專利名稱：一種光纖通信網絡結構的設計方法及其可擴展的網絡結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及光纖通信和通信網絡技術領域，具體涉及一種新型光纖通信網絡結構的設 計方法及其可靈活擴展的網絡結構。
背景技術：
光纖通信具有大傳輸帶寬、低傳輸損耗和抗電磁干擾等特點，因此它可用于有效支持 高速互聯網、高清晰度數字電視和有線電視業務、數字語音業務、遠程教育、數字圖書館、 遠程醫療、電子商務、智能交通、數據網格與大規模多站點分布式科學計算、智能家庭網、 工業自動化等的應用。此外，由于光纖還具有體積小、重量輕和無電磁輻射的優點，光纖 通信技術在車載數據總線、艦船用局域網、航空與航天數據總線以及其它軍用數據通信網 方面有著重要的應用價值。網絡的拓撲結構設計對于光纖通信網的實現來講是一項非常重 要的工作，因為它將影響到網絡的成本和通信性能、使用時的靈活性和可靠性以及在網絡 維護與維修方面的復雜性。
一般來講，星形結構和環形結構是目前光纖通信網絡經常使用的兩種拓撲結構。環形 結構是指所有通信節點共用一條光纖鏈路，并且光纖鏈路首尾相接形成一個封閉回路的網 絡結構。在此情況下，每個節點通過使用光收發器和光纖分別與它的兩個鄰近節點相連接， 因此每個通信節點所發送的數據信號在光纖環形網上將會沿著一個方向傳輸。對于星形拓 撲結構來講，所有通信節點都需要連接到一個中心節點上，并且各用戶終端必須通過一個 位于中心節點的星形耦合器進行信息交換。因此，這種網絡結構不存在損耗累積的問題， 且易于實現升級和擴容。在實際應用中，采用普通環形結構的光纖網絡卻存在著可靠性差 的問題，因為一旦該網絡上的某個通信節點出現故障或者某一段光纖被損毀，則網絡通信 就會出現中斷。這將無法適用于對通信可靠性具有很高要求的應用環境，例如航空與航天 數據總線、車載數據總線、軍用艦載局域網、銀行部門和公安系統內部的局域網或本地接 入網等。為了改進普通環形網絡的可靠性，在實際應用中光纖通信網一般都采用雙環網結 構或者"自愈合環"技術。這就需要使用光開關器件和更多數量的光纖及其連接器，從而 增加了光纖網絡的成本和復雜性，因此該設計無法滿足在家庭網絡、低成本的局域網和本
4地接入網上的應用要求。此外，鑒于結構復雜性和體積及重量增加的原因，"自愈合環" 技術也不利于在航空與航天數據總線、車載數據總線、坦克用數據總線上的應用。另一方 面，采用星形結構的光纖網絡與環形網相比，具有成本較低、易于實現、通信節點的復雜 性低和可靠性高的優點。此外，無源星型光耦合器還具有將其輸入端口的光信號均勻地分 布到星型耦合器的全部輸出端口之功能，從而大大降低了對光接收機的輸入光信號動態范 圍的要求，這將有助于簡化光接收機的設計和降低成本。因此，采用星形結構的光纖網絡 普遍地被用于支持計算機局域網、航空與航天數據總線、坦克用數據總線或者本地接入網 等的應用。但是，星形網需要將其所有的通信節點連接到一個中心節點(即星型耦合器)上， 才能實現網絡終端設備之間的通信。因此，該網絡存在著可靠性較差和網絡終端設備的位 置分布受限等缺點。例如， 一旦星形光纖網的中心化星型耦合器(即網絡的中心節點)被損 壞/擊毀，則整個網絡的通信就會出現癱瘓，這在坦克、軍用艦艇、軍用指揮車、飛機、 衛星、導彈等方面應用時將會導致重大問題。此外，在民用通信領域，星形光纖網一般都 要求其通信節點距離該網絡的中心節點較近或者其通信節點都比較集中地分布在一個較 小的范圍，以便于用光纖連接組網。這就對各個終端設備的地理位置分布加以顯著限制， 因此星形光纖網絡的應用范圍也就受到了局限。例如，當某些終端用戶距離網絡的中心節 點較遠時或者大部分終端用戶之間相隔較遠且分布較廣時，其相應的終端設備就分別需要 使用各自較長的光纖與網絡的中心節點一一相連或者從四面八方將各自的光纖分別連接 到網絡的一個中心化節點(它可位于一間屋或一個機柜里)。這將會顯著地增加光纖布線 的難度和復雜性，從而降低了網絡連接的靈活性和可延展性。
