CN107888995B - 汇聚接入环形光网络实现虚拟通信和保护功能系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种汇聚接入环形光接入网实现虚拟通信和保护功能的系统及方法。本系统是：由中心局通过一根单模馈线光纤串联连接M个灵活控制单元形成汇聚接入环，即Ⅰ环；该Ⅰ环中每个灵活控制单元一方面连接至由N个直通光网络单元ONUE首尾相连组成的直通用户群，即Ⅱ环；另一方面连接P个远端节点RN形成相切环，即Ⅲ环；从而组成三个波分复用子网；Ⅲ环上的任一远端节点RN均通过分布光纤连接至由Q个波分复用子网光网络单元ONU首尾相连构成的环形用户群，即Ⅳ环。本发明通过多环相切结构，不仅首次实现了汇聚接入网中同一/不同波分复用接入子网光网络单元之间的虚拟通信，而且具有单纤保护功能，使系统在成本和性能间也能达到理想状态。

Description

汇聚接入环形光网络实现虚拟通信和保护功能系统及方法
技术领域
本发明涉及光通信领域，具体是涉及一种汇聚接入环形光网络实现保护和虚拟通信功能的系统及方法。
背景技术
随着网络用户需求爆炸性增长及新业务大量涌现，运营商网络业务开发困难、部署周期长、成本高等问题日益凸显，而网络虚拟化技术是解决此类问题的有效手段。在骨干网中，虚拟化技术例如虚拟专用网，已得到深入研究及广泛应用。在接入网中，随着无源光接入网(Passive Optical Network，PON)，尤其是波分复用无源光网络WDM-PON的广泛应用，其虚拟化研究已引起人们高度重视。其次，网络扁平化是电信网络发展的必然趋势，将使现有光城域网三层(核心层、汇聚层和接入层)架构向二层架构演进。这不但可降低网络建设成本、消除网络扩容瓶颈、快捷拓展业务、提升网络传输效率，而且能有效降低故障影响率、缩短故障解决时间、降低维护难度和维护成本。然而，目前对于汇聚接入光网络虚拟通信的研究尚处于初级阶段，而且局限于现有光城域网络三层架构背景下的PON，无法满足网络扁平化发展的要求。除此之外，光网络具有极高的传输速率，尤其是扁平化的二层网络架构，其汇聚接入节点处的数据流量大幅增加，因此针对汇聚接入光网络的自愈保护方案也十分重要。本发明对系统的体系架构进行了合理的布局，系统不仅可以同时实现单个/不同WDM-PON下光网络单元之间的虚拟通信，使现有光城域网三层架构向二层架构演进，而且兼具单纤环保护功能，使系统在成本和性能间也能达到理想状态。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，和对未来汇聚接入光网络的高可靠性及大规模接入发展趋势，提供一种汇聚接入环形光网络实现虚拟通信和保护功能的系统及方法，可在物理层面构建不同WDM-PON之间虚拟通信链路并提供自愈保护功能，以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：
在中心局处通过光第一光开关阵列将核心层下载的波长顺时针或逆时针路由至城域汇聚接入环，该接入环中的灵活控制单元分别连接由远端节点RN环和光网络单元ONU环组成的波分复用子网。本系统中，考虑到未来汇聚接入光网络高可靠性的必然要求，因此在城域汇聚接入环、远端节点RN环以及光网络单元ONU环中均采用光开关和光环行器的组合实现了对上述三级环形拓扑结构的保护。
根据上述发明构思，本发明采用下列方案：
一种汇聚接入环形光网络实现虚拟通信和保护功能的系统，如图1，图3所示，由中心局通过一根单模馈线光纤串联连接M个灵活控制单元形成汇聚接入环，此汇聚接入环称为Ⅰ环，该Ⅰ环中每个灵活控制单元一方面通过光环形器连接至由N个光网络单元ONU首尾相连组成的直通ONUE环，此直通用户群称为Ⅱ环；另一方面通过一根单模馈线光纤连接P个远端节点RN形成相切环，从而组成三个波分复用子网，此相切环称为Ⅲ环；Ⅲ环上的任一远端节点RN均通过分布光纤连接至由Q个光网络单元ONU首尾相连构成的环形用户群，此环形用户群称为Ⅳ环；其特征在于：
1)如图2所示，中心局包括S+1个光发射机TX，通过连接光纤连接至由S+1个1×2光开关组成的第一光开关阵列，该第一光开关阵列的上端口连接一个第一阵列波导光栅AWG，下端口连接一个第二阵列波导光栅AWG；第一阵列波导光栅AWG和第二阵列波导光栅AWG的输出端分别连接至第一、第二普通光环行器的1口，这两个普通光环形器的2口通过单模馈线光纤连接到由M个灵活控制单元组成的Ⅰ环；所述第一，第二普通光环形器的3口连接至一个第一2×1光耦合器的两个输入端，该第一2×1光耦合器的输出端连接至一个第三阵列波导光栅AWG，其下挂了另外S+1个光接收机RX；
2)如图3中所述灵活控制单元，以灵活控制单元2为例说明，包括一个第二2×2光开关，其右边上端口通过一个第三普通光环形器1口进，2口出连接至一个第一掺铒光纤放大器EDFA1，该第一掺铒光纤放大器EDFA1的输出端连至一个第一粗波分解复用器CWDM1；所述第一粗波分解复用器CWDM1右端输出三路：1口为第一路连接一个第一波长选择开关WSS1；2口为第二路连接一个第二波长选择开关WSS2；3口为第三路连接一个第一1×3光功率分路器。所述WSS1的1口和第一1×3光功率分路器的1口连接到一个第二2×1光耦合器的输入端，该第二2×1光耦合器输出端连接一个第二1×2光功率分路器，该第二1×2光功率分路器右端上方输出端口通过一个第四普通光环行器1口进，2口出连至由P个远端节点构成的Ⅲ环的上端；而该第二1×2光功率分路器右端下方输出端口连接一个第三1×1光开关，该第三1×1光开关通过一个第五普通光环行器1口进，2口出连接至Ⅲ环的下端；所述WSS2的1口和第一1×3光功率分路器的2口连接一个第三2×1光耦合器，此第三2×1光耦合器输出端连至一个第三1×2光功率分路器，该第三1×2光功率分路器输出端的右端口通过一个第六普通光环行器1口进，2口出连至由直通光网络单元ONUE构成的Ⅱ环的右端；而该第三1×2光功率分路器输出端的左端口连接一个第四1×1光开关，该第四1×1光开关通过一个第七普通光环行器1口进，2口出连接至Ⅱ环的左端；所述WSS1的2口、WSS2的2口和第一1×3光功率分路器的3口连接至一个第四3×1光耦合器的输入端，其输出端通过一个第八普通光环形器1口进，2口出连至所述第二2×2光开关的右边下端口。所述第四、第五、第六、第七和第八普通光环形器的3口通过分布光纤连接至一个第五5×1光耦合器的输入端，该第五5×1光耦合器输出端连接一个第二掺铒光纤放大器EDFA2，该第二掺铒光纤放大器EDFA2输出端连接至所述第三普通光环形器的3口；
3)如图4中所述远端节点RN，以远端节点RN5为例说明，包括一个第五2×2光开关，其右边上端口通过一个第九普通光环形器1口进，2口出连接至一个第二粗波分解复用器CWDM2；所述第二粗波分解复用器CWDM2右端输出两路：1口为第一路连接一个第三波长选择开关WSS3；2口为第二路连接一个第四1×2光功率分路器；所述WSS3的1口和第四1×2光功率分路器的1口连接到一个第六2×1光耦合器的输入端，其第六2×1光耦合器输出端连接一个第五1×2光功率分路器，该第五1×2光功率分路器右端上方输出端口通过一个第十普通光环形器1口进，2口出连至由Q个光网络单元构成的Ⅳ环的上端；而该第五1×2光功率分路器分路器右端下方输出端口连接一个第六1×1光开关，该第六1×1光开关通过一个第十一普通光环行器1口进，2口出连接至Ⅳ环的下端；所述WSS3的2口和第四1×2光功率分路器的2口连接至一个第七2×1光耦合器的输入端，其输出端通过一个第十二普通光环行器1口进，2口出连至所述第五2×2光开关的右边下端口；所述第十、第十一和第十二普通光环形器的3口通过分布光纤连接至一个第八3×1光耦合器的输入端，其输出端连接至所述第九普通光环形器的3口；
4)如图5中光网络单元，包括一个第七2×2光开关，其右边上端口通过一个第十三普通光环形器1口进，2口出连接至一个第三密集波分解复用器DWDM；所述第三密集波分解复用器DWDM右方1口连接一个第四波长选择开关WSS4，该WSS4的1口通过一个第十四普通光环形器1口进，2口出连接至一个第六1×2光功率分路器，其输出上端口连接一个第一光接收机RX；而输出下端口连接一个反射式半导体光放大器RSOA；所述第三密集波分解复用器DWDM的2口连接至一个第八光开关阵列的1口，该第八光开关阵列的2口连至一个第二光接收机RXv；该第八光开关阵列的5口连接一个第S+2专用光发射机TXv；该第八光开关阵列的4口和所述第四波长选择开关WSS4的2口连接至一个第九2×1光耦合器的输入端，其输出端通过一个第十五普通光环形器1口进，2口出连接至所述第七2×2光开关的右端下端口；所述第十四普通光环形器和第十五普通光环形器的3口通过一个第十2×1光耦合器连接到所述第十三普通光环形器的3口。
一种汇聚接入环形光网络实现虚拟通信和保护功能的方法，采用上述多环形汇聚接入光网络系统进行操作，其特征在于正常工作模式：
1)有S+1个波长属于C和L波段，其中C波段有M×N个波长供给Ⅰ环中M个灵活控制单元下Ⅱ环的直通光网络单元ONUE使用，C波段中1549nm波长λ1549用于虚拟广播通信；L波段有P×Q个波长供给Ⅰ环中M个灵活控制单元下Ⅲ环中P个远端节点RN下的Q个波分复用子网光网络单元ONU使用。在正常工作模式下，如图2所示，下行时所述中心局有S+1个光发射机发送S路下行信号和1路广播信号，包括C波段的M×N个波长λE11-λEMN，L波段的P×Q个波长λ11-λPQ和一根1549nm波长λ1549，这S+1路信号通过第一光开关阵列的上端口传送至第一阵列波导光栅AWG进行合波，再经第一普通光环行器的1口进，2口出后通过Ⅰ环馈线光纤进入Ⅰ环；如图3所示，S路下行信号和1路广播信号在Ⅰ环馈线光纤以顺时针方向依次传输至每个灵活控制单元，而来自灵活控制单元的上行信号按逆时针方向返回。以灵活控制单元2为例，下行信号λ41-λPQ，λE21-λEMN和虚拟通信广播信号λ1549从第二2×2光开关左方上端口进入，通过一个第三普通光环形器1口进，2口出连接至一个第一掺铒光纤放大器EDFA1以补偿下行信号链路损耗，该第一掺铒光纤放大器EDFA1的输出端连至一个第一粗波分解复用器CWDM1；这个第一粗波分解复用器CWDM1右端输出三路：1口为第一路，其解复用波长λ41-λPQ连接一个第一波长选择开关WSS1，以保证各波分复用子网的正常工作；2口为第二路，其解复用波长λE21-λEMN连接一个第二波长选择开关WSS2，以保证直通用户群ONUE的正常工作；3口为第三路虚拟通信波长λ1549连接一个第一1×3光功率分路器，以支持网络虚拟通信的正常工作；
