專利名稱：一種光纖通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法及其可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖通信和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型光纖通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè) 計方法及其可靈活擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
光纖通信具有大傳輸帶寬、低傳輸損耗和抗電磁干擾等特點，因此它可用于有效支持 高速互聯(lián)網(wǎng)、高清晰度數(shù)字電視和有線電視業(yè)務(wù)、數(shù)字語音業(yè)務(wù)、遠(yuǎn)程教育、數(shù)字圖書館、 遠(yuǎn)程醫(yī)療、電子商務(wù)、智能交通、數(shù)據(jù)網(wǎng)格與大規(guī)模多站點分布式科學(xué)計算、智能家庭網(wǎng)、 工業(yè)自動化等的應(yīng)用。此外，由于光纖還具有體積小、重量輕和無電磁輻射的優(yōu)點，光纖 通信技術(shù)在車載數(shù)據(jù)總線、艦船用局域網(wǎng)、航空與航天數(shù)據(jù)總線以及其它軍用數(shù)據(jù)通信網(wǎng) 方面有著重要的應(yīng)用價值。網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計對于光纖通信網(wǎng)的實現(xiàn)來講是一項非常重 要的工作，因為它將影響到網(wǎng)絡(luò)的成本和通信性能、使用時的靈活性和可靠性以及在網(wǎng)絡(luò) 維護(hù)與維修方面的復(fù)雜性。
一般來講，星形結(jié)構(gòu)和環(huán)形結(jié)構(gòu)是目前光纖通信網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常使用的兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。環(huán)形 結(jié)構(gòu)是指所有通信節(jié)點共用一條光纖鏈路，并且光纖鏈路首尾相接形成一個封閉回路的網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu)。在此情況下，每個節(jié)點通過使用光收發(fā)器和光纖分別與它的兩個鄰近節(jié)點相連接， 因此每個通信節(jié)點所發(fā)送的數(shù)據(jù)信號在光纖環(huán)形網(wǎng)上將會沿著一個方向傳輸。對于星形拓 撲結(jié)構(gòu)來講，所有通信節(jié)點都需要連接到一個中心節(jié)點上，并且各用戶終端必須通過一個 位于中心節(jié)點的星形耦合器進(jìn)行信息交換。因此，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不存在損耗累積的問題， 且易于實現(xiàn)升級和擴(kuò)容。在實際應(yīng)用中，采用普通環(huán)形結(jié)構(gòu)的光纖網(wǎng)絡(luò)卻存在著可靠性差 的問題，因為一旦該網(wǎng)絡(luò)上的某個通信節(jié)點出現(xiàn)故障或者某一段光纖被損毀，則網(wǎng)絡(luò)通信 就會出現(xiàn)中斷。這將無法適用于對通信可靠性具有很高要求的應(yīng)用環(huán)境，例如航空與航天 數(shù)據(jù)總線、車載數(shù)據(jù)總線、軍用艦載局域網(wǎng)、銀行部門和公安系統(tǒng)內(nèi)部的局域網(wǎng)或本地接 入網(wǎng)等。為了改進(jìn)普通環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的可靠性，在實際應(yīng)用中光纖通信網(wǎng)一般都采用雙環(huán)網(wǎng)結(jié) 構(gòu)或者"自愈合環(huán)"技術(shù)。這就需要使用光開關(guān)器件和更多數(shù)量的光纖及其連接器，從而 增加了光纖網(wǎng)絡(luò)的成本和復(fù)雜性，因此該設(shè)計無法滿足在家庭網(wǎng)絡(luò)、低成本的局域網(wǎng)和本
4地接入網(wǎng)上的應(yīng)用要求。此外，鑒于結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和體積及重量增加的原因，"自愈合環(huán)" 技術(shù)也不利于在航空與航天數(shù)據(jù)總線、車載數(shù)據(jù)總線、坦克用數(shù)據(jù)總線上的應(yīng)用。另一方 面，采用星形結(jié)構(gòu)的光纖網(wǎng)絡(luò)與環(huán)形網(wǎng)相比，具有成本較低、易于實現(xiàn)、通信節(jié)點的復(fù)雜 性低和可靠性高的優(yōu)點。此外，無源星型光耦合器還具有將其輸入端口的光信號均勻地分 布到星型耦合器的全部輸出端口之功能，從而大大降低了對光接收機(jī)的輸入光信號動態(tài)范 圍的要求，這將有助于簡化光接收機(jī)的設(shè)計和降低成本。因此，采用星形結(jié)構(gòu)的光纖網(wǎng)絡(luò) 普遍地被用于支持計算機(jī)局域網(wǎng)、航空與航天數(shù)據(jù)總線、坦克用數(shù)據(jù)總線或者本地接入網(wǎng) 等的應(yīng)用。但是，星形網(wǎng)需要將其所有的通信節(jié)點連接到一個中心節(jié)點(即星型耦合器)上， 才能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備之間的通信。因此，該網(wǎng)絡(luò)存在著可靠性較差和網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備的位 置分布受限等缺點。例如， 一旦星形光纖網(wǎng)的中心化星型耦合器(即網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點)被損 壞/擊毀，則整個網(wǎng)絡(luò)的通信就會出現(xiàn)癱瘓，這在坦克、軍用艦艇、軍用指揮車、飛機(jī)、 衛(wèi)星、導(dǎo)彈等方面應(yīng)用時將會導(dǎo)致重大問題。此外，在民用通信領(lǐng)域，星形光纖網(wǎng)一般都 要求其通信節(jié)點距離該網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點較近或者其通信節(jié)點都比較集中地分布在一個較 小的范圍，以便于用光纖連接組網(wǎng)。這就對各個終端設(shè)備的地理位置分布加以顯著限制， 因此星形光纖網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍也就受到了局限。例如，當(dāng)某些終端用戶距離網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié) 點較遠(yuǎn)時或者大部分終端用戶之間相隔較遠(yuǎn)且分布較廣時，其相應(yīng)的終端設(shè)備就分別需要 使用各自較長的光纖與網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點一一相連或者從四面八方將各自的光纖分別連接 到網(wǎng)絡(luò)的一個中心化節(jié)點(它可位于一間屋或一個機(jī)柜里)。這將會顯著地增加光纖布線 的難度和復(fù)雜性，從而降低了網(wǎng)絡(luò)連接的靈活性和可延展性。
