CN1593027A - 光网络中传送上行数据的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

在利用时分多址(TDMA)技术传递上行数据的光网络中，端节点按照发送顺序在第一波长上发送上行数据。端节点在上行数据之后在第二波长上发送定时信号。定时信号由波长选择反射元件反射到各端节点。端节点跟踪定时信号以便按照发送顺序来确定发送上行数据的时间。光网络包括通过分布光纤耦合到系统头端的外部设备节点。外部设备节点通过引入光纤耦合到端节点。外部设备节点包括分路器/合路器以及波长选择反射元件。波长选择反射元件反射第二波长上的定时信号，并让其它波长上的上行和下行数据通过。

Description

光网络中传送上行数据的方法和装置
发明领域
本发明涉及光网络，具体来讲，涉及为在系统控制器和多个光网络单元(ONU)之间发送和接收上行和下行数据而提供的无源光网络(PON)，更具体来讲，涉及利用时分多址(TDMA)技术进行上行数据传送的PON。
发明背景
使宽带信息业务在住宅用户宅院可用的愿望促进了对光纤媒体使用的强烈关注。整个路径上使用光纤传输的光纤到家庭技术由于光纤的大信息容量而吸引人。在光纤上通信的各种技术包括时分复用(TDM)技术、波分复用(WDM)技术、副载波复用(SCM)技术以及空分复用(SCM)技术。
无源光网络(PON)用来提供系统头端与各种端节点之间的双向高带宽数据的传递。在PON中，在系统头端或中心局与用户宅院之间可能没有介于其间的有源元件。换句话说，PON一般不要求有源元件用于在系统头端和用户宅院处的远程端节点之间引导光信号。因此，PON在现场不要求功率或电子处理来把光编码信息引导到其目的地。传统的PON一般包括光纤星形或树形耦合装置，它把自系统头端延伸的多个光路连接到远程端节点。下行光信号通过分布光纤从系统头端发送到外部设备节点，在其中以无源方式把信号分路并分发到远程端节点。端节点可把光编码信号上行发送到外部设备节点，从而在分布光纤上形成复用信号，以便分发到系统头端。
对于从系统头端到远程端节点的下行传输，PON可实现时分复用(TDM)技术、波分复用(WDM)技术或者用于分割送往各个端节点的数据的其它技术。对于上行传输，其中许多端节点可接入光纤媒体，多址可通过例如时分多址(TDMA)、波分多址(WDMA)或码分多址(CDMA)或者其组合来实现。
最基本的方案之一对下行数据传输采用TDM以及对上行数据传输采用TDMA，并且通常称作功率分配TDMA PON。下行数据是数据帧的“广播和选择”时分复用(TDM)流。各个端节点接收下行TDM数据的广播副本，并根据TDM流中的地址选择其自己的特定数据。这种TDM流可占用单个波长。对于上行数据传输，端节点通过使其上行传输同步、使它们按预指定的间隔出现来实现多址。这种同步减少或消除了在合并来自端节点的多个数据流之后来自分路器/合路器装置的上行数据传输的重叠。上行数据可在单个波长上发送，一般是在与下行数据不同的波长上发送。
假若在共享通信网络上支持各种各样可能的宽带通信业务，则希望提供一种用于上行通信路径的有效数字数据传输协议。这种数据传输协议应该尽量充分利用可用的上行信道带宽。虽然把下行数据从系统头端发送到远程端节点的技术得到良好发展，但对于上行数据的传输仍然存在一些问题。例如，上行数据通信可实现时分多址(TDMA)技术，该技术包括系统头端与远程端节点上的ONU之间的同步多步请求/准许协商，以便防止上行数据包冲突并把上行传输紧密地组装在一起。这种复杂程度是不合要求且低效的，并且消耗大量网络资源。
一种较低复杂度的上行数据传输技术采用对端节点具有固定时隙分配的“哑”主/从协议来传送上行数据。时隙可具有固定大小或者可具有循环改变的固定大小。这种技术极为低效，因为系统头端命令所有端节点暂停上行传输并指定单个端节点来进行发送。在自接收暂停命令开始的足够延时之后才允许该端节点进行发送，因为先前正进行发送的端节点可能仍然具有在传输中的上行数据帧，可能与其冲突。但是，当每个上行数据传输没有明确大小预留时，即使在端节点仅需要发送最小长度帧或者完全不发送任何帧时，所分配的时隙也必须大得足以接纳至少一个最大长度数据帧，因为时隙未按需要来分配。
因此，一般需要一种不太复杂且有效的方式在PON中传送上行数据。还需要一种在PON中有效地传送上行数据的方法和系统。还需要一种用于协调PON中的远程端节点和系统头端之间的上行数据传送的方法和系统。还需要一种在协调PON中上行数据传送时消除从长分布光纤产生的传送延迟等待时段的方法和装置。还需要一种使各个端节点可以发送可变长度上行数据帧而不需要系统头端进行明确大小预留消息交换的方法和装置。一般还需要一种具有中央调度的方法和端点定向的多址PON。
附图简介
本发明通过所附权利要求书中的细目来指明。但是，通过参照结合附图的详细说明，可获得对本发明的更完整理解，各个图中相似的参考标号表示相似的项目，而且：
图1说明根据本发明的一个实施例的光系统的原理框图；
