CN109818670B - 一种具有多点故障保护能力的twdm-pon*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有多点故障保护能力的TWDM‑PON***，采用星‑环型拓扑结构，有效地实现了故障隔离，避免了“牵一发而动全身”的状况发生，更重要的是，通过环型网络与远端结点RN内部结构的设计，使网络即便在只有一个远端结点RN可以正常工作的情况下也能实现故障恢复，实现了馈线光纤的N:1全面保护，极大地提升了网络的可靠性，此外，信号沿星型网络直接传到目的光网络单元ONU，与环型结构相比无需途径其他节点，减小了传输时延和链路损耗，网络单元ONU采用总线型拓扑结构，工作光纤和保护光纤同时传输信号，沿途使用耦合器而不是光开关，实现了ONU无切换自动保护，同时也降低了网络成本。

Description

一种具有多点故障保护能力的TWDM-PON***

技术领域

本发明涉及光通信领域，具体是涉及一种具有多点故障保护能力的TWDM-PON***。

背景技术

随着众多新兴应用的出现，如高清电视、虚拟现实等，网络流量呈现***式增长，用户带宽需求激增。汇聚-接入一体化环境下的WDM-PON、TWDM-PON被认为是未来宽带接入的有效解决方案。超大带宽的实现带来人们对另一个问题的思考，网络一旦发生故障，将会造成海量数据的丢失。此外，像远程医疗等众多实时性业务无法容忍长时间的网络故障。因此，提高网络的故障保护能力显得尤为重要。

现行的馈线光纤保护方案中，通常是采用备份保护，或者利用环型结构天然的“自愈能力”来实现故障恢复。但是采用备份保护会造成***冗余较大、网络成本较高、带宽资源浪费严重等问题，而且对于多点故障的保护能力十分有限。采用环型结构会使网络的可靠性大大增加，但即便是对于可靠性最强的双纤环而言，也无法抵御同时出现的两个以上双纤故障。此外，在环型结构中信号沿着环型网络依次传输，任何一点出现故障，都会影响整个网络的正常运行，不能实现故障隔离。同时，这种传输方式会使信号的传输距离增加，进而增大传输时延和链路损耗。因此，研究具有多点故障保护能力的、能实现故障隔离的光网络***具有十分重要的意义。

还值得注意的一点是，现有的光网络单元ONU端的保护方案，在发生故障时，都需要对应的光开关进行保护切换才能实现故障恢复。在这个过程中，许多本来能够正常工作的ONU都会受到影响，即出现“牵一发而动全身”的状况，这对于对通信质量要求比较高的服务，如：高质量的视频会议，是难以接受的。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提出一种具有多点故障保护能力的光网络***，使其对于馈线光纤而言，能够抵御同时出现的多点光纤故障，同时实现故障隔离，避免相互干扰，对于分布光纤而言，在发生故障时，无需光开关进行切换就能自动将保护信号传到目的ONU，实现“无切换自动保护”。

其解决的技术方案是，光线路终端OLT处于网络中心节点的位置，它通过N根馈线光纤分别连接至N个远端结点RN形成星型网络，与此同时，各远端结点RN又通过馈线光纤交叉连接在一起形成双纤环结构。远端结点RN通过分布光纤连接至M个光网络单元ONU，ONU端的拓扑结构为总线型，其特征在于：

所述的光线路终端OLT由N个光发射机、N个光接收机、第一、第二2个1*N阵列波导光栅AWG、一个光环形器、一个双向掺饵光纤放大器EDFA以及一个1*N光分路器构成，在OLT中，N个光发射机连接到第一1*N阵列波导光栅AWG，N个光接收机连接到第二1*N阵列波导光栅AWG，第一1*N阵列波导光栅AWG的输出连接至一个光环形器，光环形器的输出连接至一个双向掺饵光纤放大器EDFA，双向掺饵光纤放大器EDFA的输出连接至一个1*N光分路器，1*N光分路器的N个输出分别通过N根馈线光纤连接至N个远端结点RN；所述的远端结点RN由一个3*1光开关、第一、第二2个1*2功率分配器、一个可调谐滤波器、第一、第二2个波导阵列光栅AWG、N个1*1光开关以及一个l*2光耦合器构成，在远端结点RN中，3*1光开关连接至第一1*2功率分配器，第一1*2功率分配器的输出分成两路，一路连接至可调谐滤波器，之后可调谐滤波器的输出连接至第二1*2功率分配器，第二1*2功率分配器的两路输出均通过分布光纤连接至光网络单元ONU；第一1*2功率分配器的另一路输出连接至第一波导阵列光栅AWG，第一波导阵列光栅AWG的输出分别连接到N个1*1光开关，N个1*1光开关的输出又连接到第二波导阵列光栅AWG，第二波导阵列光栅AWG的输出连接到1*2光耦合器；

所述的光网络单元ONU由一个耦合器、一个1*2光分路器、一个光接收机以及一个反射式半导体光放大器RSOA构成，在光网络单元ONU中，耦合器的输出连接至1*2光分路器，1*2光分路器的输出分成两路，一路连接至光接收机，另一路连接至反射式半导体光放大器RSOA。

