一种无源光网络环网系统及断路保护的方法 【技术领域】
本发明涉及无源光网络的组网技术，特别涉及一种无源光网络环网系统及断路保护的方法。
背景技术
随着光通信技术和计算机网络技术的发展，作为英特网(Internet)核心的骨干网发生了巨大的变化，宽带英特网协议(IP)光纤网络将取代以铜线为主的接入网，成为接入网的主流。光纤接入网分为有源光网络和无源光网络(PON)两大类，有源光网络的链路必须有供电支持才能进行通信，如现有技术中以双环结构组网的弹性分组环(RPR)，采用两根光纤将有源光网络链接成双环状，当其中一根光纤发生单点断路时，将该光纤上的所有业务转接到另一根光纤上，保证RPR上节点之间的通信。另一方面，当RPR网络节点中的两个节点下线时，RPR环就会断开，断开点两侧的节点无法进行通信，且在光传输链路上的有源设备无法完全摆脱电磁干扰和雷电等影响以及有源设备固有的维护问题，所以，有源光网络不是光接入网长远的解决方案。PON作为一种纯介质网络，其网络中的链路不需要供电并且网络中的节点可以允许不工作，有效地避免了电磁干扰和雷电对外部设备的影响，降低了设备的故障率，提高了通信系统的可靠性，所以，PON是光接入网长远的解决方案。
现有技术中PON地组网方式为树型拓扑结构，其PON的树型拓扑结构如图1所示，图1为PON拓扑树型结构的组网图：该PON主要由一个光线路终端(OLT)、若干个光网络单元(ONU)、光纤分路器以及光纤组成，OLT也称为局端设备或近端设备，ONU也称为远端设备。一个OLT通过光纤分路器转接于若干个ONU，OLT与光纤分路器通过光纤相连，光纤分路器与ONU通过光纤相连，一个OLT与ONU之间可以有一个或多个光纤分路器。
当PON拓扑树型结构组网中的光纤发生断路时，如图1所示，断路光纤的后续ONU就都不能与OLT实现通信，造成了PON网络的瘫痪。
【发明内容】
有鉴于此，本发明一方面提供一种无源光网络环网系统，该系统实现了无源光网络环网，具有断路保护功能。
本发明另一方面提供一种断路保护的方法，该方法解决了当PON光纤断裂时，断裂点后续PON网络的ONU与OLT之间不能通信、造成PON网络瘫痪的问题。
根据上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种无源光网络环网系统，该系统至少包括：逻辑上独立的两个光线路终端、多个光耦合器和多个光网络单元，光线路终端与多个光耦合器通过至少一根光纤连成环状，光耦合器与光网络单元通过光纤对应相连。
所述逻辑上独立的两个光线路终端由一个独立的光线路终端物理设备组成或者由两个独立的光线路终端物理设备组成。
所述的光耦合器为2×2光耦合器，光网络单元的两个端口分别与2×2光耦合器的其中一个端口相连。
一种无源光网络环网系统断路保护方法该方法包括：
A、光网络单元通过各一个端口与其所通信的光线路终端构成各一个光线路终端子系统；
B、当发生无源光网络环网的光纤断路时，与原光线路终端子系统能保持通信的光网络单元仍然在原光线路终端子系统中工作；与原光线路终端子系统不能保持通信但与另一个光线路终端子系统能保持通信的光网络单元切换到另一个光线路终端子系统工作；与原光线路终端子系统并且与另一个光线路终端子系统不能通信的光网络单元离线。
步骤B中的切换包括：B1、如果光网络单元的两个端口为负荷分担工作，则对不能和光线路终端子系统通信的光网络单元端口所负担的工作进行流量切换，由光线路终端子系统通信的光网络单元端口负担全部工作，直到光纤修复；
B2、如果光网络单元的两个端口中一个端口为工作端口，另一个为监听端口，则对不能和光线路终端子系统通信的光网络单元工作端口进行端口切换，由监听端口进行工作，直到光纤修复。
该方法进一步包括：步骤B中的切换包括：当光网络单元有一个端口时，手动切换该端口到另一个子系统收发光信号。
由上述方案可以看出，本发明提供了一种无源光网络环网系统，该系统中不仅提供了由至少一根光纤连接OLT形成PON环网，ONU通过PON环网收发光信号，该OLT可以集成为一台OLT设备或为单独的两台OLT设备，而且提供的ONU可以有两个端口通过光纤和光耦合器分别与该PON环网中的不同OLT子系统相连，一旦ONU的一个端口与一个OLT设备之间的通信光纤断路时，光信号可以切换到ONU的另一个端口与另一个OLT子系统之间实现通信；由于该光网络为无源环网，所以当一个ONU故障时，不影响其他的ONU与OLT进行光信号的收发，因此，本发明提供的系统和方法从根本上利用至少一根光纤解决了当PON光纤断裂后造成断裂点后续PON网络瘫痪的问题。
