交换媒介转换器和使用该转换器的无源光学网络系统.pdf

公开一种正反向信道使用相同波长，同时可经济地实现冗余功能的环形无源波分多路复用(WDM)光学网络(PON)系统，和在该环形WDM PON系统中使用的交换媒介转换器。WDM PON系统为每个节点提供冗余功能，所以系统的中心办公室可以具有简单的结构。因此具有中心办公室的结构开销可被降低的优点，并且，因为考虑了每个节点的重要性，所以可以只为部分节点提供期望的冗余功能，从而使网络的结构开销最小化。

1、  一种正向和反向信道使用相同波长的环形波分多路复用无源光学网络系统，包括：
具有通用媒介转换器的中心办公室，每个所述媒介转换器具有适于把电信号转换成输出光信号的发送器，和适于接收与输出光信号具有相同波长的光信号并把接收的光信号转换成输出电信号的接收器，以及用于多路复用分别从通用媒介转换器输出的不同波长的光信号并向外部输出所得多路复用的光信号的波分多路复用器/多路分离器，，该波分多路复用器/多路分离器还多路分离外部输入的多路复用信号，并把所得多路分离的信号输出到各个通用媒介转换器；
用于发送通过两个不同光通信线路以分布方式从波分多路复用器/多路分离器输出的多路复用信号的耦合器，同时该耦合器把从任何一个光通信线路接收的光信号发送到波分多路复用器/多路分离器；
通过每一个耦合到光通信线路的双向加/减法器构成环形分布网络的光通信线路；和
具有分别耦合到双向加/减法器的冗余媒介转换器的远端节点，每个冗余媒介转换器的功能为检测线路损坏，并根据检测结果仅以顺时针方向或逆时针方向发送光信号。

2、  依照权利要求1的环形波分多路复用无源光学网络系统，其中至少一个远端节点还包括耦合到构成环形分布网络的光通信线路上的3端口加/减法器。

3、  依照权利要求1或2的环形波分多路复用无源光学网络系统，其中每个双向加/减法器包括在光通信线路之间具有相反信号传输方向的第一和第二WDM薄膜滤波器，
第一波分多路复用薄膜滤波器滤除从光通信线路中的第一条接收的具有特定波长的一个光信号，该光通信线路与耦合到双向加/减法器的冗余媒介转换器的主信道连接，同时接收与滤除的光信号具有相同波长的光信号，并将接收的光信号反射到第一光通信线路，和
第二波分多路复用薄膜滤波器滤除从光通信线路中的第二条接收的具有特定波长的一个光信号，该光通信线路连接到冗余媒介转换器的从信道，同时接收与滤除的光信号具有相同波长的光信号，并将接收的光信号反射到第二光通信线路。

4、  依照权利要求3的环形波分多路复用无源光学网络系统，其中每个冗余媒介转换器包括：
分别连接到主信道和从信道的第一和第二耦合器；
分别连接到第一和第二耦合器的主从发送/接收单元，每一个主从发送/接收单元的功能在于把电信号转换成光信号，并且把光信号发送给与之连接的耦合器，同时其功能还在于把从相连的光耦中接收的光信号转换成电信号，并将电信号输出到光学网络单元；
控制单元用于检测主从发送/接收单元的各个状态和光纤损坏情况，从而激活主从发送/接收单元中被选中的一个去执行发送或接收操作；和
分别和主从发送/接收单元连接的接口，每个接口在相关的主从发送/接收单元之一和光学网络单元之间执行数据交换操作。

5、  依照权利要求4的环形波分多路复用无源光学网络系统，其中控制单元使包括在与当前信道相关的发送/接收单元中的发送器禁止，并检测包括在相关的发送/接收单元中的接收器是否可以切换到“link-on”状态，由此确定是否发生了光纤损坏情况。

