專利名稱：基于正交調制碼型的全光虛擬專網的系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種光纖通信技術領域的系統，具體涉及一種基于正交調制 碼型的全光虛擬專網的系統。
背景技術：
利用現有的低成本光器件，無源光網(PON)因其結構簡單成本低廉，己經 成為用戶實現寬帶接入的優選方案。傳統上，它采用樹形拓撲結構，光線路終端 (0LT)或者中心局通過一根長光纖向遠端節點(RN)傳遞服務，在遠端節點光 功率被分路并進一步傳輸至許多光網絡單元(0NU)，每個光網絡單元可以為多個 用戶提供服務。為了進一步提高網絡靈活性和可靠性，需要支持光網絡單元內部 通信和組建全光虛擬專用網(VPN)。虛擬專網是近年來快速發展的新興互聯網業 務，它綜合利用了現有網絡資源，在低投入的情況下充分滿足了客戶組建專網、 私有通信的需求。在無源光網絡中支持全光虛擬專網是一種有效提高虛擬專網業 務吞吐量和降低吋延的有效方法，同時由于專網信號與非專網信號在物理層相隔 離，提供了比傳統虛擬專網更高的安全性。為滿足實際應用中連接多個無源光網 的虛擬專用網的需求，使虛擬專用網覆蓋更廣的區域，提供更加有效的接入服務， 現有技術中提出了在兩個以上無源光網絡間實現全光虛擬專網的方法。
經對現有技術文獻的檢索發現，發表在Optical Fiber Communication Conference 2007 (2007光纖通信會議)中的文章"Optical VPN Connecting ONUs in Different PONs (連接不同無源光網內的光線路終端的全光虛擬專網)"中， 提出了一種在兩個以上無源光網絡間實現全光虛擬專網的網絡結構，該結構采用 一個由兩個以上發射機和接收機以及一個多路動態波長反射器組成的光線路終 端，經過一根光纖，和一個與發射機個數比例的光耦合器構成的遠端節點相連， 遠端節點輸出分別連接對應無源光網，構成網絡的第一級；在每個無源光網內， 來自遠端節點的饋線通過一個陣列波導光柵(AWG)與若干個光網絡單元相連， 構成網絡的第二級。兩級樹型網絡結構和一個多路的動態波長反射器，第一級釆
用時分復用(TDM)，第二級采用波分復用(WDM)，第二級的所有無源光網全部工 作在突發模式，使上行數據和虛擬光網數據在時間上交織在一起。
該技術采用時分復用和波分復用相結合的兩級網絡結構，可以覆蓋更大的接 入范圍，在更廣大的區域實現全光虛擬專用網的連接；通過動態調度反射器來實 現虛擬專網通信，對調制碼型透明，靈活性高。但存在以下缺點由于動態反射 器包含的兩個1: n+l耦合器和n個馬赫曾德調制器(MZM)所造成較高損耗，限 制了每個光網絡單元(0NU)所能接收到的光信號功率，導致其所能支持的用戶 數量有限，擴展性較差；光網絡單元發射的上行數據和虛擬專網數據要以時分復 用的方式輪流發送，對數據以及動態反射器的調度都比較復雜，通信效率不高。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種基于正交調制碼型的全 光虛擬專網的系統，使其通過位于光線路終端(0LT)的多個級聯的光纖布拉格 光柵(FBG)，由位于較低一級的不同的無源光網內的光網絡單元組成全光虛擬專 網，每個光網絡單元的上行數據和虛擬專網數據可同時傳輸，通信效率高，調度 簡單，同時位于光線路終端的雙向光放大器有效地補償了由長途傳輸帶來的光功 率損耗，增加了所能夠支持的用戶數量，具有較高的擴展性。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括光線路終端、饋線光纖、
