CN100591165C - 为有效利用波长而用光信号交错的wdm通信系统和方法 - Google Patents

Abstract

在一种光通信的系统和方法中，光信号在多个波长信道中产生。每一光信号被无源地从网络的始发节点，传送至目的节点。目的节点是由信号波长确定的。至少对一些信号，无源传送包括通过网络分支点的传送，使被路由的信号通过的输出分支，由信号确定。在一些实施例中，信号是按照调度表产生的，调度表的设计，要基本上防止有同一波长但来自不同始发节点的信号，同时到达同一目的节点。

Description

为有效利用波长而用光信号交错的WDM通信系统和方法

相关申请交叉参考

美国专利申请序列号10/411,039，R.C.Giles等人于2003年4月10日申请，标题是“Optical Network With Subwavelength Grooming”，与本申请共同提出，该申请公开的某些内容与本申请有共同之处。

美国专利申请序列号________，K.Kumara等人于2003年4月30日申请，标题是“Method of Scheduling Bursts of Data for Transmission ina Communication Network”，与本申请共同提出，该申请公开的某些内容与本申请有共同之处。

技术领域

本发明涉及一种WDM光网络类型，在该类型的WDM光网络中，来自各个始发点的信号，用光学的方法整理(groom)，以便按性价比的准则利用链路上的信道容量。

背景技术

在一种熟知的全光WDM网络的体系结构中，始发节点与目的节点之间的每一需求，都获得一专用的波长信道，该波长信道在构成该始发-目的节点对之间的端到端路径的所有链路上，是唯一的。经由这种网络的光传送相对地简单，因为交叉连接仅在光域中实施。但是，这种网络的网络单元成本则相对地高，因为波长信道的使用一般说是低效率的，还因为网络单元必须提供相对多的波长-大致为网络中能够始发和接收传输的节点数的平方。

在某些情况下，特别是在核心网中，该种网络只有被利用的大部分波长信道，占全部带宽容量的极大比例，才能在经济上生存。然而，经常发生的是，常用的端到端需求只占波长信道可用全部带宽的一小部分。在这种情况下，该种网络恐怕要在经济上经受生存能力的考验。

可以用各种复用技术来增加网络指定链路上指定波长信道的利用率。例如，在被称为业务量整理(traffic grooming)的技术中，通过一条或多条公共链路，路由根本不同的业务流，这些业务流在它们的第一共同节点上用电子学方法复用，然后作为集合信号在单个波长信道上传送。在到达或接近业务流分散的下游共同节点时，再把集合信号分用。

业务量整理虽然有用，但必然要增加网络的设备成本，因为它在交叉连接点上要求电到光的转换，而且各交叉连接点普遍需要相对多的输入和输出；即它们必须有足够的粒度来完成必要的复用和分用功能。因此，业务量整理网络的设计人员，一般将面对效率与成本之间的折衷考虑。

更有效地利用波长信道的另一种途径，由光学成组交换(OBS，optical burst switching)提供。在OBS中，光信号从光交叉连接的输入端到输出端，是以每组为基础交换的。换句话说，在端点之间建立的波长，只持续短的时间并在中间节点上切换。OBS的一个缺点，是对依赖商业生存的网络，光信号的切换时间必须在若干微秒或更小的量级。较少依赖或不依赖商业的可用的切换技术，能够达到这种速度。此外，OBS不能成比例地用于大的交叉连接。

已知的业务量整理方案，一般还有另一个缺点，就是涉及附加的增加交换类型数量和自适应功能的网络层。结果是，这些附加的功能性，必然要增加整个网络的成本。

一种新的用于环形网络全光传输的方案，它克服了前述某些问题，已经在前面列举的专利申请中说明：U.S.Patent Application Serial No.10/411,039，R.C.Giles等人于2003年4月10日申请，标题是“OpticalNetwork With Subwavelength Grooming”。但是，就具有至少一个分支点的网形网络方面，它仍然遗留一些上述需要克服的问题。

具体说，对有分支点的网形网络中的整理方案，仍旧需要降低不用电子交叉连接的波长信道数量，还需要能以商业上可用的或出现的技术实现。

发明内容

上面举出的美国专利申请序列号10/411,039，“Optical NetworkWith Subwavelength Grooming”说明一种新的环形网络上全光传输的方案。我们把该方案称为TDM-WDM环。在TDM-WDM环中，把一特定波长信道或一组信道，指配给每一目的节点。起始节点例如通过可调谐激光器，间歇地向各个目的节点的每一个发送。向一个给定目的节点的每一传输，是在一个指配的波长信道上进行的，不考虑该传输的始发节点。