鑒于現有的星形結構和環形結構光纖網絡在實際應用中存在著如上所述的缺點或問 題，因此很有必要設計出一種新型的光纖通信網絡結構，以滿足實際應用所要求的高可靠 性、高靈活性和可延展性。同時，它還應具有低復雜性、低成本和容易實現的優點。
發明內容
針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的是提供一種根據實際應用需要和用戶要 求，可靈活地使用光纖將處于不同位置的各個用戶終端設備或通信設備相互連接起來組成 一個通信網絡、可以完全或者部分實現星形拓撲結構的功能并且具有高可靠性，同時還可 以對網絡結構進行靈活拓展的新型光纖網絡結構。
本發明的目的是這樣實現的 一種光纖網絡結構的設計方法，其特征在于，以第一級
5網絡結構為中心，通過在它的每個邊緣節點上連接一個具有內部互通功能的三端口基本網 絡單元，使網絡結構向外擴展，實現網絡邊緣節點數的倍增和全部邊緣節點之間的互聯互 通，形成第二級網絡結構；以此類推，在已構成的第i級網絡的每個邊緣節點上再繼續連 接一個具有三端口的基本網絡單元，實現網絡結構的向外幅射擴展和網絡邊緣節點數的倍
增，形成第i+l級網絡結構；其中，i = 1， 2, 3， 4, M-l;直到所形成的第M級
網絡結構具有滿足設計要求的網絡邊緣節點數目為止； 第M級網絡結構的邊緣節點數目K滿足如下公式
K = 2M"N (1) 所述第一級網絡結構由若干只無源光耦合部件和光纖連接而成；N為第一級網絡結構
的邊緣節點數，N的取值為3或4;
具有內部互通功能的三端口基本網絡單元和第一級網絡結構使用光纖和無源光耦合
部件來實現。
進一步的特點是，所述具有內部互連互通功能的三端口基本網絡單元，它的輸入和輸 出端口是可以互換的；即每個無源光耦合部件的兩個輸出或者輸入端口都需要通過兩段傳 輸光纖分別與處于其左右兩側的另外兩個無源光耦合部件相應的輸出或者輸入端口連接； 再利用第三段光纖將另兩個無源光耦合部件各自尚未使用的輸出或者輸入端口相連；當光 信號被輸入到該基本網絡單元的任何一個輸入端口時，它首先被一個無源光耦合部件分為 兩路光信號并分別沿著左右兩段光纖傳輸到該基本網絡單元的另外兩個無源光耦合部件， 從而實現了光信號經任何一個端口輸入而從另外兩個端口輸出的傳遞功能。
所述無源光耦合部件為常規的無源光耦合器，或者是由一對無源光耦合器級聯而成。
相比現有技術，本發明具有如下有益效果
1、采用模塊化和標準化設計，快速實現第一級網絡結構和具有內部互通功能的三端 口基本網絡單元。以第一級網絡結構為基礎，通過在它的所有邊緣節點上分別各自連接一 個三端口基本網絡單元(見圖3所示)，就能達到網絡結構的向外擴展和邊緣節點數的倍 增之目的。基于這種模塊化堆疊設計方法，每次只需通過在上一級網絡結構的全部邊緣節 點上各自外接一個三端口基本網絡單元，即可向外延伸擴展，構成下一級網絡結構，從而 快速實現具有所需邊緣節點數目的光纖通信網絡，并能確保所有邊緣節點之間的互聯互通 功能。2、 能夠根據實際應用的需要，靈活地選擇各個"三端口基本網絡單元"內部的傳輸 光纖之長度，使得所設計出的光纖通信網的邊緣節點能夠容易地連接到處于不同位置/地 點的用戶終端設備或通信設備，從而確保任何一個用戶的信號都可以經過該光纖通信網進 行傳輸，然后被輸入到網絡上的其它所有用戶終端設備或通信設備上。而且每個"三端口 基本網絡單元"內部的光纖和無源光耦合部件都能承載雙向光信號的傳遞，這就意味著每
