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采用双光纤切相环拓扑结构的高可靠性的WDM光接入网络

摘要：基于双光纤切线环，我们提出了一种高可靠性的波分复用光纤接入网络。利用所提出的架构，可以实现数据融合，并且可以很好地保护光纤链路。由于无论是主环还是子环都会发生光纤故障，光线路终端和远端节点需要自动切换到保护模式。设计为切点的RN可以实现PR与SR之间的波长增减，并且还可以方便，平滑地扩展网络，使网络中有更多的波长。另外，DFTR的设计可以提高网络的生存性和自愈能力。分析和仿真表明，该方案具有较强的生存性，对未来的大规模接入网络来说是一个不错的选择。

一、介绍

在光接入网（OAN）方面，包括TDM-PON和WDM-PON的无源光网络（PON）被认为是光纤到户（FTTH）的终极解决方案。目前，至少，TDM-PON可以为FTTH提供一个很好的解决方案，但它们将无法应对未来带宽增长的需求。未来，不仅用户数量会增加，而且地理覆盖范围将扩大到更大的范围，因此未来的OAN必须具备高带宽供应和网络扩展的能力。

因此，我们提出了一种双纤维切线环OAN，它具有保护和扩展网络的能力。在主环（PR）和子环（SR）之间，我们设计一个新的RN作为切点来增加或减少波长。

二、网络架构

该架构基于DFTR拓扑结构。在OLT中，发射机产生下行信号（见图1），并且L P波长属于两个不同的频带。频段I的波长属于PR传输的ONU，而频段II的波长属于SR传输的ONU。

图2 RN常规的结构

在图3中，切线RN（RN_m）由多个设备组成，例如四个光耦合器，四个1times;20S，一个2times;20S，两个CWDM，四个OC，一个WB，一个AWG和一个普通光纤开关（OOS）。

图3 RNm常规的结构

三、Oan的工作模式

在每个光纤段中，我们可以选择内侧和外侧光纤来独立实现信号传输。这里，表1和表2用来表示PR和SR中传输方向和工作模式之间的关系。

表一 信号传输方向

表二 sr中信号的传输方向

在图4中，粗体光纤表示正在使用光纤。

详细描述了网络在不同工作模式下的具体工作原理。

A.正常模式（见图4（a））

下行信号的路线是：

1. OLT→RN1(1times;2OSl→2times;2OS→circulatorl→OCl→WB→circulator3→2times;2OS→1times;2OS2)→PR→RN2→∙∙∙∙∙∙→RNi(1times;2OS1→2times;2OS→circulator1→CWDM1→OC1→circulator2→AWG)→ONU
2. OLT→RN1→∙∙∙∙∙∙→RNm(1times;2OS1→2times;2OS→circulator1→CWDM1→OC1→circulator4→AWG)→ONU
3. OLT→RN1→∙∙∙∙∙∙→RNm(1times;2OS1→2times;2OS→circulator1→CWDM1→OC5→2times;2OS→1times;2OS2)→PR→RNm 1→∙∙∙∙∙∙→RNM→ONU
4. OLT→RN1∙∙∙∙∙∙→RNm(1times;2OS1→2times;2OS→circulator1→CWDM1→OC1→WB→OC2→circulator2→1times;2OS3)→SR→RNlowast;1→∙∙∙∙∙∙RNlowast;q→ONU

B. Pr中的保护模式1（见图4（b））

PR馈线光纤断线时，上下行信号功率会迅速下降。由光电二极管组成的监视器将触发OS1 的 RN1从上行港口转换为下行港口。该 1times;3OS1将位于OLT的下行港口。OLT和RN1之间的信号传输采用内侧光纤。下游信号的路线是：

1. OLT→RN1(1times;2OS1→2times;2OS→circulator1→OC1→WB→circulator3→2times;2OS→1times;2OS2)→PR→RN2→∙∙∙∙∙∙→RNi(1times;2OS1→2times;2OS→circulator1→CWDM1→OC→circulator2→AWG)→ONU
2. OLT→RN1→∙∙∙∙∙∙→RNm(1times;2OS1→2times;2OS→circulator1→CWDM1→OC1→circulator4→AWG)→ONU
3. OLT→RN1→∙∙∙∙∙∙→RNm(1times;2OS1→2times;2OS→circulator1→CWDM1→OC5→2times;2OS→1times;2OS2)→PR→RNm 1→∙∙∙∙∙∙→RNM→ONU
4. OLT→RN1∙∙∙∙∙∙→RNm(1times;2OS1→2times;2OS→circulator1→CWDM1→OC1→WB→OC2→circulator2→1times;2OS3)→SR→RNlowast;1→∙∙∙∙∙∙RNlowast;q→ONU

