具有負載聚合和節能功能的twdm-pon傳輸系統的製作方法

2023-04-25 01:11:31

具有負載聚合和節能功能的twdm-pon傳輸系統的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種具有負載聚合和節能功能的TWDM-PON傳輸系統，包括：若干個子系統和第一周期性陣列波導光柵；每個子系統通過第一周期性陣列波導光柵並列連接；子系統包括下行可調發射機裝置、上行數據處理裝置、第一光環形器、光發大器、饋線式光纖、分路合路器以及光網絡單元；其中，下行可調發射機裝置通過第一周期性陣列波導光柵連接第一光環形器的第一端；第一光環形器的第三端分別依次通過光發大器、饋線式光纖、分路合路器連接光網絡單元；上行數據處理裝置分別連接第一光環形器的第二端。本發明採用周期性陣列波導光柵無源器件，在TWDM-PON系統構實現了負載聚合和動態波長路由，能夠與現有TWDM-PON網絡兼容，降低系統能耗。
【專利說明】具有負載聚合和節能功能的TWDM-PON傳輸系統

【技術領域】
[0001]本發明涉及光通信技術領，具體地，涉及基於周期性陣列波導光柵的具有負載聚合和節能功能的TWDM-PON傳輸系統。

【背景技術】
[0002]隨著通信技術的發展和人們需求的多樣化，大量的新業務不斷湧現，包括超高清圖像視頻傳輸、雲計算、雲存儲、數據中心等對於網絡容量提出了更高的要求。同時，在現代城市生活中，人們白天在城市CBD工作，晚上回到居民區休息，由此引發了通信數據流量的大規模遷移的「潮汐效應」。在白天，數據流量集中在城市CBD中，居民區中的數據流量很少，網絡帶寬資源沒有得到充分利用；在晚上，數據流量集中在居民區，城市CBD中的數據流量很少，這種現象引發了帶寬資源的大量閒置而得不到利用的問題，而且，無論在CBD還是居民區，突發事件或熱點地區可能造成局部的數據流量暴增，會導致網絡阻塞而無法接入。因此，一方面，網絡面臨著資源閒置得不到利用而造成浪費的局面，另一方面，在局部突發大量數據請求時，網絡資源不足又使得網絡阻塞，用戶的需求得不到滿足。綜上，需要尋找一種新的網絡系統結構來對實時的數據流量需求做出響應，動態地分配網絡帶寬資源，實現網絡資源的合理調度，從而最大限度地滿足用戶的需求。
[0003]基於周期性陣列波導光柵的具有負載聚合和節能功能的TWDM-PON系統傳輸結構，是在傳統TWDM-PON網絡中配置上AWGR器件構成的新的結構。基於時分復用和波分復用堆疊的無源光網絡TWDM-PON因其實現成本相對低、可兼容性好(不改變現有ODN網絡結構)等優點被認為是NG-P0N2的主要發展方向。然而，在普通的TWDM-PON系統中，網絡帶寬資源是固定的，不能根據需求而隨時做出響應，然而這是實現網絡負載聚合的重要問題。
[0004]周期性陣列波導光柵AWGR (Arrayed Wavelength Grating Router)是一組 AWG 陣列。AffGR器件作為一個無源模塊配置到TWDM-PON系統中，系統結構簡單，且AWGR器件能與傳統TWDM-PON系統兼容。陣列波導光柵在波分復用技術上有著重要的應用，周期性陣列波導光柵能夠實現多波長光的復用和解復用，因此，可以將AWGR引入TWDM-PON系統。目前，基於周期性陣列波導光柵的具有負載聚合和節能功能的TWDM-PON系統傳輸結構相關文獻相對較少。且以往的基於周期性陣列波導光柵的TWDM-PON系統結構不能負載聚合。
[0005]經現有文獻檢索發現，華為公司Ning Cheng, Lei Wang等人在2013年EuropeanConference On Optical Communicat1n(ECOC)會議上發表「Flexible TffDM PON withLoad Balancing and Power Saving」。該文獻中，作者提出了一種能夠實現負載均衡和節能的靈活的TWDM-PON系統。為了實現網絡中的負載均衡，作者提出了一種新的靈活的TWDM-PON結構，這個結構包括了光線路終端(OLT)收發器和混合AWG/Splitter。通過4X4的混合AWG/Splitter和可調收發機模塊在同一個ODN或者不同ODN之間進行波長的調配，從而實現網絡負載均衡。在該結構中，為了實現波長路由而設計了 Cyclic AWG和PowerSplitter混合結構，實現了資源調度和負載均衡，但這個結構是為了將負載分配在不同的波長上，不利於系統的節能，另外，華為提出的結構較為複雜，在網絡的建設、維護和升級過程中帶來不必要的麻煩。


