RU2537965C2 - Windband passive optical network with wave division - Google Patents

Windband passive optical network with wave division Download PDF

Info

Publication number
RU2537965C2
RU2537965C2 RU2013119354/07A RU2013119354A RU2537965C2 RU 2537965 C2 RU2537965 C2 RU 2537965C2 RU 2013119354/07 A RU2013119354/07 A RU 2013119354/07A RU 2013119354 A RU2013119354 A RU 2013119354A RU 2537965 C2 RU2537965 C2 RU 2537965C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optical
network
ports
subscriber
passive
Prior art date
Application number
RU2013119354/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013119354A (en
Inventor
Игорь Евгеньевич Никульский
Олег Александрович Степуленок
Олег Петрович Чекстер
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт связи" (ФГУП ЦНИИС)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт связи" (ФГУП ЦНИИС) filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт связи" (ФГУП ЦНИИС)
Priority to RU2013119354/07A priority Critical patent/RU2537965C2/en
Publication of RU2013119354A publication Critical patent/RU2013119354A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2537965C2 publication Critical patent/RU2537965C2/en

Links

Abstract

FIELD: physics, communication.
SUBSTANCE: invention relates to communication equipment and may be used in telecommunication technologies. For this purpose it is suggested to realise effective system-network solutions in optical networks of access to wideband multimedia services during transition to communication networks of the next generation (NGN - IMS). The optical network comprises a central unit, subscriber nodes with transmitters and receivers, a switch of information packets. The invention makes it possible to double network capacity (number of connected subscribers) in respect to conventional WDM-systems due to application of division of transmission directions along directions of light flux propagation. Besides, it will make it possible to increase maximum radius of passive optical network coverage.
EFFECT: technical result consists in increased reliability and throughput capacity of passive networks.
1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к телекоммуникационным технологиям.The present invention relates to telecommunication technologies.

С его помощью предлагается реализовать эффективные системно-сетевые решения в сетях доступа к широкополосным мультимедийным услугам при переходе к пакетным сетям следующего поколения NGN - IMS (Next Generation Network - Internet Multimedia Subsystem - сети связи следующего поколения - Интернет мультимедиа субсистемы). Применение этого изобретения позволит существенно повысить максимальную пропускную способность одноволоконной пассивной сетевой инфраструктуры - дерева PON (Passive Optical Network - пассивной оптической сети).With its help, it is proposed to implement effective system-network solutions in access networks to broadband multimedia services when switching to next-generation packet networks NGN - IMS (Next Generation Network - Internet Multimedia Subsystem - next-generation communication networks - Internet multimedia subsystems). The application of this invention will significantly increase the maximum throughput of a single-fiber passive network infrastructure - PON tree (Passive Optical Network - passive optical network).

Использование этого изобретения обеспечит симметрию максимальных пропускных способностей в нисходящем и восходящем направлениях передачи в сети доступа. С его помощью удасться повысить пропускную способность на уровне абонента и показатели качества обслуживания передаваемого графика за счет обеспечиваемой в результате его использования монополизации выделяемого канального ресурса абонентами. Оно позволит значительно повысить эффективность использования оптоволокна пассивной сетевой инфраструктуры PON. При его использовании суммарная максимальная скорость передачи в волокне будет, по крайней мере, в N раз выше, чем в традиционных сегментах используемых сетей PON, где N - число применяемых в предлагаемой сети длин волн (число абонентов).Using this invention will provide symmetry of maximum throughputs in the downstream and upstream directions of transmission in the access network. With its help, it will be possible to increase the capacity at the subscriber level and the quality of service indicators of the transmitted schedule due to the monopolization of the allocated channel resource by the subscribers ensured as a result of its use. It will significantly increase the efficiency of using fiber optic passive network infrastructure PON. When using it, the total maximum transmission speed in the fiber will be at least N times higher than in the traditional segments of the used PON networks, where N is the number of wavelengths used in the proposed network (number of subscribers).

Кроме этого, данное изобретение позволит удвоить, по отношению к традиционным WDM-системам, емкость (число подключаемых абонентов) в сегменте пассивной оптической сети за счет применения разделения восходящего и нисходящего направлений передачи не по длинам волн, как в традиционных WDM-системах, а по направлениям распространения светового потока. Оно позволит строить сети с увеличенным радиусом покрытия (до 60-80 км).In addition, this invention will double, in relation to traditional WDM systems, the capacity (number of connected subscribers) in the passive optical network segment by using the separation of upstream and downstream transmission directions not by wavelengths, as in traditional WDM systems, but by directions of light distribution. It will allow building networks with an increased coverage radius (up to 60-80 km).

Указанные преимущества достигаются за счет применения в предлагаемой сети значительного числа N длин волн, по одной длине волны на каждого абонента, а не двух диапазонов длин волн (1,3 и 1,55 мкм) для разделения восходящего и нисходящего направлений и временного разделения общего канального ресурса между абонентами (применение множественного доступа TDMA - Time Division Multiplexing Access), как в традиционных сетях PON (например, в GPON).These advantages are achieved due to the use of a significant number of N wavelengths in the proposed network, one wavelength per subscriber, and not two wavelength ranges (1.3 and 1.55 μm) for separating the upstream and downstream directions and the temporary separation of the common channel a resource between subscribers (using TDMA - Time Division Multiplexing Access), as in traditional PON networks (for example, in GPON).

В качестве прототипа выбрана традиционная сеть PON (GPON), описанная в книге: Р. Фриман «Волоконно-оптические системы связи». 3-е дополненное издание. - М.: Техносфера, 2006. - 496 с.(перевод с английского) ISBN 5-94836-010-5.The traditional PON network (GPON), described in the book: R. Freeman “Fiber-optic communication systems”, was chosen as a prototype. 3rd revised edition. - M .: Technosphere, 2006. - 496 p. (Translated from English) ISBN 5-94836-010-5.

