一種環(huán)形子網(wǎng)擴展的twdm-pon結(jié)構(gòu)、設(shè)備及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光通信和光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，特別涉及時分與波分混合的無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]時分復用-無源光網(wǎng)絡(luò)(TimeDivis1n Multiplexing-PassiveOptical Network, TDM-PON)和波分復用-無源光網(wǎng)絡(luò)(Wavelength Divis1nMultiplexing-Passive Optical Network, WDM-PON)是光接入領(lǐng)域兩種重要的技術(shù)。在光接入網(wǎng)絡(luò)速率從lOGbit/s到40Gbit/s演進的過程中，時分-波分復用-無源光網(wǎng)絡(luò)(Time-Wavelength Divis1n Multiplexing-Passive Optical Network, TWDM-PON)被認為是一種兼具性能和經(jīng)濟性的有效方案，它結(jié)合波分復用(Wavelength Divis1nMultiplexing，WDM)波長維度的資源擴充方法和時分復用(time divis1n multiplexing,TDM)技術(shù)帶寬分配靈活的優(yōu)點，形成了一種新型的無源光網(wǎng)絡(luò)。TWDM-PON的典型結(jié)構(gòu)如圖1所述\它由局側(cè)的光線路終端(optical line terminal，0LT)、用戶側(cè)的光網(wǎng)絡(luò)單元(Optical Network Unit,0NU)或者光網(wǎng)絡(luò)終端(Optical Network Terminal,0NT)以及光分配網(wǎng)絡(luò)(optical distribut1n network, 0DN)組成，現(xiàn)有技術(shù)一般從OLT到ONU或者ONT為上行方向，從ONU或者ONT到OLT為下行方向。考慮到兼容現(xiàn)有0DN，在ODN中往往僅僅采用光分束器，用于將主干光纖鏈路分為多個分支光纖鏈路，達到節(jié)約光纖資源的目的，同時每個用戶都能夠接收到來自O(shè)LT的信號，并向OLT發(fā)送信號。TWDM-PON在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面，最大限度的繼承了原有的XG-PON等TDM-PON技術(shù)的0DN，僅僅將改變集中在OLT和ONU端。從物理層看，TWDM-PON將原有的一個上行波長，一個下行波長的無源光網(wǎng)絡(luò)變成上行四個波長，下行四個波長的多波長復用光接入系統(tǒng)。每個ONU均可以平等的選擇任何四個上行波長之一和四個下行波長之一，因此，原來的帶寬分配變成了帶寬和波長資源的聯(lián)合分配。從協(xié)議層上看，TffDM-PON希望更大限度的兼容原有的XG-PON的TC層協(xié)議。
[0003]2012年，TWDM-PON技術(shù)被確定為下一代光接入網(wǎng)絡(luò)的標準后，世界多個研宄機構(gòu)、知名公司等紛紛對其中的關(guān)鍵技術(shù)進行研宄。由于TWDM-PON技術(shù)面向下一代光接入的應(yīng)用，因此，必須考慮光接入網(wǎng)絡(luò)總?cè)萘?、用戶?shù)、覆蓋面積和信道資源分配等方面要求的變化，同時要結(jié)合光子器件的發(fā)展水平，研宄低成本光子器件、網(wǎng)絡(luò)與器件低功耗的技術(shù)、物理層的光信號傳輸與處理技術(shù)，以及光網(wǎng)絡(luò)層面的資源優(yōu)化與配置技術(shù)。
[0004]在現(xiàn)有的TWDM-PON光接入網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，ONU端可以發(fā)送不同波長的上行信號，同時可以接收來自O(shè)LT的不同波長的下行信號，因此，必須要采用不同于以往ONU的結(jié)構(gòu)。圖2是文獻中公布的一種典型的TWDM-PON中ONU結(jié)構(gòu)2，包含激光驅(qū)動器(laser driver)、光發(fā)射次模塊(Transmitter Optical Subassembly，T0SA)、光接收次模塊(Receiver OpticalSubassembly，ROSA)、線性電放大器(Linear Amplifier,LA)和波分復用器。其中，TOSA包括可調(diào)諧DFB光源及控制模塊，ROSA包括可調(diào)諧光濾波器(tunable filter，TF)、包含APD的光接收機。如果綜合看待采用TWDM-PON的光接入網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和它的ONU結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)它們有如下缺點:
[0005]1，在引入大量波長可調(diào)諧發(fā)射和接收模塊后，整個光接入網(wǎng)絡(luò)的硬件成本增加，甚至有些光學器件由于成本的要求，還很難大量應(yīng)用于TWDM-PON中，例如可調(diào)諧激光器。且用戶側(cè)的硬件成本和用戶數(shù)成正比，隨著用戶數(shù)的增加，成本線性上升。