鑒于現(xiàn)有的星形結(jié)構(gòu)和環(huán)形結(jié)構(gòu)光纖網(wǎng)絡(luò)在實際應(yīng)用中存在著如上所述的缺點或問 題，因此很有必要設(shè)計出一種新型的光纖通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以滿足實際應(yīng)用所要求的高可靠 性、高靈活性和可延展性。同時，它還應(yīng)具有低復(fù)雜性、低成本和容易實現(xiàn)的優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種根據(jù)實際應(yīng)用需要和用戶要 求，可靈活地使用光纖將處于不同位置的各個用戶終端設(shè)備或通信設(shè)備相互連接起來組成 一個通信網(wǎng)絡(luò)、可以完全或者部分實現(xiàn)星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的功能并且具有高可靠性，同時還可 以對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行靈活拓展的新型光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的 一種光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，其特征在于，以第一級
5網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為中心，通過在它的每個邊緣節(jié)點上連接一個具有內(nèi)部互通功能的三端口基本網(wǎng) 絡(luò)單元，使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)向外擴(kuò)展，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點數(shù)的倍增和全部邊緣節(jié)點之間的互聯(lián)互 通，形成第二級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；以此類推，在已構(gòu)成的第i級網(wǎng)絡(luò)的每個邊緣節(jié)點上再繼續(xù)連 接一個具有三端口的基本網(wǎng)絡(luò)單元，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的向外幅射擴(kuò)展和網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點數(shù)的倍
增，形成第i+l級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；其中，i = 1， 2, 3， 4, M-l;直到所形成的第M級
網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有滿足設(shè)計要求的網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點數(shù)目為止； 第M級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的邊緣節(jié)點數(shù)目K滿足如下公式
K = 2M"N (1) 所述第一級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由若干只無源光耦合部件和光纖連接而成；N為第一級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
的邊緣節(jié)點數(shù)，N的取值為3或4;
具有內(nèi)部互通功能的三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元和第一級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使用光纖和無源光耦合
部件來實現(xiàn)。
進(jìn)一步的特點是，所述具有內(nèi)部互連互通功能的三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元，它的輸入和輸 出端口是可以互換的；即每個無源光耦合部件的兩個輸出或者輸入端口都需要通過兩段傳 輸光纖分別與處于其左右兩側(cè)的另外兩個無源光耦合部件相應(yīng)的輸出或者輸入端口連接； 再利用第三段光纖將另兩個無源光耦合部件各自尚未使用的輸出或者輸入端口相連；當(dāng)光 信號被輸入到該基本網(wǎng)絡(luò)單元的任何一個輸入端口時，它首先被一個無源光耦合部件分為 兩路光信號并分別沿著左右兩段光纖傳輸?shù)皆摶揪W(wǎng)絡(luò)單元的另外兩個無源光耦合部件， 從而實現(xiàn)了光信號經(jīng)任何一個端口輸入而從另外兩個端口輸出的傳遞功能。
所述無源光耦合部件為常規(guī)的無源光耦合器，或者是由一對無源光耦合器級聯(lián)而成。
相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果
