實現光網絡節點的動態通道功率均衡控制裝置及方法

2023-07-21 15:12:51

專利名稱：實現光網絡節點的動態通道功率均衡控制裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種在光網絡節點中實現動態通道功率均衡控制的裝置及方法，具體是一種對光網絡中節點實現通道功率實時分析和控制的裝置及方法，尤其涉及通訊領域的密集波分復用光網絡節點設備，使用該方法可以使光網絡節點的增益譜或通道功率分布得到動態的調節。
背景技術：
密集波分復用(DWDM)光纖通信技術正向著超長超高速、大容量以及動態可配置的網絡化方向發展，對光通道功率均衡技術提出了越來越高的要求。在DWDM光傳輸系統中，由於光放大器、傳輸光纖、色散補償元件以及其他光學部件的增益或損耗與波長相關，因此通常情況下光傳輸鏈路中各通道功率是不均衡的，在放大器中雖可採用靜態增益均衡濾波器(GFF)實現均衡，但殘留的不均衡性將隨著級聯鏈路的增加而不斷積累；另一方面，環境的變化和光網絡自身配置的變化也使得按照靜態功率點設計的GFF均衡效果降低。所有這些均給接收端的光信噪比分布帶來不利的影響。
例如在大容量點到點傳輸系統中，由於全部通道佔有帶寬較寬(例如一種160波設備，在C波段和L波段共跨越帶寬約80nm)，為了使所有通道的接收功率都落入接收機優化的誤碼性能範圍內，獲得通道一致、優良的系統性能，對整個系統各個部分的通道一致性傳輸要求增高。克服傳輸通道上各有源、無源組成部分帶來的通道功率不一致性成為大容量、長距離傳輸系統面臨的問題之一。
此外，在寬帶範圍內的光纖傳輸會使光纖內矽基材料組分的某些非線性效應增強，例如受激拉曼散射(SRS)效應，會使DWDM信號的短波長通道功率向長波長通道轉移，造成通道功率譜的顯著傾斜。理論分析和系統實驗表明，當無電中繼距離超過1000km、跨段數在10段以上時，若非在光節點進行通道功率調整，傳輸線路形成的光譜傾斜在12dB以上。在這些情況下，即使接收端通道平均功率為接收機最優輸入功率，功率較低的通道會因趨近或低於接收機靈敏度而顯著提高誤碼率、功率較高的通道會因趨近或高於接收機過載功率點而使誤碼顯著惡化。這種情況的發生使大容量傳輸失敗。
再例如在波長動態交換的大容量傳輸網絡中，以波長為特徵的光通道將被自由控制為所需要的業務通道。在傳輸層，支持這種網絡的設備是可動態配置的光分插復用設備和大容量可動態配置光交叉連接設備。在控制層軟體的管理下，網絡所有節點及傳輸線路內的光通道數量時刻發生著變化。而以粒子能級轉移為基礎的光放大介質特性呈非線性，其增益和噪聲效應會隨著光功率浪湧及光通道分布的變化而變化，導致網絡傳輸性能的不確定性。
商用的動態均衡器(DGE，或稱DSE，DGFF)可以克服靜態的GFF的不足，對超長距離、超大容量光傳輸線路及可動態配置光網絡的性能優化具有實用意義。運用商用的動態均衡器在光網絡節點進行動態化的通道功率均衡控制可以為解決上述問題、獲得良好的系統性能提供一種手段。一類實現通道功率調節的器件具有光通道解復用和復用的特點，每個光通道的通帶衰減可以分別受到電控調節；另一類實現通道功率調節的器件具有分布式光譜分離和組合的特點，分離的分布式光譜成分通過電控加權聚合形成新的光譜。有關的器件專利包括WO02067464optical harmonicequalization architectures，control systems，and methods利用諧波分解和組合來實現譜控制；US2002093725dynamic gain equalizer foroptical amplifiers涉及一動態調節正弦濾波器組(晶體材料)實現譜控制；CA2335221optical configuration for a dynamic gain equalizerand a configurable add/drop multiplexer利用MEMS陣列和液晶材料陣列來實現譜域分解和擬合來實現譜控制。各專利都是器件級專利說明，不同於本發明的節點設計方案和控制方法。上述兩類器件均可以通過採購獲得。不排除存在其他方式的通道功率均衡器件。

發明內容
本發明的目的就是為了克服超長距離、超大容量DWDM光傳輸線路及動態路由網絡中存在的通道功率分布狀態劣化的缺點，提出了一種在光網絡節點動態調節通道功率的控制裝置及方法。
在光網絡中實現動態化的實時通道功率均衡控制，必須對在網絡內目標檢測點的傳輸光譜進行實時檢測，並根據節點通道功率分配原則進行實時分析，獲得優化的配置數據，並對所用通道功率均衡器件實施指令控制，以構成具有智能化光學管理特徵的光傳輸系統。實時化、動態化地調節網絡光譜，可以確保網絡傳輸性能穩定。
本發明是這樣實現的一種實現光網絡節點的動態通道功率均衡控制裝置，包括由光放大器、在光放大器間設置的通道功率均衡器所構成的光傳輸通路，其特徵在於該裝置還包括放大器控制器，根據光檢測結果獲得當前增益，並在增益變化時改變放大器驅動電流，經過放大器應用接口對放大器進行增益鎖定，信道功率均衡控制器，功能之一是根據光譜調節命令中譜數據，經過均衡器控制接口控制均衡器衰減譜(此衰減譜與波長相關)，實現對傳輸光譜的動態整理。功能之二是根據光檢測結果獲得均衡器當前平均衰減，並在此衰減量變化時改變控制數據，經過均衡器控制接口對均衡器的靜態工作點進行鎖定，光譜檢測控制器，通過通信/控制線連接的控制接口分別用於啟動或關閉光譜檢測器、接受經光譜檢測後得到的掃描數據、切換光開關的埠，節點控制器，儲存檢測到的實有通道的目標功率譜，在獲得光譜檢測的實有通道功率譜後，進行光譜相似性判斷，實有通道功率譜和目標功率譜差異較大，超過相似性約束條件後，則向均衡器所在節點的均衡器控制器發送光譜調節命令；將在放大器、均衡器輸入、輸出端設置的檢測點分別檢測到的光功率，經光電檢測和A/D轉換至放大器控制器或通道功率均衡控制器；
將在本地節點或下遊節點設置的光譜檢測點接入光譜檢測器，經通信/控制線連接的控制接口至光譜檢測控制器；所述放大器控制器、通道功率均衡器控制器通過I/O接口與設備通信/控制總線相連，將當前工作狀態上報至與設備通信/控制總線相連的節點控制器，從設備通信/控制總線獲得節點控制器下發的增益配置更改、均衡器靜態工作點更改、均衡器光譜調節等命令；所述光譜檢測控制器通過設備I/O接口與設備通信/控制總線相連，可以接收節點控制器實施光譜掃描，也可以將光譜數據上報；以上控制器均可使用通用CPU電路構成，加載控制程序，按照本說明書所述工作方法實現。可具體參考本文各實施例。
在節點之間，所述節點控制器發送的信息通過路由和轉發器實現傳遞。
均衡器靜態工作點與節點總增益、放大器增益相關。
實現通道功率均衡的控制節點，有以下幾種類型的應用情況1)本地檢測和本地主控；2)異地檢測和本地主控；3)本地檢測和異地主控；4)異地檢測和異地主控。
所謂本地檢測和異地檢測，是指對光譜進行調節的目標檢測點的位置，是處在本地節點還是下遊節點。若調節目標點在本地，則需要在本地實施光譜檢測。若調節目標點在異地，則需要在異地目標點實施光譜檢測。光譜檢測點應接入通道功率譜掃描裝置，掃描裝置在光譜檢測控制器的管理下，可以自動對檢測點(可多餘1個)進行通道光譜測試(自動檢測模式)；或在外部命令控制下進行指定檢測點的光譜測試(命令採集模式)。