2)所述第二波长选择开关WSS2的1口选出波长λE21-λE2N和第一1×3光功率分路器的2口分出的λ1549连接一个第三2×1光耦合器，此第三2×1光耦合器输出端连至一个第三1×2光功率分路器，该第三1×2光功率分路器输出端的右端口通过一个第六普通光环行器1口进，2口出连至由直通光网络单元ONUE组成的Ⅱ环；直通光网络单元ONUE和波分复用子网下光网络单元ONU结构相同，如图5所示，以ONUE22为例，用于Ⅱ环的下行信号λE22-λE2N和虚拟通信广播信号λ1549从第七2×2光开关的左方上端口进入，通过一个第十三普通光环形器1口进，2口出连接至一个第三密集波分解复用器DWDM。所述第三密集波分解复用器DWDM的1口连接一个第四波长选择开关WSS4，该WSS4的1口选出服务于ONUE22的波长λE22，通过一个第十四普通光环形器1口进，2口出连接至一个第六1×2光功率分路器，其输出上端口连接一个第一光接收机RX，以解调波长λE22携带的下行信号信息；而输出下端口连接一个反射式半导体光放大器RSOA，对波长λE22进行信号擦除并重调制后沿原路上行传输返回。所述第三密集波分解复用器DWDM的2口输出λ1549后连接至一个第八光开关阵列的1口，该第八光开关阵列的2口连至一个第二光接收机RXv，用于解调虚拟通信专用波长λ1549上携带的信息；该第八光开关阵列的5口连接一个第S+2专用光发射机TXv，用于该ONU发送与其他ONU通信的虚拟广播信息；所述第八光开关阵列的4口与所述第四波长选择开关WSS4的2口筛选的剩余波长λE23-λE2N和虚拟通信专用波长λ1549连接至一个第九2×1光耦合器的输入端，其输出端通过一个第十五普通光环形器1口进，2口出连接至所述第七2×2光开关的右端下端口，以供给Ⅱ环中其他直通光网络单元ONUE使用；
3)如图3所示，所述第一波长选择开关WSS1的1口选出波长λ41-λ6Q和第一1×3光功率分路器的1口分出的波长λ1549连接到一个第二2×1光耦合器的输入端，其输出端连接一个第二1×2光功率分路器，信号经该第二1×2光功率分路器右端上方输出端口通过一个第四普通光环行器1口进，2口出连至由P个远端节点构成的Ⅲ环。而所述WSS1的2口选出的剩余波长λ(P-2)1-λPQ将通过一个第四3×1光耦合器后，经由一个第八普通光环形器1口进，2口出连至所述第一2×2光开关的右边下端口，以供给其他波分复用子网使用。当下行信号进入Ⅲ环，如图4所示，以远端节点RN5为例，下行波长λ51-λ6Q和虚拟通信广播信号λ1549从一个第五2×2光开关的左方上端口进入，通过一个第九普通光环形器1口进，2口出连接至一个第二粗波分解复用器CWDM2。所述第二粗波分解复用器CWDM2右端输出两路：1口为第一路输出λ51-λ6Q，连接一个第三波长选择开关WSS3；2口为第二路输出虚拟通信广播信号λ1549，连接一个第四1×2光功率分路器。所述WSS3的1口选出的波长λ51-λ5Q和第四1×2光功率分路器的1口分出的虚拟通信波长λ1549一起连接到一个第六2×1光耦合器的输入端，其输出端连接一个第五1×2光功率分路器，下行信号从该第五1×2光功率分路器右端上方输出端口通过一个第十普通光环形器1口进，2口出连至由Q个光网络单元构成的Ⅳ环；
4)如图5所示，以远端节点RN5下挂的光网络单元ONU52为例，此时下行信号λ52-λ5Q和虚拟通信广播信号λ1549从第七2×2光开关的左方上端口进入，通过一个第十三普通光环形器1口进，2口出连接至一个第三密集波分解复用器DWDM；所述第三密集波分解复用器DWDM的1口连接一个第四波长选择开关WSS4，该WSS4的1口选出服务于该ONU52的波长λ52，通过一个第十四普通光环形器1口进，2口出连接至一个第六1×2光功率分路器，其输出上端口连接一个第一光接收机RX，以解调波长λ52携带的下行信号信息；而输出下端口连接一个反射式半导体光放大器RSOA，对波长λ52进行信号擦除并重调制后沿原路上行返回；所述第三密集波分解复用器DWDM的2口输出虚拟通信广播信号λ1549连接至一个第八光开关阵列的1口，该第八光开关阵列的2口连至一个第二光接收机RXv，用于解调虚拟通信专用波长λ1549上携带的信息；该第八光开关阵列的5口连接一个第S+2专用光发射机TXv，用于该ONU52发送与其他ONU通信的虚拟广播信息；所述第八光开关阵列的4口和所述第四波长选择开关WSS4的2口筛选的剩余波长λ53-λ5Q连接至一个第九2×1光耦合器的输入端，其输出端通过一个第十五普通光环形器1口进，2口出连接至所述第七2×2光开关的右端下端口，以供给远端节点RN5中其他波分复用子网光网络单元ONU使用。
一种汇聚接入环形光网络实现虚拟通信和保护功能的方法，采用上述的多环形汇聚接入光网络系统进行操作，其特征在于保护功能：
1)如图6所示，当Ⅰ环馈线光纤出现故障时，中心局切换为Ⅰ环保护模式：下行时所述中心局有S+1个光发射机发送S路下行信号和1路虚拟广播通信信号，包括C波段的M×N个波长λE11-λEMN，L波段的P×Q个波长λ11-λPQ和一根1549nm波长λ1549。在Ⅰ环保护模式下，中心局中第一光开关阵列切换到下端口，使S+1路信号传送至第二阵列波导光栅AWG进行合波，再经第二普通光环行器的1口进，2口出后通过Ⅰ环馈线光纤未出现故障的下半部进入Ⅰ环；与此同时，受Ⅰ环馈线光纤故障影响的灵活控制单元，以灵活控制单元2为例，其包含的第二2×2光开关的上下端口切换成交叉连接状态，使下行和虚拟广播通信信号按逆时针方向依次传输至各灵活控制单元，以确保Ⅰ环仍能正常工作。而来自各灵活控制单元的上行信号则按顺时针方向返回中心局，以避免和下行信号发生碰撞冲突；
2)如图7所示，当Ⅱ环连接直通ONUE的分布式光纤出现故障，相应的灵活控制单元切换为Ⅱ环保护模式，以灵活控制单元2为例：所述第二波长选择开关WSS2的1口选出下行波长λE21-λE2N和第一1×3光功率分路器的2口分出的λ1549连接一个第三2×1光耦合器，此第三2×1耦合器输出端连至一个第三1×2光功率分路器；在Ⅱ环保护模式下，所述第三1×2光功率分路器输出端的左端口连接的第四1×1光开关闭合，与此同时受Ⅱ环分布式光纤故障影响的直通ONUE，以ONUE22为例，其包括的第七2×2光开关的上下端口切换成交叉连接状态，使下行和虚拟广播通信信号通过一个第七普通光环行器1口进，2口出按逆时针方向依次传输至该直通ONUE22，从而确保了Ⅱ环上各直通ONUE的正常工作；而来自各直通ONUE的上行信号则按顺时针方向返回灵活控制单元，避免和下行信号发生碰撞冲突；
3)如图8所示，当Ⅲ环波分复用子网馈线光纤出现故障时，相应的灵活控制单元切换为Ⅲ环保护模式，以灵活控制单元2为例：所述第一波长选择开关WSS1的1口选出波长λ41-λ6Q和第一1×3光功率分路器的1口分出的波长λ1549连接到一个第二2×1光耦合器的输入端，其输出端连接一个第二1×2光功率分路器。在Ⅲ环保护模式下，所述第二1×2光功率分路器输出端的下端口连接的第三1×1光开关闭合。与此同时受波分复用子网馈线故障影响的远端节点RN，以RN5为例，其包括的第五2×2光开关的上下端口切换成交叉连接状态，使下行和虚拟广播通信信号通过一个第五普通光环行器1口进，2口出按逆时针方向依次传输至相应波分复用子网2中的各远端节点RN，从而确保了Ⅲ环上各远端节点RN的正常工作；而来自各远端节点RN的上行信号则按顺时针方向返回灵活控制单元，避免和下行信号发生碰撞冲突；
4)如图9所示，当Ⅳ环波分复用子网分布式光纤出现故障时，相应的远端节点RN切换为Ⅳ环保护模式，以远端节点RN5为例：所述第三波长选择开关WSS3的1口选出的波长λ51-λ5Q和第四1×2光功率分路器的1口分出的虚拟通信波长λ1549一起连接到一个第六2×1光耦合器的输入端，其输出端连接一个第五1×2光功率分路器；在Ⅳ环保护模式下，所述第五1×2光功率分路器输出端的下端口连接的第六1×1光开关闭合；与此同时受Ⅳ环分布式光纤故障影响的波分复用子网光网络单元ONU，以ONU52为例，其包括的第七2×2光开关的上下端口切换成交叉连接状态，使下行和广播信号通过一个第十普通光环形器1口进，2口出按逆时针方向依次传输至远端节点RN5中的各个波分复用子网光网络单元ONU，从而确保了Ⅳ环上各波分复用子网光网络单元ONU的正常工作；而来自各波分复用子网光网络单元ONU的上行信号则按顺时针方向返回灵活控制单元，避免和下行信号发生碰撞冲突。
一种汇聚接入环形光网络实现虚拟通信和保护功能方法，采用上述的多环形汇聚接入光网络系统进行操作，其特征在于虚拟通信功能：
1)如图2所示，中心局中，第S+1个光发射机TXS+1发射波长为1549nm的虚拟广播通信专用波长λ1549，通过连接光纤连接至第一光开关阵列中第S+1个1×2光开关的左端口，该第S+1个1×2光开关输出端口分别连接第一阵列波导光栅AWG，第二阵列波导光栅AWG；所述第一阵列波导光栅AWG和第二阵列波导光栅AWG的输出端分别通过第一普通光环行器，第二普通光环行器的1口进，2口出，使虚拟广播通信波长λ1549通过Ⅰ环馈线光纤以广播方式，按顺时针方向进入由M个灵活控制单元组成的Ⅰ环。所述第一普通光环行器，第二普通光环形器的3口连接至一个第一2×1光耦合器的两个输入端，该第一2×1光耦合器的输出端连接至一个第三阵列波导光栅AWG，其下挂了第S+1个光接收机RXS+1，用于解调来自Ⅰ环灵活控制单元的上行虚拟专用波长λ1549所携带的信息；
