专利名称：波分复用无源光网络实现动态波长调度和保护功能的系统和方法
技术领域：
本发明涉及光通信领域，具体是涉及一种波分复用无源光网络(WDM-PON)实现动 态波长调度和保护功能的系统和方法。
背景技术：
波分复用无源光网络WDM-PON技术可以在不改变物理基础设备的情况下升级带 宽，大幅度提升网络的传输容量，实现虚拟的点对点传输，各个用户之间不会共享信息，具 有天然的安全性，在光接入网中拥有广阔的应用前景，被认为是FTTx未来演进的最终选 择。目前对于WDM-PON的研究主要是基于静态波长分配的，波长在RN中的下路是固定的， 在系统用户变动的时侯，不能在系统内部实现波长的动态调度，在用户变动或增减时，给系 统的波长的调度带来不变。而可实现动态波长调度的WDM-PON则比较灵活，可以在RN处随 意增加或减少下路的波长。再者，光网络具有极高的传输速率，因此在尽可能短的时间内为 被中断的业务寻找新的传输路由和自愈方案也是十分重要的。本发明对系统的体系架构进 行了合理的布局，系统不仅可以同时实现动态波长分配和对馈线光纤的保护，而且系统在 成本和性能间也能达到理想状态。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供了一种波分复用无源光网 (WDM-PON)实现动态波长调度和保护功能的系统和方法，能有效的在WDM-PON中实现动态 波长分配和对馈线光纤的保护，同时本系统还支持广播业务的传输(在这里不讨论)。为达到上述目的，本发明的核心思想是在中央局端CO处用光开关使波长可 以在顺时针或逆时针传输到达远端结点RN之间转换，当馈线光纤出现故障时，为信号传输 寻找新的路径，实现对系统的保护。在RN处采用一种新的结构配置方式，通过这种新的远 端节点RN的结构方式，克服已有方案无法实现波长在各个RN处的动态调度的缺陷。根据上述发明构思，本发明采用下列方案
一种波分复用无源光网络实现动态波长调度和保护功能的系统，由中央局端CO通过 一根单模光纤连接η个远端结点RN形成环状结构，每个远端结点RN连接m个光网络单元 ONU构成。其特征在于
1)所述的中央局端CO是N=Iim个光发射机分别经过N个光开关分别连接至第一、第二 两个阵列波导光栅AWG——正常情况下，发射机1至发射机km与第二阵列波导光栅AWG2相 连，发射机km+1至发射机nm与第一阵列波导光栅AWGl相连。AWGl和AWG2的输出经分别 经第一相位调制器PMl和第二相位调制器PM2的调制连接第一掺铒光纤放大器EDFAl和第 二掺铒光纤放大器EDFA2，第一掺铒光纤放大器EDFAl经环形器1连接至馈线光纤，第二掺 铒光纤放大器EDFA2经环形器2连接至馈线光纤，该两个环形器分别以一个端口连接第一 第二两个掺铒光纤放大器EFDA，一端口连接馈线光纤，第三个端口通过一个耦合器和第三阵列波导光栅AWG3连接N个光接收机。2)所述远端结点RN包括1个2x2的光开光、一个1x2光分路器、一个波长阻塞器、 一个掺铒光纤放大器EDFA、3个环形器——第一环形器、第二环形器和第三环形器以及一个 IxN阵列波导光栅AWG ；其中光开关连接至第一环形器的第一端口，环形器的第二端口连接 光分路器；光分路器的两个输出端口分别连接第二环形器和波长阻塞器，第二环形器连接 一个IxN的阵列波导光栅AWG，波长阻塞器经过掺铒光纤放大器EDFA然后和第三环形器的 第二端口相连，第三环形器的第三端口和第二环形器的第三端口分别连接耦合器的两个输 入端口，耦合器的输出端口连接第一光环行器的第三端口，第三环形器的第一端口通过光 开关与下一个远端结点RN相连；每个远端结点RN通过阵列波导光栅AWG连接m个完全相 同的光网络单元ONU。