CN112968730B - 少模光纤与多芯光纤混合传输可重构光网络中光节点结构和光信号性能监控方法 - Google Patents

少模光纤与多芯光纤混合传输可重构光网络中光节点结构和光信号性能监控方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种同时支持多芯光纤与少模光纤交换的多粒度可重构光分叉复用器光节点结构及混合传输光网中的光信号的全面监控方法，并给出了两种实现方案。光节点结构为二级光节点结构，包括用于多芯光纤级、少模光纤级、纤芯级、模式级光交换的第一光交换机、用于波长级交换的第二光交换机、多芯光纤级复用器/解复用器、光子灯笼模式级复用器/解复用器、波长级复用器/解复用器。该结构具有多芯光纤级、少模光纤级、纤芯级、模式级和波长级光通道交换功能及上下话路功能，还具有多芯光纤与少模光纤之间的信息交互、全光业务会聚功能。本发明的监控方法，直接使用眼图测试单元或仪器分析光信号的性能,可对各种光性能劣化进行鉴别。

Description

少模光纤与多芯光纤混合传输可重构光网络中光节点结构和 光信号性能监控方法
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
在5G时代，随着大数据、云计算和人工智能等新型技术的快速发展，网络业务流量呈爆发式增长。目前采用光纤空分复用技术(SDM)结合各种先进的调制方式，实现高速大容量的传输，空分复用技术有两种，少模光纤传输技术和多芯光纤传输技术。然而，这两种传输技术间的融合和信息交互尚未得到解决。
另外，在从单模光纤传输网络向少模光纤和多芯光纤传输网络传输演进的过程中，也显现出新的问题，由于在新型光网络的中引入的多芯光纤层和模式层，在增加了通信容量的同时，也增加了系统的复杂程度，其网络光节点的结构，多芯光纤与少模光纤之间的光通道交互，大容量、高动态和强突发特性的5G业务的可重构流量疏导，多粒度交换重构等方面将面临新的挑战。另外，由多芯光纤纤芯间和少模光纤模式间的信号交调，将影响传输性能。所以，适用于5G业务新型光节点的结构设计及光性能监控十分重要。
下一代高速大容量可重构光网络由多芯光纤和少模光传输线路及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具有单模光纤、多芯光纤和少模光纤之间的光通道交换，全光多粒度流量疏导、全光多粒度业务会聚功能。此外，MG-ROADM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)。
新型空分复用高速大容量超级信道可重构光网络是下一代光通信网发展的方向，同时支持多芯光纤传输网络和少模光纤传输网络的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尚未解决的课题。随着多芯复用器/解复用器技术、模分复用通信技术、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通道进行信息交互和采样，各级光通道包括多芯光纤级、少模光纤级、纤芯级、模式级(非简并模式)和波长级。基于此构思，本专利提出了一种适用于少模光纤与多芯光纤混合传输可重构光网络中支持多芯光纤级、少模光纤级、纤芯级、模式级(非简并模式)和波长级交换及上下话路的新型多粒度光节点结构及节点中光信号性能的直接整体监控的方法。
发明内容：
发明目的：本发明提出了一种同时支持多芯光纤与少模光纤交换的多粒度可重构光分叉复用器光节点结构和节点中光性能监控方法，旨在解决新型光网络中多芯光纤和少模光纤之间的光信息交互，多粒度业务交换、全光流量疏导和全光业务会聚功能的实现和对节点中全部光通道的模式特性、功率、星座图、信噪比、定时抖动性能等性能进行全面在线监控问题。
技术方案：
一种少模光纤与多芯光纤混合传输可重构光网络中光节点结构，光节点结构为二级光节点结构，包括用于多芯光纤级、少模光纤级、纤芯级、模式级光交换的第一光交换机、用于波长级交换的第二光交换机、多芯光纤级复用器/解复用器、光子灯笼模式级复用器/解复用器、波长级复用器/解复用器，第一光交换机上连接多芯光纤级复用器/解复用器和光子灯笼模式级复用器/解复用器并在其上设置多芯光纤级、少模光纤级、纤芯级及模式级信道上端口和下端口，少模光纤和多芯光纤分别通过光子灯笼模式级解复用器和多芯光纤级解复用器与第一光交换机连接，第一光交换机交换后的信号分别经光子灯笼模式级复用器和多芯光纤级复用器复用后再通过少模光纤和多芯光纤输出；第二光交换机上配置波长级信道上端口和波长级信道下端口，波长级信道上端口用于连接波长级上话路业务和波长级解复用器，波长级信道下端口用于连接波长级下话路业务，并通过波长级复用器与第一光交换机纤芯级信道上端口连接，同时一个波长级信道下端口与外部的眼图分析单元连接。
进一步地，第一光交换机可由第一光交换芯片代替，第二光交换机可由第二光交换芯片代替。
进一步地，可将第一光交换芯片、第二光交换芯片、多芯光纤级复用器/解复用器、光子灯笼模式级复用器/解复用器、波长级复用器/解复用器都集成在一个半导体芯片上。
