CN1527525A - 实现光网络***的通道功率动态均衡控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在光网络***中实现动态通道功率均衡控制的装置及方法，尤其涉及通讯领域的密集波分复用光网络***设备。本发明通过控制设置在发射端、接收端的集成衰减器阵列进行调节，既适用于具有开放式光接口的波分复用***，也适用于具有集成式光接口的***。本发明按照***在复用段的功率值是设备的静态工作点性能量，以及实有光通道功率谱和目标功率谱之间的相似性两类约束条件，进行迭代控制，通过检测、分析和控制，构成自动调节的光学***。实时化、动态化地调节网络光谱，确保网络传输性能稳定。

Description

实现光网络***的通道功率动态均衡控制装置及方法

技术领域

本发明涉及一种实现光网络***的通道功率动态均衡控制装置及方法。具体是一种波分复用光网络***中，对不同中心波长的光通道功率实现动态均衡调节控制的装置及方法，尤其涉及通讯领域的密集波分复用光网络***设备，本发明可以使光网络中***的通道功率分布得到动态的调节。

背景技术

密集波分复用(DWDM)光纤通信技术正向着超长超高速、大容量以及动态可配置的网络化方向发展，对光通道功率控制技术提出了越来越高的要求。在DWDM光传输***中，由于光放大器、传输光纤、色散补偿元件以及其他光学部件的增益或损耗与波长相关，因此通常情况下光传输链路中各通道功率是不均衡的。

例如在大容量点到点传输***中，由于全部通道占有带宽较宽(例如一种160波设备，在C波段和L波段共跨越带宽约80nm)，为了使所有通道的接收功率都落入接收机优化的误码性能范围内，获得通道一致、优良的***性能，对整个***各个部分的通道一致性传输要求增高。克服传输通道上各有源、无源组成部分带来的通道功率不一致性成为大容量、长距离传输***面临的问题之一。

此外，在宽带范围内的光纤传输会使光纤的某些非线性效应增强，例如受激拉曼散射(SRS)效应，会使DWDM信号的短波长通道功率向长波长通道转移，造成通道功率谱的显著倾斜。在接收端各光通道功率差异过大时，即使接收端通道平均功率为接收机最优输入功率，功率较低的通道会因趋近或低于接收机灵敏度而显著提高误码率、功率较高的通道会因趋近或高于接收机过载功率点而使误码显著恶化。这种情况的发生使大容量传输失败。

一般地，在发射端设备中通过调节每一个发射端光转发单元内激光器驱动电流来改变激光器输出功率，可以实现各个光通道的预均衡，这样做的缺点是：(1)激光器的输出光功率调节会使输出光的波长发生变化，功率调节时产生的动态效应也是一个不利因素。在***运行状态下进行调节提高了设备运行风险。(2)由于激光器和电子线路的性能离散性，使得每一只光转发单元的检测功率有差异、激光器驱动电流和输出功率之间的关系也有差异，不利于***的自动维护。(3)光转发单元输出光的调节范围受激光器性能及其驱动电路的限制，一般规定在有限的范围内进行调节(例如在中华人民共和国通信行业标准《YD/T 1060-2000光波分复用***(WDM)技术要求》中规定，光转发单元输出光功率在-3±2dB范围内)。在大波长数情况下为了保证接收端信道功率平坦而进行的调节有可能超过合适的范围。

一般地，设备管理和控制***将采集接收端光转发单元的输入功率检测值，在对设备进行维护时，经过人工操作设备管理***查询***内各信道当前接收功率后，用户可以根据当前检测结果和调节目标向发射端光转发单元下发功率调节指令。

在超高密度、大容量波分复用***设备中(例如160波设备)，由于光通道数量过大，人工操作设备管理***进行设备性能检测和维护工作量巨大。

发明内容

本发明的目的就是为了克服波分复用光通信设备中通道功率分布状态随传输距离延长而逐渐劣化的缺点，提出一种实现光网络***的通道功率动态均衡控制装置及方法。

在波分复用光网络***中对光通道功率进行均衡调节，可以实现长距离传输线路发射端和接收端的光谱约束条件，有利于在整个传输线路实现各光通道功率演化过程的良性状态。为了达到实时化、动态化地调节网络光谱、确保网络传输性能稳定，要在网络内目标检测点对传输光谱进行实时检测，并根据节点通道功率分配原则进行实时分析，获得优化的配置数据，并对所要控制的通道功率实施指令控制，以构成具有智能化光学管理特征的光传输***。实时化、动态化地调节网络光谱，可以确保网络传输性能稳定。

本发明的核心思想是：在***的发射端合波功能结构中和/或接收端分波功能结构中设置可调衰减器，共同构成衰减器阵列，以实现通道功率均衡控制。

在设备正常工作状态下，放大器输出功率的通道平均值应保持稳定；放大器输入端功率和输出端功率之间的关系应符合放大器增益调节范围。***在复用段的功率值是设备的静态工作点性能量，是设备进行动态调节的约束条件之一。实有光通道功率谱和目标功率谱之间的相似性约束条件则是设备进行动态调节的另一个约束条件。

本发明具体是这样实现的：

一种实现光网络***的通道功率动态均衡控制装置，包括由光放大器所构成的光传输通路，其特征在于该装置还包括：

在***发射端合波功能结构和/或接收端分波功能结构中，设置由功率调节衰减器构成的衰减器阵列，

放大器控制器，根据光检测结果获得当前增益、***在复用段的功率值，在增益变化时改变放大器驱动电流，经过放大器应用接口对放大器进行增益锁定；在此功率值偏离标称工作点时改变控制数据，经过放大器控制接口放大器平均增益进行调节，

信道功率均衡控制器，根据光检测结果获得***在复用段的功率值，并在功率值偏离标称工作点时改变控制数据，经过衰减器阵列控制接口对衰减器阵列各通道衰减量进行调节，

光谱检测控制器，通过通信/控制线连接的控制接口分别用于：启动或关闭光谱检测器、接受经光谱检测后得到的扫描数据、切换光开关的端口，

节点控制器，储存检测到的实有通道的目标功率谱，在获得光谱检测的实有通道功率谱后，进行光谱相似性判断，实有通道功率谱和目标功率谱差异较大，超过相似性约束条件后，则向***发送光通道功率调节命令；

在合波功能结构、放大器、分波功能结构的输入、输出端设置的检测点分别检测光功率，经光电检测和A/D转换至放大器控制器或通道功率均衡控制器；

在本地节点或下游节点设置的光谱检测点接入光谱检测器，经通信/控制线连接的控制接口至光谱检测控制器；

所述放大器控制器、通道功率均衡器控制器通过I/O接口与设备通信/控制总线相连，将当前工作状态上报至与设备通信/控制总线相连的节点控制器，从设备通信/控制总线获得节点控制器下发的增益配置更改、***静态工作点更改、衰减器阵列通道调节等命令；

所述光谱检测控制器通过设备I/O接口与设备通信/控制总线相连，可以接收节点控制器实施光谱扫描，也可以将光谱数据上报；

在节点之间，所述节点控制器发送的信息通过路由和转发器实现传递。

要对***进行调节，需要要在网络内目标检测点对传输光谱进行实时检测，按照目标点设置情况可以分为本地检测和异地(下游)检测两种情况。

所谓本地检测和异地检测，是指对光谱进行调节的目标点位置，是处在本地节点还是下游节点。若调节目标点在本地，则需要在本地实施光谱检测。若调节目标点在异地，则需要在异地目标点实施光谱检测。光谱检测点应接入通道功率谱扫描装置，扫描装置在光谱检测控制器的管理下，可以自动对检测点(可多于1个)进行通道光谱测试(自动检测模式)；或在外部命令控制下进行指定检测点的光谱测试(命令采集模式)。光谱检测控制器通过设备I/O接口与设备通信/控制总线相连，可以接收节点控制器输出的指令实施光谱扫描，也可以将光谱数据上报。

在光谱检测目标点所在的节点控制器，储存有检测点实有通道的目标功率谱。在获得光谱检测的实有通道功率谱后，可以进行光谱相似性判断。实有通道功率谱和目标功率谱差异较大，超过相似性约束条件后，则向***发送光通道功率调节命令。

对***进行调节的控制装置，也可以根据位置分为本地主控和异地主控两种情况。所谓本地主控或异地主控，是指可进行检测点目标功率谱编辑、***工作性能调节、***光通道功率动态均衡控制模式设置等功能的用户操作所在的节点，是在本地还是在异地。

在节点之间，节点控制器发送的信息通过路由和转发器实现传递。当主控计算机在本地，向异地发送的信息，通过本地节点控制器判断后送至路由和转发器输出。

在设备自动维护工作状态下，目标谱存在于检测点的节点控制器中，节点控制器周期性地查询光谱检测数据，并与目标谱相比较。一旦差异超过一定范数(表示两个谱数据之间的差异)门限，则综合目标谱和当前检测谱得到需要在发射端实现的目标调节谱。若光谱检测点位于***内输出端，即与通道均衡控制在同一节点，则***内的节点控制器将把调节谱信息和调节请求通过设备通信/控制总线发送到通道功率均衡器控制器；若检测点在通道均衡控制节点的下游其它节点，检测点的节点控制器将把调节谱信息和调节请求通过路由转发器发送到具有通道功率均衡能力的上游***。通道功率均衡器控制器响应命令后调节通道功率相对差异。

