本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于多層環(huán)結(jié)構(gòu)的光接入網(wǎng)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，作為其支柱的通信網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)覆蓋率、傳輸速率、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模等方面在近年來得到了大幅度的提升。然而，大量的高速通信網(wǎng)建設(shè)也帶來了巨大的能源消耗。在2010年，我國的年均網(wǎng)絡(luò)能耗已達(dá)到三峽工程年發(fā)電量的三分之一。同時(shí)，《通信業(yè)“十二五”規(guī)劃》也明確將網(wǎng)絡(luò)節(jié)能降耗列為網(wǎng)絡(luò)發(fā)展重點(diǎn)之一。從信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展來看，通信網(wǎng)的節(jié)能降耗工作亟需進(jìn)行推進(jìn)與開展相關(guān)研究。接入網(wǎng)部分作為通信網(wǎng)中“最后的一公里”，為用戶提供了唯一的網(wǎng)絡(luò)接入接口，其網(wǎng)絡(luò)器件數(shù)目與網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)復(fù)雜度遠(yuǎn)非通信網(wǎng)其他部分可比擬，相應(yīng)地，接入網(wǎng)部分的能耗也占到了通信網(wǎng)總能耗的近三分之二。而隨著“光進(jìn)銅退”的落實(shí)，在接入網(wǎng)中，光纖將成為最主要的信息傳輸介質(zhì)，因此，針對(duì)光接入網(wǎng)的節(jié)能降耗工作已經(jīng)成為當(dāng)今的研究熱點(diǎn)。

目前，光接入網(wǎng)的能效提升研究主要基于兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)開展：以以太無源光網(wǎng)絡(luò)和波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)為主導(dǎo)的現(xiàn)存光接入結(jié)構(gòu)，與以正交頻分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)以及時(shí)/波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)為主導(dǎo)的未來光接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)。以太無源光網(wǎng)絡(luò)通過應(yīng)用光網(wǎng)絡(luò)單元的睡眠喚醒機(jī)制，配合高效的資源調(diào)度與管理，降低了網(wǎng)絡(luò)的平均能耗，減少了每比特?cái)?shù)據(jù)的傳輸能耗。波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)由于建立了多個(gè)波長信道，通過大量地提高傳輸速率來提升傳輸效率。

然而，由于現(xiàn)存光接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)受限于網(wǎng)絡(luò)速率與接入容量，無法滿足未來光接入網(wǎng)的高速、大接入容量、長距離接入的需求。

目前報(bào)道的未來光接入網(wǎng)節(jié)能機(jī)制中，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的魯棒性，網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際布設(shè)覆蓋范圍等問題考慮甚少，而恰恰這兩個(gè)問題是接入網(wǎng)在實(shí)際應(yīng)用中最應(yīng)考慮的兩個(gè)問題，前者能為用戶提供穩(wěn)定的服務(wù)，后者能指導(dǎo)合理的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。另一方面，隨著接入網(wǎng)接入距離的增加，以及城域網(wǎng)與接入網(wǎng)的進(jìn)一步融合，接入網(wǎng)的城域覆蓋應(yīng)用問題應(yīng)當(dāng)?shù)玫竭M(jìn)一步的討論研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于多層環(huán)結(jié)構(gòu)的光接入網(wǎng)系統(tǒng)，可提高系統(tǒng)的魯棒性、能效、以及靈活性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種基于多層環(huán)結(jié)構(gòu)的光接入網(wǎng)系統(tǒng)，所述光接入網(wǎng)系統(tǒng)包括依次連接的光鏈路終端層、第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)層、第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)層及光網(wǎng)絡(luò)單元層；其中，

所述光鏈路終端層包括多個(gè)光鏈路終端單元；

所述第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)層包括多個(gè)第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)，各所述第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)互聯(lián)形成環(huán)狀，所述光鏈路終端單元的輸出端連接所述第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的輸入端；

所述第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)層包括多個(gè)兩種類型的第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)，各所述第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)互聯(lián)形成環(huán)狀，所述第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的輸出端與所述第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的輸入端連接；

所述光網(wǎng)絡(luò)單元層包括多個(gè)光網(wǎng)絡(luò)單元，各所述光網(wǎng)絡(luò)單元互聯(lián)形成環(huán)狀，所述第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的輸出端與所述光網(wǎng)絡(luò)單元的輸入端連接。