【發明內容】

[0006]針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種具有負載聚合和節能功能的TffDM-PON系統傳輸裝置。
[0007]根據本發明提供的具有負載聚合和節能功能的TWDM-PON傳輸系統，包括:若干個子系統和第一周期性陣列波導光柵；若干子系統通過第一周期性陣列波導光柵並列連接；
[0008]子系統包括下行可調發射機裝置、上行數據處理裝置、第一光環形器、光發大器、饋線式光纖、分路合路器以及光網絡單元；
[0009]其中，下行可調發射機裝置通過第一周期性陣列波導光柵連接第一光環形器的第一端；第一光環形器的第三端分別依次通過光發大器、饋線式光纖、分路合路器連接光網絡單元；上行數據處理裝置分別連接第一光環形器的第二端。
[0010]優選地，其特徵在於，下行可調發射機裝置包括若干個下行可調發射機模塊、第二周期性陣列波導光柵以及色散/啁啾管理單元；
[0011]其中，若干個下行可調發射機模塊分別通過第二周期性陣列波導光柵連接所述色散/啁啾管理單元的輸入端，所述色散/啁啾管理單元的輸出端連接所述第一周期性陣列波導光柵。
[0012]優選地，若干個上行數據處理裝置包括若干個上行數據處理單元、若干個光電探測器、第三周期性陣列波導光柵以及色散/啁啾管理單元；
[0013]其中，若干個上行數據處理單元分別通過光電探測器連接所述第三周期性陣列波導光柵的輸出端，所述第一光環形器的第二端通過色散/啁啾管理單元連接所述第三周期性陣列波導光柵的輸入端。
[0014]優選地，光網絡單元包括第二光環形器、可調濾波器、接收機以及上行可調發射機；
[0015]其中，第二光環形器的第二埠通過分布式光纖連接所述分路合路器，第二光環形器的第三埠通過可調濾波器連接至所述接收機；上行信號通過上行可調發射機的輸出連接到第二光環形器的第一埠。
[0016]優選地，分路合路器包括光分路器和光合路器；光分路器用於將下行信號通過光分路分發給與之相連的各個光網絡單元，光合路器用於將光網絡單元的上行信號進行耦入口 ο
[0017]優選地，第一周期性陣列波導光柵採用N*N型周期性陣列波導光柵；第二周期性陣列波導光柵和第三周期性陣列波導光柵採用1*N型周期性陣列波導光柵，其中N為2η，η為大於2的自然數。
[0018]優選地，下行發射機模塊式可調的，調諧範圍為從?…X調諧為
，其中，K為第m個下行波長，M1為調製後的第m個下行波長，m為2η，η為大於2的自然數，d表示下行。
[0019]優選地，下行可調發射機模塊和上行數據處理單元的數量均為M個，M為2η，η為大於2的自然數。
[0020]優選地，可調濾波器採用帶通濾波器或周期性濾波器。
[0021]與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果:
[0022]1、本發明利用周期性陣列波導光柵可以進行動態波長路由，實現網絡的負載聚合；
[0023]2、本發明中的周期性陣列波導光柵能夠很好地與傳統的TWDM-PON系統相兼容，易於在現有網絡基礎上進行升級改造；
[0024]3、本發明結構簡單，不僅在單個子無源網絡中能夠實現負載聚合，且在不同子系統中也同樣能實現；當網絡中數據流量較少時，可將流量集中到某幾個波長上，從而可以將其餘波長閒置，關掉發射機，不僅充分利用了網絡中帶寬資源而且能達到節能的目的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特徵、目的和優點將會變得更明顯:
[0026]圖1為本發明的結構示意圖。
[0027]圖中:
[0028]I為分路合路器；
[0029]2為饋線式光纖；
[0030]3為光放大器；
[0031]4為第一光環形器；
[0032]5為第二光環形器。

