CN1414710A - 用于光网络系统的分布型大规模星形耦合器 - Google Patents

Abstract

本发明一种用于光网络系统的分布型大规模星形耦合器，其特点是：包括1个主耦合器模块和m个远端耦合器模块，每个远端耦合器模块分别通过连接通路与主耦合器模块双向连接。所构成网络的抗毁性强、可靠性高。运行中，若主耦合器发生故障，则只会影响主节点区内部各节点之间及远端节点区彼此之间的通信，各远端节点区内部各节点之间的通信不受影响；若某个远端耦合器发生故障，则只能影响该远端节点区内部各节点之间的通信，网络的其它部分可照常运行。所构成网络的规模大，组网灵活性强，在网络节点数相同条件下，可节省一半光纤。

Description

用于光网络系统的分布型大规模星形耦合器

技术领域

本发明涉及一种用于光网络系统的分布型大规模星形耦合器，尤其涉及一种用于双向WDM局域网和接入网系统的分布型大规模星形耦合器。

背景技术

星形耦合器是光纤通信网中的关键器件。当前应用最广泛的星形网就是由传输型星形耦合器构成的WDM(Wavelength Division Multiplexing，波分复用)星形网。在这种WDM星形网中，每个节点通过两根光纤与星形耦合器的一对端口相连，一根光纤传输送往该节点的信息，另一根光纤传输该节点发出的信息，一个N×N星形耦合器可连接N个节点。由于某光纤中的信号仅在单一方向传输，因而它是一个单向WDM通信系统。该网络系统的主要缺陷是：所需光纤太长，网络规模小，网络扩展性和抗毁性差。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有星形耦合器的缺点而提出的一种网络规模大、扩展性和抗毁性好的用于波分复用光网络系统的分布型大规模星形耦合器。

为了实现本发明的目的，本发明采取的技术方案是：一种用于光网络系统的分布型大规模星形耦合器，其特点是：包括一个主耦合器模块和m个远端耦合器模块，每个远端耦合器模块分别通过连接通路与主耦合器模块双向连接。

上述一种用于光网络系统的分布型大规模星形耦合器，其中：所述的每个远端耦合器模块通过4个连接通路与主耦合器模块相连，在该4个连接通路中，2个连接通路用作传输从主耦合器模块到该远端耦合器模块的信息，另2个连接通路用作传输从该远端耦合器模块到主耦合器模块的信息。

上述一种用于光网络系统的分布型大规模星形耦合器，其中：所述的每个主耦合器模块包括一个主耦合器，该主耦合器两边分别对称设置：(N+m+2)个输入/输出端口、一个光放大器、(m+1)个光带通滤波器、m个光带阻滤波器以及连接通路；其中，在主耦合器每边设置的部件中：

N个输入/输出端口既作输入又作输出，分别可通过一根光纤与一个节点相连，实现网络的单纤双向传输；

剩余(m+2)个输入/输出端口中：有2个输入/输出端口用于构成一个反馈回路，该反馈回路中顺序串接一个光带通滤波器、一个光放大器、一个1×(m+1)光功率分路器，该1×(m+1)光功率分路器连接m个光带阻滤波器至输出；该每个反馈回路的作用是：①实现主耦合器模块输入/输出端口组内部任意两输入/输出端口之间的相互通信；②实现主耦合器模块与各远端耦合器模块之间的通信；③各远端耦合器模块彼此之间的通信；另有m个输入/输出端口连接输入信号，并顺序通过m个光带通滤波器与m条连接通路相连；

连接通路有4m条，每个远端耦合器通过4条连接通路与主耦合器相连。

上述一种用于光网络系统的分布型大规模星形耦合器，其中：所述的N个输入/输出端口中的N为正整数。

上述一种用于光网络系统的分布型大规模星形耦合器，其中：所述的4m条连接通路中的m为主耦合器所连接的远端耦合器数量。

上述一种用于光网络系统的分布型大规模星形耦合器，其中：所述的每个远端耦合器模块包括一个远端耦合器，该远端耦合器的两边分别对称设置有(M+3)个输入/输出端口、以及一个光放大器、m个光带通滤波器以及连接通路；其中每边设置的部件中：