所謂本地主控或異地主控，是指可進行檢測點目標功率譜編輯、均衡器靜態工作點調節、均衡器控制模式設置等功能的用戶操作所在的節點，是在本地還是在異地。
當主控計算機在本地，向異地發送的信息，通過本地節點控制器判斷後送至路由和轉發器輸出。
動態增益均衡節點的工作模式存在以下兩種自動維護模式和用戶幹涉模式。
自動維護模式就是目標譜存在於檢測點的節點控制器中，節點控制器周期性地查詢光譜檢測數據(式10)，並與目標譜(式11)相比較。一旦差異超過一定範數(範數表示當前檢測光譜和目標譜之間的差異值)門限(式15)，則綜合目標譜(式11)和當前檢測譜(式10)得到需要在通道功率均衡節點實現的目標衰減譜(式14)。若檢測點和通道均衡控制在同一節點(圖1的實施例)，檢測點的節點控制器將把衰減譜信息和調節請求通過設備通信/控制總線發送到通道功率均衡器控制器；若檢測點在通道均衡控制節點的下遊其它節點(圖2的實施例)，檢測點的節點控制器將把衰減譜信息和調節請求通過路由轉發器發送到通道功率均衡節點。通道功率均衡器控制器響應命令後調節通道功率，再行查詢光譜，若差異仍超過規定範數門限，則再次將目標譜與當前檢測譜相減得到需要在通道功率均衡節點實現的衰減譜。檢測點節點控制器將把新的衰減譜信息和調節請求通過路由轉發器發送到通道功率均衡節點，自動實施二次調節。
用戶幹涉模式就是通過主控計算機對目標點光譜進行編輯後，下發到檢測點所在節點控制器，並啟動調節。節點控制器只有在接收到調節命令時，才查詢光譜檢測數據，並與目標譜相比較。一旦差異超過規定範數門限，則綜合目標譜與當前檢測譜得到需要在通道功率均衡節點實現的目標衰減譜。若檢測點和通道均衡控制在同一節點，檢測點的節點控制器將把衰減譜信息和調節請求通過設備通信/控制總線發送到通道功率均衡器控制器；若檢測點在通道均衡控制節點的下遊其它節點，檢測點節點控制器將把衰減譜信息和調節請求通過路由轉發器發送到通道功率均衡節點，調節後再行查詢光譜，若差異仍超過規定範數門限，則再次將目標譜與當前檢測譜相減得到需要在通道功率均衡節點實現的衰減譜。檢測點節點控制器將把新的衰減譜信息和調節請求通過路由轉發器發送到通道功率均衡節點，自動實施二次調節。
本發明所述的在光放大節點實現動態增益譜調節的方法總的步驟如下步驟一、對於一個放大節點而言，控制單元根據系統設計要求設定光放大器的主光通路的增益，動態增益單元的初始值(靜態工作點)。在無控制狀態下按照初始功率配置狀態進行工作；步驟二、在自動維護模式下或用戶幹涉控制下，節點控制器要求光譜檢測點通過光通道譜監測單元來監測出主光通路各通道的波長、功率並上報控制器；步驟三、控制單元根據上報的數據，和儲存在目標點節點控制器中的目標通道功率譜相比較，根據系統的目標譜計算出需要的相對衰減譜，並按照完備的數據格式(式16)下發給動態增益均衡器控制器，來實現對增益譜的調節；步驟四、目標檢測點的節點控制器指揮光譜監測單元重複測量主光通道的性能並上報給控制器，控制器進行數據處理與比較，如滿足要求，則動態控制結束，稱一次迭代控制。如果不能滿足要求，則返回步驟三，進行再次迭代控制；重複上面步驟三、四，經過多次迭代控制直到滿足系統的要求。每次迭代過程中，在動態均衡器中自動實施靜態工作點鎖定控制。
運用本發明所述的節點結構、檢測和控制方法，可以實時化、動態化地調節網絡光譜，可以確保網絡傳輸性能穩定。


圖1具有通道功率均衡控制裝置節點的結構圖，圖2異地檢測或異地控制的傳輸系統結構圖，圖3功率均衡器靜態工作點和通道衰減譜示意圖，圖4通道功率均衡控制器工作流程圖，圖5光譜檢測控制器工作流程圖，圖6自動維護模式下節點控制器工作流程圖，圖7用戶幹涉模式下節點控制器工作流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步詳細的描述圖1和圖2中101放大前的光信號輸入接口連接器，102放大器輸入光檢測分光器，103放大器輸出光檢測分光器，104放大器輸出光檢測連接器，105放大器輸入光檢測器件，106放大器輸出光檢測器件，107二級放大器輸入光檢測器件，108二級放大器輸出光檢測器件，109檢測信號放大器，110檢測信號放大器，111檢測信號放大器，112檢測信號放大器，113AD/DA轉換電路，114放大器控制器電路，115放大器控制器通信接口，116放大器驅動電流放大器，117放大器驅動電流放大器，118二級放大器輸入光信號連接器，119二級放大器輸入光檢測分光器，120光前置放大器，121光前置放大器驅動控制接口，122二級放大器；123二級放大器驅動控制接口，124二級放大器輸出光檢測分光器，125放大器輸出光譜檢測分光器，127接口連接器。
201均衡器輸入光接口連接器，202均衡器輸入光檢測分光器，203通道功率均衡器，204控制接口，205均衡器輸入光檢測分光器，206均衡器輸出光接口連接器，207均衡器輸入光檢測管，208均衡器輸出光檢測管，209檢測信號放大器，210檢測信號放大器，211A/D轉換電路，214通道功率均衡控制器電路，215功率均衡控制器通信接口。
301，302多路輸入光接口連接器，305光開關，306光譜檢測器，307光譜檢測器控制接口，309光譜檢測控制器電路，310光譜檢測控制電路的通信接口。
402設備通信接口電路，403計算機通信接口電路，404節點控制器，405路由轉發器。
1光傳輸通路，2設備通信和控制總線，3計算機連接電纜，4檢測和控制信號經路由轉發器收發方向，5用戶主控計算機，6下遊節點光傳輸方向，7下遊節點光譜檢測點，8下由節點檢測和控制信號經路由轉發器收發方向，與4相通，9下有節點的設備通信和控制總線，10從上遊節點到下遊節點的光傳送路徑。
一、硬體裝置圖1是具有通道功率均衡裝置的節點的結構圖，節點本身具有通道功率均衡功能，可在本地實施傳輸光譜性能監測，並在本地節點可以實施對傳輸光譜的編輯和控制。圖1中給出的是節點內單方向光傳輸的硬體組成部分。其他傳輸方向的通道功率均衡裝置與圖中所描述的部分相同。
在節點內，光信號通過光傳輸線路(1)傳送。在節點中的硬體裝置包含以下組成部分放大器及其控制器組成部分(101-128)，通道均衡器及其控制器組成部分(201-215)，光譜檢測器及其控制器組成部分(301)，節點內設備通信和控制總線(2)，節點控制器及其通信接口(402-404)，用戶主控計算機(5)及連接電纜(3)。
放大器及其控制器組成部分、通道均衡器及其控制器組成部分、光譜檢測及其控制電路組成部分、節點控制器及接口電路部分各自成為一組獨立的功能單元，以上四個組成部分通過光接口連接器和設備通信總線接口相連，因此在物理上可分離。
光信號由光接口連接器(101)輸入，經過輸入檢測分光器(102)，放大器(120)，輸出檢測分光器(103)，光接口連接器(104，201)，輸入檢測分光器(202)，通道均衡器(203)，輸出檢測分光器(205)，光接口連接器(206，118)，輸入檢測分光器(119)，放大器(122)，輸出檢測分光器(124)，光譜檢測分光器(125)，從光接口連接器(128)輸出。以上部分構成光的傳輸通路(1)。
