CN101013990B - 基于固定发送可调谐接收的光突发环网及其节点光路系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于固定发送可调谐接收的光突发环网节点光路系统，包括：解复用器、第一光分路器、光分插复用设备、复用器、光放大器、第二光分路器、可调谐接收器件组和波长变换器。其中，解复用器、第一光分路器、光分插复用设备、复用器顺序连接，第一光分路器分出的另外一路光进入光放大器，光放大器与第二光分路器相连接，第二光分路器与可调谐接收器件组相连接。基于本节点光路结构的光突发交换环形网络可以满足OBS技术的各项应用要求，并能够实现网络广播、故障监测等特殊功能。

Description

基于固定发送可调谐接收的光突发环网及其节点光路系统

技术领域

本发明涉及一种光突发交换环网(OBSRN，Optical Burst SwitchingRing Network)节点光路系统，尤其涉及一种基于固定发送可调谐接收(FTTR，Fixed Transmitter Tunable Receiver)工作模式的光突发交换环网节点光路系统，属于光通信技术领域。

背景技术

随着网络技术的飞速发展，通信业务本身也在发生深刻变化，以Internet为代表的数据业务开始超过传统的语音业务。数据业务本身的自相似性、突发性使得传统的以时分复用为主的光通信技术不再是最佳选择，而数据业务的海量待传信息也使传统网络存在带宽枯竭的危险。

WDM(波分复用)技术的出现为缓解这一压力提供了契机。但是，WDM技术的应用同时也对网络节点的处理速度提出了新的要求。网络节点必须在与传统的网络相当或更少的时间内，完成更多的数据接收、交换、路由以及转发操作。如果继续沿用传统的数据信息与控制信息结合传送、节点处进行光/电/光处理的思路，将使网络节点的处理速率成为整个WDM系统的瓶颈。

为了解决这一问题，旨在减少电域操作的光域交换技术逐渐发展起来。目前，主要的光域交换技术有：光电路交换(OCS，Optical CircuitSwitching)、光分组交换(OPS，Optical Packet Switching)和光突发交换(OBS，Optical Burst Switching)。

OCS技术传输粒度大，技术相对简单、易于实现，但建立和拆除一条通道需要一定的时间，且该时间与其连接的保持时间无关。OPS技术交换粒度小，带宽利用率、延时和适应性等方面性能都比较好，但因其实现机制比较复杂，而且目前光逻辑处理技术不成熟，没有可用的光随机存储器(ORAM)，使得其距离实际应用还有一段距离。OBS是人们近年来提出的新技术。该技术的特点是：通过控制与数据在时间和空间上的分离，控制分组提前发送，并在中间节点经过电信息处理，从而为数据分组预留相应的资源。而数据分组随控制分组之后传送，在中间节点通过预留好的资源直通，无需光/电/光处理。因此，它结合了OCS和OPS技术的优势，同时避免了它们的缺点，具有延时小，带宽利用率高，交换灵活、数据透明、交换容量大等突出的技术优势。

将OBS技术应用于环形网络，就形成了如图1所示的典型OBS环形网络。在单向的OBS环形网络上，每个环形网络节点有对等的结构。OBS环形网络节点的数据利用WDM平台进行传输。在这个网络中，数据信息跟控制信息分离传送。控制信息将在网络中沿环逐跳进行光/电/光方式的处理，而数据信息则从源节点到目的节点之间不做任何处理，完全在光域中完成传送。

OBS环形网络中的典型节点结构如图2所示，它包括电路系统和光路系统。电路系统主要完成外网的数据接入，环形网络端突发数据包的接收，数据的交换，以及突发包的汇聚形成等工作。另外，电路系统还须完成所有控制信息的产生、解析与发送。光路系统则主要完成环形网络上的数据波长上下路，以及控制波长的上下路。光路系统和电路系统通过光/电、电/光系统相连。为了在波长上下路不至于产生冲突，光路系统的上下路必须通过一定的协议进行调度控制。

