CN106792283B - 一种基于多层环结构的光接入网系统 - Google Patents

一种基于多层环结构的光接入网系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于多层环结构的光接入网系统，所述光接入网系统包括光链路终端层、第一层远端节点层、第二层远端节点层及光网络单元层；其中，光链路终端层包括多个光链路终端单元；第一层远端节点层包括多个第一层远端节点，各第一层远端节点互联形成环状；第二层远端节点层包括多个第二层远端节点，各第二层远端节点互联形成环状；光网络单元层包括多个光网络单元，各所述光网络单元互联形成环状。本发明基于多层环结构的光接入网系统，通过将第一层远端节点层中的各第一层远端节点、第二层远端节点层中的各第二层远端节点及光网络单元层中的各光网络单元分别互联形成环状，可有效实现传输链路的灵活选择，提高网络的能效、鲁棒性与灵活性。

Description

一种基于多层环结构的光接入网系统
技术领域
本发明涉及网络连接技术领域，特别是涉及一种基于多层环结构的光接入网系统。
背景技术
随着信息产业的高速发展，作为其支柱的通信网在网络覆盖率、传输速率、网络规模等方面在近年来得到了大幅度的提升。然而，大量的高速通信网建设也带来了巨大的能源消耗。在2010年，我国的年均网络能耗已达到三峡工程年发电量的三分之一。同时，《通信业“十二五”规划》也明确将网络节能降耗列为网络发展重点之一。从信息技术产业的长远发展来看，通信网的节能降耗工作亟需进行推进与开展相关研究。接入网部分作为通信网中“最后的一公里”，为用户提供了唯一的网络接入接口，其网络器件数目与网络业务复杂度远非通信网其他部分可比拟，相应地，接入网部分的能耗也占到了通信网总能耗的近三分之二。而随着“光进铜退”的落实，在接入网中，光纤将成为最主要的信息传输介质，因此，针对光接入网的节能降耗工作已经成为当今的研究热点。
目前，光接入网的能效提升研究主要基于两种网络结构开展：以以太无源光网络和波分复用无源光网络为主导的现存光接入结构，与以正交频分复用无源光网络以及时/波分复用无源光网络为主导的未来光接入网结构。以太无源光网络通过应用光网络单元的睡眠唤醒机制，配合高效的资源调度与管理，降低了网络的平均能耗，减少了每比特数据的传输能耗。波分复用无源光网络由于建立了多个波长信道，通过大量地提高传输速率来提升传输效率。
然而，由于现存光接入网结构受限于网络速率与接入容量，无法满足未来光接入网的高速、大接入容量、长距离接入的需求。
目前报道的未来光接入网节能机制中，对网络的鲁棒性，网络的实际布设覆盖范围等问题考虑甚少，而恰恰这两个问题是接入网在实际应用中最应考虑的两个问题，前者能为用户提供稳定的服务，后者能指导合理的网络建设。另一方面，随着接入网接入距离的增加，以及城域网与接入网的进一步融合，接入网的城域覆盖应用问题应当得到进一步的讨论研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于多层环结构的光接入网系统，可提高系统的鲁棒性、能效、以及灵活性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于多层环结构的光接入网系统，所述光接入网系统包括依次连接的光链路终端层、第一层远端节点层、第二层远端节点层及光网络单元层；其中，
所述光链路终端层包括多个光链路终端单元；
所述第一层远端节点层包括多个第一层远端节点，各所述第一层远端节点互联形成环状，所述光链路终端单元的输出端连接所述第一层远端节点的输入端；
所述第二层远端节点层包括多个两种类型的第二层远端节点，各所述第二层远端节点互联形成环状，所述第一层远端节点的输出端与所述第二层远端节点的输入端连接；
所述光网络单元层包括多个光网络单元，各所述光网络单元互联形成环状，所述第二层远端节点的输出端与所述光网络单元的输入端连接。