從分光器102，103，119，124分出的光分別作為前置光放大器輸入檢測光、前置光放大器輸出檢測光，第2級放大器輸入檢測光、第2級放大器輸出檢測光。它們分別經過光電檢測管105，106，107，108進行光電轉換後形成檢測信號(電信號)，再分別經過檢測信號放大器109，110，111，112放大後，經過AD/DA轉換電路(113)進行模數轉換後形成數位訊號經過通信/控制線進入放大器控制器。利用此數位訊號，放大器控制器可以計算各放大器的增益值。放大器控制器還可以將當前增益值和期望達到的增益值(即配置值)相比較，當有差異時將控制各放大器改變當前的增益值直到與配置值相符。
當要改變放大器的增益時，放大器控制器將輸出驅動數據，經過通信/控制線輸入到AD/DA轉換電路(113)，同時控制選擇其輸出埠，當需要改變的是前置放大器(120)的增益時，驅動數據經過數模轉換後形成控制電流，再經過驅動電流放大電路(116)適當放大後輸入到放大器控制接口(121)。放大器內部應具有泵浦雷射器，其驅動端子應包含在放大器控制接口(121)中。同樣地，當需要改變的是第2級放大器(122)的增益時，驅動數據經過數模轉換後形成的控制電流是經過驅動電流放大電路(117)來放大，並輸入到放大器控制接口(123)。
放大器控制器(114)通過I/O接口電路(115)與設備通信/控制總線(2)相連接，接口連接線中，應包含輸入信號線和輸出信號線。通過輸出信號線，放大器控制器可以將放大器增益值狀態信息(報文1)送到總線(2)。通過輸入信號線，放大器控制器可以從總線(2)接收增益配置值和增益控制要求(報文2)。
從分光器(202，205)輸出的光分別為通道均衡器輸入、輸出檢測光，經過光電檢測管(207，208)分別進行光電轉換後形成檢測電流，再分別經過放大電路(209，210)實現放大後進入AD轉換電路(211)。經過模數轉換後獲得的數位訊號經過通信/控制線進入通道功率均衡器的控制器。控制器可以根據當前檢測結果計算均衡器當前的插入損耗，當插入損耗偏大或偏小時控制器將通過控制接口連接線控制均衡器，使均衡器的平均插入損耗保持穩定。
通道功率均衡控制器(214)通過I/O接口電路(215)與設備通信/控制總線(2)相連接，接口連接線中，應包含輸入信號線和輸出信號線。通過輸出信號線，通道功率均衡控制器可以將通道功率均衡器告警和狀態信息(報文3)送到總線(2)。通過輸入信號線，放大器控制器可以從總線(2)接收靜態工作點調節命令(報文4)和通道功率譜調節命令(報文5)。
信道功率均衡控制器接收通道功率譜調節命令(報文5)後，根據光譜調節命令中譜數據，經過均衡器控制接口控制均衡器衰減譜(此衰減譜與波長相關)，實現對傳輸光譜的動態整理。
信道功率均衡控制器接收到靜態工作點調節命令(報文4)後，會根據命令中新的配置數據，使均衡器的平均插入損耗保持穩定在新的水平。
在放大器輸出端的分光器(125)實現輸出光採集，通過連接器(127)輸入到光譜檢測和控制部分。圖1中該部分具有多個輸入光接口連接器(301，...，302)，是表示實現對設備內多個檢測點的光譜檢測，尤其適用與設備內存在多個光方向的處理節點時。可通過多路選一光開關(305)實現各個檢測點的切換。實現光譜檢測的裝置(306)是一個光譜儀，或是一個通道功率檢測器。光譜檢測器控制電路(309)通過通信/控制線連接到光譜檢測器的控制接口(307)。可以啟動或關閉光譜檢測器，將光譜檢測後得到的掃描數據可以經接口(307)輸出，通過接口連接線送到控制器(309)。光譜檢測控制器還可將信號經控制線輸出到光開關，切換光開關埠。
光譜檢測控制器(309)通過I/O接口電路(310)與設備通信/控制總線(2)相連接，接口連接線中，應包含輸入信號線和輸出信號線。通過輸出信號線，光譜檢測控制器可以將光譜數據輸出到總線(2)。通過輸入信號線，光譜檢測控制器可以從總線(2)接收光譜檢測啟動/停止命令和檢測點選擇命令。
節點控制器(404)是對本地設備進行狀態信息採集和控制信息分送的裝置。節點控制器的採集和控制範圍既包含圖1中所表現的一個光傳輸方向上所涉及的全部功能組，也包含圖中未表現的其他光傳輸方向上所涉及的全部功能組。節點控制器(404)通過I/O接口電路同設備通信/控制總線(2)相連接。接口連接線中，應包含輸入信號線和輸出信號線。通過輸入信號線，可以獲得與總線(2)相連接的所有功能組的工作信息，包括放大器當前增益，均衡控制期當前平均插損、光譜檢測點當前掃描數據等。通過輸出信號線，可以向總線(2)輸出放大器增益調整命令、均衡器靜態工作點調整命令、通道功率譜調節命令、光譜檢測命令等。節點控制器(404)還通過計算機I/O接口電路(403)，通過電纜(3)與計算機(5)相連接。計算機中的用戶應用軟體提供光譜控制的「用戶應用界面(GUI)」，通過計算機，用戶可以對光譜檢測點的目標光譜進行編輯，並可以通過計算機對節點內通道功率均衡裝置實施用戶幹預。進行用戶幹預時，編輯後的目標光譜可以通過計算機通信接口(403)送到節點控制器(404)，並儲存在控制器內的存儲器中。用戶還可以向節點控制器下達命令，實現對節點內放大器工作點、通道功率均衡器工作點、光譜檢測點的定義和配置，還可以對通道功率均衡的工作模式進行切換，進入自動維護模式或用戶幹預模式。在用戶幹預模式下，只有用戶通過控制計算機GUI下達通道功率譜調節指令時，通道功率均衡器才響應操作；在自動維護模式下，節點控制器將周期性地採集光譜檢測信息，並與目標光譜進行比較，一旦光譜檢測信息劣化，即自動啟動均衡器實施通道功率譜控制。
圖2是為具有動態功率均衡功能的節點的另一實施例，是異地檢測或異地控制的傳輸系統結構圖。與圖1不同在於，光譜檢測點和用戶主控計算機位於下遊節點。在長距離無電中繼的DWDM系統中，往往並不是每個節點都需要使用動態增益模塊，經常是在經過幾個甚至十個以上的光放大節點，才進行增益譜調節，並且調節的結果是為了保證系統在下遊某節點(例如接收端)的性能。因此均衡檢測點和動態增益均衡器可不處於同一節點內。
圖2中在上遊節點內的受控光方向，包含以下組成部分光傳送通路(1)，放大器和放大器控制器組成部分(101-128)，通道功率均衡器和控制器組成部分(201-215)，節點控制和路由轉發器組成部分(402-405)，節點內設備通信和控制總線(2)。上遊節點內的其它光方向需要實現控制的，硬體結構與此方向相同。在下遊節點的受控光方向，包含以下組成部分具有光譜檢測點的光傳送通路(6)，光譜檢測和控制電路組成部分(301-310)，節點控制和路由轉發器組成部分(501-505)，節點內設備通信和控制總線(9)，用戶主控計算機(5)和連接電纜(3)。本節點內的其他光方向需要實施檢測的，硬體結構與此方向相同。
上遊節點沿通路1的光方向傳送的光信號經光纖路由(10)到達下遊節點，並在下遊節點內沿光通路6的方向傳送。可以通過控制上遊節點的通道功率譜，而在下遊節點內光譜檢測點(7)獲得良好的目標譜。
圖2中上遊節點的光放大和控制電路組成部分(101-128)與圖1中的組成部分相同；圖2中上遊節點的通道功率譜均衡器和控制器組成部分與圖1中的組成部分相同。
圖2中上遊節點內的節點控制器(404)是對上遊設備進行狀態信息採集和控制信息分送的裝置。與圖1中裝置的差別是節點控制器(404)又直接和路由轉發器(405)相連，使本節點內各功能組上報的狀態信息可以定時經連接線傳送到路由和轉發器(405)，在路由和轉發器內，需要傳送的信息被分割成帶地址標誌的信息包，從監控信號傳送埠(4)輸出。地址標誌為需要接收此輸出狀態信息，實現用戶主控的節點。同時，從監控信號傳送埠(4)可以接收從用戶主控節點送來的帶有地址標誌的信息包，經路由和轉發器(405)解包後送至節點控制器。傳送的信息包含對本節點的控制信息，例如放大器增益控制信息、通道功率譜控制信息、通道均衡器輸出靜態工作點調節信息等。
