含地址標記分路器的無源光網絡鏈路監測系統及監控方法
【專利摘要】本發明公開了一種含地址標記分路器的無源光網絡鏈路監測系統，包括監控系統、中心局、主干光纖、具有地址標記的分路器、波分復用器和用戶端，監控系統和中心局分別通過波分復用器與主干光纖連接，主干光纖與分路器連接，分路器通過具有反射功能的熔融拉錐環與用戶端連接。該無源光網絡裝置具有良好的監控性能時，成本低廉，可降低用戶端使用成本。同時本發明還公開了該監測系統的監控方法，可以對無源光網絡進行集中式、實時性監測，不影響正常業務的進行，且對各用戶的標識在分路器處便可完成，無需在光網絡單元端進行編碼或添加有源器件，能有效的減少用戶端的使用成本。
【專利說明】含地址標記分路器的無源光網絡鏈路監測系統及監控方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于光纖通信【技術領域】，具體來說，涉及一種含地址標記分路器的無源光網絡鏈路監測系統及監控方法。
【背景技術】
[0002]眾所周知，無源光網絡(文中簡稱:P0N)已成為當今世界最新興類的光接入系統。基于光纖到戶系統的PON正伴隨著商業化應用而逐步變為現實。隨著PON的迅猛發展，網絡中多用戶共享同一公共設施的情況也與日俱增，PON系統的監控技術也顯得越來越重要。有效的光監控系統不僅可以提升網絡的可靠性，也可以減少用戶抱怨和維護成本，因此受到越來越多的關注和研究。近年來，多種基于PON的光層監控技術方案被提出。例如，基于布里淵頻移分配方案是利用布里淵OTDR (BOTDR)來代替傳統的OTDR (光時域反射儀)完成對網絡的監控，這種技術利用布里淵頻移來區分每個分支的后向散射信號。每一支路光纖的頻移分配是通過在生產過程中控制纖芯的摻雜濃度來實現的。顯然，該方案需要給每個用戶生產配置不同的光纖。因此，用戶所承擔的使用成本會急劇增加。同樣，基于自注入鎖模反射式半導體光放大器(簡稱=SL-ROSA)方案則是在每個光網絡單元(簡稱:0NU)端利用SL-ROSA等裝置產生上行數據信號和監測信號，并通過光接收機和電子頻譜分析儀來完成對各支路鏈路狀態的判定，該方案雖能有效完成對網絡狀態的監控，但在ONU端需要反射式半導體光放大器(簡稱:RS0A)、光柵、耦合器及光纖延時線等器件，其成本也會讓用戶無法接受。近年來，有研究者提出在ONU端利用光柵和光纖延時線在時域上進行周期性編碼的方案，由于在ONU端僅需兩個光纖布拉格光柵,顯然相對一般方案在很大程度上減小了 OUN端的費用，因此引起了廣泛的關注。
[0003]近年來，平面光波導技術極具吸引力，并且國外在硅基平面光波導技術方面已經發展的比較成熟。當前平面光波導的首選是硅基(簡稱:Si02-on-Si)平面光波導技術。它具有易于制作、價格低廉，可以得到完整晶格的大尺寸硅片等優點。同樣，在波導器件中，波導光柵是經常采用的一種結構。目前在二氧化硅波導上通常采用刻蝕的方法制備，但這種方法工藝復雜，成本很高，顯然不利于工業化生產。自從K.0.Hill發現紫外激光曝光能使摻鍺的二氧化硅材料折射率改變，便產生了一種紫外寫入制作波導光柵的方法。對于紫外寫入法而言，其具有工藝工程簡單、重復性好、成本低、制作周期短等特點，符合工業化生產的原則，具有廣泛的開發和應用前景。
【發明內容】
[0004]技術問題:本發明所要解決的技術問題是:提供一種含地址標記分路器的無源光網絡鏈路監測系統，該監測系統具有良好的監控性能，成本低廉，可降低用戶端使用成本；同時還提供了監控方法，可以對無源光網絡進行集中式、實時性監測，不影響正常業務的進行，且對各用戶的標識在分路器處便可完成，無需在ONU端進行編碼或添加有源器件，能有效的減少用戶端的使用成本。[0005]技術方案:為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下:
[0006]一種含地址標記分路器的無源光網絡鏈路監測系統，該監測系統包括監控系統、中心局、主干光纖、具有地址標記的分路器、波分復用器和用戶端，監控系統和中心局分別通過波分復用器與主干光纖連接，主干光纖與分路器連接，分路器通過熔融拉錐環與用戶端連接。