在用户可干涉工作状态下，通过主控计算机对目标点光谱进行编辑后，下发到检测点所在节点控制器，并启动调节。节点控制器只有在接收到调节命令时，才查询光谱检测数据，并与目标谱相比较。一旦差异超过规定范数门限，则综合目标谱与当前检测谱得到需要在***发射端实现的目标调节谱。若光谱检测点在本***内输出端，则***节点控制器将把调节谱信息和调节请求通过设备通信/控制总线发送到通道功率均衡器控制器；若检测点在通道均衡控制节点的下游其它节点，检测点节点控制器将把调节谱信息和调节请求通过路由转发器发送到上游***通道功率均衡器控制器，通道功率均衡器控制器响应命令后调节通道功率相对差异。

调节后再行查询光谱，若差异仍超过规定范数门限，则再次将目标谱与当前检测谱相减得到需要在通道功率均衡节点实现的调节谱。检测点节点控制器将把新的衰减谱信息和调节请求通过路由转发器发送到通道功率均衡节点，自动实施二次调节。

本发明实现动态增益谱调节的方法总的步骤概括如下：

步骤一、在***运行时，控制单元根据***最初设计要求设定***中光放大器的增益值、衰减器阵列各通道衰减量初始值。在无控制状态下按照初始功率配置状态进行工作；

步骤二、在自动维护模式下或用户干涉控制下，在检测目标所在节点，其节点控制器要求光谱检测点通过光通道谱监测单元来监测出主光通路各通道功率并上报控制器；

步骤三、该节点控制器根据上报的数据，和储存在目标点节点控制器中的目标通道功率谱相比较，根据***的目标谱计算出相对调节谱，并按照约定的数据格式发送给***动态通道均衡控制器，来实现动态调节；

在此步骤中，若光谱检测点在本***内输出端，则***节点控制器将把调节谱信息和调节请求通过设备通信/控制总线发送到通道功率均衡器控制器；

若检测点在通道均衡控制节点的下游其它节点，检测点节点控制器将把调节谱信息和调节请求通过路由转发器发送到上游***通道功率均衡器控制器，通道功率均衡器控制器响应命令后调节通道功率相对差异。

步骤四、目标检测点的节点控制器指挥光谱监测单元重复测量主光通道的性能并上报给控制器，控制器进行数据处理与比较，如满足要求，则动态控制结束，称一次迭代控制。如果不能满足要求，则返回步骤三，进行再次迭代控制；

重复上面步骤三、四，经过多次迭代控制直到满足***的要求。每次迭代过程中，在动态均衡器自动实施静态工作点锁定控制。

本发明使用电路控制的集成衰减器阵列进行调节，既适用于具有开放式光接口的波分复用***，也适用于具有集成式光接口的***。在对通道功率进行调整时，不但避免了光源的不利变化，还提高了调节范围，有利于***实现自动维护。维护数据来源于检测点的信道功率值，设备控制装置经过查询集成衰减器阵列当前工作衰减量，根据预设在控制***中的调节目标可以自动生成调节指令，向衰减器阵列下发功率调节数据。

不但在发射端，通过设置集成衰减器阵列，可以实现功率预均衡。在接收端，也可以通过设置集成衰减器阵列来进行功率均衡，保证接收端所有信道的功率都落入接收端OTU的最佳输入功率范围内。在***没有配置接收端OTU时，也可以通过在分波器增加通道检测能力进行数据采集。

运用本发明所述的节点结构、检测和控制方法，可以实时化、动态化地调节网络光谱，尽可能地保证网络传输性能稳定。

附图说明

图1具有动态信道功率均衡功能的***发射端结构图(集成式光接口)，

图2具有动态信道功率均衡功能的***发射端结构图(开放式光接口)，

图3异地检测或异地控制的传输***结构图，

图4具有信道分组功率均衡的发射端合波装置结构图，

图5接收端分波器分光检测信道功率、信道均衡结构图，

图6接收端分波器分光检测信道功率、分组均衡结构图，

图7信道功率均衡控制器工作流程，

图8是***放大器控制器工作流程，

图9光谱检测控制器工作流程，

图10自动维护模式下节点控制器工作流程，

图11用户干涉模式下节点控制器工作流程。

图中：100：合/分波器复用端光接口连接器；110：合/分波器复用端光检测分光器；101，102，103，104，105，106：单波长通道光接口连接器；111，112，...，113：衰减器阵列输入或输出光检测分光器；120：衰减器阵列；121，122，...，123：衰减器阵列内功率调节衰减器；124：衰减器阵列控制接口；131，132，...，133：每通道输入光检测管；141，142，...，143：每通道输入光检测信号放大器；130：合/分波器复用端光检测管；140：合/分波器复用端光检测信号放大器；11，13，150：合/分波器；151：组带合/分波器；160：AD和DA转换电路；161：数字信号连接线；162：通道功率均衡控制器电路；163：功率均衡控制器通信接口；164：控制总线接口信号线；170：衰减器控制信号线；200：光信号输出接口连接器；201：光信号输入接口连接器；202：放大器输入光检测分光器；203：放大器输出光检测分光器；204：放大器输出光谱检测分光器；210：光放大器；211：光放大器控制和驱动接口；220：检测光输出光纤；221：对外接口连接器；231：放大器输入光检测器件；232：放大器输出光检测器件；241：输入光检测信号放大器；242：输出光检测信号放大器；243：放大器驱动电路；260：AD/DA转换电路；261：数字信号连接线；262：放大器控制器电路；263：放大器控制器通信接口；264：控制总线接口信号线；301，302，303，304：多路输入光接口连接器；305：光开关；306：光谱检测器；307：光谱检测器控制接口；308：接口信号线；309：光谱检测控制器电路；310：光谱检测控制电路的通信接口；311：接口信号线；312：光开关控制信号线；401，601：接口信号线；402，602：设备通信接口电路；403，603：计算机通信接口电路；404，604：节点控制器；405，605：监控信号路由和转发器；501，502，...，503：开放式输入光接口连接器；511，512，...，513：开放式输出光接口连接器；520：光转发单元阵列；562：激光器检测和控制电路；563：激光器控制器通信接口；564：控制总线接口信号线；1：发射端光信号输出点；2：接收端光信号输入点；3、10：设备通信和控制总线；4：上游节点监控信号路由转发方向；5：主控计算机；6：信号电缆；7：下游节点光通道功率检测点；8：下游节点监控信号路由转发方向；9：下游节点光信号传送通道；11：节点间光信号传送路径。

具体实施方式

一、硬件装置

图1具有动态信道功率均衡功能的***发射端结构图，***具有通道功率均衡功能，可在本地实施发射光谱性能监测，并在本地节点可以实施对传输光谱的编辑和控制。图1中给出的是端机内单方向光传输的硬件组成部分。若***内有向其他方向发射的波分复用光信号，则其他传输方向的通道功率均衡装置与图中所描述的部分相同。

在***内，有多路来自光转发单元的光信号，这些光信号需要合波后放大到合适的功率进行传送。在***中的硬件装置包含以下组成部分：合波器、光衰减器阵列及其控制器组成部分(100，101，102，103，110，111，112，113，120，121，122，123，124，130，131，132，133，140，141，142，143，150，160，161，162，163，164，170)，放大器及其控制器组成部分(200，201，202，203，204，210，211，231，232，241，242，243，260，261，262，263，264)，光谱检测器及其控制器组成部分(301，302，305，306，307，308，309，310，311)，以上四个组成部分通过光接口连接器和设备通信总线(3)接口互相连接，在物理上可分离。与总线相连接的还有节点控制器及其通信接口(401，402，403，404)。用户主控计算机(5)通过电缆(6)和通信接口与节点控制器连接。

来自多个光转发单元的光信号由分别由光接口连接器(101，102，...，103)输入，经过输入检测分光器(111，112，...，113)，光衰减器阵列(120)，合波器(150)，合波器输出光检测分光器(110)，光接口连接器(100，201)，放大器输入检测分光器(202)，光放大器(210)，输出光检测分光器(203，204)，从光接口连接器(200)输出。以上部分构成单方向的光发射通路。

从各通道输入检测分光器(111，112，...，113)输出的光分别经过光电检测管(131，132，...，133)进行光电转换后形成检测电流，再分别经过放大电路(141，142，...，143)实现放大后进入AD、DA转换电路(160)。经过模数转换后获得的数据信号经过通信/控制线(161)进入通道功率均衡控制器(162)。控制器将通过控制接口连接线(170)控制衰减器阵列，使每个光通道获得适当的衰减。

通道功率均衡控制器(162)通过I/O接口电路(163)与设备通信/控制总线(3)相连接，接口连接线(164)中，应包含输入信号和输出信号。通道功率均衡控制器可将衰减器阵列控制状态和告警信息等发送到总线(3)，也可以从总线(3)接收进行衰减器阵列衰减谱更改信息。

从分光器(202，203)分出的光分别作为光放大器输入检测光、输出检测光，它们分别经过光电检测管(231，232)进行光电转换后形成检测信号(电信号)，再分别经过检测信号放大器(241，242)放大后，经过AD/DA转换电路(260)进行模数转换后形成数据信号经过通信/控制线(261)进入放大器控制器。利用此数据信号，放大器控制器可以计算各放大器的增益值。放大器控制器还可以将当前增益值和期望达到的增益值(即配置值)相比较，当有差异时将控制放大器改变当前的增益值直到与配置值相符。