图2说明根据本发明的一个实施例的端节点的原理框图；
图3说明根据本发明的一个实施例的端节点数据发送过程的流程图；
图4说明适合与本发明的一个实施例配合使用的反射/透射光耦合器的一个实施例的原理框图；以及
图5说明适合与本发明的一个实施例配合使用的反射/透射光耦合器的另一个实施例的原理框图。
本文给出的描述说明本发明的各种实施例，并且这种描述绝不应视为限定。
详细描述
本发明涉及光网络。根据实施例之一，远程端节点通过光网络在第一波长上把上行数据发送到系统头端，接着在第二波长上发送定时信号。定时信号由波长选择反射元件反射到各个端节点。端节点跟踪定时信号，以便根据系统头端所提供的发送排序时间表来确定发送上行数据的时间。根据这个实施例，光网络包括通过分布光纤耦合到系统头端的外部设备节点。外部设备节点通过引入光纤耦合到端节点。外部设备节点可包括光分路器/合路器元件以及波长选择反射元件。
根据另一个实施例，提供一种协调多个端节点和系统头端之间的上行数据传输的方法。在这个实施例中，各端节点从先前正进行发送的端节点接收定时信号。端节点响应定时信号的接收而把上行数据发送到系统头端。在这个实施例中，端节点在发送上行数据之后发送定时信号。上行数据在第一光波长上发送到系统头端，而定时信号在第二光波长上由端节点接收。波长选择反射元件让第一光波长通过，而通过分路器/合路器元件把第二光波长反射到各个端节点。在这个实施例中，端节点接收发送排序时间表，该表指明发送上行数据的顺序。端节点跟踪定时信号以确定端节点要发送上行数据的时间，并响应与该顺序对应的多个定时信号的接收而在第一波长上发送上行数据。
根据又一个实施例，本发明提供一种光系统的端节点，它包括在第一光波长上发送上行数据的主收发器、在第二光波长上接收定时信号的定时收发器以及用于跟踪接收定时信号以确定发送上行数据的时间的控制器。定时信号由远程端节点在上行数据发送之后发送。波长选择反射元件把定时信号反射到各端节点。主收发器可在第三光波长上接收下行数据。
根据又一个实施例，本发明提供一种光网络的外部设备节点。外部设备节点可包括波长选择反射元件，它把第一光波长上的上行数据传递给系统头端，反射第二光波长上的定时信号，还可传递第三光波长上的下行数据。外部设备节点还可包括分路器/合路器元件，用以把下行数据从波长选择反射元件提供给各端节点，并把从端节点接收的上行数据和定时信号提供给波长选择反射元件。根据这个实施例，分路器/合路器元件可把从波长选择反射元件反射的定时信号提供给各个端节点。端节点可跟踪所反射的定时信号以确定发送上行数据的时间。每个端节点可在上行数据发送之后发送定时信号。根据这个实施例，分布光纤耦合在波长选择反射元件与系统头端之间。多个引入光纤把分路器/合路器元件与各个端节点耦合。分布光纤的长度可以是引入光纤之一的长度的至少两倍。波长选择反射元件可包括光纤布喇格光栅。分路器/合路器元件可包括光纤无源星形耦合器。
因此，本发明的各种实施例中一个或多个实施例消除了从系统头端和分布节点之间的长分布光纤产生的传送延迟等待时段。此外，本发明的各种实施例中一个或多个实施例使端节点可以发送可变长度的上行数据帧而不需要明确的大小预留以及与系统头端的消息交换。例如，在具有二十公里长的引入光纤的光网络中，本发明的各种实施例可允许在实现请求/准许消息交换或主/从方法的传统多用户TDMA系统上的每个端节点高达16个全长千兆比特以太网帧的附加容量。附加容量是在系统头端通过降低消息处理和响应时间来实现的。
图1说明根据本发明的一个实施例的光系统的原理框图。光系统100包括系统头端102以及一个或多个与端节点104耦合的光网络106。系统头端102通过光网络106与端节点104之间传递上行和下行数据。系统头端102还可与功能和光网络106类似的其它网络(未示出)进行通信。系统头端102一般表示用于控制系统100的操作的系统控制器，并且可以是中心局或入网点。在本发明的一个实施例中，系统头端是通信系统的中心局，并且可以例如通过光网络106向远程端节点处的用户提供各种通信业务，诸如有线电视、视频点播、宽带互联网、双向数据、电话和双向视频。上行数据一般表示从端节点104发送到系统头端102的数据，而下行数据一般表示从系统头端102发送到一个或多个端节点104的数据。在光网络中，数据、如上行和下行数据一般在具有诸如第一或第二波长的光波长的载波上传送。
光网络106包括通过分布光纤110与系统头端102耦合的外部设备节点108。端节点104通过引入光纤112与外部设备节点108耦合。根据一个实施例，上行数据由端节点104通过光网络106在第一光波长上发送到系统头端102。端节点104在上行数据的发送之后在第二光波长上发送定时信号。下行数据可通过光网络106在第三光波长上从系统头端102发送到端节点104。
外部设备节点108包括反射元件114，以便反射第二波长上的定时信号，并让第一波长上的上行数据和第三波长上的下行数据通过。反射元件114是波长选择反射元件，在一个实施例中，它可由包含光纤或波导的布喇格光栅组成。在这个实施例中，反射元件114可具有按第二波长的一半间隔的光栅。