我们开发了一种网络的体系结构，可使具有至少一个分支点的网形网络，享有TDM-WDM环的优点。就这一点而言，只要一个节点有两个或更多输出端口，各指向不同的下游节点，则该节点就占用网络的一个“分支点”。作为这种网络特例的网络，例如包括星形网络和枢纽网络。我们把我们的新型体系结构称为时域交错连网(TWIN，Time-Domain Interleaved Networking)。

在我们的新型体系结构中，从每一给定始发点到每一给定目的点的路由，是由波长分配和由每一指配波长的预指配图确定的，该预指配图称为“树”，图上对遍历每一始发节点到指配该波长的目的节点的各链路，规定了这些链路的顺序。接着，借助波长选择交叉连接(WSCC)，具体说，是把那些共同的输入波长合并在一共同输出光纤上，有利地实施该树。在这方面特别有利的是，WSCC能用1×K的交换机实施。

如上面指出，波长分配和树须遭受经常的改变，例如改变需求的模式。但是，这种改变需要的时间周期，通常比光的切换时间长得多——般是分、小时、天、甚至更长的周期。就这一方面来说，典型的光切换时间将是可调谐激光器的切换时间。

为防止从根本不同的始发点到共同目的点传输的冲突，从每一始发节点发出的传输，最好封装成有限长的序列，本文此后称为光字符组(bursts)。在网络上按避免冲突的方式，调度这些字符组。

重要的是，在我们体系结构中的光字符组，是从它们的始发点无源地传送至它们的目的节点的。“无源地传送”是指，路由是通过字符组本身固有的物理性质完成的，不必令负责该路由的硬件单元改变状态。

附图说明

图1是现有技术WDM环形网络的概念图。

图2是表明TWIN某些基本概念的WDM环形网络的概念图。

图3是与图2的节点10.1对应的树图。

图4是概念图，说明按照TWIN示范性实施方案构建的WDM网形网络。

图5A-5D是与图4各个节点对应的树图。

图6是示意图，说明具有完全的波长合并的波长选择交叉连接(WSCC)。

图7是示意图，说明具有部分波长合并的波长选择交叉连接(WSCC)。

图8是示意的功能图，说明按照TWIN示范性实施方案构建的WDM网形网络中一个节点。

具体实施方式

图1示意画出所谓“一对一”光WDM环形网络，其中全部波长信道专用于每一始发-目的节点对，并需要用10个激光器。为教学法的目的，画出的环只限于5个节点10.1-10.5，通过5条双向链路互连。图上画出每一链路细分为3条子链路，各与链路上一条全波长信道对应。在图中，每一条子链路的阴影，表示对应的波长信道。

因此，子链路20.1把节点10.1连接至节点10.2，且每一子链路20.2-20.5类似地连接一对相邻的节点对。子链路30.1A与30.1B与同一波长信道对应并把节点10.1连接至节点10.3。类似地，每一对子链路对30.2A/30.2B到30.5A/30.5B，与单一波长信道对应并连接一对非相邻的节点。

如图1所示的安排，虽然有用，但效率有些低，因为全波长信道必须指配给每一对始发-目的点对，包括它们的需求永远不会添加到比指配的信道容量一小部分还多的那些始发-目的点对。结果是，网络的成本被利用不足的部件，诸如光源，如激光器、和光学分插单元等拉高，这些部件支持利用不足的波长信道。虽然通过重复使用波长，举例说，通过应用电的整理技术，可以获得更高的效率，但这些技术一般至少对某些节点，要求从光域到电域的往复转换，增加设备的成本。

与此相反，图2画出类似的环，图中画出已经实施的一个简单的TWIN例子。图2中各节点与前面的图有相同的参考数字。与图1的双向链路相反，图2的链路为简单计，画成单向链路。如图所示，每一链路细分为4条子链路，每一阴影表示对应的波长信道。同时也如图的阴影所示，每一目的节点与一个波长信道相联系。

如图中所示，所有向节点10.1的传输，使用包括子链路40.1A-40.1D全部路径的一部分或全部。同样，所有向节点10.2的传输，使用子链路40.2A-D；向节点10.3的，是子链路40.3A-D；向节点10.4的，是子链路40.4A-D；和向节点10.5的，是子链路40.5A-D。