3)所述的光网络单元ONU包括两个1x2功率分路器——第一功率分路器和第二功 率分路器、一个反射型半导体光放大器、第一和第二两个光接收机、一个延迟干涉仪；第一 功率分路器的两个端口分别连接反射型半导体光放大器和第二功率分路器，第二功率分路 器的两个端口分别连接第一接收机和延迟干涉仪，延迟干涉仪连接第二接收机。一种波分复用无源光网络实现动态波长调度和保护功能的的方法，采用根据 权利要求1所述的波分复用无源光网络实现动态波长调度和保护功能的系统进行操 作，其特征在于在正常模式下，下行时，所述的中央局端CO中的N=MI个光发射机发射 的N波长通过N个光开关，通过光开关的转换分成两半，第一半为波长1至波长km，第 二半为波长(km+1)至波长nm;其中波长1至波长km输入第二阵列波导光栅AWG2，波 长(km+1)至波长nm输入第一阵列波导光栅AWG1，第一阵列波导光栅AWGl和第二阵 列波导光栅AWG2的输出分别通过第一相位调制器PMl和第二相位调制器PM2调制广 播信号；输出的信号经过掺铒光纤放大器和光环行器，通过馈线光纤向远端结点RN传 输。其中，波长1至波长km逆时针传输从RN1到RNk分别下路，波长(km+1)至波长nm 顺时针传输从RNn到RNm分别下路；每个RN处可以下路不同数量的波长，为表述方 便，假设每个RN处下路相同的波长数，每个RN处下路m个波长。R 处下路的波长为4./-1)-+1 ~ ，其中1 J < ；信号进入謂后通过2x2光开关和第一环形器，然后被1x2功率分路器分成两部分，一部分进入波长阻塞器WB阻止在当前RN要下路的波长，波长阻塞 器WB输出端连接可选的掺铒光纤放大器，经过第三环形器和2x2光开关连接至下一个远端 结点RN，另一部分经过第二环形器输入IxN的阵列波导光栅AWG，N个输出端口只有m个处 于工作状态，每个输出端口连接一个光网络单元ONU ；信号进入光网络单元ONU后，首先经 过一个1x2的功率分路器，一部分用来接收下行点对点信号和广播信号，另一部分连接延 迟干涉仪和接收机接收广播信号，另一部分利用反射型半导体光放大器RSOA实现光环回 以及上行信号的传输，当前远端结点RN连接的光网络单元ONU的上行信号经过AWG被复用 在一起，经过第二环形器，通过耦合器与后面各个RN中光网络单元ONU的上行信号合成一 路，合路信号经过第一环形器和2x2光开关，通过馈线光纤传到上一个远端结点RN，以此类 推，直到传输到中央局端CO。波长1到波长km通过环形器2，波长(km+1)到波长nm通过 环形器1，输出信号通过耦合器合成一路，通过第三阵列波导光栅AWG3被解复用，送入相应 的接收机完成上行传输。
上述波分复用无源光网络实现动态波长调度和馈线保护功能的的方法，其特征在 于当馈线光纤出现故障时，如RNl和RN2之间的馈线光纤出现故障，系统要进入保护模式， 中央局端CO中的光开关(m+1)到光开关km进行切换使波长(m+1)到波长km输入第一阵列 波导光栅AWGl，按着顺时针方向传输到目的远端结点RN2至RNk，同时RN2到RNk中的2x2 光开关由平行状态切换到交叉状态。当各个RN中下路的波长进行调度的时候，例如将原 来在RNl中下路的波长A调整为在RN2处下路，只需要改变RNl中波长阻塞器WB使波长 A能通过并且被传输到RN2，还要改变RN2中波长阻塞器WB阻止波长A的通过，同时 将新增的光网络单元ONU与RN2中阵列波导光栅AWG的波长、的输出端口相连接，从而 完成动态波长调度的整个过程。与现有技术相比，本发明的独特优势和显著性特色在于(1)通过在远端节点RN 中设置波长阻塞器，使得网络可以根据变化的需求来灵活地调度网络的下行波长资源； (2)通过在中央局端和远端节点RN增加一些光开关，同时采用环型拓扑结构，可以实现在 馈线光纤故障情况下对网络的保护，使网络具有更好的可靠性；(3)通过环形网络结构设 计，使得网络可以适当的增加网络用户数，延长传输距离。