所述光链路终端单元包括第一时/波分复用光链路终端和2:1光链路终端光分束器，所述第一时/波分复用光链路终端发射的光信号经过所述2:1光链路终端光分束器输入至所述第一层远端节点。
所述光链路终端层还包括备用光链路终端单元，用于在所述第一时/波分复用光链路终端故障时使用；其中，
所述备用光链路终端单元包括第二时/波分复用光链路终端及1:a光分束器，所述第二时/波分复用光链路终端发射的光信号经过所述1:a光分束器发送至故障的光链路终端单元中的2:1光链路终端光分束器，a表示所述光链路终端层中所述第一时/波分复用光链路终端的数量。
所述第一层远端节点包括第一3:2光开关、第一光放大器、第一光耦合器、2个第一2:1光开关及2:4光分束器；其中，
所述第一3:2光开关的第一输入端与所述光链路终端单元的输出端相连，所述第一3:2光开关的第一输出端依次连接所述第一光放大器、第一光耦合器的输入端，所述第一3:2光开关的第二输出端与所述2:4光分束器的第二输入端相连，所述第一光耦合器的第一输出端与所述2:4光分束器的第一输入端连接，所述第一光耦合器的第二、第三输出端分别连接一个所述第一2:1光开关，各所述第一2:1光开关分别连接所述第一3:2光开关，且所述第一2:1光开关与另一第一层远端节点中的第一2:1光开关相连接，使得各所述第一层远端节点连接形成环状。
所述第二层远端节点层中的第二层远端节点分为A型第二层远端节点和B型第二层远端节点，且A型第二层远端节点和B型第二层远端节点交替设置，且两个所述A型第二层远端节点和两个所述B型第二层远端节点分别与同一个第一层远端节点的不同输出端连接；其中，
所述A型第二层远端节点包括：A型第二3:2光开关、第二光放大器、A型第二光耦合器、2个A型第二2:1光开关及A型2:32光分束器；所述A型第二3:2光开关的第一输入端与所述第一层远端节点连接，所述A型第二3:2光开关的第一输出端依次连接所述第二光放大器、第二光耦合器的输入端，所述A型第二3:2光开关的第二输出端与所述A型2:32光分束器的第二输入端连接，所述第二光耦合器的第一输出端与所述A型2:32光分束器的第一输入端连接，所述第二光耦合器的第二、第三输出端分别连接一个所述A型第二2:1光开关，各所述A型第二2:1光开关分别连接所述A型第二3:2光开关；
所述B型第二层远端节点包括：B型第二3:2光开关、B型第二光耦合器、2个B型第二2:1光开关及B型2:32光分束器；所述B型第二3:2光开关的第一输入端与所述第一层远端节点连接，所述B型第二3:2光开关的第一输出端连接所述B型第二光耦合器的输入端，所述B型第二3:2光开关的第二输出端与所述B型2:32光分束器的第二输入端连接，所述B型第二光耦合器的第一输出端与所述B型2:32光分束器的第一输入端连接，所述B型第二光耦合器的第二、第三输出端分别连接一个所述B型第二2:1光开关，各所述B型第二2:1光开关分别连接所述B型第二3:2光开关；且所述B型第二2:1光开关与所述A型第二2:1光开关连接，使得各所述A型第二层远端节点和所述B型第二层远端节点交替连接成环状。
所述光网络单元包括光网络单元3:2光开关、可调光收发机及控制系统，其中，所述光网络单元3:2光开关的第一输入端与第二层远端节点连接，所述光网络单元3:2光开关的第一输出端依次连接有所述可调光收发机和控制系统；各所述光网络单元通过所述光网络单元3:2光开关形成环状连接。
所述光网络单元还包括备用可调光收发机，所述备用可调光收发机设置在所述光网络单元3:2光开关的第二输出端与控制系统之间，并与二者相连。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明基于多层环结构的光接入网系统，通过将第一层远端节点层中的各第一层远端节点、第二层远端节点层中的各第二层远端节点及光网络单元层中的各光网络单元分别互联形成环状，可有效实现光传输链路的灵活选择，提高网络的能效、鲁棒性与灵活性，同时实现全方向、大面积、弹性接入距离的接入覆盖。