【具體實施方式】
[0033]下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助於本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬於本發明的保護範圍。
[0034]在本實施例中，如圖1所示，本發明提供的具有負載聚合和節能功能的TWDM-PON傳輸系統，包括:若干個子系統和第一周期性陣列波導光柵；每個子系統通過第一周期性陣列波導光柵並列連接；子系統包括下行可調發射機裝置、上行數據處理裝置、第一光環形器4、光發大器、饋線式光纖2、分路合路器I以及光網絡單元；其中，下行可調發射機裝置通過第一周期性陣列波導光柵連接第一光環形器4的第一端；第一光環形器4的第三端分別依次通過光發大器、饋線式光纖2、分路合路器I連接光網絡單元；上行數據處理裝置分別連接第一光環形器4的第二端。
[0035]下行可調發射機裝置包括若干個下行可調發射機模塊、第二周期性陣列波導光柵以及色散/啁啾管理單元；其中，若干個下行可調發射機模塊分別通過第二周期性陣列波導光柵連接所述色散/啁啾管理單元的輸入端，所述色散/啁啾管理單元的輸出端連接所述第一周期性陣列波導光柵。
[0036]若干個上行數據處理裝置包括若干個上行數據處理單元、若干個光電探測器、第三周期性陣列波導光柵以及色散/啁啾管理單元；其中，若干個上行數據處理單元分別通過若干個光電探測器連接所述第三周期性陣列波導光柵的輸出端，所述第一光環形器4的第二端通過色散/啁啾管理單元連接所述第三周期性陣列波導光柵的輸入端。
[0037]光網絡單元包括第二光環形器5、可調濾波器、接收機以及上行可調發射機；第二光環形器的第二埠通過分布式光纖連接分路合路器1，第二光環形器的第三埠通過可調濾波器連接至所述接收機；上行數據信號通過上行可調發射機的輸出連接到光環形器的第一埠。分路合路器I包括光分路器和光合路器；光分路器用於將下行信號通過光分路分發給與之相連的各個光網絡單元，光合路器用於將光網絡單元的上行信號進行耦合。可調濾波器採用帶通濾波器或周期性濾波器。
[0038]第一周期性陣列波導光柵採用N*N型周期性陣列波導光柵；第二周期性陣列波導光柵和第三周期性陣列波導光柵採用1*N型周期性陣列波導光柵。第一周期性陣列波導光柵為第二級周期性陣列波導光柵；第二周期性陣列波導光柵和第三周期性陣列波導光柵為第一級周期性陣列波導光柵。
[0039]其中，所下行可調發射機模塊連接至第一級周期性陣列波導光柵1，第一級周期性陣列波導光柵I連接至色散/啁啾管理單元，色散/啁啾管理單元連接至第二級周期性陣列波導光柵，第二級周期性陣列波導光柵連接至第一光環形器第I埠，從第一光環形器第3埠輸出後依次經過所述光放大器3、饋線式光纖2連接至回傳和前傳，經過分路器連接至光網絡單元，經過第二光環形器、可調濾波器將數據發送給接收機，完成下行數據的傳輸；在光網絡單元端，來自家庭用戶的數據經過上行可調發射機發出，經過光網絡單元端的第二光環形器，連接至饋線式光纖2，饋線式光纖2連接至光放大器3，光放大器3連接至第一光環形器第3埠，從第一光環形器第二埠輸出後連接至色散/啁啾管理單元，色散/啁啾管理單元連接至第一級周期性陣列波導光柵2，經過光電檢測器輸入到上行數據處理單元，完成上行數據的接收處理；下行可調發射機模塊和上行數據處理單元的數量均為M個，M為2η，η為大於2的自然數。色散/啁啾管理模塊表示色散管理模塊或者啁啾管理模塊，當在長距離傳輸時使用色散管理模塊，當用直接調製雷射器進行長距離傳輸時使用啁啾管理模塊。
[0040]如圖1，下行可調發射機模塊發送一組下行信號，其波長分別為產通過所述的第一級周期性陣列波導光柵進行分波，再經過第二級周期性陣列波導光柵將不同波長分配到子系統中的不同光網絡單元。在上行方向上，上行信號經過分路合路器1，經過光環形器第3埠後從第2埠傳輸到第三周期性陣列波導光柵，最終在上行數據處理單元完成信號處理。
[0041]每一個子系統都配備有上行可調發射機，一方面，當某個子系統中負載不聚合時，例如，某一對上下行波長上的負載過大時，通過把使用這對波長的某些數據流量調換到其它負載較少的波長對上實現在同一子系統中的負載聚合。
[0042]另一方面，當不同子系統之間出現負載不聚合時，例如某一個子系統上的負載過大，而另一個子系統上的負載較少，同時負載較少的子系統使用一對波長就可以滿足上下行數據流量需求而其它M-1對波長置於空閒狀態時，通過下行可調發射機模塊中的下行可調雷射器模塊調諧發射頻率，使得M-1個空閒波長在調諧後經過周期性陣列波導光柵，分配到負載過大的子系統中，這樣在負載過大的子系統中就在原有的M個波長的基礎上動態地增加了 M-1個波長，擴大了該子系統的容量，實現了不同子系統中的負載聚合。
