一种用于网状拓扑结构光轨网络的多个光纤输入输出的光轨网络节点结构

摘要

一种用于网状拓扑结构光轨网络的多个光纤输入输出的光轨网络节点结构，包括：WDM下路单元，用于分离光监控信道中用于传输控制信令的波长并传输到光轨交换单元，并将其他波长传输到解复用器组；解复用器组，用于将WDM复用信号进行解复用操作；光轨交换单元，用于对WDM下路单元传输的波长信号进行接收和处理；光纤直通单元，用于将来自解复用器组的输入波长进行直通交换操作；复用器组，用于将数据信道波长进行复用操作；WDM上路单元，用于将传输控制信令的波长加载到各个已复用的数据信道波长中，并将最终的信号传输到输出光纤。本发明适用于网状拓扑结构的光轨网络，同时具有上路/下路功能和多个输入输出端口间的直通和交换功能。

说明书

技术领域

本发明属于用于城域网的高速光交换技术领域，特别是用于网状拓扑结构的光轨网络中的节点结构。 

背景技术

随着以视频点播、IPTV和3G/4G无线数据业务等为代表的新型网络业务的推广与普及，光纤通信网络面对的主要业务类型已经从传统的线路交换型业务演进为更适合上述新业务特点的分组交换型业务。因此，在光纤通信网络的传输与交换层面，特别是城域网领域，组建支持面向分组交换类型业务的新型光网络对于推动新型网络业务的发展具有重要的意义。 

光轨(Light-Trails)网络是由A.Gumaste和I.Chlamtac在2003年提出的一种新型的光交换网络结构。光轨网络主张采用现有成熟的光学器件，在一条光通道上以空分复用的方式进行业务量疏导，以时分复用的方式传输多个节点的信息。并且在信息的传输过程中，中间节点不需要进行基于高速光开关的重新配置。由于光轨网络具有光开关动态切换率低、波长利用率高、支持子波长疏导和多播传输、比特率透明等优点，所以在其概念提出后逐渐受到网络研究者的关注。 

目前，在各类文献中，已查阅到的光轨网络节点结构是以总线型或者环形拓扑结构为应用背景的、采用单个光纤输入输出形式的光学结构，如“光轨：一种实现IP突发业务的新方案”(王伟伟等，光通信技术，2006年08期)、“光轨网络节点结构设计及性能分析”(乐孜纯 等，中国激光，2010年12期)和“一种新型光轨网络节点结构及其FPGA实现方法”(乐孜纯等，申请号：201010162564.7)。然而，已有的光轨节点结构不能用于未来城域网中的网状拓扑结构，不能支持多个光纤输入输出的光学形式。同时，已有的光轨节点结构只适合本地业务的上路和下路操作，不适合多个输入输出端口间的直通和交换操作。 

发明内容

为了克服已有的光轨节点结构不能用于以网状拓扑结构为应用背景的光轨网络，且不能支持多个光纤输入输出的光学形式和不适合多个输入输出端口间的直通和交换操作等不足，本发明提供了一种适用于网状拓扑结构的光轨网络，同时具有上路/下路功能和多个输入输出端口间的直通和交换功能的、多个光纤输入输出的光轨网络节点结构。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种用于网状拓扑结构光轨网络的多个光纤输入输出的光轨网络节点结构，所述光轨网络节点结构包括： 

WDM下路单元，用于分离光监控信道中用于传输控制信令的波长，将用于传输控制信令的波长传输到光轨交换单元，并将其他波长传输到解复用器组； 

解复用器组，用于将经过WDM下路单元滤波后的WDM复用信号进行解复用操作，将2路数据信道波长传输到光轨交换单元，以及将其余数据信道波长传输到光纤直通单元； 

光轨交换单元，用于对WDM下路单元传输的波长信号进行接收和处理，并按照控制信令要求对来自解复用器组的2路数据信道波长进行下路、上路或者直通操作； 

光纤直通单元，用于按照事先确定的端口分配方法，将来自解复用器组的输入波长进行直通交换操作； 

复用器组，用于将来自光纤直通单元和光轨交换单元的数据信道波长进行复用操作，并将复用后的信号传输到WDM上路单元； 

WDM上路单元，用于将来自光轨交换单元的传输控制信令的波长加载到各个已复用的数据信道波长中，并将最终的信号传输到输出光纤。 

进一步，所述光轨交换单元包括： 

网络层协议处理单元，用于接收来自WDM下路单元的控制信道波长，按照光轨网络层协议执行控制信令，并将执行结果发送到节点控制单元，最后将新的控制信令发送到WDM上路单元； 