观察图1，可以明显看到，在图示的环中，使用的波长信道总数是10条：5条用于连接相邻节点，还有5条用于连接非相邻节点。如果各节点上用固定波长的激光器作为光源，需要20个这样的激光器；就是说，每一方向10个。与之相反，图2的环仅使用5条波长信道：每一目的节点一条。对图2的环，5个作为光源的可调谐激光器已经足够。

图3表示图2节点10.1的树。目的点，即节点10.1位于树的根，以图中的顶点表示。从每一其他节点到节点10.1的传输，如图所示，通过节点序列(当然是通过互连的链路)向上前进(如图中所见)。对每一其他节点，也存在类似的树。

如上面所指出，TWIN不限于环形网络，一般也可以应用于光网络。只作为又一个例子，图4画出一种简化的光网形网络，它不是环形网络。如图所见，画出的网络有3个节点50.1-50.3，为便于说明起见，3个节点位于三角形的顶点，而第4个节点50.4位于三角形的中心。按照TWIN的基本概念，4个节点各有指配的波长信道，在图中以带阴影的小旗系在相应的节点来表示。

图4网络路由方案的设计，是单独确定表示各种可能的以目的点为基础的树图。树图的设计不考虑任何最优性，或者甚至不考虑任何实用性。在图中，该路由方案通过把每一链路细分为一条、两条、或三条子链路表示，各画上与波长信道对应的阴影。

观察该图可以看到，各节点50.2-50.4直接向节点50.1发送。这种安排用图形表示，就是图5A的树。进一步观察图4，可以看到，节点50.4直接向节点50.2发送，但节点50.1和50.3的每一个，只能通过节点50.4向节点50.2发送。这种安排用图形表示，就是图5B的树。再进一步观察图4，可以看到，节点50.1和50.4的每一个，直接向节点50.3发送，但节点50.2只能通过节点50.1向节点50.3发送。这种安排用图形表示，就是图5C的树。最后一次转回图4，可以看到，节点10.1-10.3按照从10.3到10.2到10.1到10.4的顺序，向10.4发送。这种安排用图形表示，就是图5D。

一般而言，对给定网络的每一目的节点，可能存在许多不同的树。有各种算法可以帮助网络设计人员选择适当的树。特别是，对任何给定网络的任何给定目的节点，有现成的可识别最小生成树或最短路径树的算法。树的设计也可以具有冗余度，以便考虑可能的网络失效。

如上面所指出，在一些节点或所有节点上实施树时，最好通过安装波长选择交叉连接(WSCC)，以便能重新配置。还最好使这些WSCC实现进一步的合并功能，把共同输入波长合并到某一共同输出光纤上。如果WSCC用1×K的波长选择交换机实施，可以获得显著成本优点。

图6是具有合并功能的WSCC的简化示意图。如在图中可见，该WSCC有K个输入端口60.1-60.K，其中K是正整数。信号可从各个始发节点并以各种波长信道，到达每一输入端口。如图所示，所有从全部K个输入节点到达的信号，首先在无源组合器70中组合。

组合的信号在波导媒体80上，从无源组合器70输出，波导媒体80把组合信号送至波长选择交换机90，图上该波长选择交换机90是1×K的，然而应当指出，输出数不必等于输入端口数。

波长选择交换机90有K个输出端口100.1-100.K，其中K是正整数，且能独立地把每一输入波长信道路由至适当的输出端口。离开每一个这些输出端口的信号流，一般包括来自各个始发节点的信号，但离开一给定输出端口的所有信号，将处在单一波长信道中，或更一般地说，是处在一组波长信道中，该组波长信道与其他输出端口有关的类似的组，是不相交的。因此，在各波长信道中到达的信号被合并，成为离开与该波长信道对应的单个输出端口的信号流。

在一些情形中，例如当经济因素确定，一个或更多波长应当在多个目的点上再使用时，最好是只部分地合并，即把给定波长的一些而不是全部信号，合并进单个输出端口。

图7是具有部分合并功能的WSCC的简化示意图。图上画出有K个输入端口60.1-60.K和K个输出端口100.1-100.K。下面还要说明，可以有附加的输入和输出端口，未在图上画出。相对于图6的安排，无源组合器70的位置与波长选择交换机90位置被颠倒。结果是，代替单个波长选择交换机，现在对每一输入端口有一个波长选择交换机。因此，在图中画出K个波长选择交换机90.1-90.K。同样，代替单个无源组合器，现在对每一输出端口有一个无源组合器。如图中所示，有K个无源组合器70.1-70.K。

