CN109905173A - 模分复用超级信道可重构光网络中mg-roadm光节点结构和光通信信号性能监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了模分复用超级信道可重构光网络中MG‑ROADM光节点结构和光通信信号性能监控方法。光节点结构包括二级结构光节点和三级结构光节点，具有全光多粒度业务交换及上下话路，全光多粒度业务指光纤级、模式级、波长级粒度业务，两种结构的光节点还具有全光多粒度流量疏导、全光多粒度业务会聚和模式转换功能。本发明巧妙地利用光节点结构中的解复用结构，直接使用星座图测试单元或眼图测试单元分析光信号的性能，通过考察眼图和星座图的特性了解该信道信号的劣化原因，能对各种光性能劣化进行鉴别，适用于下一代模分复用超级信道光网络的动态路由技术，不需要被监测光信号的历史途径。本方法是在物理层进行监控，能对光数据信号协议和码率透明。

Description

模分复用超级信道可重构光网络中MG-ROADM光节点结构和光 通信信号性能监控方法

技术领域

本发明涉及高速大容量光通信系统及光通信性能监控技术领域。

背景技术

未来光通信技术向着新型的超高速,超大容量和超长距离光传输机理与模式发展。高速大容量光传输作为一种推动下一代互联网与宽带移动通信网发展和技术进步的新型光通信模式,已成为国际高科技知识产权竞争的焦点和制高点。目前采用光纤空分复用技术(SDM)结合各种先进的调制方式(超高速OTDM(光时分复用)、m-QAM(正交幅度调制)、OFDM(正交频分调制等)实现高速大容量的传输。空分复用技术有两种,少模光纤和多芯光纤,其主流技术之一为模分复用超级信道可重构光网络系统。

然而这种方案在应用过程中也显现出新的问题，在新型模分复用网络的中引入的模式层，在增加了通信容量的同时，也增加了系统的复杂程度，其网络的拓扑结构，光通道的交换，可变业务网络的可重构流量疏导，多粒度交换重构等方面将面临新的挑战，另外，随着少模光纤系统中模式数的增加和光信号符号速率的提升，采用m-QAM、OFDM等高效的调制方式时，与单模光纤系统相比,由模间四波混频，自相位调制，交叉相位调制、自陡峭效应和受激拉曼散射等非线性效应更严重地影响光信号的性能。所以新型大容量光节点的结构设计及光性能监控十分重要。

新型高速大容量超级信道可重构光网络原理图如图1所示，它由少模光纤光传输线路和用于光交换或网络重构的多粒度可重构光分插复用器(MG-ROADM)光节点构成，MG-ROADM是重要网元，具有光通道的交换，可变业务网络的可重构流量疏导，多粒度交换重构分布于光网络的各个交换节点，只要在各个光节点上对数字光码流进行实时整体全面监控，就能保证全光网的服务质量(QOS)。

新型模分复用高速大容量超级信道可重构光网络是当前下一代光通信网发展的方向，支持光纤级和模式级交换的超大容量新型光节点结构及节点中的光信号性能全面监测控制是有待于研究和尚未解决的课题。

发明内容

发明目的：本发明提出了一种模模分复用超级信道可重构光网络中MG-ROADM光节点结构和光通信信号性能监控方法，解决新型光网络中全光多粒度业务交换、全光流量疏导和全光业务会聚功能实现和对全部光通道的模式特性、功率、星座图、信噪比、定时抖动性能参数和非线性串扰的劣化程度等性能进行全面监测问题。

技术方案：

一种模分复用超级信道可重构光网络中MG-ROADM光节点结构，光节点结构为二级光节点结构，包括模式级交换矩阵、波长级交换矩阵、模式级复用器、模式级解复用器、波长级复用器、波长级解复用器，模式级交换矩阵上设置有模式上端口和模式下端口并连接模式级复用器和解复用器，波长级交换矩阵上设置有波长上端口和波长下端口并连接波长级复用器和解复用器，波长下端口与外部的光调试分析测试单元连接。

一种模分复用超级信道可重构光网络中MG-ROADM光节点结构，光节点结构为三级光节点结构，包括光纤级交换矩阵、模式级交换矩阵、波长级交换矩阵、模式级复用器、模式级解复用器、波长级复用器、波长级解复用器，光纤级交换矩阵上设置有光纤上端口和模式下端口、模式级交换矩阵上设置有模式上端口和模式下端口，波长级交换矩阵上设置有波长上端口和波长下端口，光纤下端口与模式级解复用器的一端连接，模式级解复用器的另一端连接模式上端口，模式下端口连接波长级解复用器的一端，波长级解复用器的另一端连接波长上端口，波长下端口连接波长级复用器的一端，波长级复用器的另一端与模式上端口连接，模式下端口连接模式级复用器的一端，模式级复用器的另一端连接光纤上端口，波长下端口与外部的光调试分析测试单元连接。