B. Pr中的保护模式1（见图4（b））

PR馈线光纤断线时，上下行信号功率会迅速下降。由光电二极管组成的监视器将触发OS1 的 RN1从上行港口转换为下行港口。该 1times;3OS1将位于OLT的下行港口。OLT和RN1之间的信号传输采用内侧光纤。下行信号的路线是：

1. OLT→RN1(1times;2OS1→2times;2OS→circulator1→OC1→WB→circulator3→2times;2OS→1times;2OS2)→PR→RN2→∙∙∙∙∙∙→RNi(1times;2OS1→2times;2OS→circulator1→CWDM1→OC→circulator2→AWG)→ONU
2. OLT→RN1→∙∙∙∙∙∙→RNm(1times;2OS1→2times;2OS→circulator1→CWDM1→OC1→circulator4→AWG)→ONU
3. OLT→RN1→∙∙∙∙∙∙→RNm(1times;2OS1→2times;2OS→circulator1→CWDM1→OC5→2times;2OS→1times;2OS2)→PR→RNm 1→∙∙∙∙∙∙→RNM→ONU
4. OLT→RN1∙∙∙∙∙∙→RNm(1times;2OS1→2times;2OS→circulator1→CWDM1→OC1→WB→OC2→circulator2→1times;2OS3)→SR→RNlowast;1→∙∙∙∙∙∙RNlowast;q→ONU

上行信号的路线是：

1. ONU(RNi)→RNi(AWG→circulator2→OC2→circulator1→2times;2OS→1times;2OS1)→PR→RN1→∙∙∙∙∙∙→RN1→OLT
2. ONU(RNm)→RNm(AWG→circulator4→OC3→OC2→circulator1→2times;2OS→1times;2OS1)→PR→RNmminus;1→∙∙∙∙∙∙→RN1→OLT
3. ONU(RNM)→RNM→∙∙∙∙∙∙→RNm(1times;2OS2→2times;2OS→0C4→CWDM2→circulator1→2times;2OS→1times;2OS1)→PR→RNmminus;1→∙∙∙∙∙∙→RN1→OLT
4. ONU(RNlowast;q)→RNlowast;q(AWG→circulator2→OC2→circulator1→2times;2OS→1times;2OS1)→SR→RNlowast;qminus;1→∙∙∙∙∙∙→RNlowast;→RNm(1times;2OS3→circulator2→OC3→CWDM2→circulator1→2times;2OS→1times;2OS1)→PR→RNmminus;1→∙∙∙∙∙∙→RN1→OLT

C. Pr中的保护模式2（见图4（c））

OLT和RN1之间的两条馈线光纤故障。在OLT中，1times;3OS1 将位于中间港口 1times;3OS2将位于下行港口。与此同时，2times;2OS将在PR中的所有RN中切换到交叉连接状态。OLT和RN1之间的信号传输采用内侧光纤。下行信号的路线是：

1. OLT→RNM(1times;2OS2→2times;2OS→circulator1→CWDM→OC1→WB→circulator3→2times;2OS→1times;2OS2)→PR→RNMminus;11→∙∙∙∙∙∙→RNi(1times;2OS1→2times;2OS→circulator1→OC1→circulator2→AWG)→ONU
2. OLT→RNM→∙∙∙∙∙∙→RNm(1times;2OS2→2times;2OS→circulator1→CWDM1→OC1→circulator4→AWG)→ONU
3. OLT→RNM→∙∙∙∙∙∙→RNm(1times;2OS2→2times;2OS→circulator1→CWDM1→OC5→2times;2OS→1times;2OS1)→PR→RNmminus;1→∙∙∙∙∙∙→RN1→ONU
4. OLT→RNM∙∙∙∙∙∙→RNm(1times;2OS2→2times;2OS→circulator1→CWDM1→OC1→WB→OC2→circulator2→1times;2OS3)→SR→RNlowast;1→∙∙∙∙∙∙RNlowast;q→ONU