进一步地，所述光节点结构具有多芯光纤级与少模光纤级之间的信息交互功能，全光多粒度业务交换及上下话路功能，全光多粒度业务流量疏导、全光多粒度业务会聚和模式转换功能。所述全光多粒度业务为多芯光纤级、少模光纤级、纤芯级、模式级、波长级粒度业务。
一种少模光纤与多芯光纤混合传输可重构光网络中的光信号性能监控方法，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获取该信道信号的劣化原因，所述光节点为权利要求1中的二级光节点结构，具体包括如下步骤：
步骤一：对用于多芯光纤级、少模光纤级、纤芯级及模式级光交换的第一光交换机、用于波长级交换的第二光交换机连接指配，利用解复用器进行解复用，以实现光通信信号提取；
步骤二：使用眼图分析单元或仪器对信号的性能参数进行监测，再经过分析，得到信道参数和劣化原因；
步骤三：监测结果通过光监控信道(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：
本发明具有多芯光纤级、少模光纤级、纤芯级、模式级(非简并模式)和波长级光通道交换功能及上下话路功能，并且其交换容量随其光交换机端口数的增加而增加，还具有多芯光纤与少模光纤之间的信息交互、全光业务会聚功能。此外，利用光节点结构中的解复用结构，直接使用眼图测试单元或仪器分析光网中光信号的性能。在光节点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波长通道的星座图、功率、信噪比、定时抖动性能参数等性能进行全面监测，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。监测结果通过光监控信道(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。
附图说明
图1为二级结构MG-ROADM光节点结构图及光性能采样原理图。其中，多芯光纤级复用器/解复用器(MCF breatout)、模式级复用器/解复用器(MM/MDM)，波长级复用器/解复用器(WM/WDM)。
具体实施方式
下面我们以三芯多芯光纤、三模式(非简并模式)少模光纤和端口规模为32×32光交换机或光交换芯片为例，结合附图对本发明做更进一步的解释。需要说明的是，光节点交换容量随光交换机端口数、多芯光纤纤芯数、少模光纤模式数增加而增加。
二级MG-ROADM光节点结构如图1所示。第一级完成多芯光纤级、少模光纤级、纤芯级、模式级粒度的交叉与分插，由第一光交换机、多芯光纤级复用器/解复用器、光子灯笼模式级复用器/解复用器构成；第二级完成波长级粒度的交叉与分插，由第二光交换机和波长级复用器/解复用器(WM/WDM)构成。其第一光交换机和第二光交换机端口规模均为：32×32和32×32，分别有32个输入端口和32个输出端口，分别命名为I1-I32和01-O32。第一光交换机配置了8个光子灯笼模式复用/解复用器、8个多芯光纤级复用器/解复用器，第二光交换机了配置4个波分复用器/波分解复用器。如图1所示，第一光交换机从上到下24个输入(I1-I12)/输出端口(O1-O12)分别与8个模分复用器的三个复用/解复用端口相连，构成8个少模光纤级输入/输出端口。24个输入(I13-I24)/输出端口(O13-O24)分别与8个多芯光纤的3个耦合端口(共24个)相连构成8个多芯光纤级输入/输出端口，12个模式级或纤芯级输入端口(I25-I30)与输出端口(O25-O30)、和2个波分复用输入(I31-I32)/波分解复用输出端口(O31-O32)。第二光交换机具有32个波长级输入(I1-I32)/输出端口(O1-O32)，该结构具有少模光纤级、多芯光纤级、纤芯级、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，纤芯级、模式级和波长级交换功能只需要分别对图1中第一光交换机或第二光交换机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第一光交换机进行指配，也不再赘述。
下面说明多芯光纤级，少模光纤级交换和它们之间的光通道的交互功能的实现。
对第一光交换机交换矩阵进行指配，建立I1-O4、I2-O5和I3-O6连接，即可将少模光纤级入口1的光通道交换到少模光纤级输出口2，完成少模光纤级光通道的交互；而建立I4-O13、I5-O14和I6-O15连接，即可将少模光纤级入口2的光通道交换到多芯光纤级输出口1，完成少模光纤和多芯光纤之间光通道的交互；建立I16-O1、I17-O2和I18-O3连接，即可将多芯光纤级入口2的光通道交换到少模光纤级输出口1，完成多芯光纤和少模光纤之间光通道的交互。
这里说明多粒度业务汇聚功能。根据ITU-T规范，一个多芯光纤级或少模光纤级光通道包含若干个纤芯级和模式级光通道，一个纤芯级和模式级光通道包含若干个波长级光通道。我们以一个少模光纤级光通道包含3个模式级光通道，一个多芯光纤级光通道包含3个纤芯级光通道，一个模式级或纤芯级光通道包含4个波长级光通道为例进行说明。
