一種低開銷的高生存性pon保護結構的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種低開銷的高生存性PON保護結構，屬于光網絡【技術領域】。該結構通過在光線路終端中新設計邏輯判定、備份收發和保護路控制等多個不同的功能單元，邏輯判定單元根據接收到的邏輯信號判定光開關的倒換，備份收發單元調諧到故障部分的保護波長，使WDM部分只將故障部分器件執行倒換操作，實現了低開銷的集中式保護；在TDM部分采用交叉總線形結構，ONU檢測到故障時實現了快速的分布式保護倒換。本發明有效地減小了WDM/TDM-PON系統中參與保護倒換的元器件個數，減小了故障的影響范圍，降低了故障的保護資源開銷，并且對整個系統中所有的光纖故障實現了全保護。
【專利說明】一種低開銷的高生存性PON保護結構
【技術領域】
[0001]本發明屬于光網絡【技術領域】，涉及光網絡中的下一代波分復用時分復用混合無源光網絡(WDM/TDM-P0N)故障保護技術，特別是一種低開銷的高生存性PON保護結構。
【背景技術】
[0002]隨著經濟的發展和科學技術的進步，人們對各種信息的需求與日俱增，這對現有網絡的數據承載能力形成空前的壓力，致使下一代高帶寬大容量、低成本可平滑升級的混合無源光網絡WDM/TDM-P0N的提出成為必然趨勢，相應的，提高混合無源光網絡的生存能力至關重要。故障保護恢復是網絡能夠持續可靠運行的保障，快速的故障恢復能夠顯著地提高網絡的可靠性，減少數據業務的丟失，因此WDM/TDM-P0N故障保護技術的研究成為混合PON生存性研究的關鍵。
[0003]保護技術主要從網絡結構設計入手，按照保護資源的配置模式可將傳統保護技術分為備份保護，分組保護和環網保護三類。典型的保護備份為ITU-TG983.1建議的四種保護結構，主要通過對網絡設備或鏈路的備份來達到保護的目的。分組保護即將兩個相鄰的ONU用備用光纖互聯形成一個ONU組，可節省資源且實現ONU之間的自動互保護倒換。環網保護是指將所有0NU/RN或者部分0NU/RN —次連接成環，通過OLT來控制故障兩邊的上下行數據方向和0NU/RN中光開關的倒換來實現業務保護恢復。
[0004]按照控制方式的不同又可將PON的保護技術分為集中式和分布式。集中式指故障后，保護倒換操作由OLT集中控制完成；分布式指故障后由RN或ONU分散地執行保護操作。Qiu Y 等人在 “A novel survivable architecture for hybrid WDM/TDM passiveoptical networks” [Optics Communicat1ns [J]., 2014, 312:52-56.】提出一種分布式保護結構，在TDM部分的保護環中以一個故障狀態為基準狀態，減少了參與保護倒換的元器件數量，但其DF發生故障時，所有DF都參與保護倒換，仍造成保護資源浪費。FanH等人在“Cost-effective scalable and robust star-cross-bus PON architecture usinga centrally controlled hybrid restorat1n mechanism，， [Optical Communicat1nsand Networking [J].1EEE/0SA Journal of, 2013，5 (7): 730-740.】提出一種集中式保護結構，在OLT中設置備份收發單元，在TDM部分采用交叉總線形結構。發生故障時，通過備份收發單元的保護調諧實現了局部故障當地恢復，減小了故障的影響范圍，但需要最后一公里光纖(LMF) —起參與保護倒換，造成保護資源浪費。ZhuM等人在“A survivablecolorless wavelength divis1n multiplexed passive optical network withcentrally controlled intelligent protect1n schemeOptical Communicat1ns andNetworking [J].1EEE/0SA Journal of, 2012, 4(10):741-748.】提出一種集中式智能保護倒換機制，在OLT中采用數字邏輯判定單元，根據同時對工作路徑和保護路徑進行監視所得的邏輯信號，控制光開關實現快速保護倒換，網絡結構簡單且網元成本低，但保護倒換時需要所有的DF參與，資源浪費大。集中式保護要求OLT更復雜，但能有效地簡化系統其他元器件的結構，降低成本開銷；分布式能夠有效地減小故障影響范圍，提高保護倒換速度。