所述光鏈路終端單元包括第一時(shí)/波分復(fù)用光鏈路終端和2:1光鏈路終端光分束器，所述第一時(shí)/波分復(fù)用光鏈路終端發(fā)射的光信號(hào)經(jīng)過所述2:1光鏈路終端光分束器輸入至所述第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)。

所述光鏈路終端層還包括備用光鏈路終端單元，用于在所述第一時(shí)/波分復(fù)用光鏈路終端故障時(shí)使用；其中，

所述備用光鏈路終端單元包括第二時(shí)/波分復(fù)用光鏈路終端及1:a光分束器，所述第二時(shí)/波分復(fù)用光鏈路終端發(fā)射的光信號(hào)經(jīng)過所述1:a光分束器發(fā)送至故障的光鏈路終端單元中的2:1光鏈路終端光分束器，a表示所述光鏈路終端層中所述第一時(shí)/波分復(fù)用光鏈路終端的數(shù)量。

所述第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)包括第一3:2光開關(guān)、第一光放大器、第一光耦合器、2個(gè)第一2:1光開關(guān)及2:4光分束器；其中，

所述第一3:2光開關(guān)的第一輸入端與所述光鏈路終端單元的輸出端相連，所述第一3:2光開關(guān)的第一輸出端依次連接所述第一光放大器、第一光耦合器的輸入端，所述第一3:2光開關(guān)的第二輸出端與所述2:4光分束器的第二輸入端相連，所述第一光耦合器的第一輸出端與所述2:4光分束器的第一輸入端連接，所述第一光耦合器的第二、第三輸出端分別連接一個(gè)所述第一2:1光開關(guān)，各所述第一2:1光開關(guān)分別連接所述第一3:2光開關(guān)，且所述第一2:1光開關(guān)與另一第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)中的第一2:1光開關(guān)相連接，使得各所述第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)連接形成環(huán)狀。

所述第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)層中的第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)分為A型第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)和B型第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)，且A型第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)和B型第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)交替設(shè)置，且兩個(gè)所述A型第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)和兩個(gè)所述B型第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)分別與同一個(gè)第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的不同輸出端連接；其中，

所述A型第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)包括：A型第二3:2光開關(guān)、第二光放大器、A型第二光耦合器、2個(gè)A型第二2:1光開關(guān)及A型2:32光分束器；所述A型第二3:2光開關(guān)的第一輸入端與所述第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)連接，所述A型第二3:2光開關(guān)的第一輸出端依次連接所述第二光放大器、第二光耦合器的輸入端，所述A型第二3:2光開關(guān)的第二輸出端與所述A型2:32光分束器的第二輸入端連接，所述第二光耦合器的第一輸出端與所述A型2:32光分束器的第一輸入端連接，所述第二光耦合器的第二、第三輸出端分別連接一個(gè)所述A型第二2:1光開關(guān)，各所述A型第二2:1光開關(guān)分別連接所述A型第二3:2光開關(guān)；

所述B型第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)包括：B型第二3:2光開關(guān)、B型第二光耦合器、2個(gè)B型第二2:1光開關(guān)及B型2:32光分束器；所述B型第二3:2光開關(guān)的第一輸入端與所述第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)連接，所述B型第二3:2光開關(guān)的第一輸出端連接所述B型第二光耦合器的輸入端，所述B型第二3:2光開關(guān)的第二輸出端與所述B型2:32光分束器的第二輸入端連接，所述B型第二光耦合器的第一輸出端與所述B型2:32光分束器的第一輸入端連接，所述B型第二光耦合器的第二、第三輸出端分別連接一個(gè)所述B型第二2:1光開關(guān)，各所述B型第二2:1光開關(guān)分別連接所述B型第二3:2光開關(guān)；且所述B型第二2:1光開關(guān)與所述A型第二2:1光開關(guān)連接，使得各所述A型第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)和所述B型第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)交替連接成環(huán)狀。

所述光網(wǎng)絡(luò)單元包括光網(wǎng)絡(luò)單元3:2光開關(guān)、可調(diào)光收發(fā)機(jī)及控制系統(tǒng)，其中，所述光網(wǎng)絡(luò)單元3:2光開關(guān)的第一輸入端與第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)連接，所述光網(wǎng)絡(luò)單元3:2光開關(guān)的第一輸出端依次連接有所述可調(diào)光收發(fā)機(jī)和控制系統(tǒng)；各所述光網(wǎng)絡(luò)單元通過所述光網(wǎng)絡(luò)單元3:2光開關(guān)形成環(huán)狀連接。