下遊節點內，在傳輸通路(6)上的光譜檢測點有光譜檢測分光器(7)實現輸出光採集，實現光譜採集的裝置與圖1中的光譜採集裝置功能、結構相同。下遊節點內的光譜檢測控制器(309)通過I/O接口電路(310)與設備通信/控制總線(9)相連接，可以從總線(9)接收光譜檢測啟動/停止命令和檢測點選擇命令。
下遊節點控制器(504)是對本地設備進行狀態信息採集和控制信息分送的裝置。節點控制器的採集和控制範圍既包含圖2中所表現的光譜檢測和控制功能組，也包含圖中未表現的其他功能組。節點控制器(504)通過I/O接口電路同設備通信/控制總線(9)相連接。接口連接線(501)中，應包含輸入信號線和輸出信號線。通過輸入出信號線，可以獲得與總線(12)相連接的所有功能組的工作信息。通過輸出信號線，可以向總線(9)輸出對本節點設備內各功能組進行控制的信息。節點控制器(504)還通過計算機I/O接口電路(503)，通過電纜(3)與計算機(5)相連接。計算機中的用戶應用軟體提供光譜控制GUI，通過計算機，用戶可以對光譜檢測點的目標光譜進行編輯，並可以通過計算機對上遊節點內通道功率均衡裝置實施用戶幹預。進行用戶幹預時，編輯後的目標光譜可以通過計算機通信接口(503)送到節點控制器(504)，並保存在其內部的存儲器中。用戶可以向上遊節點控制器(404)下達命令，實現上遊節點內放大器工作點、通道功率均衡器工作點的定義和配置，還可以向所在本地節點控制器(504)下達光譜檢測和檢測點選擇命令。還可以對通道功率均衡的工作模式進行切換，進入自動維護模式或用戶幹預模式。在用戶幹預模式下，只有用戶通過控制計算機GUI下達通道功率譜調節指令併到達上遊節點時，通道功率均衡器才響應操作；在自動維護模式下，下遊節點控制器(504)將周期性地採集光譜檢測信息，並與目標光譜進行比較，一旦光譜檢測信息劣化，即自動通過路由和轉發器將通道功率譜調節請求發送至上遊節點控制器(404)，啟動均衡器實施通道功率譜控制。上、下遊的節點控制器之間的信息傳遞通過路由轉發器實現，在圖2的實施例中，上遊節點的路由轉發器(405)埠(4)與下遊節點的路由轉發器(505)埠(8)經過監控線路相連。
若與上文中圖1和圖2不同，主控計算機既不在均衡節點(下文稱節點1)內，也不存在於目標檢測點所在的節點(下文稱節點2)內，而是位於第3個節點(下文稱節點3)，則其對均衡節點和目標檢測節點的控制信息均可以通過其所在節點內的路由和轉發器發送，控制信息被受控節點內的路由和轉發器接收、並解包後送給該節點內的節點控制器。在這種下遊檢測、由第3地主控的情況下，用戶在主控計算機進行光譜編輯後，新的目標譜將經過節點3控制器，節點3路由轉發器發送，被節點2路由轉發器接收，最後保存在節點2控制器內。用戶可以在節點3通過路由轉發向節點1控制器下達命令，實現節點1內放大器工作點、通道功率均衡器工作點的定義和配置，還可以通過路由轉發向節點2控制器下達光譜檢測和檢測點選擇命令。還可以對通道功率均衡的工作模式進行切換，進入自動維護模式或用戶幹預模式。在用戶幹預模式下，只有用戶在節點3通過控制計算機GUI下達通道功率譜調節指令併到達節點2時，經過節點2進行光譜掃描和目標譜比較後，節點2將通過路由轉發器向節點1發出通道功率譜調節請求，通道功率均衡器才響應操作；在自動維護模式下，節點2控制器將周期性地採集光譜檢測信息，並與目標光譜進行比較，一旦光譜檢測信息劣化，即自動通過路由和轉發器將通道功率譜調節請求發送至節點1控制器，啟動均衡器實施通道功率譜控制。
二、工作數據和數據關係1、靜態工作點鎖定以圖1所示實施例為例，本節點總增益表示為GT＝G1+G2-LW(式1)其中GT是本節點單方向總增益，G1是前置放大器增益，G2是2級放大器增益，LW是通道均衡器插入損耗。以上各量的單位為dB。
在節點單方向總增益固定的要求下，在正常工作狀態中，放大器具有增益鎖定的功能，因此要求通道均衡器具有固定的插入損耗，即通過通道功率均衡控制器可以自動鎖定均衡器插入損耗。稱為「靜態工作點鎖定」。鎖定的工作衰減值表示為LW，LW可在節點設計時確定，並以預設配置數據方式保存在控制器內存儲器中。
當放大器增益在用戶控制下發生變化時，應根據節點總增益要求，重新計算通道均衡器的插入損耗。此時需要節點控制器根據放大器增益變化和節點總增益要求計算出新的插入損耗值，並以配置數據更新方式向通道功率均衡控制器下發命令報文(報文4)。
靜態工作點鎖定情況下通道功率均衡器的工作插損可以表示為LW＝LI+LD(式2)其中LI是通道功率均衡器的固有插損(dB)，LD是通道功率均衡器為了保證靜態工作點而進一步調節實現的插損(dB)。
通道功率均衡器件的插入損耗與波長有關，形成「工作衰減譜」。工作衰減譜數據表示為
lW([λC1，λC2，...，λCN])＝[lW1，lW2，...，lWN] (式3)其中lWn(n＝1，2，...，N)表示在波長控制點λCn(n＝1，2，...，N)處的衰減值(dB)，N是衰減譜離散點的數量，可以規定通道功率均衡器件的有效波長工作範圍為(λC1，λCN)。功率均衡控制器即按照此數據排除均衡器固有插損L1後對其實施控制，控制數據和工作插損之間的關係為lC([λC1，λC2，...，λCN])＝[lC1，lC2，...，lCN]＝[lW1，lW2，...，lWN]-LI(式4)在瞬時刻，通過通道功率均衡器的光通道波長應在其有效範圍內。稱為「實有光通道」。對這些實有通道所實現的衰減構成「實有通道衰減譜」。實有通道衰減譜數據可以表示為l([λ1，λ2，...，λM])＝[l1，l2，...，lM] (式5)其中lm(m＝1，2，...，M)表示在實有光通道中心波長λm(λC1＜λm＜λCN，m＝1，2，...，M)處的衰減值(dB)，M是實有光通道的數量。
工作插損(平均)與各實有光通道輸入功率、通道插損的關係為L＝10lg∑pINm-10lg∑(pINm10-lm/10) (式6)其中pINm(m＝1，2，...，M)是實有光通道在通道均衡器輸入端的光功率(w或mw)因從式6，對輸入功率實施的通道衰減譜調節可改變通道均衡器的平均插入損耗。可能造成靜態工作點漂移。為了避免靜態工作點漂移導致在目標檢測點光譜上漲或失落，需要在動態工作狀態下保證|L-LW|＜Δ(式7)其中Δ為偏移控制門限。為了實現式7的要求，在初始狀態下應取衰減控制值lCn(n＝1，2，...，N)＝LW-LI＝LD(式8)通道功率均衡控制器通過實時檢測控制器輸入、輸出功率，獲得當前的工作插損值，一旦當前工作插損值不符合式7的要求時，即更新控制數據為lCn＝lCn+LW-L (式9)並驅動控制器實現對均衡器進行靜態工作點鎖定。
2、動態衰減譜調節在檢測點，可以檢測到的實有通道功率譜表示為p([λ1，λ2，...，λM])＝[p1，p2，...，pM] (式10)將檢測點作為控制目標點，實有通道目標譜表示為pT([λ1，λ2，...，λM])＝[pT1，pT2，...，pTM](式11)實有通道功率譜和實有通道目標譜之間的差異表現為譜形差異和靜態功率差異譜形差異定義為二光功率譜之差δp＝pT-p(式12)靜態功率差異定義為二功率譜平均功率差δP＝MEAN(pT)-MEAN(p)(式13)其中MEAN是均值函數。