2)如图3中所述灵活控制单元，以灵活控制单元2为例说明，来自中心局的下行虚拟通信波长λ1549，从第二2×2光开关上端口进入，通过一个第三普通光环形器1口进，2口出连接至一个第一掺铒光纤放大器EDFA1以补偿下行虚拟通信波长λ1549的链路损耗，该第一掺铒光纤放大器EDFA1的输出端连至一个第一粗波分解复用器CWDM1。随后，下行虚拟通信波长λ1549从所述第一粗波分解复用器CWDM1的3口输出，并通过一个第一1×3光功率分路器分为三路；所述第一1×3光功率分路器的2口分出的下行虚拟通信波长λ1549和所述WSS2的1口选出的直通下行波长λE21-λE2N连接一个第三2×1光耦合器，此第三2×1光耦合器输出端连至一个第三1×2光功率分路器，该第三1×2光功率分路器输出端的右端口通过一个第六普通光环行器1口进，2口出，使虚拟通信专用波长λ1549通过Ⅱ环分布式光纤以广播方式，按顺时针方向进入由N个直通光网络单元ONUE组成的Ⅱ环；直通光网络单元ONUE和波分复用子网下波分复用子网光网络单元ONU结构相同，如图5所示，以ONUE22为例，来自灵活控制单元2的下行广播虚拟通信波长，从第七2×2光开关左方上端口进入，通过一个第十三普通光环形器1口进，2口出连接至一个第三密集波分解复用器DWDM；随后下行广播虚拟通信波长从所述第三粗密集解复用器DWDM的2口输出，连接第八光开关阵列的1口；所述第八光开关阵列具有3种倒换状态：当1口与4口连通，即1→4时，表明来自灵活控制单元的下行虚拟通信波长λ1549所携带的通信信息不属于该ONUE22，此时λ1549将由第八光开关阵列的4口经第九2×1光耦合器后，通过第十五普通光环形器1口进，2口出连接至所述第七2×2光开关的右方下端口，以顺时针方向传输至Ⅱ环中其他直通光网络单元ONUE；当第八光开关阵列状态为1→3→2时，表明来自灵活控制单元的下行虚拟通信波长λ1549所携带的通信信息属于该ONUE22，此时下λ1549将由第八光开关阵列的2口进入第二光接收机RXv，以解调相应的虚拟通信信息；当第八光开关阵列状态为5→3→4时，表明该ONUE22需要向Ⅱ环内其他ONUE或Ⅰ环上任意波分复用子网下的波分复用子网光网络单元ONU发送虚拟广播信息，此时有第S+2专用光发射机TXv发送携带本ONUE22虚拟通信信息的专用波长λ1549由第八光开关阵列的4口经第九2×1光耦合器后，通过第十五普通光环形器1口进，2口出连接至所述第七2×2光开关的右方下端口，按顺时针方向广播传输至Ⅱ环中其他直通光网络单元ONUE或Ⅰ环上任意波分复用子网下的波分复用子网光网络单元ONU，以实现直通用户群中的ONUE和不同波分复用子网中波分复用子网光网络单元ONU之间的虚拟通信；
3)如图3中所述灵活控制单元，以灵活控制单元2为例说明，下行虚拟通信波长λ1549从所述第一粗波分解复用器CWDM1的3口输出，并通过一个第一1×3光功率分路器分为三路；该第一1×3光功率分路器的1口分出的下行虚拟通信波长λ1549和所述第一波长选择开关WSS1的1口选出的波长λ41-λ6Q连接到一个第二2×1光耦合器，此光耦合器的输出端连接一个第二1×2光功率分路器，该第二1×2光功率分路器输出端的上端口通过一个第四普通光环行器1口进，2口出，使λ1549通过Ⅲ环馈线光纤以广播方式，按顺时针方向进入由P个远端节点RN组成的Ⅲ环。如图4所示，以远端节点RN5为例，来自灵活控制单元的下行虚拟通信波长λ1549，从第五2×2光开关左方上端口进入，通过一个第九普通光环形器1口进，2口出连接至一个第二粗波分解复用器CWDM2；随后λ1549从所述第二粗波分解复用器CWDM2的2口输出，并通过一个第四1×2光功率分路器分为两路。该第四1×2光功率分路器的1口分出的波长λ1549和所述WSS3的1口选出的波长λ51-λ5Q连接到一个第六2×1光耦合器，此第六2×1光耦合器的输出端连接一个第五1×2光功率分路器，该第五1×2光功率分路器输出端的上端口通过一个第十普通光环行器1口进，2口出，使虚拟通信专用波长λ1549通过Ⅲ环馈线光纤以广播方式，按顺时针方向进入由Q个光网络单元ONU组成的Ⅳ环；
4)Ⅳ环中各波分复用子网下波分复用子网光网络单元ONU和直通光网络单元ONUE结构相同，如图5所示，以ONU52为例，来自远端节点RN5的下行虚拟通信波长λ1549，从第七2×2光开关左方上端口进入，通过一个第十三普通光环形器1口进，2口出连接至一个第三密集波分解复用器DWDM。随后λ1549从所述第三粗密集解复用器DWDM的2口输出，连接第八光开关阵列的1口；所述第八光开关阵列具有3种倒换状态：当1口与4口连通，即1→4时，表明来自远端节点RN5的下行虚拟通信波长λ1549所携带的通信信息不属于该ONU52，此时λ1549将由第八光开关阵列的4口经第九2×1光耦合器后，通过第十五普通光环形器1口进，2口出连接至所述第七2×2光开关的右方下端口，按顺时针方向传输至Ⅳ环中其他波分复用子网光网络单元ONU；当第八光开关阵列状态为1→3→2时，表明来自远端节点RN5的下行虚拟通信波长λ1549所携带的通信信息属于该ONU52，此时λ1549将由2口进入第二光接收机RXv，以解调相应的虚拟通信信息；当第八光开关阵列状态为5→3→4时，表明该ONU52需要向Ⅳ环内其他波分复用子网光网络单元ONU，Ⅰ环上任意波分复用子网下的波分复用子网光网络单元ONU和Ⅱ环上的直通ONUE发送虚拟广播信息，此时有第S+2专用光发射机TXv发送携带本ONU52虚拟通信信息的专用波长λ1549，由第八光开关阵列的4口经第九2×1光耦合器后，通过第十五普通光环形器1口进，2口出连接至所述第七2×2光开关的右方下端口，按顺时针方向广播传输至Ⅳ环中其他波分复用子网光网络单元ONU，Ⅰ环上任意波分复用子网下的波分复用子网光网络单元ONU和Ⅱ环上的任意直通ONUE，以实现单一或不同波分复用子网下不同光网络单元ONU之间的虚拟通信。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步：本发明通过多环相切结构，不仅首次实现了汇聚接入网中同一/不同波分复用接入子网光网络单元之间的虚拟通信，而且具有单纤保护功能，使系统在成本和性能间也能达到理想状态。本发明可在物理层面构建不同WDM-PON之间的虚拟通信链路，并提供自愈保护功能，以支持未来倍增的接入用户。
附图说明
图1为本发明一种汇聚接入环形光网络实现虚拟通信和保护功能的系统结构示意图
图2为本发明中心局结构示意图
图3为本发明灵活控制单元结构示意图
图4为本发明远端节点RN结构示意图
图5为本发明直通光网络单元ONUE/波分复用子网光网络单元ONU结构示意图
图6为I环馈线光纤故障时，中心局和灵活控制单元工作示意图
图7为Ⅱ环分布光纤故障时，灵活控制单元和直通光网络单元ONUE工作示意图。
图8为Ⅲ环馈线光纤故障时，灵活控制单元和远端节点RN工作示意图。
图9为Ⅳ环分布光纤故障时，远端节点RN和波分复用子网光网络单元ONU工作示意图。
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5，本发明提出的一种汇聚接入环形光网络实现虚拟通信和保护功能的系统，由中心局(1)通过一根单模馈线光纤(8)串联连接M个灵活控制单元(9)形成汇聚接入环，此汇聚接入环称为Ⅰ环(10)，该Ⅰ环中每个灵活控制单元(9)一方面连接至由N个直通光网络单元ONUE(32)首尾相连组成的直通用户群，此直通用户群称为Ⅱ环(33)；另一方面连接P个远端节点(25)形成相切环，此相切环称为Ⅲ环(26)；从而组成三个波分复用子网(71-73)；Ⅲ环(26)上的任一远端节点RN(25)均通过分布光纤连接至由Q个波分复用子网光网络单元ONU(49)首尾相连构成的环形用户群，此环形用户群称为Ⅳ环(50)；其特征在于：
1)如图2所示，中心局(1)包括S+1个光发射机TX(2)，通过连接光纤连接至由S+1个1×2光开关组成的第一光开关阵列(3)，该第一光开关阵列(3)的上端口连接一个第一阵列波导光栅AWG(4)，下端口连接一个第二阵列波导光栅AWG(5)；所述第一阵列波导光栅AWG4和第二阵列波导光栅AWG5的输出端分别连接至第一、第二普通光环行器(6、7)的1口，这两个普通光环形器(6,7)的2口通过Ⅰ环的单模馈线光纤(8)连接到由M个灵活控制单元(9)组成的Ⅰ环(10)；所述第一、第二普通光环形器(6、7)的3口连接至一个第一2×1光耦合器(11)的两个输入端，该第一2×1光耦合器(11)的输出端连接至一个第三阵列波导光栅AWG(12)，其下挂了另外S+1个光接收机RX(13)；
2)如图3中所述灵活控制单元(9)，以灵活控制单元2(14)为例说明，包括一个第二2×2光开关(15)，其右边上端口通过一个第三普通光环形器(16)1口进，2口出连接至一个第一掺铒光纤放大器EDFA1(17)，该第一掺铒光纤放大器EDFA1(17)的输出端连至一个第一粗波分解复用器CWDM1(18)；所述第一粗波分解复用器CWDM1(18)右端输出三路：1口为第一路连接一个第一波长选择开关WSS1(19)；2口为第二路连接一个第二波长选择开关WSS2(20)；3口为第三路连接一个第一1×3光功率分路器21；所述WSS1(19)的1口和第一1×3光功率分路器(21)的1口连接到一个第二2×1光耦合器(22)的输入端，该第二2×1光耦合器(22)输出端连接一个第二1×2光功率分路器(23)，该第二1×2光功率分路器(23)右端上方输出端口通过一个第四普通光环行器(24)1口进，2口出连至由P个远端节点(25)构成的Ⅲ环(26)的上端；而该第二1×2光功率分路器(23)右端下方输出端口连接一个第三1×1光开关(27)，该第三1×1光开关(27)通过一个第五普通光环行器(28)1口进，2口出连接至Ⅲ环(26)的下端。所述WSS2(20)的1口和第一1×3光功率分路器(21)的2口连接一个第三2×1光耦合器(29)，此第三2×1光耦合器(29)输出端连至一个第三1×2光功率分路器(30)，该第三1×2光功率分路器(30)输出端的右端口通过一个第六普通光环行器(31)1口进，2口出连至由直通光网络单元ONUE(32)构成的Ⅱ环(33)的右端；而该第三1×2光功率分路器(30)输出端的左端口连接一个第四1×1光开关(34)，该第四1×1光开关(34)通过一个第七普通光环行器(35)1口进，2口出连接至Ⅱ环(33)的左端。所述第一波长选择开关WSS1(19)的2口、第二波长选择开关WSS2(20)的2口和第一1×3光功率分路器(21)的3口连接至一个第四3×1光耦合器(36)的输入端，其输出端通过一个第八普通光环形器(37)1口进，2口出连至所述第二2×2光开关(15)的右边下端口。所述第四、第五、第六、第七和第八普通光环形器(24、28、31、35、37)的3口通过分布光纤连接至一个第五5×1光耦合器(38)的输入端，该第五5×1光耦合器(38)输出端连接一个第二掺铒光纤放大器EDFA2(39)，该第二掺铒光纤放大器EDFA2(39)输出端连接至所述第三普通光环形器(16)的3口；