6、  一种用于正向和反向信道使用相同波长的环形波分多路复用无源光学网络系统的交换媒介转换器，包括：
把从光学网络单元接收的电信号转换成光信号，并把光信号发送到用于主信道的耦合器的主发送/接收单元，同时该主发送/接收单元把从用于主信道的耦合器中接收的光信号转换成电信号，并将电信号输出到光学网络单元；
把从光学网络单元接收的电信号转换成光信号，并把光信号发送到用于从信道的耦合器的从发送/接收单元，同时该从发送/接收单元把从用于从信道的耦合器中接收的光信号转换成电信号，并将电信号输出到光学网络单元；
用于检测主从发送/接收单元的各个状态和光纤损坏情况，从而激活主从发送/接收单元中被选中的一个去执行发送或接收操作的控制单元；和
分别和主从发送/接收单元连接的接口，每个接口在相关的主从发送/接收单元之一和光学网络单元之间执行数据交换操作。

7、  依照权利要求6的交换媒介转换器，还包括：
安置在连接到从发送/接收单元后端，并且适于执行数据缓冲操作的缓冲器。

8、  依照权利要求6或7的交换媒介转换器，其中控制单元使包括在与当前激活信道相关的发送/接收单元中的发送器禁止，并检测包括在相关的发送/接收单元中的接收器是否可以切换到“link-on”状态，由此确定是否发生了光纤损坏情况。

