一种具有共享保护功能的波分复用无源光网络光线路终端

摘要

本发明公开了一种具有共享保护功能的波分复用无源光网络光线路终端，所述光线路终端外部设有两个端口，分别称为主用端口和备用端口，内部包括主光收发模块、备用光收发模块以及控制模块，所述主光收发模块连接主用端口，备用光收发模块连接备用端口，控制模块连接主光收发模块和备用光收发模块；备用光收发模块至少部分光收发单元的光源采用波长可调光源。本发明提供的光线路终端能够以小的冗余器件代价，实现对波分复用无源光网络光线路终端中全部波长光收发器的保护，并且用在具有双纤备份的网络中时能够实现对馈线光纤的故障保护倒换及对分配光纤的局部故障的局部恢复，甚至能够实现对网络中多处并发故障的恢复。

说明书

技术领域

本发明涉及无源光网络，尤其涉及波分复用无源光网络的光线路终端。

背景技术

光纤接入技术是实现下一代宽带接入网络的主要技术之一，具有高带宽，大容量，高可靠，服务质量好等特点，便于实现语音、数据、视频等的多网合一。随着接入网所承载的业务种类和带宽的增加，尤其是可能的语音业务的并入，使得对其可靠性的要求越来越高，具体的表现在对网络生存性要求的提高，即要求网络在出现故障时具有冗余保护和快速恢复能力，即使在出现灾难性事故的情况下也应能最大限度地保持通信。从网络成本的角度考虑，还要以小的代价实现这样的保护。

在无源光网络(以下简称PON)技术中，目前主要存在波分复用无源光网络(以下简称WDM-PON)和时分复用无源光网络(以下简称TDM-PON)两种技术，TDM-PON技术相对成熟，带宽利用率高，器件成本相对较低，已有比较广泛的应用；而WDM-PON可为每个接入终端提供更高的带宽，扩展性好，可为未来的网络应用升级扩展提供保证，可以说是未来光接入网的发展趋势，但其元件成本相对较高，且对光带宽资源的使用率相对较低，尽管如此各种低成本多波长光源方案的提出使得WDM-PON的实用化已成为可能。此外，无论是TDM-PON技术还是WDM-PON技术，能够接入的最大用户数目均受到功率和带宽的限制，这对于某些高密度接入的场合应用仍存在限制，如在人口密度大的城市小区、高层建筑内、公司、院校等场合要单纯利用TDM-PON或者WDM-PON技术实现真正的光纤到户或者光纤到桌面目前仍存在困难。相比之下，TDM-PON与WDM-PON技术的混合使用可在保证带宽的前提下实现多达几百甚至几千的用户接入数目，具有更高的带宽资源利用率以及较高的性价比，并可为TDM-PON到WDM-PON的升级过程提供平滑的过渡。

光接入网主要由光线路终端(以下简称OLT)、光纤分配网(以下简称OND)及相应的链路节点(通常包括一个远端节点(以下简称RN))和光网络单元(以下简称ONU)/光网络终端(以下简称ONT)几部分组成，对光接入网的冗余保护亦可针对这几部分分别进行，由于OLT和光纤分配网络中光主干/馈线光纤部分的故障会影响到网络中所有用户的接入，因此在考虑网络保护的时候通常是首先要考虑的部位。又由于对光纤部分的保护除了采用双倍的光纤甚至相互独立的路由之外，通常有OLT或ONU端提供监控倒换功能来配合实现对光纤链路的保护和恢复，因此具有保护功能的OLT是实现网络保护和恢复的关键。

目前对TDM-PON中OLT的保护可以采用双倍的光收发模块或双倍的OLT来实现，因为OLT中只有一对光收发模块所以即便采用双倍冗余其成本的增加相对于整个网络还不算显著，但对WDM-PON中OLT的保护若也采用双倍冗余则其所需增加的成本将成为该方案实现的主要限制，同时其保护效率也太低。目前，WDM-PON有利用不同PON的OLT的相互备份实现对光纤故障的保护的，有在OLT或ONU中提供倒换功能实现对冗余光纤光路的保护的，也有在OLT中使用冗余的光源对OLT中其它固定波长光源进行保护的，既可对OLT中的光收发器进行保护也可对光纤故障进行保护的方案尚未见到。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中对PON保护的局限性，本发明提供一种适用于WDM-PON的具有共享保护功能的OLT，其能够以较小的冗余代价为网络提供灵活的和更为全面的保护。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种具有共享保护功能的波分复用无源光网络光线路终端，其外部设有两个端口，分别称为主用端口和备用端口，主用端口的上/下行工作波长数目为m个，备用端口的上/下行工作波长数目为n个，内部包括主光收发模块、备用光收发模块，以及控制模块，内部通过以下连接方式实现两个端口可彼此单独工作、相互备份、亦可同时工作的功能。主光收发模块发送波长为λ₁～λ_m的下行信号、接收波长为λ₁’～λ_m’的上行信号，连接主用端口；备用光收发模块包括一个或多个光收发单元，发送波长为Λ₁～Λ_n的下行信号、接收波长为Λ₁’～Λ_n’的上行信号，连接备用端口，其光收发单元的(可调)波长范围至少要覆盖主用端口所有需要保护的波长范围，对于光源的(可调)波长范围亦可处于所述主用端口需要保护的发送波长范围平移远端节点的自由谱区间(以下简称FSR)的非零整数倍后所处的波长范围，全部或部分光收发单元的光源采用波长可调光源；控制模块接收来自主光收发模块和备用光收发模块的反馈信号并控制主光收发模块和备用光收发模块的收发，分别与主光收发模块和备用光收发模块的控制端连接。该种连接方式的OLT称为主-备OLT。