优选的，所述在正常工作模式下，实现网络中上下行业务传输的具体方法是：在所示的TWDM-PON***中，信号以波分复用的形式从光线路终端OLT传输到各远端结点RN，又以时分复用的形式从远端结点RN传输到各光网络单元ONU，在光线路终端OLT，N个光发射机产生N路载有各自下行信息的光信号λ₁λ₂...λ_N-1λ_N，之后N路光信号通过一个1*N阵列波导光栅AWG波长复用后通过光环形器，再经过一个双向掺饵光纤放大器EDFA放大后传到1*N光分路器，信号自此分成N路沿着馈线光纤传输到远端结点RN，在远端节点RN中，信号经3*1光开关后传到一个1*2光分路器，信号经此分成两部分，一部分用于信号接收，另一部分用于故障保护，用于下行信号接收的那部分信号经过一个可调谐滤波器选出该RN_i下挂的ONU所需的波长信号λ_i，之后再通过一个1*2光分路器，将选择出来的波长信号分成两路，一路沿着工作分布光纤正向依次传递给该RN_i下的各ONU，另一路沿着保护分布光纤从相反方向传递给该RN_i下的各ONU，这两路信号在ONU内通过一个1*2耦合器合成一路，之后通过一个1*2光分路器，将信号分成两部分，一部分被光接收机接，另一部分传给反射式半导体光放大器RSOA用于上行信号的再调制，在反射式半导体光放大器RSOA中，进行重调制后的上行波长λ_i′通过1*2光分路器、1*2耦合器重新送回至远端结点RN，在远端结点RN中，通过1*2光分路器将来自分布光纤的两路相同的上行信号合成一路，之后再通过可调谐滤波器、1*2光分路器、3*1光开关经由馈线光纤送回至光线路终端OLT，在OLT中，来自N个RN的上行信号λ₁′λ₂′...λ_N′通过1*N光分路器合成一路，之后依次经过双向掺饵光纤放大器EDFA、光环形器到达一个1*N阵列波导光栅AWG，信号经此解复用后传递到光接收机被接收。

优选的，所述实现保护功能的方法如下：S1、当馈线光纤出现故障，且故障光纤相邻两侧至少有一个远端结点RN可以正常工作时，可以通过环形网络实现N：1全面保护，假设连接到RN_i的馈线光纤出现故障，远端结点RN_i内的3*1光开关进行保护切换，端口1连接至端口2，远端结点RN_i-1内的1*1光开关中的OS_i进行保护切换，开关闭合，OLT产生的N路下行信号λ₁λ₂...λ_N-1λ_N通过馈线光纤到达各远端节点RN，RN_i由于连接它的馈线光纤故障，无法接收到属于它的下行信号，但是包含RN_i下行波长λ_i的复用信号λ₁λ₂...λ_N-1λ_N能够到达RN_i-1，在RN_i-1中，信号通过3*1光开关、1*2光分路器后分成两部分，一部分用于RN_i-1自身信号的接收，另一部分通过一个1*N阵列波导光栅AWG解复用出RN_i的下行波长λi，波长λ_i之后经过1*1光开关中的OS_i、1*N阵列波导光栅AWG，从1*2光耦合器的3端口输出，经由RN_i-1和RN_i之间的馈线光纤传到RN_i，在远端结点RN_i中，信号通过保护切换后的3*1光开关到达1*2光分路器，之后信号的传输方式与正常工作模式相同，同时，RN_i的上行信号λ_i′也通过保护切换后的3*1光开关、RN_i-1和RN_i之间的馈线光纤传到RN_i-1，在RN_i-1中，上行波长λ_i′依次通过1*2光耦合器、1*N阵列波导光栅AWG、1*1光开关中的OS_i，到达1*2光分路器后与RN_i-1的上行波长λ_i-1′合波，再传到光线路终端OLT(1)，之后信号的传输方式与正常工作模式相同；