遠端節點、陣列波導光柵(AWG)、分布光纖和光網絡單元，所述陣列波導光柵、 分布光纖和光網絡單元構成無源光網，光線路終端的輸出端口通過饋線光纖和遠 端節點輸入端相連，遠端節點輸出端分別連接對應無源光網，構成網絡的第一級； 遠端節點的輸出端通過陣列波導光柵、分布光纖與若干個光網絡單元的輸入輸出 端口相連，構成網絡的第二級。
所述的光線路終端，包括第一環行器、2X1光耦合器、光纖布拉格光柵 (FBG)、雙向光放大器， 一個2X1光耦合器的第一輸入端口與第一環行器的端 口相連，2X1光耦合器的第二輸入端口與多個級聯的光纖布拉格光柵相連，2 XI光耦合器的輸出端口與一個雙向光放大器的一個端口相連，雙向光放大器的 另一個端口即為光線路終端的輸出端口。
所述光網絡單元，包括第二環行器、幅移鍵控/頻移鍵控發射機、第二接 收機、低通濾波器，連接關系為第二環行器的第一個端口與幅移鍵控/頻移鍵
控發射機輸出端口相連，第二環行器的第二個端口作為光網絡單元的輸入輸出端 口，第二環行器的第三個端口與第二接收機輸出端相連，低通濾波器輸入端與第 二接收機輸出端相連，發射至光網絡單元的下行數據和虛擬專網數據均由第二接 收機接收，其中下行數據由第二接收機解調后得到，虛擬專網數據先由第二接收 機解調得到的電信號再經過一個低通濾波器得到；光網絡單元發射的上行數據/ 虛擬專網數據，由上行數據和虛擬專網數據同時驅動幅移鍵控/頻移鍵控發射機 得到，再經過第二環行器，由光網絡單元的輸入輸出端口發射出去。
所述的光線路終端，還包括n個發射機、發射端的陣列波導光柵、接收端 的陣列波導光柵、n個第一接收機，其中n個發射機的輸出端與一個發射端的陣 列波導光柵相連，發射端的陣列波導光柵與第一環行器的端口相連，第一環行器 的端口通過一個接收端的陣列波導光柵與n個第一接收機相連。
所述第一環行器，包括三個端口，第一端口與發射端的陣列波導光柵相連， 第二端口與2X1光耦合器的第一輸入端口相連，第三端口與接收端的陣列波導 光柵相連。
所述第一級采用時分復用(T匿)，第二級采用波分復用(WDM)，第二級的所 有波分復用無源光網全部工作在突發模式。
所述遠端節點，由與發射機個數成比例的l:n光耦合器構成。
所述的光線路終端，其內部的每一個發射機對應一個第一接收機，每一個發 射機和一個第一接收機對應相同的波長。
所述的光網絡單元，每個光網絡單元分配一波長，其中的每一個第二接收機， 對應于相應的波長。
所述的光網絡單元，在同一個無源光網絡中的每個光網絡單元均占用不同的 波長；在不同的無源光網絡中，多個光網絡單元可以對應于相同的波長。
所述的幅移鍵控/頻移鍵控發射機，由一個頻移鍵控發射機連接一個調制光 強的外調制器組成，頻移鍵控發射機在虛擬專網數據的控制下產生頻移鍵控信 號，頻移鍵控光信號傳輸到調制光強的外調制器，頻移鍵控信號光強再由上行數 據控制，得到幅移鍵控/頻移鍵控正交調制碼型光信號。
所述的幅移鍵控/頻移鍵控發射機，發射出的信號頻譜的兩個峰的波長間隔 很近，它們由陣列波導光柵的同一個出口輸出。
連通性故障后，還要執行相應的處理操作，包括通知UPE切換到對應的另一 PW上，以保證業務的正常進行。這種對于PW的批量切換處理既可以由專 門設置的服務器來完成，也可由UPE來完成，其具體實現為UPE或者服 務器獲取所述UPE和所述NPE之間的全部PW;對于任一連接雙歸屬UPE 的PW執行切換，將對應的另一PW設置為激活PW;隨后，UPE就可以通 過激活PW發送/接收報文，故障的PW不會對業務造成影響。而對于UPE 不是雙歸屬的情況，顯然無需也無法切換，但同樣可以采用本實施例中所提 供的故障檢測方法。
對于檢測到連通發生故障的情況，較佳的，還可以包括將所述UPE和所 述NPE之間的PW批量標記為故障PW的步驟。