[0007]進一步，所述的監控系統包括帶內調制驅動的p個不同波長的激光器光源、IXp波分復用器、光放大器、I Xp波分解復用器、p臺光接收機、現場可編程門陣列，以及帶有第一端口、第二端口和第三端口的光環形器，激光器光源由I X p波分復用器經光放大器與光環形器的第一端口連接，光環形器的第二端口與波分復用器連接，光環形器的第三端口與IXp波分解復用器連接，IXp波分解復用器的p個端口分別與p臺光接收機連接，各光接收機分別與現場可編程門陣列連接；P為正整數。
[0008]進一步，所述的分路器用于實現對光信號的分路功能，同時實現對各路光信號的標記；所述的分路器采用以下結構:利用干法刻蝕制作的分布式反饋結構，或者利用紫外寫入的波導光柵結構，或者光子晶體諧振腔結構，或者微環諧振器結構。
[0009]一種上述的含地址標記分路器的無源光網絡鏈路監測系統的監控方法，該監控方法包括以下過程:
[0010]建立監控系統:將中心局通過波分復用器與主干光纖連接，將監控系統通過波分復用器與主干光纖連接，主干光纖與分路器連接，分路器通過熔融拉錐環與用戶端連接，該拉錐環安裝在用戶端處，拉錐環通過熔融拉錐的方法形成具備反射功能的環，該拉錐環通過拉錐控制不同比例的耦合能量，將部分能量的監測波長及數據波長信號經所在支路反射回來，并通過主干光纖和光環形器返回至監控系統中進行識別；
[0011]監控過程:監控系統發出監測光信號，監測光信號經分路器分光后，進入與各用戶端連接的含有熔融拉錐環的光纖支路中，且各光纖支路中包含的監測信號的頻率分量組合均不相同，實現對各支路的標識，各光纖支路收到的不同監測光信號經過用戶端的拉錐環反射后，依次通過分路器、主干光纖和波分復用器，返回至監控系統中進行檢測；監控系統對各個用戶端反射回的監測光信號在接收端完成光電轉換，并在現場可編程門陣列中完成網絡狀態識別測算，監控系統通過識別匹配不同的結果，給出光纖鏈路的實時狀態，并給出網絡狀態的監控結果。
[0012]有益效果:與現有技術相比，本發明具有以下優勢:
[0013]1、本發明通過不同的頻率脈沖組合區分不同用戶，無需在用戶端加裝編碼器或其它有源器件，所有用戶端額外器件均為同一熔融拉錐環，能極大程度上減少用戶端的費用。所有用戶端都使用相同拉錐環，利于制作、安裝，降低整個網絡裝置的制作成本。
[0014]2、現有技術中使用寬帶光源，其缺點是功率小，噪聲大，帶寬大，需要濾波裝置。本發明采用中心反射波長與激光器出射波長對應的反射光柵組合(即在分路器上集成不同的布拉格光柵或光柵組合)，只需P個不同入射波長便能完成對2P-1個分支支路的標識。同時，對各用戶支路的標識在分路器處完成，無需在ONU端進行編碼。
[0015]3、本發明具有故障支路判斷的能力，并且可以對多個同時發生的故障進行監控。本發明中，每個鏈路對應的狀態事件獨立唯一，互不依賴，能分別進行檢測，因此能同時監測。現有的技術如OTDR (光時域反射計)只能采用輪詢的方式對鏈路進行檢測，光周期編碼方案雖然也能完成同時監測，但在接收端對反射回的信號強度非常敏感，給檢測帶來了不便。同時，本發明采用的光源為激光器，其線寬小，功率大，能夠實現探測信號長距離的傳輸。
[0016]4、本發明的裝置簡單，并且在分路器波導上可通過成熟的干法刻蝕或紫外寫入技術寫入光柵，工藝簡單，成本較低，適合于工業化生產。
[0017]5、本發明中用戶端無需加裝反射光柵，通過業已成熟的熔融拉錐方法制作具有反射功能的拉錐環，較寫入布拉格光柵具有制作簡單，成本更低，全波段反射等特點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明結構原理圖。
[0019]圖2為本發明實施例中32路第一組返回監控系統的脈沖組合信號圖。
[0020]圖3為本發明實施例中4支路波導光柵分路器與用戶端結構圖。
[0021]圖4為本發明實施例中4支路對應FPGA中的相關事件狀態圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖，對本發明的技術方案進行詳細的說明。
