基于光纤无线融合组网结构下的光学虚拟专用网ovpn系统及其运行方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于光纤无线融合组网结构下的光学虚拟专用网OVPN系统，包括光线路终端OLT、光网络单元ONU、波带复用器WB及光纤布拉格光栅FBG，光网络单元ONU包含功分器、光滤波器2、反射式的半导体放大器RSOA二、节点RN四及光电二极管PIN二，功分器连接光滤波器2，光滤波器2连接反射式的半导体放大器RSOA二，反射式的半导体放大器RSOA二通过节点RN四连接光电二极管PIN。本发明涉及的用户的发射机简单，上行数据能得到高性能的传输质量，保证光学虚拟专用网OVPN用户群之间数据的传送的私密性，在物理层建立光学虚拟专用网OVPN通道，从物理层保证专有网络的安全和信息的安全性。
【专利说明】基于光纤无线融合组网结构下的光学虚拟专用网OVPN系统及其运行方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及基于光纤无线融合组网结构下的光学虚拟专用网OVPN系统及其运行方法，属于网络通信【技术领域】。
【背景技术】
[0002]无线通信技术能在“任何时间、任何地点以任何方式进行信息交流”，比如WiFi/WiMAX/3G有可扩展性和灵活性，越来越受欢迎。但是，与此同时无线资源频谱资源会更加紧张，尤其是无线低频段的频谱资源大部分没有空余资源，只有通过提高无线工作频率才能增大无线通信的容量，但是无线频谱资源中，超过30Ghz频率的毫米波无线频谱基本上没被占用。另外，光纤通信PON的带宽资源很丰富，损耗低，有限接入传输容量大，只是接入方式不灵活。
[0003]为了更大可能地利用巨大的光纤的容量和无线网中移动性强的优点，无线和光纤的融合，有效地解决无线接入中带宽吃紧和能耗危机的问题。光纤无线融合组网，将射频信号RF信号加载在光纤上，基带数据流和调制的射频信号RF信号被同时传送到有线和无线用户。因而，光纤通信和无线技术结合，取长补短，光载无线通信RoF提供高速率的无线接入服务给特定范围内的用户，使得无源光纤网络PON结合光载无线通信RoF给用户提供灵活的宽带接入方式。
[0004]接入网是承载电信业务的基础网络，对安全、可靠、稳定具有很高的要求。在接入网中，光通信网络具有高速数据信息吞吐量，网络的安全性更加不容轻视，无源光纤网络PON需要面对复杂多变的环境，保证高安全性和可靠性。
[0005]光学虚拟专用网络OVPN技术就是在光接入网中，在特定用户间建立专门的光学物理层数据通道，特定用户之间能传输、交换数据，非授权用户不能读取识别这些信息，这样就建立一个特定用户之间的专有网络，保证了网络的安全性、私密性。光学虚拟专用网络OVPN也可以和AES、DES等数据加密协议、GMPLS等结合起来，并且光学虚拟专用网络OVPN是全光虚拟专用网，节省资源，转化效率高，保证高速、低延时的虚拟专用网络VPN通道，极大地增强信息的安全性。在现代通信网络中，光接入网是解决最后一公里的离终端用户最近的部分，安全特性的光通信技术有巨大研究价值。
[0006]因此，提出一种光纤无线融合组网方案，并在现有的光网络硬件设施上实现一个光学虚拟专用网络0VPN，是非常有意义的。
【发明内容】
[0007]针对现有技术中的缺陷，本发明提出基于光纤无线融合组网结构下的光学虚拟专用网OVPN系统；
[0008]本发明还提出一种上述系统的运行方法。
[0009]本发明的技术方案如下:
[0010]基于光纤无线融合组网结构下的光学虚拟专用网OVPN系统，所述的光学虚拟专用网OVPN系统包括光线路终端0LT、光网络单元0NU、波带复用器WB及光纤布拉格光栅FBG,所述的光线路终端OLT通过节点RN 二及在所述节点RN 二处设有的阵列波导光栅AWG三连接所述的光网络单元0NU，所述的光网络单元ONU—侧设有波带复用器WB，所述的波带复用器WB连接所述的光纤布拉格光栅FBG ;所述的光线路终端OLT包括连续波长激光器CW、光CSRZ-DPSK调制器、阵列波导光栅AWG —、节点RN —、阵列波导光栅AWG 二及上行数据接收机，所述的连续波长激光器CW连接所述的光CSRZ-DPSK调制器，所述的光CSRZ-DPSK调制器通过所述的阵列波导光栅AWG —、节点RN —、阵列波导光栅AWG 二连接所述上行数据接收机；所述的光网络单元ONU包含功分器、光滤波器2、反射式的半导体放大器RSOA二、节点RN四及光电二极管PIN 二，所述的功分器连接所述的光滤波器2，所述的光滤波器2连接所述的反射式的半导体放大器RSOA 二，所述的反射式的半导体放大器RSOA 二通过节点RN四连接所述的光电二极管PIN 二。
[0011]根据本发明优选的，所述的光网络单元ONU还包括光CSRZ-DPSK解调器，所述的功分器连接所述的光CSRZ-DPSK解调器。
[0012]根据本发明优选的，所述的光网络单元ONU还包括光电二极管PIN —，所述的功分器连接所述的光电二极管PIN —。
[0013]根据本发明优选的，所述的光网络单元ONU还包括光滤波器I及反射式的半导体放大器RSOA—，所述的功分器连接所述的光滤波器I，所述的光滤波器I连接所述的反射式的半导体放大器RSOA —，所述的反射式的半导体放大器RSOA —通过阵列波导光栅AWG四连接节点RN 二。
[0014]上述系统的运行方法，具体步骤包括:
[0015](I)在光线路终端OLT中，通过连续波长激光器CW产生的连续激光通过光CSRZ-DPSK调制器产生两个功率的一级边带CSRZ-DPSK信号，两个所述的一级边带CSRZ-DPSK信号同时承载下行数据，两个所述的一级边带CSRZ-DPSK信号之间存在两倍于时钟信号频率的间隔，光载波分量被抑制掉；所述的光CSRZ-DPSK调制是两级MZM调制，经过第一级MZM调制得到相位调制信号NRZ-DPSK，所述的相位调制信号NRZ-DPSK经过第二级MZM调制得到CSRZ-DPSK信号，所述的CSRZ-DPSK信号通过阵列波导光栅AWG —实现解复用，解复用的部分CSRZ-DPSK信号到达节点RN —，又通过阵列波导光栅AWG 二到达上行数据接收机；解复用的剩余部分的CSRZ-DPSK信号通过光纤进行长距离传输通过节点RN —到达远端节点RN 二，通过阵列波导光栅AWG三实现解复用；解复用后的CSRZ-DPSK信号通过所述的功分器将所述的CSRZ-DPSK信号分成多路CSRZ-DPSK信号；
[0016](2)所述的多路CSRZ-DPSK信号中的一路CSRZ-DPSK信号承载光学虚拟专用网OVPN信号，具体步骤包括:
[0017]a、所述的CSRZ-DPSK信号通过光滤波器2滤出一个边带，得到DPSK信号；
[0018]b、所述的DPSK信号通过反射式的半导体放大器RSOA 二完成幅度调制；
[0019]C、通过节点RN四经过波带复用器WB过滤,到达节点RN三,通过一个中心波长与光边带波长相等的光纤布拉格光栅FBG，发射回波带复用器WB，经过波带复用器WB设定的波带，通过广播的方式发送回所述波带中包含的光学虚拟专用网OVPN用户群，通过节点RN四，然后光学虚拟专用网OVPN用户通过光网络单元ONU中光电二极管PIN 二直接接收承载光学虚拟专用网OVPN信号；
[0020](3)所述的多路CSRZ-DPSK信号中的一路CSRZ-DPSK信号进行解调获得有线数据，所述的CSRZ-DPSK信号通过光CSRZ-DPSK解调器恢复所述的下行数据，解调出信号；所述的光CSRZ-DPSK解调是通过平衡接收机来实现的，所述的平衡接收机包括光滤波器，MZ干涉仪解调器MZD1、平衡光电检测器，所述的平衡光电检测器由两个光电二极管PIN、一个能产生平衡光电流的减法运放电滤波器组成；具体步骤包括:
[0021]d、所述的CSRZ-DPSK信号通过MZ干涉仪解调器MZDI，所述的MZ干涉仪解调器MZDI的两臂有Ibit的时延差；
[0022]e、所述的MZ干涉仪解调器MZDI的两个输出端分别连接平衡光电检测器的两个光电二极管PIN上，输出信号相减，经过光滤波器解调出有线信号；
[0023](4)所述的多路CSRZ-DPSK信号中的一路CSRZ-DPSK信号通过光载无线通信RoF实现无线数据覆盖，具体步骤包括:
[0024]f、所述的CSRZ-DPSK信号通过光电二极管PIN —光电检测，所述的CSRZ-DPSK信号的两个光边带拍频，擦除边带上承载的相位信息，产生两倍频的射频信号RF，所述的射频信号RF为纯净的电载波，承载无线数据，实现无线覆盖；
[0025]此处设计的优势在于，所述的射频信号RF为纯净的电载波，承载无线数据，实现无线覆盖，有效降低光载无线通信ROF系统成本；
[0026](5)所述的多路CSRZ-DPSK信号中的一路CSRZ-DPSK信号承载上行数据，具体步骤包括:
[0027]g、所述的CSRZ-DPSK信号通过光滤波器I滤出一个边带，得到DPSK信号；
[0028]h、所述的DPSK信号通过反射式的半导体放大器RSOA —完成幅度调制；
[0029]1、通过阵列波导光栅AWG四实现解复用，上传至节点RN 二，通过光纤传输至光线路终端0LT，在光线路终端OLT采用OOK幅度解调恢复出上行数据；
[0030]此处设计的优势在于，由于所述的CSRZ-DPSK信号有两个一样的DPSK边带，通过光滤波器I将这两个边带分离，分离后各自得到DPSK信号，DPSK信号光功率恒定，用作光载波，再通过强度调制来承载上行数据，通过反射式的半导体放大器RSOA —完成幅度调制，因而，在基站BS上行数据的调制不需要额外的光源，降低了基站BS的配置成本。
[0031]本发明的有益效果为:
[0032]1、不用为光学虚拟专用网OVPN用户增加新的激光器，节省成本，直接利用部分下行光再调制，分别承载上行数据和OVPN数据，并且互不干扰，有频率间隔；
[0033]2、对于需要光学虚拟专用网OVPN服务的老用户单元，在光网络单元ONU中通过增加光滤波器和反射式的半导体放大器RS0A，即可灵活的搭建物理层的光学虚拟专用网0VPN，建立专有网络光学虚拟专用网OVPN ；
[0034]3、光学虚拟专用网OVPN用户的发射机简单，并且上行数据能得到高性能的传输质量，保证光学虚拟专用网OVPN用户群之间数据的传送的私密性，本发明主要是在物理层建立光学虚拟专用网OVPN通道，从物理层保证专有网络的安全；为了全方位增强信息的安全性，结合网络层一起来加密数据。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1是本发明的架构图。
【具体实施方式】
[0036]下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。
[0037]实施例1