Прототип - сеть GPON (Gigabit PON - сеть PON, работающая на гигабитных скоростях) может поддерживать симметричную битовую скорость в дереве до 2,5 Гбит/с в каждом направлении. Однако используемый в этой сети протокол GFP (Generic framing protocol - общий протокол кадров) выполняет временное разделение общего канального ресурса моноканала между всеми включенными в сегмент сети абонентами при передаче графика в восходящем направлении, т.е. использует разновидность TDMA процедур с гибким разделением. Пропускная способность такой сети 2,5 Гбит/с делится между всеми абонентами, включенными в дерево PON (максимальное число таких абонентов может доходить до 64), что приводит к существенному ограничению канального ресурса, выделенного каждому абоненту.The prototype is the GPON network (Gigabit PON - PON network operating at gigabit speeds) can support a symmetric bit rate in the tree up to 2.5 Gbit / s in each direction. However, the GFP protocol used in this network (Generic framing protocol - general frame protocol) performs a temporary separation of the total channel resource of the mono channel between all subscribers included in the network segment when transmitting the graph in the upstream direction, i.e. uses a variety of TDMA procedures with flexible separation. The bandwidth of such a 2.5 Gbit / s network is shared between all subscribers included in the PON tree (the maximum number of such subscribers can reach 64), which leads to a significant limitation of the channel resource allocated to each subscriber.

Кроме этого, реализация протокола GFP, требующего измерения в применяемой аппаратуре задержек распространения от центрального узла до каждого абонента (ранжирования по фазе) с последующим учетом этих задержек при назначении абонентам интервалов доступа (а значит хранения их базы по всему дереву PON в памяти центрального узла), управления мощностью передатчиков (ранжирования по мощности), обеспечения тактовой и цикловой синхронизации, гибкого разделения канального ресурса и других сложных процедур, существенно усложняет оборудование центрального узла OLT (Optical Line Termination) и периферийных узлов ONU (Optical Network Unit), а значит - снижает их надежность. Кроме этого, кратковременные сбои в системе GPON (например, прерывание электропитания OLT) приводят к переходу в режим инициализации, что блокирует передачу данных на время инициализации и снижает качество обслуживания передаваемого в сети трафика.In addition, the implementation of the GFP protocol, which requires measuring the propagation delays from the central node to each subscriber (phase ranking) in the equipment used, followed by these delays when assigning access intervals to subscribers (which means storing their base throughout the PON tree in the memory of the central node) , controlling the power of the transmitters (ranking by power), providing clock and loop synchronization, flexible separation of the channel resource and other complex procedures, significantly complicates the equipment of the cent the OLT (Optical Line Termination) node and the ONU (Optical Network Unit) peripheral nodes, which means it reduces their reliability. In addition, short-term malfunctions in the GPON system (for example, interruption of the OLT power supply) lead to the transition to the initialization mode, which blocks the transmission of data for the initialization time and reduces the quality of service of the traffic transmitted in the network.

Таким образом, рассматриваемый прототип имеет следующие существенные недостатки:Thus, the prototype under consideration has the following significant disadvantages:

- низкая эффективность использования оптоволокна в пассивной оптической инфраструктуре дерева PON - максимальная суммарная скорость до 5 Гбит/с;- low efficiency of the use of optical fiber in the passive optical infrastructure of the PON tree - maximum total speed of up to 5 Gb / s;

- разделение канального ресурса общего канала (моноканала) между всеми абонентами, а значит снижение максимальной скорости на уровне абонента, снижение показателей качества обслуживания широкополосного абонентского трафика (увеличение задержек и их вариации);- dividing the channel resource of the common channel (mono channel) between all subscribers, which means reducing the maximum speed at the subscriber level, reducing the quality of service for broadband subscriber traffic (increasing delays and their variations);

- высокая сложность оборудования активных терминалов, низкая надежность, отсутствие полной логической прозрачности;- high complexity of active terminal equipment, low reliability, lack of full logical transparency;

- наличие интервалов блокирования передаваемого графика при переходе в режим инициализации, зависимость пропускной способности на уровне абонента от общего числа абонентов в сегменте сети и от разброса длин абонентских линий;- the presence of intervals for blocking the transmitted schedule when switching to the initialization mode, the dependence of the capacity at the subscriber level on the total number of subscribers in the network segment and on the variation in the length of subscriber lines;

- ограниченный (до 20 км) радиус покрытия сети.- limited (up to 20 km) network coverage radius.

Целью данного изобретения является создание такой пассивной оптической сети (PON), которая обеспечит существенное повышение эффективности использования оптического волокна в дереве PON (повышение суммарной максимальной скорости в волокне). Кроме этого, создаваемая пассивная сеть должна обеспечить для каждого из абонентов, подключенных к сети, симметрию максимальных скоростей передачи абонентского трафика в нисходящем (прямом) и восходящем (обратном) потоках, причем, эти скорости не должны зависеть от числа подключаемых абонентов (емкости сети). В создаваемой сети должна быть обеспечена монополизация каждым из абонентов всего ресурса, организуемых на выделяемых абонентам длинах волн, что неминуемо обеспечит повышение качества обслуживания абонентского трафика в такой сети. Максимальная суммарная скорость передачи в волокне такой сети должна быть, по меньшей мере, в N раз выше, чем в сети GPON, выбранной в качестве прототипа.The aim of this invention is the creation of such a passive optical network (PON), which will provide a significant increase in the efficiency of use of optical fiber in the PON tree (increase the total maximum speed in the fiber). In addition, the created passive network should ensure for each of the subscribers connected to the network, the symmetry of the maximum transmission speeds of the subscriber traffic in the downstream (forward) and upstream (reverse) flows, and these speeds should not depend on the number of connected subscribers (network capacity) . In the created network, each of the subscribers of the entire resource should be monopolized, organized at the wavelengths allocated to the subscribers, which will inevitably provide an improvement in the quality of service of subscriber traffic in such a network. The maximum total transfer rate in the fiber of such a network should be at least N times higher than in the GPON network selected as a prototype.