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为本发明基于多层环结构的光接入网系统的结构示意图；
图2为第一层远端节点的结构示意图；
图3a为A型第二层远端节点的结构示意图；
图3b为B型第二层远端节点的结构示意图；
图4为光网络单元的结构示意图；
图5为对应不同网络负载的网络连接结构；
图6为不同网络负载下的最小覆盖半径、工作的光链路终端光收发机的数量及网络功耗的变化；
图7为在开启全部光放大器后，不同网络负载对应的最大接入半径及网络功耗的变化；
图8为本发明基于多层环结构的光接入网系统与动态带宽分配机制协同工作时的节能降耗表现与时延性能曲线示意图。
符号说明：
光链路终端层 1 光链路终端单元 11
第一时/波分复用光链路终端 111 2:1光链路终端光分束器 112
第二时/波分复用光链路终端 121 1:a光分束器 122
备用光链路终端单元 12 第一层远端节点层 2
第一层远端节点 21 第一3:2光开关 211
第一光放大器 212 第一光耦合器 213
第一2:1光开关 214 2:4光分束器 215
第二层远端节点层 3 A型第二层远端节点 31
A型第二3:2光开关 311 第二光放大器 312
A型第二光耦合器 313 A型第二2:1光开关 314
A型2:32光分束器 315 B型第二层远端节点 32
B型第二3:2光开关 321 B型第二光耦合器 322
B型第二2:1光开关 323 B型2:32光分束器 324
光网络单元层 4 光网络单元 41
光网络单元3:2光开关 411 可调光收发机 412
控制系统 413 备用可调光收发机 414。
具体实施方式
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。
本发明的目的是提供一种基于多层环结构的光接入网系统，通过将第一层远端节点层中的各第一层远端节点、第二层远端节点层中的各第二层远端节点及光网络单元层中的各光网络单元分别互联形成环状，可有效实现链路的灵活选择，提高网络的能效、鲁棒性与灵活性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明基于多层环结构的光接入网系统包括依次连接的光链路终端层1、第一层远端节点层2、第二层远端节点层3、及光网络单元层4。其中，所述光链路终端层1包括多个光链路终端单元11；所述第一层远端节点层2包括多个第一层远端节点21，各所述第一层远端节点21互联形成环状，所述光链路终端单元11的输出端连接所述第一层远端节点21的输入端；所述第二层远端节点层3包括多个两种类型的第二层远端节点，各所述第二层远端节点互联形成环状，所述第一层远端节点31的输出端与所述第二层远端节点的输入端连接；所述光网络单元层4包括多个光网络单元41，各所述光网络单元41互联形成环状，所述第二层远端节点的输出端与所述光网络单元41的输入端连接。
本发明基于多层环结构的光接入网系统通过多层环结构，在保证接入链路选择的灵活性与网络的鲁棒性的同时，大大降低了网络能耗；通过灵活的链路选择，光网络单元的数据流更便于汇聚，并且在低负载时能关闭光链路终端，提高网络在低负载时的能效；通过多个馈线链路，实现以光链路终端为中心的全方向接入覆盖。
其中，所述光链路终端单元11包括第一时/波分复用光链路终端111和2:1光链路终端光分束器112，所述第一时/波分复用光链路终端发射的光信号经过所述2:1光链路终端光分束器输入至所述第一层远端节点。
第一时/波分复用光链路终端包括4个10G光收发机、后置光放大器、MAC、机柜、二层交换机；可支持4波长，每波长10G速率传输。所述第一时/波分复用光链路终端发射的光信号经由2:1光链路终端光分束器进入馈线。