[0038]基于光纤无线融合组网结构下的光学虚拟专用网OVPN系统，所述的光学虚拟专用网OVPN系统包括光线路终端0LT、光网络单元0NU、波带复用器WB及光纤布拉格光栅FBG,所述的光线路终端OLT通过节点RN 二及在所述节点RN 二处设有的阵列波导光栅AWG三连接所述的光网络单元0NU，所述的光网络单元ONU—侧设有波带复用器WB，所述的波带复用器WB连接所述的光纤布拉格光栅FBG ;所述的光线路终端OLT包括连续波长激光器CW、光CSRZ-DPSK调制器、阵列波导光栅AWG —、节点RN —、阵列波导光栅AWG 二及上行数据接收机，所述的连续波长激光器CW连接所述的光CSRZ-DPSK调制器，所述的光CSRZ-DPSK调制器通过所述的阵列波导光栅AWG —、节点RN —、阵列波导光栅AWG 二连接所述上行数据接收机；所述的光网络单元ONU包含功分器、光滤波器2、反射式的半导体放大器RSOA二、节点RN四及光电二极管PIN 二，所述的功分器连接所述的光滤波器2，所述的光滤波器2连接所述的反射式的半导体放大器RSOA 二，所述的反射式的半导体放大器RSOA 二通过节点RN四连接所述的光电二极管PIN 二。
[0039]所述的光网络单元ONU还包括光CSRZ-DPSK解调器，所述的功分器连接所述的光CSRZ-DPSK 解调器。
[0040]所述的光网络单元ONU还包括光电二极管PIN —，所述的功分器连接所述的光电二极管PIN—。
[0041]所述的光网络单元ONU还包括光滤波器I及反射式的半导体放大器RSOA —，所述的功分器连接所述的光滤波器1，所述的光滤波器I连接所述的反射式的半导体放大器RSOA 一，所述的反射式的半导体放大器RSOA —通过阵列波导光栅AWG四连接节点RN2。
[0042]实施例2
[0043]基于光纤无线融合组网结构下的光学虚拟专用网OVPN系统的运行方法，具体步骤包括:
[0044](I)在光线路终端OLT中，通过193.1THz连续波长激光器CW产生的连续激光通过光CSRZ-DPSK调制器产生两个功率一样大的一级边带CSRZ-DPSK信号，承载以太网中40Gbit/s的数据，光载波分量被抑制掉，20GHz的正弦时钟信号导致两个边带从光载波的中心分别偏离20GHz，而光载波的频率是193.1THz，故产生的两个所述的一级边带CSRZ-DPSK信号的频率分别为193.12THz和193.08THz ;所述的CSRZ-DPSK信号通过阵列波导光栅AWG —实现解复用，解复用的部分CSRZ-DPSK信号到达节点RN —，又通过阵列波导光栅AWG 二到达上行数据接收机；解复用的剩余部分的CSRZ-DPSK信号通过采用30Km的单模光纤SMF和6Km的色散补偿光纤DCF的传输光纤到达节点RN —又传输至节点RN 二，所述的CSRZ-DPSK信号通过阵列波导光栅AWG实现解复；解复后的CSRZ-DPSK信号通过所述的功分器将所述的CSRZ-DPSK信号分成四路CSRZ-DPSK信号；
[0045](2)四路CSRZ-DPSK信号中的一路CSRZ-DPSK信号用来解调恢复有线数据，进行解调获得有线数据，所述的CSRZ-DPSK信号通过光CSRZ-DPSK解调器恢复所述的下行数据，调制出信号；所述的光CSRZ-DPSK解调是通过平衡接收机来实现的，所述的平衡接收机包括光滤波器，MZ干涉仪解调器MZD1、平衡光电检测器，所述的平衡光电检测器由两个光电二极管PIN、一个能产生平衡光电流的减法运放电滤波器组成；具体步骤包括:
[0046]a、所述的CSRZ-DPSK信号通过MZ干涉仪解调器MZDI，所述的MZ干涉仪解调器MZDI的两臂有Ibit的时延差；
[0047]b、所述的MZ干涉仪解调器MZDI的两个输出端分别连接平衡光电检测器的两个光电二极管PIN上，输出信号相减，经过光滤波器解调出有线信号。
[0048](3)四路CSRZ-DPSK信号中的一路CSRZ-DPSK信号通过光载无线通信RoF实现无线数据覆盖，具体步骤包括:
[0049]C、所述的CSRZ-DPSK信号通过光电二极管PIN —光电检测，所述的CSRZ-DPSK信号的两个光边带拍频，擦除边带上承载的相位信息，产生40GHz的射频信号RF，所述的射频信号RF为纯净的电载波，承载无线数据，实现无线覆盖；