Емкость сети, создаваемой в результате достижения цели данного изобретения, должна быть увеличена по отношению к традиционным WDM-системам в 2 раза, при неизменном числе используемых длин волн, за счет применения принципа разделения нисходящего (прямого) и восходящего (обратного) направлений передачи по направлениям распространения светового потока, осуществляемого за счет применения специальных разделительных устройств, а не за счет разделения по диапазонам длин волн, выбранным в различных окнах прозрачности оптоволокна, как в прототипе (GPON), или по длинам волн, как в традиционных WDM-системах.The capacity of the network created as a result of achieving the objective of this invention should be increased in 2 times with respect to traditional WDM systems, with the number of wavelengths being used unchanged, by applying the principle of separation of downward (forward) and upward (reverse) transmission directions in directions propagation of the light flux, carried out through the use of special separation devices, and not due to separation by the wavelength ranges selected in various transparency windows of the optical fiber, as in the prototype e (GPON), or by wavelengths, as in traditional WDM systems.

Кроме этого, целью предлагаемого изобретения является создание простой, не содержащей сложных процедур, логически прозрачной и надежной пассивной оптической сети, ориентированной на применение отечественной электронной компонентной базы (ЭКБ) волоконно-оптических систем (ВОС), снижающей до минимума вероятность наличия недекларированной функциональности (закладок-шпионов в импортных СБИС), что обеспечивает повышенную информационную безопасность предлагаемой сети. Также целью данного изобретения является создание сети с повышенным (до 60-80 км) радиусом покрытия, не имеющей зависимости пропускной способности на уровне абонента от числа абонентов, включенных в сеть, и от разброса длин абонентских линий.In addition, the aim of the invention is to create a simple, complex procedures, logically transparent and reliable passive optical network, focused on the use of domestic electronic component base (ECB) of fiber optic systems (VOS), minimizing the likelihood of undeclared functionality (bookmarks) -spyware in imported VLSI), which provides increased information security of the proposed network. Another objective of this invention is the creation of a network with an increased (up to 60-80 km) coverage radius that does not have a dependency on the capacity at the subscriber level on the number of subscribers included in the network and on the variation in the length of subscriber lines.

Для достижения поставленной цели предлагается дополнить прототип (см. схему верхней части рис.Д.3.2. «Основные элементы архитектуры PON и принцип действия» на стр.473 указанной выше книги) в части OLT: приемниками и передатчиками на N длин волн (по числу подключаемых абонентов), устройствами разделения направлений распространения, подключаемыми вместо WDM 1310/1550 gf, оптическим мультиплексором-демультиплексором на N длин волн, кроме этого, включить в состав OLT коммутатор Ethernet, а в части пассивного узла предлагается заменить разветвитель пассивный JZ 1310, 1550 нм (см. рис.1.3.2. в книге) оптическим мультиплексором на N длин волн, кроме этого, в части абонентского узла ONU заменить WDM 1310/1550 на устройство разделения направлений распространения, установить в ONU передатчики, настроенные на i-e длины волн, выделенные соответствующим i-м абонентам, и ввести в ONU абонентский коммутатор Ethernet.To achieve this goal, it is proposed to supplement the prototype (see the diagram of the upper part of Fig. E.3.2. "The main elements of the PON architecture and the principle of operation" on page 473 of the above book) in the OLT part: by receivers and transmitters for N wavelengths (in number of connected subscribers), devices for separating propagation directions, connected instead of WDM 1310/1550 gf, an optical multiplexer-demultiplexer for N wavelengths, in addition, include an Ethernet switch in the OLT, and in the part of the passive node it is proposed to replace the passive splitter JZ 131 0, 1550 nm (see Fig. 1.3.2. In the book) with an optical multiplexer for N wavelengths, in addition, in the subscriber unit ONU, replace WDM 1310/1550 with a device for separating propagation directions, install transmitters configured on ie in ONU ie the wavelengths allocated to the corresponding i-th subscribers and enter the Ethernet subscriber switch into the ONU.

Предлагается широкополосную оптическую сеть доступа выполнить следующим образом:It is proposed that a broadband optical access network is performed as follows:

- OLT и ONU сети строить на основе типовых коммутаторов Ethernet, ввести в OLT сети N приемопередатчиков на выделенные абонентам длины волн (по одной длине волны на каждого абонента), ввести в OLT сети N устройств разделения направлений распространения светового потока, а также оптический мультиплексор-демультиплексор на N длин волн, а в качестве пассивного узла сети использовать оптический мультиплексор-демультиплексор на N длин волн, в каждом ONU ввести по одному устройству разделения направлений распространения светового потока (вместо WDM 1310/1550 нм), ONU строить на основе типового коммутатора Ethernet, в каждое ONU установить передатчик (Тх) на выделенную данному абоненту длину волны λi, причем в OLT оптические порты приемников и передатчиков должны быть связаны с разделенными портами устройств разделения, а объединенные порты этих устройств связаны с соответствующими портами компонентных сигналов оптического мультиплексора-демультиплексора, объединенный порт этого мультиплексора-демультиплексора присоединен по магистральной оптической линии к аналогичному порту мультиплексора-демультиплексора пассивного узла, при этом порты компонентных потоков мультиплексора-демультиплексора пассивного узла связаны по абонентским оптическим линиям с абонентскими узлами ONU, в которых присоединены к объединенным портам устройств разделения, а к разделенным портам этих устройств присоединены приемники и передатчики, установленные в коммутаторы абонентов, причем каждый из абонентских передатчиков настроен на соответствующую i-ю длину волны.- build OLT and ONU networks on the basis of standard Ethernet switches, introduce N transceivers into the OLT network at the wavelengths allocated to subscribers (one wavelength per subscriber), introduce N devices for separating the directions of the light flux propagation in the OLT network, and an optical multiplexer a demultiplexer for N wavelengths, and use an optical multiplexer-demultiplexer for N wavelengths as a passive network node, in each ONU introduce one device for separating the directions of propagation of the light flux (instead of WDM 1310/1550 nm), O NU build on the basis of a standard Ethernet switch, in each ONU install a transmitter (Tx) on the λi wavelength allocated to this subscriber, and in OLT the optical ports of the receivers and transmitters must be connected to the separated ports of the separation devices, and the combined ports of these devices are connected to the corresponding ports component signals of the optical multiplexer-demultiplexer, the combined port of this multiplexer-demultiplexer is connected via the trunk optical line to the same port of the multiplexer-demult plexor of the passive node, while the ports of the component streams of the passive node multiplexer-demultiplexer are connected via optical subscriber lines to the ONU subscriber nodes, in which are connected to the combined ports of the separation devices, and the receivers and transmitters installed in the subscriber switches are connected to the divided ports of these devices each of the subscriber transmitters is tuned to the corresponding i-th wavelength.

На базе предлагаемой пассивной оптической сети могут быть реализованы сети широкополосного доступа к услугам, в том числе мультимедийным, в пакетных сетях следующего поколения NGN - IMS, ориентированные на применение в решениях класса FTTB и FTTH (Fiber to the Bilding - доведение оптоволокна до здания и Fiber to the Home - доведение волокна до помещения абонента).Based on the proposed passive optical network, broadband access networks for services, including multimedia, in the next-generation packet networks NGN - IMS can be implemented, focused on the use in FTTB and FTTH class solutions (Fiber to the Bilding - bringing fiber to the building and Fiber to the Home - bringing fiber to the subscriber's premises).

Кроме этого, предлагаемая пассивной сеть может найти применение при построении высокоскоростных локальных вычислительных сетей с большой территорией покрытия (крупные предприятия, жилые комплексы, кампусы). Также пассивная инфраструктура предлагаемой сети может использоваться для развертывания распределенных систем оптических датчиков, а также может применяться, например, при построении фазированных антенных решеток и в широком классе других распределенных систем с большим (до 60-80 км) радиусом покрытия.In addition, the proposed passive network can find application in the construction of high-speed local area networks with a large coverage area (large enterprises, residential complexes, campuses). Also, the passive infrastructure of the proposed network can be used to deploy distributed systems of optical sensors, and can also be used, for example, in the construction of phased array antennas and in a wide class of other distributed systems with a large (up to 60-80 km) coverage radius.

Радиус покрытия в этом случае будет определяться оптическим бюджетом мощности применяемых модулей приемопередатчиков.The coverage radius in this case will be determined by the optical power budget of the applied transceiver modules.

На Фиг.1 приведен один из примеров построения широкополосной пассивной сети с волновым разделением, где:Figure 1 shows one example of building a broadband passive network with wave separation, where:

111-1i1-… 1N2 - передатчики оптические;1 11 -1 i1 - ... 1 N2 - optical transmitters;

211-2i1-… 2N2 - приемники оптические;2 11 -2 i1 - ... 2 N2 - optical receivers;

31-32 - коммутатор Ethernet центрального узла;3 1 -3 2 - Ethernet switch of the central node;

411-4i1-… 4N2 - устройства разделения направлений распространения светового потока;4 11 -4 i1 - ... 4 N2 - devices for separating the directions of propagation of the light flux;

51-52 - оптический мультиплексор;5 1 -5 2 - optical multiplexer;

6 - центральный узел (OLT);6 - central node (OLT);

71-7N - абонентские узлы (ONU).7 1 -7 N - subscriber units (ONU).

Передатчики оптические 111-1i1-… 1N2 терминалов центрального и абонентских узлов предназначены для преобразования электрического линейного сигнала в оптический линейный сигнал на длине волны i-го абонента и ввода мощности в оптическое волокно линий.Optical transmitters 1 11 -1 i1 - ... 1 N2 terminals of the central and subscriber units are designed to convert an electrical linear signal into an optical linear signal at the wavelength of the i-th subscriber and input power into the optical fiber of the lines.

Приемники оптические 211-2i1-… 2N2 терминалов центрального и абонентских узлов предназначены для преобразования оптического линейного сигнала в электрический линейный сигнал (на всех длинах волн, без селекции длины волны).Optical receivers 2 11 -2 i1 - ... 2 N2 terminals of the central and subscriber units are designed to convert an optical linear signal into an electric linear signal (at all wavelengths, without wavelength selection).

Коммутатор 3 Ethernet центрального узла предназначен для коммутации пакетов информации (кадров Ethernet) на уровне пассивной оптической сети для обеспечения процесса передачи информации через интерфейс в сторону магистральной сети и для формирования и обработки линейных электрических сигналов, подаваемых на передатчики 111-1N1 и получаемых от приемников 211-2N1.The Ethernet switch 3 of the central node is designed to switch information packets (Ethernet frames) at the level of a passive optical network to provide information transfer through the interface to the backbone network and to generate and process linear electrical signals supplied to transmitters 1 11 -1 N1 and received from receivers 2 11 -2 N1 .