进一步地，所述光链路终端层1还包括备用光链路终端单元12，所述备用光链路终端单元12用于在所述第一时/波分复用光链路终端故障时使用。所述备用光链路终端单元12包括第二时/波分复用光链路终端121及1:a光分束器122，所述第二时/波分复用光链路终端发射的光信号经过所述1:a光分束器发送至故障的光链路终端单元中的2:1光链路终端光分束器，a表示所述光链路终端层中第一时/波分复用光链路终端的数量。其中，所述第二时/波分复用光链路终端与所述第一时/波分复用光链路终端的结构与性能参数相同，在此不再赘述。当第一时/波分复用光链路终端损坏时，第二时/波分复用光链路终端经由1:a光分束器接入对应第一时/波分复用光链路终端的2:1光链路终端光分束器，从而维持馈线信号的传输，以保持网络正常运作。
如图2所示，所述第一层远端节点21包括第一3:2光开关211、第一光放大器212、第一光耦合器213、2个第一2:1光开关214及2:4光分束器215。
其中，所述第一3:2光开关211的第一输入端与所述光链路终端单元11的输出端连接，所述第一3:2光开关211的第一输出端依次连接所述第一光放大器212、第一光耦合器213的输入端，所述第一3:2光开关211的第二输出端与所述2:4光分束器215的第二输入端相连，所述第一光耦合器213的第一输出端与所述2:4光分束器215的第一输入端连接，所述第一光耦合器213的第二、第三输出端分别连接一个所述第一2:1光开关214，各所述第一2:1光开关214分别连接所述第一3:2光开关211，且所述第一2:1光开关214与另一第一层远端节点21的第一2:1光开关连接，使得各所述第一层远端节点连接形成环状。
所述第一层远端节点21的具体工作如下：
1)一般情况的直接分配链路：对应馈线的第一3:2光开关直接将链路连接到2:4光分束器进行分布。在这种情况下，第一光放大器可关闭，从而减少器件功耗。
2)进行信号放大的分配链路：对应馈线的第一3:2光开关连接链路依次到第一光放大器和第一光耦合器，然后通过第一光耦合器再连接到2:4光分束器进行分布。在这种情况下，网络的接入距离得到增加。
3)连接到节点间的互联链路：在进行信号放大的分配链路建立的条件下，即对应馈线的第一3:2光开关先连接链路到第一光放大器，再连接到第一光耦合器的情况下，然后通过第一光耦合器连接到连接了节点间互联链路的第一2:1光开关。在此情况下，对应另一第一层远端节点可利用其相应连接到节点间互联链路的第一2:1光开关传输光信号到其第一3:2光开关，再选择其自身应当建立的链路。每一个第一层远端节点21负责4个第二层远端节点。
在该第一层远端节点的结构中，在满足接入距离需求的前提下，可以选择关闭第一光放大器选择直接分配链路进行分配，从而节约能耗。同时，在低负载下，可以选择互联链路连接到同层其他第一层远端节点，将两个第一层远端节点的数据流汇聚传输到一个光链路终端单元，从而关闭部分光链路终端单元进行节能降耗工作。即，在低负载时，可选择一个第一层远端节点为主-第一层远端节点，其附近的第一层远端节点可作为从-第一层远端节点。通过两个节点间的互联链路，可将从-第一层远端节点的数据流汇聚到主-第一层远端节点，再传输到一个光链路终端单元，从而关闭从-第一层远端节点对应的光链路终端，大大节约能耗。另一方面，该互联链路机制还可应用于对应馈线或光链路终端单元失效的情况下。通过使用不同的波长，数据流可通过附近同层的第一层远端节点传输到光链路终端层，再通过光链路终端层中的2:1光链路终端光分束器和1:a光分束器接入备用光链路终端单元的第二时/波分复用光链路终端，从而维持数据传输。如，在从-第一层远端节点的馈线链路断裂时，可使用不同波长，利用第一层远端节点间的互联链路，通过主-第一层远端节点的馈线链路连接到备用光链路终端单元保证网络运行。