個用戶都能夠通過它所在位置邊緣節點處的一個三端口基本網絡單元的其中一個無源光 耦合部件，將其光信號發送到通信網上或者接收來自于該通信網上其它用戶的光信號。由 此可見，與采用常規的、基于中心化星型耦合器的光纖通信網相比，本發明設計出的光纖 通信網具有光纖布線簡單、方便和光纖利用率高的優點。
3、 通過使用波長不敏感或波長敏感性低的無源光耦合部件實現各個"三端口基本網 絡單元"，就可以保證所設計出的光纖通信網絡能夠支持多波長光信號的傳輸。因此，本 發明提出的設計方法也能夠支持波分復用/密集波分復用(WDM/DWDM)光纖網絡的應用。
4、 按照本發明設計出的新型光纖通信網絡，不僅可以確保任何用戶終端設備或通信 設備的光信號，經過該網絡傳送后輸入到除了本發射用戶之外的其余全部用戶終端設備或 通信設備中，而且還能根據光纖網絡所采用的某些通信協議和網絡管理的要求實現多路光 信號在同一個網絡上的并行傳輸或者同時支持多個用戶終端設備或通信設備之間的數據 通信。這將能支持先進的光纖組網通信技術的應用，例如，WDM/DWDM技術、光學時分復用
(0TDM)技術、光學碼分復用(0CDM)技術等。
5、 對于一個具有M級網絡結構的光纖通信網來講，可以通過適當選擇有關的"三端口 基本網絡單元"內部的無源光耦合器的耦合系數或者在某些特定的光學路徑上引入適當的 光學衰減，就能夠確保從第M級網絡結構的任何一個邊緣節點輸入的光功率信號，在經過 該光纖通信網傳輸之后，被均勻地分布到第M級網絡結構的其余全部邊緣節點處，即這些 邊緣節點輸出的光功率信號都是相等的。此時所設計出的光纖通信網在嚴格意義上講就具 有了一個標準的星形結構光纖網絡的全部邏輯功能。
圖1是本發明提出的基于三端口的第一級網絡結構和三端口基本網絡單元的新型光纖 網絡結構的示意圖2是本發明提出的基于四端口的第一級網絡結構和三端口基本網絡單元的新型光纖網絡結構的示意圖3是圖1和圖2中三端口基本網絡單元結構示意圖4是本發明第一種實施方式的第一級光纖網絡結構示意圖5是本發明第二種實施方式的第一級光纖網絡結構示意圖6是本發明第三種實施方式的有關6個邊緣節點的光纖通信網絡結構示意圖； 圖7是本發明第四種實施方式的有關8個邊緣節點的光纖通信網絡結構示意圖。
具體實施例方式
如圖1和圖2所示，是本發明光纖網絡結構的設計方法，是以第一級網絡結構為中心， 通過在它的每個邊緣節點上連接一個具有內部互通功能的三端口基本網絡單元(參見圖3 所示)，達到網絡結構的向外擴展之目的，實現網絡邊緣節點數的倍增和全部邊緣節點之 間的互聯互通，從而形成第二級網絡結構。以此類推，如果在己構成的第i級網絡的每個 邊緣節點上再繼續連接一個具有三端口的基本網絡單元，就能實現網絡結構的向外幅射擴 展和網絡邊緣節點數的倍增，形成第i+l級網絡結構。其中，i = 1, 2， 3， 4， ....， M-l。 重復這一步驟，直到所形成的第M級網絡結構具有滿足設計要求的網絡邊緣節點數目為止。 如果第一級網絡結構具有N個邊緣節點(例如，N等于3或4)，那么第M級網絡結構的 邊緣節點數目K就可以通過如下公式計算出來
K = 2M-1 N (1)
例如，當N分別等于3和4時，采用本發明提出的光纖網絡結構設計方法可以確保第4級 網絡結構的邊緣節點數目K分別為24和32。