上行信号的路线是：

1. ONU(RNi)→RNi(AWG→circulator2→OC2→circulator1→2times;2OS→1times;2OS2)→PR→RNi 1→∙∙∙∙∙∙→RNM→OLT
2. ONU(RNm)→RNm(AWG→circulator4→OC3→OC2→circulator1→2times;2OS→1times;2OS2)→PR→RNm 1→∙∙∙∙∙∙→RNM→OLT
3. ONU(RN1)→RN2→∙∙∙∙∙∙→RNm(1times;2OS1→2times;2OS→circulator→CWDM1→OC4→2times;2OS→1times;2OS2)→PR→RNm 1→∙∙∙∙∙∙→RNM→OLT
4. ONU(RNlowast;q)→RNlowast;q(AWG→circulator2→OC2→circulator1→2times;2OS→1times;2OS1)→SR→RNlowast;qminus;1→∙∙∙∙∙∙→RNlowast;1→RNm(1times;2OS3→circulator2→OC3→CWDM2→circulator1→2times;2OS→1times;2OS2)→PR→RNm 1→∙∙∙∙∙∙→RNM→OLT

D. Sr中的保护模式1（见图4（d））

在SR中，当外部馈线光纤之间 RNm 和 RNlowast;1 无序，In RNm， 1times;2OS3将位于下行港口。信号之间的传输RNmRN * 1将采用内侧光纤。下行信号的路线是：

1. OLT→RN1(1times;2OS1→2times;2OS→circulator1→CWDM1→OC1→WB→circulator3→2times;2OS→1times;2OS2)→PR→,RN2→∙∙∙∙∙∙→RNi(1times;2OS1→2times;2OS→circulator1→OC1→circulator2→AWG)→ONU
2. OLT→RN1→∙∙∙∙∙∙→RNm(1times;2OS1→2times;2OS→circulator1→CWDM1→OC1→circulator4→AWG)→ONU
3. OLT→RN1→∙∙∙∙∙∙→RNm(1times;2OS1→2times;2OS→circulator1→CWDM1→OC5→2times;2OS→1times;2OS2)→PR→RNm 1→∙∙∙∙∙∙→RNM→ONU
4. OLT→RN1∙∙∙∙∙∙→RNm(1times;2OS1→2times;2OS→circulator1→CWDM1→OC1→WB→OC2→circulator2→1times;2OS3)→SR→RNlowast;1→∙∙∙∙∙∙RNlowast;q→ONU

上行信号的路线是：

1. ONU(RNi)→RNi(AWG→circulator2→OC2→circulator1→2times;2OS→1times;2OS1)→PR→RNiminus;1→∙∙∙∙∙∙→RN1→OLT
2. ONU(RNm)→RNm(AWG→circulator4→OC3→OC2→circulator1→2times;2OS→1times;2OS1)→PR→RNmminus;1→∙∙∙∙∙∙→RN1→OLT
3. ONU(RNM)→RNM→∙∙∙∙∙∙→RNm(1times;2OS2→2times;2OS→OC4→CWDM2→circulator1→2times;2OS→1times;2OS1)→PR→RNmminus;1→∙∙∙∙∙∙→RN1→OLT
4. ONU(RNlowast;q)→RNlowast;q(AWG→circulator2→OC2→circulator1→2times;2OS→1times;2OS1)→SR→RNlowast;qminus;1→∙∙∙∙∙∙→RNlowast;1→RNm(1times;2OS3→circulator2→OC3→CWDM2→circulator1→2times;2OS→1times;2OS1)→PR→RNmminus;1→∙∙∙∙∙∙→RN1→OLT

E. Sr中的保护模式2（见图4（e））

在SR中，当两个外部馈线光纤之间RN_m和RNlowast;1无序，在RN_m，OS将被连接。所有的2times;2OSs将在SR中处于交叉连接状态。下行信号的路线是：

1. OLT→RN1(1times;2OS1→2times;2OS→circulator1→OC1→WB→circulator3→2times;2OS→1times;2OS2)→PR→RN2→∙∙∙∙∙∙→RNi(1times;2OS1→2times;2OS→circulator1→OC1→circulator2→AWG)→ONU
2. OLT→RN1→∙∙∙∙∙∙→RNm(1times;2OS1→2times;2OS→circulator1→CWDM1→OC1→circulator4→AWG)→ONU
3. OLT→RN1→∙∙∙∙∙∙→RNm(1times;2OS1→2times;2OS→circulator1→CWDM1→OC5→2times;2OS→1times;2OS2)→PR→RNm 1→∙∙∙∙∙∙→RNM→ONU
4. OLT→RN1∙∙∙∙∙∙→RNm(1times;2OS1→2times;2OS→circulator1→CWDM1→OC1→WB→OC2→OOS→circulator3→1times;2OS4)→SR→RNlowast;q→∙∙∙∙∙∙RNlowast;1→ONU

上行信号的路线是：

1. ONU(RNi)→RNi(AWG→circulator2→OC2→circulator1→2times;2OS→1

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