第二层远端节点层3的结构功能与第一层远端节点层2类似，其包含的第二层远端节点的结构也与第一层远端节点相近。所有第二层远端节点也相互连接形成一个环状结构。每一个第一层远端节点负责4个第二层远端节点。第一层远端节点与第二层远端节点通过10公里的第一层分配链路相连。为降低成本，第二层远端节点分为两种类型，即包含了光放大器的A型第二层远端节点和不包含光放大器的B型第二层远端节点。
具体的，如图3a和3b所示，所述第二层远端节点层中的第二层远端节点分为A型第二层远端节点31和B型第二层远端节点32，且A型第二层远端节点31和B型第二层远端节点32交替设置，且两个所述A型第二层远端节点31和两个所述B型第二层远端节点32分别与同一个第一层远端节点21的不同输出端连接。
其中，所述A型第二层远端节点31包括：A型第二3:2光开关311、第二光放大器312、A型第二光耦合器313、2个A型第二2:1光开关314及A型2:32光分束器315。所述A型第二3:2光开关311的第一输入端与所述第一层远端节点21连接，所述A型第二3:2光开关311的第一输出端依次连接所述第二光放大器312、第二光耦合器313的输入端，所述A型第二3:2光开关311的第二输出端与所述A型2:32光分束器315的第二输入端连接，所述第二光耦合器313的第一输出端与所述A型2:32光分束器315的第一输入端连接，所述第二光耦合器313的第二、第三输出端分别连接一个所述A型第二2:1光开关314，各所述A型第二2:1光开关314分别连接所述A型第二3:2光开关311。
所述B型第二层远端节点32包括B型第二3:2光开关321、B型第二光耦合器322、2个B型第二2:1光开关323及B型2:32光分束器324；所述B型第二3:2光开关321的第一输入端与所述第一层远端节点21连接，所述B型第二3:2光开关321的第一输出端连接所述B型第二光耦合器322的输入端，所述B型第二3:2光开关321的第二输出端与所述B型2:32光分束器324的第二输入端连接，所述B型第二光耦合器322的第一输出端与所述B型2:32光分束器324的第一输入端连接，所述B型第二光耦合器322的第二、第三输出端分别连接一个所述B型第二2:1光开关323，各所述B型第二2:1光开关323分别连接所述B型第二3:2光开关321；且所述B型第二2:1光开关323与所述A型第二2:1光开关314连接，使得各所述A型第二层远端节点31和所述B型第二层远端节点32交替连接成环状。
与第一层远端节点不同的是，第二层远端节点均采用了2:32光分束器来替代2:4光分束器。在第二层远端节点中，仍然有3种类型的链路可构成：
1)一般情况的直接分配链路：对应第一层分配链路的A型第二3:2光开关(或B型第二3:2光开关)直接将链路连接到A型2:32光分束器(或B型2:32光分束器)进行分布。这条链路是第二层远端节点最主要使用的链路。
2)进行信号放大的分配链路：对应第一层分配链路的A型第二3:2光开关连接链路到第二光放大器，然后通过A型第二光耦合器再连接到A型2:32光分束器进行分布。
由于B型第二层远端节点中不存在光放大器，因此，信号放大只存在于A型第二层远端节点中。相应地，在B型第二层远端节点中，第二种链路变更为耦合分配链路。即，B型第二层远端节点的第二3:2光开关直接连接链路到B型第二光耦合器，之后再连接到B型2:32光分束器。
3)连接到节点间的互联链路：在第二种链路建立的条件下，A型第二光耦合器(或B型第二光耦合器)将链路分配并连接到连接了节点间互联链路的A型第二2:1光开关(或B型第二2:1光开关)。
在第二层远端节点层的环状结构中，A型第二层远端节点和B型第二层远端节点依次交替轮换连接。同样地，第二层远端节点之间也能进行相互数据交换，其原理与第一层远端节点相同，也可在低负载下进行数据流汇聚及互相进行链路和器件之间的保护。