所述光網(wǎng)絡(luò)單元還包括備用可調(diào)光收發(fā)機(jī)，所述備用可調(diào)光收發(fā)機(jī)設(shè)置在所述光網(wǎng)絡(luò)單元3:2光開關(guān)的第二輸出端與控制系統(tǒng)之間，并與二者相連。

根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：

本發(fā)明基于多層環(huán)結(jié)構(gòu)的光接入網(wǎng)系統(tǒng)，通過將第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)層中的各第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)、第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)層中的各第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)及光網(wǎng)絡(luò)單元層中的各光網(wǎng)絡(luò)單元分別互聯(lián)形成環(huán)狀，可有效實(shí)現(xiàn)光傳輸鏈路的靈活選擇，提高網(wǎng)絡(luò)的能效、魯棒性與靈活性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)全方向、大面積、彈性接入距離的接入覆蓋。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明基于多層環(huán)結(jié)構(gòu)的光接入網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3a為A型第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3b為B型第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為光網(wǎng)絡(luò)單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為對(duì)應(yīng)不同網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)；

圖6為不同網(wǎng)絡(luò)負(fù)載下的最小覆蓋半徑、工作的光鏈路終端光收發(fā)機(jī)的數(shù)量及網(wǎng)絡(luò)功耗的變化；

圖7為在開啟全部光放大器后，不同網(wǎng)絡(luò)負(fù)載對(duì)應(yīng)的最大接入半徑及網(wǎng)絡(luò)功耗的變化；

圖8為本發(fā)明基于多層環(huán)結(jié)構(gòu)的光接入網(wǎng)系統(tǒng)與動(dòng)態(tài)帶寬分配機(jī)制協(xié)同工作時(shí)的節(jié)能降耗表現(xiàn)與時(shí)延性能曲線示意圖。

符號(hào)說明：

光鏈路終端層 1 光鏈路終端單元 11

第一時(shí)/波分復(fù)用光鏈路終端 111 2:1光鏈路終端光分束器 112

第二時(shí)/波分復(fù)用光鏈路終端 121 1:a光分束器 122

備用光鏈路終端單元 12 第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)層 2

第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn) 21 第一3:2光開關(guān) 211

第一光放大器 212 第一光耦合器 213

第一2:1光開關(guān) 214 2:4光分束器 215

第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)層 3 A型第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn) 31

A型第二3:2光開關(guān) 311 第二光放大器 312

A型第二光耦合器 313 A型第二2:1光開關(guān) 314

A型2:32光分束器 315 B型第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn) 32

B型第二3:2光開關(guān) 321 B型第二光耦合器 322

B型第二2:1光開關(guān) 323 B型2:32光分束器 324

光網(wǎng)絡(luò)單元層 4 光網(wǎng)絡(luò)單元 41

光網(wǎng)絡(luò)單元3:2光開關(guān) 411 可調(diào)光收發(fā)機(jī) 412

控制系統(tǒng) 413 備用可調(diào)光收發(fā)機(jī) 414。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的目的是提供一種基于多層環(huán)結(jié)構(gòu)的光接入網(wǎng)系統(tǒng)，通過將第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)層中的各第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)、第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)層中的各第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)及光網(wǎng)絡(luò)單元層中的各光網(wǎng)絡(luò)單元分別互聯(lián)形成環(huán)狀，可有效實(shí)現(xiàn)鏈路的靈活選擇，提高網(wǎng)絡(luò)的能效、魯棒性與靈活性。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

如圖1所示，本發(fā)明基于多層環(huán)結(jié)構(gòu)的光接入網(wǎng)系統(tǒng)包括依次連接的光鏈路終端層1、第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)層2、第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)層3、及光網(wǎng)絡(luò)單元層4。其中，所述光鏈路終端層1包括多個(gè)光鏈路終端單元11；所述第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)層2包括多個(gè)第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)21，各所述第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)21互聯(lián)形成環(huán)狀，所述光鏈路終端單元11的輸出端連接所述第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)21的輸入端；所述第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)層3包括多個(gè)兩種類型的第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)，各所述第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)互聯(lián)形成環(huán)狀，所述第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)31的輸出端與所述第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的輸入端連接；所述光網(wǎng)絡(luò)單元層4包括多個(gè)光網(wǎng)絡(luò)單元41，各所述光網(wǎng)絡(luò)單元41互聯(lián)形成環(huán)狀，所述第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的輸出端與所述光網(wǎng)絡(luò)單元41的輸入端連接。