[0050](4)四路CSRZ-DPSK信号中的一路CSRZ-DPSK信号承载上行信号，具体步骤包括:
[0051]d、所述的CSRZ-DPSK信号通过带宽均为5GHz、中心频率为193.08THz的光滤波器I滤出一个边带，得到193.08THz DPSK信号；
[0052]e、所述的DPSK信号承载上8Gbit/s上行数据，通过反射式的半导体放大器RSOA一完成幅度调制；
[0053]f、通过阵列波导光栅AWG四上传至节点RN 二，通过采用30Km的单模光纤SMF和6Km的色散补偿光纤DCF的传输光纤传输至光线路终端OLT，在光线路终端OLT采用OOK幅度解调恢复出上行数据。
[0054](5)四路CSRZ-DPSK信号中的一路CSRZ-DPSK信号承载光学虚拟专用网OVPN信号，具体步骤包括:
[0055]g、所述的CSRZ-DPSK信号通过带宽均为5GHz、中心频率为193.12THz的光滤波器2滤出一个边带，得到193.12THz DPSK信号；
[0056]h、所述的DPSK信号承载5Gbit/s承载光学虚拟专用网OVPN数据，通过反射式的半导体放大器RSOA 二完成幅度调制；
[0057]1、经过波带复用器WB过滤，通过一个中心波长与光边带波长相等的反射频率为193.12THz光纤布拉格光栅FBG，发射回波带复用器WB，经过波带复用器WB设定的波带，通过广播的方式发送回所述波带中包含的光学虚拟专用网OVPN用户群，通过节点RN四，然后光学虚拟专用网OVPN用户通过光网络单元ONU中光电二极管PIN 二直接接收承载光学虚拟专用网OVPN信号。
【权利要求】
1.基于光纤无线融合组网结构下的光学虚拟专用网OVPN系统，其特征在于，所述的光学虚拟专用网OVPN系统包括光线路终端0LT、光网络单元0NU、波带复用器WB及光纤布拉格光栅FBG，所述的光线路终端OLT通过节点RN 二及在所述节点RN 二处设有的阵列波导光栅AWG三连接所述的光网络单元0NU，所述的光网络单元ONU —侧设有波带复用器WB，所述的波带复用器WB连接所述的光纤布拉格光栅FBG ;所述的光线路终端OLT包括连续波长激光器CW、光CSRZ-DPSK调制器、阵列波导光栅AWG —、节点RN —、阵列波导光栅AWG 二及上行数据接收机，所述的连续波长激光器CW连接所述的光CSRZ-DPSK调制器，所述的光CSRZ-DPSK调制器通过所述的阵列波导光栅AWG —、节点RN —、阵列波导光栅AWG 二连接所述上行数据接收机；所述的光网络单元ONU包含功分器、光滤波器2、反射式的半导体放大器RSOA 二、节点RN四及光电二极管PIN 二，所述的功分器连接所述的光滤波器2，所述的光滤波器2连接所述的反射式的半导体放大器RSOA 二，所述的反射式的半导体放大器RSOA二通过节点RN四连接所述的光电二极管PIN 二。
2.根据权利要求1所述的基于光纤无线融合组网结构下的光学虚拟专用网OVPN系统，其特征在于，所述的光网络单元ONU还包括光CSRZ-DPSK解调器，所述的功分器连接所述的光CSRZ-DPSK解调器。
3.根据权利要求2所述的基于光纤无线融合组网结构下的光学虚拟专用网OVPN系统，其特征在于，所述的光网络单元ONU还包括光电二极管PIN —，所述的功分器连接所述的光电二极管PIN—。
4.根据权利要求3所述的基于光纤无线融合组网结构下的光学虚拟专用网OVPN系统，其特征在于，所述的光网络单元ONU还包括光滤波器I及反射式的半导体放大器RSOA—，所述的功分器连接所述的光滤波器1，所述的光滤波器I连接所述的反射式的半导体放大器RSOA —，所述的反射式的半导体放大器RSOA —通过阵列波导光栅AWG四连接节点RN2。