3)如图4中所述远端节点RN(25)，以远端节点RN5(40)为例说明，包括一个第五2×2光开关(41)，其右边上端口通过一个第九普通光环形器(42)1口进，2口出连接至一个第二粗波分解复用器CWDM2(43)；所述第二粗波分解复用器CWDM2(43)右端输出两路：1口为第一路连接一个第三波长选择开关WSS3(44)；2口为第二路连接一个第四1×2光功率分路器(45)；所述WSS3(44)的1口和第四1×2光功率分路器(45)的1口连接到一个第六2×1光耦合器(46)的输入端，该第六2×1光耦合器(46)输出端连接一个第五1×2光功率分路器(47)，该第五1×2光功率分路器(47)右端上方输出端口通过一个第十普通光环形器(48)1口进，2口出连至由Q个波分复用子网光网络单元ONU(49)构成的Ⅳ环(50)的上端；而该第五1×2光功率分路器(47)右端下方输出端口连接一个第六1×1光开关(51)，该第六1×1光开关(51)通过一个第十一普通光环行器(52)1口进，2口出连接至Ⅳ环(50)的下端；所述WSS3(44)的2口和第四1×2光功率分路器(45)的2口连接至一个第七2×1光耦合器(53)的输入端，其输出端通过一个第十二普通光环行器(54)1口进，2口出连至所述第五2×2光开关(41)的右边下端口；所述第十、第十一和第十二普通光环形器(48、52、54)的3口通过分布光纤连接至一个第八3×1光耦合器(55)的输入端，其输出端连接至所述第九普通光环形器(42)的3口；
4)如图5中光网络单元(32,49)，直通光网络单元ONUE(32)和波分复用子网光网络单元ONU(49)结构相同，以灵活控制单元2中的直通ONUE22/波分复用子网2(72)中远端节点RN5下的ONU52(56)为例，其均包括一个第七2×2光开关(57)，其右边上端口通过一个第十三普通光环形器(58)1口进，2口出连接至一个第三密集波分解复用器DWDM(59)；所述第三密集波分解复用器DWDM(59)右方1口连接一个第四波长选择开关WSS4(60)，该WSS4(60)的1口通过一个第十四普通光环形器(61)1口进，2口出连接至一个第六1×2光功率分路器(62)，其输出上端口连接一个第一光接收机RX(63)；而输出下端口连接一个反射式半导体光放大器RSOA(64)；所述第三密集波分解复用器DWDM(59)的2口连接至一个第八光开关阵列(65)的1口，该第八光开关阵列(65)的2口连至一个第二光接收机RXv(66)；该第八光开关阵列的5口连接一个第S+2专用光发射机TXv(67)；该第八光开关阵列(65)的4口和所述第四波长选择开关WSS4(60)的2口连接至一个第九2×1光耦合器(68)的输入端，其输出端通过一个第十五普通光环形器(69)1口进，2口出连接至所述第七2×2光开关(57)的右端下端口；所述第十四普通光环形器(61)和第十五普通光环形器(69)的3口通过一个第十2×1光耦合器(70)连接到所述第十三普通光环形器(58)的3口。
实施例二：
参见图1-图5，本发明提出的一种汇聚接入环形光网络实现虚拟通信和保护功能的方法，采用实施例一的系统进行操作，其正常工作模式的特征在于：
1)有S+1个波长属于C和L波段，其中C波段有M×N个波长供给Ⅰ环(10)中M个灵活控制单元(9)下Ⅱ环(33)的直通光网络单元ONUE(32)使用，C波段中1549nm波长λ1549用于虚拟广播通信；L波段有P×Q个波长供给Ⅰ环(10)中M个灵活控制单元(9)下属Ⅲ环(26)中P个远端节点RN(25)下的Q个波分复用子网光网络单元ONU(49)使用。在正常工作模式下，如图2所示，下行时所述中心局(1)有S+1个光发射机(2)发送S路下行信号和1路广播信号，包括C波段的M×N个波长λE11-λEMN，L波段的P×Q个波长λ11-λPQ和一根1549nm波长λ1549，这S+1路信号通过第一光开关阵列(3)的上端口传送至第一阵列波导光栅AWG(4)进行合波，再经第一普通光环行器(6)的1口进，2口出后通过Ⅰ环馈线光纤(8)进入Ⅰ环(10)；如图3所示，S路下行信号和1路广播信号在Ⅰ环馈线光纤(8)上以顺时针方向依次传输至每个灵活控制单元(9)，而来自各灵活控制单元(9)的上行信号按逆时针方向返回。以灵活控制单元2(14)为例，下行信号λ41-λPQ，λE21-λEMN和虚拟通信广播信号λ1549从第二2×2光开关(15)左方上端口进入，通过一个第三普通光环形器(16)1口进，2口出连接至一个第一掺铒光纤放大器EDFA1(17)以补偿下行信号链路损耗，该第一掺铒光纤放大器EDFA1(17)的输出端连至一个第一粗波分解复用器CWDM1(18)；这个第一粗波分解复用器CWDM1(18)右端输出三路：1口为第一路，其解复用波长λ41-λPQ连接一个第一波长选择开关WSS1(19)，以保证各波分复用子网(71-73)的正常工作；2口为第二路，其解复用波长λE21-λEMN连接一个第二波长选择开关WSS2(20)，以保证直通用户群中ONUE(32)的正常工作；3口为第三路虚拟通信波长λ1549连接一个第一1×3光功率分路器(21)，以支持网络虚拟通信的正常工作；
2)如图3所示，所述第二波长选择开关WSS2(20)的1口选出波长λE21-λE2N和第一1×3光功率分路器(21)的2口分出的λ1549连接一个第三2×1光耦合器(29)，此第三2×1光耦合器(29)输出端连至一个第三1×2光功率分路器(30)，该第三1×2光功率分路器(30)输出端的右端口通过一个第六普通光环行器(31)1口进，2口出连至由直通光网络单元ONUE(32)组成的Ⅱ环(33)；直通光网络单元ONUE(32)和波分复用子网(71-73)下挂的波分复用子网光网络单元ONU(49)结构相同，如图5所示，以ONUE22(56)为例，用于Ⅱ环(33)的下行信号λE22-λE2N和虚拟通信广播信号λ1549从第七2×2光开关(57)的左方上端口进入，通过一个第十三普通光环形器(58)1口进，2口出连接至一个第三密集波分解复用器DWDM(59)；所述第三密集波分解复用器DWDM(59)的1口连接一个第四波长选择开关WSS4(60)，该WSS4(60)的1口选出服务于ONUE22(56)的波长λE22，通过一个第十四普通光环形器(61)1口进，2口出连接至一个第六1×2光功率分路器(62)，其输出上端口连接一个第一光接收机RX(63)，以解调波长λE22携带的下行信号信息；而输出下端口连接一个反射式半导体光放大器RSOA(64)，对波长λE22进行信号擦除并重调制后沿原路上行传输返回。所述第三密集波分解复用器DWDM(59)的2口输出λ1549后连接至一个第八光开关阵列(65)的1口，该第八光开关阵列(65)的2口连至一个第二光接收机RXv(66)，用于解调虚拟通信专用波长λ1549上携带的信息；该第八光开关阵列65的5口连接一个第S+2专用光发射机TXv(67)，用于该ONU(56)发送与其他ONU通信的虚拟广播信息；所述第八光开关阵列(65)的4口与所述第四波长选择开关WSS4(60)的2口筛选的剩余波长λE23-λE2N和虚拟通信专用波长λ1549连接至一个第九2×1光耦合器(68)的输入端，其输出端通过一个第十五普通光环形器(69)1口进，2口出连接至所述第七2×2光开关(57)的右端下端口，以供给Ⅱ环(33)中其他直通光网络单元ONUE(32)使用；
3)如图3所示，所述第一波长选择开关WSS1(19)的1口选出波长λ41-λ6Q和第一1×3光功率分路器(21)的1口分出的波长λ1549连接到一个第二2×1光耦合器(22)的输入端，其输出端连接一个第二1×2光功率分路器(23)，信号经该第二1×2光功率分路器(23)右端上方输出端口通过一个第四普通光环行器(24)1口进，2口出连至由P个远端节点(25)构成的Ⅲ环(26)。而所述WSS1(19)的2口选出的剩余波长λ(P-2)1-λPQ将通过一个第四3×1光耦合器(36)后，经由一个第八普通光环形器(37)1口进，2口出连至所述第二2×2光开关(15)的右边下端口，以供给其他波分复用子网使用。当下行信号进入Ⅲ环(26)，如图4所示，以远端节点RN5(40)为例，下行波长λ51-λ6Q和虚拟通信广播信号λ1549从一个第五2×2光开关(41)的左方上端口进入，通过一个第九普通光环形器(42)1口进，2口出连接至一个第二粗波分解复用器CWDM2(43)。所述第二粗波分解复用器CWDM2(43)右端输出两路：1口为第一路输出λ51-λ6Q，连接一个第三波长选择开关WSS3(44)；2口为第二路输出虚拟通信广播信号λ1549，连接一个第四1×2光功率分路器(45)。所述WSS3(44)的1口选出的波长λ51-λ5Q和第四1×2光功率分路器(45)的1口分出的虚拟通信波长λ1549一起连接到一个第六2×1光耦合器(46)的输入端，其输出端连接一个第五1×2光功率分路器(47)，下行信号从该第五1×2光功率分路器右端上方输出端口通过一个第十普通光环形器(48)1口进，2口出连至由Q个波分复用子网光网络单元(49)构成的Ⅳ环(50)；