[0005]因此，在WDM/TDM-P0N的保護結構中，如何減少保護倒換過程中涉及到的網元數量，減小故障影響范圍，從而減少網絡保護資源浪費，降低保護的開銷，是生存性研究的重點問題。
【發明內容】
[0006]有鑒于此，本發明針對傳統PON光纖故障中參與保護倒換元器件多，保護資源開銷大的問題，提出了一種低開銷的高生存性PON保護結構，該結構在光線路終端中新設計了多個不同的功能單元，使WDM部分只將故障部分器件執行倒換操作，實現了低開銷的集中式保護；在TDM部分采用交叉總線形結構，實現了快速的分布式保護倒換，有效的減小了故障的影響范圍，降低了故障的保護資源開銷。
[0007]為達到上述目的，本發明提供如下技術方案:
[0008]一種低開銷的高生存性PON保護結構，對WDM/TDM-P0N的兩部分采用不同的保護方式，第一部分為WDM部分，WDM部分采用樹形備份結構，通過OLT的控制實現智能快速保護倒換；第二部分為TDM部分，TDM部分采用交叉總線形結構，實現快速的分布式自保護倒換。
[0009]進一步，所述WDM部分的智能快速保護倒換控制具體包括:在OLT中新設計了邏輯判定和備份收發單元，以及一種新的功能單元一保護路控制單元；0LT中的各個單元相互連接通信以實現WDM部分集中式保護倒換；在0NU新設計了一個功率監視器，同時使用工作路徑和保護路徑分別將ONU串聯起來，形成交叉總線形結構，實現快速分布式自保護倒換。
[0010]進一步，收發單元對工作路徑的光信號進行監視，同時將邏輯信號發送到邏輯判定單元和故障管理單元；功率監視單元對保護路徑進行監視，并將邏輯信號發送到故障管理單元；故障管理單元根據接收到的邏輯信號，通知備份收發單元調諧到相應的波長實現保護；邏輯判定單元根據接收到的邏輯信號，控制兩個光開關OS倒換；備份收發單元根據故障管理單元的輸出信號執行相應的保護調諧，并將信號輸入保護路控制單元。
[0011]進一步，正常工作模式下，下行信號通過FF和DF-1傳輸到ONU組，經OC分為兩部分分別廣播給各個0NU，上行信號沿同樣的路徑反向傳輸;WDM部分故障時，邏輯判定單元根據接收到的邏輯信號控制OSl和0S2的狀態，故障管理單元根據接收到的邏輯信號，智能地控制備份收發單元調諧到對應的波長上，通過相應的保護路徑(FF*和DF-1*)實現保護倒換；TDM部分故障時，僅需要通過ONU中設立的功率監視器即可實現自保護倒換，ONU中的功率監視器檢測不到下行信號時，產生邏輯信號控制ONU中的光開關OS倒換，且故障點后所有的ONU都自行倒換到保護路徑上。
[0012]進一步，所述邏輯判定單元分為兩部分，第一部分控制OSl的狀態，主要由N個非邏輯門和一個N輸入與邏輯門構成；第二部分控制保護了控制單元中0S2的狀態，為一個N輸入與非邏輯門。
[0013]進一步，所述保護路控制單元由兩個部件構成，一個是0S2，控制從備份收發單元來的下行信號是否通過保護路徑下行傳輸，第二個是異或邏輯器件XOR，XOR根據0S2的狀態和邏輯判定單元第二部分的輸出信號控制0S2的狀態。
[0014]本發明的有益效果在于:本發明提出的混合式保護結構，在OLT中設置了新的功能單元，實現了在WDM部分只使得故障部分器件倒換到對應的保護備份上，有效地減小了故障影響范圍，降低了保護資源開銷；在TDM部分采用交叉總線形結構，以及在ONU中設置一個功率監視器，實現了局部故障當地恢復，有效地故障的影響范圍。本發明所提結構能夠對OLT到ONU組之間的WDM部分提供下行1:1保護，上行1+1保護；而對ONU組內的TDM部分提供下行1+1保護，上行1:1保護，即能夠對任何一個部分的光纖故障提供快速保護倒換。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發明提供如下附圖進行說明:
[0016]圖1為本發明所述保護結構的總體結構圖；
[0017]圖2為收發單元基本結構圖；