具有內部互通功能的三端口基本網絡單元和第一級網絡結構可以使用光纖和無源光 耦合器來實現。
圖3為該三端口基本網絡單元的設計示意圖。它是由三個無源光耦合部件和三段光纖 所組成的。根據實際需要， 一個無源光耦合部件可以是一只常規的無源光耦合器，也可以 是由一對無源光耦合器級聯而成。因此，它的輸入和輸出端口是可以互換的。為了實現基 本網絡單元的內部互通功能，每個無源光耦合部件的兩個輸出(或者輸入)端口都需要通 過兩段傳輸光纖分別與處于其左右兩側的另外兩個無源光耦合部件相應的輸出(或者輸 入)端口連接。然后再利用第三段光纖將另兩個無源光耦合部件各自尚未使用的輸出(或 者輸入)端口相連。當光信號被輸入到該基本網絡單元的任何一個輸入端口時，它首先被
8一個無源光耦合部件分為兩路光信號并分別沿著左右兩段光纖傳輸到該基本網絡單元的 另外兩個無源光耦合部件，從而實現了光信號經任何一個端口輸入而從另外兩個端口輸出 的傳遞功能，這樣就構成了具有內部互連互通功能的三端口基本網絡單元。類似的設計方 法也可以用于實現第一級網絡結構，具體的設計實例將在實施例中進行較詳細的介紹。
在實際應用中，傳輸光纖與無源光耦合部件的尾纖之連接可以借助于光纖熔接機實現 永久固定式連接，或者通過使用光纖連接器實現兩根光纖之間的插拔式活動連接。此外， 每段傳輸光纖既可以是一根光纖，也可以是由幾根光纖連接而成的(它們可以帶有或者不 帶有光纖連接器)。由于現有的單模光纖具有很低的傳輸損耗(例如，0.2dB/km)，因此 即使單模光纖的長度改變一公里，它所導致的輸出光信號功率的變換也是很小的(例如， 約為5%左右)；而100米光纖長度的差異所引起的輸出光信號強度的變化就更小了。這對 于"三端口基本網絡單元"的設計來講，是非常有用的。因為它容許三段傳輸光纖的長度 可以是不等的，故可以根據實際應用的需要靈活地選擇三段傳輸光纖的長度，實現具有內 部互通功能的三端口基本網絡單元，用于構建靈活連接各個用戶終端設備或通信設備的光 纖通信網。另外，對于特殊應用場合來講(例如，車載/艦載/機載光纖網絡，衛星/導彈 用光纖總線，工業自動化用光纖網，核電站用的光纖監控系統等)，按照本發明設計出的 光纖通信網絡還允許根據實際需要在某些或全部"三端口基本網絡單元"上使用特種光纖 和/或無源光耦合器，以達到耐高/低溫、抗壓、抗核輻射/抗太空輻照等目的。本發明提 出的技術還包括在結構設計上采用各種措施實現抗沖擊、抗磨損、耐彎曲/扭動、耐油污 和抗化學污染等的三端口基本網絡單元。
本發明設計出的新型光纖通信網絡結構之基本工作原理為全部用戶終端設備或通信 設備都通過第M級網絡結構的邊緣節點連接到一個具有M級網絡結構的光纖通信網，如圖l 和圖2所示。當某個用戶終端設備或通信設備(簡稱A)需要將它的信息傳送到這個網絡上 的所有其他用戶終端設備或通信設備時，該信息發送用戶首先需要通過它所在位置邊緣節 點處的一個三端口基本網絡單元的其中一個無源光耦合部件將它所要發送的光信號分為 兩路，然后分別沿著左右兩段光纖傳輸到同一基本網絡單元的另外兩個無源光耦合部件 上。由于位于邊緣節點處的每個三端口基本網絡單元都可以分別連接兩個用戶終端設備或 通信設備(g卩A和B)，因此設備B可以通過與之相連的另一個無源光耦合部件接收到來自 于設備A的光信號。同時，此三端口基本網絡單元所剩下的那一個無源光耦合部件則用于 將設備A所發送的光信號輸入到與該無源光耦合部件相連的、但位于第M-l級網絡結構處的一個三端口基本網絡單元(為便于敘述，簡稱為基本網絡單元Q)。當設備A發送的光信 號到達了位于第M-1級網絡結構處的這個三端口基本網絡單元時，它仍被分為兩路光信號，