所述第二层远端节点在需要使用第二层远端节点间互联链路情况下的具体工作原理为：可选择一个第二层远端节点为主-第二层远端节点，其附近的第二层远端节点作为从-第二层远端节点。通过两个节点间的互联链路，可将从-第二层远端节点的数据流汇聚到主-第二层远端节点，再传输到主-第二层远端节点对应的第一层远端节点。当从-第二层远端节点的上层器件或线路损坏时，也可利用这些互联链路，通过主-第二层远端节点连接到主-第二层远端节点对应的上层器件，从而保证网络运行。
如图4所示，所述光网络单元41包括光网络单元3:2光开关411、可调光收发机(TRX，Transceiver)412及控制系统413。其中，所述光网络单元3:2光开关411的第一输入端与第二层远端节点连接，所述光网络单元3:2光开关411的第一输出端依次连接有所述可调光收发机412和控制系统413；各所述光网络单元41通过所述光网络单元3:2光开关411形成环状连接。其中，所述控制系统413为包含了MAC和用户需求设备(Customer premisedequipment，CPE)的片上系统(System on chip，SoC)。
进一步地，所述光网络单元41还包括备用可调光收发机414，所述备用可调光收发机414设置在所述光网络单元3:2光开关411的第二输出端与控制系统413之间，并与二者相连。
其中，所述光网络单元41在非正常工作状况下的具体工作过程为：
1)当附近与之互联的光网络单元的最终分配链路断裂时，该光网络单元可同时开启可调光收发机和备用可调光收发机，通过光网络单元间的互联链路，以备用光收发机接收附近光网络单元的信号，再使用普通光收发机将这些信号与自身信号一同上传，从而保持数据传输。
2)当第二层远端节点不工作时，也可利用这些光网络单元间的互联链路将对应的光网络单元串联起来再连接到对应于另一第二层远端节点的光网络单元上，继续数据的传输。
下面以5个光链路终端(即4个光链路终端单元和1个备用光链路终端单元)为例具体介绍：
如图5所示(第一层远端节点简称为RN-FL，第二层远端节点简称为RN-SL，括号内为第二层远端节点型号，普通光链路终端单元(配备第一时/波分复用光链路终端)简称为G-OLT，光网络单元简称为ONU，由于描绘的是正常工作状态下的网络，位于光链路终端层内的备用光链路终端单元未在图中画出)。
如图5中(a)部分所示，当网络归一化负载小于0.25时，3个第一时/波分复用光链路终端被关闭，剩余的一个第一时/波分复用光链路终端通过其对应的主-第一层远端节点汇聚其下以及其余3个从-第一层远端节点的数据流。在这种情况下，两个从-第一层远端节点使用一般情况的直接分配链路，并关闭对应的第一光放大器以节约能耗。如图5中(b)部分所示，当归一化负载在0.25到0.5之间时，两个第一时/波分复用光链路终端被关闭，而两个从-第一层远端节点仍使用一般情况的直接分配链路。如图5中(c)部分所示，当归一化负载在0.5到2/3之间时，只有一个第一时/波分复用光链路终端被关闭，同时，其馈线对应的第一层远端节点也关闭。而其相应的4个第二层远端节点则分为两组，并且分别串联起来连接到两个属于其他两个第一层远端节点的第二层远端节点上，来保持数据传输。如图5中(d)部分所示，当归一化负载在2/3到1之间时，所有第一时/波分复用光链路终端都进入运行，网络连接结构则类似于4个独立的传统时/波分复用接入网。