外部设备节点108还包括分路器/合路器元件116，它合并通过引入光纤112从端节点104接收的上行数据，并把合并的上行数据提供给反射元件114，用于通过分布光纤110传递到系统头端102。分路器/合路器元件116还把通过分布光纤110从反射元件114接收的来自系统头端102的下行数据通过引入光纤112提供给各端节点104。在本发明的一个实施例中，分路器/合路器元件116可包括星形光耦合器、如透射星形耦合器，它可配置成把单个输入分割到多个输出之中以及把多个输入组合成单个输出。
根据一个实施例，上行数据由端节点104根据系统头端102所提供的发送顺序依次发送。在这个实施例中，上行多址是在分布光纤110上在第一波长上实现的。在本发明的一个实施例中，各端节点104可具有网络地址，并且可由系统头端102来寻址。下行数据可通过使用端节点的网络地址而被寻址到端节点104其中任一个。在这个实施例中，送往特定端节点的下行数据可在第一光波长上接收。下行数据还可被广播到不止一个端节点。根据本发明的一个实施例，端节点104可包括光连网单元(ONU)，并且可提供系统100和建筑物内的通信之间的接口。例如，ONU可位于住宅楼或办公楼外部。
引入光纤112可以是长度一般小于500米的光纤，但其长度也可在数米至数公里或者更长的范围内变化。分布光纤110是一种光纤，长度可在10公里到20公里之间，但也可在数百米至一百公里或者更长的范围内变化。虽然分布光纤110和引入光纤112的长度不影响本发明的操作，但是对于具有较长分布光纤和较短引入光纤的光网络，本发明的好处显著增加。例如，消除了有关通过分布光纤与系统头端之间传递上行传输安排的时延。引入光纤112和分布光纤110可由许多光纤而不是单一光纤组成。虽然通过光纤的使用来描述本发明的实施例，但在本发明的许多实施例中，光波导可取代光纤。
图2说明根据本发明的一个实施例的端节点的原理框图。端节点120可适合用作一个或多个端节点104(图1)，但端节点104的其它配置也适合与本发明的各种实施例配合使用。端节点120包括通过引入光纤112发送上行数据及接收下行数据的主收发器122。端节点120还包括通过引入光纤112接收和发送定时信号的定时收发器124。控制器126控制主收发器122和定时收发器124的操作，并且可与内部网络130接口。
在本发明的一个实施例中，控制器126在主收发器122发送上行数据之后使定时收发器124发送定时信号，定时信号可以是定时脉冲。控制器126还可接收和存储发送顺序，并跟踪定时收发器124所接收的多个定时信号，从而确定对端节点120分配时间以传送上行数据的时间。在这个实施例中，发送顺序由系统头端提供，随后可能跟随系统头端所提供的同步信号以开始传送周期。在本发明的一个备选实施例中，发送顺序的接收可开始新的传送周期。
在本发明的一个实施例中，端节点可在完成上行数据发送之前发送定时信号。在这个实施例中，较早发送定时信号，使其可在发送顺序中及早到达下一个端节点，以便下一个端节点开始发送上行数据，使得当上行数据传输在引入光纤110上被组合时，它们之间的间隙被减小。在这个实施例中，端节点可以至少利用其本身和反射元件114之间的信号延时以及该顺序中下一个端节点和反射元件114之间的信号延时，确定较早的定时信号发送时间。
根据本发明的一个实施例，定时信号可以是端节点可识别的、在第二波长上传送的脉冲或另一种信号。另外，定时信号可被嵌入供其它端节点使用的控制或状态信息。反射元件114(图1)可在上行方向反射这些在第二波长上接收的定时脉冲或其它信号。
端节点120还可包括滤光器128以滤除定时信号和带外数据，同时让包括第一波长上的上行数据和第三波长上的下行数据的带内数据通过。在这个实施例中，定时信号和同步脉冲不是由主收发器122接收。
在本发明的一个实施例中，端节点120可包括内部网络130，而在本发明的其它实施例中，内部网络130可能不是端节点120的组成部分。例如，当端节点120是位于诸如建筑物之类的结构之外的光网络单元时，内部网络130可位于该结构内。在本发明的一个实施例中，内部网络130是能够进行高速通信的以太网，并且能够以高达千兆比特以上的速度进行通信。
主收发器122把下行数据从通过光网络106(图1)的引入光纤112(图1)所接收的形式转换到适合通过内部网络130传送的形式。主收发器122还把从内部网络130接收的上行数据转换为适合通过光网络106(图1)传送的形式。在这个实施例中，上行数据可包括例如在RF载频上从网络130接收、并由主收发器122通过引入光纤112在第一光波长上传送的以太网帧。下行数据还可包括在第三光波长上从引入光纤112接收、并由主收发器122在RF载频上提供给网络130的以太网帧。主收发器122可提供光波长和RF频率之间的数据转换。