然后分別沿著左右兩段光纖傳輸到基本網絡單元Q的另外兩個無源光耦合部件上。由于這 兩個無源光耦合部件是分別向上與第M-2級網絡結構相連和向下與第M級網絡結構相連的， 因此來自于設備A的光信號就能通過向下連接的這個無源光耦合部件傳輸到與之相連的、 位于第M級網絡結構處的另外一個三端口基本網絡單元，再經過其內部分路傳輸，最后將 來自于設備A的光信號輸入到位于網絡邊緣節點處的另外兩個用戶終端設備或通信設備 (簡稱C和D)。至此，設備A發送的光信號已經輸入到B、 C和D共三個設備中。同時，來自 于設備A的光信號經過第M-1級網絡結構處的基本網絡單元Q的內部分路傳輸后到達了向 上連接的那個無源光耦合部件，再通過與之相連的、但位于第M-2級網絡結構處的一個三 端口基本網絡單元(簡稱為基本網絡單元r)，就能實現將設備A所輸出的光信號饋送到第 M-2級網絡結構。基于相同的原理，位于第M-2級網絡結構處的基本網絡單元r將接收到的 來自設備A的光信號經過內部分路傳輸后，向上輸送到第M-3級網絡結構，以便達到進一步 向上逐級傳輸之目的；而向下則通過與基本網絡單元r相連的、但位于第M-l級網絡結構處 的一個三端口基本網絡單元實現廣播式的信號傳輸，最后將來自于設備A的光信號輸入到 位于網絡邊緣節點處的另外四個用戶終端設備或通信設備(簡稱E、 F、 G和H)。此時，設 備A發送的光信號已經能夠被B至H共七個設備接收到。以此類推，設備A發送的光信號在經 過向上逐級傳輸的過程中，同時還向下進行廣播式的信號傳輸，最終輸入到越來越多的用 戶終端設備或通信設備中。當設備A發送的光信號到達了第1級網絡結構時，它將通過與該 級網絡結構相連的其余的三端口基本網絡單元實現向下的廣播式傳輸，以便進一步覆蓋此 前在向上逐級傳輸過程中還未能涉及到的那些三端口基本網絡單元，從而實現了將設備A 發送的光信號分別傳輸到同一光纖通信網所連接上的、除設備A之外的全部設備中。由于 任何一個用戶的光信號都可以經過這些具有互通功能的三端口基本網絡單元在所設計出 的光纖通信網上進行傳輸，然后再分布到該通信網的其它所有用戶終端設備或通信設備 上，因此這就具有了一個星形網絡的主要拓撲結構特征。
下面將分別針對具有三端口和四端口的第一級網絡結構，以及與此有關的部分光纖通 信網絡結構的具體設計實例進一步闡述本發明。
如圖4所示，按本發明方法設計的第一種實施方式的光纖通信網絡結構，由一個具有三 端口的第一級網絡結構可以用三只常規的、耦合系數為50:50的2X2無源光方向耦合器分別與三段光纖連接而成。當光信號通過任何一個光方向耦合器(簡稱A)的輸入端口進入到 該第一級網絡結構時，它首先被A—分為二，成為兩路相等的輸出光信號并被分別輸入到 左右兩段光纖中進行傳輸，然后分別到達該網絡結構的其余兩個光方向耦合器(簡稱B和C) 的輸入端口。再經過B和C分別將其各自的輸入光信號一分為二，那么從耦合器A輸入的光 信號在通過第一級網絡結構傳輸之后，就能被均勻地分布到耦合器B和C的輸出端口。由于 B和C的輸入端各自剩余的一個端口也是通過一段光纖相連接的，因此這就實現了光信號經 任何一個邊緣節點輸入而從另外兩個邊緣節點輸出的傳遞功能，從而構成了一個具有互連 互通功能、帶有3個邊緣節點的第一級網絡結構。