Устройства 411-4i1-… 4N2 разделения направлений распространения светового потока предназначены для разделения прямого и обратного направлений передачи на уровне оптических сигналов в центральном узле (OLT) и в абонентских узлах (ONU).Devices 4 11 -4 i1 - ... 4 N2 for separating the directions of propagation of the light flux are designed to separate the forward and reverse directions of transmission at the level of optical signals in the central node (OLT) and in the subscriber nodes (ONU).

Мультиплексоры 51-52 оптические предназначены для объединения компонентных оптических сигналов на длинах волн абонентов (всего N длин волн) в объединенный многоволновый линейный сигнал и для селекции многоволнового линейного сигнала по длинам волн абонентов, выделения компонентных одноволновых сигналов на длинах волн абонентов на соответствующих пространственно разделенных портах для последующей передачи этих сигналов по абонентским линиям к соответствующим терминалам (ONU) и к портам коммутатора 31.Optical multiplexers 5 1 -5 2 are intended for combining component optical signals at subscriber wavelengths (total N wavelengths) into a combined multi-wave linear signal and for selecting a multi-wave linear signal for subscriber wavelengths, extracting component single-wave signals at subscriber wavelengths at corresponding spatial divided ports for the subsequent transmission of these signals on subscriber lines to the corresponding terminals (ONU) and to the ports of the switch 3 1 .

Центральный узел (OLT) 6 предназначен для обеспечения процесса передачи информации через интерфейс в сторону магистральной сети, поддержания процесса коммутации пакетов информации на уровне сегмента пассивной сети, формирования, передачи и обработки линейного многоволнового оптического сигнала, объединения и селекции абонентских оптических сигналов на длинах волн абонентов, разделения и объединения направлений передачи по направлениям распространения светового потока, поддержания преобразований электрический сигнал - свет - электрический сигнал на каждой длине волны. Абонентские узлы (ONU) 71-7N предназначены для обеспечения процесса передачи информации через интерфейсы в сторону локальных сетей абонентов, коммутации пакетов информации на уровне локальных сетей абонентов и в пассивной сети, разделения и объединения направлений передачи по направлениям распространения светового потока в абонентских линиях, поддержания преобразования электрический сигнал - свет - электрический сигнал на длинах волн соответствующих абонентов.The central node (OLT) 6 is designed to provide the process of transmitting information through the interface towards the backbone network, to support the process of switching information packets at the segment level of the passive network, to form, transmit and process a linear multi-wave optical signal, to combine and select subscriber optical signals at the wavelengths of subscribers , separating and combining transmission directions in the directions of light flux propagation, maintaining the transformations of an electric signal - light - electric esky signal at each wavelength. Subscriber units (ONU) 7 1 -7 N are designed to provide information transfer through interfaces towards local networks of subscribers, switching information packets at the level of local networks of subscribers and in a passive network, separating and combining transmission directions along the directions of light flux distribution in subscriber lines maintaining the conversion of an electrical signal - light - an electrical signal at the wavelengths of the respective subscribers.

Основные преимущества предлагаемой пассивной оптической сети с волновым разделением сводятся к следующему.The main advantages of the proposed passive optical network with wave separation are as follows.

1. Предлагаемая пассивная сеть с волновым разделением обеспечивает существенное повышение пропускной способности в каждом сегменте и существенное повышение эффективности использования оптоволокна в пассивной оптической инфраструктуре. При использовании самой дешевой технологии волнового мультиплексирования CWDM (Coarse Wave Division Multiplexing - мультиплексирование с грубым волновым разделением) и использовании всего 16-ти длин волн из сетки CWDM, при скорости в прямом и обратном каналах (Vкан) каждого абонента 2,5 Гбит/с (как в выбранном прототипе) суммарная скорость в пассивной сетевой инфраструктуре предлагаемой сети V=16·Vкан·2=80 Гбит/с (в выбранном прототипе данное значение составляет всего 5 Гбит/с).1. The proposed passive network with wave separation provides a significant increase in throughput in each segment and a significant increase in the efficiency of using optical fiber in a passive optical infrastructure. When using the cheapest wave multiplexing technology CWDM (Coarse Wave Division Multiplexing - Multiplexing coarse wavelength division multiplexing), and using all the 16 wavelengths of the grid CWDM, at a speed in the forward and reverse channels (V CAD) of each subscriber 2.5Gb / s (as in the selected prototype) the total speed in the passive network infrastructure of the proposed network V = 16 · V channel · 2 = 80 Gbit / s (in the selected prototype this value is only 5 Gbit / s).

2. Каждым абонентом предлагаемой сети монополизируется весь канальный ресурс пропускной способности выделенного волнового канала, что существенно улучшает показатели качества обслуживания графика в предлагаемой сети. В рассмотренном выше примере этот ресурс составляет 2,5 Гбит/с (в прототипе данное значение составляет всего (2.5/N) Гбит/с при количестве абонентов в дереве PON N=64, это значение будет равно всего 0,039 Гбит/с при условии равномерного разделения канального ресурса между всеми абонентами дерева PON, даже без учета потерь из-за назначения защитных интервалов, пропорциональных разбросу задержек распространения).2. Each subscriber of the proposed network monopolizes the entire channel resource of the bandwidth of the allocated wave channel, which significantly improves the quality of service for the schedule in the proposed network. In the above example, this resource is 2.5 Gbit / s (in the prototype, this value is only (2.5 / N) Gbit / s with the number of subscribers in the PON tree N = 64, this value will be equal to only 0.039 Gbit / s, provided that sharing the channel resource between all subscribers of the PON tree, even without taking into account losses due to the assignment of guard intervals proportional to the spread of propagation delays).