所述OLT还可以包括一个用于光路选择及倒换的2×2(g×h表示具有g个输入端口和h个输出端口，或者具有h个输入端口和g个输出端口)光路倒换模块，所述主光收发模块和备用光收发模块通过2×2光路倒换模块分别连接主用端口和备用端口，所述控制模块还控制2×2光路倒换模块的倒换，连接2×2光路倒换模块的控制端。该种连接方式的OLT称为主-备-倒换OLT。

所述主光收发模块可采用现有的各种WDM-PON的OLT中光收发模块的结构，如采用由法布里-珀罗激光器阵列(以下简称FP-LD阵列)、阵列波导光栅(以下简称AWG)和宽带光源组成的光收发阵列结构，也可采用相比可调光源成本较低的发送波长分别为λ₁～λ_m的固定波长光源的结构，并使用复用器将所有发送的波长复用到一根光纤中，类似的使用解复用器将波长为λ₁’～λ_m’的下行信号接收到各个光检测器中。这里上/下行信号可在光收发单元内部组合，亦可在复用器/解复用器的输出/输入端用光环行器或宽带合波器进行组合。

以上所述备用光收发模块的光收发单元个数可以不大于主光收发模块中需要保护的光收发单元个数，光收发单元的收发信号通过耦合器或光环形器组合起来(根据上/下路波长Λ_i’和Λ_i，n≥i≥1，之间的关系来选择使用波长无关型的耦合器或波长相关的耦合器，亦称宽带复用器/合波器)。n＝1时，OLT具有最高的保护效率，在网络中OLT与光纤链路的故障率很低的情况下推荐使用；n＞1时，还需使用合路器或者光开关和复用器将多路信号合为一路与备用端口相连；在n个光源均为可调光源的情况下，需使用n×m的光开关将这些光收发单元与复用器的m个输入端口相连，在备份光收发模块中使用n’个固定波长光源的情况下，使用(n-n’)×m的光开关将可调光收发单元与复用器的m个输入端口相连。在n＝1时，或使用合路器在n＞1时将多路信号合为一路的情况下，需使用波长可调光检测器，其带宽小于信道间隔。所述波长可调光源的波长调节范围要覆盖主用端口所有需要保护的发送波长所占据的波长范围，或者覆盖所述发送波长范围平移远端节点FSR的非零整数倍后所处的波长范围，波长可调光检测器的波长调节范围要覆盖主用端口所有需要保护的接收波长所占据的波长范围；所述波长可调光检测器可由一个宽带光检测器和一个可调滤波器组成。

有益效果：本发明提供的OLT，采用共享保护技术能够提高WDM-PON的保护效率，尤其是在备用光收发模块中光收发单元的数目n＝1时，可以以最小的冗余度实现对OLT中所有工作波长光收发单元的保护；在网络中采用双纤备份的情况下使用本发明提供的OLT时，还可对主干/馈线光纤和分配光纤故障实现恢复，对于一些分配光纤的局部故障可以在不影响其它正常工作ONU的情况下实现局部恢复，并可实现对网络中多处并发故障的恢复；备用光收发模块中采用统一的光收发单元设计能够减少OLT所需备用器件的类型和数量，同时降低OLT的内部装配及其与外部器件连接的复杂程度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为主光收发模块的结构示意图；

图3为备用光收发模块的结构示意图；

图4为使用本发明提供的OLT的WDM-PON网络在几种网络故障情况下实现恢复的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

图形中的字母及符号说明：

如图1所示为两种具有共享保护功能的用于WDM-PON的OLT，外部设有主用端口和备用端口。主用端口的需保护的上/下行工作波长数目为m个(这里以全部波长需要保护为例)，分别记为λ₁’～λ_m’和λ₁～λ_m，其中m＞1；备用端口的上/下行工作波长数目为n个，分别记为Λ₁’～Λ_n’和Λ₁～Λ_n，其中m≥n≥1，其通过图1(a)或图1(b)的连接方式实现两个端口可彼此单独工作、相互备份、亦可同时工作的功能。如图1(a)所示为主-备OLT，包括主光收发模块、备用光收发模块及控制模块，其中主光收发模块发送波长为λ₁～λ_m的下行信号，接收波长为λ₁’～λ_m’的上行信号，通过主用端口连接主用光纤；备用光收发模块包括一个或多个光收发单元，全部或部分光收发单元的光源采用波长可调光源，其发送波长为Λ₁～Λ_n的下行信号，接收波长为Λ₁’～Λ_n’的上行信号，通过备用端口连接备用光纤；控制模块连接主光收发模块和备用光收发模块的控制端口，控制主光收发模块和备用光收发模块的收发。图1(b)为主-备倒换OLT，相比图1(a)中的结构增加了作为一个2×2光路倒换模块使用的2×2光开关，用于光路的选择及倒换，同样由控制模块进行控制。