为了满足OBS技术在环形光网络中的各项应用要求，环形光网络的节点在实现普通光分插复用设备的基本功能之外，还需要实现一些特殊的功能。这些特殊功能包括：

1)可以完成对控制波长的下路，对本节点处理后的控制信息进行上路；

2)可以完成对本节点所需数据波长的下路，但是对外节点的数据波长不做任何处理；

3)可以完成本节点发往外节点的数据波长的上路。

另外，环形光网络的节点光路结构还必须兼顾波长资源的有效利用，是否支持广播，控制协议是否复杂，光器件技术是否支持等诸多因素。

目前，可以用于OBS环形网络中光路结构上下路调度控制的成熟解决方案主要有固定发送固定接收(Fixed Transmitter Fixed Receiver，FTFR)、可调谐发送固定接收(Tunable Transmitter Fixed Receiver，TTFR)、可调谐发送可调谐接收(Tunable Transmitter Tunable Receiver，TTTR)等。但这些方案在实现复杂度、波长利用率，以及是否支持波长广播等方面仍然存在许多不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的光突发交换环网节点光路系统。该节点光路系统特别适合固定发送可调谐接收(Fixed TransmitterTunable Receiver，FTTR)模式，从而有效满足OBS技术在环形光网络中的各项应用要求。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种基于固定发送可调谐接收的光突发环网节点光路系统，具有用于本地控制波长的上路的复用器和用于环形网络上控制波长的下路的解复用器，其特征在于还包括：

第一光分路器，用于环形网络上数据波长的分光；

光分插复用设备，用于本地数据波长的上路；

光放大器，用于放大所述第一光分路器分出来的环形网络上的波长，并均衡环形网络上不均衡的波长功率；

第二光分路器，用于将所述光放大器放大的波长分配到每个可调谐接收器件；

可调谐接收器件组，包括至少一个所述可调谐接收器件；

波长变换器，用于实现本地数据上路时波长的转换；

其中，所述解复用器、第一光分路器、光分插复用设备、复用器顺序连接；所述第一光分路器将环形网络上的光分为两路，其中一路光进入所述光分插复用设备，另外一路光进入所述光放大器；所述光放大器与所述第二光分路器相连接，所述第二光分路器与所述可调谐接收器件组连接；

所述波长变换器与所述光分插复用设备连接，将光信号传递给所述光分插复用设备以实现数据波长的上路，上路的所述数据波长固定。

光突发交换环形网络中各节点的每个上路端口固定分配一个波长，各接收端分别连接所述可调谐接收器件组中的一个可调谐接收器件，所述可调谐接收器件从波分复用波长中选出本节点所需的数据波长。

所述第一光分路器为1分2光分路器，所述第二光分路器为1分m光分路器，其中m为数据波长的下路个数。

所述光分插复用设备为上下路波长固定且上路波长和下路波长相同的光分插复用设备。

所述光分插复用设备滤除环形网络上由本节点发出，环回到本地的已经失效的波长。

一种光突发交换环形网络，其特征在于：

所述光突发交换环形网络中的各节点采用上述基于固定发送可调谐接收模式的光突发交换环形网络节点光路系统。

本发明所提供的光突发交换环形网络节点光路系统可以满足OBS技术在环形光网络中的各项应用要求，并支持网络广播、故障监测等特殊功能。本光路系统能够灵活利用波长资源，网络升级方便，因此是一种比较理想的OBS环形网络节点光路结构。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

图1为一种典型的OBS环形网络系统的示意图。

图2为一种典型的OBS环形网络节点结构的示意图。

图3为本发明所提供的支持FTTR模式的OBS环形网络节点光路系统示意图。

具体实施方式

在综合考虑实现复杂度、波长利用率，以及是否支持波长广播的基础上，本发明所提供的环形网络节点的光路系统特别针对固定波长发送，可调谐波长接收(即FTTR)的模式而专门设计。FTTR模式的基本思想是，让每个网络节点拥有一些固定的本地波长，本地数据承载于其上，耦合到环形网络光纤后，广播到环形网络每一个节点，最后在目的节点利用可调谐接收器件进行波长的选择性下路。而控制目的节点下路哪路波长是由承载于独立于数据波长的控制波长上的控制信息来决定的。也就是说，每一个网络节点的上路端口固定分配一个波长，而在接收端采用可调谐接收器件，从WDM波长中选出本节点所需的数据波长。

为此，如图3所示，本发明所提供的OBS环形网络节点光路系统具体包括如下组件：

一个控制波长λ_c和数据波段的解复用器1(DMUX，Demultiplexer)，用于环形网络上控制波长的下路；

一个1分2光分路器2(Coupler)，用于环形网络上数据波长的分光；

一个上下路波长固定且上路波长和下路波长相同的光分插复用设备3(OADM，Optical Add Drop Multiplexer)，用于本地数据波长的上路，同时滤除环形网络上由本节点发出，环回到本地的已经失效的波长；