S2、当馈线光纤出现故障，且故障光纤相邻两侧两个远端结点RN均不能正常工作时，我们依旧可以通过馈线光纤构成的环形网络实现N：1全面保护，假设连接RN_i、RN_i+1、RN_i+2的馈线光纤均故障，RNi₊₁相邻两个远端结点RN均不能正常工作，故无法为其提供故障保护，但是我们依然可以先通过RN_i-1使得RN_i、RN_i+1、RN_i+2这三个故障点实现故障恢复，具体方法如下：OLT产生的N路下行信号λ₁λ₂...λ_N-1λ_N能够通过馈线光纤到达RN_i-1，在远端结点RN_i-1中，信号通过3*1光开关、1*2光分路器后分成两部分，一部分用于RN_i-1自身信号的接收，另一部分通过一个1*N阵列波导光栅AWG解复用出RN_i的下行波长λ_i，RN_i+1的下行波长λ_i+1以及RN_i+2的下行波长λ_i+2，波长λ_i、λ_i+1、λ_i+2之后经过1*1光开关、1*N阵列波导光栅AWG、从1*2光耦合器的3端口输出，经由RN_i-1和RN_i之间的馈线光纤传到RN_i，在远端结点RN_i中，信号通过保护切换后的3*1光开关到达1*2光分路器后分成两路，一路用于RN_i自身信号的接收，另一路通过一个1*N阵列波导光栅AWG解复用出RN_i+1的下行波长λ_i+1以及RN_i+2的下行波长λ_i+2，波长λ_i+1、λ_i+2之后经过1*1光开关、1*N阵列波导光栅AWG、从1*2光耦合器的3端口输出，经由RN_i和RN_i+1之间的馈线光纤传到RN_i+1，在远端结点RN_i+1中，信号通过保护切换后的3*1光开关到达1*2光分路器后分成两路，一路用于RN_i+1自身信号的接收，另一路通过一个1*N阵列波导光栅AWG解复用出RN_i+2的下行波长λ_i+2，波长λ_i+2之后经过1*1光开关、1*N阵列波导光栅AWG、从1*2光耦合器的3端口输出，经由RN_i+1和RN_i+2之间的馈线光纤传到RN_i+2，在远端结点RN_i+2中，信号通过保护切换后的光开关到达1*2光分路器，之后信号的传输方式与正常工作模式相同，同时，RN_i+2的上行信号λ_i+2′也通过保护切换后的3*1光开关、RN_i+2和RN_i+1之间的馈线光纤传到RN_i+1，在RN_i+1中，上行波长λ_i+2′依次通过1*2光耦合器、1*N阵列波导光栅AWG、1*1光开关，到达1*2光分路器后与RN_i+1的上行波长λ_i+1′合波，再通过保护切换后的3*1光开关、RN_i+1和RN_i之间的馈线光纤传到RN_i，在RN_i中，上行波长λ_i+2′、λ_i+1′依次通过1*2光耦合器、1*N阵列波导光栅AWG、1*1光开关，到达1*2光分路器后与RN_i的上行波长λ_i′合波，再通过保护切换后的3*1光开关、RN_i和RN_i-1之间的馈线光纤传到RN_i-1，在RN_i-1中，上行波长λ_i+2′、λ_i+1′、λ_i′依次通过1*2光耦合器、1*N阵列波导光栅AWG、1*1光开关，到达1*2光分路器后与RN_i-1的上行波长λ_i-1′合波，合波后的上行信号λ_i+2′、λ_i+1′、λ_i′、λ_i-1′传到光线路终端OLT，之后信号的传输方式与正常工作模式相同；

S3、当分布光纤故障时，此时无需光开关进行保护切换，网络就能自动实现故障恢复。信号从光线路终端OLT到远端结点RN的传输方式与正常工作模式相同，由于工作分布光纤中间故障，ONU2之后的ONU₃...ONU_M-1、ONU_M均无法从工作分布光纤获得下行信号，但是由1*2光分路器分成的另一路下行信号能沿着保护分布光纤从相反方向依次传递给ONU_M、ONU_M-1...ONU₃。信号到达ONU后的传输方式与正常工作模式相同。

与现有技术相比，本发明具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步：

(1)该网络实现了馈线光纤的N：1全面保护，使网络即便在只有一个远端结点RN可以正常工作的情况下也能实现故障恢复，极大地提升了网络的可靠性；

(2)利用星型拓扑的天然结构优势，各远端结点RN的传输链路彼此互不干扰，一点故障不会影响其他正常工作的RN，有效地实现了故障隔离；

(3)信号沿星型网络直接传到目的光网络单元ONU，与环型、总线型结构相比无需途径其他节点，减小了传输时延和链路损耗；

(4)在ONU端采用双总线型拓扑结构，沿途只使用耦合器没有光开关，当工作光纤故障时，无需切换就能自动将保护光纤中的信号耦合到目的ONU，实现了无切换自动保护；

(5)工作光纤与保护光纤同时传递信号，避免了保护光纤在网络正常工作的模式下因闲置而造成光纤资源的浪费。同时，耦合器不论是在成本还是损耗方面都要比光开关低，使用耦合器使得网络的整体成本和接收端信号的信噪比均得到了改善。

附图说明

图1为本发明的星-环型TWDM-PON***示意图。

图2为本发明的光线路终端OLT的内部结构示意图。

图3为本发明的远端结点RN的内部结构示意图。

图4为本发明的远端结点RN间连接方式的示意图。

图5为本发明的光网络单元ONU的内部结构示意图。

图6为本发明的馈线光纤离散故障保护模式下相应RN的内部结构示意图。

图7为本发明的馈线光纤连续故障保护模式下相应RN的内部结构示意图。

图8为本发明的分布光纤故障示意图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至附图8对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。

实施例一，一种具有多点故障保护能力的TWDM-PON***，参见附图1，由光线路终端OLT1通过馈线光纤2连接到N个远端结点RN3)形成星型结构，使各远端结点RN的传输链路彼此互不干扰，一点故障不会影响其他正常工作的RN，有效地实现了故障隔离，远端节点RN3)又通过馈线光纤4)相互连接起来形成双纤环结构，每个远端节点RN3)通过分布光纤5)连接到M个光网络单元ONU6)，与环型结构相比无需途径其他节点，减小了传输时延和链路损耗，光网络单元ONU6又通过分布光纤7、分布光纤8以及光耦合器9分别从两个方向串联起来形成双总线型结构，实现了馈线光纤的N:1全面保护，使网络即便在只有一个远端结点RN可以正常工作的情况下也能实现故障恢复，极大地提升了网络的可靠性；