进一步地，二种结构光节点都具有全光光纤级、模式级、波长级业务交换及上下话路，还具有全光多粒度流量疏导、全光多粒度业务会聚和模式转换功能。

一种模分复用超级信道可重构光网络中光通信信号性能监控方法，监控方案中包括网管服务器TMN管理者、光监控通道、网元控制系统、光节点、光调试分析测试单元，所述光节点为权利要求1中的二级光节点结构或者权利要求2中的三级光节点结构，网管服务器TMN管理者通过光监控通道(OSC)与网元控制系统连接，网元控制系统与光节点和光调试分析测试单元连接，所述模分复用超级信道可重构光网络光性能监控方法包括如下步骤：

步骤一：对交换矩阵连接指配，利用解复用器、交换矩阵进行解复用，以实现光通信信号提取；

步骤二：使用光调试分析测试单元对光通信信号的星座图或者眼图、模式特性，即模式相关损耗和模间交叉调制、功率性能参数进行监测，经过分析比较，得到信道参数和劣化原因，信道参数包括信道的功率、信噪比、消光比、定时抖动、模式相关损耗和模间交叉调制性能参数，劣化原因中眼图垂直张开度的减小是由的信噪比降低造成的；眼图水平张开度减小是由该波长光码流通道的定时抖动的增加造成的；眼图边线更平坦，发生误码的可能性增大，是由线路色散造成的；眼图出现的不对称是由该波长通道的非线性引起的劣化造成的；消光比的下降是由光发送机的激光器老化或工作点漂移造成的，模间交调的增加是由模间非线性造成的；

步骤三：监测结果通过OSC发送网管服务器，网管中心通过OSC对网元实时地进行调控保证全光网通信性能。

有益效果：

高速大容量光传输作为一种推动下一代互联网与宽带移动通信网发展和技术进步的新型光通信模式,已成为国际高科技知识产权竞争的焦点和制高点。由于在新型网络的中引入的模式层，在增加了通信容量的同时，也增加了系统的复杂程度，其光通道的交换，可变业务网络的可重构流量疏导，多粒度交换等方面将面临新的挑战；另外，对于先进调制光信号，“星座图法”和“眼图法”一直性能直接评估和调试的重要手段，但只能对单个波长光通道进行采样监测，而不能直接用于模分复用超级信道光网络性能监测。

随着固态热光平面光路开关矩阵技术、模式选择光子灯笼模式复用和解复用技术及光滤波器技术的发展，可方便地对指定的各级(光纤级，模式级(非简并模式)和波长级)光通道进行交换和采样，基于此构思，本专利提出了一种适用于超级信道可重构光网络中支持光纤级和模式级交换的新型多粒度光节点结构及节点中光通信信号性能的直接整体监控的方法。节点功能强大，在具有光纤交换，模式交换波长交换和模式转换的同时，还具有全光多粒度业务交换、全光流量疏导和全光业务会聚功能。此外，本发明巧妙地利用光节点结构中的解复用结构，直接使用星座图测试单元或眼图测试单元分析光网中光信号的性能。光节点(见图2或图3)上配置一种眼图或星座图测试单元或测试仪器，就能对全部光网络的光波长通道的星座图、功率、信噪比、定时抖动性能参数和非线性串扰的劣化程度等性能进行全面监测，该方法对光数据信号协议和码率透明且能对各种光性能劣化进行鉴别，适用于下一代模分复用超级信道光网络的动态路由技术，不需要被监测光信号的历史途径，由于本方案是在物理层进行监控，所以能对光数据信号协议和码率透明，又由于在本方法中，可以通过考察眼图和星座图的特性了解该信道信号的劣化原因，故能对各种光性能劣化进行鉴别。

附图说明

图1新型高速大容量超级信道可重构光网络原理图。

图2为二级结构MG-ROADM光节点结构图及光性能采样原理图，其中：模式级复用器/解复用器(MM/DMM)，波长级复用器/解复用器(WM/WDM)。

图3为三级结构MG-ROADM光节点结构图及光性能采样原理图，其中：模式级复用器/解复用器(MM/DMM)，波长级复用器/解复用器(WM/WDM)。

图4为超级信道可重构光网络中光性能监测管理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

三级交换结构新型MG-ROADM如图3，第一级完成光纤级粒度的交叉与分插，由光交换矩阵构成；第二级完成模式级粒度的交叉与分插，由光交换矩阵和模式选择光子灯笼模式级复用器/解复用器(MM/DMM)构成；第三级完成波长级粒度的交叉与分插，由光交换矩阵和波长级复用器/解复用器(WM/WDM)构成。其光纤级、模式级和波长级交换矩阵端口规模分别为：8×8、16×16和16×16，共有40个输入/输出端口，从上到下分别为16个光纤级输入(I1-I8)/输出端口(O1-O8)、16个模式级输入(I1-I16)/输出端口(O1-O16)和16个波长级输入(I1-I16)/输出端口(O1-O16)，交换粒度从粗到细分别处理，直至波长通道的交叉与分插，该结构具有光纤级、模式级、波长级全光业务交换及上下话路，全光流量疏导和全光业务会聚功能。