图1为本发明一个实施例证波分复用无源光网路实现动态波长调度和保护功能 的系统结构示意图。图2为保护模式下波分复用无源光网路的结构示意图。图3为波分复用无源光网络远端结点RN内部结构的示意图。图4为在保护模式下波分复用无源光网络远端结点RN内部结构的示意图。
具体实施例方式本发明的优选实施例结合附图详述如下 实施例一
参见图1，本波分复用无源光网络实现动态波长调度和保护功能的系统由中央局端CO (1)通过一根单模光纤连接η个远端结点RN (18，19)形成环状结构，每个远端结点RN (18， 19)通过分布光纤各连接m个光网络单元ONU (20)，所述的中央局端CO (1)是N=nm个光发 射机(5，8)分别经过N个光开关(6，9)分别连接至两个阵列波导光栅AWG——正常情况下， 发射机1至发射机km (5)与第二阵列波导光栅AWG2 (3)相连，发射机km+1至发射机nm 与第一阵列波导光栅AWGl (2)相连；AWGl (2)和AWG2 (3)的输出分别经第一相位调制器 PMl (10)和第二相位调制器PM2 (11)的调制，连接第一掺铒光纤放大器EDFAl (14)和第二 掺铒光纤放大器EDFA2 (15)，第一掺铒光纤放大器EDFAl (14)经环形器1 (12)与馈线光 纤(30)连接；第二掺铒光纤放大器EDFA2 (15)，经环形器2 (13)连接至馈线光纤(31 )，环 形器1 (12)环形器2 (13)的一个端口分别连接第一和第二掺铒光纤放大器EFDA1、EFDA2 (14，15)，一端口连接馈线光纤(30，31 )，第三个端口通过一个耦合器(17)和一个第三阵列 波导光栅AWG3 (4)连接N个光接收机(7);
参见图3，远端结点RN (18，19)包括1个2x2的光开光(29)、一个1x2光分路器(24)、一个波长阻塞器(26)、一个掺铒光纤放大器EDFA(27)、3个环形器——第一环形器(21)、第 二环形器(22)和第三环形器(23)以及一个IxN阵列波导光栅AWG (25)；其中2x2光开关 (29)连接至第一环形器(21)的第一端口，第一环形器(21)的第二端口连接光分路器(24); 光分路器(24)的两个输出端口分别连接第二环形器(22)和波长阻塞器(26)，第二环形器 (22)连接一个IxN的阵列波导光栅AWG (25)，波长阻塞器(26)经过掺铒光纤放大器EDFA (27)然后和第三环形器(23)的第二端口相连，第三环形器(23)的第三端口和第二环形器 (22)的第三端口分别连接耦合器(28)的两个输入端口，耦合器(28)的输出端口连接第一 光环行器(21)的第三端口，第三环形器(23 )的第一端口通过光开关(29 )与下一个远端结 点RN相连；每个远端结点RN (18，19)通过阵列波导光栅AWG (25)连接m个完全相同的光 网络单元0NU。光网络单元ONU (20)包括两个1x2功率分路器(32，33)——第一功率分 路器(32)和第二功率分路器(33)、一个反射型半导体光放大器(36)、第一和第二两个光接 收机(34，37)、一个延迟干涉仪(35)；第一功率分路器(32)的两个端口分别连接反射型半 导体光放大器(36)和第二功率分路器(33)，第二功率分路器(33)的两个端口分别连接第 一接收机(34)和延迟干涉仪(35)，延迟干涉仪(35)连接第二接收机(37)。
实施例二