参见附图2，所述的光线路终端OLT1)包含N个光发射机10、N个光接收机11、第一、第二2个1*N阵列波导光栅AWG12、13、一个光环形器14、一个双向掺饵光纤放大器EDFA15以及一个1*N光分路器16，在OLT1中，N个光发射机10连接到第一1*N阵列波导光栅AWG12，N个光接收机11连接到第二1*N阵列波导光栅AWG13，第一1*N阵列波导光栅AWG12的输出连接至一个光环形器14，光环形器14的输出连接至一个双向掺饵光纤放大器EDFA15，双向掺饵光纤放大器EDFA15的输出连接至一个1*N光分路器16，1*N光分路器16通过N根馈线光纤2连接至N个远端结点RN3；

参见附图3，所述的远端结点RN3包含一个3*1光开关17、第一、第二2个1*2功率分配器18，19、一个可调谐滤波器20、第一、第二2个波导阵列光栅AWG21、22、N个1*1光开关23以及一个1*2光耦合器24，在远端结点RN3中，3*1光开关17的1端口连接至第一1*2功率分配器18，第一1*2功率分配器18的2端口连接至可调谐滤波器20，可调谐滤波器20的输出连接至第二1*2功率分配器19，第二1*2功率分配器19的2、3端口分别通过分布光纤7、8连接至ONU6)；第一1*2功率分配器18的3端口连接至第一波导阵列光栅AWG21，第一波导阵列光栅AWG21的输出分别连接到N个1*1光开关23，N个1*1光开关23的输出又连接到第二波导阵列光栅AWG22，第二波导阵列光栅AWG22的输出连接到1*2光耦合器24，远端结点RN3的设计实现了模块化，每个RN_i模块对外留有5个端口25、26、27、28、29，RN_i的端口25连接至OLT1，RN_i的端口26、28分别连接至RN_i-1的端口29、27，RN_i的端口27、29分别连接至RN_i+1的端口28、26，RN间的连接方式具体可参见图4；

参见附图5，所述的光网络单元ONU6包含一个耦合器30、一个1*2光分路器31、一个光接收机32以及一个反射式半导体光放大器RSOA33，在光网络单元ONU6中，耦合器30的输出连接至1*2光分路器31，1*2光分路器31的端口1连接至光接收机32，1*2光分路器31的端口2连接至反射式半导体光放大器RSOA33，光网络单元ONU6的设计也实现了模块化，每个ONU_j模块对外留有2个端口34、35，ONU_i的端口34、35分别通过分布光纤7、8以及光耦合器9连接至远端结点RN3。

实施例二，在实施例一的基础上，参见附图1，附图2，附图3，附图4，附图5所示，在正常工作模式下，实现网络中上下行业务传输的具体方法是：在所示的TWDM-PON***中，信号以波分复用的形式从光线路终端OLT1传输到各远端结点RN3，又以时分复用的形式从远端结点RN3传输到各光网络单元ONU6，在光线路终端OLT1，N个光发射机10产生N路载有各自下行信息的光信号λ₁λ₂...λ_N-1λ_N，之后N路光信号通过一个1*N阵列波导光栅AWG12波长复用后通过光环形器14，再经过一个双向掺饵光纤放大器EDFA15放大后传到1*N光分路器16，信号自此分成N路沿着馈线光纤2传输到远端结点RN3，在远端节点RN3中，信号经3*1光开关17后传到一个1*2光分路器18，信号经此分成两部分，从1*2光分路器18端口3输出的信号用于故障保护，从1*2光分路器18端口2输出的信号则继续向后传输用于下行信号的接收，用于下行信号接收的那部分信号经过一个可调谐滤波器20选出该RN_i下挂的ONU所需的波长信号λi，之后再通过一个1*2光分路器19，将选择出来的波长信号分成两路，一路沿着分布光纤7正向依次传递给该RN_i下的各ONU，另一路沿着分布光纤8从相反方向传递给该RN_i下的各ONU，这两路信号在ONU6内通过一个1*2耦合器30合成一路，之后通过一个1*2光分路器31，将信号分成两部分，一部分被光接收机接32，另一部分传给反射式半导体光放大器RSOA33用于上行信号的再调制，在反射式半导体光放大器RSOA33中，进行重调制后的上行波长λ_i′通过1*2光分路器31、1*2耦合器30重新送回至远端结点RN3，在远端结点RN3中，通过1*2光分路器19将来自分布光纤7、8的两路相同的上行信号合成一路，之后再通过可调谐滤波器20、1*2光分路器18、3*1光开关17经由馈线光纤2送回至光线路终端OLT1，在OLT1中，来自N个RN的上行信号λ₁′λ₂′...λ_N′通过1*N光分路器16合成一路，之后依次经过双向掺饵光纤放大器EDFA15、光环形器14到达一个1*N阵列波导光栅AWG13，信号经此解复用后传递到光接收机11被接收。