如圖5所示，按本發明方法設計的第二種實施方式的一種光纖通信網絡結構，由一個 具有四端口的第一級網絡結構可以由四只標準的2X3無源光方向耦合器(其三個輸出/輸入 口的耦合系數為33. 33:33. 33:33. 33，而兩個輸入/輸出口的耦合系數則為50:50)分別與 六段光纖連接而成。當光信號通過任何一個光方向耦合器(簡稱A)的輸入端口進入到該 第一級網絡結構時，它首先被A—分為三，成為三路相等的輸出光信號并被分別輸入到左、 中、右三段光纖中進行傳輸，然后分別到達該網絡結構的其余三個光方向耦合器(簡稱為 B、 C和D)的輸入端口。再經過B、 C和D分別將其各自的輸入光信號一分為二，那么從耦合 器A輸入的光信號在通過第一級網絡結構傳輸之后，就能被均勻地分布到耦合器B、 C和D的 輸出端口。由于B、 C和D各自剩余的兩個輸入端口也是分別通過兩段光纖相連接的，因此 這就實現了光信號經任何一個邊緣節點輸入而從另外三個邊緣節點輸出的傳遞功能，從而 構成了一個具有互連互通功能、帶有4個邊緣節點的第一級網絡結構。
如圖6所示，按本發明方法設計的第三種實施方式的光纖通信網絡結構，由一個具有2 級網絡結構、帶有6個邊緣節點的光纖通信網絡結構可以用一個具有三端口的第一級網絡 結構分別與三個"三端口基本網絡單元"連接而成。需要注意的是在此處第一級網絡結構 的每個邊緣節點與每個三端口基本網絡單元的其中一個端口共用一只耦合系數為50:50的 2X2無源光方向耦合器。另外，每個三端口基本網絡單元的其余兩個端口需要分別使用兩 只耦合系數為33. 33:66. 67的1X2無源光耦合器。根據上面所述的三端口基本網絡單元和具 有三端口的第一級網絡結構的工作原理，所設計出的一個具有2級網絡結構、帶有6個邊緣 節點的光纖通信網絡結構能夠確保光信號經第二級網絡結構的任何一個邊緣節點輸入而 從該級網絡結構的另外五個邊緣節點均勻輸出，即這些邊緣節點輸出的光功率信號都是相
11等的。按照此設計方法實現的光纖通信網絡結構就具有了一個星形結構光纖網絡的全部邏 輯功能。
如圖7所示，按本發明方法設計的第四種實施方式的光纖通信網絡結構，由一個具有2 級網絡結構、帶有8個邊緣節點的光纖通信網絡結構可以用一個具有四端口的第一級網絡
結構分別與四個"三端口基本網絡單元"連接而成。此處，第一級網絡結構的每個邊緣節
點與每個三端口基本網絡單元的其中一個端口共用一只標準的2X3無源光方向耦合器。為 了確保等功率光信號輸出，位于第二級網絡結構邊緣節點處的每只1X2光耦合器的耦合系 數應選擇為29:71。根據上面所述的三端口基本網絡單元和具有四端口的第一級網絡結構 的工作原理，所設計出的一個具有2級網絡結構、帶有8個邊緣節點的光纖通信網絡結構能 夠確保光信號經第二級網絡結構的任何一個邊緣節點輸入而從該級網絡結構的另外七個 邊緣節點均勻輸出。因此，所設計出的光纖通信網絡結構就具有了一個星形結構光纖網絡 的全部邏輯功能。
雖然以上的具體設計實例主要是針對采用目前商用化的、常規的2X2無源光方向耦合 器、1X2無源光耦合器和標準的2X3無源光方向耦合器進行，但是本發明提出的設計方法也 適用于采用集成光學技術或光學集成的2X2無源光方向耦合器、1X2無源光方向耦合器和 2X3無源光方向耦合器實現所設計出的光纖通信網絡結構。
在本發明中，所述邊緣節點是指(1)對于第M級網絡結構來講，其邊緣節點是一個 用于連接終端設備和/或通信設備的光纖網絡端口/接口。 (2)如果在第i級網絡結構上 (i= 1， 2， 3， ...， M-1)，它的一個邊緣節點則是一個用來連接該級網絡結構與下一級 網絡結構的光纖網絡端口/接口，即用于連接第i級網絡結構和第i+l級網絡結構之間的每 個"三端口基本網絡單元"、且位于第i級網絡結構的一個光纖網絡端口/接口。