本發(fā)明基于多層環(huán)結(jié)構(gòu)的光接入網(wǎng)系統(tǒng)通過多層環(huán)結(jié)構(gòu)，在保證接入鏈路選擇的靈活性與網(wǎng)絡(luò)的魯棒性的同時(shí)，大大降低了網(wǎng)絡(luò)能耗；通過靈活的鏈路選擇，光網(wǎng)絡(luò)單元的數(shù)據(jù)流更便于匯聚，并且在低負(fù)載時(shí)能關(guān)閉光鏈路終端，提高網(wǎng)絡(luò)在低負(fù)載時(shí)的能效；通過多個(gè)饋線鏈路，實(shí)現(xiàn)以光鏈路終端為中心的全方向接入覆蓋。

其中，所述光鏈路終端單元11包括第一時(shí)/波分復(fù)用光鏈路終端111和2:1光鏈路終端光分束器112，所述第一時(shí)/波分復(fù)用光鏈路終端發(fā)射的光信號(hào)經(jīng)過所述2:1光鏈路終端光分束器輸入至所述第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)。

第一時(shí)/波分復(fù)用光鏈路終端包括4個(gè)10G光收發(fā)機(jī)、后置光放大器、MAC、機(jī)柜、二層交換機(jī)；可支持4波長，每波長10G速率傳輸。所述第一時(shí)/波分復(fù)用光鏈路終端發(fā)射的光信號(hào)經(jīng)由2:1光鏈路終端光分束器進(jìn)入饋線。

進(jìn)一步地，所述光鏈路終端層1還包括備用光鏈路終端單元12，所述備用光鏈路終端單元12用于在所述第一時(shí)/波分復(fù)用光鏈路終端故障時(shí)使用。所述備用光鏈路終端單元12包括第二時(shí)/波分復(fù)用光鏈路終端121及1:a光分束器122，所述第二時(shí)/波分復(fù)用光鏈路終端發(fā)射的光信號(hào)經(jīng)過所述1:a光分束器發(fā)送至故障的光鏈路終端單元中的2:1光鏈路終端光分束器，a表示所述光鏈路終端層中第一時(shí)/波分復(fù)用光鏈路終端的數(shù)量。其中，所述第二時(shí)/波分復(fù)用光鏈路終端與所述第一時(shí)/波分復(fù)用光鏈路終端的結(jié)構(gòu)與性能參數(shù)相同，在此不再贅述。當(dāng)?shù)谝粫r(shí)/波分復(fù)用光鏈路終端損壞時(shí)，第二時(shí)/波分復(fù)用光鏈路終端經(jīng)由1:a光分束器接入對(duì)應(yīng)第一時(shí)/波分復(fù)用光鏈路終端的2:1光鏈路終端光分束器，從而維持饋線信號(hào)的傳輸，以保持網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)作。

如圖2所示，所述第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)21包括第一3:2光開關(guān)211、第一光放大器212、第一光耦合器213、2個(gè)第一2:1光開關(guān)214及2:4光分束器215。

其中，所述第一3:2光開關(guān)211的第一輸入端與所述光鏈路終端單元11的輸出端連接，所述第一3:2光開關(guān)211的第一輸出端依次連接所述第一光放大器212、第一光耦合器213的輸入端，所述第一3:2光開關(guān)211的第二輸出端與所述2:4光分束器215的第二輸入端相連，所述第一光耦合器213的第一輸出端與所述2:4光分束器215的第一輸入端連接，所述第一光耦合器213的第二、第三輸出端分別連接一個(gè)所述第一2:1光開關(guān)214，各所述第一2:1光開關(guān)214分別連接所述第一3:2光開關(guān)211，且所述第一2:1光開關(guān)214與另一第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)21的第一2:1光開關(guān)連接，使得各所述第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)連接形成環(huán)狀。

所述第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)21的具體工作如下：

1)一般情況的直接分配鏈路：對(duì)應(yīng)饋線的第一3:2光開關(guān)直接將鏈路連接到2:4光分束器進(jìn)行分布。在這種情況下，第一光放大器可關(guān)閉，從而減少器件功耗。