当要改变放大器的增益时，放大器控制器将输出驱动数据，经过通信/控制线(261)输入到AD/DA转换电路(260)，驱动数据经过数模转换后形成控制电流，再经过驱动电流放大电路(243)适当放大后输入到放大器控制接口(211)。放大器内部应具有泵浦激光器，其驱动端子应包含在此放大器控制接口(211)中。

放大器控制器(262)通过I/O接口电路(263)与设备通信/控制总线(3)相连接，接口连接线(264)中，应包含输入信号和输出信号。放大器控制器可以将放大器增益值状态信息送到总线(3)，也可以从总线(3)接收增益配置值和增益控制信息。

在放大器输出端的分光器(204)实现输出光采集，光纤连接线(220)将采集的光通过连接器(221)输入到光谱检测和控制部分。图1中该部分具有多个输入光接口连接器(301，...，302)，是表示实现对设备内多个检测点的光谱检测，尤其适用与设备内存在多个光方向的处理节点时。可通过多路选一光开关(305)实现各个检测点的切换。实现光谱检测的装置(306)是一个光谱仪，或是一个通道功率检测器。光谱检测器控制电路(309)通过通信/控制线(308)连接到光谱检测器的控制接口(307)。可以启动或关闭光谱检测器，在光谱检测后得到的扫描数据可以经接口(307)输出，通过接口连接线(308)送到控制器(309)。光谱检测控制器还可将信号经控制线(312)输出到光开关，切换光开关端口。

光谱检测控制器(309)通过I/O接口电路(310)与设备通信/控制总线(2)相连接，接口连接线(311)中，应包含输入信号和输出信号。光谱检测控制器可以将光谱数据输出到总线(3)，也可以从总线(3)接收光谱检测启动/停止命令和检测点选择命令。

节点控制器(404)是对本地设备进行状态信息采集和控制信息分送的装置。节点控制器的采集和控制范围既包含图1中所表现的一个光传输方向上所涉及的全部功能组，也包含图中未表现的其他光传输方向上所涉及的全部功能组。节点控制器(404)通过I/O接口电路同设备通信/控制总线(3)相连接。接口连接线(401)中，应包含输入信号线和输出信号线。通过输入出信号线，可以获得与总线(3)相连接的所有功能组的工作信息，包括放大器当前增益，均衡控制期当前平均插损、光谱检测点当前扫描数据等。通过输出信号线，可以向总线(3)输出放大器增益调整命令、衰减器阵列静态工作点调整命令、通道功率谱调节命令、光谱检测命令等。节点控制器(404)还通过计算机I/O接口电路(403)，通过电缆(6)与计算机(5)相连接。计算机中的用户应用软件提供光谱控制用户应用界面(GUI)，通过计算机，用户可以对光谱检测点的目标光谱进行编辑，并可以通过计算机对节点内通道功率均衡装置实施用户干预。进行用户干预时，编辑后的目标光谱可以通过计算机通信接口(403)送到节点控制器(404)，并储存在控制器内的存储器中。用户还可以向节点控制器下达命令，实现对节点内放大器工作点、衰减器阵列工作点、光谱检测点的定义和配置，还可以对通道功率均衡的工作模式进行切换，进入自动维护模式或用户干预模式。在用户干预模式下，只有用户通过控制计算机GUI下达通道功率谱调节指令时，节点控制器才驱动各组成部分实施通道功率谱控制(满足上文所述两个约束条件)；在自动维护模式下，节点控制器将周期性地采集光谱检测信息，并与目标光谱进行比较，一旦光谱检测信息劣化，即自动启动衰减器阵列和光放大器实施通道功率谱控制(满足上文所述两个约束条件)。

需要说明，图1所表示的结构图具有集成式光接口特征。因在本地输入光接口进行光功率检测，所以其所接光发射机可以在本地设备，也可远离本地设备。

还需要说明，图1结构也可适用于无放大器的情况，在无放大器时总光功率检测由110，130，140，160实现。

当设备备有开放式光接口时，动态功率控制仍可以按照图1的方式实施，所不同的是，在设备中具有实现开放式光接口功能的光转发单元。

当设备提供开放式光接口时，***单方向发射端的结构图如图2所表示，作为与图1相同构思的另一实施例。

在图2中，以下组成部分与图1的意义相同：合波器、衰减器阵列及其控制器组成部分，放大器及其控制器组成部分，光谱检测器及其控制器组成部分，节点内设备通信和控制总线，节点控制器及其通信接口，用户主控计算机及连接电缆等。

与图1不同在于开放式光接口和控制部分(501，502，503，520，511，512，513，562，563，564)。其中包括开放式输入光接口连接器(501，502，...，503)，用于输入多个独立的光通道信号；光转发单元阵列(520)，包含多个光/电/光转换装置，用于将输入光信号转换为符合合波器输入光波长要求的光信号。其中的每一路光/电/光转换装置中都包含一只激光器，激光器受到控制电路(562)的控制，并将其输出光功率检测值等性能信息反馈给控制电路(562)。对激光器的使用方法可参考商用激光器的国际统一接口规范。因此在激光器控制和检测电路(562)可以获知每个光通道的光功率值。

激光器控制和检测电路(562)通过I/O接口电路(563)与设备通信/控制总线(3)相连接，接口连接线(564)中，应包含输入信号和输出信号。激光器控制和检测电路可以各光通道的输入、输出光状态信息送到总线(3)，也可以从总线(3)接收光功率控制信息。

需要说明的是，本发明的装置中，虽然不建议通过调节光转发单元阵列(520)中各激光器的工作状态来实现通道均衡，而是通过光转发单元输出所接衰减器来实现通道均衡，但是本说明书下文第二节所述算法仍适用于在光转发单元阵列(520)中通过激光器检测和控制电路(562)改变各激光器驱动电流来实现功率调节。

图3是异地检测或异地控制的传输***结构图，与图1不同在于，光谱检测点和用户主控计算机位于下游节点。图2是作为具有动态功率均衡功能的节点的另一实施例。在长距离无电中继的DWDM***中，通道功率调节的结果是为了保证***在接收端的性能。因此通道功率检测点可处于远离***发射端的某一下游节点(线路节点或接收端节点)。

图3中在上游节点内的受控光方向，包含以下组成部分：合波器、衰减器阵列及其控制器组成部分，放大器及其控制器组成部分，节点内设备通信和控制总线，节点控制器和路由转发器组成部分及其通信接口等，以上部分与图1相关部分的意义相同。本节点内的其它光方向需要实现控制的，硬件结构与此方向相同。在下游节点的受控光方向，包含以下组成部分：具有光谱检测点的光传送通路(9)，光谱检测器及其控制器组成部分(301，302，305，306，307，308，309，310，311)，节点控制和路由转发器组成部分(601-606)，节点内设备通信和控制总线(10)，用户主控计算机(5)和连接电缆(6)等。本节点内的其他光方向需要实施检测的，硬件结构与此方向相同。

上游节点沿发射通路的光方向传送的光信号经光纤路由(11)到达下游节点，并在下游节点内沿光通路(9)的方向传送。可以通过控制上游节点的通道功率谱，而在下游节点内光谱检测点(7)获得尽可能好的目标谱。

图中上游发射端节点内的节点控制器(404)对本地设备进行状态信息采集和控制信息分送。与图1不同，节点控制器(404)又直接和路由转发器(405)相连，使本节点内各功能组上报的状态信息可以定时传送到路由和转发器(405)，在路由和转发器内，需要传送的信息被分割成带地址标志的信息包，从监控信号传送端口(4)输出。地址标志为需要接收此输出状态信息，实现用户主控的节点。同时，从监控信号传送端口(4)可以接收从用户主控节点送来的带有地址标志的信息包，经路由和转发器(405)解包后送至节点控制器。传送的信息包含对本节点的控制信息，例如放大器增益控制信息、通道功率谱控制信息、衰减器阵列输出静态工作点调节信息等。

下游节点内，在传输通路(9)上的光谱检测点有光谱检测分光器(7)实现输出光采集，光纤连接线将采集的光通过连接器输入到光谱检测和控制部分。图3中该部分具有多个输入光接口连接器(301，...，302)，是表示实现对设备内多个检测点的光谱检测，适用于设备内存在多个光方向的节点处理。

下游节点内的光谱检测控制器(309)通过I/O接口电路(310)与设备通信/控制总线(10)相连接。

下游节点控制器(604)对本地设备进行状态信息采集和控制信息分送。与上游相关装置的功能相同。节点控制器(604)经计算机I/O接口电路(603)，并通过电缆(6)与用户主控计算机(5)相连接。注意此处与图1不同，用户主控计算机(5)位于下游节点。计算机中的用户应用软件提供光谱控制GUI，通过计算机，用户可以对光谱检测点的目标光谱进行编辑，并可以通过计算机对上游发射端节点内衰减器装置实施用户干预。进行用户干预时，编辑后的目标光谱可以通过计算机通信接口(603)送到节点控制器(604)，并保存在其内部的存储器中。用户可以向上游节点控制器(404)下达命令，实现上游节点内放大器工作点、通道功率调节量的定义和配置，还可以向所在本地节点控制器(604)下达光谱检测和检测点选择命令。还可以对通道功率均衡的工作模式进行切换，进入自动维护模式或用户干预模式。在用户干预模式下，只有用户通过控制计算机GUI下达通道功率调节指令并到达上游节点时，衰减器阵列才响应操作；在自动维护模式下，下游节点控制器(604)将周期性地采集光谱检测信息，并与目标光谱进行比较，一旦光谱检测信息劣化，即自动通过路由和转发器将通道功率谱调节请求发送至上游节点控制器(404)，启动衰减器阵列实施通道功率控制。