[0018]圖3為功率監視單元基本結構圖；
[0019]圖4為備份收發單元基本結構圖；
[0020]圖5為保護路控制單元基本結構圖；
[0021]圖6為邏輯判定單元基本結構圖；
[0022]圖7為ONU內部基本結構圖。
【具體實施方式】
[0023]下面將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。
[0024]圖1為本發明所述保護結構的總體結構圖，該結構在WDM部分采用樹形備份結構，在OLT中新設計了邏輯判定、備份收發以及保護路控制等功能單元，實現OLT集中式控制保護，有效地簡化了 RN和ONU ;TDM部分采用交叉總線形結構，利用此結構可以很好地減少故障影響范圍，實現快速的分布式自保護倒換。
[0025]為了實現全保護倒換功能，本結構在OLT中新設計了邏輯判定和備份收發單元，并提出一種新的功能單元——保護路控制單元。OLT中的各個單元相互連接通信以實現集中式保護倒換。其中收發單元對工作路徑的光信號進行監視，同時將邏輯信號發送到邏輯判定單元和故障管理單元；功率監視單元對保護路徑進行監視，并將邏輯信號發送到故障管理單元；故障管理單元根據接收到的邏輯信號，通知備份收發單元調諧到相應的波長實現保護；邏輯判定單元根據接收到的邏輯信號，控制兩個光開關(OS)倒換(0S2位于保護路控制單元中)；備份收發單元根據故障管理單元的輸出信號執行相應的保護調諧，并將信號輸入保護路控制單元，顯然備份收發單元可以對所有的收發器提供共享保護；保護路控制單元根據邏輯判定單元的輸出信號以及0S2的狀態控制0S2倒換。結構中采用的陣列波導光柵(AWG)都具有相同的自由頻譜范圍(FSR)。
[0026]本結構中，備份收發單元所調諧到的一個(或多個)保護波長，可以只通過故障部分對應的保護光纖傳輸。相對于傳統的故障保護，所提結構不需要所有的備份保護資源都參與保護倒換，實現了只有故障部分倒換到對應的保護備份上的快速保護，因而極大地節省了保護資源的開銷。
[0027]收發單元包括N個收發器、光循環器和一個AWG。N個收發器支持N個ONU組，在每個收發器中，發射器(Tx)產生下行信號，光循環器講上下行信號分離。接收器(Rx)除了接收上行信號外，同時還對工作光路中光信號的功率進行監視，并發送相應的電信號到邏輯判定單元和故障管理單元。下行信號通過AWG復用后傳向2X2光開關OSl的端口 I。收發單元基本結構圖如圖2。
[0028]功率監視單元包括N個功率監視器和一個AWG，用來監視保護路徑上各個上行信號的功率，并分別產生電信號到故障管理單元。功率監視單元基本結構圖如圖3。
[0029]備份收發模塊包括m個備份收發單元PTRx，PTRx包括可調諧激光器(TL)，接收器(Rx)，可調諧濾波器(TF)，光循環器(Circulator)。備份收發單元發出的下行信號經光耦合器0C2耦合后，傳到保護路控制單元。從保護路控制單元來的上行信號經過Circulator的分離，傳向TF。備份收發單元數量為m，理論上m可以為I到η之間的任意整數，但其實m << η時即可滿足網絡的生存性，同時還能保證高效的冗余率，因此m可以設為允許同時發生故障的ONU組的最大數。備份收發單元基本結構圖如圖4。
[0030]保護路控制單元包括一個I X 2光開關0S2和一個異或邏輯器件XOR，XOR根據0S2的狀態和邏輯判定單元的輸出信號控制0S2倒換。備份收發單元的輸出信號發送到0S2的端口 3，0S2的端口 I連接到光耦合器0C1，OCl將來自OSl和0S2的信號進行耦合，通過保護光纖FF*連接到RN中的AWG。保護路控制單元基本結構圖如圖5。
[0031]邏輯判定單元由兩部分組成，OLT中接收器(Rx)發送的電信號同時給這兩部分，其基本結構如圖6示。第一部分L-1包括N個非邏輯門和一個N輸入與邏輯門，第二部分L-2為一個N輸入與非邏輯門。邏輯判定單元中L-1控制光開關OSl (橫向連接或者交叉連接)，L-2控制光開關0S2 (1-2連接或者1-3連接)。
[0032]當Rx和相應的監視器都檢測不到上行功率時，表明對應的ONU組整體掉線，此時光開關0S2依然進行倒換，但故障管理單元根據接收到的工作路徑和保護路徑上的邏輯信號，通知備份收發單元是否執行保護調諧，此時不通知備份收發單元調節到掉線ONU組對應的波長。圖7為ONU內部基本結構圖。