4)如图5所示，以远端节点RN5(40)下挂的波分复用子网2(72)的光网络单元ONU52为例，此时下行信号λ52-λ5Q和虚拟通信广播信号λ1549从第七2×2光开关(57)的左方上端口进入，通过一个第十三普通光环形器(58)1口进，2口出连接至一个第三密集波分解复用器DWDM(59)；所述第三密集波分解复用器DWDM(59)的1口连接一个第四波长选择开关WSS4(60)，该WSS4(60)的1口选出服务于该ONU52的波长λ52，通过一个第十四普通光环形器(61)1口进，2口出连接至一个第六1×2光功率分路器(62)，其输出上端口连接一个第一光接收机RX(63)，以解调波长λ52携带的下行信号信息；而输出下端口连接一个反射式半导体光放大器RSOA(64)，对波长λ52进行信号擦除并重调制后沿原路上行返回；所述第三密集波分解复用器DWDM(59)的2口输出虚拟通信广播信号λ1549连接至一个第八光开关阵列(65)的1口，该第八光开关阵列(65)的2口连至一个第二光接收机RXv(66)，用于解调虚拟通信专用波长λ1549上携带的信息；该第八光开关阵列(65)的5口连接一个第S+2专用光发射机TXv(67)，用于该ONU52发送与其他ONU通信的虚拟广播信息；所述第八光开关阵列(65)的4口和所述第四波长选择开关WSS4(60)的2口筛选的剩余波长λ53-λ5Q连接至一个第九2×1光耦合器(68)的输入端，其输出端通过一个第十五普通光环形器(69)1口进，2口出连接至所述第七2×2光开关(57)的右端下端口，以供给远端节点RN5(40)中其他波分复用子网光网络单元ONU(49)使用。
实施例三：
参见图6-图9，本发明提出的一种汇聚接入环形光网络实现虚拟通信和保护功能的方法，采用实施例一的系统进行操作，其保护功能特征在于：
1)如图6所示，当Ⅰ环馈线光纤(8)出现故障时，中心局(1)切换为Ⅰ环保护模式：下行时所述中心局有S+1个光发射机(2)发送S路下行信号和1路虚拟广播通信信号，包括C波段的M×N个波长λE11-λEMN，L波段的P×Q个波长λ11-λPQ和一根1549nm波长λ1549；在Ⅰ环保护模式下，中心局(1)中第一光开关阵列(3)切换到下端口，使S+1路信号传送至第二阵列波导光栅AWG(5)进行合波，再经第二普通光环行器(7)的1口进，2口出后通过Ⅰ环馈线光纤(8)未出现故障的下半部进入Ⅰ环(10)；与此同时，受Ⅰ环馈线光纤故障影响的灵活控制单元(9)，以灵活控制单元2(14)为例，其包含的第二2×2光开关(15)的上下端口切换成交叉连接状态，使下行和虚拟广播通信信号按逆时针方向依次传输至各灵活控制单元(9)，以确保Ⅰ环(10)仍能正常工作。而来自各灵活控制单元(9)的上行信号则按顺时针方向返回中心局(1)，以避免和下行信号发生碰撞冲突；
2)如图7所示，当Ⅱ环(33)连接直通ONUE的分布式光纤(74)出现故障，相应的灵活控制单元(9)切换为Ⅱ环保护模式，以灵活控制单元2(14)为例：所述第二波长选择开关WSS2(20)的1口选出下行波长λE21-λE2N和第一1×3光功率分路器(21)的2口分出的λ1549连接一个第三2×1光耦合器(29)，此第三2×1光耦合器(29)输出端连至一个第三1×2光功率分路器(30)；在Ⅱ环保护模式下，所述第三1×2光功率分路器(30)输出端的左端口连接的第四1×1光开关(34)闭合，与此同时受Ⅱ环分布式光纤(74)故障影响的直通ONUE(32)，以ONUE22(56)为例，其包括的第七2×2光开关(57)的上下端口切换成交叉连接状态，使下行和虚拟广播通信信号通过一个第七普通光环行器(35)1口进，2口出按逆时针方向依次传输至各直通ONUE(32)，从而确保了Ⅱ环(33)上各直通ONUE(32)的正常工作；而来自各直通ONUE(32)的上行信号则按顺时针方向返回灵活控制单元，避免和下行信号发生碰撞冲突；
3)如图8所示，当Ⅲ环(26)波分复用子网馈线(75)光纤出现故障时，相应的灵活控制单元(9)切换为Ⅲ环保护模式，以灵活控制单元2(14)为例：所述第一波长选择开关WSS1(19)的1口选出波长λ41-λ6Q和第一1×3光功率分路器(21)的1口分出的波长λ1549连接到一个第二2×1光耦合器(22)的输入端，其输出端连接一个第二1×2光功率分路器(23)。在Ⅲ环保护模式下，所述第二1×2光功率分路器(23)输出端的下端口连接的第三1×1光开关(27)闭合。与此同时受波分复用子网馈线(75)故障影响的远端节点RN(25)，以RN5(40)为例，其包括的第五2×2光开关(41)的上下端口切换成交叉连接状态，使下行和虚拟广播通信信号通过一个第五普通光环行器(28)1口进，2口出按逆时针方向依次传输至相应波分复用子网2(72)中的各远端节点RN(25)，从而确保了Ⅲ环(26)上各远端节点RN(25)的正常工作；而来自各远端节点RN(25)的上行信号则按顺时针方向返回灵活控制单元，避免和下行信号发生碰撞冲突；
4)如图9所示，当Ⅳ环(50)波分复用子网分布式光纤(76)出现故障时，相应的远端节点RN(25)切换为Ⅳ环保护模式，以远端节点RN5(40)为例：所述第三波长选择开关WSS3(44)的1口选出的波长λ51-λ5Q和第四1×2光功率分路器(45)的1口分出的虚拟通信波长λ1549一起连接到一个第六2×1光耦合器(46)的输入端，其输出端连接一个第五1×2光功率分路器(47)；在Ⅳ环保护模式下，所述第五光功率分路器(47)输出端的下端口连接的第六1×1光开关(51)闭合；与此同时受Ⅳ环分布式光纤(76)故障影响的波分复用子网光网络单元ONU(49)，以ONU52(56)为例，其包括的第七2×2光开关(57)的上下端口切换成交叉连接状态，使下行和广播信号通过一个第十一普通光环形器(52)1口进，2口出按逆时针方向依次传输至远端节点RN5(40)中的各个波分复用子网光网络单元ONU(49)，从而确保了Ⅳ环(50)上各波分复用子网光网络单元ONU(49)的正常工作；而来自上述各波分复用子网光网络单元ONU(49)的上行信号则按顺时针方向返回灵活控制单元，避免和下行信号发生碰撞冲突。
实施例四：
参见图1-图5，本发明提出的一种汇聚接入环形光网络实现虚拟通信和保护功能方法，采用实施例一的系统进行操作，其虚拟通信功能特征在于：
1)如图2所示，中心局(1)中，第S+1个光发射机TXS+1(77)发射波长为1549nm的虚拟广播通信专用波长λ1549，通过连接光纤连接至第一光开关阵列(3)中第S+1个1×2光开关(78)的左端口，该第S+1个1×2光开关(78)输出端口分别连接第一阵列波导光栅AWG(4)，第二阵列波导光栅AWG(5)；所述第一阵列波导光栅AWG(4)和第二阵列波导光栅AWG(5)的输出端分别通过第一普通光环行器(6)，第二普通光环行器(7)的1口进，2口出，使虚拟广播通信波长λ1549经过Ⅰ环馈线光纤(8)以广播方式，按顺时针方向进入由M个灵活控制单元(9)组成的Ⅰ环(10)；所述第一普通光环行器(6)，第二普通光环形器(7)的3口连接至一个第一2×1光耦合器(11)的输入端，该第一2×1光耦合器(11)的输出端连接至一个第三阵列波导光栅AWG(12)，其下挂了第S+1个光接收机RXS+1(79)，用于解调来自Ⅰ环(10)上灵活控制单元(9)的上行虚拟专用波长λ1549所携带的信息；
2)如图3中所述灵活控制单元(9)，以灵活控制单元2(14)为例说明，来自中心局(1)的下行虚拟通信波长λ1549，从第二2×2光开关(15)上端口进入，通过一个第三普通光环形器(16)1口进，2口出连接至一个第一掺铒光纤放大器EDFA1(17)以补偿下行虚拟通信波长λ1549的链路损耗，该第一掺铒光纤放大器EDFA1(17)的输出端连至一个第一粗波分解复用器CWDM1(18)；随后，下行虚拟通信波长λ1549从所述第一粗波分解复用器CWDM1(18)的3口输出，并通过一个第一1×3光功率分路器(21)分为三路；所述第一1×3光功率分路器(21)的2口分出的下行虚拟通信波长λ1549和所述第二波长选择开关WSS2(20)的1口选出的直通下行波长λE21-λE2N连接一个第三2×1光耦合器(29)，此第三2×1光耦合器(29)输出端连至一个第三1×2光功率分路器(30)，该第三1×2光功率分路器(30)输出端的右端口通过一个第六普通光环行器(31)1口进，2口出，使虚拟通信专用波长λ1549通过Ⅱ环分布式光纤(74)以广播方式，按顺时针方向进入由N个直通光网络单元ONUE(32)组成的Ⅱ环(33)；直通光网络单元ONUE(32)和波分复用子网(71-73)下的波分复用子网光网络单元ONU(49)结构相同，如图5所示，以ONUE22(56)为例，来自灵活控制单元2(14)的下行广播虚拟通信波长，从第七2×2光开关(57)左方上端口进入，通过一个第十三普通光环形器(58)1口进，2口出连接至一个第三密集波分解复用器DWDM(59)；随后下行广播虚拟通信波长从所述第三密集波分解复用器DWDM(59)的2口输出，连接第八光开关阵列(65)的1口；所述第八光开关阵列(65)具有3种倒换状态：当1口与4口连通，即1→4时，表明来自灵活控制单元2(14)的下行虚拟通信波长λ1549所携带的通信信息不属于该ONUE22(56)，此时λ1549将由第八光开关阵列(65)的4口经第九2×1光耦合器(68)后，通过第十五普通光环形器(69)1口进，2口出连接至所述第七2×2光开关(57)的右方下端口，以顺时针方向传输至Ⅱ环(33)中其他直通光网络单元ONUE(32)；当第八光开关阵列(65)状态为1→3→2时，表明来自灵活控制单元2(14)的下行虚拟通信波长λ1549所携带的通信信息属于该ONUE22(56)，此时下λ1549将由第八光开关阵列(65)的2口进入第二光接收机RXv(66)，以解调相应的虚拟通信信息；当第八光开关阵列(65)状态为5→3→4时，表明该ONUE22(56)需要向Ⅱ环(33)内其他ONUE(32)或Ⅰ环上任意波分复用子网(71-73)下的波分复用子网光网络单元ONU(49)发送虚拟广播信息，此时有第S+2专用光发射机TXv(67)发送携带本ONUE22(56)虚拟通信信息的专用波长λ1549，由第八光开关阵列(65)的4口经第九2×1光耦合器(68)后，通过第十五普通光环形器(69)1口进，2口出连接至所述第七2×2光开关(57)的右方下端口，按顺时针方向广播传输至Ⅱ环(33)中其他直通光网络单元ONUE(32)或Ⅰ环上任意波分复用子网(71-73)下的波分复用子网光网络单元ONU(49)，以实现直通用户群中的ONUE(32)和不同波分复用子网(71-73)中波分复用子网光网络单元ONU(49)之间的虚拟通信；