【附图说明】
图1为PON拓扑树型结构的组网图。
图2为本发明的PON环网的一个实施例组网图。
图3为2×2光耦合器的框图。
图4为本发明的PON环网的另一个实施例组网图。
图5为本发明的ONU设备连入PON环网的组网说明图。
图6为本发明PON环网的光纤断路保护的实现框图。
图7为本发明实现PON环网的光纤断路保护的另一实例框图。
图8为本发明实现OUT切换功能的一个实施例流程图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下举实施例并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明首先提供了一种PON的组网方式，该组网方式的拓扑结构为环状。如图2所示，图2为本发明的PON环网的一个实施例组网图，其具体描述为：该PON环网主要由两个OLT、若干个ONU、2×2光耦合器以及围成环状的至少一根光纤组成。其中，2×2光耦合器是一种无源光器件，双向工作，能够在两个波长窗口内正常工作，其中一个波长用于传播上行数据，另一个波长用于传播下行数据；两个OLT互相连接，即两个OLT之间可以进行通信，各个ONU通过2×2光耦合器接入OLT，ONU的两个端口分别与2×2光耦合器两个对应的端口通过光纤相连，多个2×2光耦合器与OLT通过光纤相连，光纤将整个PON连接成一个环状网。
2×2光耦合器的结构如图3所示，其具体描述为：该2×2光耦合器具有四个端口，即：P1端口、P2端口、P3端口、P4端口，这四个端口都可以收发光信号，其中，P1端口接收光信号时，P3端口和P4端口按照预先设定的比例发出光信号，如：假设插入损耗为0的理想状态下P3端口发出所接收光信号的80％，P4端口发出所接收光信号的20％；P2端口接收光信号时，P3端口和P4端口按照预先设定的比例发出光信号；P3端口接收光信号时，P1端口和P2端口按照预先设定的比例发出光信号；P4端口接收光信号时，P1端口和P2端口按照预先设定的比例发出光信号。
各个ONU通过2×2光耦合器接入OLT的接入方式为：将2×2光耦合器的P2端口和P4端口接入该PON环网中，P1端口和P3端口分别接入ONU的两个端口；各个ONU通过2×2光耦合器接入OLT的接入方式也可以为：将2×2光耦合器的P1端口和P3端口接入该PON环网中，P2端口和P4端口分别接入ONU的两个端口。
图2所述的两个OLT可以合成为一个OLT，如图4所示，图4为本发明PON环网的另一个实施例组网图，该PON环网将两个OLT合成一个OLT，当两个OLT合成为同一个OLT时，其内部在逻辑上仍为两个OLT。
ONU一个端口通过光耦合器与一个OLT实现通信，另一个端口通过光耦合器与另一个OLT实现通信，ONU的一个端口与其所通信的OLT构成了一个子系统，因此，当ONU具有一个端口时，ONU可以工作在任一个OLT子系统中；当ONU具有两个端口时，ONU可以工作在两个OLT子系统中，即ONU的一个端口工作在一个OLT子系统中，另一个端口工作在另一个OLT子系统中。如果每个OLT支持1.25 Gb/s全双工方式工作，每个OLT子系统具有1.25Gb/s带宽，则整个PON系统提供2.5Gb/s带宽。其他的PON组网方式同图2所描述的一样。
通过2×2光耦合器接入PON环网上的ONU可以有两种工作方式，一种为ONU的一个端口工作另一个端口监听；另一种为ONU的两个端口都工作，但是进行负荷分担工作，ONU的两个端口分别接收和发射光信号，如：ONU的端口1分担50％的ONU流量，端口2分担另外50％的端口流量。
以下以图2所描述双OLT组成的PON环网说明本发明。
当PON系统初始化时，两个OLT同时独立工作并保持通信，每个OLT通过PON系统激活在线而且通电工作的ONU。
如图5所示，图5为本发明的ONU设备连入PON环网的组网说明图，其具体描述为：PON环网中的ONU可以分为两种：一种为双端口ONU，即图5中的1#，双端口ONU中的端口1与端口2分别与2×2光耦合器的两个端口相连，该双端口ONU可以工作在任一OLT子系统中，即一个端口工作在任一个OLT子系统中，另一个端口为空闲端口或备用端口，或者同时分别工作在两个OLT子系统中，即ONU的一个端口工作在一个OLT子系统中，另一个端口工作在另一个OLT子系统中；另一种为单端口ONU，即图5中的2#，单端口ONU中的一个端口与2×2光耦合器中的一个端口相连，2×2光耦合器中的另一个端口为空闲端口，该单端口ONU只能工作在其中一个OLT子系统中。