若与上文中图1-3不同，主控计算机既不在上游发射端节点(称节点1)内，也不存在于目标检测点所在的节点(称节点2)内，而是位于第3个节点(称节点3)，则其对上游发射端节点和目标检测节点的控制信息均可以通过其所在节点内的路由和转发器发送，控制信息被受控节点内的路由和转发器接收、并解包后送给该节点内的节点控制器。在这种下游检测、第3地主控的情况下，用户在主控计算机进行光谱编辑后，新的目标谱将经过节点3控制器，节点3路由转发器发送，被节点2路由转发器接收，最后保存在节点2控制器内。用户可以在节点3通过路由转发向节点1控制器下达命令，实现节点1内放大器工作点、衰减器阵列工作点的定义和配置，还可以通过路由转发向节点2控制器下达光谱检测和检测点选择命令。还可以对通道功率均衡的工作模式进行切换，进入自动维护模式或用户干预模式。在用户干预模式下，只有用户在节点3通过控制计算机GUI下达通道功率谱调节指令并到达节点2时，经过节点2进行光谱扫描和目标谱比较后，节点2将通过路由转发器向节点1发出通道功率谱调节请求，衰减器阵列才响应操作；在自动维护模式下，节点2控制器将周期性地采集光谱检测信息，并与目标光谱进行比较，一旦光谱检测信息劣化，即自动通过路由和转发器将通道功率谱调节请求发送至节点1控制器，启动衰减器阵列实施通道功率控制。

图4是具有信道分组功率均衡的发射端合波装置结构图，作为在发射端实施动态功率控制的另一实施例。

在图4中，来自光发射机的多路光信号被分组进行合波。不失一般性，图中以两组为例，其中11为一只合波器，将来自光接口(101，102，...，103)的多路光信号合波，形成一组复用信号；13为另一只合波器，将来自光接口(104，105，...，106)的多路光信号合波，形成另一组复用信号(不排除有更多组光信号)。分光器111用来获得合波器11的输出检测光，分光器113用来获得合波器13的输出检测光。各组光信号经过衰减器阵列120后，再通过滤波器(或耦合器)151合在一根光纤中。由于151是将多组复用光信号再进行合波，可称为“组合波器”。110是对总光功率检测的分光器，111是总光功率输出接口。131和133分别是两组光信号的检测管，经过光电转换形成电信号，分别经过放大电路(141，143)和AD转换后，形成数字信号输入到控制器中。

在本结构中，是以各组复用段信号为目标进行调节，是实现两组复用段信号之间的功率均衡，而不包含每一组复用段信号内部各光通道之间的功率均衡。可根据每组中实有光通道数量，按比例进行均衡。

图5是接收端分波器分光检测信道功率、信道均衡结构图，作为在***实施动态功率控制的另一实施例。

***在接收端可具有通道功率均衡功能，可在本地实施接收各通道功率检测，并在本地节点可以实施对传输光谱的编辑和控制。图5中给出的是端机内单方向光传输的硬件组成部分。若***内有向其他方向接收的波分复用光信号，则其他传输方向的通道功率均衡装置与图中所描述的部分相同。

在***内，有来自传输线路的复用光信号，这些光信号需要放大到合适的功率值后，经过分波后进入接收机。在***中的硬件装置包含以下组成部分：分波器、衰减器阵列及其控制器组成部分(100-164)，放大器及其控制器组成部分(200-264)，节点内设备通信和控制总线(3)，节点控制器及其通信接口(401，402，403，404)，用户主控计算机(5)及连接电缆(6)等。以上各个组成部分通过光接口连接器和设备通信总线接口互相连接，在物理上可分离。

图5中各组成部分硬件结构与图1相同。与图1不同在于，由于光信号流向不同，150是作为分波器使用。来自传输线路的复用信号多个光转发单元的光信号由光接口连接器(201)输入，光放大器输入光检测分光器(202)，接收放大器，放大器输出检测分光器(203)，光接口连接器(200，100)，分波器输入光检测分光器(110)，分波器(150)，光衰减器阵列(120)，经过输出检测分光器(111，112，...，113)，分别由光接口连接器(101，102，...，103)输出。输出的光分别进入各通道的光接收机(光接收机未包含在图5中)。以上部分构成单方向的光接收通路。

由于光信号流向与图1不同，检测信号的意义与图1相差别。从各通道输出检测分光器(111，112，...，113)检测到的是进入接收机的光功率。通道功率均衡控制器(162)可以控制衰减器阵列(120)，使每个光通道获得适当的衰减。通道功率均衡控制器(162)还通过I/O接口电路(163)与设备通信/控制总线(3)相连接。从分光器202，203可检测光放大器输入、输出光功率值，放大器控制器(262)可以计算放大器的增益值，还可以将当前增益值和期望达到的增益值(即配置值)相比较，当有差异时将控制放大器改变当前的增益值直到与配置值相符。放大器控制器(262)也与设备通信/控制总线(3)相连接。

节点控制器(404)、I/O接口电路同设备通信/控制总线(3)、接口连接线(401)、设备I/O接口电路(402)、外设计算机I/O接口电路(403)，电缆(6)、计算机(5)等功能同图1。与图1不同的是，这里不需要光谱检测器。节点控制器将周期性地从通道功率均衡控制器获得光谱检测数据，经过与储存在其内部的通道目标光功率进行比较，一旦光通道功率分布劣化，即自动启动衰减器阵列和光放大器实施通道功率谱控制(满足上文所述两个约束条件)。

图6是接收端分波器分光检测信道功率、分组均衡结构图，作为在***实施动态功率控制的另一实施例。

在图6中，来自传输线路的复用信号被分组进行分波。111是总光功率输入接口，110是对总光功率检测的分光器。组分波器(151)将来自光接口110的光信号分成多组。不失一般性，中以2组为例，其中11为一只分波器，将来自组分波器(151)的一组复用光信号分波，经光接口(101，102，...，103)输出；13为另一只分波器，将来自来组分波器(151)的另一组复用光信号分波，经光光接口(104，105，...，106)输出。不排除有更多组光信号从组分波器151输出。分光器111用来获得分波器11的输入检测光，分光器113用来获得合波器13的输入检测光。各组光信号经过衰减器阵列120后，再分别进入各分波器。131和133分别是2组光信号的检测管，经过光电转换形成电信号，分别经过放大电路(141，143)和AD转换后，形成数字信号输入到控制器中。

在本结构中，是以各组复用段信号为目标进行调节，是实现两组复用段信号之间的功率均衡，而不包含每一组复用段信号内部各光通道之间的功率均衡。可根据每组中实有光通道数量，按比例进行均衡。

图4、图5、图6的实施例中，若主控计算机在异地，则形成异地主控的实施例。

二、工作数据和数据关系

本节所述增益和插损值均以其绝对值表示，单位为dB。

以图1所示实施例为例，

由电控衰减器阵列构成的通道功率均衡装置(120)的各通道***损耗可以表示为：

l_W([λ_C1，λ_C2，...，λ_CN])＝[l_W1，l_W2，...，l_WN]      (式1)

其中l_Wn(n＝1，2，...，N)表示在通道中心波长为λ_Cn(n＝1，2，...，N)处的衰减值，N是可控制的光通道数量，即实现通道功率均衡的衰减器阵列有效波长工作范围为(λC1，λCN)。因每通道***损耗可以独立控制，因此***损耗与波长有关，构成“工作衰减谱”。

在瞬时刻，实际工作的光通道可少于N，称为“实有光通道”。对这些实有通道所实现的衰减构成“实有通道衰减谱”。实有通道衰减谱数据可以表示为：

l([λ₁，λ₂，...，λ_M])＝[l₁，l₂，...，l_M]       (式2)

其中l_m(m＝1，2，...，M)表示在实有光通道中心波长λ_m(λ_C1＜λ_m＜λ_CN，m＝1，2，...，M)处的衰减值(dB)，M是实有光通道的数量。

在发射端各通道信号光功率的总增益可统一表示为：

G_Wn＝G(λ_Cn)-l_Wn-M(λ_Cn)    (式3)

其中G_Wn是第n个光通道单方向总增益；G是光放大器(210)的增益，一般与波长有关；l_Wn是衰减器阵列对第n个光通道的***损耗；M是合波器的***损耗。

P_Wn=G_Wn+Potu n    (式4)

P_Wn是通道n在A点的入纤功率，Potu n是通道n光转发单元输出到衰减器的功率。

对输入功率实施的通道衰减量调节改变通道输出功率分布状态，会改变通道入纤光功率，可能造成放大器输出端入纤功率点漂移。为了避免放大器输出端入纤功率点漂移导致光谱上涨、失落，需要在动态工作状态下保证：

$|D=10\mathrm{lg\&Sigma;}{10}^{P_{W}n/10}-P_0-10\mathrm{lgM}|<\mathrm{\&Delta;}$ (式5)

其中P₀是放大器单通道平均输出功率，表明***的静态工作点。△为偏移控制门限。∑10^PWn/10可通过放大器输出端光功率检测得到。M是实有光通道数量，可以通过衰减器阵列输入光检测得到。