3)如图3中所述灵活控制单元(9)，以灵活控制单元2(14)为例说明，下行虚拟通信波长λ1549从所述第一粗波分解复用器CWDM1(18)的3口输出，并通过一个第一1×3光功率分路器(21)分为三路；该第一1×3光功率分路器(21)的1口分出的下行虚拟通信波长λ1549和所述第一波长选择开关WSS1(19)的1口选出的波长λ41-λ6Q连接到一个第二2×1光耦合器(22)，此光耦合器(22)的输出端连接一个第二1×2光功率分路器(23)，该第二1×2光功率分路器(23)输出端的上端口通过一个第四普通光环行器(24)1口进，2口出，使λ1549通过Ⅲ环馈线光纤(75)以广播方式，按顺时针方向进入由P个远端节点RN(25)组成的Ⅲ环(26)。如图4所示，以远端节点RN5(40)为例，来自灵活控制单元2(14)的下行虚拟通信波长λ1549，从第五2×2光开关(41)左方上端口进入，通过一个第九普通光环形器(42)1口进，2口出连接至一个第二粗波分解复用器CWDM2(43)。随后λ1549从所述第二粗波分解复用器CWDM2(43)的2口输出，并通过一个第四1×2光功率分路器(45)分为两路。该第四1×2光功率分路器(45)的1口分出的波长λ1549和所述第三波长选择开关WSS3(44)的1口选出的波长λ51-λ5Q连接到一个第六2×1光耦合器(46)，此第六2×1光耦合器(46)的输出端连接一个第五1×2光功率分路器(47)，该第五1×2光功率分路器(47)输出端的上端口通过一个第十普通光环行器(48)1口进，2口出，使虚拟通信专用波长λ1549通过Ⅳ环分布式光纤(76)以广播方式，按顺时针方向进入由Q个波分复用子网光网络单元ONU(49)组成的Ⅳ环(50)；
4)Ⅳ环(50)中各波分复用子网(71-73)下波分复用子网光网络单元ONU(49)和直通光网络单元ONUE(32)结构相同，如图5所示，以ONU52(56)为例，来自远端节点RN5(40)的下行虚拟通信波长λ1549，从第七2×2光开关(57)左方上端口进入，通过一个第十三普通光环形器(58)1口进，2口出连接至一个第三密集波分解复用器DWDM(59)。随后λ1549从所述第三密集波分解复用器DWDM(59)的2口输出，连接第八光开关阵列(65)的1口，所述第八光开关阵列(65)具有3种倒换状态：当1口与4口连通，即1→4时，表明来自远端节点RN5(40)的下行虚拟通信波长λ1549所携带的通信信息不属于该ONU52，此时λ1549将由第八光开关阵列(65)的4口经第九2×1光耦合器(68)后，通过第十五普通光环形器(69)1口进，2口出连接至所述第七2×2光开关(57)的右方下端口，按顺时针方向传输至Ⅳ环(50)中其他波分复用子网光网络单元ONU(49)；当第八光开关阵列(65)状态为1→3→2时，表明来自远端节点RN5(40)的下行虚拟通信波长λ1549所携带的通信信息属于该ONU52，此时λ1549将由2口进入第二光接收机RXv(66)，以解调相应的虚拟通信信息；当第八光开关阵列(65)状态为5→3→4时，表明该ONU52需要向Ⅳ环(50)内其他波分复用子网光网络单元ONU(49)，Ⅰ环(10)上任意波分复用子网(71-73)下的波分复用子网光网络单元ONU(49)和Ⅱ环(33)上的直通ONUE(32)发送虚拟广播信息，此时有第S+2专用光发射机TXv(67)发送携带本ONU52虚拟通信信息的专用波长λ1549，由第八光开关阵列(65)的4口经第九2×1光耦合器(68)后，通过第十五普通光环形器(69)1口进，2口出连接至所述第七2×2光开关(57)的右方下端口，按顺时针方向广播传输至Ⅳ环(50)中其他波分复用子网光网络单元ONU(49)，Ⅰ环(10)上任意波分复用子网(71-73)下的波分复用子网光网络单元ONU(49)和Ⅱ环(33)上的任一直通ONUE(32)，以实现单一或不同波分复用子网(71-73)下不同光网络单元ONU(32,49,56)之间的虚拟通信。

Claims (4)

1.一种汇聚接入环形光网络实现虚拟通信和保护功能的系统，由中心局(1)通过一根单模馈线光纤(8)串联连接M个灵活控制单元(9)形成汇聚接入环，此汇聚接入环称为I环(10)，该I环中每个灵活控制单元(9)一方面连接至由N个直通光网络单元ONUE(32)首尾相连组成的直通用户群，此直通用户群称为II环(33)；另一方面连接P个远端节点RN(25)形成相切环，此相切环称为III环(26)；从而组成三个波分复用子网(71-73)；III环(26)上的任一远端节点RN(25)均通过分布光纤连接至由Q个波分复用子网光网络单元ONU(49)首尾相连构成的环形用户群，此环形用户群称为Ⅳ环(50)；其特征在于：
1)所述中心局(1)包括S+1个光发射机TX(2)，通过连接光纤连接至由S+1个1×2光开关组成的第一光开关阵列(3)，该第一光开关阵列(3)的上端口连接一个第一阵列波导光栅AWG(4)，下端口连接一个第二阵列波导光栅AWG(5)；第一阵列波导光栅AWG(4)和第二阵列波导光栅AWG(5)的输出端分别连接至第一、第二普通光环行器(6、7)的1口，这两个普通光环形器(6、7)的2口通过I环的单模馈线光纤(8)连接到由M个灵活控制单元(9)组成的I环(10)；所述第一、第二普通光环形器(6、7)的3口连接至一个第一2×1光耦合器(11)的两个输入端，该第一2×1光耦合器(11)的输出端连接至一个第三阵列波导光栅AWG(12)，其下挂了另外S+1个光接收机RX(13)；
2)所述灵活控制单元(9)，包括一个第二2×2光开关(15)，其右边上端口通过一个第三普通光环形器(16)1口进，2口出连接至一个第一掺铒光纤放大器EDFA1(17)，该第一掺铒光纤放大器EDFA1(17)的输出端连至一个第一粗波分解复用器CWDM1(18)；所述第一粗波分解复用器CWDM1(18)右端输出三路：1口为第一路连接一个第一波长选择开关WSS1(19)；2口为第二路连接一个第二波长选择开关WSS2(20)；3口为第三路连接一个第一1×3光功率分路器(21)；所述WSS1(19)的1口和第一1×3光功率分路器(21)的1口连接到一个第二2×1光耦合器(22)的输入端，该第二2×1光耦合器(22)输出端连接一个第二1×2光功率分路器(23)，该第二1×2光功率分路器(23)右端上方输出端口通过一个第四普通光环行器(24)1口进，2口出连接至由P个远端节点(25)构成的III环(26)的上端；而该第二1×2光功率分路器(23)右端下方输出端口连接一个第三1×1光开关(27)，该第三1×1光开关(27)通过一个第五普通光环行器(28)1口进，2口出连接至III环(26)的下端；所述WSS2(20)的1口和第一1×3光功率分路器(21)的2口连接一个第三2×1光耦合器(29)，此第三2×1光耦合器(29)输出端连至一个第三1×2光功率分路器(30)，该第三1×2光功率分路器(30)输出端的右端口通过一个第六普通光环行器(31)1口进，2口出连至由直通光网络单元ONUE(32)构成的II环(33)的右端；而该第三1×2光功率分路器(30)输出端的左端口连接一个第四1×1光开关(34)，该第四1×1光开关(34)通过一个第七普通光环行器(35)1口进，2口出连接至II环(33)的左端；所述第一波长选择开关WSS1(19)的2口、第二波长选择开关WSS2(20)的2口和第一1×3光功率分路器(21)的3口连接至一个第四3×1光耦合器(36)的输入端，其输出端通过一个第八普通光环形器(37)1口进，2口出连至所述第二2×2光开关(15)的右边下端口；所述第四、第五、第六、第七和第八普通光环形器(24、28、31、35、37)的3口通过分布光纤连接至一个第五5×1光耦合器(38)的输入端，该第五5×1光耦合器(38)输出端连接一个第二掺铒光纤放大器EDFA2(39)，该第二掺铒光纤放大器EDFA2(39)输出端连接至所述第三普通光环形器(16)的3口；
3)所述远端节点RN(25)，包括一个第五2×2光开关(41)，其右边上端口通过一个第九普通光环形器(42)1口进，2口出连接至一个第二粗波分解复用器CWDM2(43)；所述第二粗波分解复用器CWDM2(43)右端输出两路：1口为第一路连接一个第三波长选择开关WSS3(44)；2口为第二路连接一个第四1×2光功率分路器(45)；所述WSS3(44)的1口和第四1×2光功率分路器(45)的1口连接到一个第六2×1光耦合器(46)的输入端，该第六2×1光耦合器(46)输出端连接一个第五1×2光功率分路器(47)，该第五1×2光功率分路器(47)右端上方输出端口通过一个第十普通光环形器(48)1口进，2口出连至由Q个波分复用子网光网络单元ONU(49)构成的Ⅳ环(50)；而该第五1×2光功率分路器(47)右端下方输出端口连接一个第六1×1光开关(51)，该第六1×1光开关(51)通过一个第十一普通光环行器(52)1口进，2口出连至Ⅳ环(50)；所述WSS3(44)的2口和第四1×2光功率分路器(45)的2口连接至一个第七2×1光耦合器(53)的输入端，其输出端通过一个第十二普通光环行器(54)1口进，2口出连至所述第五2×2光开关(41)的右边下端口；所述第十、第十一和第十二普通光环形器(48、52、54)的3口通过分布光纤连接至一个第八3×1光耦合器(55)的输入端，其输出端连接至所述第九普通光环形器(42)的3口；
4)光网络单元(32、49)，直通光网络单元ONUE(32)和波分复用子网光网络单元ONU(49)结构相同：包括一个第七2×2光开关(57)，其右边上端口通过一个第十三普通光环形器(58)1口进，2口出连接至一个第三密集波分解复用器DWDM(59)；所述第三密集波分解复用器DWDM(59)右方1口连接一个第四波长选择开关WSS4(60)，该WSS4(60)的1口通过一个第十四普通光环形器(61)1口进，2口出连接至一个第六1×2光功率分路器(62)，其输出上端口连接一个第一光接收机RX(63)；而输出下端口连接一个反射式半导体光放大器RSOA(64)；所述第三密集波分解复用器DWDM(59)的2口连接至一个第八光开关阵列(65)的1口，该第八光开关阵列(65)的2口连至一个第二光接收机RXv(66)；该第八光开关阵列(65)的5口连接一个第S+2专用光发射机TXv(67)；该第八光开关阵列(65)的4口和所述第四波长选择开关WSS4(60)的2口连接至一个第九2×1光耦合器(68)的输入端，其输出端通过一个第十五普通光环形器(69)1口进，2口出连接至所述第七2×2光开关(57)的右端下端口；所述第十四普通光环形器(61)和第十五普通光环形器(69)的3口通过一个第十2×1光耦合器(70)连接到所述第十三普通光环形器(58)的3口。