有M个输入/输出端口中，每个端口既作输入又作输出，分别可通过一根光纤与一个节点相连，实现网络的单纤双向传输；

(M+1)、(M+2)和(M+3)输入/输出端口中：(M+1)输入/输出端口为输入端口，与连接通路连接；(M+2)输入/输出端口为输出端口，其顺序连接一个光带通滤波器、一光放大器、一个1×2光功率分路器，并连接(M+3)输入/输出端口，构成一个反馈回路，同时该1×2光功率分路器至输出；每个反馈回路实现：①该远端耦合器模块输入/输出端口组内部任意两输入/输出端口之间的相互通信；②该远端耦合器模块与主耦合器模块之间的通信；③该远端耦合器模块通过主耦合器模块与其他各远端耦合器模块之间的通信；

连接通路有4m条，每个远端耦合器通过4条连接通路与主耦合器相连。

上述一种用于光网络系统的分布型大规模星形耦合器，其中：所述的每个远端耦合器模块M个I/O端口中的M为正整数。

上述一种用于光网络系统的分布型大规模星形耦合器，其中：各光带通滤波器和光带阻滤波器的配置可根据网络节点收发器所用收发方式的不同而改变。

由于本发明采用了以上的技术方案，引入了一种新型结构方式的大规模星形耦合器，通过该结构方式有效地解决了常规WDM星形网所存在的使用光纤太长、网络规模小、网络扩展性和抗毁性差等问题，不仅实现网络的单纤双向传输和大规模化，而且使网络具有极强的抗毁性和良好的扩展性。

附图说明

本发明的具体特征性能由以下的实施例及其附图进一步说明。

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明主耦合器模块的结构示意图。

图3是本发明远端耦合器模块的结构示意图。

具体实施方式

本发明一种用于光网络系统的分布型大规模星形耦合器，包括一个主耦合器模块和m个远端耦合器模块，每个远端耦合器模块分别通过连接通路与主耦合器模块之间双向连接。在每个耦合器的两边分别建立一个反馈回路，使得本发明大规模星形耦合器的每个端口既可用作输入同时又可用作输出；如此，所构成分布型星形耦合器不仅可提供巨大的端口数、实现了大规模化，而且其规模可根据规模因子m灵活调节，其每个端口均可通过一根光纤连接一个节点。

下面，结合分布型星形耦合器结构图对本发明内容做进一步的详细说明：

图1是本发明的结构示意图。整个分布型大规模星形耦合器由一个主耦合器模块一个和m个远端耦合器模块2-1～2-m构成，每个远端耦合器模块2通过4条连接通路3与主耦合器模块1相连，在上述4条连接通路中，2条连接通路31用作传输从主耦合器模块到该远端耦合器模块的信息，另2条连接通路32用作传输从该远端耦合器模块到主耦合器模块的信息；各远端耦合器模块之间通过主耦合器模块相连通，它们之间的信息传递要途经主耦合器进行；在这种信息传递中，信息经过主耦合器时处于直通状态，无须主耦合器模块转发。整个分布型大规模星形耦合器的规模可通过增加或减少远端耦合器的数量进行灵活调节。

图2是本发明的主耦合器模块结构部分。它主要由1个(N+m+2)×(N+m+2)常规传输型星形耦合器11、以及分别对称设在星形耦合器两边的2个光放大器12(OA0)、2个1×(m+1)光功率分路器13、(2m+2)个光带通滤波器14、2m个光带阻滤波器15和N对个输入/输出端口16等构成。为了便于解释，这里首先对图2和图3中所涉及的符号一并说明如下：