[0023]本發明的一種含地址標記分路器的無源光網絡鏈路監測系統，包括監控系統、中心局、主干光纖、具有地址標記的分路器、波分復用器和用戶端，監控系統和中心局分別通過波分復用器與主干光纖連接，主干光纖與波導分路器連接，分路器通過熔融拉錐環與用戶端連接。分路器用于實現對光信號的分路功能，同時實現對各路光信號的標記。通過熔融拉錐的方法形成具備反射功能的拉錐環。該拉錐環通過拉錐控制不同比例的耦合能量，如1:9，即支路光纖中將有10%的能量進入拉錐環內被送回至監控系統中進行識別檢測。分路器采用以下結構:利用干法刻蝕制作的分布式反饋結構，或者利用紫外寫入的波導光柵結構，或者光子晶體諧振腔結構，或者微環諧振器結構。
[0024]作為優選，監控系統包括帶內調制驅動的p個激光器光源、IXp波分復用器、光放大器、帶有第一端口、第二端口和第三端口的光環形器，I X p波分解復用器、p臺光接收機、現場可編程門陣列，激光器光源由IXp波分復用器經光放大器與光環形器的第一端口連接，光環形器的第二端口與波分復用器連接，光環形器的第三端口與I XP波分解復用器連接，I XP波分解復用器的P個端口分別與P臺光接收機連接，光接收機分別與現場可編程門陣列連接。P為正整數。
[0025]上述含地址標記分路器的無源光網絡鏈路監測系統的監控方法，包括以下過程:
[0026]建立監控系統:將中心局通過波分復用器與主干光纖連接，將監控系統通過波分復用器與主干光纖連接，主干光纖與地址標記的分路器連接，分路器通過熔融拉錐環與用戶端連接。所有用戶所用的熔融拉錐環相同。拉錐環通過熔融拉錐的方法形成具備反射功能的環，該拉錐環通過拉錐控制不同比例的耦合能量，將部分能量的監測波長及數據波長信號經所在支路反射回來，并通過主干光纖和光環形器返回至監控系統中進行識別。
[0027]監控過程:監控系統發出監測光信號，監測光信號經地址標記分路器分光后，進入與各用戶端連接的含有熔融拉錐環的光纖支路中，且各光纖支路中包含的監測信號的頻率分量組合均不相同，實現對各支路的標識，各光纖支收到的不同監測光信號經過用戶端的拉錐環反射后，依次通過地址標記的分路器、主干光纖和波分復用器，返回至監控系統中進行檢測；監控系統對各個用戶端反射回的監測光信號在接收端完成光電轉換，并在現場可編程門陣列中完成網絡狀態識別測算，監控系統通過識別匹配不同的結果，給出光纖鏈路的實時狀態，并給網絡狀態的監控結果。
[0028]在監控系統中，監控系統分別對各個用戶的頻率組合信號進行分解運算，得到各個用戶數字形式的組合信號，在FPGA中已事先寫入了頻率組合的所有可能的邏輯結果，通過地址查找到相應的數據并進行判斷，便能完成對光纖鏈路狀態的判別。由于每條支路對應的邏輯結果均不相同，故當FPGA通過查表未能找到相匹配的脈沖序列時(在FPGA中對應相關的邏輯事件)，則主干光纖路發生故障，所有支路均無數據傳輸；當FPGA未能匹配到某一邏輯結果時，則對應支路的某用戶出現故障。
[0029]本發明的網絡裝置，首先將光編碼監控中本應在用戶端完成編碼的裝置(布拉格光柵)移到遠程節點處，也即地址標記分路器上。利用當前的集成技術，直接將光柵寫在分路器的波導分支上，也符合器件集成化、微型化的趨勢。由于該結構采用集成化的技術，編碼功能在器件生產時便已完成，同時由于在客戶端采用統一的反射裝置，能大大降低施工現場的難度。光源采用激光器，省去了裝置中濾波器等器件的使用，且功率大，噪聲低，顯然支持的鏈路長度更長，也更利于接收端對事件的檢測。
[0030]在波長標識法中，每個ONU端前面安裝不同的波長反射器件，通過可調的OTDR(TOTDR)發射不同波長，進而對不同的ONU進行標識。顯然，該方法需要在OUN端安裝具有不同中心反射波長的布拉格光柵，相比于在OUN端使用同一規格的拉錐環，其成本會相對較大。再者，對于TOTDR有限的波長帶寬，其所能分配出的波道數有限，也即所支持的用戶數量極為有限。而本發明中的用戶總數由激光器光源的波長數所能排出的組合決定。本發明的用戶總數遠大于現有技術中的用戶數。同時，本發明采用不同的頻率組合來分配并標識各用戶，并且各用戶端只需用同一拉錐環便可以完成對各頻率脈沖組合的反射，因此能最大限度的減少用戶端的費用。本發明的關鍵元器件為遠程節點處的地址標記分路器。該器件優選利用紫外寫入的波導光柵結構，基于二氧化硅波導上集成不同中心反射波長的布拉格光柵，能有效的完成對不同頻率脈沖的自由組合，并能將不同的組合分配至支路用戶中，從而完成對各支路的唯一的地址標識。光在通過分路器時完成標識。本發明采用無源光器件對光網絡的鏈路狀態進行監控，能利用較少數量的監測光源監控較大容量的用戶。