以及，在激活PW設置完成后，較佳的，還可以包括對故障PW進行檢 測的步驟，當檢測到故障恢復時，將該故障PW設置為就緒PW，以備該UPE 的下一次切換。
通過上述對UPE和NPE之間PW故障的檢測處理方法的實施例，可以 看出其提供了一種實際可行的雙歸屬UPE進行PW檢測切換的方案，通過對 隧道或者路由的連通性進行檢測，取代對PW的分別檢測，無需逐一對PW 建立檢測會話，簡化了對UPE和NPE之間PW進行檢測的復雜度，提高了 網絡穩定性；同時，不再逐個等待故障指示進行相應的PW切換，而是對連 通發生故障的設備所屬的PW批量執行切換，簡化了切換的復雜度，也避免 了同時多個PW發生故障時產生切換競爭，提高了處理效率。
下面通過一個具體的實施例來描述對UPE和NPE之間的PW故障的檢 測處理方法，通過UPE完成PW切換過程。如圖5所示，包括以下步驟
步驟201、在UPE中配置VSI列表(VSI-ARRAY);
所謂UPE，是相對于列表中的VSI而言的，該PE設備在列表中的VSI 中，都是作為UPE參與組網。
該VSI列表的列表元素為此UPE設備所屬的全部VSI，且每一 VSI項 下都有自己的PW列表，分別記錄該VSI中，以此UPE D4作為一端的PW 列表；如圖6所示VSI1中，UPE D4通過PW1與左側NPE C4連接，通過 PW2與右側NPE C5連接；VSI2中，UPE D4通過PW1與左側NPE C4連接， 通過PW2與右側NPEC5連接；則該UPED4的VSI列表中，包括兩個列表
圖l為本發明網絡結構圖2為本發明中光網絡單元結構圖3為本發明實施例示意圖4為本發明實施例結果圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明:本實施例在以本發明技術方案 為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護 范圍不限于下述的實施例。
如圖1或2所示，本實施例包括光線路終端1、饋線光纖2、遠端節點3、
陣列波導光柵(AWG) 5、分布光纖6和光網絡單元7，所述陣列波導光柵5、分 布光纖6和光網絡單元7構成無源光網4，光線路終端l的輸出端口通過饋線光 纖2和遠端節點3輸入端相連，遠端節點3輸出端分別連接對應光網絡單元7 的輸入輸出端口，構成網絡的第一級；遠端節點3的輸出端通過陣列波導光柵5、 分布光纖6與若干個光網絡單元7的輸入輸出端口相連，構成網絡的第二級。
所述的光線路終端l，包括第一環行器IO、 2X1光耦合器11、光纖布拉 格光柵14、雙向光放大器15， 一個2X1光耦合器11的第一輸入端口與第一環 行器10的端口相連，2X1光耦合器11的第二輸入端口與多個級聯的光纖布拉 格光柵(FBG) 14相連，2X1光耦合器11的輸出端口與一個雙向光放大器15 的一個端口相連，雙向光放大器15的另一個端口即為光線路終端1的輸出端口
所述光網絡單元7，包括第二環行器16、幅移鍵控/頻移鍵控發射機17、 第二接收機18、低通濾波器19，連接關系為第二環行器16的第一個端口與幅 移鍵控/頻移鍵控發射機17輸出端口相連，第二環行器16的第二個端口作為光 網絡單元7的輸入輸出端口，第二環行器16的第三個端口與第二接收機18輸出 端相連，低通濾波器19輸入端與第二接收機18輸出端相連，發射至光網絡單元 7的下行數據和虛擬專網數據均由第二接收機18接收，其中下行數據由第二接 收機18解調后得到，虛擬專網數據由第二接收機18解調得到的電信號再經過一 個低通濾波器19得到；光網絡單元7發射的上行數據/虛擬專網數據，由上行數 據和虛擬專網數據同時驅動幅移鍵控/頻移鍵控發射機17得到，再經過第二環行