其中光纤级交换、模式级交换和波长级交换功能只需要分别对图3中的光纤级、模式级交换矩阵或波长级交换矩阵进行指配就能实现，这里不再赘述。而模式转换功能也只要对模式级交换矩阵进行指配，也不再赘述。下面说明全光流量疏导和全光业务会聚功能的实现。

根据ITU-T规范，一个光纤级光通道包含若干个模式级光通道，一个模式级光通道包含若干个波长级光通道。我们以一个光纤级光通道包含4个模式级光通道，一个模式级光通道包含4个波长级光通道来说明。

流量疏导是光网络中实现流量工程的一种重要手段，它通过把小粒度的业务流疏导到大粒度的通道中，即尽量把各个波长、模式等业务汇聚到一条光纤链路上，而把空下的端口和光纤链路重构后用于其它业务的传送。所以，要实现全光流量疏导先必须做全光业务会聚。

为了说明该节点的全光多粒度业务会聚功能，我们假如光纤入口1中有两路模式(LP01,LP11)级光通道和光纤入口4中有一路模式(LP02)级光通道传输目的地相同。

在网管中心可通过OSC通道对光节点的3个光开关矩阵(光纤级、波带级和波长级开关矩阵)的通道连接进行配置。光纤级交换矩阵入口1到出口(I1-O8)的连接把光纤入口1业务下载到模式解复用器解复用成4个模式，同样，光纤级交换矩阵入口4到出口7(I4-O7)的连接把光纤入口4业务下载到模式解复用器解复用成4个模式；模式级交换矩阵I1-O1、I3-O3和I6-O2连接将光纤入口1的2个模式业务和光纤入口4的1个模式业务会聚到模式复用器，3个模式复用后传输到光纤级交换矩阵的第8入口(I8)，I8-O1连接完成把已经完成模式复用的信号从光纤级出口1(O1)端口输出，从而将两个光纤级通道的业务汇聚到一个光纤级通道，完成全光业务会聚。

流量疏导也可用类似的方法实现，由于篇幅较长，不再赘述。

下面再以二级结构MG-ROADM光节点来说明其功能及光信号性能监控方法：

新型两级交换结构MG-ROADM如图2，第一级完成光纤级和模式级粒度的交叉与分插，包括模式级交换矩阵和模式级复用器/解复用器(MM/MDM)；第二级完成波长级粒度的交叉与分插，包括波长级交换矩阵和波长级复用器/解复用器(WM/WDM)。两个光交换矩阵的规模一般由小到大，根据实际需要配置。其模式级和波长级交换矩阵端口规模分别为：16×16和16×16，共有32个输入/输出端口，分别为16个模式级输入(I1-I16)/输出端口(O1-O16)和16个波长级输入(I1-I16)/输出端口(O1-O16)，从上到下交换粒度从粗到细分别处理，直至波长通道的交叉与分插，该结构具有全光光纤级、模式级(非简并模式)、波长级全光业务交换及上下话路，全光多粒度业务交换、全光流量疏导和全光业务会聚功能。

其光纤级、模式交换和波长交换功能只需要分别对图2中的模式级交换矩阵和波长级交换矩阵进行指配就能实现，模式转换功能也只要对模式级交换矩阵进行指配就能实现，而流量疏导的说明也与3级结构的光节点类似，这里不再赘述。下面说明光性能监控方法。

下一代模分复用超级信道可重构光网络如图1所示，它由少模光纤光传输线路、用于光交换或网络重构的多粒度可重构光分插复用器(MG-ROADM)光节点及少模光纤放大器等网元组成，

MG-ROADM是重要网元，分布于光网络的各个交换节点，在各个光节点上对数字光码流进行实时整体全面监控，就能保证全网的服务质量(QOS)，监控装置由信号提取部分和信号监测两部分构成，提取部分由光交换矩阵、模式选择光子灯笼模式解复用器及波分复用器构成，监测部分则由眼图或星座图测试单元构成，能对网络中先进调制方式光信号(m-QAM(正交幅度调制)、OFDM(正交频分调制))的星座图、模式特性、功率等性能参数进行监控。连接于可重构网络交换节点。巧妙利用交换节点结构解复用特性，采用光路开关矩阵、模式解复用器和光滤波器技术方便地对指定的单个光波长通道进行采样，可以在模式级层面进行监控，进行模式间的功率均衡等操作。