[0031]下面例舉一實施例。本實施例中以波導光柵為例，所述的布拉格光柵集成在波導光柵分路器的各分支波導上，且每個分支波導上利用紫外寫入的方法寫入單個或多個級聯的布拉格光柵。本實施例采用在波導上集成單個或級聯光柵來完成對各脈沖信號的組合，并將其分配至各支路光纖中。
[0032]如圖1所示，一種含地址標記分路器的無源光網絡鏈路監測系統中，以32用戶數量為例，在各波導分支上寫入的布拉格光柵共有6種不同的中心反射波長，這6種不同的中心反射波長對應6臺激光器光源各自的出射波長，將這6種不同的布拉格光柵按照排列組合的方式分配至各波導支路中可形成63個不同的組合方式，也即可以完成對63個波導支路的有效標識。本方案中我們選取63種組合中的32種。
[0033]由6個帶內調制驅動的激光器光源同時發出波長(頻率)各不相同的6種脈沖信號，經1X6波分復用器后，組合為I路信號，再經過摻鉺光纖放大器(文中簡稱:EDFA)光發大器放大后，輸入光環形器的第一端口，并從光環形器的第二端口輸出，送至主干光纖中；在遠程節點處，由波導光柵分路器分光后，脈沖信號被均分為32個子脈沖信號，每個子脈沖信號都包含相同的6種頻率分量，由每一路寫入的單個或級聯的布拉格光柵決定反射回的頻率分量，通過波導光柵分路器后的脈沖信號會形成包含32個不同頻率分量組合，并分別下路至32個不同的分支波導中，到達ONU端后，由用戶端處的光纖布拉格光柵反射回主干光纖中，經由光環形器的第二端口輸入，第三端口輸出；經過1X6波分解復用器后將各頻率分量分別提取并送至6個光接收機中，經光接收機將光信號轉換為FPGA能處理的電信號，并在FPGA中進行狀態識別運算，完成對網絡狀態的判定。
[0034]本實施例中的波導光柵分路器的制造方法為，在1X32平面波導分路器的各分支波導上，分別利用紫外寫入的方法制備布拉格光柵，每個分支波導上寫入一個或多個級聯的光柵，完成對6個頻率的自由組合與分配。本實施例中，為了最終FPGA做識別的方便，選擇63個組合中的32個頻率組合，也即最終下路到32個支路鏈路中，并在OUN端作反射的頻
率分里組合為:'[入I，入2，入3，入4，入5，入6^、{入1入2，入1入3，入1入4，X1X5, X1X6iX2X3,入2入4，入2入5，入2入6;入3入4，入3入5，入3入6;入4入5，入4入6;入5入J及{入I入2入3，入1入2入4，^
I入2入5，入1入2入6;入2入3入4，入2入3入5，入2入3入6;入3入4入5，入3入4入6;入4入5入6;入2入5入J。
以分量\ !為例，也即在平面波導分路器的32路中某一分路波導上寫入級聯的中心反射波長為入2，入3，入4，入5，入6的5個布拉格光柵，頻率分量中的入2，入3，入4，入5，X 6將在分路器處被反射回監控系統中；分量組合入2 X5X6則需在某一分路波導上寫入級聯的中心反射波長為X1, A 3, X 4的3個布拉格光柵。
[0035]網絡用戶數量直接與所用激光器光源的數量(波長數)決定，由排列組合原理可得
P
出，網絡用戶數量n與激光器光源數量p的關系可表示為:n = Yfv，其中q為每路波導上
q=0
寫入布拉格光柵的數量。例如，P=5，即所用光源陣列中包含5個不同的波長，q=5,貝綱絡用戶數量n=31。值得提出的是，鑒于波導有限的長度及工藝制作難度的限制，不可能在有限的波導長度上寫入較大數量的布拉格光柵，因此q值不宜過大。