图6中所示为不同网络负载下的最小覆盖半径、光链路终端层内工作的光收发机的数量及网络总功耗的变化。当归一化负载小于0.5时，网络最小覆盖半径由在主-第一层远端节点边上的关闭了第一光放大器的从-第一层远端节点的允许接入距离决定。当归一化负载处于0.5到2/3之间时，网络最小覆盖半径由属于活跃的第一层远端节点并且连接到关闭了其第一层远端节点的A型第二层远端节点的B型第二层远端节点的接入距离决定。当归一化负载大于2/3时，网络最小覆盖半径与单个时/波分复用树的接入距离相同。如图6中(a)部分所示，本发明基于多层环结构的光接入网系统可完美达成40公里以上的城域范围接入用户覆盖。同时，考虑到链路保护工作，在使用备用光链路终端单元时，通过开启第一光放大器，可实现69.2公里的保护接入距离。也就是说，本发明基于多层环结构的光接入网系统的网络结构完全可提供40公里半径的全方位保护的用户接入。如图6中(b)部分所示，本发明基于多层环结构的光接入网系统在相同负载下具有使用光链路终端光收发机数量较少的特性。如图6中(c)部分所示，本发明基于多层环结构的光接入网系统在低负载下关闭了高功耗的光链路终端，减少了工作的光链路终端光收发机数目，并且省去了大量备用设备，使得网络的总功耗大大降低。
如图7中(a)部分和(b)部分所示，可以观察到通过开启所有可用光放大器，本发明基于多层环结构的光接入网系统的最大接入半径、功耗随负载变化而变化趋势。可以发现，本发明基于多层环结构的光接入网系统在接入距离上的弹性是十分大的，并且在支持长距离接入的前提下仍然能保持一定的节能效益。
图8中(a)部分和(b)部分为本发明基于多层环结构的光接入网系统与动态带宽分配机制协同工作时的节能降耗表现与时延性能曲线示意图。对使用同一个光波长的光网络单元，所应用的动态带宽分配机制为[Y.Lv,N.Jiang,K.Qiu,C.Xue,“Energy-efficientload adaptive polling sequence arrangement scheme for passive optical accessnetworks,”J.Opt.Commun.Netw.7,516-524(2015).]中提出的轮询顺序调度节能机制。根据仿真结果，由于所提出的结构在数据汇聚方面的便利性，整个网络的平均能耗得到极大地降低，并且可能出现的低负载时轮询周期过短导致睡眠唤醒机制无法发挥作用的问题也得到了避免。另一方面，网络的平均包时延也保持在一个可以接受的范围内，10ms以内的时延性能可保证时延敏感业务的服务质量，仅在仅使用一个光收发机服务全部光网络单元，并且数据流量处于该光收发机可接受的极限的情况下，网络延迟才略超出10ms。因此，所提出的网络结构具有很高的实用性。
综上所述，本发明基于多层环结构的光接入网系统具备如下有益效果：
1)低网络能耗；2)完全的网络器件与链路保护；3)高弹性的接入距离与全方位的接入用户覆盖；4)灵活的接入路径选择，便于光网络单元数据流汇聚；5)不需要建立独立的备用保护网络，减少了备用器件的空间与资源占用；6)该网络结构具有高度的适用性，配合节能资源调度机制，可更高效地提高网络能效；7)可适用于城域范围的接入用户覆盖，实现城域网与接入网的融合。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种基于多层环结构的光接入网系统，其特征在于，所述光接入网系统包括依次连接的光链路终端层、第一层远端节点层、第二层远端节点层及光网络单元层；其中，
所述光链路终端层包括多个光链路终端单元；
所述第一层远端节点层包括多个第一层远端节点，各所述第一层远端节点互联形成环状，所述光链路终端单元的输出端连接所述第一层远端节点的输入端；
所述第一层远端节点包括第一3:2光开关、第一光放大器、第一光耦合器、2个第一2:1光开关及2:4光分束器；其中，
所述第一3:2光开关的第一输入端与所述光链路终端单元的输出端相连，所述第一3:2光开关的第一输出端依次连接所述第一光放大器、第一光耦合器的输入端，所述第一3:2光开关的第二输出端与所述2:4光分束器的第二输入端相连，所述第一光耦合器的第一输出端与所述2:4光分束器的第一输入端连接，所述第一光耦合器的第二、第三输出端分别连接一个所述第一2:1光开关，各所述第一2:1光开关分别连接所述第一3:2光开关，且所述第一2:1光开关与另一第一层远端节点中的第一2:1光开关连接，使得各所述第一层远端节点连接形成环状；