器16，由光網絡單元7的輸入輸出端口發射出去。
所述的光線路終端l，還包括n個發射機8、發射端的陣列波導光柵9、接 收端的陣列波導光柵12、 n個第一接收機13，其中n個發射機8的輸出端與一 個發射端的陣列波導光柵9相連，發射端的陣列波導光柵9與第一環行器10的 端口相連，第一環行器10的端口通過一個接收端的陣列波導光柵12與n個第一 接收機13相連。
所述第一環行器10，包括三個端口，第一端口與發射端的陣列波導光柵9 相連，第二端口與2X1光耦合器11相連，第三端口與接收端的陣列波導光柵 12相連。
所述第一級采用時分復用(TDM)，第二級采用波分復用(WDM)，第二級的所 有波分復用無源光網4全部工作在突發模式。
所述遠端節點3，由與發射機個數成比例的1 :n光耦合器構成。
所述多個級聯的光纖布拉格光柵14，將攜帶虛擬專網數據的部分光信號反 射回光網絡單元7，形成連接多個無源光網4的全光虛擬專網，其反射波長對應 于每個光網絡單元7中幅移鍵控/頻移鍵控發射機17發射出的信號頻譜中 一個波 長大的波峰，另一個波長小的波峰通過光纖布拉格光柵14。
如圖1和圖2所示，不同的無源光網4使用不同的時隙進行通信,通過遠端 節點3的1: n耦合器耦合在一起，傳輸至光線路終端l。在某個無源光網4中 的光網絡單元7 ( A J中由幅移鍵控/頻移鍵控發射機17發射攜帶上行數據和虛 擬專網數據的幅移鍵控/頻移鍵控正交調制碼型信號(光譜上的兩個峰，波長分 別為A/和、，且A々A/ )，經過陣列波導光柵5耦合進一根光纖，再經過 遠端節點3和饋線光纖2傳輸至光線路終端1。在光線路終端1內，光信號經過 雙向光放大器15放大，被2X1光耦合器11分為兩部分。 一部分幅移鍵控/頻移 鍵控正交調制碼型信號經過環行器10和接收端的陣列波導光柵12被相應的第一 接收機13 ( A》接收；另一部分幅移鍵控/頻移鍵控正交調制碼型信號中波長為 入Z的光通過光纖布拉格光柵14被丟棄，而波長為、的光被光纖布拉格光柵 14 (AJ反射回來，經過2X1光耦合器11，再次被雙向光放大器15放大，傳 輸至遠端節點3，然后廣播至所有無源光網4，被所有的波長為、的光網絡單 元7接收到。
如圖3所示，是本實施例光網絡單元7發射的上行通信和虛擬光網通信同時 進行的過程和下行通信的過程。
在光網絡單元7發射的上行通信和虛擬光網通信同時進行的過程中，以速率 625Mb/s長度為27-1的偽隨機序列非歸零碼"數據1"作為虛擬專網數據，以速 率5Gb/s長度為231-1的偽隨機序列非歸零碼"數據2"作為上行數據，在右下 方的光網絡單元7內，幅移鍵控/頻移鍵控發射機17由一個頻移鍵控發射機23 連接一個馬赫曾德調制器24組成。頻移鍵控發射機23由兩個發射機20、 21和 一個1X2光耦合器22組成的，頻移鍵控發射機23在虛擬專網數據(數據l) 的控制下產生頻移鍵控信號。具體原理為發射機20和發射機21的波長分別為 1549. 36nm和1549. 49nm，邏輯互補的電信號數據1和數據1，分別驅動兩個發 射機，得到兩路光強互補的光信號，經過1 X2光耦合器22耦合成為一路頻率受 數據1控制的頻移鍵控光信號。頻移鍵控光信號傳輸到馬赫曾德調制器24，頻 移鍵控信號光強由上行數據(數據2)控制，得到幅移鍵控/頻移鍵控正交調制 碼型光信號，其中馬赫曾德調制器24調制消光比控制在5dB左右。該幅移鍵控/ 頻移鍵控正交調制碼型光信號經過12. 5km分布光纖6和陣列波導光柵5到達遠 端節點3，通過一段12.5km饋線光纖2傳輸，到達光線路終端l，光信號在光線 路終端1內部，被雙向光放大器15放大后，經2X1光耦合器11分為兩路，一 路光信號經過環行器10被光線路終端的第一接收機13接收;另一路光信號中波 長為1549. 36nm的部分通過光纖布拉格光柵14被丟棄，波長為1549. 49nm的部 分被光纖布拉格光柵14反射回去，再次經過2X 1光耦合器11并被雙向光放大 器15放大，向光網絡單元7方向傳輸。被反射的虛擬專網信號(波長1549. 49nm) 在到達遠端節點3時，被遠端節點3分為多路，廣播至所有的波分復用無源光網 4，并被其中波長在1549. 49nm附近的光網絡單元7接收到,經過第二接收機18 接收和低通濾波器19濾波，得到虛擬專網數據。