一个控制波长λ_c和数据波段的复用器4(MUX，Multiplexer)，用于本地控制波长的上路；

一个功率均衡的光放大器5，它一方面用于放大光分路器分出来的环形网络上的波长，另一方面用来均衡环形网络上已经不均衡的波长功率；

一个1分m光分路器6，将光放大器分出的光波长分配到每个可调谐接收器件进行波长的下路；

一个可调谐接收器件组7，m路数据下路时有m个可调谐器件，所形成的可调谐器件组可以选择除本节点的数据波长外的任何节点的数据波长；

一个波长变换器8(OTU，Optical Transponder Unit)，用于本地数据上路时波长的转换以及功率的均衡。

其中，上述的解复用器1、1分2光分路器2、光分插复用设备3、复用器4顺序连接，1分2光分路器2所分出的另外一路光进入光放大器5，经放大后进入1分m光分路器6，再分别进入包含m个可调谐器件的可调谐接收器件组7中。波长变换器8则将光信号λ_i1～λ_in传送给光分插复用设备3。

在图3中，第i个节点的第n个上路端口的波长记为λ_in，控制信息承载到λ_c波长上。

下面结合对数据波长和控制波长的上路\下路处理，对本OBS环形网络节点光路系统如何支持固定波长发送，可调谐波长接收的工作模式展开详细的说明。

在本OBS环形网络节点的光路系统中，按照OBS技术的要求，控制波长和数据波长是分开处理的。

当环形网络上的WDM波长进入到某一节点后，首先由DMUX1将控制波长下路经过光/电变换后在电域进行处理。控制信号中对本节点有用的信息将被处理，无用的信息将被转发。另外，本节点还有可能产生新的控制信息，所有这些信息都将通过电/光变换后由MUX4统一上路到环形网络。

在去除控制波长的WDM波长只剩下数据波长，前行进入到光分路器2分为两路，其中一路进入光分插复用设备3。由于环形网络中光波至多绕环一周，否则会存在同波长的干扰。因此在光分插复用设备3内环回到节点的本地波长λ_i1，λ_i2…λ_in首先被滤除，分别从光分插复用设备3的下路端口下路，然后本地要发送的数据经波长变换器8后，数据波长被严格规范到ITU-T标准波长上，并且上路功率得到均衡。从波长变换器8发射的波长将被光分插复用设备3上路耦合到环形网络的光纤中。

这里的光分插复用设备3还有一个重要作用在于可以实现故障检测。在现有技术中，虽然也可以通过滤波器和光插入设备的组合实现滤出波长以及数据上路功能，但它们的组合并不能实现故障检测功能。

光分插复用设备3的故障检测功能是与波长变换器8一起配合实现的。具体而言，从光分插复用设备3下路的波长所承载的数据对本节点并无用处，但是，通过判断这些端口的收发光可以判断整个网络的连通性。由于波长变换器8在每个时刻都会有光的上路，因而光分插复用设备的下路端口每时刻都会有光，如果某时刻某一路无光而其余的路上仍有光，则很有可能这一上路端口出现了问题。如果某时刻所有下路端口均无光，则很有可能环形网络已经断开。

在检测到一个发送端口出现问题，而其它的发送端口仍然正常时，可以通过特定的调度机制将本要从出现故障的端口上路的数据倒换到正常端口上上路。这样就避免了大量的丢包。

1分2光分路器2分出的另外一路波长将进入本地波长的接收端，经放大和功率均衡以后被1分m光分路器6均分到各个可调谐器件。每个可调谐器件调谐到某个波长，进行本地数据的接收。如果环形网络中要添加某些节点，只要可调谐接收器件支持，只需更换不同频率的波长变换器以及工作于相应波长的光分插复用设备即可。

因为本光路系统是基于可调谐接收方式，所以可以比较灵活地调度使用波长资源。一个节点发往另一个节点的数据可以承载于本地波长λ_i1，λ_i2…λ_in的任何一个上。另外在接收端，只要可调谐接收器件允许，每个端口可以接收本地外的网络上的所有波长。