I/O——输入/输出端口；

Gi——第i端口组，即：耦合器i#的端口il～iN

(在远端耦合器模块中为：il～iM)，其中：0≤i≤m；

Gi’——第i’端口组，即：耦合器i’#的端口i’l～i’N

(远端耦合器模块中为：i’l～i’M)，其中：0’≤i’≤m’；

λ_Gi——从端口组Gi输入的波长组；

λ_Gi’——从端口组Gi’输入的波长组；

λ_ij——从端口组Gi(或Gi’)中第j个端口输入的波长，其中：1≤j≤N

(在远端耦合器模块中为：1≤j≤M)；

OAi——第i耦合器模块中的光放大器(Optical Amplifier，OA)1×2，1×(m+1)——1×2光功率分路器，1×(m+1)光功率分路器。图中，光放大器为高功率宽带光放大器，1×(m+1)光功率分路器可将输入的光功率按一定分配比例输出，并使进入主耦合器0#和各远端耦合器端口的功率相等；功率分路器1×2可将输入的光功率按一定分配比例输出，并使进入主耦合器0#端口及与之相连的远端耦合器端口的功率相等；带通滤波器BPF1只允许第1组波长λ_G1通过，阻止其它组波长通过；带通滤波器BPF2、...、BPFm，BPF1’、BPF2’、...、BPFm’有类似的功能；带通滤波器(BPF0，1’，2’...，m’)允许λ_G0、λ_G1、λ_G2’、...、λ_Gm’组波长通过，阻止所有其它组波长通过；带通滤波器(BPF0’，1，2，...，m)有类似的作用；带阻滤波器(BSF0，1’，2’...，m’and 1)阻止λ_G0、λ_G1’、λ_G2，、...、λ_Gm’和λ_G1组波长通过，允许其它组波长通过；带阻滤波器(BSF0，1’，2’...，m’and 2)、...、(BSF0，1’，2’...，m’andm)及(BSF0’，1，2...，m and 1’)、...、(BSF0’，1，2...，m and m’)的作用同理。L_tL0→i为左连接通路，它连接主耦合器模块和第i远端耦合器模块，信息流由主耦合器模块流向第i远端耦合器模块；R_tLi→0为右连接通路，它连接主耦合器模块和第i远端耦合器模块，信息流由第i远端耦合器模块流向主耦合器模块；L_tLi→0和R_tL0→i有类似功能。

图中(N+m+2)×(N+m+2)星形耦合器11(0#)是传输型星形耦合器，为主耦合器，在它两边分别设置的(N+m+2)对端口16中，N对端口用于连接节点，每个端口既作输入又作输出，可通过一根光纤与一个节点相连，即主耦合器0#可连接N对个节点；主耦合器0#的这N对端口又分成两个端口组，每组N个端口；2对端口用作构成自身的反馈回路及与m个远端耦合器模块相连的2m条连接通路；剩余的m对端口用于构成与m个远端耦合器模块相连的另外2m条连接通路。

主耦合器0#的左右两边各有一个互相对称的反馈回路：RL0和RL0’。反馈回路RL0由端口0’(N+1)、带通滤波器(BPF，1’，2’...，m’)、光放大器0A0、功率分路器1×(m+1)和端口0’(N+2)构成；反馈回路RL0’有相似的结构。下面以反馈回路RL0及第0、0’端口组为例来说明反馈回路的作用：由于第0端口组中任何一个端口可将信息传给第0’端口组中的所有端口，但却不能传给同处于第0端口组的另外(N-1)个端口；同时，第0端口组中的任何一个端口可收到来自第0’端口组中所有端口的信息，但却无法收到来自同处于第0端口组的另外(N-1)个端口的信息。为此，在主耦合器0#的两边各留有两个端口，分别形成了两个反馈回路RL0和RL0’。从第0端口组中第j个端口0j输入的信息进入主耦合器0#的端口0j后再从其端口0’(N+1)输出，经反馈回路RL0将信息反馈回主耦合器0#中，再经主耦合器0#并从其端口：01～0N输出，最终到达第1端口组中的其它(N-1)个端口，这样就实现了所希望的信息发送。同理，反馈回路RL0’起类似的作用。为了避免产生循环反馈形成振荡及滤除带外的ASE，在每个反馈回路中分别接入了一个光带通滤波器；考虑到反馈回的光波要多次通过主耦合器而存在功率损耗及光滤波器插入损耗，在每个反馈回路中分别接入了一光放大器进行功率补偿。

主耦合器0#与m个远端耦合器相连的连接通路有4m条，即每个远端耦合器通过4条连接通路与主耦合器0#相连。

图3是本发明的远端耦合器模块结构。为了简便及不失一般性，下面以第i(1≤i≤m)远端耦合器模块结构为例进行解释。第i远端耦合器模块结构由远端(M+3)×(M+3)星形耦合器21(i#)、2个光放大器22(0Ai)、2个1×2功率分路器23、2个光带通滤波器24和2M个端口25等构成。其中：

(M+3)×(M+3)星形耦合器(i#)提供M对端口用于连接节点，每个端口通过一根光纤与一个节点相连，远端耦合器i#可连接2M个节点。其余3对端口中，一对端口[i(M+1)和i’(M+1)]用作构成与主耦合器0#连接的两条连接通路R_tL0→i和L_tL0→i；剩余的两对端口用于构成自身的反馈回路(RLi和RLi’)及连接主耦合器0#的另外两条连接通路R_tLi→0和L_tLi→0。