实施例三，在实施例一的基础上，所述实现保护功能的方法如下：S1，参见附图6，当馈线光纤2出现故障，且故障光纤相邻两侧至少有一个远端结点RN可以正常工作时，可以通过馈线光纤4构成的环形网络进行N：1全面保护，假设连接到RN_i的馈线光纤故障，远端结点RN_i内的3*1光开关17进行保护切换，端口1连接至端口2，远端结点RN_i-1内的1*1光开关23中的OS_i进行保护切换，开关闭合，OLT1产生的N路下行信号λ₁λ₂...λ_N-1λ_N通过馈线光纤2到达各远端节点RN，RN_i由于连接它的馈线光纤故障，无法接收到属于它的下行信号，但是包含RN_i下行波长λ_i的复用信号λ₁λ₂...λ_N-1λ_N能够到达RN_i-1，在RN_i-13中，信号通过3*1光开关17、1*2光分路器18后分成两部分，1*2光分路器18端口2输出的信号用于RN_i-1自身信号的接收，1*2光分路器18端口3输出的信号通过一个1*N阵列波导光栅AWG21解复用出RN_i的下行波长λ_i，波长λ_i之后经过1*1光开关23中的OS_i、1*N阵列波导光栅AWG22，从1*2光耦合器24的3端口输出，经由RN_i-1和RN_i之间的馈线光纤4传到RN_i，在远端结点RN_i3中，信号通过保护切换后的光开关17到达1*2光分路器18，之后信号的传输方式与正常工作模式相同；

同时，RN_i的上行信号λ_i′也通过保护切换后的光开关17、RN_i-1和RN_i之间的馈线光纤4传到RN_i-1，在RN_i-13中，上行波长λ_i′依次通过1*2光耦合器24、1*N阵列波导光栅AWG22、1*1光开关23中的OS_i，到达1*2光分路器18后与RN_i-1的上行波长λ_i-1′合波，再通过光开关17传到光线路终端OLT1，之后信号的传输方式与正常工作模式相同；

S2，参见附图7，当馈线光纤2出现故障，且故障光纤相邻两侧两个远端结点RN均不能正常工作时，我们依旧可以通过馈线光纤4构成的环形网络进行N：1全面保护，如图7所示，连接RN_i、RN_i+1、RN_i+2的馈线光纤均故障，RN_i+1相邻两个远端结点RN均不能正常工作，故无法为其提供故障保护，但是我们依然可以先通过RN_i-1使得RN_i、RN_i+1、RN_i+2这三个故障点实现故障恢复，具体方法如下：OLT1产生的N路下行信号λ₁λ₂...λ_N-1λ_N能够通过馈线光纤2到达RN_i-1，在远端结点RN_i-13中，信号通过3*1光开关17、1*2光分路器18后分成两部分，1*2光分路器18端口2输出的信号用于RN_i-1自身信号的接收，1*2光分路器18端口3输出的信号通过一个1*N阵列波导光栅AWG21解复用出RN_i的下行波长λ_i，RN_i+1的下行波长λ_i+1以及RN_i+2的下行波长λ_i+2，波长λ_i、λ_i+1、λ_i+2之后经过1*1光开关23、1*N阵列波导光栅AWG22、从1*2光耦合器24的3端口输出，经由RN_i-1和RN_i之间的馈线光纤4传到RN_i，在远端结点RN_i3中，信号通过保护切换后的光开关17到达1*2光分路器18后分成两路，1*2光分路器18端口2输出的信号用于RN_i自身信号的接收，1*2光分路器18端口3输出的信号通过一个1*N阵列波导光栅AWG21解复用出RN_i+1的下行波长λ_i+1以及RN_i+2的下行波长λ_i+2，波长λ_i+1、λ_i+2之后经过1*1光开关23、1*N阵列波导光栅AWG22、从1*2光耦合器24的3端口输出，经由RN_i和RN_i+1之间的馈线光纤4传到RN_i+1，在远端结点RN_i+13中，信号通过保护切换后的光开关17到达1*2光分路器18后分成两路，1*2光分路器18端口2输出的信号用于RN_i+1自身信号的接收，1*2光分路器18端口3输出的信号通过一个1*N阵列波导光栅AWG21解复用出RN_i+2的下行波长λ_i+2，波长λ_i+2之后经过1*1光开关23、1*N阵列波导光栅AWG22、从1*2光耦合器24的3端口输出，经由RN_i+1和RN_i+2之间的馈线光纤4传到RN_i+2，在远端结点RN_i+23中，信号通过保护切换后的光开关17到达1*2光分路器18，之后信号的传输方式与正常工作模式相同；