為進行光譜調節，構建目標衰減譜(相對值)為δl＝pT-p+δP即[δl1，l2，...，δlM]＝[pT1，pT2，...，pTM]-[p1，p2，...，pM]+δP (式14)在目標衰減譜中儘可能地排除了靜態功率差異，是為了避免在均衡器出現過多靜態工作點校準反應、導致光譜抖動。
運用式14的方法，動態調節過程儘可能地排除了檢測點靜態功率差異，是在於利用上遊動態均衡器實現檢測點的自動靜態功率控制不僅沒有意義，而且易導致動態過程中光譜隨機上漲或失落。
是否驅動均衡器進行通道功率控制，取決於二光譜之間的差異。定義譜形差異範數||p，pT//，控制目標要求其小於δ，δ為譜形相似性約束條件。
動態增益平坦控制器靜止條件為||p，pT//＜δ (式15)一種可用的範函數定義為||p，pT//＝MEAN/δl/，並不排除使用其他形式的函數構造。
當節點控制器判斷式15不被滿足時，將通過設備通信總線向增益均衡控制器發送譜調節指令(報文5)，其中包含衰減譜數據(式14)，以便驅動均衡器實現衰減譜調節。
以實有通道衰減譜數據為目標，運用工作衰減譜控制數據對通道功率均衡器實施控制。為了適應實有光通道數量和中心波長變化，在實施控制時需要根據實有通道衰減目標數據通過曲線擬合得到需要均衡器實現的工作衰減譜控制數據。
δlCn＝Interp(λ1，λ2，...，λM，δl1，δl2，...，δlM，λCn)(式16)
上式中Interp表示曲線擬合函數，例如使用線性擬合、多次樣條函數擬合等方式。曲線擬合保證了在實有光通道中心波長處的目標衰減；並與控制數據離散格式匹配，避免控制數據缺失；以及預測和實現了實有光通道變化後新出現的光通道中心波長處的衰減。
在實施控制時，均衡器控制器將在原控制數據上補充目標衰減譜增量，即lCn＝lCn+δlCn(式17)隨即按照新的控制數據驅動均衡器。
因受均衡器反應能力限制，其平衡結果可能與目標存在差異，因此需要迭代控制，即一次均衡控制實現後，在目標點再次檢測實有通道功率譜，更新式10的數據，並按照式12-17獲得新的控制數據，再次驅動均衡器。可實施多次迭代，直到滿足式15的要求。
上文中式7和式15構成了動態系統控制功能的兩類約束條件。
需要注意的是，在靜態工作點保證下，光譜控制波長點可實現的調節量為-LD＜δlCn＜LM-LD(式18)其中LM為均衡器最大衰減調節能力。在超過此限制時，均衡器控制器應有告警標誌信息輸出。
LD是保證靜態工作點所預留的插損。可根據所需要的光譜調節範圍確定合適的LD。從式6，若輸出功率相同、輸入各通道光譜等差傾斜情況下，有LD＝Δp-3 (式19)
Δp為在光譜傾斜情況下的最大通道功率差。
例如為使均衡器具有7dB的光譜傾斜調節能力，則需要預留4dB的平均插損作為靜態控制值。
三、設備通信在每個節點內，各個功能單元的控制器(例如圖1中114，214，309)和本節點內節點控制器(如圖1中404)之間通過設備控制總線(例如圖1中2)進行信息傳遞。下面給出通信報文實施例。報文格式為{報文頭，目的(源)地址，報文長度，正文}其中報文頭與各控制器之間通信接口協議有關，一般為固定格式的二進位代碼，用來實現報文同步識別；目的(源)地址是用來標誌接收報文的控制器或發送報文的控制器；報文長度可表明整個報文結束時的字節位置；正文包含告警、性能或控制信息，所有信息在物理層都可以用二進位代碼實現，在應用層可用字符串表示。
為實現本說明書所要達到的控制功能，遵循上述報文格式，存在以下必要的報文報文1上報放大器增益狀態的報文，由放大器控制器向節點內通信/控制總線發送{報文頭，源地址，報文長度，狀態符，受控放大器埠號，放大器增益}報文中正文部分包含狀態符，受控放大器埠號，放大器增益。其中受控放大器埠號指定了放大器控制器所控制的多隻放大器中的一隻。
報文2進行放大器增益配置更改的報文，由節點控制器向節點內通信/控制總線發送{報文頭，目的地址，報文長度，受控放大器埠號，放大器增益}報文3上報通道功率均衡器告警和狀態信息的報文，由通道功率均衡控制器向節點內通信/控制總線發送{報文頭，源地址，報文長度，告警或狀態信息}其中的告警或狀態信息包含通道功率譜調節過限告警；返回通道功率譜調節成功/失敗標誌；靜態工作點當前值(靜態工作點可用平均插損值表示)。
報文4進行通道功率均衡器靜態工作點更改的報文，由節點控制器向節點內通信/控制總線發送{報文頭，目的地址，報文長度，控制符，靜態工作點配置值}報文5進行通道功率均衡器譜更改的報文，由節點控制器向節點內通信/控制總線發送{報文頭，目的地址，報文長度，控制符，波長值1，衰減值1，...，波長值N，衰減值N}報文6上報光譜檢測點光譜狀態的報文，由光譜檢測控制器向節點內通信/控制總線發送{報文頭，源地址，報文長度，狀態符，波長值1，功率值1，...，波長值N，功率值N}報文7進行光譜檢測控制的報文，由節點控制器向節點內通信/控制總線發送
{報文頭，目的地址，報文長度，控制符}控制符包含光譜檢測器工作模式更改命令(自動檢測模式，或受控檢測模式)；光譜檢測啟動命令；設定光譜檢測點。
節點控制器向總線發送的命令報文中全部信息可以定製於主控計算機的GUI，用戶通過計算機可以將控制命令下達到受控節點的節點控制器。下達的控制命令除包含以上報文格式規定的內容外，還附加節點地址。
控制命令格式為報文8{主控節點地址，受控節點地址，下/上行標誌，命令報文}當主控計算機位於本地時，控制信息將由與節點控制器相連接的計算機I/O接口傳遞到節點控制器，節點控制器接受命令後識別為本節點的控制信息，則按照上文說明的報文格式將命令報文送至本節點的設備通信/控制總線。當受控節點與主控計算機所在節點不同時，主控計算機所在節點控制器接受到命令後識別為向異地節點發送的控制信息，則將此信息送至路由轉發器，由路由轉發器按照路由表將信息送至目標節點所在方向。受控節點的路由轉發器接收到控制信息後，識別為本節點的控制信息，則將控制信息傳遞給節點控制器。節點控制器接受命令後則按照上文說明的報文格式將命令報文送至本節點的設備通信/控制總線。
當有信息需要傳遞到主控計算機時，信息報文格式仍同報文8。節點控制器將根據主控計算機所在位置選擇輸出方向。當主控計算機位於本地節點內時，節點控制器將通過與之相連接的計算機I/O接口將信息上報至主控計算機，主控計算機之GUI可以將上報的信息做可視化處理，以便用戶觀察。當主控計算機位於其他節點時，節點控制器將信息送給與之相連接的路由和轉發器。路由和轉發器將信息附加主控計算機所在節點地址後向該節點所在方向發送。主控計算機所在節點的路由轉發器接收到信息後，識別為給本節點的上報信息，則將信息傳遞給本節點的節點控制器，然後經過與節點控制器相連接的計算機I/O接口送到主控計算機。
路由轉發器之間傳遞上/下行數據時，需要將傳遞的數據打包或成幀後發出。信息包一般為定長字符串，包含信息包頭標誌、信息包尾標誌。具有相同目的節點地址的信息，可以裝入同一信息包。信息包格式為報文9{信息包頭標誌，主控節點標誌，受控節點標誌，上/下行標誌，報文全文，填充字節，信息包尾標誌}四、軟體流程各節點和節點內部各功能單元配合完成。