3. Удвоение емкости (числа присоединяемых абонентов) в сети PON по сравнению с применением традиционных технологий волнового уплотнения за счет разделения направлений передачи не по длинам волн (как в традиционных системах), а по направлениям распространения светового потока. В случае предлагаемой сети для подключения каждого абонента потребуется всего одна длина волны (а не две, как в традиционных WDM-системах).3. Doubling the capacity (number of connected subscribers) in the PON network as compared to the use of traditional wave compression technologies due to the separation of transmission directions not by wavelengths (as in traditional systems), but by the directions of light flux propagation. In the case of the proposed network, for connecting each subscriber, only one wavelength is required (and not two, as in traditional WDM systems).

4. В предлагаемой пассивной сети обеспечивается полная логическая прозрачность в выделенных каналах и не требуется присоединения к пакетам (кадрам) информации каких-либо дополнительных заголовков, как в прототипе. Кроме этого, отсутствует зависимость пропускной способности на уровне абонента от числа абонентов, включенных в сегмент сети, и от разброса длин абонентских линий.4. The proposed passive network provides full logical transparency in dedicated channels and does not require any additional headers to be attached to information packets (frames), as in the prototype. In addition, there is no dependence of the capacity at the subscriber level on the number of subscribers included in the network segment, and on the variation in the length of the subscriber lines.

5. В предлагаемой пассивной сети используется волновое разделение и могут быть использованы серийно выпускаемые отечественные элементы ВОС-оптические приемопередатчики, оптические мультиплексоры-демультиплексоры, оптические циркуляторы и разветвители, а также отечественные коммутаторы пакетов информации, в том числе имеющие специальные сертификаты соответствия, прошедшие специальные проверки и специальные исследования. Это исключает возможность (или сводит вероятность данных событий к минимуму) наличия в составе оборудования предлагаемой сети недекларируемой функциональности, что обеспечивает повышенную информационную безопасность в предлагаемой сети, по отношению к прототипу, выполняемому на основе импортных сверхбольших интегральных схем (СБИС).5. The proposed passive network uses wave separation and can be used commercially available domestic elements of the BOC-optical transceivers, optical multiplexers-demultiplexers, optical circulators and splitters, as well as domestic switches packet information, including those with special certificates of conformity, which passed special checks and special studies. This excludes the possibility (or minimizes the probability of these events to the minimum) of the presence of undeclared functionality in the equipment of the proposed network, which provides increased information security in the proposed network, in relation to the prototype based on imported ultra-large integrated circuits (VLSI).

6. Предлагаемая пассивная сеть имеет увеличенный (по сравнению с прототипом) радиус покрытия, который определяется бюджетом мощности выбранных оптических приемопередатчиков (трансиверов). Например, при использовании трансиверов, с максимальной дальностью передачи в схеме точка-точка до 80 км, в построенном в филиале ЛО ЦНИИС экспериментальном образце предлагаемый пассивной сети был достигнут радиус покрытия в схеме «точка-много точек» не менее 40 км (в то время как в прототипе эта величина составляет всего 20 км).6. The proposed passive network has an increased (compared to the prototype) coverage radius, which is determined by the power budget of the selected optical transceivers (transceivers). For example, when using transceivers with a maximum transmission distance in the point-to-point scheme of up to 80 km, in the experimental sample constructed at the branch of the Central Scientific Research Institute of Scientific Research, the proposed passive network, the coverage radius in the point-to-many-point scheme was not less than 40 km (at that time as in the prototype, this value is only 20 km).

7. Предлагаемая сеть имеет повышенную (в сравнении с прототипом) надежность. Это достигается, прежде всего, потому что при отказе единственного приемопередатчика (одного из ненадежных элементов) в центральном узле дерева PON прототипа GPON будет отсутствовать связь всех абонентов рассматриваемого дерева (сегмента), а в предлагаемой сети отказ одного из приемопередатчиков в OLT приведет лишь к пропаданию связи всего с одним из абонентов. Кроме этого, можно показать путем анализа разработанной авторами предлагаемого изобретения математической модели надежности и сравнительным анализом этой модели с аналогичной моделью для прототипа GPON, что за счет блокирования графика при переходе в режим инициализации в сети GPON и отсутствия данного явления в предлагаемой сети достигается дополнительный выигрыш в показателях надежности предлагаемой сети.7. The proposed network has increased (compared to the prototype) reliability. This is achieved, first of all, because in case of failure of a single transceiver (one of the unreliable elements) in the central node of the PON tree of the GPON prototype, there will be no communication between all the subscribers of the tree (segment) under consideration, and in the proposed network, failure of one of the transceivers in OLT will only lead to failure communication with just one of the subscribers. In addition, it can be shown by analyzing the mathematical model of reliability developed by the authors of the invention and a comparative analysis of this model with a similar model for the GPON prototype, which, due to the blocking of the graph when switching to the initialization mode in the GPON network and the absence of this phenomenon in the proposed network, an additional gain is achieved in reliability indicators of the proposed network.

Предлагаемая широкополосная пассивная оптическая сеть с волновым разделением была реализована во ФГУП ЦНИИС (филиале ЛО ЦНИИС) на основе следующих компонентов.The proposed broadband passive optical network with wave separation was implemented in FSUE TsNIIS (branch of LO TsNIIS) based on the following components.