采用图1和图3所示系统，波分复用无源光网络实现动态波长调度和保护功能的的具 体方法是在正常模式下，下行时，所述的中央局端CO (1)中的N=Iim个光发射机发射(5，6) 的N波长通过N个光开关(6，9)的转换分成两半，第一半为波长1至波长km，第二半为波长 (km+1)至波长nm ；其中波长1至波长km输入第二阵列波导光栅AWG2 (3)，波长(km+1)至 波长nm输入第一阵列波导光栅AWGl (2)，第一阵列波导光栅AWGl (2)和第二阵列波导光 栅AWG2 (3)的输出分别通过第一相位调制器PMl (10)和第二相位调制器PM2 (11)调制广 播信号；第一相位调制器PMl (10)连接第一掺铒光纤放大器EDFAl (14)，经环形器1 (12) 与馈线光纤(30)连接；第二相位调制器PM2 (11)连接第二掺铒光纤放大器EDFA2 (15)， 经环形器2 (13)连接至馈线光纤(31)；其中，波长1至波长km逆时针传输从RN1到RNk分 别下路，波长(km+1)至波长nm顺时针传输从RNn到RNk+1分别下路；每个RN处下路m个波
长，RNj处下路的波长为~ ，其中1 ￡ j Sn ；信号进入RN后，通过2x2光开关
(29 )和第一环形器(21)，然后被1x2功率分路器(24 )分成两部分，一部分进入波长阻塞器 WB (26)阻止在当前RN要下路的波长，波长阻塞器WB (26)输出端连接可选的掺铒光纤放 大器(27)，经过第三环形器(23)和2x2光开关(29)连接至下一个远端结点RN，另一部分经 过第二环形器(22)输入IxN的阵列波导光栅AWG (25)，Ν个输出端口只有m个处于工作状 态，每个输出端口连接一个光网络单元ONU (20);信号进入光网络单元ONU (20)后，首先 经过一个1x2的功率分路器(32)，一部分用来接收下行点对点信号和广播信号，另一部分 利用反射型半导体光放大器RSOA (36)实现光环回以及上行信号的传输，当前远端结点RN (19)连接的光网络单元ONU (20)的上行信号经过AWG (25)被复用在一起，经过第二环形 器(22)，通过耦合器(28)与后面各个RN中光网络单元ONU的上行信号合成一路，合路信号 经过第一环形器(21)和2x2光开关(四)，通过馈线光纤传到上一个远端结点RN，以此类推， 直到传输到中央局端CO (1);波长1到波长km通过环形器2 (13)，波长(km+1)到波长nm 通过环形器1 (12)，输出信号通过耦合器(17)合成一路，通过第三阵列波导光栅AWG3 (4)被解复用，送入相应的接收机(7)完成上行传输。
实施例三
采用上述图2和图4所示系统，波分复用无源光网络实现动态波长调度和馈线保护功 能的的具体方法为Rm和RN2之间的馈线光纤出现故障，系统要进入保护模式，中央局端 CO (1)中的光开关(m+1)到光开关km进行切换使波长(m+1)到波长km输入第一阵列波 导光栅AWGl (2)，按着顺时针方向传输到目的远端结点RN2至RNk (19)，同时RN2到RNk (19)中的2x2光开关(29)由平行状态切换到交叉状态，从而使RN2到RNk找到一条新的传 输路径。当各个RN中下路的波长需要进行调度时候，将原来在冊1中下路的波长A调整 为在RN2处下路，只需要改变RNl中波长阻塞器WB (26)使波长A能通过并且被传输到 RN2,还要改变RN2中波长阻塞器WB (26)阻止波长&的通过，同时将新增的光网络单元 ONU与RN2中阵列波导光栅AWG (25)的波长、的输出端口相连接即可。从而实现波长的 动态调度。
权利要求