各單元內部控制器及節點控制器嵌入式操作軟體工作流程實施例如下信道功率均衡控制器軟體工作流程(見圖4)步驟4.1開機或系統復位；步驟4.2在開機或系統復位情況下信道功率控制器從其內部的程序存儲器引入可執行程序，及預設配置數據，包括預設靜態工作點數據，LI，LD，及光譜控制數據λCn、lCn；
步驟4.3進行均衡器輸入輸出功率檢測，並可依據檢測值計算當前插損；步驟4.4進行靜態工作點鎖定。使用預設的光譜控制數據驅動均衡器。如果不存在預設的光譜數據lCn，則按照式8取值。首先判斷當前插損是否符合式7，若符合，則進入步驟5，若否，則按照式9更新控制值，重複步驟4.4；步驟4.5若系統新開機/復位，或控制器I/O接口輸入有信道功率調節指令，則進入步驟4.6，否則進入步驟4.9；步驟4.6若系統新開機、復位，則使用預設的控制數據λCn、lCn。若有信道功率譜調節命令，則採用命令棧下傳之[δl1，δl2，...，δlM]，進行曲線擬合(式16)獲取控制譜數據；步驟4.7通過均衡器控制接口，使用步驟4.6所得數據驅動控制器；步驟4.8均衡器響應操作後，控制器向總線發送控制成功標誌。若控制數據超越均衡器調節範圍，則返回失敗標誌，亦可用做告警信息；步驟4.9對控制器之與I/O接口相關的命令堆棧進行查詢，若查詢結果為空時，無接收報文。則進入步驟3，實施循環性能檢測。若有接收報文時，進入步驟4.10；步驟4.10進行報文處理，控制器通過I/O接口進行設備通訊。若命令堆棧有查詢命令，則按查詢要求上報(報文3)；若命令堆棧有靜態工作點更新(報文4)，則修改本地配置數據LW，LD；若命令堆棧有通道功率均衡器譜更改命令(報文5)，則修改本地配置數據lCn。
光譜檢測控制器工作流程(見圖5)
步驟5.1系統新開機/復位；步驟5.2引入預設的配置數據，包括光譜檢測工作模式標誌，掃描光方向標誌等；步驟5.3判斷本機工作模式，若在自動檢測模式下，或命令棧有光譜採集命令，則進入步驟5.4，否則進入步驟5.9；步驟5.4按照掃描光方向標誌，驅動光開關；步驟5.5啟動光譜檢測器，經其控制接口獲得掃描結果。掃描結果為實有信道功率譜，表示為[λ1，λ2，...，λM]，[p1，p2，...，pM]；步驟5.6進行數據存儲，以備查詢；步驟5.7通過控制器I/O接口將數據發送至設備通信/控制總線；步驟5.8檢測埠輪詢倒換；步驟5.9對控制器之與I/O接口相關的命令堆棧進行查詢，若查詢結果為空時，無接收報文。則進入步驟3，實施循環判斷。若有接收報文時，進入步驟5.10；步驟5.10進行報文處理，控制器通過I/O接口進行設備通訊。若命令堆棧有光譜查詢命令，則按查詢要求上報(報文6)；若命令堆棧有光譜檢測狀態更該命令新(報文7)，則修改本地配置數據。
節點控制器將按照以下方式工作，以實現實時動態檢測和光譜優化。對均衡點的調節方法可存在兩種工作模式自動維護模式和用戶幹涉模式。
自動維護模式就是目標譜存在於檢測點的節點控制器中，節點控制器周期性地查詢光譜檢測數據，並與目標譜相比較。一旦差異超過規定範數門限，則將目標譜與當前檢測譜相減得到需要在通道功率均衡節點實現的衰減譜。檢測點節點控制器將把衰減譜信息和調節請求通過路由轉發器發送到通道功率均衡節點，調節後再行查詢光譜，若差異仍超過規定範數門限，則再次將目標譜與當前檢測譜相減得到需要在通道功率均衡節點實現的衰減譜。檢測點節點控制器將把新的衰減譜信息和調節請求通過路由轉發器發送到通道功率均衡節點，自動實施二次調節。
用戶幹涉模式就是通過主控計算機對目標點光譜進行編輯後，下發到檢測點所在節點控制器，並啟動調節。節點控制器只有在接收到調節命令時，才查詢光譜檢測數據，並與目標譜相比較。一旦差異超過規定範數門限，則將目標譜與當前檢測譜相減得到需要在通道功率均衡節點實現的衰減譜。檢測點節點控制器將把衰減譜信息和調節請求通過路由轉發器發送到通道功率均衡節點，調節後再行查詢光譜，若差異仍超過規定範數門限，則再次將目標譜與當前檢測譜相減得到需要在通道功率均衡節點實現的衰減譜。檢測點節點控制器將把新的衰減譜信息和調節請求通過路由轉發器發送到通道功率均衡節點，自動實施二次調節。
圖6給出了節點控制器在自動維護模式下的工作流程。
步驟6.1在主循環進程內，操作軟體周期性地執行到此步驟，根據配置標誌判別狀態，若處於自動維護功能準許，則進入步驟6.2，否則進入步驟6.8，及繼續主循環進程；步驟6.2向光譜檢測控制器下達光譜採集命令(報文7)；步驟6.3等待光譜採集結果，待操作完成後，自設備通信/控制總線獲得實有通道掃描光譜數據(報文6)；
步驟6.4將當前檢測譜與目標譜進行比較，檢驗光譜相似性(按照公式15)。若滿足相似性要求，則此過程結束，進入步驟6.8，即繼續主循環進程。若不滿足相似性要求，則需要實施光通道均衡控制，進入步驟6.5；步驟6.5節點控制器向通道控制器下達光譜調節命令(報文5)，其中包含實有通道目標衰減譜數據[λ1，λ2，...，λM]，[δl1，δl2，...，δlM]；若光譜檢測在下遊節點，則此節點控制器將把光譜調節命令經路由轉發器發送到上遊相關均衡器所在節點控制器(報文9)，再通過該節點內通信總線送至通道功率均衡控制器；步驟6.6等待通道均衡控制器返回執行狀態(報文3)，若光譜檢測點在本地，自設備通信/控制總線獲得上報狀態後判斷；若光譜檢測在下遊節點，則上遊將狀態信息經路由轉發器發送到下遊檢測節點的節點控制器(報文9)。本地節點控制器自設備通信/控制總線獲得上報狀態後判斷，若執行失敗，則進入步驟6.7。若執行成功，則進入步驟6.2。進入步驟6.2是為了實現迭代控制；步驟6.7若主控計算機在本地通過計算機I/O接口上報，若主控計算機在異地，將上報信息送至路由轉發器；步驟6.8自動維護操作完成，繼續主循環進程。
圖7給出了在用戶幹涉模式下的節點控制器工作流程實施例。在任何情況下，節點控制器可以接收主控計算機的強制調節命令，啟動光譜調節。因此本實施例給出中斷響應方式。
步驟7.1若主控計算機在本地節點，與節點控制器相連之計算機I/O接口輸入主控計算機的控制命令，並向節點控制器之CPU發出中斷請求；若主控計算機在異地，則路由轉發器收到控制信息後經解包獲得命令，並向節點控制器之CPU發出中斷請求。節點控制器響應中斷，進入步驟7.2；步驟7.2節點控制器響應中斷，判斷中斷請求。若是通道功率均衡調節命令，則進入步驟7.3，否則按照中斷請求性質執行其他進程；步驟7.3向光譜檢測控制器下達光譜採集命令(報文7)；步驟7.4等待光譜採集結果，待操作完成後，自設備通信/控制總線獲得實有通道掃描光譜數據(報文6)；步驟7.5將當前檢測譜與目標譜進行比較，檢驗光譜相似性(按照公式15)。若滿足相似性要求，則此過程結束，進入步驟7.8，若不滿足相似性要求，則需要實施光通道均衡控制，進入步驟7.6；步驟7.6節點控制器向通道控制器下達光譜調節命令(報文5)，其中包含實有通道目標衰減譜數據[λ1，λ2，...，λM]，[δl1，δl2，...，δlM]；若光譜檢測在下遊節點，則此節點控制器將把光譜調節命令經路由轉發器發送到上遊相關均衡器所在節點控制器(報文9)，再通過該節點內通信總線送至通道功率均衡控制器；步驟7.7等待通道均衡控制器返回執行狀態(報文3)，若光譜檢測點在本地，自設備通信/控制總線獲得上報狀態後判斷；若光譜檢測在下遊節點，則上遊將狀態信息經路由轉發器發送到下遊檢測節點的節點控制器(報文9)。本地節點控制器自設備通信/控制總線獲得上報狀態後判斷，若執行失敗，則進入步驟7.10。若執行成功，則進入步驟7.3。進入步驟7.3是為了實現迭代控制；步驟7.8在光譜滿足相似性要求時，完成調節。自計算機I/O接口或路由轉發器向主控計算機上報當前狀態。進入步驟7.9；步驟7.9中斷響應結束，返回節點控制器之主循環進程；步驟7.10在通道功率均衡器調節失敗時，終止調節。自計算機I/O接口或路由轉發器向主控計算機上報當前狀態；步驟7.11中斷響應結束，返回節點控制器之主循環進程。