交换媒介转换器和使用该 转换器的无源光学网络系统
技术领域
本发明涉及波分多路复用(WDM)无源光学网络(PON)系统，尤其涉及正向和反向信道使用相同波长并且同时可经济地实现冗余功能的环形WDM PON系统，以及用于环形WDM PON系统的交换媒介转换器。
背景技术
众所周知波分多路复用(WDM)系统通过中心办公室(CO)把不同的波长分配给各个用户，因此中心办公室可以同步地发送数据到用户端。各个用户也可以使用分配的不同波长发送数据。该系统的优点在于它可以为每个用户提供大量信息，同时保持高度的安全性并且易于实现性能升级。
还有，已知PON具有基于光学网络的结构。在该PON中，光学线路终端(OLT)通过光缆，使用无源光学交叉连接元件和许多光学网络单元(ONUs)相连接。在该PON中，中心办公室通过主干光纤发送数据到远端节点(RN)，然后再通过分布光纤利用在远端节点提供的无源光学交叉连接元件将数据发送到各个用户。也就是说，中心办公室和安装在与用户相邻区域的远端节点的连接是使用主干光纤实现的，同时，远端节点和每个ONU之间的连接通过分布光纤实现。依照这种连接结构，与在中心办公室和每个用户之间安装光缆的情况相比较，可以降低电缆安装费用。
同时，在按照光学网络的应用设计光学网络时，光学网络的物理布局从环形、总线形和星形中选择。与光学网络物理布局相对应的概念是逻辑布局。该逻辑布局也从按照光学网络中组成元件的物理和逻辑连接状态的环形、总线形和星形中选择。与其它类型比较，环形布局因为甚至可以在灾难或事故中系统瘫痪时执行自恢复功能，被认为在骨干结构和网络中显示出满意的可靠性。
早期开发的WDM环形结构是单向的。为了实现双向WDM环形结构，于是必须使用双光纤。最近，引入了对单光纤双向环形网络的研究。依照该研究，单光纤双向环形网络使用新型双向加/减模块(B-ADMS)实现，(例如，公开于C.H.KIM等的“Bi-directional WDM Self-Healing Ring NetworkBased on Simple Bi-directional Add/Drop Amplifier Modules”；和Y.Zhao等的“A Novel Bi-directional Add/Drop Module for Single Fiber Bi-directionalSelf-Healing Wavelength Division Multiplexed Ring Networks”中)。
传统系统使用双光纤环形结构实现自恢复功能。在这种系统中，当由于光纤损坏而发生系统瘫痪时，在系统中交换光纤对应端两节点之间限定的通路被有源元件的自恢复光纤旁路掉。于是交换系统可以自恢复。然而，由于使用双光纤型结构，导致该自恢复系统具有光纤安装费用增加的问题。
另外，上面提及的使用B-ADMS的单光纤双向环形网络是复杂且昂贵的，同时还存在使用新型光学元件的问题。
其间，在大多数网络中增加了以太网系统的应用，因为该系统可以廉价地实现，同时与传统的因特网通信兼容。然而，因为其在应付灾难或其它网络损坏状况时不具有自恢复功能，所以不具有切实的可靠性，该以太网系统没有实际应用于骨干网络，
作为解决上述提及的问题的技术，“环形WDM PON系统”公开在以本申请人名义在韩国知识产权局申请的韩国专利申请No.2002-76191中。如图1所示，公开的“环形WDM PON系统”包括具有第一多路复用器/多路分离器MUX1和第二多路复用器/多路分离器MUX2的中心办公室。第一多路复用器/多路分离器MUX1适于应用在正常状态时对正常信号执行多路复用/多路分离操作，第二多路复用器/多路分离器MUX2适于在自恢复目的中执行对用于自恢复的信号的多路复用/多路分离操作。每个多路复用器/多路分离器执行产生N种不同波长光学信号的功能，以及多路复用光学信号，并通过主干光纤将多路复用后的光信号发送到远端节点RN，同时将从远端节点RN接收的多路复用信号分离的功能。
如图1所示，中心办公室CO包括两个用于每种波长的发送/接收单元，为了实现常规的冗余，每个单元具有发送器Tx和接收器Rx。一个发送/接收单元，例如第一发送/接收单元，具有发送器Tx1和接收器Rx1，被连接到一个多路复用器/多路分离器上，例如第一多路复用器/多路分离器MUX1，用于普通操作，同时，其它发送/接收单元，例如第二发送/接收单元，具有发送器Tx2和接收器Rx2，被连接到另外的多路复用器/多路分离器上，例如第二多路复用器/多路分离器MUX2，用于实现冗余目的。
然而，上面提及的环形WDM PON系统具有中心办公室结构复杂的缺点，因为用于每种波长的两个发送/接收模块和两个多路复用器/多路分离器在处理光纤损坏或激光二极管(LD)(对应于发送器)及光电二极管(PD)(对应于接收器)损坏时被用来和特定信道一起提供冗余。因此，需要开发一种系统来解决上述问题。