第i远端耦合器模块有两个端口组(Gi和Gi’)，每个端口组有M个端口；两端口组分别位于远端耦合器i#的左右两边，每个端口既作输入又作输出，通过一根光纤与一个节点相连。

远端耦合器i#的左右两边各有一个互相对称的反馈回路：RLi和RLi’。反馈回路RLi由端口i’(M+2)、光带通滤波器(BPF0’，1，2...，m)、光放大器OAi、1×2功率分路器和端口i’(M+3)构成；反馈回路RLi’有相似的结构；两个反馈回路的作用与主耦合器模块0#中反馈回路的作用类似。

分布型大规模星形耦合器中的m个远端耦合器都处于同等地位，每个远端耦合器都通过4条连接通路与主耦合器0#相连接，它们之间并没有直接相连。现以连接通路R_tL0→i和R_tLi→0及端口组G0和Gi为例来说明连接通路的结构和功能；连接通路R_tL0→i由主耦合器0#的端口0’(N+1)、带通滤波器(BPF0，1’，2’...，m’)、光放大器0A0、功率分路器1×(m+1)、带阻滤波器(BSF0’，1，2...，m and i’)和远端耦合器的端口i’(M+1)构成；它将来自端口组G0的信息传送给远端耦合器i#以及将来自远端耦合器模块j#(1≤j≤m，j≠i)中的端口组Gj’的并途径主耦合器模块的信息传送给远端耦合器i#。连接通路R_tLi→0由远端耦合器(i#)的端口i’(M+2)、带通滤波器(BPF0’，1，2...，m)、光放大器0Ai、功率分路器1×2、带通滤波器BPFi和主耦合器端口0’(N+i+2)构成；它将来自端口组Gi的信息传送给主耦合器0#。其它各连接通路有类似的结构和功能。

本发明分布型大规模星形耦合器中各端口间的信息传输过程是这样的：

G0端口组内部任意两端口之间的信息传输。设从G0端口组第j(1≤j≤N)个端口0j输入的波长为λ_0j，从第k(1≤k≤N，k≠j)个端口0k输入的波长为λ_0k。光载波λ_0j从端口0j到端口0k经过的路径为：端口0j哆主耦合器0#哆端口0’(N+1)哆反馈回路RL0→端口0’(N+2)哆主耦合器0#→端口0k。即从端口0j输入的光载波λ_0j能被发送到端口0k；同理，从端口0k输入的光载波λ_0k也能被发送到端口0j；因此，G0端口组内部任意两端口之间可同时相互进行信息传输。同理，其它所有端口组中，各自内部任意两端口之间亦可同时相互进行信息传输。

由于主耦合器0#是传输型星形耦合器，所以G0端口组中端口与G0’端口组中端口之间它们之间的信息传输没有任何困难。

G0端口组中端口与Gi’端口组中端口之间的信息传输。光载波λ_0j从端口0j到端口i’n(1≤n≤M)经过的路径为：端口0j→主耦合器0#→哆端口0’(N+1)哆右连接通路R_tL 0→i→哆端口i’(M+1)→哆远端耦合器i#→哆端口i(M+2)→反馈回路RLi’→端口i(M+3)→哆远端耦合器i#→端口i’n。即从端口0j输入的光载波λ_0j能被发送到端口i’n；同理，从端口i’n输入的光载波λ_i.n亦可发送到端口0j；因此，G0端口组中任一端口与Gi’端口组中任一端口之间可同时相互进行信息传输。同理，G0’端口组中任一端口与Gi端口组中任一端口亦可同时相互进行信息传输。

类似地，G0端口组中端口与Gi端口组中端口之间及Gi’端口组中端口与Gi’端口组中端口之间均可同时相互进行信息传输。对于各远端耦合器模块彼此之间的信息传输可类似地分析，不再赘述。

本发明与其它已有各种星形耦合器的不同在于：它全面解决了常规传输型星形耦合器所存在的缺陷，将常规传输型星形耦合器的对称传输特性和反馈回路的反馈特性有机结合，既吸取了常规分布-反射型星形耦合器可实现网络单纤双向传输节省一半光纤的优点，又克服了其所构成网络规模小、组网灵活性差的不足；可实现网络的大规模化。该分布型大规模星形耦合器的具体优点如下：(1)所构成网络的抗毁性强、可靠性高。运行中，若主耦合器0#发生故障，则只会影响主节点区内部各节点之间及远端节点区彼此之间的通信，各远端节点区内部各节点之间的通信不受影响；若某个远端耦合器(i#)发生故障，则只能影响该远端节点区内部个节点之间的通信，网络的其它部分可照常运行。(2)所构成网络规模大，组网灵活性强。在该网络结构中，各分布节点区之间既相互联系，可实现任意两节点间的单跳通信；又具有相对独立性，可自成体系。网络规模可通过网络规模因子m进行灵活调节：只要主耦合器0#和功率分路器1×(m+1)预留足够的端口数，则网络可根据需要方便、平滑地实现在线扩容、升级。(3)在网络节点数相同条件下，可节省一半光纤。