在主控計算機GUI與以上功能相關的用戶控制操作包含目標光譜編輯和光譜下發；模式設定(自動維護模式，用戶幹涉模式)；在用戶幹涉模式下，啟動控制。
其他輔助的用戶控制操作包含光譜查詢；光譜檢測點更改；光譜檢測器工作模式更改(自動檢測模式，受控檢測模式)；放大器增益配置值更改；通道功率均衡器靜態工作點更改。
權利要求
1一種實現光網絡節點的動態通道功率均衡控制裝置，包括由光放大器、在光放大器間設置的通道功率均衡器所構成的光傳輸通路，其特徵在於該裝置還包括放大器控制器，根據光檢測結果獲得當前增益，並在增益變化時改變放大器驅動電流，經過放大器應用接口對放大器進行增益鎖定，信道功率均衡控制器，功能之一是根據光譜調節命令中譜數據，經過均衡器控制接口控制均衡器衰減譜(此衰減譜與波長相關)，實現對傳輸光譜的動態整理。功能之二是根據光檢測結果獲得均衡器當前平均衰減，並在此衰減量變化時改變控制數據，經過均衡器控制接口對均衡器的靜態工作點進行鎖定，光譜檢測控制器，通過通信/控制線連接的控制接口分別用於啟動或關閉光譜檢測器、接受經光譜檢測後得到的掃描數據、切換光開關的埠，節點控制器，儲存檢測到的實有通道的目標功率譜，在獲得光譜檢測的實有通道功率譜後，進行光譜相似性判斷，實有通道功率譜和目標功率譜差異較大，超過相似性約束條件後，則向均衡器所在節點的均衡器控制器發送光譜調節命令；將在放大器、均衡器輸入、輸出端設置的檢測點分別檢測到的光功率，經光電檢測和A/D轉換至放大器控制器或通道功率均衡控制器；將在本地節點或下遊節點設置的光譜檢測點接入光譜檢測器，經通信/控制線連接的控制接口至光譜檢測控制器；所述放大器控制器、通道功率均衡器控制器通過I/O接口與設備通信/控制總線相連，將當前工作狀態上報至與設備通信/控制總線相連的節點控制器，從設備通信/控制總線獲得節點控制器下發的增益配置更改、均衡器靜態工作點更改、均衡器光譜調節等命令；所述光譜檢測控制器通過設備I/O接口與設備通信/控制總線相連，可以接收節點控制器實施光譜掃描，也可以將光譜數據上報；在節點之間，所述節點控制器發送的信息通過路由和轉發器實現傳遞。
2如權利要求1所述的實現光網絡節點的動態通道功率均衡控制裝置，其特徵在於將從通道功率均衡器兩端光放大器的分光器分出的光分別輸入、輸出檢測光，分別經過光電檢測管進行光電轉換後形成檢測信號(電信號)，再分別經過檢測信號放大器放大後，經過AD/DA轉換電路進行數模轉換後形成數據信號經過通信/控制線至放大器控制器；根據此數據信號，放大器控制器計算各放大器的增益值，放大器控制器將當前增益值和期望達到的增益值(即配置值)相比較，當有差異時將控制各放大器改變當前的增益值直到與配置值相符；當要改變放大器的增益時，放大器控制器將輸出驅動數據，經過通信/控制線輸入到AD/DA轉換電路，同時控制選擇其輸出埠，驅動數據經過數模轉換後形成控制電流，再經過驅動電流放大電路適當放大後輸入到放大器控制接口；放大器控制器通過I/O接口電路與設備通信/控制總線相連接，通過輸出信號線，放大器控制器將放大器增益值狀態信息送至總線，通過輸入信號線，放大器控制器從總線接收增益配置值和增益控制要求。
3如權利要求1所述的實現光網絡節點的動態通道功率均衡控制裝置，其特徵在於將從通道功率均衡器兩端分光器輸出的光分別為通道均衡器輸入、輸出檢測光，經過光電檢測管分別進行光電轉換後形成檢測電流，再分別經過放大電路實現放大後進入AD轉換電路，經過模數轉換後獲得的數據信號經過通信/控制線進入通道功率均衡器的控制器；控制器根據當前檢測結果計算均衡器當前的插入損耗，當插入損耗偏大或偏小時控制器將通過控制接口連接線控制均衡器，使均衡器的平均插入損耗保持穩定；通道功率均衡控制器通過I/O接口電路與設備通信/控制總線相連接，通過輸出信號線，通道功率均衡控制器可以將通道均衡器當前平均插入損耗、均衡器輸出端靜態工作點狀態信息送到總線；通過輸入信號線，放大器控制器可以從總線接收靜態工作點調節命令和通道功率譜調節命令；信道功率均衡控制器接收通道功率譜調節命令後，根據光譜調節命令中譜數據，經過均衡器控制接口控制均衡器衰減譜(此衰減譜與波長相關)，實現對傳輸光譜的動態整理；信道功率均衡控制器接收到靜態工作點調節命令後，會根據命令中新的配置數據，使均衡器的平均插入損耗保持穩定在新的水平。
4如權利要求1所述的實現光網絡節點的動態通道功率均衡控制裝置，其特徵在於由光放大器輸出端的分光器實現輸出光採集，通過接口連接器輸入至光譜檢測器和光譜檢測控制器；可有多個輸入光接口連接器，以實現對多個光譜檢測點的光譜檢測，適用於設備內存在多個光方向的處理節點；可通過多路選一光開關實現各個光譜檢測點的切換；光譜檢測器是一個光譜儀，或一個通道功率檢測器；光譜檢測控制器通過I/O接口電路與設備通信/控制總線相連接，通過輸出信號線，光譜檢測控制器可以將光譜數據輸出到總線；通過輸入信號線，光譜檢測控制器可以從總線接收光譜檢測啟動/停止命令和檢測點選擇命令。
5如權利要求4所述的實現光網絡節點的動態通道功率均衡控制裝置，其特徵在於所述通道功率檢測器，在光譜檢測控制器的管理下，可以自動對多餘1個的光譜檢測點進行通道光譜測試；或在外部命令控制下進行指定光譜檢測點的光譜測試。
6如權利要求1所述的實現光網絡節點的動態通道功率均衡控制裝置，其特徵在於所述節點控制器，用於對本地設備進行狀態信息採集和控制信息分送；節點控制器的採集和控制的包括一個光傳輸方向上所涉及的信息，還包括其他光傳輸方向上所涉及的信息，包括自動維護和用戶幹涉模式；節點控制器通過I/O接口電路同設備通信/控制總線相連接，通過輸入信號線，可以獲得與總線相連接的所有的工作信息，包括放大器當前增益，均衡控制期當前平均插損、光譜檢測點當前掃描數據等，通過輸出信號線，可以向總線輸出放大器增益調整命令、均衡器靜態工作點調整命令、通道功率譜調節命令、光譜檢測命令等；節點控制器還通過計算機I/O接口電路，通過電纜與計算機相連接，計算機中的用戶應用軟體提供光譜控制GUI，通過計算機，由用戶對光譜檢測點的目標光譜進行編輯，並通過計算機對節點內通道功率均衡裝置實施用戶幹預。
7如權利要求6所述的實現光網絡節點的動態通道功率均衡控制裝置，其特徵在於所述節點控制器的用戶幹預模式，通過主控計算機對目標點光譜進行編輯後，編輯後的目標光譜可以通過計算機通信接口送至節點控制器，儲存在控制器內的存儲器中，並啟動調節；用戶可向節點控制器下達命令，實現對節點內放大器工作點、通道功率均衡器工作點、光譜檢測點的定義和配置；用戶還可對通道功率均衡的工作模式進行切換，只有用戶通過控制計算機GUI下達通道功率譜調節指令時，通道功率均衡器才響應操作；節點控制器只有在接收到調節命令時，才查詢光譜檢測數據，並與目標譜相比較。
8如權利要求6所述的實現光網絡節點的動態通道功率均衡控制裝置，其特徵在於所述節點控制器的自動維護模式，節點控制器將周期性地採集光譜檢測信息，將目標功率譜存於光譜檢測點的節點控制器中，節點控制器周期性地查詢光譜檢測數據，並與目標功率譜相比較，一旦光譜檢測信息劣化，即自動啟動均衡器實施通道功率譜控制。