2.一种汇聚接入环形光网络实现虚拟通信和保护功能的方法，采用权利要求书1所述汇聚接入环形光网络实现虚拟通信和保护功能的系统进行操作，其正常工作模式特征在于：
1)有S+1个波长属于C和L波段，其中C波段有M×N个波长供给I环(10)中M个灵活控制单元(9)下II环(33)的直通光网络单元ONUE(32)使用，C波段中1549nm波长λ1549用于虚拟广播通信；L波段有P×Q个波长供给I环(10)中M个灵活控制单元(9)下属III环(26)中P个远端节点RN(25)下的Q个波分复用子网光网络单元ONU(49)使用；在正常工作模式下，下行时所述中心局(1)有S+1个光发射机(2)发送S路下行信号和1路广播信号，包括C波段的M×N个波长λE11-λEMN，L波段的P×Q个波长λ11-λPQ和一根1549nm波长λ1549，这S+1路信号通过第一光开关阵列(3)的上端口传送至第一阵列波导光栅AWG(4)进行合波，再经第一普通光环行器(6)的1口进，2口出后通过I环馈线光纤(8)进入I环(10)；S路下行信号和1路广播信号在I环馈线光纤(8)上以顺时针方向依次传输至每个灵活控制单元(9)，而来自各灵活控制单元(9)的上行信号按逆时针方向返回；下行信号λ41-λPQ，λE21-λEMN和虚拟通信广播信号λ1549从第二2×2光开关(15)左方上端口进入，通过一个第三普通光环形器(16)1口进，2口出连接至一个第一掺铒光纤放大器EDFA1(17)以补偿下行信号链路损耗，该第一掺铒光纤放大器EDFA1(17)的输出端连至一个第一粗波分解复用器CWDM1(18)；这个第一粗波分解复用器CWDM1(18)右端输出三路：1口为第一路，其解复用波长λ41-λPQ连接一个第一波长选择开关WSS1(19)，以保证各波分复用子网(71-73)的正常工作；2口为第二路，其解复用波长λE21-λEMN连接一个第二波长选择开关WSS2(20)，以保证直通用户群中ONUE(32)的正常工作；3口为第三路虚拟通信波长λ1549连接一个第一1×3光功率分路器(21)，以支持网络虚拟通信的正常工作；
2)所述第二波长选择开关WSS2(20)的1口选出波长λE21-λE2N和第一1×3光功率分路器(21)的2口分出的λ1549连接一个第三2×1光耦合器(29)，此第三2×1光耦合器(29)输出端连至一个第三1×2光功率分路器(30)，该第三1×2光功率分路器(30)输出端的右端口通过一个第六普通光环行器(31)1口进，2口出连至由直通光网络单元ONUE(32)组成的II环(33)；直通光网络单元ONUE(32)和波分复用子网(71-73)下挂的波分复用子网光网络单元ONU(49)结构相同，用于II环(33)的下行信号λE22-λE2N和虚拟通信广播信号λ1549从第七2×2光开关(57)的左方上端口进入，通过一个第十三普通光环形器(58)1口进，2口出连接至一个第三密集波分解复用器DWDM(59)；所述第三密集波分解复用器DWDM(59)的1口连接一个第四波长选择开关WSS4(60)，该WSS4(60)的1口选出服务于ONUE22(56)的波长λE22，通过一个第十四普通光环形器(61)1口进，2口出连接至一个第六1×2光功率分路器(62)，其输出上端口连接一个第一光接收机RX(63)，以解调波长λE22携带的下行信号信息；而输出下端口连接一个反射式半导体光放大器RSOA(64)，对波长λE22进行信号擦除并重调制后沿原路上行传输返回；所述第三密集波分解复用器DWDM(59)的2口输出λ1549后连接至一个第八光开关阵列(65)的1口，该第八光开关阵列(65)的2口连至一个第二光接收机RXv(66)，用于解调虚拟通信专用波长λ1549上携带的信息；该第八光开关阵列(65)的5口连接一个第S+2专用光发射机TXv(67)，用于该ONUE22(56)发送与其他ONU通信的虚拟广播信息；所述第八光开关阵列(65)的4口与所述第四波长选择开关WSS4(60)的2口筛选的剩余波长λE23-λE2N和虚拟通信专用波长λ1549连接至一个第九2×1光耦合器(68)的输入端，其输出端通过一个第十五普通光环形器(69)1口进，2口出连接至所述第七2×2光开关(57)的右端下端口，以供给II环(33)中其他直通光网络单元ONUE(32)使用；
3)所述第一波长选择开关WSS1(19)的1口选出波长λ41-λ6Q和第一1×3光功率分路器(21)的1口分出的波长λ1549连接到一个第二2×1光耦合器(22)的输入端，其输出端连接一个第二1×2光功率分路器(23)，信号经该第二1×2光功率分路器(23)右端上方输出端口通过一个第四普通光环行器(24)1口进，2口出连至由P个远端节点(25)构成的III环(26)；而所述WSS1(19)的2口选出的剩余波长λ(P-2)1-λPQ将通过一个第四3×1光耦合器(36)后，经由一个第八普通光环形器(37)1口进，2口出连至所述第二2×2光开关(15)的右边下端口，以供给其他波分复用子网使用；当下行信号进入III环(26)，下行波长λ51-λPQ和虚拟通信广播信号λ1549从一个第五2×2光开关(41)的左方上端口进入，通过一个第九普通光环形器(42)1口进，2口出连接至一个第二粗波分解复用器CWDM2(43)；所述第二粗波分解复用器CWDM2(43)右端输出两路：1口为第一路输出λ51-λ6Q，连接一个第三波长选择开关WSS3(44)；2口为第二路输出虚拟通信广播信号λ1549，连接一个第四1×2光功率分路器(45)；所述WSS3(44)的1口选出的波长和第四1×2光功率分路器(45)的1口分出的虚拟通信波长λ1549一起连接到一个第六2×1光耦合器(46)的输入端，其输出端连接一个第五1×2光功率分路器(47)，下行信号从该第五1×2光功率分路器(47)右端上方输出端口通过一个第十普通光环形器(48)1口进，2口出连至由Q个波分复用子网光网络单元(49)构成的Ⅳ环(50)；
4)对远端节点RN5(40)下挂的波分复用子网2(72)的光网络单元ONU52，此时下行信号λ52-λ5Q和虚拟通信广播信号λ1549从第七2×2光开关(57)的左方上端口进入，通过一个第十三普通光环形器(58)1口进，2口出连接至一个第三密集波分解复用器DWDM(59)；所述第三密集波分解复用器DWDM(59)的1口连接一个第四波长选择开关WSS4(60)，该WSS4(60)的1口选出服务于该ONU52的波长λ52，通过一个第十四普通光环形器(61)1口进，2口出连接至一个第六1×2光功率分路器(62)，其输出上端口连接一个第一光接收机RX(63)，以解调波长λ52携带的下行信号信息；而输出下端口连接一个反射式半导体光放大器RSOA(64)，对波长λ52进行信号擦除并重调制后沿原路上行返回；所述第三密集波分解复用器DWDM(59)的2口输出虚拟通信广播信号λ1549连接至一个第八光开关阵列(65)的1口，该第八光开关阵列(65)的2口连至一个第二光接收机RXv(66)，用于解调虚拟通信专用波长λ1549上携带的信息；该第八光开关阵列(65)的5口连接一个第S+2专用光发射机TXv(67)，用于该ONU52发送与其他ONU通信的虚拟广播信息；所述第八光开关阵列(65)的4口和所述第四波长选择开关WSS4(60)的2口筛选的剩余波长λ53-λ5Q连接至一个第九2×1光耦合器(68)的输入端，其输出端通过一个第十五普通光环形器(69)1口进，2口出连接至所述第七2×2光开关(57)的右端下端口，以供给远端节点RN5(40)中其他波分复用子网光网络单元ONU(49)使用。
3.一种汇聚接入环形光网络实现虚拟通信和保护功能的方法，采用权利要求书1所述汇聚接入环形光网络实现虚拟通信和保护功能的系统进行操作，其实现保护功能的方法如下：
1)当I环馈线光纤(8)出现故障时，中心局(1)切换为I环保护模式：下行时所述中心局有S+1个光发射机(2)发送S路下行信号和1路虚拟广播通信信号，包括C波段的M×N个波长λE11-λEMN，L波段的P×Q个波长λ11-λPQ和一根1549nm波长λ1549；在I环保护模式下，中心局(1)中第一光开关阵列(3)切换到下端口，使S+1路信号传送至第二阵列波导光栅AWG(5)进行合波，再经第二普通光环行器(7)的1口进，2口出后通过I环馈线光纤(8)未出现故障的下半部进入I环(10)；与此同时，受I环馈线光纤故障影响的灵活控制单元(9)，其包含的第二2×2光开关(15)的上下端口切换成交叉连接状态，使下行和虚拟广播通信信号按逆时针方向依次传输至各灵活控制单元(9)，以确保I环(10)仍能正常工作；而来自各灵活控制单元(9)的上行信号则按顺时针方向返回中心局(1)，以避免和下行信号发生碰撞冲突；
2)当II环(33)连接直通ONUE的分布式光纤(74)出现故障，相应的灵活控制单元(9)切换为II环保护模式，所述第二波长选择开关WSS2(20)的1口选出下行波长λE21-λE2N和第一1×3光功率分路器(21)的2口分出的λ1549连接一个第三2×1光耦合器(29)，此第三2×1光耦合器(29)输出端连至一个第三1×2光功率分路器(30)；在II环保护模式下，所述第三1×2光功率分路器(30)输出端的左端口连接的第四1×1光开关(34)闭合，与此同时受II环分布式光纤(74)故障影响的直通ONUE(32)，其包括的第七2×2光开关(57)的上下端口切换成交叉连接状态，使下行和虚拟广播通信信号通过一个第七普通光环行器(35)1口进，2口出按逆时针方向依次传输至各直通ONUE(32)，从而确保了II环(33)上各直通ONUE(32)的正常工作；而来自各直通ONUE(32)的上行信号则按顺时针方向返回灵活控制单元，避免和下行信号发生碰撞冲突；
