分出的下行信号λN将会通过分布式光纤(ONUN和ONUN+2之间)传送至ONUN(30)；基于相同的原理，借助7×1光开关(39)的2,3,4,5,6,7口以及在ONUN-3(32)，ONUN-2(33)，ONUN-1(35)，ONUN+1(36)，ONUN+2(34)及ONUN+3(31)预留的保护波长λN，本发明可以支持最多六重针对分布式光纤故障的上下行信号保护方案；
c)动态波长调度方法特征：
当ONUN(30)需要更多的带宽资源时，而其自身的直通通信波长λN无法满足该需求，则ONUN(30)会发送所需带宽请求到光线路终端OLT(1)；当OLT(1)收到请求后，会允许ONUN(30)使用与它相邻的ONUN-3(32)，ONUN-2(33)，ONUN-1(35)，ONUN+1(36)，ONUN+2(34)及ONUN+3(31)中空闲的带宽；上述ONU对应的波长λN-3，λN|-2，λN-1，λN+1，λN+2，λN+3会按照时分复用的方式通过ONU之间的连接光纤和光功率分路器(40)被波长可调的接收机(41)接收并解调，从而解决了单个光网络单元ONU的带宽阻塞问题。
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