[0033]具體來說，本發明所述結構的故障保護原理:
[0034]正常工作模式下，下行信號只通過工作路徑進行傳輸，OLT中OSl橫向連接，0S2置于端口 2位置，如圖1所示。下行信號在每個ONU組處經2X20C分成兩部分，分別廣播給各個ONU。工作路徑(圖1中實線)和保護路徑(圖1中虛線)分別將ONU串聯起來形成一個類似環形的交叉總線形結構，正常情況下ONU只從工作光纖上接收數據。上行方向上，各上行數據通過工作光纖發送到2X20C處，分成兩部分，一部分通過工作路徑及OSl發送到OLT中的各個Rx，另一部分通過保護路徑傳到I X 20C1處再分為兩部分，一部分發送到功率監視單元，另一部分經過0S2發往備份收發單元。
[0035]光纖故障可分為以下五種情況進行討論。
[0036]情況一:FF發生故障時。
[0037]此時OLT收發單元檢測不到所有ONU組的上行信號，所有的Rx輸出都為邏輯信號“0”，L-1輸出邏輯信號“1”，控制OSl倒換到交叉連接狀態，此時整個網絡倒換到保護光纖上傳輸，實現數據業務的恢復，且備份收發單元不進行保護調諧。
[0038]情況二:當任意一條工作DF發生故障時。
[0039]此時，收發單元中相應的Rx檢測不到上行信號，產生邏輯信號“O”到邏輯判定單元和故障管理單元。同時，監視相同信道的功率監視器能夠檢測到光信號，產生邏輯信號“I”給故障管理單元。故障管理單元根據接收到的邏輯信號，通知備份收發單元調節到相應的波長上。
[0040]L-1經過邏輯運算輸出邏輯信號“0”，OSl不進行倒換；L_2輸出邏輯信號為“1”，發往保護路控制單元中XOR的端口 2。XOR的端口 I連接到0S2上，當0S2倒換在端口 I上時發送邏輯信號“I”到XOR的端口 1，否則發送“O”。此時XOR端口 I接收到的邏輯信號為“0”，因此XOR輸出邏輯信號“I”發送到0S2，0S2倒換到端口 I上。此時備份收發單元的下行信號可通過0S2、OCl發送到RN，再經過相應的保護光纖DF*發送到對應的故障ONU組，使得只有故障的ONU組倒換到相應的保護光纖上，實現了低保護開銷的故障恢復。
[0041]同時，若其他的一條或多條(故障數小于m)工作DF再發生故障，各單元執行相應的操作，仍然能夠實現只有故障的ONU組倒換到相應的保護光纖上。此時，L-1輸出邏輯信號為“0”，OSl不進行倒換，L-2輸出邏輯信號為“I”發送到XOR的端口 2，而此時0S2處于端口 I狀態，因此發送到XOR端口 I的邏輯信號為“ 1”，因此XOR的輸出為邏輯信號“0”，0S2將維持在端口 I的狀態上。這時，備份收發單元發出的保護數據可發送到RN節點，解復用后仍可實現只是故障的ONU組倒換到相應的保護備份上，實現低開銷的故障恢復。
[0042]情況三:當兩條或者多條(故障數小于m)工作DF同時發生故障時。
[0043]此時的恢復步驟與單故障時類似。OLT收發單元中多個Rx接收不到信號，邏輯判定單元對OSl和0S2執行相應的控制，依然可以實現只有故障的ONU組倒換到相應的保護備份上，實現低開銷的故障恢復。
[0044]此時若其他的一條或者多條(故障數小于m)工作DF發生故障時，各單元執行相應的操作，仍然能夠實現只有故障的ONU組倒換到對應的保護光纖上，其過程與情況二所述類似。
[0045]情況四:當同時故障的DF數大于m時。
[0046]當故障管理單元檢測到故障DF數大于m時，故障管理單元直接發送邏輯信號“ I ”到0S1，控制OSl倒換到交叉狀態(圖2中為避免雜亂，未畫出)，且備份收發單元不進行保護調諧。
[0047]OLT中邏輯判定單元第一部分L-1邏輯表達式為:
[0048]A1 = VV1.VV2.....W(I)
[0049]第二部分L-2的邏輯表達式為:
[0050]L.' - VV1.VVs.....Wtl(2)
[0051]Wj, j = I, 2...η為OLT中各個接收器發出的邏輯信號。
[0052]異或邏輯器件XOR的表達式為:
[0053]S = SL2? Sus2l(3)
[0054]S表不XOR的輸出信號，Slj2表不邏輯判定單兀第二部分的輸出信號，Sqs21表不0S2是否連接在端口 I上。
[0055]情況五:LMF發生故障時。