在传统的通信系统中，数据帧、如以太网帧的大小变化可超过2200％。为了最好地利用上行信道，各连续端节点最好是把其传输封装到直接跟随前一个传输的信道上，而不管前一帧的长度以及因基站间的距离变化产生的延迟变化。这可通过使用远程端节点已知的、系统头端提供的精密公差时基来实现。因此，各端节点必须了解它在头端和其它端节点之间的传送时间偏移，使得传输能够经过延迟以避免信道上的冲突。为了在传统的PON中实现这种传统技术，要求端节点向头端发送关于上行传送所需的数据帧长度的预留请求。系统头端已经调度该请求之后的一段时间，头端通知端节点关于该端节点可发送其上行数据时的时隙。接收到这个准许之后，端节点则可在预留时隙中进行传送。在这种多步信道接入协商过程中存在明显的开销和延时。它要求在TDMA协议中设计高度的复杂度和灵活性。可以看到，本发明明显地降低了复杂度并提高了TDMA上行数据传输的灵活性。
图3说明根据本发明的一个实施例的端节点数据传输过程的流程图。过程300的各部分可由一个或多个端节点120(图2)来执行，用于通过光网络传递上行数据，但其它端节点配置也可适合执行过程300。在本发明的一个实施例中，控制器126(图2)可通过软件来配置，以便控制端节点120(图2)的主收发器122(图2)和定时收发器(图2)来执行过程300的一些操作。一般来讲，过程300的大部分操作由光网络的端节点来执行，用于向系统头端发送上行数据。上行数据可在上行波长上发送，以及多址可通过TDMA技术来实现。换句话说，各端节点可在其它端节点不发送上行数据的时段中发送上行数据。上行数据可以是分组数据，并且可被寻址到包括其它端节点在内的各种目的地。
在操作302中，端节点从系统头端接收发送顺序。发送顺序可提供端节点发送上行数据的发送次序或顺序。发送顺序可保证网络的各端节点的上行数据的依次发送。发送顺序可在成帧数据中被传达，并且可传达附加信息，诸如操作、状态、网络管理信息。在一个实施例中，发送顺序可作为送往端节点的发送顺序消息的一部分由端节点接收，并且可通过消息信头来标识。在本发明的一个实施例中，发送顺序作为送往所有端节点的下行数据来接收，并且还可包含多播、广播和单播信息的组合。
在操作304中，系统头端所发送的同步信号、如脉冲或其它消息由端节点接收。同步信号是端节点唯一可识别的，并且可在不同于下行数据的波长上作为带外数据发送。同步信号可发起传送周期。在一个实施例中，同步消息而不是同步脉冲被发送到端节点。同步消息可包含附加标识符、状态信息或者其它操作或管理数据。在本发明的一个备选实施例中，操作302中的发送顺序的接收可发起传送周期，并且可能不执行操作304。
在操作306中，发送顺序所指明的第一端节点发送上行数据。操作306中上行数据的发送是对传送周期的发起作出的响应，传送周期的发起可以是对发送顺序的接收，或者在一个备选实施例中是接收发送顺序之后对同步脉冲的接收。第一端节点根据光网络的协议要求在第一波长上发送上行数据。根据本发明的一个实施例，没有对端节点分配用于传送上行数据的预定或固定数量的上行时隙，因此，例如操作306中第一端节点在一帧中传送的上行数据的数量可能明显不同。在一个实施例中，发送顺序消息可指明对上行数据传送的限制。
在操作308中，第一端节点在完成上行数据发送时发送定时信号。定时信号可以在第二波长上发送，第二波长可以在带外光波长上。定时信号可通过引入光纤从第一端节点发送到光网络的外部设备节点。在外部设备节点上，定时信号被反射到与光网络耦合的端节点。
在操作310中，光网络的端节点从第一端节点接收定时信号。根据一个实施例，定时信号由外部设备节点的反射元件反射到各个端节点。在这个实施例中，波长选择反射元件可用来反射第二波长上的定时信号，同时让其它波长上的上行和下行数据通过。
在操作312中，端节点跟踪所接收的定时信号以确定为端节点分配时间来发送上行数据的时间。例如，在发送顺序中排第三的端节点可在接收到两个定时信号(例如第一节点所发送的定时信号以及第二节点所发送的定时信号)之后发送上行数据。当一个端节点确定自己为要发送上行数据的下一个节点时，该下一个端节点执行操作314。
在操作314中，发送顺序中的下一个端节点可发送上行数据。与操作306相似，上行数据在第一波长上被发送，并可包含各种数量的数据。在一个实施例中，可发送帧、如以太网帧。上行帧的大小可根据正进行发送的端节点的数据传输要求来改变。在操作316中，在操作314中发送上行数据的端节点在上行数据之后即可在第二波长上发送定时信号。
在本发明的一个实施例中，在端节点是所述顺序中下一个节点、却没有要发送的上行数据时，端节点可不执行操作314，可执行操作316以便允许端节点继续跟踪定时信号以确定其正确的发送时间。
在操作318中，光网络的端节点从前一个正进行发送的端节点接收定时信号。与操作310相似，定时信号可由外部设备节点的波长选择反射元件反射到各个端节点。