[0006]2，在TWDM-PON的標準中，要求用戶數(shù)可以達到256，甚至更高，由分光器的分光比決定。而用戶數(shù)的增加，將會導致上下行鏈路的光功率預算增加，這對光學器件的要求將會更加嚴苛。例如，分光比為1: 256時，分光損耗的理論下限為24dB，實際損耗將會達到28dB，這將會導致上下行的光功率預算極為緊張。
[0007]3，在運營商具體部署TWDM-PON光接入網(wǎng)絡(luò)的過程中，還必須考慮初期投資不宜過大，投資隨著網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)的增加而逐步擴大(pay as you grow)等問題。如果采用現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)，分光器的分光比在布網(wǎng)時就已經(jīng)決定，則很難采用其它方法增加網(wǎng)絡(luò)用戶。即使可以更換分光器，但是整個網(wǎng)絡(luò)的光功率預算和器件選擇是按照原有的分光器進行的，因此就存在更換整個網(wǎng)絡(luò)中ONU的風險。
[0008]因此需要采用新技術(shù)來解決上述問題，一方面，需要降低ONU端成本，另一方面，需要解決TWDM-PON光接入網(wǎng)絡(luò)的靈活擴展用戶數(shù)目的問題。
[0009]在降低ONU端成本方面，當前主要針對降低ONU端的可調(diào)諧激光器和可調(diào)諧光濾波器這兩種可調(diào)諧器件的成本展開研宄；在可擴容、且操作靈活的TWDM-PON的研宄方面，目前的方案主要是針對OLT端的容量擴展。
[0010]參考文獻:
[0011]1，Ning cheng，etal，F(xiàn)lexible 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]

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0014]針對【背景技術(shù)】中存在的不足，本發(fā)明的實施方式提出了一種基于環(huán)形子網(wǎng)擴展的TffDM-PON結(jié)構(gòu)和設(shè)備，并給出了該結(jié)構(gòu)中相關(guān)設(shè)備的控制方法。本發(fā)明所提出的光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖3所示，整個架構(gòu)包括:光線路終端(110)、1分N光分束器(120)，光網(wǎng)絡(luò)單元(130)，光網(wǎng)絡(luò)單元側(cè)子網(wǎng)(140)，主干光纖鏈路(150)，分支光纖鏈路(160)。整個結(jié)構(gòu)中，光線路終端(110)、1分N光分束器(120)、主干光纖鏈路(150)和分支光纖鏈路(160)是兼容現(xiàn)有TffDM-PON結(jié)構(gòu)的，即可以完全采用現(xiàn)有TWDM-PON結(jié)構(gòu)中的設(shè)備和鏈路。光網(wǎng)絡(luò)單元側(cè)子網(wǎng)(140)是可以擴展的結(jié)構(gòu)，即它可以暫時不存在，也可以根據(jù)用戶擴展的需求來擴展。該結(jié)構(gòu)是本發(fā)明對現(xiàn)有TWDM-PON結(jié)構(gòu)改進的關(guān)鍵部分。光網(wǎng)絡(luò)單元側(cè)子網(wǎng)(140)是不能夠獨立存在的，它必須依附于光網(wǎng)絡(luò)單元(130)而存在，因此，光網(wǎng)絡(luò)單元(130)和光網(wǎng)絡(luò)單元側(cè)子網(wǎng)(140)構(gòu)成了一個組群，在這個組群中最多可以有1+M個用戶，M為光網(wǎng)絡(luò)單元側(cè)子網(wǎng)(140)中的最大用戶數(shù)目。圖中，光網(wǎng)絡(luò)單元組群2-N的結(jié)構(gòu)和光網(wǎng)絡(luò)單元組群I的結(jié)構(gòu)一樣，因此，未畫出它們的具體結(jié)構(gòu)。這些組群相互獨立，如果組群中每個光網(wǎng)絡(luò)單元(130)都擴充一個光網(wǎng)絡(luò)單元側(cè)子網(wǎng)(140)，則本發(fā)明所提出的整個TWDM-PON結(jié)構(gòu)中，最大可以支持NX (1+M)個用戶。
[0015]在本發(fā)明所提出的TWDM-PON結(jié)構(gòu)中，光線路終端(110)仍然提供TWDM-PON光接入網(wǎng)絡(luò)中上下行通信，并提供整個光接入網(wǎng)絡(luò)的運行和管理功能；1分N光分束器(120)用來通過主干光纖鏈路(150)和分支光纖鏈路(160)連接光線路終端(110)和光網(wǎng)絡(luò)單元(130);光網(wǎng)絡(luò)單元(130)的個數(shù)最多是N個。
[0016]在本發(fā)明中，光網(wǎng)絡(luò)單元(130)不僅能夠以TWDM-PON的各個層面的協(xié)議發(fā)送光接入網(wǎng)絡(luò)中的上行光信號，并接收下行光信號，同時還將提供擴展的光網(wǎng)絡(luò)單元側(cè)子網(wǎng)(140)中的各個用戶的上行種子光源，因此，我們在實施例中設(shè)計了一種能夠滿足這些條件的光網(wǎng)絡(luò)單元(130)結(jié)構(gòu)。所設(shè)計的光網(wǎng)絡(luò)單元，如圖5所示。其中，1X2電光開關(guān)(330)，用于選擇可調(diào)諧激光器