2)進(jìn)行信號(hào)放大的分配鏈路：對(duì)應(yīng)饋線的第一3:2光開關(guān)連接鏈路依次到第一光放大器和第一光耦合器，然后通過第一光耦合器再連接到2:4光分束器進(jìn)行分布。在這種情況下，網(wǎng)絡(luò)的接入距離得到增加。

3)連接到節(jié)點(diǎn)間的互聯(lián)鏈路：在進(jìn)行信號(hào)放大的分配鏈路建立的條件下，即對(duì)應(yīng)饋線的第一3:2光開關(guān)先連接鏈路到第一光放大器，再連接到第一光耦合器的情況下，然后通過第一光耦合器連接到連接了節(jié)點(diǎn)間互聯(lián)鏈路的第一2:1光開關(guān)。在此情況下，對(duì)應(yīng)另一第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)可利用其相應(yīng)連接到節(jié)點(diǎn)間互聯(lián)鏈路的第一2:1光開關(guān)傳輸光信號(hào)到其第一3:2光開關(guān)，再選擇其自身應(yīng)當(dāng)建立的鏈路。每一個(gè)第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)21負(fù)責(zé)4個(gè)第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)。

在該第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)中，在滿足接入距離需求的前提下，可以選擇關(guān)閉第一光放大器選擇直接分配鏈路進(jìn)行分配，從而節(jié)約能耗。同時(shí)，在低負(fù)載下，可以選擇互聯(lián)鏈路連接到同層其他第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)，將兩個(gè)第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)流匯聚傳輸?shù)揭粋€(gè)光鏈路終端單元，從而關(guān)閉部分光鏈路終端單元進(jìn)行節(jié)能降耗工作。即，在低負(fù)載時(shí)，可選擇一個(gè)第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)為主-第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)，其附近的第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)可作為從-第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)。通過兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的互聯(lián)鏈路，可將從-第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)流匯聚到主-第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)，再傳輸?shù)揭粋€(gè)光鏈路終端單元，從而關(guān)閉從-第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光鏈路終端，大大節(jié)約能耗。另一方面，該互聯(lián)鏈路機(jī)制還可應(yīng)用于對(duì)應(yīng)饋線或光鏈路終端單元失效的情況下。通過使用不同的波長，數(shù)據(jù)流可通過附近同層的第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)焦怄溌方K端層，再通過光鏈路終端層中的2:1光鏈路終端光分束器和1:a光分束器接入備用光鏈路終端單元的第二時(shí)/波分復(fù)用光鏈路終端，從而維持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸。如，在從-第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的饋線鏈路斷裂時(shí)，可使用不同波長，利用第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)間的互聯(lián)鏈路，通過主-第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的饋線鏈路連接到備用光鏈路終端單元保證網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。

第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)層3的結(jié)構(gòu)功能與第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)層2類似，其包含的第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)也與第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)相近。所有第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)也相互連接形成一個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)。每一個(gè)第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)4個(gè)第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)。第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)與第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)通過10公里的第一層分配鏈路相連。為降低成本，第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)分為兩種類型，即包含了光放大器的A型第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)和不包含光放大器的B型第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)。

具體的，如圖3a和3b所示，所述第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)層中的第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)分為A型第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)31和B型第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)32，且A型第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)31和B型第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)32交替設(shè)置，且兩個(gè)所述A型第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)31和兩個(gè)所述B型第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)32分別與同一個(gè)第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)21的不同輸出端連接。

其中，所述A型第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)31包括：A型第二3:2光開關(guān)311、第二光放大器312、A型第二光耦合器313、2個(gè)A型第二2:1光開關(guān)314及A型2:32光分束器315。所述A型第二3:2光開關(guān)311的第一輸入端與所述第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)21連接，所述A型第二3:2光開關(guān)311的第一輸出端依次連接所述第二光放大器312、第二光耦合器313的輸入端，所述A型第二3:2光開關(guān)311的第二輸出端與所述A型2:32光分束器315的第二輸入端連接，所述第二光耦合器313的第一輸出端與所述A型2:32光分束器315的第一輸入端連接，所述第二光耦合器313的第二、第三輸出端分別連接一個(gè)所述A型第二2:1光開關(guān)314，各所述A型第二2:1光開關(guān)314分別連接所述A型第二3:2光開關(guān)311。