在本发明的一个备选实施例中，不是在发送上行数据之后发送定时信号，而是可采用其它带外信令方式来指明端节点完成数据发送的时间。在这个备选实施例中，端节点对这个备选带外信令作出响应。例如，前一个正进行发送的端节点可在带外波长上包含标识符，从而在发送顺序中标识其本身。标识符可由其它节点读取以确定下一个端节点。标识符消息可由外部设备节点上配置成反射带外波长的波长选择反射元件来反射。
在操作320中，端节点确定是否收到新发送顺序。当未收到新发送顺序时，重复操作312至318。因此，端节点继续跟踪定时信号的数量，并且根据发送顺序依次发送上行数据，直至收到新发送顺序。在本发明的一个实施例中，端节点可利用计时器来确定发送顺序应该结束的时间。
当收到新发送顺序时，重复操作304至318，以及端节点根据新发送顺序发送上行数据。在本发明的一个实施例中，系统头端可在先前没有发送新发送顺序的情况下发送同步信号。在这个实施例中，重复操作304至318，以及端节点可重新与同步脉冲同步，并根据最初接收的发送顺序发送上行数据。
图4说明适合与本发明的一个实施例配合使用的反射/透射光耦合器的原理框图。反射/透射耦合器400可用来代替光网络106(图1)的外部设备节点108(图1)的反射元件114(图1)和分路器/合路器元件116(图1)。反射/透射耦合器400一般用作某些波长、如上行和下行波长的光透射合路器和光透射分路器。对于特定的一种或多种波长、如第二波长，反射/透射耦合器400的工作类似于反射分路器。本文所用的术语“第二波长”可表示一个或多个特定波长，对于这些波长，反射/透射耦合器400可用作反射耦合器，而术语“第一”和“第三”波长可表示一些波长，对于这些波长，反射/透射耦合器400可用作透射合路器和/或透射分路器。
如参照反射/透射耦合器400所使用的术语“输入”和“输出”为方便起见而用来表示相对光耦合器410、420和430以及反射/透射耦合器400从左到右的信号流。但是，光耦合器410、420和430可同样在两个方向工作，因此术语“输入”和“输出”可互换。
反射/透射耦合器400包括第一光耦合器410、第二光耦合器420以及第三光耦合器430。耦合器410、420和430组合在输入412、414、422和424上接收的信号，并在输出436上提供组合信号。光耦合器410、420和430可以是透射星形耦合器，如图4所示，可以是2×2透射星形耦合器。另外，耦合器410、420和430对于在输出436上接收的光信号进行功率分割，并把分割的信号提供给各个输入412、414、422和424。光纤或光波导可用于在反射/透射耦合器400的各元件之间耦合光波长上的信号。耦合器410、420和430可采用2×2迅衰耦合器、如熔融双锥形锥状器件。反射/透射耦合器400还可包括耦合到耦合器430的输出438的一个或多个光终端444，以便减少任何未使用输出上的波长反射。
当反射/透射耦合器400用于光网络、如网络106(图1)时，在输入412、414、422和424上接收的信号可视为上行信号，而在输出436上接收的信号则可视为下行信号。上行和下行信号可分别在例如第一和第三波长上，但没有任何限制使上行和下行信号不能处于相同波长上或许多不同波长上。
反射/透射耦合器400还包括第一波长选择反射元件402，以便把第二波长通过第一耦合器410从第一耦合器410的输出416重新反射到输入412、414。第一波长选择反射元件402让耦合器410的输出416和耦合器430的输入432之间的上行和下行波长通过。反射/透射耦合器400还包括第二波长选择反射元件404，以便把第二波长通过第二耦合器420从第二耦合器420的输出426重新反射到输入422、424。第二波长选择反射元件404让耦合器420的输出426和耦合器430的输入434之间的上行和下行波长通过。
在一个实施例中，第一或第二波长反射元件402、404其中至少一个可包括光纤或波导的布喇格光栅，它可具有第二波长的一半的光栅间距。在这个实施例中，布喇格光栅实质上反射第二波长，而让其它波长、如第一和第三波长通过。在另一个实施例中，第一或第二波长反射元件402、404其中至少一个可包括光学透镜，它具有实质上反射至少第二波长而让其它波长、如第一和第三波长通过的涂层。
反射/透射耦合器400还包括波长选择耦合元件408，以便在第一和第二耦合器410、420的输出418、428之间耦合第二波长，以及禁止第一波长在第一和第二耦合器410、420的输出418、428之间的传送。在反射/透射耦合器400的一个实施例中，波长选择耦合元件408是一种波长选择耦合器，可包括在第二波长上具有谐振波长的长周期光纤光栅。在这个实施例中，波长选择耦合元件408可在第二波长上从输出428接收信号。元件408的光纤中的长周期光栅把第二波长从光纤中的纤芯模转换为该光纤的包层模，而基本上没有影响其它波长。第二波长以包层模通过与第二光纤紧密或物理接触的区域传播，并在第二光纤中激励相似的包层模。第二光纤中的第二长周期光栅把第二波长从包层模转换为第二光纤的纤芯模。因此，只有长周期光栅的谐振波长(例如第二波长)的光才从第一光纤的纤芯耦合到第二光纤的纤芯。第二光纤提供波长选择耦合元件408的耦合输出。