根据ITU-T规范，一个少模光纤级光通道包含若干个模式级光通道，一个模式级光通道包含若干个波长级光通道。当一个光纤级光通道包含4个模式级光通道，一个模式级光通道包含4个波长级光通道时，若要对第2输入端口的光纤级通道的第2个模式通道的第4个波长进行性能监测(由网管中心任选)，只要将光性能测试单元配置在波长级交换矩阵的第16输出端口(O16)，并分别对2个光交换矩阵连接指配，在模式级交换矩阵对第8输入端口(I8)的模式级光通道进行采样，利用解复用器和模式级、波长级交换矩阵进行解复用，则该波长通道性能即被测量出来。用类似的方法可以对任一通过该MG-RADM的指定波长通道的光信号性能整体监测。

本方案中配置了的商用化交换矩阵，通过对开关的温控，由温度控制开关中导光材料的折射率，从而改变了光的方向，实现在指定输出端口上对任意一路输入信号的采样，再将测试单元接在指定输出端口上，测试单元从输入光码流中提取时钟信号并按照网管中心的指令进行测试条件设置，该光波长通道的星座图、模式特性、功率、信噪比、定时抖动等性能即被测出。

图4给出了全光网中光交换节点监测系统构成原理，网管服务器TMN管理者通过1510nm光监控通道(OSC)向网中任何一个光交换节点N(由MG-OADM构成)及其测试单元的本地管理平台(网元控制系统)发出对通过该节点的任一指定波长的采样和光信号性能测试指令，该波长通道的光信号性能即被测出并通过光性能监控通道(OSC)传送到网管服务器上。这样在网管中心就能监测到全网中任一光节点上的光码流的性能。

当网管中心得到某光通道的星座图或眼图后，将其与光性能模板对照，即可知道该通道光码流的劣化的情况和造成劣化的原因。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种模分复用超级信道可重构光网络中MG-ROADM光节点结构，其特征在于，光节点结构为二级光节点结构，包括模式级交换矩阵、波长级交换矩阵、模式级复用器、模式级解复用器、波长级复用器、波长级解复用器，模式级交换矩阵上设置有模式上端口和模式下端口并连接模式级复用器和解复用器，波长级交换矩阵上设置有波长上端口和波长下端口并连接波长级复用器和解复用器，波长下端口与外部的光调试分析测试单元连接。

2.一种模分复用超级信道可重构光网络中MG-ROADM光节点结构，其特征在于，光节点结构为三级光节点结构，包括光纤级交换矩阵、模式级交换矩阵、波长级交换矩阵、模式级复用器、模式级解复用器、波长级复用器、波长级解复用器，光纤级交换矩阵上设置有光纤上端口和模式下端口、模式级交换矩阵上设置有模式上端口和模式下端口，波长级交换矩阵上设置有波长上端口和波长下端口，光纤下端口与模式级解复用器的一端连接，模式级解复用器的另一端连接模式上端口，模式下端口连接波长级解复用器的一端，波长级解复用器的另一端连接波长上端口，波长下端口连接波长级复用器的一端，波长级复用器的另一端与模式上端口连接，模式下端口连接模式级复用器的一端，模式级复用器的另一端连接光纤上端口，波长下端口与外部的光调试分析测试单元连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种模分复用超级信道可重构光网络中MG-ROADM光节点结构，其特征在于，两种结构的光节点都具有全光多粒度业务交换及上下话路，所述全光多粒度业务交换包括光纤级、模式级、波长级粒度业务交换，还都具有全光多粒度流量疏导、全光多粒度业务会聚和模式转换功能。

4.一种模分复用超级信道可重构光网络中光通信信号性能监控方法，其特征在于，监控方案中包括网管服务器TMN管理者、光监控通道、网元控制系统、光节点、光调试分析测试单元，所述光节点为权利要求1中的二级光节点结构或者权利要求2中的三级光节点结构，网管服务器TMN管理者通过光监控通道(OSC)与网元控制系统连接，网元控制系统与光节点和光调试分析测试单元连接，所述模分复用超级信道可重构光网络光性能监控方法包括如下步骤：

步骤一：对交换矩阵连接指配，利用解复用器、交换矩阵进行解复用，以实现光通信信号提取；

步骤二：使用光调试分析测试单元对光通信信号的星座图或者眼图、模式特性(即模式相关损耗和模间交叉调制等)、功率性能参数进行监测，经过分析比较，得到信道参数和劣化原因，信道参数包括功率、信噪比、消光比、定时抖动、模式相关损耗和模间交叉调制等性能参数；

步骤三：监测结果通过OSC发送网管服务器，网管中心通过OSC对网元实时地进行调控保证全光网通信性能。