在下行通信時，以速率10Gb/s長度為231-1的偽隨機序列非歸零碼"數據3" 作為下行數據，光線路終端1中的發射機8由激光器25連接一個馬赫曾德調制 器26構成，激光器25所發射的光信號(1549. 49nm)被馬赫曾德調制器26調 制，其信號強度由下行數據(數據3)控制，輸出光信號經過環行器10、 2X1 耦合器11以及雙向光放大器15注入饋線光纖2，再經過遠端節點3廣播至所有的波分復用無源光網4，并被其中波長在1549. 49nm附近的光網絡單元7接收到， 經過第二接收機18接收，得到下行數據。
如圖4所示，是本實施例結果圖。圖4(a)為在圖3中光網絡單元7內的幅 移鍵控/頻移鍵控發射機所發射的幅移鍵控/頻移鍵控正交調制碼型信號眼圖，消 光比約為5dB;圖4(b)為光線路終端1接收到的幅移鍵控/頻移鍵控正交調制碼 型信號，與(a)相比光噪聲略大，并且可以觀察到大約55ps的色散；圖4(c)為幅 移鍵控/頻移鍵控正交調制碼型光信號被光纖布拉格光柵14反射的部分光信號 眼圖，為三光平眼圖，其中下半部分為所需要的虛擬專網信號的眼圖，上半部分 為殘留的上行數據信號；圖4(d)為圖4(c)經過傳輸后返回至光網絡單元7處， 觀察到的光信號眼圖，與(c)相比，光噪聲略大；圖4(e)為圖4(c)光信號被接收 機解調，再經過一個650MHz的低通濾波器濾波后的電信號眼圖，可以看到經過 濾波后由(c)中的三光平信號變為兩電平信號；圖4 (f)為圖4 (d)光信號被接收機 18解調，再經過一個650MHz的低通濾波器19濾波后的電信號眼圖，比(e)光噪 聲略大；圖4(g)為光線路終端l所發射的下行光信號眼圖；圖4(h)為光網絡單 元7所接受到的下行光信號眼圖，與(g)相比可以看到由色散和光噪聲造成的眼 圖質量劣化。圖中的所有眼圖張開度良好，均可實現無誤碼傳輸。
權利要求
1、一種基于正交調制碼型的全光虛擬專網的系統，包括光線路終端、饋線光纖、遠端節點、陣列波導光柵、分布光纖和光網絡單元，所述陣列波導光柵、分布光纖和光網絡單元構成無源光網，光線路終端的輸出端口通過饋線光纖和遠端節點輸入端相連，遠端節點連接對應無源光網，遠端節點的輸出端通過陣列波導光柵、分布光纖與若干個光網絡單元的輸入輸出端口相連，其特征在于，所述的光線路終端，包括第一環行器、2×1光耦合器、光纖布拉格光柵、雙向光放大器，一個2×1光耦合器的第一輸入端口與第一環行器的端口相連，2×1光耦合器的第二輸入端口與多個級聯的光纖布拉格光柵相連，2×1光耦合器的輸出端口與一個雙向光放大器的一個端口相連，雙向光放大器的另一個端口即為光線路終端的輸出端口；所述光網絡單元，包括第二環行器、幅移鍵控/頻移鍵控發射機、第二接收機、低通濾波器，連接關系為第二環行器的第一個端口與幅移鍵控/頻移鍵控發射機輸出端口相連，第二環行器的第二個端口作為光網絡單元的輸入輸出端口，第二環行器的第三個端口與第二接收機輸出端相連，低通濾波器輸入端與第二接收機輸出端相連，發射至光網絡單元的下行數據和虛擬專網數據均由第二接收機接收，其中下行數據由第二接收機解調后得到，虛擬專網數據由第二接收機解調得到的電信號再經過一個低通濾波器得到；光網絡單元發射的上行數據/虛擬專網數據，由上行數據和虛擬專網數據同時驅動幅移鍵控/頻移鍵控發射機得到，再經過第二環行器，由光網絡單元的輸入輸出端口發射出去。