上面提及的环形网络结构配置对所有节点来说都有冗余，但可能在费用和功能方面存在问题。最终，需要开发一种考虑到这些问题来进行配置的系统。还需要开发一种系统，当在提供冗余功能的节点处发生光纤损坏时，能够通过节点的低级层次快速检测。
发明内容
因此，本发明目的在于提供一种正向和反向信道均使用相同波长的环形WDM PON系统，其具有单光纤双向环形结构，从而简化中心办公室的构造并保证所需的冗余。
本发明的另一个目的在于提供一种正向和反向信道均使用相同波长的环形WDM PON系统，考虑每个节点的重要性，将该系统配置为只为其部分节点提供冗余，从而减少网络结构的开销。
本发明的另一个目的在于提供一种正向和反向信道均使用相同波长的环形WDM PON系统，当在提供冗余功能的节点处发生光纤损坏时，能够通过节点的低级层次快速检测。
依照本发明地一个方面，提供一种正向和反向信道都使用相同波长的环形波分复用无源光学网络(WDM PON)系统，该系统包括：具有通用媒介转换器(MCs)的中心办公室，每个MCs具有适用于将电信号转换成被输出光信号的发送器，和适用于接收与输出光信号具有相同波长的光信号的接收器，并且接收器将接收到的光信号转换为被输出的电信号；还有WDM多路复用器/多路分离器(MUX/DEMUX)，用于多路复用从通用MCs分别输出的不同波长的光信号并从外部输出合成的多路复用光信号，WDMMUX/DEMUX还多路分离外部输入的多路复用信号，并且输出所得多路分离信号到各个通用MCs；耦合器用于发送通过两路不同的光通信线路从WDM MUX/DEMUX以分布方式输出的多路复用信号，同时发送从任何一个光通信线路传到WDM MUX/DEMUX的所接收到的光信号；光通信线路通过每一个耦合到该光通信线路上的双向加/减法器构造成环形分布网络；并且远端节点具有分别耦合到双向加减法器的冗余MCs，每个冗余MCs都具有检测线路损坏的功能，并根据检测结果仅按顺时针方向或逆时针方向发送光信号。
至少远端节点之一可以进一步具有耦合到构成环形分布网络的光通信线路上的3端口加减法器。
更可取地，每个双向加减法器都含有在光通信线路之间具有相反的信号传输方向的第一和第二WDM薄膜滤波器。第一WDM薄膜滤波器滤除第一光通信线路接收的光信号中具有特定波长的一个，该第一光通信线路连接到与双向加/减法器耦合的冗余MC的主信道，同时接收与被滤除的光信号具有相同波长的光信号，并将接收的光信号反射到第一光通信线路。第二WDM薄膜滤波器去除第二光通信线路接收的光信号中具有特定波长的一个，该第二光通信线路连接到冗余MC的从信道，同时接收与被滤除的光信号具有相同波长的光信号，并将接收的光信号反射到第二光通信线路。
更可取地，每个冗余MCs包括：分别连接到主信道和从信道的第一和第二耦合器，主从发送/接收单元分别连接到第一和第二耦合器，每个主从发送/接收单元的功能在于将电信号转换成光信号，并且将光信号发送到与其相连的耦合器，同时其功能还在于将从相连的光耦合器接收的光信号转换成电信号，并将电信号输出到光学网络单元；控制单元用于检测主从发送/接收单元的各个状态和光纤损坏情况，从而激活主从发送/接收单元中被选中的一个去执行发送或接收操作；还有分别和主从发送/接收单元连接的接口，每个接口在相关的主从发送/接收单元之一和光学网络单元之间执行数据交换操作。
附图说明
本发明的上述目的和其它特征及优点在通过下述结合附图详细描述之后将变得更加明显，其中：
图1是举例说明正向和反向信道使用相同波长的环形WDM PON系统的结构示意图；
图2是举例说明依照本发明的实施例的正向和反向信道使用相同波长的环形WDM PON系统的结构示意图；
图3是举例说明如图2所示的4端口加/减法器结构的示意图；
图4是举例说明如图2所示的用于冗余目的的交换媒介转换器的详细结构示意图；
图5是举例说明由如图4所示的中央处理器(CPU)执行的线路切换操作的流程图；和
图6是依照本发明的另一实施例的正向和反向信道使用相同波长的环形WDM PON系统的示意图；
具体实施方式
现在，将参考附图详细描述本发明的最佳实施例。在下面对本发明的描述中，当引起本发明的主旨混淆时，对已知功能和具体结构的详细描述在此将被省略。
图2是举例说明依照本发明的实施例的正向和反向信道使用相同波长的环形WDM PON系统的结构的示意图。图3是举例说明如图2所示的4端口加/减法器120结构的示意图。图4是举例说明如图2所示的用于冗余目的的交换媒介转换器130的详细结构示意图。
参照图2，依照本发明所举实施例的环形WDM PON系统包括中心办公室(CO)，和双向加/减法器120及通过光通信线路与中心办公室相连的冗余媒介转换器(MCs)130。
中心办公室包括通用媒介转换器(MCs)，，每个MCs具有适用于将电信号转换成被输出光信号的发送器TX，和适用于接收与输出光信号具有相同波长的光信号的接收器RX，并且接收器RX将接收到的光信号转换为被输出的电信号。中心办公室还包括WDM多路复用器/多路分离器(MUX/DEMUX)100，用于多路复用从普通MCs输出的不同波长的光信号，并从外部输出合成的多路复用光信号，WDM MUX/DEMUX 100还分离外部输入的多路复用信号，并且输出所得的多路分离信号到各个通用MCs。在中心办公室的每个通用MC和WDM MUX/DEMUX 100之间耦合有3dB耦合器。3dB耦合器还作为分配从WDM MUX/DEMUX 100到各个通用MCs的发送器TX及接收器RX的分离光信号的分解器。