1、采用模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，快速實現(xiàn)第一級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和具有內(nèi)部互通功能的三端 口基本網(wǎng)絡(luò)單元。以第一級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，通過在它的所有邊緣節(jié)點上分別各自連接一 個三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元(見圖3所示)，就能達(dá)到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的向外擴(kuò)展和邊緣節(jié)點數(shù)的倍 增之目的?；谶@種模塊化堆疊設(shè)計方法，每次只需通過在上一級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的全部邊緣節(jié) 點上各自外接一個三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元，即可向外延伸擴(kuò)展，構(gòu)成下一級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而 快速實現(xiàn)具有所需邊緣節(jié)點數(shù)目的光纖通信網(wǎng)絡(luò)，并能確保所有邊緣節(jié)點之間的互聯(lián)互通 功能。2、 能夠根據(jù)實際應(yīng)用的需要，靈活地選擇各個"三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元"內(nèi)部的傳輸 光纖之長度，使得所設(shè)計出的光纖通信網(wǎng)的邊緣節(jié)點能夠容易地連接到處于不同位置/地 點的用戶終端設(shè)備或通信設(shè)備，從而確保任何一個用戶的信號都可以經(jīng)過該光纖通信網(wǎng)進(jìn) 行傳輸，然后被輸入到網(wǎng)絡(luò)上的其它所有用戶終端設(shè)備或通信設(shè)備上。而且每個"三端口 基本網(wǎng)絡(luò)單元"內(nèi)部的光纖和無源光耦合部件都能承載雙向光信號的傳遞，這就意味著每
個用戶都能夠通過它所在位置邊緣節(jié)點處的一個三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元的其中一個無源光 耦合部件，將其光信號發(fā)送到通信網(wǎng)上或者接收來自于該通信網(wǎng)上其它用戶的光信號。由 此可見，與采用常規(guī)的、基于中心化星型耦合器的光纖通信網(wǎng)相比，本發(fā)明設(shè)計出的光纖 通信網(wǎng)具有光纖布線簡單、方便和光纖利用率高的優(yōu)點。
3、 通過使用波長不敏感或波長敏感性低的無源光耦合部件實現(xiàn)各個"三端口基本網(wǎng) 絡(luò)單元"，就可以保證所設(shè)計出的光纖通信網(wǎng)絡(luò)能夠支持多波長光信號的傳輸。因此，本 發(fā)明提出的設(shè)計方法也能夠支持波分復(fù)用/密集波分復(fù)用(WDM/DWDM)光纖網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。
4、 按照本發(fā)明設(shè)計出的新型光纖通信網(wǎng)絡(luò)，不僅可以確保任何用戶終端設(shè)備或通信 設(shè)備的光信號，經(jīng)過該網(wǎng)絡(luò)傳送后輸入到除了本發(fā)射用戶之外的其余全部用戶終端設(shè)備或 通信設(shè)備中，而且還能根據(jù)光纖網(wǎng)絡(luò)所采用的某些通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)管理的要求實現(xiàn)多路光 信號在同一個網(wǎng)絡(luò)上的并行傳輸或者同時支持多個用戶終端設(shè)備或通信設(shè)備之間的數(shù)據(jù) 通信。這將能支持先進(jìn)的光纖組網(wǎng)通信技術(shù)的應(yīng)用，例如，WDM/DWDM技術(shù)、光學(xué)時分復(fù)用
(0TDM)技術(shù)、光學(xué)碼分復(fù)用(0CDM)技術(shù)等。
5、 對于一個具有M級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的光纖通信網(wǎng)來講，可以通過適當(dāng)選擇有關(guān)的"三端口 基本網(wǎng)絡(luò)單元"內(nèi)部的無源光耦合器的耦合系數(shù)或者在某些特定的光學(xué)路徑上引入適當(dāng)?shù)?光學(xué)衰減，就能夠確保從第M級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的任何一個邊緣節(jié)點輸入的光功率信號，在經(jīng)過 該光纖通信網(wǎng)傳輸之后，被均勻地分布到第M級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的其余全部邊緣節(jié)點處，即這些 邊緣節(jié)點輸出的光功率信號都是相等的。此時所設(shè)計出的光纖通信網(wǎng)在嚴(yán)格意義上講就具 有了一個標(biāo)準(zhǔn)的星形結(jié)構(gòu)光纖網(wǎng)絡(luò)的全部邏輯功能。


圖1是本發(fā)明提出的基于三端口的第一級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元的新型光纖 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的示意圖2是本發(fā)明提出的基于四端口的第一級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元的新型光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的示意圖3是圖1和圖2中三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元結(jié)構(gòu)示意圖4是本發(fā)明第一種實施方式的第一級光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖5是本發(fā)明第二種實施方式的第一級光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖6是本發(fā)明第三種實施方式的有關(guān)6個邊緣節(jié)點的光纖通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7是本發(fā)明第四種實施方式的有關(guān)8個邊緣節(jié)點的光纖通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