所述B型第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)32包括B型第二3:2光開關(guān)321、B型第二光耦合器322、2個(gè)B型第二2:1光開關(guān)323及B型2:32光分束器324；所述B型第二3:2光開關(guān)321的第一輸入端與所述第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)21連接，所述B型第二3:2光開關(guān)321的第一輸出端連接所述B型第二光耦合器322的輸入端，所述B型第二3:2光開關(guān)321的第二輸出端與所述B型2:32光分束器324的第二輸入端連接，所述B型第二光耦合器322的第一輸出端與所述B型2:32光分束器324的第一輸入端連接，所述B型第二光耦合器322的第二、第三輸出端分別連接一個(gè)所述B型第二2:1光開關(guān)323，各所述B型第二2:1光開關(guān)323分別連接所述B型第二3:2光開關(guān)321；且所述B型第二2:1光開關(guān)323與所述A型第二2:1光開關(guān)314連接，使得各所述A型第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)31和所述B型第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)32交替連接成環(huán)狀。

與第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)不同的是，第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)均采用了2:32光分束器來替代2:4光分束器。在第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)中，仍然有3種類型的鏈路可構(gòu)成：

1)一般情況的直接分配鏈路：對(duì)應(yīng)第一層分配鏈路的A型第二3:2光開關(guān)(或B型第二3:2光開關(guān))直接將鏈路連接到A型2:32光分束器(或B型2:32光分束器)進(jìn)行分布。這條鏈路是第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)最主要使用的鏈路。

2)進(jìn)行信號(hào)放大的分配鏈路：對(duì)應(yīng)第一層分配鏈路的A型第二3:2光開關(guān)連接鏈路到第二光放大器，然后通過A型第二光耦合器再連接到A型2:32光分束器進(jìn)行分布。

由于B型第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)中不存在光放大器，因此，信號(hào)放大只存在于A型第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)中。相應(yīng)地，在B型第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)中，第二種鏈路變更為耦合分配鏈路。即，B型第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的第二3:2光開關(guān)直接連接鏈路到B型第二光耦合器，之后再連接到B型2:32光分束器。

3)連接到節(jié)點(diǎn)間的互聯(lián)鏈路：在第二種鏈路建立的條件下，A型第二光耦合器(或B型第二光耦合器)將鏈路分配并連接到連接了節(jié)點(diǎn)間互聯(lián)鏈路的A型第二2:1光開關(guān)(或B型第二2:1光開關(guān))。

在第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)層的環(huán)狀結(jié)構(gòu)中，A型第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)和B型第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)依次交替輪換連接。同樣地，第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)之間也能進(jìn)行相互數(shù)據(jù)交換，其原理與第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)相同，也可在低負(fù)載下進(jìn)行數(shù)據(jù)流匯聚及互相進(jìn)行鏈路和器件之間的保護(hù)。

所述第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)在需要使用第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)間互聯(lián)鏈路情況下的具體工作原理為：可選擇一個(gè)第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)為主-第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)，其附近的第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)作為從-第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)。通過兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的互聯(lián)鏈路，可將從-第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)流匯聚到主-第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)，再傳輸?shù)街?第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)。當(dāng)從-第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的上層器件或線路損壞時(shí)，也可利用這些互聯(lián)鏈路，通過主-第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)連接到主-第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的上層器件，從而保證網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。

如圖4所示，所述光網(wǎng)絡(luò)單元41包括光網(wǎng)絡(luò)單元3:2光開關(guān)411、可調(diào)光收發(fā)機(jī)(TRX，Transceiver)412及控制系統(tǒng)413。其中，所述光網(wǎng)絡(luò)單元3:2光開關(guān)411的第一輸入端與第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)連接，所述光網(wǎng)絡(luò)單元3:2光開關(guān)411的第一輸出端依次連接有所述可調(diào)光收發(fā)機(jī)412和控制系統(tǒng)413；各所述光網(wǎng)絡(luò)單元41通過所述光網(wǎng)絡(luò)單元3:2光開關(guān)411形成環(huán)狀連接。其中，所述控制系統(tǒng)413為包含了MAC和用戶需求設(shè)備(Customer premised equipment，CPE)的片上系統(tǒng)(System on chip，SoC)。

進(jìn)一步地，所述光網(wǎng)絡(luò)單元41還包括備用可調(diào)光收發(fā)機(jī)414，所述備用可調(diào)光收發(fā)機(jī)414設(shè)置在所述光網(wǎng)絡(luò)單元3:2光開關(guān)411的第二輸出端與控制系統(tǒng)413之間，并與二者相連。