当连接PON环网的光纤发生单点断路时，如图6所示，图6为本发明PON环网的光纤断路保护的实现框图，其具体描述为：在发生光纤单点断路前，ONU1#、ONU2#和ONU3#工作于1#OLT子系统中，ONU4#、ONU5#和ONU6#工作于2#OLT子系统中。假设光纤断路点发生在ONU1#和ONU2#之间，在发生光纤单点断路后，ONU1#仍工作于1#OLT子系统中，ONU2#和ONU3#将同时中断与1#OLT子系统的通信。此时，由于ONU3#具有备用端口1，仍能同2#OLT子系统进行通信。因此，ONU3#利用备用端口1自动切换到2#OLT子系统继续运行，即能够自动完成光纤断路保护切换。而ONU2#，由于无备用端口，只能手动切换到2#OLT子系统继续工作，即无法自动恢复。
当连接PON环网的光纤上存在两个以上的断点时，如图7所示，图7为本发明实现PON环网的光纤断路保护的另一实例框图，其具体描述为：在发生光纤断路前，ONU1#、ONU2#和ONU3#工作于1#OLT子系统中，ONU5#和ONU6#工作于2#OLT子系统中，ONU4#同时工作于两个OLT子系统。假设光纤断路点1发生在ONU1#和ONU2#之间，光纤断路点2发生在ONU3#和ONU4#之间，在发生光纤断路后，断点1和断点2之间的ONU2#和ONU3#将同时离线不再能够正常工作，此时，由于ONU4#具有双端口，并且能够继续同2#OLT进行通信，因此ONU4#将未断纤前在1#OLT子系统上工作的流量切换到2#OLT子系统，而其他的ONU，例如ONU1#、ONU5#和ONU6#在原来的OLT子系统中继续正常工作，直到手动干预排除断纤故障。
当PON环网上的任一ONU故障时，其他在PON环网上的ONU仍能正常工作。
当具有双端口的ONU，其中的一个端口与子系统1#OLT相连的光纤断路时，ONU可以将其与2#OLT之间的通信切换到ONU的另一个端口上，该端口与子系统2#OLT实现光信号的收发，其具体过程如图8所示，图8为本发明实现PON环网切换功能的一个实施例流程图，其具体步骤为：
步骤800，在PON环网上的ONU进行初始化，开始工作；
步骤801，该ONU选择工作方式，如果ONU的两个端口选择负荷分担工作方式，转入步骤802，如果ONU的两个端口选择一个端口工作另一个端口监听，转入步骤809；
步骤802、803，ONU正常工作，实时判断ONU的端口与其子系统OLT相连的光纤是否断路，如果断路，转入步骤804，否则，ONU继续正常工作；
步骤804、805，进行断路告警并流量切换，将已经断路的ONU端口所负担的工作切换到未断路的ONU端口，让未断路的ONU端口负担所有的工作，并且进行断路告警，判断切换是否成功，如果成功，转入步骤806，如果失败，转入步骤807；
步骤806，让未断路的ONU端口承担所有的工作并进行告警，转入步骤808；
步骤807，ONU不能进行工作，告警；
步骤808，等待光纤故障排除，如果故障排除，转入步骤801，否则转入步骤806或者814；
步骤809、810，ONU正常工作，实时判断ONU的端口与其子系统OLT相连的光纤是否断路，如果断路，转入步骤811，否则，ONU继续正常工作；
步骤811、812，进行断路告警并且进行端口切换，将已经断路的ONU端口所做的工作切换到ONU监听端口，让ONU监听端口负担所有的工作，并且进行端口切换，判断端口切换是否成功，如果成功，转入步骤814，如果失败，转入步骤813；
步骤813，ONU不能进行工作，告警；
步骤814，让ONU监听端口负担所有的工作并进行断纤告警，转入步骤808。
当ONU具有单端口时，ONU切换端口实现光信号收发可以通过手动切换，即ONU的单端口不能与其子系统进行通信，手动切换到ONU另一个端口与其子系统进行通信。
通过本发明的系统和方法实现了当光纤断路后仍然实现PON环网的通信功能，而不会造成在光纤断点处后续的ONU无法实现PON环网的通信功能，当PON环网中的某一ONU故障时，其他ONU仍能继续正常工作，PON环网提供最多双倍系统带宽，如果对于全双工1.25G系统，可以提供全双工2.5G的带宽，使ONU的两个端口同时与两个OLT子系统之间进行通信，取得了很好的效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。