因此，只有谐振波长、如第二波长可从耦合器420的输出428耦合到耦合器410的输出418。其它波长直通到元件408的直接输出，并被提供给终端442。同样，只有谐振波长、如第二波长可从耦合器410的输出418耦合到耦合器420的输出428。终端442是光终端，并且可耦合到波长选择耦合元件408的直接输出，以便减少非谐振波长重新反射到波长选择耦合元件408的直接输出。
在反射/透射耦合器400的另一个实施例中，波长选择耦合元件408可以是一种闪烁光栅，它利用侧抽头有选择地耦合某些波长、如第二波长，同时让其它波长通过。
在反射/透射耦合器400的一个实施例中，波长选择耦合元件408和终端442可以直接耦合到耦合器410的输出418，而波长选择耦合元件408的耦合端口与耦合器420的输出428耦合。在反射/透射耦合器400的另一个实施例中，输入434可耦合到波长选择耦合元件408的直接输出，而终端442则可耦合到波长选择反射元件404。
反射/透射耦合器400的各种实施例可方便地扩展到具有更多数量输入的反射/透射耦合器，并且还可包括具有一个以上输出的反射/透射耦合器。例如，可添加其它2×2透射星形耦合器，或者可采用其它类型的透射星形耦合器。例如，4×4透射星形耦合器可与其它波长选择耦合元件和其它波长选择反射元件配合使用。
虽然反射/透射耦合器400的各种实施例被描述成作为特定波长(即第二波长)的反射耦合器进行工作，但反射/透射耦合器400的元件可配置成有选择地反射以及有选择地耦合一个以上特定波长，允许反射/透射耦合器400作为不止一个波长的反射耦合器进行工作。
图5说明适合与本发明的一个实施例配合使用的反射/透射光耦合器的另一个实施例的原理框图。反射/透射耦合器500可用来代替光网络106(图1)的外部设备节点108(图1)的反射元件114(图1)和分路器/合路器元件116(图1)。一般来讲，反射/透射耦合器500以类似于反射/透射耦合器400的方式工作。在任一个输入504上接收的上行波长在耦合器510和耦合器520中被组合，并提供给一个或多个输出512、514。在一个或多个输出512、514上接收的下行波长被提供给各输入504。对于在输入504上接收的特定波长、如第二波长，波长选择反射元件502通过耦合器501之一把第二波长反射回去，以及波长选择耦合元件508把第二频率耦合到其它耦合器510，从而当任一个输入504上收到第二波长时，又将其提供给所有输入504。终端506可用来端接波长，以减少重新回到波长选择耦合元件508的反射。终端516可用来端接耦合器520的未使用输出。
如参照反射/透射耦合器500所使用的术语“输入”和“输出”为方便起见而用来表示相对于光耦合器510和520以及反射/透射耦合器500从左到右的信号流。但是，光耦合器510和520可同样地在两个方向工作，因此术语“输入”和“输出”可互换。
在图5所示的反射/透射耦合器500的实施例中，耦合器510和耦合器520可以是4×4透射星形耦合器。各4×4透射星形耦合器可由若干2×2透射星形耦合器组成。波长选择反射元件502可具有与波长选择反射元件402或404(图4)相似的作用，波长选择耦合元件508可具有与波长选择耦合元件408(图4)相似的作用，以及终端506可具有与终端442(图4)相似的作用。
虽然反射/透射耦合器500的实施例是通过4×4透射星形耦合器来说明的，但本领域的技术人员可将反射/透射耦合器500扩展到利用例如16×16透射星形耦合器来提供附加输入和/或输出。在一个实施例中，耦合器510和520可采用2×2迅衰耦合器、如熔融双锥形锥状器件作为基本构件块来形成4×4透射耦合器。此外，在反射/透射耦合器500的另一个实施例中，耦合器510可按照分层结构来配置。在反射/透射耦合器500的一个备选实施例中，耦合器520的一个或多个输入可耦合到频率选择耦合元件508之一的直接输出，而不是与频率选择反射元件502耦合。
在本发明的一个实施例中，定时信号可由端节点在与上行数据相同的波长上传送。在这个实施例中，反射透射耦合器可配置成把上行数据波长传递到系统头端以及把它重新反射到端节点。在这个实施例中，定时信号可以是上行数据的组成部分，和/或可以采用附加信息进行编码，例如以便指明正进行发送的端节点。
通过反射/透射耦合器400(图4)的各种实施例或者作为外部设备节点108(图1)的组成部分的反射/透射耦合器500的各种实施例的应用，由端节点104(图1)在第一波长上发送的上行数据不会被反射或传送到其它节点，而只是被传递到系统头端102(图1)。另一方面，在发送了上行数据之后由端节点104(图1)在第二波长上发送的定时信号被提供给各个端节点。在第三波长上所发送的下行数据通过外部设备节点108(图1)从系统头端102(图1)提供给各个端节点104(图1)。