如圖1和圖2所示，是本發(fā)明光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，是以第一級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為中心， 通過在它的每個邊緣節(jié)點上連接一個具有內(nèi)部互通功能的三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元(參見圖3 所示)，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的向外擴(kuò)展之目的，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點數(shù)的倍增和全部邊緣節(jié)點之 間的互聯(lián)互通，從而形成第二級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。以此類推，如果在己構(gòu)成的第i級網(wǎng)絡(luò)的每個 邊緣節(jié)點上再繼續(xù)連接一個具有三端口的基本網(wǎng)絡(luò)單元，就能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的向外幅射擴(kuò) 展和網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點數(shù)的倍增，形成第i+l級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其中，i = 1, 2， 3， 4， ....， M-l。 重復(fù)這一步驟，直到所形成的第M級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有滿足設(shè)計要求的網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點數(shù)目為止。 如果第一級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有N個邊緣節(jié)點(例如，N等于3或4)，那么第M級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的 邊緣節(jié)點數(shù)目K就可以通過如下公式計算出來
K = 2M-1 N (1)
例如，當(dāng)N分別等于3和4時，采用本發(fā)明提出的光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計方法可以確保第4級 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的邊緣節(jié)點數(shù)目K分別為24和32。
具有內(nèi)部互通功能的三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元和第一級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以使用光纖和無源光 耦合器來實現(xiàn)。
圖3為該三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元的設(shè)計示意圖。它是由三個無源光耦合部件和三段光纖 所組成的。根據(jù)實際需要， 一個無源光耦合部件可以是一只常規(guī)的無源光耦合器，也可以 是由一對無源光耦合器級聯(lián)而成。因此，它的輸入和輸出端口是可以互換的。為了實現(xiàn)基 本網(wǎng)絡(luò)單元的內(nèi)部互通功能，每個無源光耦合部件的兩個輸出(或者輸入)端口都需要通 過兩段傳輸光纖分別與處于其左右兩側(cè)的另外兩個無源光耦合部件相應(yīng)的輸出(或者輸 入)端口連接。然后再利用第三段光纖將另兩個無源光耦合部件各自尚未使用的輸出(或 者輸入)端口相連。當(dāng)光信號被輸入到該基本網(wǎng)絡(luò)單元的任何一個輸入端口時，它首先被
8一個無源光耦合部件分為兩路光信號并分別沿著左右兩段光纖傳輸?shù)皆摶揪W(wǎng)絡(luò)單元的 另外兩個無源光耦合部件，從而實現(xiàn)了光信號經(jīng)任何一個端口輸入而從另外兩個端口輸出 的傳遞功能，這樣就構(gòu)成了具有內(nèi)部互連互通功能的三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元。類似的設(shè)計方 法也可以用于實現(xiàn)第一級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具體的設(shè)計實例將在實施例中進(jìn)行較詳細(xì)的介紹。
在實際應(yīng)用中，傳輸光纖與無源光耦合部件的尾纖之連接可以借助于光纖熔接機(jī)實現(xiàn) 永久固定式連接，或者通過使用光纖連接器實現(xiàn)兩根光纖之間的插拔式活動連接。此外， 每段傳輸光纖既可以是一根光纖，也可以是由幾根光纖連接而成的(它們可以帶有或者不 帶有光纖連接器)。由于現(xiàn)有的單模光纖具有很低的傳輸損耗(例如，0.2dB/km)，因此 即使單模光纖的長度改變一公里，它所導(dǎo)致的輸出光信號功率的變換也是很小的(例如， 約為5%左右)；而100米光纖長度的差異所引起的輸出光信號強度的變化就更小了。這對 于"三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元"的設(shè)計來講，是非常有用的。因為它容許三段傳輸光纖的長度 可以是不等的，故可以根據(jù)實際應(yīng)用的需要靈活地選擇三段傳輸光纖的長度，實現(xiàn)具有內(nèi) 部互通功能的三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元，用于構(gòu)建靈活連接各個用戶終端設(shè)備或通信設(shè)備的光 纖通信網(wǎng)。另外，對于特殊應(yīng)用場合來講(例如，車載/艦載/機(jī)載光纖網(wǎng)絡(luò)，衛(wèi)星/導(dǎo)彈 用光纖總線，工業(yè)自動化用光纖網(wǎng)，核電站用的光纖監(jiān)控系統(tǒng)等)，按照本發(fā)明設(shè)計出的 光纖通信網(wǎng)絡(luò)還允許根據(jù)實際需要在某些或全部"三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元"上使用特種光纖 和/或無源光耦合器，以達(dá)到耐高/低溫、抗壓、抗核輻射/抗太空輻照等目的。本發(fā)明提 出的技術(shù)還包括在結(jié)構(gòu)設(shè)計上采用各種措施實現(xiàn)抗沖擊、抗磨損、耐彎曲/扭動、耐油污 和抗化學(xué)污染等的三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元。