其中，所述光網(wǎng)絡(luò)單元41在非正常工作狀況下的具體工作過程為：

1)當(dāng)附近與之互聯(lián)的光網(wǎng)絡(luò)單元的最終分配鏈路斷裂時(shí)，該光網(wǎng)絡(luò)單元可同時(shí)開啟可調(diào)光收發(fā)機(jī)和備用可調(diào)光收發(fā)機(jī)，通過光網(wǎng)絡(luò)單元間的互聯(lián)鏈路，以備用光收發(fā)機(jī)接收附近光網(wǎng)絡(luò)單元的信號(hào)，再使用普通光收發(fā)機(jī)將這些信號(hào)與自身信號(hào)一同上傳，從而保持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸。

2)當(dāng)?shù)诙舆h(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)不工作時(shí)，也可利用這些光網(wǎng)絡(luò)單元間的互聯(lián)鏈路將對(duì)應(yīng)的光網(wǎng)絡(luò)單元串聯(lián)起來再連接到對(duì)應(yīng)于另一第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的光網(wǎng)絡(luò)單元上，繼續(xù)數(shù)據(jù)的傳輸。

下面以5個(gè)光鏈路終端(即4個(gè)光鏈路終端單元和1個(gè)備用光鏈路終端單元)為例具體介紹：

如圖5所示(第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)稱為RN-FL，第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)稱為RN-SL，括號(hào)內(nèi)為第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)型號(hào)，普通光鏈路終端單元(配備第一時(shí)/波分復(fù)用光鏈路終端)簡(jiǎn)稱為G-OLT，光網(wǎng)絡(luò)單元簡(jiǎn)稱為ONU，由于描繪的是正常工作狀態(tài)下的網(wǎng)絡(luò)，位于光鏈路終端層內(nèi)的備用光鏈路終端單元未在圖中畫出)。

如圖5中(a)部分所示，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)歸一化負(fù)載小于0.25時(shí)，3個(gè)第一時(shí)/波分復(fù)用光鏈路終端被關(guān)閉，剩余的一個(gè)第一時(shí)/波分復(fù)用光鏈路終端通過其對(duì)應(yīng)的主-第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)匯聚其下以及其余3個(gè)從-第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)流。在這種情況下，兩個(gè)從-第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)使用一般情況的直接分配鏈路，并關(guān)閉對(duì)應(yīng)的第一光放大器以節(jié)約能耗。如圖5中(b)部分所示，當(dāng)歸一化負(fù)載在0.25到0.5之間時(shí)，兩個(gè)第一時(shí)/波分復(fù)用光鏈路終端被關(guān)閉，而兩個(gè)從-第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)仍使用一般情況的直接分配鏈路。如圖5中(c)部分所示，當(dāng)歸一化負(fù)載在0.5到2/3之間時(shí)，只有一個(gè)第一時(shí)/波分復(fù)用光鏈路終端被關(guān)閉，同時(shí)，其饋線對(duì)應(yīng)的第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)也關(guān)閉。而其相應(yīng)的4個(gè)第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)則分為兩組，并且分別串聯(lián)起來連接到兩個(gè)屬于其他兩個(gè)第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)上，來保持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸。如圖5中(d)部分所示，當(dāng)歸一化負(fù)載在2/3到1之間時(shí)，所有第一時(shí)/波分復(fù)用光鏈路終端都進(jìn)入運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)則類似于4個(gè)獨(dú)立的傳統(tǒng)時(shí)/波分復(fù)用接入網(wǎng)。