这样，已经描述了用于在光网络中协调和发送上行数据的方法和装置。消除了从系统头端和分布节点之间的长分布光纤产生的传送延迟等待时段。各端节点可发送可变长度的上行数据帧而不需要明确的大小预留以及系统头端的消息交换。在一些传统系统上实现了每个端节点多达16个全长千兆比特以太网帧或更多的附加容量。通过头端的处理和调度的减少实现了传统系统的进一步改善。
特定实施例的以上说明充分展示了本发明的一般性质，从而使大家能够通过应用当前的知识在不背离一般概念的前提下方便地对其进行修改和/或调整，使其适合于各种应用，因此这些调整和修改应被理解为处于所公开的实施例的等效物的意义和范围之内。
应当理解，本文所用的用语或术语是为了说明而不是限制。因此，本发明意在包含属于所附权利要求书的精神及广义范围之内的全部备选方案、修改、等效物及变化。

Claims (30)

1.一种协调多个端节点与系统头端之间数据传输的方法，包括：
在各个所述端节点从前一个正在发送的端节点接收定时信号，所述定时信号被反射到各个所述端节点；以及
由所述端节点之一响应对所述定时信号的接收而把上行数据发送到所述系统头端。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括由所述一个端节点在发送所述上行数据之后发送第二定时信号。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：在第一光波长上把所述上行数据发送到所述系统头端，所述定时信号由所述端节点在第二光波长上接收，以及波长选择反射元件让所述第一光波长通过，而把所述第二光波长通过分路器/合路器元件反射到各个所述端节点。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于还包括：
从所述系统头端接收指明所述端节点发送所述上行数据的次序的发送顺序；以及
跟踪定时信号以确定为端节点安排时间来发送所述上行数据的时间；以及
响应对与所述次序对应的多个定时信号的接收，在所述第一波长上发送所述上行数据。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：在第三光波长上接收所述发送顺序，以及所述波长选择反射元件还让所述第三光波长通过。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：在所述第一光波长上传送所述上行数据，以及在所述第三光波长上传送下行数据，以及
所述上行数据的最终目的地包括所述多个端节点其中之一。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于还包括在接收所述发送顺序之后，从所述系统头端接收同步脉冲，所述同步脉冲向所述端节点指明开始所述发送顺序的时间。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于还包括：
在第一个端节点的主收发器上在所述第三光波长上接收下行数据；
在所述第一个端节点的定时收发器上在所述第二光波长上接收定时信号；
在所述第一个端节点的所述主收发器上在所述第二光波长上阻塞所述定时信号；
所述主收发器在所述第一光波长上完成所述上行数据的发送之前，由所述定时收发器在所述第二光波长上发送定时信号。
9.光系统的端节点，包括：
主收发器，在第一光波长上发送上行数据；
定时收发器，在第二光波长上接收定时信号；以及
控制器，跟踪所述接收的定时信号以确定发送所述上行数据的时间，
其中所述定时信号由多个端节点中的一些端节点响应上行数据的发送而发送，以及所述定时信号由波长选择反射元件反射到各个所述端节点。
10.如权利要求9所述的端节点，其特征在于：所述主收发器在第三光波长上接收下行数据，以及所述定时收发器在所述主收发器完成上行数据的发送之前发送所述定时信号。
11.如权利要求10所述的端节点，其特征在于：所述端节点是多个端节点其中之一，以及所述主收发器接收发送顺序，所述发送顺序指明所述多个端节点其中每一个发送所述上行数据的发送次序，所述控制器根据跟踪所述接收定时信号来确定所述端节点的发送时间，
以及所述定时收发器响应所述主收发器在所述第一光波长上对所述上行数据的发送而在所述第二光波长上发送定时信号。
12.如权利要求11所述的端节点，其特征在于还包括波长选择滤波器，所述波长选择滤波器耦合到所述主收发器，以便让所述第一和第三光波长通过并且禁止所述第二光波长通过，以及所述发送顺序由所述主收发器在所述第三光波长上接收。
13.如权利要求12所述的端节点，其特征在于：所述波长选择反射元件是通过分布光纤耦合到系统头端的外部设备节点的组成部分，
所述定时信号由所述波长选择反射元件通过由引入光纤耦合到各端节点的分路器/合路器元件反射到各个所述端节点，所述分路器/合路器元件是所述外部设备节点的组成部分，以及
所述系统头端向所述外部设备节点提供所述发送顺序，以便分发给各个端节点，以及
所述分路器/合路器元件组合由所述端节点接收的上行数据。
14.一种光网络，包括：
把上行数据传送到系统头端的分布光纤；