本發(fā)明設(shè)計出的新型光纖通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之基本工作原理為全部用戶終端設(shè)備或通信 設(shè)備都通過第M級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的邊緣節(jié)點連接到一個具有M級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的光纖通信網(wǎng)，如圖l 和圖2所示。當(dāng)某個用戶終端設(shè)備或通信設(shè)備(簡稱A)需要將它的信息傳送到這個網(wǎng)絡(luò)上 的所有其他用戶終端設(shè)備或通信設(shè)備時，該信息發(fā)送用戶首先需要通過它所在位置邊緣節(jié) 點處的一個三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元的其中一個無源光耦合部件將它所要發(fā)送的光信號分為 兩路，然后分別沿著左右兩段光纖傳輸?shù)酵换揪W(wǎng)絡(luò)單元的另外兩個無源光耦合部件 上。由于位于邊緣節(jié)點處的每個三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元都可以分別連接兩個用戶終端設(shè)備或 通信設(shè)備(g卩A和B)，因此設(shè)備B可以通過與之相連的另一個無源光耦合部件接收到來自 于設(shè)備A的光信號。同時，此三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元所剩下的那一個無源光耦合部件則用于 將設(shè)備A所發(fā)送的光信號輸入到與該無源光耦合部件相連的、但位于第M-l級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)處的一個三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元(為便于敘述，簡稱為基本網(wǎng)絡(luò)單元Q)。當(dāng)設(shè)備A發(fā)送的光信 號到達(dá)了位于第M-1級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)處的這個三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元時，它仍被分為兩路光信號，
然后分別沿著左右兩段光纖傳輸?shù)交揪W(wǎng)絡(luò)單元Q的另外兩個無源光耦合部件上。由于這 兩個無源光耦合部件是分別向上與第M-2級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相連和向下與第M級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相連的， 因此來自于設(shè)備A的光信號就能通過向下連接的這個無源光耦合部件傳輸?shù)脚c之相連的、 位于第M級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)處的另外一個三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元，再經(jīng)過其內(nèi)部分路傳輸，最后將 來自于設(shè)備A的光信號輸入到位于網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點處的另外兩個用戶終端設(shè)備或通信設(shè)備 (簡稱C和D)。至此，設(shè)備A發(fā)送的光信號已經(jīng)輸入到B、 C和D共三個設(shè)備中。同時，來自 于設(shè)備A的光信號經(jīng)過第M-1級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)處的基本網(wǎng)絡(luò)單元Q的內(nèi)部分路傳輸后到達(dá)了向 上連接的那個無源光耦合部件，再通過與之相連的、但位于第M-2級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)處的一個三 端口基本網(wǎng)絡(luò)單元(簡稱為基本網(wǎng)絡(luò)單元r)，就能實現(xiàn)將設(shè)備A所輸出的光信號饋送到第 M-2級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?；谙嗤脑?，位于第M-2級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)處的基本網(wǎng)絡(luò)單元r將接收到的 來自設(shè)備A的光信號經(jīng)過內(nèi)部分路傳輸后，向上輸送到第M-3級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以便達(dá)到進(jìn)一步 向上逐級傳輸之目的；而向下則通過與基本網(wǎng)絡(luò)單元r相連的、但位于第M-l級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)處 的一個三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元實現(xiàn)廣播式的信號傳輸，最后將來自于設(shè)備A的光信號輸入到 位于網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點處的另外四個用戶終端設(shè)備或通信設(shè)備(簡稱E、 F、 G和H)。此時，設(shè) 備A發(fā)送的光信號已經(jīng)能夠被B至H共七個設(shè)備接收到。以此類推，設(shè)備A發(fā)送的光信號在經(jīng) 過向上逐級傳輸?shù)倪^程中，同時還向下進(jìn)行廣播式的信號傳輸，最終輸入到越來越多的用 戶終端設(shè)備或通信設(shè)備中。當(dāng)設(shè)備A發(fā)送的光信號到達(dá)了第1級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時，它將通過與該 級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相連的其余的三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元實現(xiàn)向下的廣播式傳輸，以便進(jìn)一步覆蓋此 前在向上逐級傳輸過程中還未能涉及到的那些三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元，從而實現(xiàn)了將設(shè)備A 發(fā)送的光信號分別傳輸?shù)酵还饫w通信網(wǎng)所連接上的、除設(shè)備A之外的全部設(shè)備中。由于 任何一個用戶的光信號都可以經(jīng)過這些具有互通功能的三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元在所設(shè)計出 的光纖通信網(wǎng)上進(jìn)行傳輸，然后再分布到該通信網(wǎng)的其它所有用戶終端設(shè)備或通信設(shè)備 上，因此這就具有了一個星形網(wǎng)絡(luò)的主要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特征。