同时，RN_i+2的上行信号λ_i+2′也通过保护切换后的光开关17、RN_i+2和RN_i+1之间的馈线光纤4传到RN_i+1，在RN_i+13中，上行波长λ_i+2′依次通过1*2光耦合器24、1*N阵列波导光栅AWG22、1*1光开关23，到达1*2光分路器18后与RN_i+1的上行波长λ_i+1′合波，再通过光开关17、RN_i+1和RN_i之间的馈线光纤4传到RN_i，在RN_i3中，上行波长λ_i+2′、λ_i+1′依次通过1*2光耦合器24、1*N阵列波导光栅AWG22、1*1光开关23，到达1*2光分路器18后与RN_i的上行波长λ_i′合波，再通过光开关17、RN_i和RN_i-1之间的馈线光纤4传到RN_i-1，在RN_i-13中，上行波长λ_i+2′、λ_i+1′、λ_i′依次通过1*2光耦合器24、1*N阵列波导光栅AWG22、1*1光开关23，到达1*2光分路器18后与RN_i-1的上行波长λ_i-1′合波，合波后的上行信号λ_i+2′、λ_i+1′、λ_i′、λ_i-1′通过光开关17传到光线路终端OLT1，之后信号的传输方式与正常工作模式相同；由此可见，只要网络中还有一个远端结点RN可以正常工作，网络就可以实现故障恢复；

S3，参见图8、图3、图5，连接ONU的分布光纤7、8若发生故障，此时无需光开关进行保护切换，网络就能自动实现故障恢复，信号从光线路终端OLT1到远端结点RN3的传输方式与正常工作模式相同，由于分布光纤7中间故障，ONU2之后的ONU₃…ONU_M-1、ONU_M均无法从分布光纤7获得下行信号，但是由1*2光分路器19分成的另一路下行信号能沿着分布光纤8从相反方向依次传递给ONU_M、ONU_M-1…ONU₃，信号到达0NU后的传输方式与正常工作模式相同。

本发明具体使用时，OLT和RN的连接方式，采用星-环型组合拓扑结构，利用星型结构的天然优势，各RN的传输链路彼此互不干扰，一点故障不会影响其他正常工作的RN，可有效实现故障隔离，其次，信号沿星型网络直接传到目的RN，与环型结构相比无需途径其他节点，减小了传输时延和链路损耗，此外，利用环型结构再结合RN节点内部设计，使得网络中任意一个RN都可以在网络故障时为其他RN提供保护，也就是说即便只剩下一个RN可以正常工作，网络也可以实现故障恢复，实现了馈线光纤的N：1全面保护，ONU的连接方式，采用双总线型拓扑结构，一条作为工作光纤，另一条作为保护光纤，两条光纤分别从两个方向将ONU串联起来，这样可以使被保护的ONU数目达到最大，而且，工作光纤与保护光纤同时传递信号，避免了保护光纤因闲置而造成光纤资源浪费，沿途只使用耦合器没有光开关，当工作光纤故障时，无需切换就能自动将保护光纤中的信号耦合到目的ONU，实现无切换自动保护。

Claims (3)

1.一种具有多点故障保护能力的TWDM-PON***，由光线路终端OLT(1)通过馈线光纤(2)连接到N个远端结点RN(3)形成星型结构，远端节点RN(3)又通过馈线光纤(4)相互连接起来形成双纤环结构，每个远端节点RN(3)通过分布光纤(5)连接到M个光网络单元ONU(6)，光网络单元ONU(6)又通过分布光纤(7)、分布光纤(8)以及光耦合器(9)分别从两个方向串联起来形成双总线型结构，其特征在于，所述的光线路终端OLT(1)包含N个光发射机(10)、N个光接收机(11)、第一1*N阵列波导光栅AWG(12)、第二1*N阵列波导光栅AWG(13)、一个光环形器(14)、一个双向掺饵光纤放大器EDFA(15)以及一个1*N光分路器(16)，在OLT(1)中，N个光发射机(10)连接到第一1*N阵列波导光栅AWG(12)，N个光接收机(11)连接到第二1*N阵列波导光栅AWG(13)，第一1*N阵列波导光栅AWG(12)的输出连接至一个光环形器(14)，光环形器(14)的输出连接至一个双向掺饵光纤放大器EDFA(15)，双向掺饵光纤放大器EDFA(15)的输出连接至一个1*N光分路器(16)，1*N光分路器(16)通过N根馈线光纤(2)连接至N个远端结点RN(3)；

所述的远端结点RN(3)包含一个3*1光开关(17)、第一1*2功率分配器(18)、第二1*2功率分配器(19)、一个可调谐滤波器(20)、第一1*N阵列波导光栅AWG(21)、第二1*N阵列波导光栅AWG(22)、N个1*1光开关(23)以及一个1*2光耦合器(24)，在远端结点RN(3)中，3*1光开关(17)的1端口连接至第一1*2功率分配器(18)，第一1*2功率分配器(18)的2端口连接至可调谐滤波器(20)，可调谐滤波器(20)的输出连接至第二1*2功率分配器(19)，第二1*2功率分配器(19)的2、3端口分别通过分布光纤(7、8)连接至ONU(6)，第一1*2功率分配器(18)的3端口连接至第一波导阵列光栅AWG(21)，第一波导阵列光栅AWG(21)的输出分别连接到N个1*1光开关(23)，N个1*1光开关(23)的输出又连接到第二波导阵列光栅AWG(22)，第二波导阵列光栅AWG(22)的输出连接到1*2光耦合器(24)，远端结点RN(3)的设计实现了模块化，每个RN_i模块对外留有5个端口（25、26、27、28、29），RN_i的端口（25）连接至OLT(1)，RN_i的端口（26、28）分别连接至RN_i-1的端口（29、27），RN_i的端口（27、29）分别连接至RN_i+1的端口（28、26）；