从所述分布光纤接收下行数据的外部设备节点；以及
把端节点与所述外部设备节点耦合的多个引入光纤，
各个端节点，响应对上行数据的发送而发送定时信号，所述外部设备节点把所述定时信号反射到各个所述端节点，各个端节点跟踪所接收的定时信号并根据发送顺序发送上行数据。
15.如权利要求14所述的光网络，其特征在于：所述发送顺序由所述系统头端系统传送到各个所述端节点，所述发送顺序指明各个所述端节点发送上行数据的次序，各个端节点跟踪所接收的定时信号以确定根据所述发送顺序发送上行数据的时间。
16.如权利要求15所述的光网络，其特征在于所述外部设备节点包括：
耦合到各个所述引入光纤的光分路器/合路器元件；以及
耦合在所述分布光纤与所述光分路器/合路器元件之间的波长选择反射元件，所述波长选择反射元件把所述定时信号重新反射到所述光分路器/合路器元件。
17.如权利要求16所述的光网络，其特征在于：上行数据在第一光波长上，所述定时信号在第二光波长上，以及所述下行数据在第三光波长上，以及
所述波长选择反射元件包括布喇格光栅，用以反射所述定时信号，把所述上行数据从所述光分路器/合路器元件传递到所述分布光纤，以及把所述下行数据从所述分布光纤传递到所述光分路器/合路器元件。
18.如权利要求17所述的光网络，其特征在于：所述分布光纤的长度至少是所述引入光纤的预定百分比的两倍。
19.一种通过光网络从多个端节点发送数据的方法，包括：
从第一个所述端节点接收上行数据；
由波长选择反射元件把定时信号反射到各个所述端节点；以及
从下一个所述端节点接收上行数据，所述下一个端节点响应对所述定时信号的接收而发送所述上行数据。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于：从所述第一个端节点接收的数据在第一光波长上发送到系统头端，
所述定时信号由所述第一个端节点在第二光波长上发送，以及
所述波长选择反射元件反射所述第二光波长并让所述第一光波长通过。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于还包括把发送顺序从所述系统头端提供到各个所述端节点，所述发送顺序包括所述端节点发送上行数据的顺序，其中所述顺序中的下一个端节点响应从所述顺序中的前一个端节点接收的定时信号而发送数据。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于：所述端节点跟踪由所述波长选择反射元件所反射的定时信号，以便确定为各个所述端节点安排的发送上行数据的时间。
23.如权利要求20所述的方法，其特征在于：所述波长选择反射元件由布喇格光栅组成。
24.如权利要求22所述的方法，其特征在于还包括在第三光波长上发送所述发送顺序，以及所述波长选择反射元件让所述第三光波长通过。
25.如权利要求20所述的方法，其特征在于还包括通过分路器/合路器元件在所述多个端节点中的各个端节点之中分配从所述系统头端提供的下行数据，所述下行数据在第三光波长上，以及
所述波长选择反射元件让所述第三光波长上的所述下行数据通过。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于还包括通过所述分路器/合路器组合所述上行数据，所述上行数据由所述端节点在所述第一光波长上发送，所述波长选择反射元件让所述第一光波长上的所述上行数据通过。
27.如权利要求25所述的方法，其特征在于所述波长选择反射元件把分布光纤与分路器/合路器元件耦合，所述方法还包括：
通过分布光纤在所述系统头端和所述波长选择反射元件之间传送所述上行和下行数据；以及
通过至少一个引入光纤在所述分路器/合路器元件和各个端节点之间传送所述上行和下行数据，
其中所述分布光纤的长度是所述引入光纤之一的长度的至少两倍。
28.一种外部设备节点，包括：
波长选择反射元件，把第一光波长上的上行数据传递给系统头端，反射第二光波长的定时信号，以及让第三光波长上的下行数据通过；以及
分路器/合路器元件，把所述下行数据从所述波长选择反射元件提供给所述多个端节点中的各个端节点，并且把从所述端节点接收的所述上行数据和所述定时信号提供给所述波长选择反射元件，
其中所述分路器/合路器元件把所反射的定时信号从所述波长选择反射元件提供给各个所述端节点，以及所述端节点跟踪所述反射的定时信号以确定发送所述上行数据的时间，各个端节点响应对所述上行数据的发送而发送定时信号。
29.如权利要求28所述的外部设备节点，其特征在于：分布光纤耦合在所述波长选择反射元件和所述系统头端之间，以及多个引入光纤中至少一个把所述分路器/合路器元件与所述多个端节点中各个端节点耦合，所述分布光纤的长度是所述引入光纤之一的长度的至少两倍。
30.如权利要求29所述的外部设备节点，其特征在于：所述波长选择反射元件包括布喇格光栅，以及所述分路器/合路器元件包括光耦合器。
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