当式5不满足时，***发生了静态工作点偏移越限现象，需要***实施自动调节，这个过程称为“静态工作点锁定”控制。

实施静态工作点锁定时，需要使所有光通道的增益/衰减值进行统一调整。考虑式4、式5，可取

G_Wn←G_Wn-D    (式6)

注意D既可大于0，也可小于0。

考虑式2，可取

     l_Wn←l_Wn+D₁，                                (式7.1)

及G(λ_Cn)←G(λ_Cn)-D₂                             (式7.2)

其中D＝D₁+D₂                                      (式7.3)

需要满足

   lmin＜l_Wn＜lmax，Gmin＜G＜Gmax                 (式8)

在超过此限制时，***应有告警标志信息输出；控制器应重新分配D₁和D₂。

在设备最初开始工作时，应预设各通道衰减器***损耗和放大器增益值，记为G₀和l_Wn₀，以缺省配置数据方式保存在控制器内存储器中。

在进行静态工作点调节时，构建目标调节谱(相对值)为：

δl＝[δl₁，δl₂，...，δl_M]＝[D₁，D₁，...，D₁]         (式9)

在没有放大器的情况下，取式6和式7中G(λ_Cn)＝0，D₂＝0。

在检测点，可以检测到的实有通道功率谱表示为：

p([λ₁，λ₂，...，λ_M])＝[p₁，p₂，...，p_M]            (式10)

将检测点作为控制目标点，实有通道目标谱表示为：

p_T([λ₁，λ₂，...，λ_M])＝[p_T1，p_T2，...，p_TM]          (式11)

实有通道功率谱和实有通道目标谱之间的差异表现为谱形差异和静态功率差异：

谱形差异定义为二光功率谱之差：

δp＝p_T-p                                      (式12)

静态功率差异定义为二功率谱平均功率差：

δP＝MEAN(p_T)-MEAN(p)                          (式13)

其中MEAN()是均值函数。

为进行光谱调节，构建目标调节谱(相对值)为：

δl＝p_T-p+δP即

[δl₁，δl₂，...，δl_M]＝[p_T1，p_T2，...，p_TM]-[p₁，p₂，...，p_M]+δP                                           (式14)

在目标调节谱中尽可能地排除了静态功率差异，是为了避免在***出现过多静态工作点校准反应、导致光谱抖动。

动态调节不含检测点静态功率差异调节，因为利用上游***功率调节实现检测点的自动静态功率控制不仅没有意义，而且易导致动态过程中光谱随机上涨或失落。

是否驱动***进行通道功率控制，取决于二光谱之间的差异。定义谱形差异范数||p，p_T//，控制目标要求其小于δ，δ为谱形相似性约束条件。

***动态通道功率控制的静止条件为：

     ||p，p_T//＜δ                                (式15)

一种可用的范函数定义为：||p，p_T//＝MEAN/δl/，并不排除使用其他形式的函数构造。

以实有通道衰减谱数据为目标，运用工作衰减谱控制数据对通道功率均衡器实施控制。为了适应实有光通道数量和中心波长变化，在实施控制时需要根据实有通道衰减目标数据通过曲线拟合得到需要均衡器实现的工作衰减谱控制数据。

δl_Cn＝Interp(λ₁，λ₂，...，λ_M，δl₁，δl₂，...，δl_M，λ_Cn)

                                                (式16)

上式中Interp()表示曲线拟合函数，例如使用线性拟合、多次样条函数拟合等方式。曲线拟合保证了在实有光通道中心波长处的目标衰减；并与受控衰减器阵列内衰减器数量匹配，避免控制数据缺失；以及预测和实现了实有光通道变化后新出现的光通道中心波长处的衰减。

在实施控制时，均衡器控制器将在原控制数据上补充目标调节谱增量，即

l_Cn←l_Cn+δl_Cn                                  (式17)

随即按照新的控制数据驱动均衡器。

因受衰减器反应能力限制，其平衡结果可能与目标存在差异，因此需要迭代控制，即一次均衡控制实现后，在目标点再次检测实有通道功率谱，更新式10的数据，并按照式12-17获得新的控制数据，再次驱动均衡器。可实施多次迭代，直到满足式15的要求。

式5和式15分别构成***的静态工作点约束和谱形相似形约束。是***动态控制条件下两项重要约束条件。

在式5和式15的约束控制下，可实现***的各光通道动态均衡，并且在动态调节过程中的静态点漂移被禁止，除非用户对静态工作点进行重设。

体现放大器和衰减器的工作能力，式8构成动态调节的工作域。

本节所述基本方法，其核心思想亦适用于图2-6的实施例。

三、设备通信

在每个节点内，各个功能单元的控制器(例如图1中162，262，309)和本节点内节点控制器(如图1中404)之间通过设备控制总线(例如图1中3)进行信息传递。下面给出通信报文实施例。报文格式为：

{报文头，目的(源)地址，报文长度，正文}

其中报文头与各控制器之间通信接口协议有关，一般为固定格式的二进制代码，用来实现报文同步识别；目的(源)地址是用来标志接收报文的控制器或发送报文的控制器；报文长度可表明整个报文结束时的字节位置；正文包含告警、性能或控制信息，所有信息在物理层都可以用二进制代码实现，在应用层可用字符串表示。

为实现本说明书所要达到的控制功能，遵循上述报文格式，存在以下必要的报文：

报文1：上报放大器工作状态的报文，由放大器控制器向节点内通信/控制总线发送：

{报文头，源地址，报文长度，状态符，放大器状态量}

报文中正文部分包含状态符，放大器状态量。其中放大器状态符用来标志状态量的属性，例如放大器增益、输入、输出功率等。

报文2：进行放大器增益配置更改的报文，由节点控制器向节点内通信/控制总线发送：

{报文头，目的地址，报文长度，受控放大器端口号，放大器增益}

报文3：进行***静态工作点更改的报文，由节点控制器向节点内通信/控制总线发送：

{报文头，目的地址，报文长度，控制符，静态工作点配置值}

报文4：上报衰减器阵列控制状态和告警信息的报文，由通道功率均衡控制器向节点内通信/控制总线发送：

{报文头，源地址，报文长度，告警或状态信息}

其中的告警或状态信息包含：

通道功率谱调节过限告警；返回通道功率谱调节成功/失败标志等。

报文5：进行衰减器阵列衰减谱更改的报文，由节点控制器向节点内通信/控制总线发送：

{报文头，目的地址，报文长度，控制符，波长值1，衰减值1，...，波长值N，衰减值N}

报文6：上报光谱检测点光谱状态(或接收端各通道功率值)的报文，由光谱检测控制器向节点内通信/控制总线发送：

{报文头，源地址，报文长度，状态符，波长值1，功率值1，...，波长值N，功率值N}

报文7：进行光谱检测控制的报文，由节点控制器向节点内通信/控制总线发送：

{报文头，目的地址，报文长度，控制符}

控制符包含：光谱检测器工作模式更改命令(自动检测模式，或受控检测模式)；光谱检测启动命令；设定光谱检测点等

节点控制器向总线发送的命令报文中全部信息可以定制于主控计算机的GUI，用户通过计算机可以将控制命令下达到受控节点的节点控制器。下达的控制命令除包含以上报文格式规定的内容外，还附加节点地址。

主控计算机向节点控制器发送的控制命令格式为：

报文8：

{主控节点地址，受控节点地址，下/上行标志，命令报文}

当主控计算机位于本地时，控制信息将由与节点控制器相连接的计算机I/O接口传递到节点控制器，节点控制器接受命令后识别为本节点的控制信息，则按照上文说明的报文格式将命令报文送至本节点的设备通信/控制总线。当受控节点与主控计算机所在节点不同时，主控计算机所在节点控制器接收到命令后识别为向异地节点发送的控制信息，则将此信息送至路由转发器，由路由转发器按照路由表将信息送至目标节点所在方向。受控节点的路由转发器接收到控制信息后，识别为本节点的控制信息，则将控制信息传递给节点控制器。节点控制器接受命令后则按照上文说明的报文格式将命令报文送至本节点的设备通信/控制总线。

当有信息需要传递到主控计算机时，信息报文格式仍同报文8。节点控制器将根据主控计算机所在位置选择输出方向。当主控计算机位于本地节点内时，节点控制器将通过与之相连接的计算机I/O接口将信息上报至主控计算机，主控计算机之GUI可以将上报的信息做可视化处理，以便用户观察。当主控计算机位于其他节点时，节点控制器将信息送给与之相连接的路由和转发器。路由和转发器将信息附加主控计算机所在节点地址后向该节点所在方向发送。主控计算机所在节点的路由转发器接收到信息后，识别为给本节点的上报信息，则将信息传递给本节点的节点控制器，然后经过与节点控制器相连接的计算机I/O接口送到主控计算机。

在主控计算机GUI与以上功能相关的用户控制操作包含以下几项：

目标光谱编辑和光谱下发；

模式设定(自动维护模式，用户干涉模式)；

在用户干涉模式下，启动控制。

其他辅助的用户控制操作包含以下几种：

光谱查询；

光谱检测点更改；

光谱检测器工作模式更改(自动检测模式，受控检测模式)；

放大器增益配置值更改；

***静态工作点更改。

路由转发器之间传递上/下行数据时，需要将传递的数据打包或成帧后发出。信息包一般为定长字符串，包含信息包头标志、信息包尾标志。具有相同目的节点地址的信息，可以装入同一信息包。信息包格式为：