所述的光网络单元ONU(6)包含一个耦合器(30)、一个1*2光分路器(31)、一个光接收机(32)以及一个反射式半导体光放大器RSOA(33)，在光网络单元ONU(6)中，耦合器(30)的输出连接至1*2光分路器(31)，1*2光分路器(31)的端口1连接至光接收机(32)，1*2光分路器(31)的端口2连接至反射式半导体光放大器RSOA(33)，光网络单元ONU(6)的设计也实现了模块化，每个ONU_j模块对外留有2个端口(34、35)，ONU_j的端口34、35分别通过分布光纤(7、8)以及光耦合器(9)连接至远端结点RN(3)。

2.如权利要求1所述的一种具有多点故障保护能力的TWDM-PON***，其特征在于，在正常工作模式下，实现网络中上下行业务传输的具体方法如下：

信号以波分复用的形式从光线路终端OLT(1)传输到各远端结点RN(3)，又以时分复用的形式从远端结点RN(3)传输到各光网络单元ONU(6)，在光线路终端OLT(1)，N个光发射机(10)产生N路载有各自下行信息的光信号λ₁λ₂…λ_N-1λ_N，之后N路光信号通过一个1*N阵列波导光栅AWG(12)波长复用后通过光环形器(14)，再经过一个双向掺饵光纤放大器EDFA(15)放大后传到1*N光分路器(16)，信号自此分成N路沿着馈线光纤(2)传输到远端结点RN(3)；在远端节点RN(3)中，信号经3*1光开关(17)后传到一个1*2光分路器(18)，信号经此分成两部分，从1*2光分路器(18)端口3输出的信号用于故障保护，从1*2光分路器(18)端口2输出的信号则继续向后传输用于下行信号的接收；用于下行信号接收的那部分信号经过一个可调谐滤波器(20)选出该RN_i下挂的ONU所需的波长信号λ_i，之后再通过一个1*2光分路器(19)，将选择出来的波长信号分成两路，一路沿着分布光纤(7)正向依次传递给该RN_i下的各ONU，另一路沿着分布光纤(8)从相反方向传递给该RN_i下的各ONU；这两路信号在ONU(6)内通过一个1*2耦合器(30)合成一路，之后通过一个1*2光分路器(31)，将信号分成两部分，一部分被光接收机接(32)，另一部分传给反射式半导体光放大器RSOA(33)用于上行信号的再调制；在反射式半导体光放大器RSOA(33)中，进行重调制后的上行波长λ_i′通过1*2光分路器(31)、1*2耦合器(30)重新送回至远端结点RN(3)，在远端结点RN(3)，通过1*2光分路器(19)将来自分布光纤(7、8)的两路相同的上行信号合成一路，之后再通过可调谐滤波器(20)、1*2光分路器(18)、3*1光开关(17)经由馈线光纤(2)送回至光线路终端OLT(1)；在OLT(1)中，来自N个RN的上行信号λ₁′λ₂′...λ_N′通过1*N光分路器(16)合成一路，之后依次经过双向掺饵光纤放大器EDFA(15)、光环形器(14)到达一个1*N阵列波导光栅AWG(13)，信号经此解复用后传递到光接收机(11)被接收。

3.如权利要求2所述的一种具有多点故障保护能力的TWDM-PON***，其特征在于，实现保护功能的方法如下：

S1，当馈线光纤(2)出现故障，且故障光纤相邻两侧至少有一个远端结点RN可以正常工作时，可以通过馈线光纤(4)构成的环形网络进行N：1全面保护，假设连接到RNi的馈线光纤故障，远端结点RNi内的3*1光开关(17)进行保护切换，端口1连接至端口2，远端结点RNi-1内的1*1光开关(23)中的OSi进行保护切换，开关闭合，OLT(1)产生的N路下行信号λ₁λ₂…λ_N-1λ_N通过馈线光纤(2)到达各远端节点RN，RNi由于连接它的馈线光纤故障，无法接收到属于它的下行信号，但是包含RNi下行波长λ_i的复用信号λ₁λ₂...λ_N-1λ_N能够到达RNi-1，在RNi-1(3)中，信号通过3*1光开关(17)、1*2光分路器(18)后分成两部分，1*2光分路器(18)端口2输出的信号用于RNi-1自身信号的接收，1*2光分路器(18)端口3输出的信号通过一个1*N阵列波导光栅AWG(21)解复用出RNi的下行波长λ_i，波长λ_i之后经过1*1光开关(23)中的OSi、1*N阵列波导光栅AWG(22)，从1*2光耦合器(24)的3端口输出，经由RN_i-1和RN_i之间的馈线光纤(4)传到RN_i，在远端结点RN_i(3)中，信号通过保护切换后的光开关(17)到达1*2光分路器(18)，之后信号的传输方式与正常工作模式相同；