为了说明该节点的全光多粒度业务会聚功能，假设少模光纤入口1中有一路模式(LP01)级光通道、少模光纤入口2中有一路模式(LP11)级光通道、多芯光纤入口2中有一路纤芯(第1纤芯)级光通道传输目的地相同。
在网管中心，可通过OSC通道对光节点的第一光交换机通道连接进行配置，建立I1-O1、I5-O2和I16-O3连接，即可将两个模式级光通道和一个纤芯级光通道的业务汇聚到一个少模光纤级通道，完成全光业务会聚。
下面来说明其光信号性能监控：
下一代空分复用高速大容量可重构光网络由多芯光纤和少模光纤光传输线路和多粒度可重构光分插复用器(MG-ROADM)光节点等网元组成，这里，MG-ROADM是重要网元，分布于光网络的各个交换节点，因此，只要在各个光节点上对光信号进行整体在线监控，就能保证全网的服务质量(QOS)。
本专利巧妙地利用交换节点结构解复用特性，采用多芯光纤级解复用器、模式解复用器和光滤波器技术，对光节点中任一单个波长光信号进行在线监控。
若要对如图1所示MG-ROADM的第6输入端口(多芯光纤级输入光通道)的第2个纤芯级通道的第4个波长进行性能监测(由网管中心任选)，只要将眼图测试单元配置在波长级交换矩阵的第32输出端口(O32)，并分别对第一光交换机和第二光交换机进行连接指配，在第一光交换机上建立I17-O32连接，即对第6输入端口(多芯光纤级输入光通道)的第2个纤芯级通道进行采样，在第二光交换机上建立I4-O32连接，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-ROADM的指定波长通道的光信号性能整体监测。
得到某光通道的星座图或眼图后，将其与光性能模板对照，即可知道劣化的情况和造成劣化的原因。
以上专利目标的实施方式有两种，一种用分立器件方案实现，即将第一光交换机、第二光交换机、多芯光纤级复用器/解复用器、光子灯笼模式级复用器/解复用器、波长级复用器/解复用器和眼图分析单元或仪器用光纤连接起来完成专利目标。
另一种是集成方案，将第一光交换芯片、第二光交换芯片、多芯光纤级复用器/解复用器、光子灯笼模式级复用器/解复用器、波长级复用器/解复用器都集成在一个半导体芯片上，再连接眼图分析单元或仪器完成专利目标。相对于分立器件方案，该方案可靠性高，体积小，系统性能一致性好。
这两种实施方案均应视为本发明的保护范围。
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)

1.一种少模光纤与多芯光纤混合传输可重构光网络中光节点结构，其特征在于，光节点结构为二级光节点结构，包括用于多芯光纤级、少模光纤级、纤芯级、模式级光交换的第一光交换机、用于波长级交换的第二光交换机、多芯光纤级复用器/解复用器、光子灯笼模式级复用器/解复用器、波长级复用器/解复用器，第一光交换机上连接多芯光纤级复用器/解复用器和光子灯笼模式级复用器/解复用器并在其上设置多芯光纤级、少模光纤级、纤芯级及模式级信道上端口和下端口，少模光纤和多芯光纤分别通过光子灯笼模式级解复用器和多芯光纤级解复用器与第一光交换机连接，第一光交换机交换后的信号分别经光子灯笼模式级复用器和多芯光纤级复用器复用后再通过少模光纤和多芯光纤输出；第二光交换机上配置波长级信道上端口和波长级信道下端口，波长级信道上端口用于连接波长级上话路业务和波长级解复用器，波长级信道下端口用于连接波长级下话路业务，并通过波长级复用器与第一光交换机纤芯级信道上端口连接，同时一个波长级信道下端口与外部的眼图分析单元连接；
所述光节点结构具有多芯光纤级信道与少模光纤级信道之间的信息交互功能，全光多粒度业务交换及上下话路功能，全光多粒度业务流量疏导、全光多粒度业务会聚和模式转换功能；所述全光多粒度业务为多芯光纤级、少模光纤级、纤芯级、模式级、波长级粒度业务。
2.根据权利要求1所述的一种少模光纤与多芯光纤混合传输可重构光网络中光节点结构，其特征在于，第一光交换机可由第一光交换芯片代替，第二光交换机可由第二光交换芯片代替。
3.根据权利要求2所述的一种少模光纤与多芯光纤混合传输可重构光网络中光节点结构，其特征在于，可将第一光交换芯片、第二光交换芯片、多芯光纤级复用器/解复用器、光子灯笼模式级复用器/解复用器、波长级复用器/解复用器都集成在一个半导体芯片上。
4.一种少模光纤与多芯光纤混合传输可重构光网络中的光信号性能监控方法，其特征在于，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获取信道信号的劣化原因，所述光节点为权利要求1中的二级光节点结构，具体包括如下步骤：
步骤一：对用于多芯光纤级、少模光纤级、纤芯级、模式级光交换的第一光交换机、用于波长级交换的第二光交换机连接指配，利用解复用器进行解复用，以实现光通信信号提取；
步骤二：使用眼图分析单元或仪器对信号的性能参数进行监测，再经过分析，得到信道参数和劣化原因；
步骤三：监测结果通过光监控信道发送网管服务器，网管中心通过光监控信道对网元实时地进行调控保证全光网通信性能。
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