一种环形子网扩展的twdm-pon结构、设备及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光通信和光网络技术，特别涉及时分与波分混合的无源光网络技术。
【背景技术】
[0002]时分复用-无源光网络(TimeDivis1n Multiplexing-PassiveOptical Network, TDM-PON)和波分复用-无源光网络(Wavelength Divis1nMultiplexing-Passive Optical Network, WDM-PON)是光接入领域两种重要的技术。在光接入网络速率从lOGbit/s到40Gbit/s演进的过程中，时分-波分复用-无源光网络(Time-Wavelength Divis1n Multiplexing-Passive Optical Network, TWDM-PON)被认为是一种兼具性能和经济性的有效方案，它结合波分复用(Wavelength Divis1nMultiplexing，WDM)波长维度的资源扩充方法和时分复用(time divis1n multiplexing,TDM)技术带宽分配灵活的优点，形成了一种新型的无源光网络。TWDM-PON的典型结构如图1所述\它由局侧的光线路终端(optical line terminal，0LT)、用户侧的光网络单元(Optical Network Unit,0NU)或者光网络终端(Optical Network Terminal,0NT)以及光分配网络(optical distribut1n network, 0DN)组成，现有技术一般从OLT到ONU或者ONT为上行方向，从ONU或者ONT到OLT为下行方向。考虑到兼容现有0DN，在ODN中往往仅仅采用光分束器，用于将主干光纤链路分为多个分支光纤链路，达到节约光纤资源的目的，同时每个用户都能够接收到来自OLT的信号，并向OLT发送信号。TWDM-PON在网络结构方面，最大限度的继承了原有的XG-PON等TDM-PON技术的0DN，仅仅将改变集中在OLT和ONU端。从物理层看，TWDM-PON将原有的一个上行波长，一个下行波长的无源光网络变成上行四个波长，下行四个波长的多波长复用光接入系统。每个ONU均可以平等的选择任何四个上行波长之一和四个下行波长之一，因此，原来的带宽分配变成了带宽和波长资源的联合分配。从协议层上看，TffDM-PON希望更大限度的兼容原有的XG-PON的TC层协议。
[0003]2012年，TWDM-PON技术被确定为下一代光接入网络的标准后，世界多个研宄机构、知名公司等纷纷对其中的关键技术进行研宄。由于TWDM-PON技术面向下一代光接入的应用，因此，必须考虑光接入网络总容量、用户数、覆盖面积和信道资源分配等方面要求的变化，同时要结合光子器件的发展水平，研宄低成本光子器件、网络与器件低功耗的技术、物理层的光信号传输与处理技术，以及光网络层面的资源优化与配置技术。
[0004]在现有的TWDM-PON光接入网络结构中，ONU端可以发送不同波长的上行信号，同时可以接收来自OLT的不同波长的下行信号，因此，必须要采用不同于以往ONU的结构。图2是文献中公布的一种典型的TWDM-PON中ONU结构2，包含激光驱动器(laser driver)、光发射次模块(Transmitter Optical Subassembly，T0SA)、光接收次模块(Receiver OpticalSubassembly，ROSA)、线性电放大器(Linear Amplifier,LA)和波分复用器。其中，TOSA包括可调谐DFB光源及控制模块，ROSA包括可调谐光滤波器(tunable filter，TF)、包含APD的光接收机。如果综合看待采用TWDM-PON的光接入网络结构和它的ONU结构，发现它们有如下缺点:
[0005]1，在引入大量波长可调谐发射和接收模块后，整个光接入网络的硬件成本增加，甚至有些光学器件由于成本的要求，还很难大量应用于TWDM-PON中，例如可调谐激光器。且用户侧的硬件成本和用户数成正比，随着用户数的增加，成本线性上升。
[0006]2，在TWDM-PON的标准中，要求用户数可以达到256，甚至更高，由分光器的分光比决定。而用户数的增加，将会导致上下行链路的光功率预算增加，这对光学器件的要求将会更加严苛。例如，分光比为1: 256时，分光损耗的理论下限为24dB，实际损耗将会达到28dB，这将会导致上下行的光功率预算极为紧张。
[0007]3，在运营商具体部署TWDM-PON光接入网络的过程中，还必须考虑初期投资不宜过大，投资随着网络用户数的增加而逐步扩大(pay as you grow)等问题。如果采用现有的结构，分光器的分光比在布网时就已经决定，则很难采用其它方法增加网络用户。即使可以更换分光器，但是整个网络的光功率预算和器件选择是按照原有的分光器进行的，因此就存在更换整个网络中ONU的风险。
[0008]因此需要采用新技术来解决上述问题，一方面，需要降低ONU端成本，另一方面，需要解决TWDM-PON光接入网络的灵活扩展用户数目的问题。
[0009]在降低ONU端成本方面，当前主要针对降低ONU端的可调谐激光器和可调谐光滤波器这两种可调谐器件的成本展开研宄；在可扩容、且操作灵活的TWDM-PON的研宄方面，目前的方案主要是针对OLT端的容量扩展。
[0010]参考文献:
[0011]1，Ning cheng，etal，Flexible TWDM PON system with pluggable opticaltransceiver modules，optics expre.? 22(2):2078-2090(2014).
[0012]2， Ning cheng， etal， World’ s First Demonstrat1n of Pluggable OpticalTransceiver Modules for Flexible TWDM PONs ECOC 2013 pd4-f_4
[0013]
【发明内容】
:
[0014]针对【背景技术】中存在的不足，本发明的实施方式提出了一种基于环形子网扩展的TffDM-PON结构和设备，并给出了该结构中相关设备的控制方法。本发明所提出的光网络架构如图3所示，整个架构包括:光线路终端(110)、1分N光分束器(120)，光网络单元(130)，光网络单元侧子网(140)，主干光纤链路(150)，分支光纤链路(160)。整个结构中，光线路终端(110)、1分N光分束器(120)、主干光纤链路(150)和分支光纤链路(160)是兼容现有TffDM-PON结构的，即可以完全采用现有TWDM-PON结构中的设备和链路。光网络单元侧子网(140)是可以扩展的结构，即它可以暂时不存在，也可以根据用户扩展的需求来扩展。该结构是本发明对现有TWDM-PON结构改进的关键部分。光网络单元侧子网(140)是不能够独立存在的，它必须依附于光网络单元(130)而存在，因此，光网络单元(130)和光网络单元侧子网(140)构成了一个组群，在这个组群中最多可以有1+M个用户，M为光网络单元侧子网(140)中的最大用户数目。图中，光网络单元组群2-N的结构和光网络单元组群I的结构一样，因此，未画出它们的具体结构。这些组群相互独立，如果组群中每个光网络单元(130)都扩充一个光网络单元侧子网(140)，则本发明所提出的整个TWDM-PON结构中，最大可以支持NX (1+M)个用户。
[0015]在本发明所提出的TWDM-PON结构中，光线路终端(110)仍然提供TWDM-PON光接入网络中上下行通信，并提供整个光接入网络的运行和管理功能；1分N光分束器(120)用来通过主干光纤链路(150)和分支光纤链路(160)连接光线路终端(110)和光网络单元(130);光网络单元(130)的个数最多是N个。
[0016]在本发明中，光网络单元(130)不仅能够以TWDM-PON的各个层面的协议发送光接入网络中的上行光信号，并接收下行光信号，同时还将提供扩展的光网络单元侧子网(140)中的各个用户的上行种子光源，因此，我们在实施例中设计了一种能够满足这些条件的光网络单元(130)结构。所设计的光网络单元，如图5所示。其中，1X2电光开关(330)，用于选择可调谐激光器