所述第二层远端节点层包括两种类型的多个第二层远端节点，各所述第二层远端节点互联形成环状，所述第一层远端节点的输出端与所述第二层远端节点的输入端连接；
所述光网络单元层包括多个光网络单元，各所述光网络单元互联形成环状，所述第二层远端节点的输出端与所述光网络单元的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的基于多层环结构的光接入网系统，其特征在于，所述光链路终端单元包括第一时/波分复用光链路终端和位于该光链路终端输出口的2:1光链路终端光分束器，所述第一时/波分复用光链路终端发射的光信号经过所述2:1光链路终端光分束器输入至所述第一层远端节点。
3.根据权利要求2所述的基于多层环结构的光接入网系统，其特征在于，所述光链路终端层还包括备用光链路终端单元，用于在所述第一时/波分复用光链路终端故障时使用；其中，
所述备用光链路终端单元包括第二时/波分复用光链路终端及1:a光分束器，所述第二时/波分复用光链路终端发射的光信号经过所述1:a光分束器发送至故障的光链路终端单元中的2:1光链路终端光分束器，a表示所述光链路终端层中所述第一时/波分复用光链路终端的数量。
4.根据权利要求1所述的基于多层环结构的光接入网系统，其特征在于，所述第二层远端节点层中的第二层远端节点分为A型第二层远端节点和B型第二层远端节点，且A型第二层远端节点和B型第二层远端节点交替设置，且两个所述A型第二层远端节点和两个所述B型第二层远端节点分别与同一个第一层远端节点的不同输出端连接；其中，
所述A型第二层远端节点包括：A型第二3:2光开关、第二光放大器、A型第二光耦合器、2个A型第二2:1光开关及A型2:32光分束器；所述A型第二3:2光开关的第一输入端与所述第一层远端节点连接，所述A型第二3:2光开关的第一输出端依次连接所述第二光放大器、A型第二光耦合器的输入端，所述A型第二3:2光开关的第二输出端与所述A型2:32光分束器的第二输入端连接，所述A型第二光耦合器的第一输出端与所述A型2:32光分束器的第一输入端连接，所述A型第二光耦合器的第二、第三输出端分别连接一个所述A型第二2:1光开关，各所述A型第二2:1光开关分别连接所述A型第二3:2光开关；
所述B型第二层远端节点包括：B型第二3:2光开关、B型第二光耦合器、2个B型第二2:1光开关及B型2:32光分束器；所述B型第二3:2光开关的第一输入端与所述第一层远端节点连接，所述B型第二3:2光开关的第一输出端连接所述B型第二光耦合器的输入端，所述B型第二3:2光开关的第二输出端与所述B型2:32光分束器的第二输入端连接，所述B型第二光耦合器的第一输出端与所述B型2:32光分束器的第一输入端连接，所述B型第二光耦合器的第二、第三输出端分别连接一个所述B型第二2:1光开关，各所述B型第二2:1光开关分别连接所述B型第二3:2光开关；且所述B型第二2:1光开关与所述A型第二2:1光开关连接，使得各所述A型第二层远端节点和所述B型第二层远端节点交替连接成环状。
5.根据权利要求1所述的基于多层环结构的光接入网系统，其特征在于，所述光网络单元包括光网络单元3:2光开关、可调光收发机及控制系统，其中，所述光网络单元3:2光开关的第一输入端与第二层远端节点连接，所述光网络单元3:2光开关的第一输出端依次连接有所述可调光收发机和控制系统；各所述光网络单元通过所述光网络单元3:2光开关形成环状连接。
6.根据权利要求5所述的基于多层环结构的光接入网系统，其特征在于，所述光网络单元还包括备用可调光收发机，所述备用可调光收发机设置在所述光网络单元3:2光开关的第二输出端与控制系统之间，并与二者相连。
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