В качестве передатчиков 111-1i1-… 1N2 и приемников 211-2i1-… 2N2 оптических были использованы типовые SFP (Small Form factor Plug-in - малогабаритные сменные) оптические модули с бюджетом мощности, рассчитанным на длину линии точка-точка до 80 км, типа TBSF 15d-80-12gLC-3c на длины волн 1550, 1570, 1590, 1610 нм. В качестве коммутаторов 31-32 Ethernet центрального и абонентских узлов были применены коммутаторы пакетов уровня 2, разработанные и произведенные в филиале ЛО ЦНИИС. Устройства 411-4i1-… 4N2 разделения направлений распространения светового потока были реализованы в трех вариантах:Typical SFPs (Small Form factor Plug-in - small-sized interchangeable) optical modules with a power budget calculated for the line length dot were used as transmitters 1 11 -1 i1 - ... 1 N2 and receivers 2 11 -2 i1 - ... 2 N2 optical -point up to 80 km, type TBSF 15d-80-12gLC-3c at wavelengths of 1550, 1570, 1590, 1610 nm. As switches 3 1 -3 2 Ethernet of the central and subscriber nodes, layer 2 packet switches were developed and developed at the branch of the Central Scientific and Research Institute of Computer Science. Devices 4 11 -4 i1 - ... 4 N2 of separation of the directions of propagation of the light flux were implemented in three versions:

- на основе серийных сплавных одномодовых разветвителей оптических 1×2 50/50 3.0 LC/UPC производства ЗАО «Компонент», г.Санкт-Петербург;- based on serial alloyed single-mode optical couplers 1 × 2 50/50 3.0 LC / UPC manufactured by ZAO Component, St. Petersburg;

- на основе серийных планарных одномодовых разветвителей оптических 1×2 50/50 3.0 3LC/UPC производства ООО «Проинтех», г.Санкт-Петербург;- based on serial planar single-mode optical splitters 1 × 2 50/50 3.0 3LC / UPC manufactured by LLC Prointekh, St. Petersburg;

- на основе серийных одномодовых циркуляторов оптических типа FBT-CR-55 (1550 nm) разработки и производства ООО «ПКТ» Связь Инжениринг».- on the basis of serial single-mode optical circulators FBT-CR-55 (1550 nm) developed and manufactured by LLC "PKT" Svyaz Engineering ".

Оптические мультиплексоры 51-52 были использованы серийные, разработки и производства ЗАО «Компонент», типа CWDM MUX 1×4 1550-1610 3.0 LC/UPC 1,5 м.Optical multiplexers 5 1 -5 2 were used serial, developed and manufactured by ZAO Component, type CWDM MUX 1 × 4 1550-1610 3.0 LC / UPC 1.5 m.

Центральный узел 6 (OLT) и абонентские узлы 71-7N были разработаны и изготовлены в филиале ЛО ЦНИИС на основе указанных выше компонентов. В качестве магистральной линии была использована оптическая линия длиной 40 км, 4 барабана по 10 км, соединенные последовательно, одномодового волокна марки Fujikura, намотанные на 4 стандартных барабана по 10 км, изготовленные в ООО «ОПТЕН-КАБЕЛЬ», Ленинградская область.The central node 6 (OLT) and subscriber nodes 7 1 -7 N were designed and manufactured in the branch of the LO TsNIIS based on the above components. An optical line with a length of 40 km, 4 reels of 10 km each connected in series, single-mode Fujikura fibers wound around 4 standard reels of 10 km each, manufactured at OPTEN-CABLE LLC, Leningrad Region, was used as the main line.

Построенный и испытанный в ЛО ЦНИИС, в соответствии с программой-методикой 4а1.600.004ПМ испытаний экспериментального образца сегмента CWDM-PON (протокол испытаний 4а1.600.004ПИ от 03.12.2013 г.), экспериментальный образец сегмента CWDM-PON - Широкополосной пассивной сети с волновым разделением был интегрирован в состав научно-исследовательского стенда филиала ФГУП ЦНИИС - ЛО ЦНИИС для исследования и демонстрации элементов программно-аппаратного комплекса экстренного оповещения и информирования населения (ПАК КСЭОИН), где исправно функционирует в настоящее время.Built and tested at the Leningrad Central Scientific Research Institute, in accordance with the program methodology 4a1.600.004PM for testing an experimental sample of the CWDM-PON segment (test report 4a1.600.004PI of 03.12.2013), an experimental sample of the CWDM-PON segment - Broadband passive network with wave separation was integrated into the research stand of the FSUE TsNIIS branch - LO TsNIIS for research and demonstration of elements of the hardware-software complex of emergency warning and public information (PAK KSEOIN), where it is functioning properly at present e time.

Claims (1)