如图2所示为图1结构中的主光收发模块的三种结构示意图。图2(a)采用发送波长分别为λ₁～λ_m且接收波长分别为λ₁’～λ_m’的固定波长光收发器，并使用复用器/解复用器将所有下行信号和上行信号进行复用和解复用。图2(b)采用光源与光检测器分开的结构，上/下路光信号在复用器/解复用器的输出/入端通过光环行器进行组合，而图2(c)则是上/下路光信号在复用器/解复用器的输出/入端通过宽带合波器进行组合。

如图3所示为图1结构中的备用光收发模块的三种结构示意图。其中图3(a)为备用收发模块的最简单结构，由一个波长可调光源(可带隔离器)和一个波长可调光检测器通过耦合器(或光环形器)将收发信号组合起来，所述波长可调光源由一个波长可调激光器构成，所述波长可调光检测器由一个可调滤波器和一个光检测器构成，所述耦合器可根据上/下路波长之间的关系来选择；使用该结构的备用光收发模块的OLT具有最高的保护效率，在OLT与光纤链路的故障率很低的情况下推荐使用。所述波长可调光源的波长调节范围要覆盖主用端口所有需要保护的发送波长所占据的波长范围，或者覆盖所述发送波长范围平移远端节点FSR的非零整数倍后所处的波长范围，波长可调光检测器的波长调节范围要覆盖主用端口所有需要保护的接收波长所占据的波长范围。图3(b)为备用光收发模块中具有n个波长的光收发单元时的一种结构，其使用n×m的光开关将n个光收发单元端口与复用器的m个输入端口相连，并将多路信号合为一路与备用端口相连。图3(c)为备用光收发模块中具有n个波长的光收发单元时的另一种结构，其使用一个合路器将多路信号组合起来，该结构在n的值较小时可以采用。

图4为使用本发明提供的OLT的WDM-PON网络在几种网络故障情况下实现恢复的情形，其中实线为可正常通信的光纤，虚线为有断点的光纤，不可正常通信。图4(a)为网络局部故障时的恢复情形，OLT中主光收发模块中出现个别光收发单元故障或/和所连接的相应ONU的分配光纤出现故障时，可利用备用光收发模块的光收发单元收发相应故障波长的信号实现恢复；如图4(a)所示，当OLT的主光收发模块中TRx₂或/和与其对应的上、下行工作波长为λ₂’和λ₂的ONU₂所连接的分配光纤出现故障时，备用光收发模块(这里采用了单个光收发单元的最简结构)通过收发波长为λ₂’和λ₂的信号实现网络功能的恢复；利用这种结构的OLT在对这种局部故障进行恢复时可以不影响其它波长(此例中的下行信号λ₁、λ₃...λ_m，上行信号λ₁’、λ₃’...λ_m’)的正常工作。图4(b)为馈线光纤故障情况下的网络恢复情形，以采用主-备-倒换OLT为例，经过2×2光路倒换模块的切换，主光收发模块中的信号可以经备用光纤链路与各ONU相通。图4(c)为分配光纤出现多处故障的情况下的恢复情形，以采用主-备-倒换结构OLT为例，采用只有一个光收发单元的备用光收发模块，如图所示，当连接ONU₁和ONU₂的主分配光纤及连接ONU_m的备用分配光纤均出现故障时，OLT可通过2×2光路倒换模块的倒换将下路波长λ₁...λ_m-1且上路波长为λ₁’...λ_m-1’的信号倒换到备用光纤上去传输，而利用备用收发模块收发λ_m’、λ_m波长信号经主分配光纤与ONU_m通信，实现整个网络的恢复；类似的当OLT中使用具有n个光收发单元的备用光收发模块时，至少可以实现对网络中包括主光收发模块的光收发单元故障和分配光纤单纤故障在内的2n+1个局部故障的完全恢复。图4(d)所示为本发明提供的OLT用在具有环形拓扑结构的网络中时出现环上光纤链路故障时的恢复情形，当环上将ONU₁₁和ONU₁₂连接起来的光纤链路出现断纤时，若这两个ONU都使用上/下路波长λ₁’/λ₁，在TDM/WDM-PON中，则可利用OLT两个端口同时收发λ₁’、λ₁实现受影响的ONU₁₂的业务恢复。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。