如图7所示，来自给定输入端口60.k(k＝1，...，K)的输入流，按波长被波长选择交换机90.k分为K-1个分开的流。在图示的示例性安排中，与给定波长对应的流，例如离开交换机90.1-90.K-1的第j个波长(j＝1，...，K-1)，被引导至无源组合器70.j，组合器70.j把这些流合并，又把这些流引导至输出端口100.j。

从图可见，对离开交换机90.K的一些单波长流，也同样正确。但是，离开输出端口110.K-1、与第K-1波长信道对应的流，并没有合并进无源组合器70.K-1，而不是合并进无源组合器770.K。同样合并进无源组合器70.K的，可以有其他输入端口在第K-1信道的输出流，以及没有在图上明显画出的波长选择交换机的输出流。显然，在带有部分合并功能的实际WSCC中，可以有多于一个的波长信道，该波长信道按图7对第K-1信道所示相同方式，受再使用支配。对每一个这样再使用的信道，可以有一个或多个波长选择交换机与无源组合器的组合，这些波长选择交换机与无源组合器的功能，类似于图上的交换机90.K和组合器70.K。

实施无源光组合器的技术，是众所周知的，无需在此详细讨论。根据NEMS微反射镜的波长选择交换机，例如已经在下述文章中演示和说明：D.M.Marom等人的“Wavelength-Selective 1×4Switch for 128WDM Channels at 50GHz Spacing”截止日前后论文FB7，OpticalFiber Conference OFC2002，Los Angels，2002。

图8是包括WSCC 120与数据汇编器130的节点的示意功能图。数据汇编器的功能，是把信源160的输入信号流，转换为适当定时的光字符组序列，信源160通常按电域(electrical domain)提供信号输入，而光字符组则按照相应的目的点，分布在多个波长信道上，且至少有些情况是分布在通向WSCC 120的本机输入光纤145上。应当指出，仅作例子而非限制，来自信源160的信号输入，可以有同步的或异步的格式。示例性的同步格式有DS-1、STS-1、和STS-3。示例性的异步格式有IP、ATM、FR、Ethernet、和SAN。

在该图中，画出的数据汇编器130包括用于每一波长信道的相应缓冲器190。在该图中，三种示例性波长分别以实心圆、半实心圆、和空心圆标记。图上画出的每一缓冲器190，向相应激光发射器200提供信号输入。接着，每一激光发射器200的输出，在图上作为光学上耦合至WSCC的本机输入光纤145画出。

关于激光发射器200，应当指出，当可行时，一般最好使用单个可调谐激光器，而不用一系列固定波长激光器。因此，应当指出，图上作为一系列激光器而画出的光源，纯粹是为说明的目的，不代表任何优选实施例。还应指出，当事实上使用固定波长激光器时，它们不是连续运转的，而是间歇地运转的。就是说，当发送相应波长的字符组时，激光器接通，而在其他时候则断开。

为说明的目的，图上画出的WSCC 120有3根本机输入光纤145，和6根来自相邻节点的输入光纤140。同样为说明的目的，画出的WSCC 120有6根向相邻节点输出的光纤150，和3根本机分出光纤155、157。

信号光源最好是快速可调谐激光器，以便能显著减少激光发射器的总数(就此而言，如果激光器的切换时间小于100ns，该激光器可以认为是“快速可调谐”的)。例如，3个固定激光器200可以只用一个快速可调谐激光器代替。本发明这方面可用的，并能以亚纳秒从一个波长切换到另一个波长的快速可调谐激光器，市场上可以购得。

至少在本发明的一些实施例中，最好把定时信息和其他控制信息分布至分开的网络170上各节点，该分开的网络170本文称为数据通信网络(Data Communications Network，DCN)。利用DCN 170的一个组件，是网络调度程序180。网络调度程序的功能，是为每一源节点每一波长信道中的光字符组指配时隙。定时的安排是必须的，以避免冲突，即防止来自不同源但在一共同波长信道中的字符组，在到达目的节点时重叠。

如从下面可以看到，通过使用前述的树图，可以显著降低避免冲突的复杂性。具体说，树的使用可以确保，只要在目的点不出现冲突，则在任何之前的点也不会发生冲突。这是根据如下事实：如果两个字符组在中间节点确实冲突，则它们此后将重合，一直到目的点。