下面將分別針對具有三端口和四端口的第一級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以及與此有關(guān)的部分光纖通 信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計實例進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
如圖4所示，按本發(fā)明方法設(shè)計的第一種實施方式的光纖通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由一個具有三 端口的第一級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以用三只常規(guī)的、耦合系數(shù)為50:50的2X2無源光方向耦合器分別與三段光纖連接而成。當(dāng)光信號通過任何一個光方向耦合器(簡稱A)的輸入端口進(jìn)入到 該第一級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時，它首先被A—分為二，成為兩路相等的輸出光信號并被分別輸入到 左右兩段光纖中進(jìn)行傳輸，然后分別到達(dá)該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的其余兩個光方向耦合器(簡稱B和C) 的輸入端口。再經(jīng)過B和C分別將其各自的輸入光信號一分為二，那么從耦合器A輸入的光 信號在通過第一級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)傳輸之后，就能被均勻地分布到耦合器B和C的輸出端口。由于 B和C的輸入端各自剩余的一個端口也是通過一段光纖相連接的，因此這就實現(xiàn)了光信號經(jīng) 任何一個邊緣節(jié)點輸入而從另外兩個邊緣節(jié)點輸出的傳遞功能，從而構(gòu)成了一個具有互連 互通功能、帶有3個邊緣節(jié)點的第一級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
如圖5所示，按本發(fā)明方法設(shè)計的第二種實施方式的一種光纖通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由一個 具有四端口的第一級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以由四只標(biāo)準(zhǔn)的2X3無源光方向耦合器(其三個輸出/輸入 口的耦合系數(shù)為33. 33:33. 33:33. 33，而兩個輸入/輸出口的耦合系數(shù)則為50:50)分別與 六段光纖連接而成。當(dāng)光信號通過任何一個光方向耦合器(簡稱A)的輸入端口進(jìn)入到該 第一級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時，它首先被A—分為三，成為三路相等的輸出光信號并被分別輸入到左、 中、右三段光纖中進(jìn)行傳輸，然后分別到達(dá)該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的其余三個光方向耦合器(簡稱為 B、 C和D)的輸入端口。再經(jīng)過B、 C和D分別將其各自的輸入光信號一分為二，那么從耦合 器A輸入的光信號在通過第一級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)傳輸之后，就能被均勻地分布到耦合器B、 C和D的 輸出端口。由于B、 C和D各自剩余的兩個輸入端口也是分別通過兩段光纖相連接的，因此 這就實現(xiàn)了光信號經(jīng)任何一個邊緣節(jié)點輸入而從另外三個邊緣節(jié)點輸出的傳遞功能，從而 構(gòu)成了一個具有互連互通功能、帶有4個邊緣節(jié)點的第一級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
如圖6所示，按本發(fā)明方法設(shè)計的第三種實施方式的光纖通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由一個具有2 級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、帶有6個邊緣節(jié)點的光纖通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以用一個具有三端口的第一級網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu)分別與三個"三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元"連接而成。需要注意的是在此處第一級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 的每個邊緣節(jié)點與每個三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元的其中一個端口共用一只耦合系數(shù)為50:50的 2X2無源光方向耦合器。另外，每個三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元的其余兩個端口需要分別使用兩 只耦合系數(shù)為33. 33:66. 67的1X2無源光耦合器。根據(jù)上面所述的三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元和具 有三端口的第一級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的工作原理，所設(shè)計出的一個具有2級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、帶有6個邊緣 節(jié)點的光纖通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠確保光信號經(jīng)第二級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的任何一個邊緣節(jié)點輸入而 從該級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的另外五個邊緣節(jié)點均勻輸出，即這些邊緣節(jié)點輸出的光功率信號都是相
11等的。按照此設(shè)計方法實現(xiàn)的光纖通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)就具有了一個星形結(jié)構(gòu)光纖網(wǎng)絡(luò)的全部邏 輯功能。
如圖7所示，按本發(fā)明方法設(shè)計的第四種實施方式的光纖通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由一個具有2 級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、帶有8個邊緣節(jié)點的光纖通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以用一個具有四端口的第一級網(wǎng)絡(luò)