节点控制单元，用以按照网络层协议处理单元的执行结果对光开关配置单元进行配置，所述光开关配置单元用于控制突发模式光接收单元和突发模式光发送单元，其中所述突发模式光接收单元由一组工作在突发模式的光接收机组成，所述突发模式光发送单元由一组工作在突发模式的光发射机组成； 

光轨交换单元上路/下路部分，由光分束器、光开关和3dB耦合器组成，其中，光分束器和3dB耦合器分别用于波长的下路和上路；光开关受到光开关配置单元的控制，并且只在光轨建立阶段执行切换操作，其他阶段处于关闭状态。 

再进一步，所述光纤直通单元利用光纤跳线，按照预定的端口分配原则，将来自解复用器组的波长直通到复用器组中；同时完成了光纤直通和波长固定交换。 

更进一步，所述WDM下路单元组由一组固定波长WDM下路单元组成，用于将控制信道波长滤出，对数据信道波长直通。 

可选的，所述解复用器组由一组WDM解复用器组成。 

所述复用器组由一组WDM复用器组成。 

所述WDM上路单元组由一组固定波长WDM上路单元组成。 

本发明的技术构思为：在以网状拓扑结构为应用背景的光轨网络中，对于单个光轨节点，只有小部分波长需要进行下路/上路操作。大部分波长将该节点作为中间节点，只需要执行直通和交换操作。 

本发明将以往的单个光纤输入输出的光轨节点，通过引入光纤直通单元，增加WDM下路单元、解复用器、复用器和WDM上路单元的数量，划分数据波长的流向，改变为支持多个光纤输入输出的、适合网状拓扑结构的新型光轨节点。 

本发明的有益效果主要表现在：1.提出了一种低成本的、支持多个光纤输入输出的、适合网状拓扑结构的新型光轨节点；2.不仅支持本地波长的上路/下路操作，而且支持不同端口间波长的直通和交换操作；3.避免了不必要的上路/下路操作，有效地降低了光功率损失和串扰影响。 

附图说明

图1是本发明提出的光轨节点的结构示意图。 

图2是WDM下路单元组示意图。 

图3是解复用器组示意图。 

图4是光纤直通单元示意图。 

图5是复用器组示意图。 

图6是WDM上路单元组示意图。 

图7是光轨交换单元示意图。 

图8是光轨交换单元中上路/下路部分示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。 

参照图1～图8，一种用于网状拓扑结构光轨网络的多个光纤输入输出的光轨网络节点结构，包括：光轨交换单元、光纤直通单元、WDM下路单元组、解复用器组、复用器组和WDM上路单元组。其中，所述WDM下路单元用于分离光监控信道(OSC)中用于传输控制信令的波长，并将其他波长传输到解复用器组。所述解复用器组将经过WDM下路单元滤波后的WDM复用信号进行解复用操作，将2路数据信道波长传输到光轨交换单元，以及将其余数据信道波长传输到光纤直通单元。所述光轨交换单元对WDM下路单元传输的波长信号进行接收和处理，并按照控制信令要求对来自解复用器组的2路数据信道波长进行下路、上路或者直通操作。所述光纤直通单元按照事先确定的端口分配方法，将来自解复用器组的输入波长进行直通交换操作。所述复用器组用于将来自光纤直通单元和光轨交换单元的数据信道波长进行复用操作，并将复用后的信号传输到WDM上路单元。所述WDM上路单元用于将来自光轨交换单元的传输控制信令的波长加载到各个已复用的数据信道波长中，并将最终的信号传输到各个输出光纤。 