2、 根據權利要求1所述的基于正交調制碼型的全光虛擬專網系統，其特征 是，所述的光線路終端，還包括n個發射機、發射端的陣列波導光柵、接收端 的陣列波導光柵、n個第一接收機，其中n個發射機的輸出端與一個發射端的陣 列波導光柵相連，發射端的陣列波導光柵與第一環行器的端口相連，第一環行器 的端口通過一個接收端的陣列波導光柵與n個第一接收機相連。
3、 根據權利要求1或2所述的基于正交調制碼型的全光虛擬專網系統，其 特征是，所述第一環行器，包括三個端口，第一端口與發射端的陣列波導光柵相 連，第二端口與2X1光耦合器的第一輸入端口相連，第三端口與接收端的陣列 波導光柵相連。
4、 根據權利要求1或2所述的基于正交調制碼型的全光虛擬專網系統,其特 征是，所述的光線路終端，其內部的每一個發射機對應一個第一接收機，每一個 發射機和 一個第一接收機對應相同的波長。
5、 根據權利要求1所述的基于正交調制碼型的全光虛擬專網系統，其特征 是，所述的光網絡單元，每個光網絡單元分配一波長，其中的每一個第二接收機， 對應于相應的波長。
6、 根據權利要求1所述的基于正交調制碼型的全光虛擬專網系統，其特征 是，所述的幅移鍵控/頻移鍵控發射機，由一個頻移鍵控發射機連接一個調制光 強的外調制器組成，頻移鍵控發射機在虛擬專網數據的控制下產生頻移鍵控信 號，頻移鍵控光信號傳輸到調制光強的外調制器，頻移鍵控信號光強再由上行數 據控制，得到幅移鍵控/頻移鍵控正交調制碼型光信號。
7、 根據權利要求1或6所述的基于正交調制碼型的全光虛擬專網系統,所 述的幅移鍵控/頻移鍵控發射機，發射出的信號頻譜的兩個峰的波長間隔很近， 它們由陣列波導光柵的同一個出口輸出。
8、 根據權利要求6所述的基于正交調制碼型的全光虛擬專網系統，其特征 是，所述調制光強的外調制器，其輸出消光比小于等于6dB。
9、 根據權利要求1所述的基于正交調制碼型的全光虛擬專網系統，其特征 是，所述多個級聯的光纖布拉格光柵，將攜帶虛擬專網數據的部分光信號反射回 光網絡單元，形成連接多個無源光網的全光虛擬專網，其反射光信號分別對應于 每個光網絡單元中幅移鍵控/頻移鍵控發射機發射出的信號頻譜中一個波長大的 波峰，另一個波長小的波峰通過光纖布拉格光柵。
10、 根據權利要求9所述的基于正交調制碼型的全光虛擬專網系統，其特征 是，所述反射光信號，經過雙向光放大器放大并通過遠端節點廣播至所有的無源 光網，經過無源光網中的陣列波導光柵，被所有波長等于反射光信號波長的光網 絡單元接收到，實現了不同無源光網中光網絡單元的全光虛擬專網的通信，同時 不影響其他波長。
全文摘要
一種光纖通信領域的基于正交調制碼型的全光虛擬專網系統，包括光線路終端、饋線光纖、遠端節點、陣列波導光柵、分布光纖和光網絡單元，所述的光線路終端，包括第一環行器、2×1光耦合器、光纖布拉格光柵、雙向光放大器，一個2×1光耦合器的第一輸入端口與第一環行器的端口相連，2×1光耦合器的第二輸入端口與多個級聯的光纖布拉格光柵相連，2×1光耦合器的輸出端口與一個雙向光放大器的一個端口相連，雙向光放大器的另一個端口即為光線路終端的輸出端口，本發明實現每個光網絡單元的上行數據和虛擬專網數據同時傳輸，通信效率高，調度簡單；同時雙向光放大器有效補償了光功率損耗，增加了用戶數量。
文檔編號H04L27/32GK101106510SQ20071004470
公開日2008年1月16日 申請日期2007年8月9日 優先權日2007年8月9日
發明者通 葉, 玥 田, 蘇翼凱 申請人:上海交通大學