結(jié)構(gòu)分別與四個"三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元"連接而成。此處，第一級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的每個邊緣節(jié)
點與每個三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元的其中一個端口共用一只標(biāo)準(zhǔn)的2X3無源光方向耦合器。為 了確保等功率光信號輸出，位于第二級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)邊緣節(jié)點處的每只1X2光耦合器的耦合系 數(shù)應(yīng)選擇為29:71。根據(jù)上面所述的三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元和具有四端口的第一級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 的工作原理，所設(shè)計出的一個具有2級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、帶有8個邊緣節(jié)點的光纖通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能 夠確保光信號經(jīng)第二級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的任何一個邊緣節(jié)點輸入而從該級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的另外七個 邊緣節(jié)點均勻輸出。因此，所設(shè)計出的光纖通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)就具有了一個星形結(jié)構(gòu)光纖網(wǎng)絡(luò) 的全部邏輯功能。
雖然以上的具體設(shè)計實例主要是針對采用目前商用化的、常規(guī)的2X2無源光方向耦合 器、1X2無源光耦合器和標(biāo)準(zhǔn)的2X3無源光方向耦合器進(jìn)行，但是本發(fā)明提出的設(shè)計方法也 適用于采用集成光學(xué)技術(shù)或光學(xué)集成的2X2無源光方向耦合器、1X2無源光方向耦合器和 2X3無源光方向耦合器實現(xiàn)所設(shè)計出的光纖通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明中，所述邊緣節(jié)點是指(1)對于第M級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來講，其邊緣節(jié)點是一個 用于連接終端設(shè)備和/或通信設(shè)備的光纖網(wǎng)絡(luò)端口/接口。 (2)如果在第i級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上 (i= 1， 2， 3， ...， M-1)，它的一個邊緣節(jié)點則是一個用來連接該級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與下一級 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的光纖網(wǎng)絡(luò)端口/接口，即用于連接第i級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和第i+l級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之間的每 個"三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元"、且位于第i級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的一個光纖網(wǎng)絡(luò)端口/接口。
本發(fā)明光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用可任意外延擴(kuò)展的多級光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過光纖和無源光 耦合器有效地連接各個終端設(shè)備和/或通信設(shè)備，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。在實際應(yīng)用中，這些終 端設(shè)備和通信設(shè)備既可以被集中放置于一處，也可以分布在不同的位置/地方。
1權(quán)利要求
1、一種光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，其特征在于，以第一級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為中心，通過在它的每個邊緣節(jié)點上連接一個具有內(nèi)部互通功能的三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元，使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)向外擴(kuò)展，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點數(shù)的倍增和全部邊緣節(jié)點之間的互聯(lián)互通，形成第二級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；以此類推，在已構(gòu)成的第i級網(wǎng)絡(luò)的每個邊緣節(jié)點上再繼續(xù)連接一個具有三端口的基本網(wǎng)絡(luò)單元，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的向外幅射擴(kuò)展和網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點數(shù)的倍增，形成第i+1級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；其中，i＝1，2，3，4，....，M-1；直到所形成的第M級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有滿足設(shè)計要求的網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點數(shù)目為止；第M級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的邊緣節(jié)點數(shù)目K滿足如下公式K＝2M-1N (1)所述第一級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由若干只無源光耦合部件和光纖連接而成；N為第一級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的邊緣節(jié)點數(shù)，N的取值為3或4；具有內(nèi)部互通功能的三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元和第一級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使用光纖和無源光耦合部件來實現(xiàn)。