Широкополосная пассивная оптическая сеть (PON) с волновым разделением, включающая центральный узел (OLT), абонентские узлы (ONU) с входящими в их состав соответствующими передатчиками (ТХ) и приемниками (RX) оптическими, пассивный оптический узел, магистральную (ОМЛ) и абонентские оптические линии, отличающаяся тем, что в состав OLT введен коммутатор пакетов информации, в который установлены N передатчиков, настроенных на N длин волн и N приемников оптических (N равно числу абонентов в сети), а также введены N устройств разделения направлений распространения светового потока и первый оптический мультиплексор-демультиплексор на N длин волн, а в качестве пассивного оптического узла сети применен второй оптический мультиплексор-демультиплексор на N длин волн, в состав абонентских сетевых узлов введены коммутаторы пакетов информации, в которые установлены соответствующие передатчики оптические, настроенные на длины волн абонентов и приемники оптические, а также в состав ONU введены устройства разделения направлений распространения, причем в OLT оптические порты передатчиков связаны с первыми разделенными портами устройств разделения направлений распространения, оптические порты приемников присоединены ко вторым разделенным портам устройств разделения, объединенные порты этих устройств связаны с соответствующими портами компонентных сигналов первого оптического мультиплексора-демультиплексора, а объединенный порт этого мультиплексора-демультиплексора присоединен по магистральной оптической линии (ОМЛ) к аналогичному порту второго мультиплексора-демультиплексора, выполняющего функцию пассивного оптического узла, а порты компонентных потоков второго мультиплексора-демультиплексора связаны по абонентским линиям с абонентскими узлами, в которых присоединены к объединенным портам устройств разделения, к первым разделенным портам этих устройств присоединены оптические порты приемников, а ко вторым разделенным портам подключены порты передатчиков абонентских узлов. Broadband passive optical network (PON) with wave separation, including a central node (OLT), subscriber nodes (ONU) with their respective transmitters (TX) and optical receivers (RX), passive optical node, trunk (AML) and subscriber optical lines, characterized in that the OLT includes a packet information switch, in which N transmitters are installed, tuned to N wavelengths and N optical receivers (N is equal to the number of subscribers in the network), as well as N devices for separation of directions the luminous flux and the first optical multiplexer-demultiplexer for N wavelengths, and a second optical multiplexer-demultiplexer for N wavelengths was used as a passive optical network node, information packet switches were inserted into the subscriber network nodes, in which the corresponding optical transmitters configured At the wavelengths of subscribers and optical receivers, as well as ONU, devices for separation of propagation directions were introduced, and in OLT the optical ports of the transmitters are connected to by the first divided ports of the separation direction separation devices, the optical ports of the receivers are connected to the second divided ports of the separation devices, the combined ports of these devices are connected to the corresponding component signal ports of the first optical demultiplexer multiplexer, and the combined port of this multiplexer-demultiplexer is connected via an optical trunk (AML) to the same port of the second multiplexer-demultiplexer, which performs the function of a passive optical evils, and the ports of component streams of the second multiplexer-demultiplexer connected by subscriber lines to subscriber units in which the ports are attached to the combined separating device to the first split ports of the devices attached optical receiver port and to the second split ports connected subscriber node transmitter ports.
RU2013119354/07A 2013-04-25 2013-04-25 Windband passive optical network with wave division RU2537965C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013119354/07A RU2537965C2 (en) 2013-04-25 2013-04-25 Windband passive optical network with wave division

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013119354/07A RU2537965C2 (en) 2013-04-25 2013-04-25 Windband passive optical network with wave division

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013119354A RU2013119354A (en) 2014-10-27
RU2537965C2 true RU2537965C2 (en) 2015-01-10

Family

ID=53288366

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013119354/07A RU2537965C2 (en) 2013-04-25 2013-04-25 Windband passive optical network with wave division

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2537965C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2796653C1 (en) * 2022-08-16 2023-05-29 Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" Device for transmission of quantum and information channels in one optical fiber

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6602000B1 (en) * 1999-02-19 2003-08-05 Lucent Technologies Inc. Reconfigurable add/drop for optical fiber communication systems
RU2372729C1 (en) * 2005-11-29 2009-11-10 Вячеслав Константинович Сахаров Multichannel controlled input/output optical multiplexer
RU2380837C1 (en) * 2005-11-29 2010-01-27 Вячеслав Константинович Сахаров Multichannel optical input/output multiplexer with dynamic functionality
RU2423797C1 (en) * 2009-11-16 2011-07-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский технический университет связи и информатики (МТУСИ) Double passive fibre-optic network

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6602000B1 (en) * 1999-02-19 2003-08-05 Lucent Technologies Inc. Reconfigurable add/drop for optical fiber communication systems
RU2372729C1 (en) * 2005-11-29 2009-11-10 Вячеслав Константинович Сахаров Multichannel controlled input/output optical multiplexer
RU2380837C1 (en) * 2005-11-29 2010-01-27 Вячеслав Константинович Сахаров Multichannel optical input/output multiplexer with dynamic functionality
RU2423797C1 (en) * 2009-11-16 2011-07-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский технический университет связи и информатики (МТУСИ) Double passive fibre-optic network

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2796653C1 (en) * 2022-08-16 2023-05-29 Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" Device for transmission of quantum and information channels in one optical fiber

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013119354A (en) 2014-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9432753B2 (en) Method and apparatus for link sharing among multiple EPONs
CN101826919B (en) Mixed type passive optical network structure and method for positioning and restoring faults thereof
CN102075282A (en) System and method for realizing dynamic wavelength scheduling and protection functions in wavelength division multiplexing passive optical network
TW201032502A (en) Managed PON repeater and cross connect
TW201212557A (en) Method and apparatus for stacking multiple ONUs in ethernet passive optical networks (daisy chainable ONU)
CN105451840A (en) Optical time domain reflectometer implementation apparatus and system
CN103023559A (en) WDM-PON (wavelength-division-multiplexing passive optical network) system based on resource sharing protecting mechanism and method for protecting WDM-PON system based on resource sharing protecting mechanism
CN111355554A (en) Route multiplexer, route multiplexing method, wavelength division routing method and network system
Maier Survivability techniques for NG-PONs and FiWi access networks
JP2013207714A (en) Optical network unit registration method
JP5457557B2 (en) Apparatus and method for operating a wavelength division multiple access network
KR20120065809A (en) A structure of optical network for multi core cpu
WO2019140999A1 (en) Wavelength division multiplexing optical transmission apparatus and system, and implementation method
JP5846007B2 (en) Subscriber side apparatus registration method and optical network system
RU2537965C2 (en) Windband passive optical network with wave division
JP2013207716A (en) Optical network unit registration method
KR200386964Y1 (en) The configuration Method of optical access network using single wavelength Multiplexer
CN103281603A (en) Multi-wavelength passive optical network system
CN103313153A (en) Multi-wavelength passive optical network system
CN103281609A (en) Multi-wavelength passive optical network system
RU2548162C2 (en) Highly reliable optical ring network
WO2024032238A1 (en) Optical splitting apparatus, chip, odn, and pon system
Ali et al. Implementation of CWDM technique in access network
Diouf et al. Evolution to 200G passive optical network
KR20060112862A (en) Protection architectures for awg based wdm-pon

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170426