报文9：

{信息包头标志，主控节点标志，受控节点标志，上/下行标志，报文全文，填充字节，信息包尾标志}

四、软件流程

各节点和节点内部各功能单元配合完成。

各单元内部控制器及节点控制器嵌入式操作软件工作流程实施例如下：

***通道功率均衡控制器软件工作流程(见图7)：

步骤7-1：开机或***复位；

步骤7-2：在开机或***复位情况下信道功率控制器从其内部的程序存储器引入可执行程序，及缺省配置数据，包括缺省静态工作点数据，及光谱控制数据λ_Cn、l_Wn₀

步骤7-3：进行衰减器阵列输入光功率检测，用以确定当前可工作通道。

步骤7-4：工作状态判断，若***新开机/复位，或控制器I/O接口输入有信道功率调节指令，则进入步骤7-5，否则进入步骤7-8；

步骤7-5：若***新开机、复位，则使用缺省的控制数据λ_Cn、l_Wn₀。若有信道功率谱调节命令，则采用命令栈下传之[δl₁，δl₂，...，δl_M]，进行曲线拟合(式16)获取控制谱增量数据；

步骤7-6：通过均衡器控制接口，使用步骤7-5、及式17所得数据驱动控制器；

步骤7-7：可调衰减器阵列响应操作后，控制器向总线发送控制成功标志。若控制数据超衰减器器调节范围(式8)，则返回失败标志，亦可用做告警信息；

步骤7-8：对控制器之与I/O接口相关的命令堆栈进行查询，若查询结果为空时，无接收报文。则进入步骤7-3，实施循环性能检测。若有接收报文时，进入步骤7-10；

步骤7-9：进行报文处理，控制器通过I/O接口进行设备通讯。若命令堆栈有查询命令，则按查询要求上报(报文3)；若命令堆栈有衰减器阵列衰减谱更改命令(报文5)，则修改本地配置数据l_Cn。至步骤7-3。

***放大器控制器软件工作流程(见图8，适用于图1-4的实施例)：

步骤8-1：开机或***复位；

步骤8-2：在开机或***复位情况下放大器控制器从其内部的程序存储器引入可执行程序，及缺省配置数据G₀。

步骤8-3：进行放大器输入、输出光功率检测，并计算放大器当前工作增益。

步骤8-4：工作状态判断，若***新开机/复位，或控制器I/O接口输入有增益调节指令，则进入步骤8-5，否则进入步骤8-7；

步骤8-5：若***新开机、复位，则使用缺省的控制数据G₀。若有增益调节命令，则采用命令栈下传之增益配置值，驱动放大器获得指定增益；

步骤8-6：增益调节后，进行放大器状态上报(报文1)；

步骤8-7：对控制器之与I/O接口相关的命令堆栈进行查询，若查询结果为空时，无接收报文。则进入步骤8-3，实施循环性能检测。若有接收报文时，进入步骤8-8；

步骤8-8：进行报文处理，控制器通过I/O接口进行设备通讯。若命令堆栈有查询命令，则按查询要求上报(报文1)；若命令堆栈有放大器增益更改命令(报文2)，则修改本地配置数据G。至步骤8-3。

光谱检测控制器工作流程(见图9，适用于图1-4的实施例)：

步骤9-1：***新开机/复位；

步骤9-2：引入缺省的配置数据，包括光谱检测工作模式标志，扫描光方向标志等；

步骤9-3：判断本机工作模式，若在自动检测模式下，或命令栈有光谱采集命令，则进入步骤9-4，否则进入步骤9-9；

步骤9-4：按照扫描光方向标志，驱动光开关；

步骤9-5：启动光谱检测器，经其控制接口获得扫描结果。扫描结果为实有信道功率谱，表示为：[λ₁，λ₂，...，λ_M]，[p₁，p₂，...，p_M]；

步骤9-6：进行数据存储，以备查询；

步骤9-7：通过控制器I/O接口将数据发送至设备通信/控制总线；

步骤9-9：对控制器之与I/O接口相关的命令堆栈进行查询，若查询结果为空时，无接收报文。则进入步骤9-3，实施循环判断。若有接收报文时，进入步骤9-10；

步骤9-10：进行报文处理，控制器通过I/O接口进行设备通讯。若命令堆栈有光谱查询命令，则按查询要求上报(报文6)；若命令堆栈有光谱检测状态更该命令新(报文7)，则修改本地配置数据。

节点控制器将按照以下方式工作，以实现实时动态检测和光谱优化。对均衡点的调节方法可存在两种工作模式：自动维护模式和用户干涉模式。

自动维护模式就是目标谱存在于检测点的节点控制器中，节点控制器周期性地查询光谱检测数据，并与目标谱相比较。一旦差异超过规定范数门限(式15)，则将目标谱与当前检测谱相减得到需要在通道功率均衡节点实现的调节谱(式14)。检测点节点控制器将把衰减谱信息和调节请求通过路由转发器发送到***节点，获得调节成功标志后再行查询光谱，若差异仍超过规定范数门限，则再次将目标谱与当前检测谱相减得到需要在***节点实现的调节谱。检测点节点控制器将把新的调节谱信息和调节请求通过路由转发器发送到***节点，自动实施二次调节。

用户干涉模式就是通过主控计算机对目标点光谱进行编辑后，下发到检测点所在节点控制器，并启动调节。

图10给出了节点控制器在自动维护模式下的工作流程(适用于图1-2的实施例)。

步骤10-1：在主循环进程内，操作软件周期性地执行到此步骤，根据配置标志判别状态，若处于自动维护功能准许，则进入步骤10-2，否则进入步骤10-8，及继续主循环进程；

步骤10-2：向光谱检测控制器下达光谱采集命令(报文7)；

步骤10-3：等待光谱采集结果，待操作完成后，自设备通信/控制总线获得实有通道扫描光谱数据(报文6)；

步骤10-4：将当前检测谱与目标谱进行比较，检验光谱相似性(按照公式15)。若满足相似性要求，则此过程结束，进入步骤10-8，即继续主循环进程。若不满足相似性要求，则需要实施光通道均衡控制，进入步骤10-5；

步骤10-5：若光谱检测点在***内输出端，节点控制器向通道均衡控制器下达光谱调节命令(报文5)，其中包含实有通道目标调节谱数据[λ₁，λ₂，...，λ_M]，[δl₁，δl₂，...，δl_M]；若光谱检测在***下游另一节点，则此节点控制器将把光谱调节命令经路由转发器发送到上游相关***节点控制器(报文9)，再通过***内通信总线送至通道功率均衡控制器。

步骤10-6：等待通道均衡控制器返回执行状态(报文3)，若光谱检测点在***内输出端，自设备通信/控制总线获得上报状态后判断；若光谱检测在***下游另一节点，则***将状态信息经路由转发器发送到下游检测节点的节点控制器(报文9)。若执行失败，则进入步骤10-7。若执行成功，则进入步骤10-9。进入步骤10-2是为了实现迭代控制；

步骤10-7：若主控计算机在本地通过计算机I/O接口上报，若主控计算机在异地，将信息送至路由转发器；

步骤10-8：自动维护操作完成，继续主循环进程。

步骤10-9：静态工作点判断，成功进入步骤10-3。进入步骤10-3是为了实现迭代控制；否则进入步骤10-10；

步骤10-10：向通道功率均衡控制器和放大器控制器发送配置更新命令(式6-7)，报文5，报文2；

步骤10-11：接收状态上报信息，报文1，报文4。失败进入步骤10-7，成功进入步骤10-2。进入步骤10-2是为了实现迭代控制；

以上步骤10-9，10-10，10-11在***所在节点实施。若光谱检测在***下游另一节点，则在步骤10-11***将状态信息经路由转发器发送到下游检测节点的节点控制器(报文9)。

图11给出了在用户干涉模式下的节点控制器工作流程实施例。在任何情况下，节点控制器可以接收主控计算机的强制调节命令，启动光谱调节。因此本实施例给出中断响应方式。

步骤11-1：若主控计算机在本地节点，与节点控制器相连之计算机I/O接口输入主控计算机的控制命令，并向节点控制器之CPU发出中断请求；若主控计算机在异地，则路由转发器收到控制信息后经解包获得命令，并向节点控制器之CPU发出中断请求。节点控制器响应中断，进入步骤11-2；

步骤11-2：节点控制器响应中断，判断中断请求。若是通道功率均衡调节命令，则进入步骤11-3，否则按照中断请求性质执行其他进程；

步骤11-3：向光谱检测控制器下达光谱采集命令(报文7)；

步骤11-4：等待光谱采集结果，待操作完成后，自设备通信/控制总线获得实有通道扫描光谱数据(报文6)；

步骤11-5：将当前检测谱与目标谱进行比较，检验光谱相似性(按照公式15)。若满足相似性要求，则此过程结束，进入步骤11-11，若不满足相似性要求，则需要实施光通道均衡控制，进入步骤11-6；

步骤11-6：若光谱检测在***同一节点，节点控制器向通道功率均衡控制器下达光谱调节命令(报文5)，其中包含实有通道目标调节谱数据[λ₁，λ₂，...，λ_M]，[δl₁，δl₂，...，δl_M]；若光谱检测在***下游另一节点，则此节点控制器将把光谱调节命令经路由转发器发送到上游相关***节点控制器(报文9)，再通过***内通信总线送至通道功率均衡控制器。

