Wavelength-division-multiplexed passive optical network (WDM PON) offers many advantages such as large capacity, easy management, network security, and upgradeability. However, for the practical deployment, it is vital to reduce its cost and improve the network’s reliability. To ensure the reliability of WDM PON, it is necessary to detect and localize the fiber failures without delay. In general, an optical time-domain reflectometer (OTDR), which measures the loss traces in the transmission fiber by transmitting short optical pulses and analyzing their back-scattered signals, is used to localize fiber failures. However, such a conventional OTDR operates only at single wavelength. Thus, it cannot be used in WDM PON due to the wavelength selective component, such as an arrayed waveguide grating (AWG), placed at the remote node. For example, if a failure occurs in the drop fiber connecting the remote node and a subscriber, the conventional OTDR cannot identify its location. To overcome this problem, it has been proposed to localize the fiber failures in WDM PON by using the wavelength-tunable OTDR or implementing additional paths at the remote node to bypass the AWG. However, these techniques require either an expensive OTDR or a complicate network configuration.
In this thesis, we proposed a simple and cost-effective technique to detect and localize the fiber failure in WDM PON. The proposed technique detects the fiber failure by monitoring the status of the upstream signals. Once the failure is detected, the corresponding downstream channel is switched to transmit the OTDR pulses instead of data. Thus, the failures in both drop fibers as well as feeder fiber can be located without using the wavelength-tunable OTDR. In addition, this technique does not require any additional light sources for the localization of fiber failure, since it reuses the downstream light source of the failed channel to transmit the OTDR pulse. The proposed technique can detect and localize the fiber failure of the failed channel without affecting the operation of other channels.
인터넷을 비롯한 각종 데이터 서비스가 최근 급격히 증가함에 따라 가입자망에서도 대폭적인 전송용량의 증대가 요구되고 있다. 이러한 요구를 수용하기 위하여 다양한 구조의 광가입자망이 제안되었다. 특히 wavelength division-multiplexed passive optical network(WDM PON)은 각 가입자마다 독립적인 파장을 할당하여 전송하는 방식으로, 전송용량의 증대와 더불어 망을 수동형 소자로 구현하여 망의 포설, 유지 및 관리가 용이할 뿐만 아니라 확장성이 우수하며, 보안성이 뛰어나다. 또한 WDM PON은 protocol에 independent하기 때문에 파장마다 서로 다른 종류의 서비스를 제공할 수 있는 장점을 지니고 있기 때문에 최근 크게 각광을 받고 있다.
이러한 WDM PON을 구현함에 있어 우선적으로 고려되어야 할 사항은 경제성이다. 경제적으로 망을 구성하기 위해 기존의 연구에서는 파장선택성 분산궤환레이져 (Distributed feedback laser), 주입잠금방식 패브리-페롯 레이저 (ASE-injected Fabry-Perot laser), 스펙트럼 분할방식 발광다이오드 (Spectrum-sliced light emitting diode) 등과 같은 다양한 광원에 관한 연구가 진행된 바 있다. WDM PON을 현실화하기 위한 또 다른 고려사항은 망의 신뢰성이다. WDM PON 기존의 가입자망에 비하여 대용량 데이터를 전송할 수 있기 때문에 망에 장애가 발생하는 경우 기존의 가입자망에 비하여 더욱 큰 문제를 발생시키게 된다. 일반적으로 광소자는 밀폐된 용기나 안전한 장소에 설치됨으로써 오류의 발생 빈도가 낮고, 오류 발생에 의한 보호를 추가적인 동일 소자를 둠으로써 해결할 수 있다. 그러나 광선로는 옥외 네트웍으로 구성되므로 끊임없이 도로 공사, 상하수도 공사 및 지반붕괴 등의 예기치 못한 원인들에 의해 임의의 장소 및 시기에 절단이 발생할 수 있다. 따라서 망의 신뢰성을 향상시키기 위해서는 망의 신속한 복구뿐만 아니라 망의 장애 위치를 정확하게 찾아냄으로써 망의 유지보수를 효율적으로 수행하는 것이 매우 중요하다. 또한 망의 효율적 유지보수는 사업자의 관리비용을 저하시킬 수 있으므로 경제적인 가입자 망을 구축 운영할 수 있는 장점이 있다.
일반적으로 광선로의 장애 위치를 확인하기 위해서는 광선로에 광펄스를 주입하여 그 신호가 광선로에서 후방 산란되는 신호를 분석하는 optical time-domain refelctometer (OTDR)을 사용해왔다. 하지만 WDM PON의 경우, remote node (RN)에서 파장을 선택적으로 통과시키는 arrayed waveguide grating (AWG)를 사용하기 때문에 단일 파장을 갖는 일반적인 OTDR을 사용해서는 가입자 선로의 장애위치를 파악하기는 매우 어렵다. 따라서 WDM PON의 장애위치를 감시하기 위한 기존의 방법에서는 파장가변광원을 갖는 OTDR을 사용하거나, RN를 우회할 수 있도록 망의 형태를 변경하는 방법들을 사용하였다. 그러나 이러한 방법들은 고가의 광원을 사용하거나 다수의 수동형 광소자를 사용해야 하므로 경제적인 WDM PON을 구현하기 어려운 단점을 가지고 있다.
본 논문에서는 WDM PON의 장애 발생위치를 간단하고 경제적으로 파악하기 위한 새로운 구조를 제안하였다. 이 구조는 장애가 발생한 채널의 하향광원을 OTDR의 감시광원으로 사용함으로써 추가되는 고가의 장비나 다수의 광소자 없이 경제적으로 WDM PON의 다중화 선로뿐만 아니라 가입자 선로까지 발생하는 장애를 감지하고 위치를 파악할 수 있다. 이를 위해서 본 논문에서는 WDM PON의 하향광원을 사용하여 장애위치를 감시할 수 있는 OTDR을 직접 제작하였으며, WDM PON에 적용하여 성능을 측정하였다. 또한 다른 종류의 광원을 갖는 WDM PON에서도 본 논문에서 제안한 방법이 적용될 수 있는지 확인하기 위하여 기존의 다양한 광원을 사용한 경우 제안한 감시방법의 성능을 분석하였다. 마지막으로, 장애가 발생한 채널의 하향광원을 감시광원으로 사용할 경우 정상적으로 동작하는 다른 채널과의 간섭으로 인한 영향을 분석하였다.