[0043]在用戶端沒有大量的數據流量請求時，網絡中的帶寬資源沒有得到充分利用，上下行收發機始終處於運轉狀態，造成帶寬的浪費和能源的無謂消耗。通過在網絡中進行合理的調度後，將數據流量集中在某幾個波長上同時閒置剩餘波長，關閉剩餘波長對應的雷射器，例如在某一個子系統中，數據流量相對較少，將流量集中到波七/上，同時閒置
<，關閉對應的雷射器，在僅僅使用部分雷射器的情況下就能滿足用戶使用需求，從而使整個系統更加節能。
[0044]當下行可調發射機模塊和上行數據處理單元採用直調雷射器時，需要色散/啁啾管理單元，如果不用直調雷射器，則可以不加色散/啁啾管理單元。
[0045]本實施例採用基於周期性陣列波導光柵的具有負載聚合和節能功能的TWDM-PON系統傳輸結構，具有以下的優點:
[0046]1、本發明採用周期性陣列波導光柵器件，能夠很好地與現有TWDM-PON系統兼容，且系統結構更加簡單，利於系統進行平滑升級，進而可在一定程度上降低PON升級成本；
[0047]2、本發明通過周期性陣列波導光柵進行波長路由，能夠在同一個子系統和不同子系統之間通過波長的調度實現負載聚合，為解決「潮汐效應」提供了一個簡便的方法；
[0048]3、本發明在網絡中流量需求很小時，在保證數據流量上下行要求的情況下，通過閒置冗餘波長，關掉對應波長的可調雷射器，使得系統整體更加節能。
[0049]以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明並不局限於上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的範圍內做出各種變形或修改，這並不影響本發明的實質內容。
【權利要求】
1.一種具有負載聚合和節能功能的TWDM-PON傳輸系統，其特徵在於，包括:若干個子系統和第一周期性陣列波導光柵；若干子系統通過第一周期性陣列波導光柵並列連接； 子系統包括下行可調發射機裝置、上行數據處理裝置、第一光環形器、光發大器、饋線式光纖、分路合路器以及光網絡單元； 其中，下行可調發射機裝置通過第一周期性陣列波導光柵連接第一光環形器的第一端；第一光環形器的第三端分別依次通過光發大器、饋線式光纖、分路合路器連接光網絡單元；上行數據處理裝置分別連接第一光環形器的第二端。
2.根據權利要求1所述的具有負載聚合和節能功能的TWDM-PON傳輸系統，其特徵在於，下行可調發射機裝置包括若干個下行可調發射機模塊、第二周期性陣列波導光柵以及色散/啁啾管理單元； 其中，若干個下行可調發射機模塊分別通過第二周期性陣列波導光柵連接所述色散/啁啾管理單元的輸入端，所述色散/啁啾管理單元的輸出端連接所述第一周期性陣列波導光柵。
3.根據權利要求1或2所述的具有負載聚合和節能功能的TWDM-PON傳輸系統，其特徵在於，若干個上行數據處理裝置包括若干個上行數據處理單元、若干個光電探測器、第三周期性陣列波導光柵以及色散/啁啾管理單元； 其中，若干個上行數據處理單元分別通過光電探測器連接所述第三周期性陣列波導光柵的輸出端，所述第一光環形器的第二端通過色散/啁啾管理單元連接所述第三周期性陣列波導光柵的輸入端。
4.根據權利要求3所述的具有負載聚合和節能功能的TWDM-PON傳輸系統，其特徵在於，光網絡單元包括第二光環形器、可調濾波器、接收機以及上行可調發射機； 其中，第二光環形器的第二埠通過分布式光纖連接所述分路合路器，第二光環形器的第三埠通過可調濾波器連接至所述接收機；上行信號通過上行可調發射機的輸出連接到第二光環形器的第一埠。
5.根據權利要求1所述的具有負載聚合和節能功能的TWDM-PON傳輸系統，其特徵在於，分路合路器包括光分路器和光合路器；光分路器用於將下行信號通過光分路分發給與之相連的各個光網絡單元，光合路器用於將光網絡單元的上行信號進行耦合。
6.根據權利要求3所述的具有負載聚合和節能功能的TWDM-PON傳輸系統，其特徵在於，第一周期性陣列波導光柵採用N*N型周期性陣列波導光柵；第二周期性陣列波導光柵和第三周期性陣列波導光柵採用1*N型周期性陣列波導光柵，其中N為2η，η為大於2的自然數。
7.根據權利要求2所述的具有負載聚合和節能功能的TWDM-PON傳輸系統，其特徵在於，下行發射機模塊式可調的，調諧範圍為從.，七調諧為其中，砣為第m個下行波長，人"力調製後的第m個下行波長，m為2η，η為大於2的自然數，d表示下行。
8.根據權利要求3所述的具有負載聚合和節能功能的TWDM-PON傳輸系統，其特徵在於，下行可調發射機模塊和上行數據處理單元的數量均為M個，M為2η，η為大於2的自然數。
9.根據權利要求4所述的具有負載聚合和節能功能的TWDM-PON傳輸系統，其特徵在於，可調 濾波器採用帶通濾波器或周期性濾波器。
【文檔編號】H04L5/00GK104080018SQ201410265043
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月13日 優先權日:2014年6月13日
【發明者】劉源, 杜維嘉, 郭梓棟, 畢美華, 何浩, 胡衛生 申請人:上海交通大學