步骤11-7：等待通道均衡控制器返回执行状态(报文3)，若光谱检测点在***内输出端，自设备通信/控制总线获得上报状态后判断；若光谱检测在***下游另一节点，则***将状态信息经路由转发器发送到下游检测节点的节点控制器(报文9)。若执行失败，则进入步骤11-13。若执行成功，则进入步骤8；

步骤11-8：静态工作点判断，成功进入步骤11-3。进入步骤11-3是为了实现迭代控制；否则进入步骤11-9；

步骤11-9：向通道功率均衡控制器和放大器控制器发送配置更新命令，报文5，报文2。(式6-7)

步骤11-10：接收状态上报信息，报文1，报文4。失败进入步骤11-15，成功进入步骤11-3。进入步骤11-3是为了实现迭代控制；

以上步骤11-8，11-9，11-10在***所在节点实施。若光谱检测在***下游另一节点，则在步骤11-10***将状态信息经路由转发器发送到下游检测节点的节点控制器(报文9)；

步骤11-11：在光谱满足相似性要求时，完成调节。自计算机I/O接口或路由转发器向主控计算机上报当前状态。进入步骤12；

步骤11-12：中断响应结束，返回节点控制器之主循环进程；

步骤11-13：在通道功率均衡器调节失败时，终止调节。自计算机I/O接口或路由转发器向主控计算机上报当前状态。进入步骤14

步骤11-14：中断响应结束，返回节点控制器之主循环进程；

步骤11-15：在通道功率均衡器或放大器调节失败时，终止调节。自计算机I/O接口或路由转发器向主控计算机上报当前状态。进入步骤16

步骤11-16：中断响应结束，返回节点控制器之主循环进程。

Claims (18)

1一种实现光网络***的通道功率动态均衡控制装置，包括由合(分)波功能结构、光放大器所构成的光传输通路，其特征在于该装置还包括：

在***发射端合波功能结构和/或接收端分波功能结构中，设置由功率调节衰减器构成的衰减器阵列，

放大器控制器，根据光检测结果获得当前增益、***在复用段的功率值，在增益变化时改变放大器驱动电流，经过放大器应用接口对放大器进行增益锁定；在此功率值偏离标称工作点时改变控制数据，经过放大器控制接口对放大器平均增益进行调节，

信道功率均衡控制器，根据光检测结果获得***在复用段的功率值，并在功率值偏离标称工作点时改变控制数据，经过衰减器阵列控制接口对衰减器阵列各通道衰减量进行调节，

光谱检测控制器，通过通信/控制线连接的控制接口分别用于：启动或关闭光谱检测器、接受经光谱检测后得到的扫描数据、切换光开关的端口，

节点控制器，储存检测到的实有通道的目标功率谱，在获得光谱检测的实有通道功率谱后，进行光谱相似性判断，实有通道功率谱和目标功率谱差异较大，超过相似性约束条件后，则向***发送光通道功率调节命令，

在合波功能结构、放大器、分波功能结构的输入、输出端设置的检测点分别检测光功率，经光电检测和A/D转换至放大器控制器或通道功率均衡控制器，

在本地节点或下游节点设置的光谱检测点接入光谱检测器，经通信/控制线连接的控制接口至光谱检测控制器，

所述放大器控制器、通道功率均衡器控制器通过I/O接口与设备通信/控制总线相连，将当前工作状态上报至与设备通信/控制总线相连的节点控制器，从设备通信/控制总线获得节点控制器下发的增益配置更改、***静态工作点更改、衰减器阵列通道调节等命令，

所述光谱检测控制器通过设备I/O接口与设备通信/控制总线相连，可以接收节点控制器实施光谱扫描，也可以将光谱数据上报，

在节点之间，所述节点控制器发送的信息通过路由和转发器实现传递。

2如权利要求1所述实现光网络***的通道功率动态均衡控制装置，其特征在于该装置进一步还包括：

输入光接口连接器，用于输入多个独立的光通道信号；

光转发单元阵列，包含多个光/电/光转换，用于将输入光信号转换为符合合波器输入光波长要求的光信号，其中的每一路光/电/光转换都包含一只激光器，激光器受到激光器控制检测器的控制，并将其输出光功率检测值等性能信息反馈给激光器控制检测器，激光器控制检测器可以获知每个光通道的光功率值；

激光器控制检测器，通过I/O接口电路与设备通信/控制总线相连接，将各光通道的输入、输出光状态信息送到总线，从总线接收光功率控制信息。

3如权利要求1所述实现光网络***的通道功率动态均衡控制装置，其特征在于：

将光放大器两端分光器分出的输入、输出检测光，分别经过光电检测管进行光电转换后形成检测信号(电信号)，再分别经过检测信号放大器放大后，经过AD/DA转换电路进行数模转换后形成数据信号经过通信/控制线至放大器控制器；

根据此数据信号，放大器控制器计算各放大器的增益值，放大器控制器将当前增益值和期望达到的增益值(即配置值)相比较，当有差异时将控制各放大器改变当前的增益值直到与配置值相符；

当要改变放大器的增益时，放大器控制器将输出驱动数据，经过通信/控制线输入到AD/DA转换电路，驱动数据经过数模转换后形成控制电流，再经过驱动电流放大电路适当放大后输入到放大器控制接口；

放大器控制器通过I/O接口电路与设备通信/控制总线相连接，将放大器增益值状态信息送至总线；从总线接收增益配置值和增益控制信息。

4如权利要求1所述实现光网络***的通道功率动态均衡控制装置，其特征在于：

将从衰减器阵列一端分光器输出的光分别经过光电检测管分别进行光电转换后形成检测电流，再分别经过放大电路实现放大后进入AD/DA转换电路，经过模数转换后获得的数据信号经过通信/控制线进入通道功率均衡器的控制器，通过控制接口连接线控制衰减器阵列，使每个光通道获得适当的衰减；

控制器根据当前检测结果计算均衡器当前的***损耗，当***损耗偏大或偏小时控制器将通过控制接口连接线控制均衡器，使均衡器的平均***损耗保持稳定；

通道功率均衡控制器通过I/O接口电路与设备通信/控制总线相连接，将衰减器阵列控制状态和告警信息等发送至总线；从总线接收进行衰减器阵列衰减谱更改信息。

5如权利要求1所述实现光网络***的通道功率动态均衡控制装置，其特征在于：

由光放大器输出端的分光器实现输出光采集，由光纤连接线将采集的光通过接口连接器输入至光谱检测器和光谱检测控制器；

可有多个输入光接口连接器，以实现对多个光谱检测点的光谱检测，适用于设备内存在多个光方向的处理节点；

可通过多路选一光开关实现各个光谱检测点的切换；

光谱检测器是一个光谱仪，或一个通道功率检测器；

光谱检测控制器通过I/O接口电路与设备通信/控制总线相连接，通过输出信号线，光谱检测控制器可以将光谱数据输出到总线；通过输入信号线，光谱检测控制器可以从总线接收光谱检测启动/停止命令和检测点选择命令。

6如权利要求5所述实现光网络***的通道功率动态均衡控制装置，其特征在于：所述通道功率检测器，在光谱检测控制器的管理下，可以自动对多于1个的光谱检测点进行通道光谱测试；或在外部命令控制下进行指定光谱检测点的光谱测试。

7如权利要求1所述实现实现光网络***的通道功率动态均衡控制装置，其特征在于：

所述节点控制器，用于对本地设备进行状态信息采集和控制信息分送；

节点控制器的采集和控制的包括一个光传输方向上所涉及的信息，还包括其他光传输方向上所涉及的信息，包括自动维护和用户干涉模式；

节点控制器通过I/O接口电路同设备通信/控制总线相连接，通过输入信号线，可以获得与总线相连接的所有的工作信息，包括放大器当前增益，均衡控制期当前平均插损、光谱检测点当前扫描数据等；通过输出信号线，可以向总线输出放大器增益调整命令、衰减器阵列静态工作点调整命令、通道功率谱调节命令、光谱检测命令等；

节点控制器通过计算机I/O接口电路，通过电缆与计算机相连接，计算机中的用户应用软件提供光谱控制GUI，通过计算机，由用户对光谱检测点的目标光谱进行编辑，并通过计算机对节点内通道功率均衡装置实施用户干预。

8如权利要求7所述实现光网络***的通道功率动态均衡控制装置，其特征在于：

所述节点控制器的用户干预模式，通过主控计算机对目标点光谱进行编辑后，编辑后的目标光谱可以通过计算机通信接口送至节点控制器，储存在控制器内的存储器中，并启动调节；

由用户向节点控制器下达命令，实现对节点内放大器工作点、衰减器阵列工作点、光谱检测点的定义和配置；

由用户对通道功率均衡的工作模式进行切换；

只有用户通过控制计算机GUI下达通道功率谱调节指令时，节点控制器才驱动各控制器实施通道功率谱的控制。

9如权利要求7所述实现光网络***的通道功率动态均衡控制装置，其特征在于：所述节点控制器的自动维护模式，节点控制器将周期性地采集光谱检测信息，将目标功率谱存于光谱检测点的节点控制器中，节点控制器周期性地查询光谱检测数据，并与目标功率谱相比较，一旦光谱检测信息劣化，即自动启动衰减器阵列和光放大器实施通道功率谱控制。