[0056]ONU基本結構如圖6所示。ONU內部包括三個耦合器Tap，一個功率監視器，光電檢測器H),反射式半導體光放大器(RSOA)。工作路徑中信號按順時針方向傳輸，Tapl將信號分為兩部分，一部分通過Tap3傳到H)，另一部分繼續順時針向下傳輸。上行方向，RSOA將下行數據重調制發回Tap3并分為兩部分，一部分在Tapl處將ONU的上行信號耦合進上行波長中逆時針傳輸，另一部分傳到OS。功率監視器根據H)的輸出信號，控制OS的倒換。
[0057]LMF發生故障時，H)接收不到下行信號，功率監視器M發送一個邏輯信號控制開關OS倒換，這時ONU將切換到保護光纖LMF*實現數據恢復，故障點后所有的ONU將自行倒換到保護光纖上按照順時針方向傳輸上行信號，實現數據業務的恢復。
[0058]最后說明的是，以上優選實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管通過上述優選實施例已經對本發明進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在形式上和細節上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發明權利要求書所限定的范圍。
【權利要求】
1.一種低開銷的高生存性PON保護結構，其特征在于:對WDM/TDM-P0N的兩部分采用不同的保護方式，第一部分為WDM部分，WDM部分采用樹形備份結構，通過OLT的控制實現智能快速保護倒換；第二部分為TDM部分，TDM部分采用交叉總線形結構，實現快速的分布式自保護倒換。
2.根據權利要求1所述的一種低開銷的高生存性PON保護結構，其特征在于:所述WDM部分的智能快速保護倒換控制具體包括:在OLT中新設計了邏輯判定和備份收發單元，以及一種新的功能單元一保護路控制單元；0LT中的各個單元相互連接通信以實現WDM部分集中式保護倒換；在ONU新設計了一個功率監視器，同時使用工作路徑和保護路徑分別將ONU串聯起來，形成交叉總線形結構，實現快速分布式自保護倒換。
3.根據權利要求2所述的一種低開銷的高生存性PON保護結構，其特征在于:收發單元對工作路徑的光信號進行監視，同時將邏輯信號發送到邏輯判定單元和故障管理單元；功率監視單元對保護路徑進行監視，并將邏輯信號發送到故障管理單元；故障管理單元根據接收到的邏輯信號，通知備份收發單元調諧到相應的波長實現保護；邏輯判定單元根據接收到的邏輯信號，控制兩個光開關OS倒換；備份收發單元根據故障管理單元的輸出信號執行相應的保護調諧，并將信號輸入保護路控制單元。
4.根據權利要求3所述的一種低開銷的高生存性PON保護結構，其特征在于:正常工作模式下，下行信號通過FF和DF-1傳輸到ONU組，經OC分為兩部分分別廣播給各個0NU，上行信號沿同樣的路徑反向傳輸;WDM部分故障時，邏輯判定單元根據接收到的邏輯信號控制OSl和0S2的狀態，故障管理單元根據接收到的邏輯信號，智能地控制備份收發單元調諧到對應的波長上，通過相應的保護路徑(FF*和DF-1*)實現保護倒換；TDM部分故障時，僅需要通過ONU中設立的功率監視器即可實現自保護倒換，ONU中的功率監視器檢測不到下行信號時，產生邏輯信號控制ONU中的光開關OS倒換，且故障點后所有的ONU都自行倒換到保護路徑上。
5.根據權利要求3所述的一種低開銷的高生存性PON保護結構，其特征在于:所述邏輯判定單元分為兩部分，第一部分控制OSl的狀態，主要由N個非邏輯門和一個N輸入與邏輯門構成；第二部分控制保護了控制單元中0S2的狀態，為一個N輸入與非邏輯門。
6.根據權利要求3所述的一種低開銷的高生存性PON保護結構，其特征在于:所述保護路控制單元由兩個部件構成，一個是0S2，控制從備份收發單元來的下行信號是否通過保護路徑下行傳輸，第二個是異或邏輯器件XOR，XOR根據0S2的狀態和邏輯判定單元第二部分的輸出信號控制0S2的狀態。
【文檔編號】H04B10/038GK104202082SQ201410498187
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月25日 優先權日:2014年9月25日
【發明者】熊余, 湯小飛, 范雪, 王汝言 申請人:重慶郵電大學