3)当III环(26)波分复用子网馈线(75)光纤出现故障时，相应的灵活控制单元(9)切换为III环保护模式，所述第一波长选择开关WSS1(19)的1口选出波长λ41-λ6Q和第一1×3光功率分路器(21)的1口分出的波长λ1549连接到一个第二2×1光耦合器(22)的输入端，其输出端连接一个第二1×2光功率分路器(23)；在III环保护模式下，所述第二1×2光功率分路器(23)输出端的下端口连接的第三1×1光开关(27)闭合；与此同时受波分复用子网馈线(75)故障影响的远端节点RN(25)，其包括的第五2×2光开关(41)的上下端口切换成交叉连接状态，使下行和虚拟广播通信信号通过一个第五普通光环行器(28)1口进，2口出按逆时针方向依次传输至相应波分复用子网2(72)中的各远端节点RN(25)，从而确保了III环(26)上各远端节点RN(25)的正常工作；而来自各远端节点RN(25)的上行信号则按顺时针方向返回灵活控制单元，避免和下行信号发生碰撞冲突；
4)当Ⅳ环(50)波分复用子网分布式光纤(76)出现故障时，相应的远端节点RN(25)切换为Ⅳ环保护模式，所述第三波长选择开关WSS3(44)的1口选出的波长λ51-λ5Q和第四1×2光功率分路器(45)的1口分出的虚拟通信波长λ1549一起连接到一个第六2×1光耦合器(46)的输入端，其输出端连接一个第五1×2光功率分路器(47)；在Ⅳ环保护模式下，所述第五1×2光功率分路器(47)输出端的下端口连接的第六1×1光开关(51)闭合；与此同时受Ⅳ环分布式光纤(76)故障影响的波分复用子网光网络单元ONU(49)，其包括的第七2×2光开关(57)的上下端口切换成交叉连接状态，使下行和广播信号通过一个第十一普通光环形器(52)1口进，2口出按逆时针方向依次传输至远端节点RN5(40)中的各个波分复用子网光网络单元ONU(49)，从而确保了Ⅳ环(50)上各波分复用子网光网络单元ONU(49)的正常工作；而来自上述各波分复用子网光网络单元ONU(49)的上行信号则按顺时针方向返回灵活控制单元，避免和下行信号发生碰撞冲突。
4.一种汇聚接入环形光网络实现虚拟通信和保护功能的方法，采用权利要求书1所述汇聚接入环形光网络实现虚拟通信和保护功能的系统进行操作，其实现虚拟通信功能的方法如下：
1)中心局(1)中，第S+1个光发射机TXS+1(77)发射波长为1549nm的虚拟广播通信专用波长λ1549，通过连接光纤连接至第一光开关阵列(3)中第S+1个1×2光开关(78)的左端口，该第S+1个1×2光开关(78)输出端口分别连接第一阵列波导光栅AWG(4)，第二阵列波导光栅AWG(5)；所述第一阵列波导光栅AWG(4)和第二阵列波导光栅AWG(5)的输出端分别通过第一普通光环行器(6)，第二普通光环行器(7)的1口进，2口出，使虚拟广播通信波长λ1549经过I环馈线光纤(8)以广播方式，按顺时针方向进入由M个灵活控制单元(9)组成的I环(10)；所述第一普通光环行器(6)，第二普通光环形器(7)的3口连接至一个第一2×1光耦合器(11)的输入端，该第一2×1光耦合器(11)的输出端连接至一个第三阵列波导光栅AWG(12)，其下挂了第S+1个光接收机RXS+1(79)，用于解调来自I环(10)上灵活控制单元(9)的上行虚拟专用波长λ1549所携带的信息；
2)所述灵活控制单元(9)，来自中心局(1)的下行虚拟通信波长λ1549，从第二2×2光开关(15)上端口进入，通过一个第三普通光环形器(16)1口进，2口出连接至一个第一掺铒光纤放大器EDFA1(17)以补偿下行虚拟通信波长λ1549的链路损耗，该第一掺铒光纤放大器EDFA1(17)的输出端连至一个第一粗波分解复用器CWDM1(18)；随后，下行虚拟通信波长λ1549从所述第一粗波分解复用器CWDM1(18)的3口输出，并通过一个第一1×3光功率分路器(21)分为三路；所述第一1×3光功率分路器(21)的2口分出的下行虚拟通信波长λ1549和所述第二波长选择开关WSS2(20)的1口选出的直通下行波长λE21-λE2N连接一个第三2×1光耦合器(29)，此第三2×1光耦合器(29)输出端连至一个第三1×2光功率分路器(30)，该第三1×2光功率分路器(30)输出端的右端口通过一个第六普通光环行器(31)1口进，2口出，使虚拟通信专用波长λ1549通过II环分布式光纤(74)以广播方式，按顺时针方向进入由N个直通光网络单元ONUE(32)组成的II环(33)；直通光网络单元ONUE(32)和波分复用子网(71-73)下的波分复用子网光网络单元ONU(49)结构相同，来自灵活控制单元2(14)的下行广播虚拟通信波长，从第七2×2光开关(57)左方上端口进入，通过一个第十三普通光环形器(58)1口进，2口出连接至一个第三密集波分解复用器DWDM(59)；随后下行广播虚拟通信波长从所述第三密集波分解复用器DWDM(59)的2口输出，连接第八光开关阵列(65)的1口；所述第八光开关阵列(65)具有3种倒换状态：当1口与4口连通，即1→4时，表明来自灵活控制单元2(14)的下行虚拟通信波长λ1549所携带的通信信息不属于ONUE22(56)，此时λ1549将由第八光开关阵列(65)的4口经第九2×1光耦合器(68)后，通过第十五普通光环形器(69)1口进，2口出连接至所述第七2×2光开关(57)的右方下端口，以顺时针方向传输至II环(33)中其他直通光网络单元ONUE(32)；当第八光开关阵列(65)状态为1→3→2时，表明来自灵活控制单元2(14)的下行虚拟通信波长λ1549所携带的通信信息属于该ONUE22(56)，此时λ1549将由第八光开关阵列(65)的2口进入第二光接收机RXv(66)，以解调相应的虚拟通信信息；当第八光开关阵列(65)状态为5→3→4时，表明该ONUE22(56)需要向II环(33)内其他ONUE(32)或I环上任意波分复用子网(71-73)下的波分复用子网光网络单元ONU(49)发送虚拟广播信息，此时有第S+2专用光发射机TXv(67)发送携带本ONUE22(56)虚拟通信信息的专用波长λ1549，由第八光开关阵列(65)的4口经第九2×1光耦合器(68)后，通过第十五普通光环形器(69)1口进，2口出连接至所述第七2×2光开关(57)的右方下端口，按顺时针方向广播传输至II环(33)中其他直通光网络单元ONUE(32)或I环上任意波分复用子网(71-73)下的波分复用子网光网络单元ONU(49)，以实现直通用户群中的ONUE(32)和不同波分复用子网(71-73)中波分复用子网光网络单元ONU(49)之间的虚拟通信；
3)所述灵活控制单元(9)，下行虚拟通信波长λ1549从所述第一粗波分解复用器CWDM1(18)的3口输出，并通过一个第一1×3光功率分路器(21)分为三路；该第一1×3光功率分路器(21)的1口分出的下行虚拟通信波长λ1549和所述第一波长选择开关WSS1(19)的1口选出的波长λ41-λ6Q连接到一个第二2×1光耦合器(22)，第二2×1光耦合器(22)的输出端连接一个第二1×2光功率分路器(23)，该第二1×2光功率分路器(23)输出端的上端口通过一个第四普通光环行器(24)1口进，2口出，使λ1549通过波分复用子网馈线(75)以广播方式，按顺时针方向进入由P个远端节点RN(25)组成的III环(26)；来自灵活控制单元2(14)的下行虚拟通信波长λ1549，从第五2×2光开关(41)左方上端口进入，通过一个第九普通光环形器(42)1口进，2口出连接至一个第二粗波分解复用器CWDM2(43)；随后λ1549从所述第二粗波分解复用器CWDM2(43)的2口输出，并通过一个第四1×2光功率分路器(45)分为两路；该第四1×2光功率分路器(45)的1口分出的波长λ1549和所述第三波长选择开关WSS3(44)的1口选出的波长λ51-λ5Q连接到一个第六2×1光耦合器(46)，此第六2×1光耦合器(46)的输出端连接一个第五1×2光功率分路器(47)，该第五1×2光功率分路器(47)输出端的上端口通过一个第十普通光环行器(48)1口进，2口出，使虚拟通信专用波长λ1549通过Ⅳ环分布式光纤(76)以广播方式，按顺时针方向进入由Q个波分复用子网光网络单元ONU(49)组成的Ⅳ环(50)；
4)Ⅳ环(50)中各波分复用子网(71-73)下波分复用子网光网络单元ONU(49)和直通光网络单元ONUE(32)结构相同，来自远端节点RN5(40)的下行虚拟通信波长λ1549，从第七2×2光开关(57)左方上端口进入，通过一个第十三普通光环形器(58)1口进，2口出连接至一个第三密集波分解复用器DWDM(59)；随后λ1549从所述第三密集波分解复用器DWDM(59)的2口输出，连接第八光开关阵列(65)的1口，所述第八光开关阵列(65)具有3种倒换状态：当1口与4口连通，即1→4时，表明来自远端节点RN5(40)的下行虚拟通信波长λ1549所携带的通信信息不属于ONU52，此时λ1549将由第八光开关阵列(65)的4口经第九2×1光耦合器(68)后，通过第十五普通光环形器(69)1口进，2口出连接至所述第七2×2光开关(57)的右方下端口，按顺时针方向传输至Ⅳ环(50)中其他波分复用子网光网络单元ONU(49)；当第八光开关阵列(65)状态为1→3→2时，表明来自远端节点RN5(40)的下行虚拟通信波长λ1549所携带的通信信息属于该ONU52，此时λ1549将由第八光开关阵列(65)的2口进入第二光接收机RXv(66)，以解调相应的虚拟通信信息；当第八光开关阵列(65)状态为5→3→4时，表明该ONU52需要向Ⅳ环(50)内其他波分复用子网光网络单元ONU(49)，I环(10)上任意波分复用子网(71-73)下的波分复用子网光网络单元ONU(49)和II环(33)上的直通ONUE(32)发送虚拟广播信息，此时有第S+2专用光发射机TXv(67)发送携带本ONU52虚拟通信信息的专用波长λ1549，由第八光开关阵列(65)的4口经第九2×1光耦合器(68)后，通过第十五普通光环形器(69)1口进，2口出连接至所述第七2×2光开关(57)的右方下端口，按顺时针方向广播传输至Ⅳ环(50)中其他波分复用子网光网络单元ONU(49)，I环(10)上任意波分复用子网(71-73)下的波分复用子网光网络单元ONU(49)和II环(33)上的任一直通ONUE(32)，以实现单一或不同波分复用子网(71-73)下不同光网络单元ONU(32,49,56)之间的虚拟通信。
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