9如權利要求6所述的實現光網絡節點的動態通道功率均衡控制裝置，其特徵在於自動維護和用戶幹涉模式下，光譜檢測數據和目標功率譜比較時一旦差異超過一定範數門限，則綜合目標譜和當前檢測譜得到需要在通道功率均衡節點實現的目標衰減譜；若光譜檢測點和通道均衡控制在同一節點，光譜檢測點的節點控制器將把衰減譜信息和調節請求通過設備通信/控制總線發送到通道功率均衡器控制器；若光譜檢測點在通道均衡控制節點的下遊其它節點，光譜檢測點的節點控制器將把衰減譜信息和調節請求通過路由轉發器發送到通道功率均衡節點；通道功率均衡器控制器響應命令後調節通道功率，再行查詢光譜，若差異仍超過規定範數門限，則再次將目標譜與當前檢測譜相減得到需要在通道功率均衡節點實現的衰減譜；光譜檢測點節點控制器將把新的衰減譜信息和調節請求通過路由轉發器發送到通道功率均衡節點，自動實施二次調節。
10一種實現光網絡節點的動態通道功率均衡控制方法，包括步驟如下步驟一、對於光網絡的一個放大節點，由放大器控制器、均衡器控制器、光譜檢測控制器、節點控制器各控制單元根據系統設計要求設定光放大器主光通路的增益，動態增益單元的初始值(靜態工作點)，在無控制狀態下按照初始功率配置狀態進行工作；步驟二、在自動維護或用戶幹涉控制下，節點控制器要求光譜檢測點通過光通道譜監測單元來監測出主光通路各通道的波長、功率並上報；步驟三、各控制單元根據上報的數據，和儲存在目標點節點控制器中的目標通道功率譜相比較，根據系統的目標譜計算出需要的相對衰減譜，並按照約定的數據格式下發給動態增益均衡器控制器，來實現對增益譜的調節；步驟四、目標檢測點的節點控制器指揮光譜監測單元重複測量主光通道的性能並上報給控制器，控制器進行數據處理與比較，如滿足要求，則動態控制結束，稱一次迭代控制。如果不能滿足要求，則返回步驟三，進行再次迭代控制。
11如權利要求10所述實現光網絡節點的動態通道功率均衡控制方法，其特徵在於每次迭代過程中，在動態均衡器中自動實施靜態工作點鎖定控制。
12如權利要求10所述實現光網絡節點的動態通道功率均衡控制方法，其特徵在於所述信道功率均衡控制進一步包括步驟1開機或系統復位；步驟2在開機或系統復位情況下信道功率控制器從其內部的程序存儲器引入可執行程序，及預設配置數據，包括預設靜態工作點數據，及光譜控制數據；步驟3進行均衡器輸入輸出功率檢測，並可依據檢測值計算當前插損；步驟4進行靜態工作點鎖定；步驟5系統新開機/復位，或控制器I/O接口輸入有信道功率調節指令；步驟6若系統新開機、復位，則使用預設的控制數據；若有信道功率譜調節命令，則採用命令棧下傳之，進行曲線擬合獲取控制譜數據；步驟7通過均衡器控制接口，驅動控制器；步驟8均衡器響應操作後，控制器向總線發送控制成功標誌，若控制數據超越均衡器調節範圍，則返回失敗標誌，亦可用做告警信息；步驟9對控制器之與I/O接口相關的命令堆棧進行查詢；步驟10進行報文處理，控制器通過I/O接口進行設備通訊，若命令堆棧有查詢命令，則按查詢要求上報；若命令堆棧有靜態工作點更新，則修改本地配置數據；若命令堆棧有通道功率均衡器譜更改命令，則修改本地配置數據。
13如權利要求10所述實現光網絡節點的動態通道功率均衡控制方法，其特徵在於所述光譜檢測控制進一步包括步驟1系統新開機/復位；步驟2引入預設的配置數據，包括光譜檢測工作模式標誌，掃描光方向標誌等；步驟3判斷本機工作模式，在自動檢測模式下，或命令棧有光譜採集命令；步驟4按照掃描光方向標誌，驅動光開關；步驟5啟動光譜檢測器，經其控制接口獲得掃描結果。掃描結果為實有信道功率譜；步驟6進行數據存儲，以備查詢；步驟7通過控制器I/O接口將數據發送至設備通信/控制總線；步驟8檢測埠輪詢倒換；步驟9對控制器之與I/O接口相關的命令堆棧進行查詢；步驟10進行報文處理，控制器通過I/O接口進行設備通訊。若命令堆棧有光譜查詢命令，則按查詢要求上報；若命令堆棧有光譜檢測狀態更該命令新，則修改本地配置數據。
14如權利要求10所述實現光網絡節點的動態通道功率均衡控制方法，其特徵在於所述在自動維護模式下的節點控制進一步包括步驟1在主循環進程內，操作軟體周期性地執行到此步驟，根據配置標誌判別狀態；步驟2向光譜檢測控制器下達光譜採集命令；步驟3等待光譜採集結果，待操作完成後，自設備通信/控制總線獲得實有通道掃描光譜數據；步驟4將當前檢測譜與目標譜進行比較，檢驗光譜相似性；步驟5節點控制器向通道控制器下達光譜調節命令，其中包含實有通道目標衰減譜數據；若光譜檢測在下遊節點，則此節點控制器將把光譜調節命令經路由轉發器發送到上遊相關均衡器所在節點控制器，再通過該節點內通信總線送至通道功率均衡控制器；步驟6等待通道均衡控制器返回執行狀態，若光譜檢測點在本地，自設備通信/控制總線獲得上報狀態後判斷；若光譜檢測在下遊節點，則上遊將狀態信息經路由轉發器發送到下遊檢測節點的節點控制器；步驟7若主控計算機在本地通過計算機I/O接口上報，若主控計算機在異地，將上報信息送至路由轉發器；步驟8自動維護操作完成，繼續主循環進程。
15如權利要求10所述實現光網絡節點的動態通道功率均衡控制方法，其特徵在於所述在用戶幹涉模式下的節點控制進一步包括步驟1若主控計算機在本地節點，與節點控制器相連之計算機I/O接口輸入主控計算機的控制命令，並向節點控制器之CPU發出中斷請求；若主控計算機在異地，則路由轉發器收到控制信息後經解包獲得命令，並向節點控制器之CPU發出中斷請求；步驟2節點控制器響應中斷，判斷中斷請求；步驟3向光譜檢測控制器下達光譜採集命令；步驟4等待光譜採集結果，待操作完成後，自設備通信/控制總線獲得實有通道掃描光譜數據；步驟5將當前檢測譜與目標譜進行比較，檢驗光譜相似性；步驟6節點控制器向通道控制器下達光譜調節命令，其中包含實有通道目標衰減譜數據；若光譜檢測在下遊節點，則此節點控制器將把光譜調節命令經路由轉發器發送到上遊相關均衡器所在節點控制器，再通過該節點內通信總線送至通道功率均衡控制器；步驟7等待通道均衡控制器返回執行狀態，若光譜檢測點在本地，自設備通信/控制總線獲得上報狀態後判斷；若光譜檢測在下遊節點，則上遊將狀態信息經路由轉發器發送到下遊檢測節點的節點控制器；步驟8在光譜滿足相似性要求時，完成調節，自計算機I/O接口或路由轉發器向主控計算機上報當前狀態；步驟9中斷響應結束，返回節點控制器之主循環進程；步驟10在通道功率均衡器調節失敗時，終止調節，自計算機I/O接口或路由轉發器向主控計算機上報當前狀態；步驟11中斷響應結束，返回節點控制器之主循環進程。
全文摘要
本發明涉及一種在光網絡節點中實現動態通道功率均衡控制的裝置及方法，尤其涉及通訊領域的密集波分復用光網絡節點設備。在網絡內的目標檢測點對傳輸光譜進行實時檢測，並根據節點通道功率分配原則進行實時分析，獲得優化的配置數據，並對所用通道功率均衡器件實施指令控制，以構成具有智能化光學管理特徵的光傳輸系統。運用本發明所述的節點結構、檢測和控制方法，可以實時化、動態化地調節網絡光譜，可以確保網絡傳輸性能穩定。
文檔編號H04Q3/52GK1527526SQ0311573
公開日2004年9月8日 申請日期2003年3月7日 優先權日2003年3月7日
發明者王加瑩, 武成賓 申請人:中興通訊股份有限公司