1.一种波分复用无源光网络实现动态波长调度和保护功能的系统，由中央局端CO(I) 通过一根单模光纤连接η个远端结点RN (18，19)形成环状结构，每个远端结点RN (18，19) 通过分布光纤各连接m个光网络单元ONU (20)，其特征在于所述的中央局端CO (l)是N=nm个光发射机(5，8)分别经过N个光开关(6，9)分别连 接至两个阵列波导光栅AWG——正常情况下，发射机1至发射机km (5)与第二阵列波导光 栅AWG2 (3)相连，发射机km+1至发射机nm与第一阵列波导光栅AWGl (2)相连；AWGl (2) 和AWG2 (3)的输出经分别经第一相位调制器PMl (10)和第二相位调制器PM2 (11)的调 制，连接第一掺铒光纤放大器EDFAl (14)和第二掺铒光纤放大器EDFA2 (15)，第一掺铒光 纤放大器EDFAl (14)经环形器1 (12)与馈线光纤(30)连接；第二掺铒光纤放大器EDFA2 (15)经环形器2 (13)连接至馈线光纤(31)，环形器1 (12)和环形器2 (13)的一个端口分 别连接第一和第二掺铒光纤放大器EFDAl、EFDA2 (14，15)，一端口连接馈线光纤(30，31 )， 第三个端口通过一个耦合器(17)和一个第三阵列波导光栅AWG3 (4)连接N个光接收机 (7)；所述远端结点RN (18，19)包括1个的光开光(29)、一个1x2功率分路器(24)、一 个波长阻塞器(26)、一个掺铒光纤放大器EDFA (27)、3个环形器——第一环形器(21)、第 二环形器(22)和第三环形器(23)以及一个IxN阵列波导光栅AWG (25)；其中2x2光开关 (29)连接至第一环形器(21)的第一端口，第一环形器(21)的第二端口连接光分路器(24); 光分路器(24)的两个输出端口分别连接第二环形器(22)和波长阻塞器(26)，第二环形器 (22)连接一个IxN的阵列波导光栅AWG (25)，波长阻塞器(26)经过掺铒光纤放大器EDFA (27)然后和第三环形器(23)的第二端口相连，第三环形器(23)的第三端口和第二环形器 (22)的第三端口分别连接耦合器(28)的两个输入端口，耦合器(28)的输出端口连接第一 环行器(21)的第三端口，第三环形器(23)的第一端口通过光开关(29)与下一个远端结RN (18，19)相连；每个远端结点RN (18，19)通过阵列波导光栅AWG (25)连接m个完全相同的光网络单 元 ONU (20)；3)所述的光网络单元ONU (20)包括两个1x2功率分路器(32，33)——第一功率 分路器(32)和第二功率分路器(33)、一个反射型半导体光放大器(36)、第一和第二两个光 接收机(34，37)、一个延迟干涉仪(35)；第一功率分路器(32)的两个端口分别连接反射型 半导体光放大器(36)和第二功率分路器(33)，第二功率分路器(33)的两个端口分别连接 第一接收机(34)和延迟干涉仪(35)，延迟干涉仪(35)连接第二接收机(37)。
2.一种波分复用无源光网络实现动态波长调度和保护功能的方法，采用根据权利要求 1所述的波分复用无源光网络实现动态波长调度和保护功能的系统进行操作，其特征在于 在正常模式下，下行时，所述的中央局端CO (1)中的N=Iim个光发射机发射(5，6)的N波长 通过N个光开关(6，9)的转换分成两半，第一半为波长1至波长km，第二半为波长(km+1) 至波长nm ；其中波长1至波长km输入第二阵列波导光栅AWG2 (3)，波长(km+1)至波长nm输入第 一阵列波导光栅AWGl (2)，第一阵列波导光栅AWGl (2)和第二阵列波导光栅AWG2 (3)的输 出分别通过第一相位调制器PMl (10)和第二相位调制器PM2 (11)调制广播信号；第一相位 调制器PMl (10)连接第一掺铒光纤放大器EDFAl (14)，经环形器1 (12)与馈线光纤(30)连接；第二相位调制器PM2 (11)连接第二掺铒光纤放大器EDFA2 (15)，经环形器2 (13)连 接至馈线光纤(31);其中，波长1至波长km逆时针传输从RNl到RNk分别下路，波长(km+1) 至波长nm顺时针传输从RNn到RNk+1分别下路；每个RN处可以下路不同数量的波长，为表 述方便，以每个RN处下路有相同的波长数，每个RN处下路m个波长，R 处下路的波长为~ Am，其中；信号进入RN后，以RN2为例，通过2x2光开关(29)和第一环形器(21)，然后被1x2功率分路器(24)分成两部分，一部分进入波长阻塞器WB (26)阻 止在当前RN要下路的波长，波长阻塞器WB (26)输出端连接可选的掺铒光纤放大器(27)， 经过第三环形器(23)和2x2光开关(29)连接至下一个远端结点RN，另一部分经过第二环 形器(22)输入IxN的阵列波导光栅AWG (25)，N个输出端口只有m个处于工作状态，每个 输出端口连接一个光网络单元ONU (20);信号进入光网络单元ONU (20)后，首先经过一个 1x2的功率分路器(32)，一部分用来接收下行点对点信号和广播信号，另一部分利用反射 型半导体光放大器RSOA (36)实现光环回以及上行信号的传输，当前远端结点RN (19)连 接的光网络单元ONU (20)的上行信号经过AWG (25)被复用在一起，经过第二环形器(22)， 通过耦合器(28)与后面各个RN中光网络单元ONU的上行信号合成一路，合路信号经过第 一环形器(21)和2x2光开关(四)，通过馈线光纤传到上一个远端结点RN，以此类推，直到传 输到中央局端CO (1);波长1到波长km通过环形器2 (13)，波长(km+1)到波长nm通过环 形器1 (12)，输出信号通过耦合器(17)合成一路，通过第三阵列波导光栅AWG3 (4)被解复 用，送入相应的接收机(7)完成上行传输。
3.根据权利要求2所述的波分复用无源光网络实现动态波长调度和保护功能的的方 法，其特征在于当RNl和RN2之间的馈线光纤出现故障，系统要进入保护模式，中央局端 CO (1)中的光开关(m+1)到光开关km进行切换使波长(m+1)到波长km输入第一阵列波导 光栅AWGl (2)，按着顺时针方向传输到目的远端结点RN2至RNk (19)，同时RN2到RNk (19) 中的2x2光开关(29)由平行状态切换到交叉状态；当各个RN中下路的波长需要重新分配时候，将原来在RNl中下路的波长A调整为在RN2处下路，只需要改变RNl中波长阻塞器WB (26)使波长A1能通过并且被传输到RN2，还要改变RN2中波长阻塞器WB (26)阻止波长A1的通过，同时将新增的光网络单元ONU与RN2中阵列波导光栅AWG(25)的波长、的输出端口相连接，从而实现波长的动态调度。
全文摘要
本发明涉及一种波分复用无源光网络实现动态波长调度和保护功能的系统和方法。本系统是1个中央局端CO,通过一根光纤连接N个远端结点RN形成环形网络，而远端结点RN通过分布光纤与光网络单元ONU相连接。其中，中央局端CO主要由N个光发射机、N个1x2光开关、3个阵列波导光栅AWG、2个掺铒光纤放大器EDFA、两个光环形器、一个光耦合器和N个光接收机组成；远端结点RN主要由1个2x2开关、3个环形器、1个耦合器，1个波长阻塞器WB和1个1xN的阵列波导光栅AWG组成。CO端光开关的使用、环形的结构以及RN结构的设计实现了对馈线光纤的保护。本发明通过调整波长阻塞器WB和改变AWG的工作端口来实现波长的动态调度，并且是系统在成本和性能之间达到了均衡。
文档编号H04J3/08GK102075282SQ20111004418
公开日2011年5月25日 申请日期2011年2月24日 优先权日2011年2月24日
发明者甘朝钦, 陈本阳, 马雪娇 申请人:上海大学