圖6中所示為不同網(wǎng)絡(luò)負(fù)載下的最小覆蓋半徑、光鏈路終端層內(nèi)工作的光收發(fā)機(jī)的數(shù)量及網(wǎng)絡(luò)總功耗的變化。當(dāng)歸一化負(fù)載小于0.5時(shí)，網(wǎng)絡(luò)最小覆蓋半徑由在主-第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)邊上的關(guān)閉了第一光放大器的從-第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的允許接入距離決定。當(dāng)歸一化負(fù)載處于0.5到2/3之間時(shí)，網(wǎng)絡(luò)最小覆蓋半徑由屬于活躍的第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)并且連接到關(guān)閉了其第一層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的A型第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的B型第二層遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的接入距離決定。當(dāng)歸一化負(fù)載大于2/3時(shí)，網(wǎng)絡(luò)最小覆蓋半徑與單個(gè)時(shí)/波分復(fù)用樹的接入距離相同。如圖6中(a)部分所示，本發(fā)明基于多層環(huán)結(jié)構(gòu)的光接入網(wǎng)系統(tǒng)可完美達(dá)成40公里以上的城域范圍接入用戶覆蓋。同時(shí)，考慮到鏈路保護(hù)工作，在使用備用光鏈路終端單元時(shí)，通過開啟第一光放大器，可實(shí)現(xiàn)69.2公里的保護(hù)接入距離。也就是說，本發(fā)明基于多層環(huán)結(jié)構(gòu)的光接入網(wǎng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)完全可提供40公里半徑的全方位保護(hù)的用戶接入。如圖6中(b)部分所示，本發(fā)明基于多層環(huán)結(jié)構(gòu)的光接入網(wǎng)系統(tǒng)在相同負(fù)載下具有使用光鏈路終端光收發(fā)機(jī)數(shù)量較少的特性。如圖6中(c)部分所示，本發(fā)明基于多層環(huán)結(jié)構(gòu)的光接入網(wǎng)系統(tǒng)在低負(fù)載下關(guān)閉了高功耗的光鏈路終端，減少了工作的光鏈路終端光收發(fā)機(jī)數(shù)目，并且省去了大量備用設(shè)備，使得網(wǎng)絡(luò)的總功耗大大降低。

如圖7中(a)部分和(b)部分所示，可以觀察到通過開啟所有可用光放大器，本發(fā)明基于多層環(huán)結(jié)構(gòu)的光接入網(wǎng)系統(tǒng)的最大接入半徑、功耗隨負(fù)載變化而變化趨勢(shì)。可以發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明基于多層環(huán)結(jié)構(gòu)的光接入網(wǎng)系統(tǒng)在接入距離上的彈性是十分大的，并且在支持長距離接入的前提下仍然能保持一定的節(jié)能效益。

圖8中(a)部分和(b)部分為本發(fā)明基于多層環(huán)結(jié)構(gòu)的光接入網(wǎng)系統(tǒng)與動(dòng)態(tài)帶寬分配機(jī)制協(xié)同工作時(shí)的節(jié)能降耗表現(xiàn)與時(shí)延性能曲線示意圖。對(duì)使用同一個(gè)光波長的光網(wǎng)絡(luò)單元，所應(yīng)用的動(dòng)態(tài)帶寬分配機(jī)制為[Y.Lv,N.Jiang,K.Qiu,C.Xue,“Energy-efficient load adaptive polling sequence arrangement scheme for passive optical access networks,”J.Opt.Commun.Netw.7,516-524(2015).]中提出的輪詢順序調(diào)度節(jié)能機(jī)制。根據(jù)仿真結(jié)果，由于所提出的結(jié)構(gòu)在數(shù)據(jù)匯聚方面的便利性，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的平均能耗得到極大地降低，并且可能出現(xiàn)的低負(fù)載時(shí)輪詢周期過短導(dǎo)致睡眠喚醒機(jī)制無法發(fā)揮作用的問題也得到了避免。另一方面，網(wǎng)絡(luò)的平均包時(shí)延也保持在一個(gè)可以接受的范圍內(nèi)，10ms以內(nèi)的時(shí)延性能可保證時(shí)延敏感業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，僅在僅使用一個(gè)光收發(fā)機(jī)服務(wù)全部光網(wǎng)絡(luò)單元，并且數(shù)據(jù)流量處于該光收發(fā)機(jī)可接受的極限的情況下，網(wǎng)絡(luò)延遲才略超出10ms。因此，所提出的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有很高的實(shí)用性。

綜上所述，本發(fā)明基于多層環(huán)結(jié)構(gòu)的光接入網(wǎng)系統(tǒng)具備如下有益效果：

1)低網(wǎng)絡(luò)能耗；2)完全的網(wǎng)絡(luò)器件與鏈路保護(hù)；3)高彈性的接入距離與全方位的接入用戶覆蓋；4)靈活的接入路徑選擇，便于光網(wǎng)絡(luò)單元數(shù)據(jù)流匯聚；5)不需要建立獨(dú)立的備用保護(hù)網(wǎng)絡(luò)，減少了備用器件的空間與資源占用；6)該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有高度的適用性，配合節(jié)能資源調(diào)度機(jī)制，可更高效地提高網(wǎng)絡(luò)能效；7)可適用于城域范圍的接入用戶覆蓋，實(shí)現(xiàn)城域網(wǎng)與接入網(wǎng)的融合。

本說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。

本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。