同时，RN_i的上行信号λ_i′也通过保护切换后的光开关(17)、RN_i-1和RN_i之间的馈线光纤(4)传到RN_i-1，在RN_i-1(3)中，上行波长λ_i′依次通过1*2光耦合器(24)、1*N阵列波导光栅AWG(22)、1*1光开关(23)中的OS_i，到达1*2光分路器(18)后与RN_i-1的上行波长λ_i-1′合波，再通过光开关(17)传到光线路终端OLT(1)，之后信号的传输方式与正常工作模式相同；

S2，当馈线光纤(2)出现故障，且故障光纤相邻两侧两个远端结点RN均不能正常工作时，我们依旧可以通过馈线光纤(4)构成的环形网络进行N：1全面保护，连接RN_i、RN_i+1、RN_i+2的馈线光纤均故障，RN_i+1相邻两个远端结点RN均不能正常工作，故无法为其提供故障保护，但是我们依然可以先通过RN_i-1使得RN_i、RN_i+1、RN_i+2这三个故障点实现故障恢复，具体方法如下：OLT(1)产生的N路下行信号λ₁λ₂...λ_N-1λ_N能够通过馈线光纤(2)到达RN_i-1，在远端结点RN_i-1(3)中，信号通过3*1光开关(17)、1*2光分路器(18)后分成两部分，1*2光分路器(18)端口2输出的信号用于RNi-1自身信号的接收，1*2光分路器(18)端口3输出的信号通过一个1*N阵列波导光栅AWG(21)解复用出RNi的下行波长λ_i，RNi+1的下行波长λ_i+1以及RNi+2的下行波长λ_i+2，波长λ_i、λ_i+1、λ_i+2之后经过1*1光开关(23)、1*N阵列波导光栅AWG(22)、从1*2光耦合器(24)的3端口输出，经由RN_i-1和RN_i之间的馈线光纤(4)传到RN_i，在远端结点RN_i(3)中，信号通过保护切换后的光开关(17)到达1*2光分路器(18)后分成两路，1*2光分路器(18)端口2输出的信号用于RNi自身信号的接收，1*2光分路器(18)端口3输出的信号通过一个1*N阵列波导光栅AWG(21)解复用出RNi+1的下行波长λ_i+1以及RNi+2的下行波长λ_i+2，波长λ_i+1、λ_i+2之后经过1*1光开关(23)、1*N阵列波导光栅AWG(22)、从1*2光耦合器(24)的3端口输出，经由RN_i和RN_i+1之间的馈线光纤(4)传到RN_i+1，在远端结点RN_i+1(3)中，信号通过保护切换后的光开关(17)到达1*2光分路器(18)后分成两路，1*2光分路器(18)端口2输出的信号用于RNi+1自身信号的接收，1*2光分路器(18)端口3输出的信号通过一个1*N阵列波导光栅AWG(21)解复用出RNi+2的下行波长λ_i+2，波长λ_i+2之后经过1*1光开关(23)、1*N阵列波导光栅AWG(22)、从1*2光耦合器(24)的3端口输出，经由RN_i+1和RN_i+2之间的馈线光纤(4)传到RN_i+2，在远端结点RN_i+2(3)中，信号通过保护切换后的光开关(17)到达1*2光分路器(18)，之后信号的传输方式与正常工作模式相同；

同时，RN_i+2的上行信号λ_i+2′也通过保护切换后的光开关(17)、RN_i+2和RN_i+1之间的馈线光纤(4)传到RN_i+1，在RN_i+1(3)中，上行波长λ_i+2′依次通过1*2光耦合器(24)、1*N阵列波导光栅AWG(22)、1*1光开关(23)，到达1*2光分路器(18)后与RN_i+1的上行波长λ_i+1′合波，再通过光开关(17)、RN_i+1和RN_i之间的馈线光纤(4)传到RN_i，在RN_i(3)中，上行波长λ_i+2′、λ_i+1′依次通过1*2光耦合器(24)、1*N阵列波导光栅AWG(22)、1*1光开关(23)，到达1*2光分路器(18)后与RN_i的上行波长λ_i′合波，再通过光开关(17)、RN_i和RN_i-1之间的馈线光纤(4)传到RN_i-1，在RN_i-1(3)中，上行波长λ_i+2′、λ_i+1′、λ_i′依次通过1*2光耦合器(24)、1*N阵列波导光栅AWG(22)、1*1光开关(23)，到达1*2光分路器(18)后与RN_i-1的上行波长λ_i-1′合波，合波后的上行信号λ_i+2′、λ_i+1′、λ_i′、λ_i-1′通过光开关(17)传到光线路终端OLT(1)，之后信号的传输方式与正常工作模式相同；

S3，当连接ONU的分布光纤(7、8)故障时，此时无需光开关进行保护切换，网络就能自动实现故障恢复，信号从光线路终端OLT(1)到远端结点RN(3)的传输方式与正常工作模式相同，由于分布光纤(7)中间故障，ONU2之后的ONU₃…ONU_M-1、ONU_M均无法从分布光纤(7)获得下行信号，但是由1*2光分路器(19)分成的另一路下行信号能沿着分布光纤(8)从相反方向依次传递给ONU_M、ONU_M-1…ONU₃，信号到达ONU后的传输方式与正常工作模式相同。

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