Claims (8)

1、一种用于光网络系统的分布型大规模星形耦合器，其特征在于：包括一个主耦合器模块和m个远端耦合器模块，每个远端耦合器模块分别通过连接通路与主耦合器模块双向连接。

2、根据权利要求1所述的一种用于光网络系统的分布型大规模星形耦合器，其特征在于：所述的每个远端耦合器模块通过4个连接通路与主耦合器模块相连，在该4个连接通路中，2个连接通路用作传输从主耦合器模块到该远端耦合器模块的信息，另2个连接通路用作传输从该远端耦合器模块到主耦合器模块的信息。

3、根据权利要求1所述的一种用于光网络系统的分布型大规模星形耦合器，其特征在于：所述的每个主耦合器模块包括一个主耦合器，该主耦合器两边分别对称设置：(N+m+2)个输入/输出端口、一个光放大器、(m+1)个光带通滤波器、m个光带阻滤波器以及连接通路；其中，在主耦合器每边设置的部件中：

N个输入/输出端口既作输入又作输出，分别可通过一根光纤与一个节点相连，实现网络的单纤双向传输；

剩余(m+2)个输入/输出端口中：有2个输入/输出端口用于构成一个反馈回路，该反馈回路中顺序串接一个光带通滤波器、一个光放大器、一个1×(m+1)光功率分路器，该1×(m+1)光功率分路器连接m个光带阻滤波器至输出；该每个反馈回路的作用是：①实现主耦合器模块输入/输出端口组内部任意两输入/输出端口之间的相互通信；②实现主耦合器模块与各远端耦合器模块之间的通信；③各远端耦合器模块彼此之间的通信；另有m个输入/输出端口连接输入信号，并顺序通过m个光带通滤波器与m条连接通路相连；

连接通路有4m条，每个远端耦合器通过4条连接通路与主耦合器相连。

4、根据权利要求3所述的一种用于光网络系统的分布型大规模星形耦合器，其特征在于：所述的N个输入/输出端口中的N为正整数。

5、根据权利要求3所述的一种用于光网络系统的分布型大规模星形耦合器，其特征在于：所述的4m条连接通路中的m为主耦合器所连接的远端耦合器数量。

6、根据权利要求1所述的一种用于光网络系统的分布型大规模星形耦合器，其特征在于：所述的每个远端耦合器模块包括一个远端耦合器，该远端耦合器的两边分别对称设置有(M+3)个输入/输出端口、以及一个光放大器、m个光带通滤波器以及连接通路；其中每边设置的部件中：

有M个输入/输出端口中，每个端口既作输入又作输出，分别可通过一根光纤与一个节点相连，实现网络的单纤双向传输；

(M+1)、(M+2)和(M+3)输入/输出端口中：(M+1)输入/输出端口为输入端口，与连接通路连接；(M+2)输入/输出端口为输出端口，其顺序连接一个光带通滤波器、一光放大器、一个1×2光功率分路器，并连接(M+3)输入/输出端口，构成一个反馈回路，同时该1×2光功率分路器至输出；每个反馈回路实现：①该远端耦合器模块输入/输出端口组内部任意两输入/输出端口之间的相互通信；②该远端耦合器模块与主耦合器模块之间的通信；③该远端耦合器模块通过主耦合器模块与其他各远端耦合器模块之间的通信；

连接通路有4m条，每个远端耦合器通过4条连接通路与主耦合器相连。

7、根据权利要求6所述的一种用于光网络系统的分布型大规模星形耦合器，其特征在于：所述的每个远端耦合器模块M个I/O端口中的M为正整数。

8、根据权利要求3和6所述的一种用于光网络系统的分布型大规模星形耦合器，其特征在于：各光带通滤波器和光带阻滤波器的配置可根据网络节点收发器所用收发方式的不同而改变。

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