一般地说，网络调度程序应计及每一对源及目的节点对之间的延迟时间。解决定时问题的一种有用途径，说明于下。

再回到WSCC 120，应当指出，如图上所画，WSCC的每一输入光纤和输出光纤，在WSCC内扇形展开，呈波长符号的阵列，如上所述，明显地以三种波长符号表示：实心圆、半实心圆、和空心圆。这些符号的每一种代表一种波长，该波长能横越WSCC，从输入光纤连接至输出光纤。在图上以箭头画出少量交叉连接，其中每一个从输入侧波长符号伸延到匹配的输出侧波长符号。这些交叉连接，通常可以响应DCN 170上发送的信号，按网络维护操作的相对长的时间尺度特征上重新编程。

合并功能是通过把给定共同波长进入的信号，引导至共同输出端口实现的。通常，该信号将在共同输出光纤上离开。

图中，以用实心圆符号表示其指配波长信道的节点，作为代表的节点。为此，图上在该信道上画出4个进入的信号，被连接至“本机分出”的输出光纤。应当指出，被引导到输出光纤157的信号，是本机产生的信号。该种信号可以用于控制的目的，而不用于通信的目的。

在每一源节点上，可以在数据汇编器130内完成集合功能。就是说，进来的业务流是以IP分组、ATM信元、MLPS帧、等等形式进入的。这些来自给定客户的信息单元，本文此后从生成上称为“客户协议数据单元(PDU)”。来自多个客户而送至给定目的点的一组PDU，可以集合为单个光字符组。在目的节点，把接收的光信号解调之后，每一个这样的字符组必须去封装，分为个别客户的PDU，以便转发至相应的客户端口。就该方面应当指出，把集合分开的功能，分别对同步的和异步的信号，可能是必要的。

在图8中没有画出的，是用于检测本机分出的光信号的接收机。在每一节点，这样的接收机是需要的，以便检测从各种发射器来的、异步定时的字符组，并在逐个字符组基础上完成频率及相位的同步，使在不同波长上接收的信号能被区分并在时间上分离。适合用于此目的的接收机是已知的，并在本领域内称为“字符组模式接收机”。这种接收机的说明，例如见S.Rubin等人的“Implementation of ultrafast widely-tunableburst-mode 10Gbit/s transceiver”，Electronics Letters 38(Nov.2002)1462-1463。

促成同步的一种有用的方式，是通过前置于每一光字符组的前同步码字段。这样可使接收机中的同步装置，与发射器每一字符组的比特流同步。一旦已经取得比特同步，字符组开始的定界符字段，它同样是前置于光字符组的，将对描绘该字符组发生作用。

对字符组长度实际上的较低限制，是因不同节点间缺少共同定时而产生的。在各优选实施例中，每一节点从GPS得到它的按日定时，它通常的不确定性为100ns或更小。为了对该不确定性留出余量，两个相邻的字符组，一般分开一段与该不确定性相同量级的保护时间间隔。于是，为获得高的效率，字符组的长度应比该保护时间间隔长得多。另一方面，字符组的长度不宜过长，以免显著增加分组化的延迟。我们已经发现，字符组的长度在数微秒到数十微秒范围，可以提供使用当前可用技术的良好的折衷。

举例来说，光字符组的格式，除可以有一些修改外，最好遵从2001年12月标准文件ITU-T Rec.G.7041.“Generic Framing Procedure(GFP)”中说明的GFP说明书。一种有用的修改，是扩充GFP有效负荷长度字段，以便能容纳较长的有效负荷。另一种有用的修改，是添加一PDU长度字段，以便每一客户的PDU能够在有效负荷内描绘。还有另一种有用的修改，是添加前同步码和字符组开始定界符。

在一个组织光字符组传输的示范性方案中，每一字符组由一个时隙载运。因此，一个时隙总的持续时间，是有效负荷持续时间、保护时间、及额外开销持续时间之和。典型的时隙持续时间，是2-20微秒，这对光信道速率为10Gbps和最小粒度流约为50Mbps，是合适的。许多时隙，通常是150-200个，被封装在重复的周期内。

调度功能的作用，是向始发-目的对指配时隙，使冲突能够避免、时隙利用率最大、和对每一始发-目的对最好保证至少一些极小的传输速率。在本发明的一些示范性实施例中，一种分布的调度程序(DS)支持异步业务，而一种集中的调度程序(CS)则支持同步的业务。为避免DS与CS竞争同一时隙，每一周期最好细分为两个周期-各用于一种业务类型的传输。