5.根据权利要求4基于光纤无线融合组网结构下的光学虚拟专用网OVPN系统的运行方法，具体步骤包括: (1)在光线路终端OLT中，通过连续波长激光器CW产生的连续激光通过光CSRZ-DPSK调制器产生两个功率的一级边带CSRZ-DPSK信号，两个所述的一级边带CSRZ-DPSK信号同时承载下行数据，两个所述的一级边带CSRZ-DPSK信号之间存在两倍于时钟信号频率的间隔，光载波分量被抑制掉；所述的光CSRZ-DPSK调制是两级MZM调制，经过第一级MZM调制得到相位调制信号NRZ-DPSK，所述的相位调制信号NRZ-DPSK经过第二级MZM调制得到CSRZ-DPSK信号，所述的CSRZ-DPSK信号通过阵列波导光栅AWG —实现解复用，解复用的部分CSRZ-DPSK信号到达节点RN —，又通过阵列波导光栅AWG 二到达上行数据接收机；解复用的剩余部分的CSRZ-DPSK信号通过光纤进行长距离传输通过节点RN —到达远端节点RN二，通过阵列波导光栅AWG三实现解复用；解复用后的CSRZ-DPSK信号通过所述的功分器将所述的CSRZ-DPSK信号分成多路CSRZ-DPSK信号； (2)所述的多路CSRZ-DPSK信号中的一路CSRZ-DPSK信号承载光学虚拟专用网OVPN信号，具体步骤包括: a、所述的CSRZ-DPSK信号通过光滤波器2滤出一个边带，得到DPSK信号； b、所述的DPSK信号通过反射式的半导体放大器RSOA二完成幅度调制； C、通过节点RN四经过波带复用器WB过滤,到达节点RN三,通过一个中心波长与光边带波长相等的光纤布拉格光栅FBG，发射回波带复用器WB，经过波带复用器WB设定的波带，通过广播的方式发送回所述波带中包含的光学虚拟专用网OVPN用户群，通过节点RN四，然后光学虚拟专用网OVPN用户通过光网络单元ONU中光电二极管PIN 二直接接收承载光学虚拟专用网OVPN信号； (3)所述的多路CSRZ-DPSK信号中的一路CSRZ-DPSK信号进行解调获得有线数据，所述的CSRZ-DPSK信号通过光CSRZ-DPSK解调器恢复所述的下行数据，解调出信号；所述的光CSRZ-DPSK解调是通过平衡接收机来实现的，所述的平衡接收机包括光滤波器，MZ干涉仪解调器MZD1、平衡光电检测器，所述的平衡光电检测器由两个光电二极管PIN、一个能产生平衡光电流的减法运放电滤波器组成；具体步骤包括: d、所述的CSRZ-DPSK信号通过MZ干涉仪解调器MZDI，所述的MZ干涉仪解调器MZDI的两臂有Ibit的时延差； e、所述的MZ干涉仪解调器MZDI的两个输出端分别连接平衡光电检测器的两个光电二极管PIN上，输出信号相减，经过光滤波器解调出有线信号。 (4)所述的多路CSRZ-DPSK信号中的一路CSRZ-DPSK信号通过光载无线通信RoF实现无线数据覆盖，具体步骤包括: f、所述的CSRZ-DPSK信号通过光电二极管PIN—光电检测，所述的CSRZ-DPSK信号的两个光边带拍频，擦除边带上承载的相位信息，产生两倍频的射频信号RF，所述的射频信号RF为纯净的电载波，承载无线数据，实现无线覆盖； (5)所述的多路CSRZ-DPSK信号中的一路CSRZ-DPSK信号承载上行数据，具体步骤包括: g、所述的CSRZ-DPSK信号通过光滤波器I滤出一个边带，得到DPSK信号； h、所述的DPSK信号通过反射式的半导体放大器RSOA—完成幅度调制； i、通过阵列波导光栅AWG四实现解复用，上传至节点RN二，通过光纤传输至光线路终端0LT，在光线路终端OLT采用OOK幅度解调恢复出上行数据。
【文档编号】H04Q11/00GK104185095SQ201410325097
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年7月9日 优先权日:2014年7月9日
【发明者】季伟, 郑卓文 申请人:山东大学