10如权利要求7所述实现光网络***的通道功率动态均衡控制装置，其特征在于节点控制器在自动维护和用户干涉模式下，光谱检测数据和目标功率谱比较时一旦差异超过一定范数门限，则综合目标谱和当前检测谱得到需要在***发射端实现的目标调节谱谱；

若光谱检测点位于***的输出端，即与通道均衡控制在同一节点，则***内的节点控制器把调节谱信息和调节请求通过设备通信/控制总线发送到通道功率均衡器控制器；

若光谱检测点在通道均衡控制节点的下游其它节点，光谱检测点的节点控制器将把调节谱信息和调节请求通过路由转发器发送至具有通道功率均衡能力的上游***，通道功率均衡器控制器响应命令后调节通道功率相对差异；

通道功率均衡器控制器响应命令后调节通道功率，再行查询光谱，若差异仍超过规定范数门限，则再次将目标谱与当前检测谱相减得到需要在通道功率均衡节点实现的调节谱；

光谱检测点节点控制器将把新的调节谱信息和调节请求通过路由转发器发送到通道功率均衡节点，自动实施二次调节。

11一种实现光网络***的通道功率动态均衡控制方法，包括步骤如下：

步骤一、在***运行时，由放大器控制器、均衡器控制器、光谱检测控制器、节点控制器各控制单元根据***设计要求设定***中光放大器的增益值，衰减器阵列各通道衰减量的初始值，在无控制状态下按照初始功率配置状态进行工作；

步骤二、在自动维护或用户干涉控制下，在检测目标所在节点，节点控制器要求光谱检测点通过光通道谱监测单元来监测出主光通路各通道功率并上报；

步骤三、该节点控制器根据上报的数据和储存在目标点节点控制器中的目标通道功率谱相比较，根据***的目标谱计算出需要的相对调节谱，并按照约定的数据格式下发给动态通道均衡器控制器，实现动态调节；

步骤四、目标检测点的节点控制器指挥光谱监测单元重复测量主光通道的性能并上报给控制器，控制器进行数据处理与比较，如满足要求，则动态控制结束，称一次迭代控制；如果不能满足要求，则返回步骤三，进行再次迭代控制。

12如权利要求11所述实现光网络***的通道功率动态均衡控制方法，所述步骤三中：

若光谱检测点在本***内输出端，则***节点控制器将把调节谱信息和调节请求通过设备通信/控制总线发送到通道功率均衡器控制器；

若检测点在通道均衡控制节点的下游其它节点，检测点节点控制器将把调节谱信息和调节请求通过路由转发器发送到上游***通道功率均衡器控制器，通道功率均衡器控制器响应命令后调节通道功率相对差异。

13如权利要求11所述实现光网络***的通道功率动态均衡控制方法，其特征在于：每次迭代过程中，在动态均衡器中自动实施静态工作点锁定控制。

14如权利要求11所述实现光网络***的通道功率动态均衡控制方法，其特征在于所述***的信道功率均衡控制进一步包括：

步骤1：开机或***复位；

步骤2：在开机或***复位情况下信道功率控制器从其内部的程序存储器引入可执行程序，及缺省配置数据，包括缺省静态工作点数据，及光谱控制数据；

步骤3：进行衰减器阵列输入、输出光功率检测，用于确定当前可工作通道；

步骤4：进行工作状态的判断：***新开机/复位，或控制器I/O接口输入有信道功率调节指令；

步骤5：若***新开机、复位，则使用缺省的控制数据；若有信道功率谱调节命令，则采用命令栈下传之，进行曲线拟合获取控制谱增量数据；

步骤6：通过均衡器控制接口，驱动控制器；

步骤7：可调衰减器阵列响应操作后，控制器向总线发送控制成功标志；若控制数据超越均衡器调节范围，则返回失败标志，亦可用做告警信息；

步骤8：对控制器之与I/O接口相关的命令堆栈进行查询；

步骤9：进行报文处理，控制器通过I/O接口进行设备通讯，若命令堆栈有查询命令，则按查询要求上报；若命令堆栈有衰减器阵列衰减谱更改命令，则修改本地配置数据。

15如权利要求11所述实现光网络***的通道功率动态均衡控制方法，其特征在于所述***的放大器控制进一步包括：

步骤1：开机或***复位；

步骤2：放大器控制器从其内部的程序存储器引入可执行程序，及缺省配置数据；

步骤3：进行放大器输入、输出光功率检测，并计算放大器当前工作增益；

步骤4：工作状态判断，若***新开机/复位，或控制器I/O接口输入有增益调节指令；

步骤5：若***新开机、复位，则使用缺省的控制数据，若有增益调节命令，则采用命令栈下传之增益配置值，驱动放大器获得指定增益；

步骤6：增益调节后，进行放大器状态上报；

步骤7：对控制器之与I/O接口相关的命令堆栈进行查询；

步骤8：进行报文处理，控制器通过I/O接口进行设备通讯，若命令堆栈有查询命令，则按查询要求上报；若命令堆栈有放大器增益更改命令，则修改本地配置数据。

16如权利要求11所述实现光网络***的通道功率动态均衡控制方法，其特征在于所述***的光谱检测控制进一步包括：

步骤1：***新开机/复位；

步骤2：引入缺省的配置数据，包括光谱检测工作模式标志，扫描光方向标志等；

步骤3：判断本机工作模式，在自动检测模式下，或命令栈有光谱采集命令；

步骤4：按照扫描光方向标志，驱动光开关；

步骤5：启动光谱检测器，经其控制接口获得扫描结果，扫描结果为实有信道功率谱；

步骤6：进行数据存储，以备查询；

步骤7：通过控制器I/O接口将数据发送至设备通信/控制总线；

步骤8：对控制器之与I/O接口相关的命令堆栈进行查询；

步骤9：进行报文处理，控制器通过I/O接口进行设备通讯；若命令堆栈有光谱查询命令，则按查询要求上报；若命令堆栈有光谱检测状态更改新命令，则修改本地配置数据。

17如权利要求11所述实现光网络***的通道功率动态均衡控制方法，其特征在于所述***在自动维护模式下的节点控制进一步包括：

步骤1：在主循环进程内，操作软件周期性地执行到此步骤，根据配置标志判别状态；

步骤2：向光谱检测控制器下达光谱采集命令；

步骤3：等待光谱采集结果，待操作完成后，自设备通信/控制总线获得实有通道扫描光谱数据；

步骤4：将当前检测谱与目标谱进行比较，检验光谱相似性，若满足要求，继续主循环进程，不满足要求，实施光通道均衡控制；

步骤5：若光谱检测点在***内的输出端，节点控制器向通道控制器下达光谱调节命令，其中包含实有通道目标衰减谱数据；若光谱检测在下游的另一节点，则此节点控制器将把光谱调节命令经路由转发器发送到上游相关均衡器所在节点控制器，再通过该节点内通信总线送至通道功率均衡控制器；

步骤6：等待通道均衡控制器返回执行状态，若光谱检测点在***内输出端，自设备通信/控制总线获得上报状态后判断；若光谱检测点在***下游另一节点，则***将状态信息经路由转发器发送到下游检测节点的节点控制器；

步骤7：若主控计算机在本地通过计算机I/O接口上报，若主控计算机在异地，将上报信息送至路由转发器；

步骤8：自动维护操作完成，继续主循环进程；

步骤9：静态工作点的判断；

步骤10：向通道功率均衡控制器和放大器控制器发送配置更新命令；

步骤11：接收状态上报信息。

18如权利要求11所述实现光网络***的通道功率动态均衡控制方法，其特征在于所述***在用户干涉模式下的节点控制进一步包括：

步骤1：若主控计算机在本地节点，与节点控制器相连之计算机I/O接口输入主控计算机的控制命令，并向节点控制器之CPU发出中断请求；若主控计算机在异地，则路由转发器收到控制信息后经解包获得命令，并向节点控制器之CPU发出中断请求；

步骤2：节点控制器响应中断，判断中断请求；

步骤3：向光谱检测控制器下达光谱采集命令；

步骤4：等待光谱采集结果，待操作完成后，自设备通信/控制总线获得实有通道扫描光谱数据；

步骤5：将当前检测谱与目标谱进行比较，检验光谱相似性；

步骤6：若光谱检测在***同一节点，节点控制器向通道控制器下达光谱调节命令，其中包含实有通道目标衰减谱数据；若光谱检测在下游节点，则此节点控制器将把光谱调节命令经路由转发器发送到上游相关***的节点控制器，再通过***内通信总线送至通道功率均衡控制器；

步骤7：等待通道均衡控制器返回执行状态，若光谱检测点在***输出端，自设备通信/控制总线获得上报状态后判断；若光谱检测在***下游另一节点，则***将状态信息经路由转发器发送到下游检测节点的节点控制器；

步骤8：静态工作点判断；

步骤9：向通道功率均衡控制器和放大器控制器发送配置更新命令；

步骤10：接收状态上报信息；

步骤11：在光谱满足相似性要求时，完成调节，自计算机I/O接口或路由转发器向主控计算机上报当前状态；

步骤12：中断响应结束，返回节点控制器之主循环进程；

步骤13：在通道功率均衡器调节失败时，终止调节；自计算机I/O接口或路由转发器向主控计算机上报当前状态；

步骤14：中断响应结束，返回节点控制器之主循环进程；

步骤15：在通道功率均衡器或放大器调节失败时，终止调节；自计算机I/O接口或路由转发器向主控计算机上报当前状态；

步骤16：中断响应结束，返回节点控制器之主循环进程。

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