还有，3dB耦合器110耦合到中心办公室的信号输出级(也用于信号输入级)。耦合器110发送WDM MUX/DEMUX 100从通过处于分布形式的两条不同的光通信线路(光纤)输出的多路复用信号。耦合器110还发送从任何一条连接到WDM MUX/DEMUX 100的光通信线路接收的光信号。
中心办公室的输出由耦合器110通过处于分布状态的两条路径发送的理由在于可以提供冗余信道来处理光纤损坏、或与特定信道相关的发送器(LD)或接收器(PD)瘫痪的情况。
和耦合器110相连的不同发送方向的光通信线路构成如图2所示的环形分布网络。为了保持信号双向正常传播，同时滤除与特定用户具有相关波长的光信号，双向增加/减法器120分别安置在环形分布网络合适的点上。在实施例中，每个双向加/减法器120均为4端口加/减法器。
双向加/减法器120包括两个WDM元件，它们在构成环形分布网络的相反的光通信线路，也就是第一和第二光通信线路中具有相反的信号传输方向。也就是说，双向增加/减法器120包括第一WDM薄膜滤波器，用于滤除从第一光通信线路接收的光信号中特定波长为λm的一个，第一光通信线路连接到与冗余MC130相关的主信道的双向加/减法器120输入端口COMIN；同时接收和滤除的光信号具有相同波长的光信号，并将接收的光信号反射到第一光通信线路。第二WDM薄膜滤波器，用于除从第二光通信线路接收的光信号中特定波长为λm的一个，第二光通信线路连接到与冗余MC130相关的从信道的双向加/减法器120输入端口COM OUT；同时接收和滤除的光信号具有相同波长的光信号，并将接收的光信号反射到第二光通信线路。
依靠双向加/减法器120，相关的远端节点可以按顺时针方向或逆时针方向发送从与环形分布网络相关的ONU处接收的光信号。
同时，冗余MCs130耦合到各个双向加/减法器120。每个冗余MC130检测光纤损坏，因此仅以顺时针方向或逆时针方向发送光学信号。每个冗余MC130可以直接连到相关的ONU。作为选择，冗余MC130也可以通过以太网直接连到相关的ONU。
现在，参照图4详细描述冗余MC130。如图4所示，每个冗余MC130主要包括用于主信道的发送/接收单元，用于从信道的发送/接收单元，中央处理器(CPU)136，和物理层(PHY)芯片135及145。
3dB耦合器分别连接到主从信道。这些耦合器可以安置在相关冗余MC130内部。可选择地，它们也可以安置在相关冗余MC130外部。可以假定主信道连接到如图3所示的相关双向加/减法器120的滤除端口，该端口也可以作为反向信号的加端口使用。也可以假定从信道连接到如图3所示的相关双向加/减法器120的加端口。按照这种假设，通过滤除端口主信道发送的光信号分布于主信道发送器和接收器，也就是LD131和PD133。另一方面，从主信道发送器，也就是LD131输出的光学信号，通过耦合器和滤除端口发送到中心办公室。
用于主信道的主发送/接收单元和用于从信道的从发送/接收单元分别包括作为其发射器光源的LDs131和143，及各个驱动LDs131和143的驱动器132和144。主从发送/接收单元还分别包括作为其接收器光源的PDs133和141，及各个驱动PDs134和142的LD驱动器。每一个主从发送单元将电信号转换成光信号，并将光信号发送到与其相连的耦合器，同时将从光耦接收的光信号转换成电信号，并通过接口135和145将电信号输出到相关的ONU。
CPU136控制相关冗余MC130的全部操作。例如，CPU136基于存储于其内部存储器的控制程序数据，检测主从发送/接收单元的各个状态和光纤损坏情况，于是激活主从发送/接收单元中被选中的一个执行发送/接收操作。该操作将参照图5在下文描述。
依照本发明实施例的每个冗余MC130还包括分别连接到主从发送/接收单元并适用于执行数据交换操作的接口135和145，PHY芯片可以用于接口135和145。作为参照，每个冗余MC130还包括位于连接到从发送/接收单元的接口145后端的缓冲器137，其适用于执行数据缓冲操作。
现在，将结合图5描述如图4所示的CPU136执行的线路切换操作。
当系统开通时，每个冗余MC130的CPU136切换到其初始状态，在初始状态，CPU136设置主信道为第一信道(步骤200)。在设置主信道为第一信道的操作之后，CPU136检测是否产生警告(步骤210)。CPU136可以通过读取主从PDs133和141的各个状态检测警告的产生。在本发明实施例中，如下表1所示，除非LD131和PD133都为其正常状态，否则确定已产生警告，在表1中，“0”代表失败或禁止状态，反之“1”表示激活或使能状态。
表1