有利的做法是，每一DS与给定的目的点相联系，并在那些有信息要向该目的点发送的始发节点间，执行调度。DS考察从源发送的带宽请求，并作为响应，准许在随后的周期中选择时隙。请求和准许的消息在带内发送，即在作为数据信道的同一光信道中发送，而不是在DCN上发送，以便该信息能足够迅速地交换，适应请求的变化。

CS调度同步业务的字符组传输，因为其中客户的PDU是周期地到达的，且对这种传输，连接的带宽是相对地恒定的。因此，CS能够在相对长的时间尺度上，如秒的量级，收集并处理相关信息，如业务需求矩阵。所以，CS能运行非常有效的算法，为始发-目的节点对计算需要的时隙分配。一个这样的算法说明于后。显然，调度程序必须考虑各种节点对之间的传播延迟。

当前感兴趣的调度算法，是根据各字符组间避免冲突的问题，与无关组的图理论概念之间的关系。在图理论中，一组顶点无关组包括无相邻顶点的对，就是说，没有一对顶点是由一条边连接的。把图理论应用于调度问题，是通过在给定时隙内，向从某些节点i到某些节点j的每一可能的传输，指配一个顶点(i，j)。

如果两个顶点(i，j)、(i′，j′)满足邻域条件，则得到的图的两个顶点(i，j)、(i′，j′)是相邻的。如果传输是瞬时的，或如果节点i到节点j的传输延迟d_ij，对所有i和j皆相等，那么，如果i＝i′或如果j＝j′，则邻域条件被满足(除非另一种叙述，包括“或”字)。

把i和i′的等同性作为禁止冲突的处理，是因为每一始发节点，在每时隙中，可以向不多于一个目的节点发送。j和j′的等同性(对i≠i′)，表明如下意义的冲突：不同始发点的发送，在同一时隙到达一共同目的点。

如果对不同的(i，j)，d_ij不同，则邻域条件更为复杂。我们引进时隙指数k，k＝1，...，T，这里T足够大，足以调度当前指定业务需求W_ij的绝大部分或全部。如果从i到j的传输在时隙k开始，对应的顶点现在记以指数(i，j，k)。

对i≠i′，如果顶点(i，j，k)和(i′，j′，k′)有共同的目的点(j＝j′)，并在时隙k，从i发送的字符组，与在时隙k′(k+d_ij＝k′+d_i′j)，从i′发送的字符组，同时到达j，则顶点(i，j，k)和(i′，j′，k′)现在满足邻域条件。按照上面的解释，如果一对顶点有共同的始发点(i＝i′)和共同的开始时隙(k＝k′)，则它们也满足邻域条件。

为下面说明的算法的目的，我们还引进一种顶点性质，我们称之为可行性(feasibility)。如果一个顶点(i，j，k)尚没有字符组在时隙k从节点i被调度，或尚没有指向节点j的字符组被调度，以便在时隙k+d_ij到达，则该顶点(i，j，k)是可行的。第二个另外的条件，是指对k′＝k+d_ij-d_i′j的传输(i′，j，k′)尚没有被调度。

因此，如果字符组能够在时隙k中被调度，而不必害怕被禁止冲突，那么在时间k，节点对(i，j)的可行性指示符取单位值。否则，可行性指示符取零值。可行性指示符用于基本上防止被禁止的冲突。在此意义上，“基本上防止”是指防止一切冲突，但由于定时不准确或延迟测量不准确发生的冲突除外。

应当指出，在把延迟添加到时隙指数时，每一延迟d_ij舍入到下一个更高的完整的时隙单元。

传输的无关组能够在单个时隙内一齐发送，因为按定义，无关传输不会在始发点或在目的点上冲突。将要说明的算法，是在两个要求的目标之间寻找折衷：对每一相继的时隙，发现最大可能的、尚未调度需求的无关组；和在节点对之间，优先取那些仍有最大未调度需求的节点对。

要获得需要的折衷，算法关系到我们这里称为归一化权重(NW)的量。节点对(i，j)在时间k的NW，是该节点对之间未调度的需求D_ij，除以时间k时节点对(i，j)邻域中各节点对的未调度需求之和。