[0036]在FPGA中，識別算法需要事先輸入網絡狀態的所有結果，再將返回的結果與各個狀態進行匹配，從而判別出網絡的狀態。為了便于說明，取4支路的各種返回結果進行闡述。4支路支路光纖的長度分別為L1, L2, L3, L4，在事先不得知四者關系的情況下，其所有大小關系共有45種，包括任意三者距離相等，任意二者距離相等，四者距離相等及四者均不相等等情況。當距離相等時表明在時域上會有頻率組合發生重疊。例如第一組返回的組合脈沖信號應包含22個X i，18個X 2，20個入3及21個X 4、X 5、X 6，且在時域上完全重疊。實際應用中，當得知每個用戶下路光纖的具體長度時，FPGA做識別的算法將大為簡化。
[0037]圖2為第一組返回至監控系統中的脈沖組合監測信號，如果在FPGA中檢測到該狀態，則表明光纖主干線處于正常狀態。圖中^表示脈沖疊加的高度。
[0038]圖3為4支路波導光柵分路器光柵與用戶端的結構示意圖，32支路依此類推。其中，ONU端統一使用拉錐環，能同時反射6個監測波長的布拉格光柵。分路器到OUN端下路光纖的長度分別為=L1, L2, L3, L4。
[0039]圖4為基于4支路波導光柵分路器在各支路中的返回脈沖信號組合在FPGA中的識別狀態示意圖，當支路中有一種狀態與45種狀態之一匹配時，表明該支路處于正常工作狀態。圖中的數字1、2分別表示波長為X2的脈沖，(1，2)表示同時包含U1, AJ的脈沖，(3，4，5)則表示同時包含|>3，入4，入5}的脈沖。該圖指明了各分量脈沖在該脈沖序列中應處于的先后位置(時域上)，將這些狀態事件事先寫入到FPGA當中，便可以完成對整個網絡狀態的識別。
【權利要求】
1.一種含地址標記分路器的無源光網絡鏈路監測系統，其特征在于，該監測系統包括監控系統、中心局、主干光纖、具有地址標記的分路器、波分復用器和用戶端，監控系統和中心局分別通過波分復用器與主干光纖連接，主干光纖與分路器連接，分路器通過熔融拉錐環與用戶端連接。
2.根據權利要求1所述的含地址標記分路器的無源光網絡鏈路監測系統，其特征在于，所述的監控系統包括帶內調制驅動的P個不同波長的激光器光源、IXp波分復用器、光放大器、IXp波分解復用器、p臺光接收機、現場可編程門陣列，以及帶有第一端口、第二端口和第三端口的光環形器，激光器光源由IXp波分復用器經光放大器與光環形器的第一端口連接，光環形器的第二端口與波分復用器連接，光環形器的第三端口與I Xp波分解復用器連接，I Xp波分解復用器的p個端口分別與p臺光接收機連接，各光接收機分別與現場可編程門陣列連接；P為正整數。
3.根據權利要求1所述的含地址標記分路器的無源光網絡鏈路監測系統，其特征在于，所述的分路器用于實現對光信號的分路功能，同時實現對各路光信號的標記；所述的分路器采用以下結構:利用干法刻蝕制作的分布式反饋結構，或者利用紫外寫入的波導光柵結構，或者光子晶體諧振腔結構，或者微環諧振器結構。
4.一種權利要求1所述的含地址標記分路器的無源光網絡鏈路監測系統的監控方法，其特征在于:該監控方法包括以下過程: 建立監控系統:將中心局通過波分復用器與主干光纖連接，將監控系統通過波分復用器與主干光纖連接，主干光纖與分路器連接，分路器通過熔融拉錐環與用戶端連接，該拉錐環安裝在用戶端處，拉錐環通過熔融拉錐的方法形成具備反射功能的環，該拉錐環通過拉錐控制不同比例的耦合能量，將部分能量的監測波長及數據波長信號經所在支路反射回來，并通過主干光纖和光環形器返回至監控系統中進行識別； 監控過程:監控系統發出監測光信號，監測光信號經分路器分光后，進入與各用戶端連接的含有熔融拉錐環的光纖支路中，且各光纖支路中包含的監測信號的頻率分量組合均不相同，實現對各支路的標識，各光纖支路收到的不同監測光信號經過用戶端的拉錐環反射后，依次通過分路器、主干光纖和波分復用器，返回至監控系統中進行檢測；監控系統對各個用戶端反射回的監測光信號在接收端完成光電轉換，并在現場可編程門陣列中完成網絡狀態識別測算，監控系統通過識別匹配不同的結果，給出光纖鏈路的實時狀態，并給出網絡狀態的監控結果。
【文檔編號】H04B10/077GK103580749SQ201310611586
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月27日 優先權日:2013年11月27日
【發明者】孫小菡, 張旋, 朱敏, 周谞, 鄭宇
申請人:東南大學