本發明光纖網絡結構，采用可任意外延擴展的多級光纖網絡結構，通過光纖和無源光 耦合器有效地連接各個終端設備和/或通信設備，實現網絡通信。在實際應用中，這些終 端設備和通信設備既可以被集中放置于一處，也可以分布在不同的位置/地方。
1權利要求
1、一種光纖網絡結構的設計方法，其特征在于，以第一級網絡結構為中心，通過在它的每個邊緣節點上連接一個具有內部互通功能的三端口基本網絡單元，使網絡結構向外擴展，實現網絡邊緣節點數的倍增和全部邊緣節點之間的互聯互通，形成第二級網絡結構；以此類推，在已構成的第i級網絡的每個邊緣節點上再繼續連接一個具有三端口的基本網絡單元，實現網絡結構的向外幅射擴展和網絡邊緣節點數的倍增，形成第i+1級網絡結構；其中，i＝1，2，3，4，....，M-1；直到所形成的第M級網絡結構具有滿足設計要求的網絡邊緣節點數目為止；第M級網絡結構的邊緣節點數目K滿足如下公式K＝2M-1N (1)所述第一級網絡結構由若干只無源光耦合部件和光纖連接而成；N為第一級網絡結構的邊緣節點數，N的取值為3或4；具有內部互通功能的三端口基本網絡單元和第一級網絡結構使用光纖和無源光耦合部件來實現。
2、 一種可擴展的光纖網絡結構，其特征在于，以第一級網絡結構為中心，利用可任 意擴展的模塊化堆疊設計，向外輻射擴展，形成第M級網絡結構；在第一級至第M-l級網 絡結構的每個邊緣節點上連接一個具有內部互通功能的三端口基本網絡單元，使網絡結構 向外擴展，實現網絡邊緣節點數的倍增和全部邊緣節點之間的互聯互通，形成一個具有M 級的網絡結構；第M級網絡結構的邊緣節點數目K滿足如下公式K-2跟N (1)所述第一級網絡結構由若干只無源光耦合部件和光纖連接而成；N為第一級網絡結構 的邊緣節點數，N的取值為3或4;具有內部互通功能的三端口基本網絡單元和第一級網絡結構使用光纖和無源光耦合 部件來實現。
3、 根據權利要求2所述的可擴展的光纖網絡結構，其特征在于，所述具有內部互連互 通功能的三端口基本網絡單元，它的輸入和輸出端口是可以互換的；即每個無源光耦合部 件的兩個輸出或者輸入端口都需要通過兩段傳輸光纖分別與處于其左右兩側的另外兩個無源光耦合部件相應的輸出或者輸入端口連接；再利用第三段光纖將另兩個無源光耦合部 件各自尚未使用的輸出或者輸入端口相連；當光信號被輸入到該基本網絡單元的任何一個 輸入端口時，它首先被一個無源光耦合部件分為兩路光信號并分別沿著左右兩段光纖傳輸 到該基本網絡單元的另外兩個無源光耦合部件，從而實現了光信號經任何一個端口輸入而 從另外兩個端口輸出的傳遞功能。
4、根據權利要求2所述的可擴展的光纖網絡結構，其特征在于，所述無源光耦合部件 是常規的無源光耦合器，或者是由一對無源光耦合器級聯而成。
全文摘要
本發明提供一種光纖網絡結構的設計方法及其可靈活擴展的結構，它是以第一級網絡結構為中心，通過在它的每個邊緣節點上連接一個具有內部互通功能的三端口基本網絡單元，使網絡結構向外擴展，實現網絡邊緣節點數的倍增和全部邊緣節點之間的互聯互通，形成第二級網絡結構；以此類推，在已構成的第i級網絡的每個邊緣節點上再繼續連接一個具有三端口的基本網絡單元，實現網絡結構的向外幅射擴展和網絡邊緣節點數的倍增，形成第i+1級網絡結構；直到所形成的第M級網絡結構具有滿足設計要求的網絡邊緣節點數目為止。它具有可靠性、靈活性高和可延展性的特點；而且，具有低復雜性、低成本和容易實現的優點。
文檔編號H04L12/44GK101521613SQ200810237028
公開日2009年9月2日 申請日期2008年12月31日 優先權日2008年12月31日
發明者張建國, 陳麗娟 申請人:張建國