重要的是，这一求和是在时间上和在节点对上进行的。因此，在每一时隙k′，被计数的节点对(i′，j′)，是那些且只有那些与(i，j)相邻、顶点(i′，j′，k′)对之满足可行性条件(作为进一步的要求，不是另外的要求)的节点对(i′，j′)。(就这一方面而言，(i，j)应考虑成它自身邻域的一员)。

NW由下面方程式表示：

${\mathrm{NW}}_{\mathrm{ij}}\left(k\right)=\frac{f_{\mathrm{ij}}\left(k\right)\·D_{\mathrm{ij}}}{\underset{i^{\′}{j}^{\′}{k}^{\′}}{\mathrm{\Σ}}{D}_{i^{\′}{j}^{\′}}\·f_{i^{\′}{j}^{\′}}\left(k^{\′}\right)},$

这里求和仅对(i，j，k)邻域的顶点进行，并且，如果(i′，j′，k′)是可行的，则f_i′j′(k′)等于1，否则等于零。

按照我们的调度算法，我们首先对k∈{1，...，T}，寻找有最大NW的可行的顶点(i^＊，j^＊，k^＊)。我们调度(i^＊，j^＊，k^＊)并把

减去一单位。我们重复同样过程，直至所有需求已经被调度，或直至剩余的顶点没有一个是可行的。

在实际的网络中，最好包括用于维持节点对之间连接的保护方案，以应对链路失效或其他故障。我们设计了一种容易实现的保护方案，下面将说明。可以预料，实施保护方案将使网络性能有所降低。但是，根据现实的业务模型的许多模拟，已经表明，用我们的方案受到的性能惩罚，普遍相对地小。

按照我们的保护方案，任何一对节点对，都被指配两条路径：主路径用于正常运行；在检测到故障时切换至备用路径。通向每一目的节点的该组备用路径，构成与该节点相联系的备用树。虽然目前的讨论假定，向所有节点对提供保护，但当只向这些节点对的一个子集提供保护时，显然可作同样的讨论。

利用主树，任何一种已知的算法可以立刻用于产生备用树。一般说来，最有利的做法，是使每一备用路径与对应的主路径不相交，于是，至少对简单的故障，两条路径中某一时刻只能有一条失效。

实施调度算法，例如以上所述的一个算法，是为了调度主路径和备用路径两条路径。通过用两对节点对(i^p，j^p)和(i^b，j^b)代替每一节点对(i，j)，该两对节点对各有相应的延迟δ_ij ^p和δ_ij ^b(通常主延迟应为较小的延迟)，可以达到这一目标。

在实施调度算法时，按施于主节点对相同的方式，把禁止冲突的要求施于备用节点对。但是，这些禁止冲突的要求，不应施于主路径及其对应的备用路径之间。

在正常的网络运行中，所有需求都在主路径上实现，因此，在主路径与备用路径间，要调度的需求为零。当受影响的节点对检测到失效时，在这些节点对之间的所有需求，将切换至备用路径，并进行相应的调度。

Claims (3)

1.一种光通信方法，包括：

a)产生多个光信号，每个光信号具有指定的持续时间和指定的波长；和

b)从网络的始发节点无源地将每个光信号传送至由信号波长确定的目的节点；

c)所述网络包括至少一个分支点，所述至少一个分支点具有两个或更多输出分支；

d)针对所述多个光信号的至少一个信号，无源地将所述信号传送到它的目的节点，包括将所述信号从所述网络的至少一个分支点，经过由信号波长确定的一个输出分支进行传送；

e)执行所述光信号的产生和传送，使得具有不同信号波长的至少两个不同光信号从共同的始发节点发送至不同的目的节点；以及

所述多个光信号的产生是由调度程序来控制的，所述调度程序被设计为防止具有同一波长但来自不同始发节点的信号同时到达同一目的节点，除了由于定时不准确或延迟测量不准确而导致的同时到达。

2.按照权利要求1的方法，其中至少在一个分支点上，多个具有同一波长的所有离开的信号被合并在一个共同离开的光纤上。

3.按照权利要求1的方法，其中

至少在具有两个或更多输入端口的一个分支点上，多个具有同一波长的所有离开的信号被合并在一个共同离开的光纤上；

具有指定波长的至少一个其他光信号通过输入端口进入所述分支点，并被无源地引导到离开的光纤上；以及

所述波长和所述输入端口相结合地针对所述至少一个其他光信号，确定对于离开的光纤的选择。

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