2、 一種可擴(kuò)展的光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其特征在于，以第一級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為中心，利用可任 意擴(kuò)展的模塊化堆疊設(shè)計，向外輻射擴(kuò)展，形成第M級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；在第一級至第M-l級網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu)的每個邊緣節(jié)點上連接一個具有內(nèi)部互通功能的三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元，使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 向外擴(kuò)展，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點數(shù)的倍增和全部邊緣節(jié)點之間的互聯(lián)互通，形成一個具有M 級的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；第M級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的邊緣節(jié)點數(shù)目K滿足如下公式K-2跟N (1)所述第一級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由若干只無源光耦合部件和光纖連接而成；N為第一級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 的邊緣節(jié)點數(shù)，N的取值為3或4;具有內(nèi)部互通功能的三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元和第一級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使用光纖和無源光耦合 部件來實現(xiàn)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的可擴(kuò)展的光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述具有內(nèi)部互連互 通功能的三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元，它的輸入和輸出端口是可以互換的；即每個無源光耦合部 件的兩個輸出或者輸入端口都需要通過兩段傳輸光纖分別與處于其左右兩側(cè)的另外兩個無源光耦合部件相應(yīng)的輸出或者輸入端口連接；再利用第三段光纖將另兩個無源光耦合部 件各自尚未使用的輸出或者輸入端口相連；當(dāng)光信號被輸入到該基本網(wǎng)絡(luò)單元的任何一個 輸入端口時，它首先被一個無源光耦合部件分為兩路光信號并分別沿著左右兩段光纖傳輸 到該基本網(wǎng)絡(luò)單元的另外兩個無源光耦合部件，從而實現(xiàn)了光信號經(jīng)任何一個端口輸入而 從另外兩個端口輸出的傳遞功能。
4、根據(jù)權(quán)利要求2所述的可擴(kuò)展的光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述無源光耦合部件 是常規(guī)的無源光耦合器，或者是由一對無源光耦合器級聯(lián)而成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法及其可靈活擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)，它是以第一級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為中心，通過在它的每個邊緣節(jié)點上連接一個具有內(nèi)部互通功能的三端口基本網(wǎng)絡(luò)單元，使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)向外擴(kuò)展，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點數(shù)的倍增和全部邊緣節(jié)點之間的互聯(lián)互通，形成第二級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；以此類推，在已構(gòu)成的第i級網(wǎng)絡(luò)的每個邊緣節(jié)點上再繼續(xù)連接一個具有三端口的基本網(wǎng)絡(luò)單元，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的向外幅射擴(kuò)展和網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點數(shù)的倍增，形成第i+1級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；直到所形成的第M級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有滿足設(shè)計要求的網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點數(shù)目為止。它具有可靠性、靈活性高和可延展性的特點；而且，具有低復(fù)雜性、低成本和容易實現(xiàn)的優(yōu)點。
文檔編號H04L12/44GK101521613SQ200810237028
公開日2009年9月2日 申請日期2008年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月31日
發(fā)明者張建國, 陳麗娟 申請人:張建國