参照图2，所述WDM下路单元组从输入光纤里波长编号为1～N的复用信号中，将编号为1的波长滤出，并传输到光轨交换单元；其余编号为2～N的波长传输到解复用器组。WDM下路单元组中WDM下路单元的个数与输入光纤的个数相同。 

参照图3，所述解复用器组对波长编号为2～N的复用信号进行解复用操作。将编号为2和3的波长传输到光轨交换单元；将编号为4～N的波长传输到光纤直通单元。解复用器组中解复用器的个数与WDM下路单元组中WDM下路单元的个数相同。 

参照图4，所述光纤直通单元对编号为4～N的波长进行直通和交换操作。所述直通操作是从某一编号的解复用器端口连接到同一编号的复用器端口。例如，编号为4的波长经过编号为1的解复用器后直接连到编号为1的复用器。所述交换操作是从某一编号的解复用器端口连接到不同编号的复用器端口。例如，编号为N的波长经过编号为1的解复用器后连接到编号为4的复用器端口。根据光轨网络的实际结构和通信需求，可以采用不同的直通和交换连接方法。 

参照图5，所述复用器组将来自光轨交换单元的编号为2和3的波长和来自光纤直通单元的编号为4～N的波长进行复用操作。并将复用后的编号为2～N的波长信号传输到WDM上路单元。复用器组中复用器的个数与WDM上路单元组中WDM上路单元的个数相同。 

参照图6，所述WDM上路单元组将来自光轨交换单元的编号为1的波长加载到来自复用器组的已复用的编号为2～N的波长信号中，并将最终编号为1～N的波长信号传输到输出光纤。 

参照图7，所述光轨交换单元首先接收来自WDM下路单元组的编号为1的控制波长，并传输到网络层协议单元进行处理。进一步，如果控制波长中不包含对本节点的操作信令，那么光轨交换单元对编号为1的控制波长进行转发操作，即继续发送包含同样控制信令的编号为1的波长到WDM上路单元组；如果控制波长中包含对本节点的 操作信令，那么光轨交换单元将对光开关控制单元发送执行指令。光开关控制单元将控制突发模式光接收单元接收来自光轨交换单元上路/下路部分的编号为2和3的波长，并将这些波长传输到对应的用户下路单元；或者将来自用户上路单元的信息通过突发模式光发送单元调制到编号为2和3的波长上，并传输到光轨交换单元上路/下路部分。 

参照图8，所述光轨交换单元上路/下路部分将来自解复用器组中编号为2和3的波长进行下路、上路或者直通操作。其中，光分束器可以按照节点的次序采用不同的分光比。一般来说，光分束器距离召集节点越近，采用的分光比越小。光开关只在光轨最初的建立阶段执行操作，即：召集节点和终止节点的光开关处于断开状态；其他中间节点的光开关处于连通状态。3dB耦合器完成对来自用户上路波长的加载操作。 

实例：对于一个以城域网为使用背景的网状拓扑结构的光轨网络节点，共有东、西、南、北4路光纤接入，每路光纤承载12个波长，其中编号1波长用于传输控制信令，编号2和3波长用于进行本地信息的上路/下路操作，编号4～7波长用于直通，编号8～12波长用于交换。因此，该光轨网络节点具有4个WDM下路单元，4个11端口的解复用器，4个11个端口的复用器和4个WDM上路单元。其中，WDM下路单元和上路单元的特定操作波长都是编号1波长。此外，光轨交换单元中具有4对编号1波长光收发机，4对编号2波长突发模式光接收机，4对编号3波长突发模式光接收机，4对编号2波长突发模式光发送机，4对编号3波长突发模式光发送机。光轨交换单元上路/下路部分中具有4个光分束器，4个光开关和4个3dB耦合器。 

如果每个波长传输速率为2.5Gbps，那么该光轨节点能够支持最 大20Gbps的本地上路/下路容量，支持最大40Gbps的直通容量和最大50Gbps的端口交换容量。 

本实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。