在环形网络系统中存在的一个突出问题是功率的不均衡性，现有技术中使用的光放大器并不能有效解决这一问题。

由于每个数据波长上路到环形网络以后，环行一周以后才能被滤除。在此过程中，数据波长每经过一个节点都要经过环路光器件的损耗，以及1分2光分路器2的分光，功率不断降低。所以到达每个节点的功率必定是不均衡的。为了解决这一问题，本发明中使用的光放大器5专门附加了功率均衡功能。

假设环形网络中有N个节点，所有节点的数据波长上路后出本节点时功率为P，且每节点功率衰减相同为的P_a话，则环形网络中的功率可以用一个功率矩阵P表示：

$P=\left(\begin{array}{ccccc}P-(N-1)P_a& P& P-P_a& \·\·\·\·\·\·& P-(N-2)P_a\\ P-(N-2)P_a& P-(N-1)P_a& P& \·\·\·\·\·\·& P-(N-3)P_a\\ & \·\·\·\·\·\·& & \·\·\·\·\·\·& \\ P& P-P_a& P-2P_a& \·\·\·\·\·\·& P-(N-1)P_a\end{array}\right)$

其中p_ij(i，j＝1，2…N)表示第i个节点的波长到第j个节点的进口处的功率。可以看到每个节点到达第j个节点的波长功率p_ij(i＝1，2…N)均不相同，最大功率和最小功率差(N-1)P_a。

可调谐接收器件组7在从一个波长倒换到另一个数据波长时，后端的光/电系统必须确定新的判决阈值。如果两个波长功率相近，判决阈值能够迅速确定，从而减少了数据接收同步时间。有的可调谐接收器件本身就要求输入的所有波长功率尽量一致，因此必须在光进入接收系统之前进行功率放大和功率均衡。这就是在本光路系统中要求所使用的光放大器5具有功率均衡功能的原因所在。

本节点光路系统实现了控制波长和数据波长的上下路，数据波长分立于控制波长进行处理，并且数据波长在整个环形网络中的交换全部在光域中完成，因而完全支持OBS协议在环形网络中的各项应用。

由于在数据上路之后，将会绕环一周才能被滤除。如果环上的每个节点都调谐到这个波长，则环上的所有节点都将接收到此数据。这对实现广播或者组播十分有利。

需要说明的是，如果单纯的OBS协议(如JET，JIT等协议)应用于本环形网络节点光路系统，有可能存在冲突。该冲突来源于接收端口，环形网络上多个节点可能同时要求同一个可调谐接收器件进行调谐接收。为此，在本环形光网络中，可以使用现在已经研究得比较成熟的解决冲突的控制协议，如引入Token的OBS协议等，它们可以很好地解决冲突问题。

以上对本发明所述的基于固定发送可调谐接收的光突发环网节点光路系统进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (6)

1.一种基于固定发送可调谐接收的光突发环网节点光路系统，具有用于本地控制波长的上路的复用器和用于环形网络上控制波长的下路的解复用器，其特征在于还包括：

第一光分路器，用于环形网络上数据波长的分光；

光分插复用设备，用于本地数据波长的上路；

光放大器，用于放大所述第一光分路器分出来的环形网络上的波长，并均衡环形网络上不均衡的波长功率；

第二光分路器，用于将所述光放大器放大的波长分配到每个可调谐接收器件；

可调谐接收器件组，包括至少一个所述可调谐接收器件；

波长变换器，用于实现本地数据上路时波长的转换；

其中，所述解复用器、第一光分路器、光分插复用设备、复用器顺序连接；所述第一光分路器将环形网络上的光分为两路，其中一路光进入所述光分插复用设备，另外一路光进入所述光放大器；所述光放大器与所述第二光分路器相连接，所述第二光分路器与所述可调谐接收器件组连接；

所述波长变换器与所述光分插复用设备连接，将光信号传递给所述光分插复用设备以实现数据波长的上路，上路的所述数据波长固定。

2.如权利要求1所述的光突发环网节点光路系统，其特征在于：

光突发交换环形网络中各节点的每个上路端口固定分配一个波长，各接收端分别连接所述可调谐接收器件组中的一个可调谐接收器件，所述可调谐接收器件从波分复用波长中选出本节点所需的数据波长。

3.如权利要求1所述的光突发环网节点光路系统，其特征在于：

所述第一光分路器为1分2光分路器，所述第二光分路器为1分m光分路器，其中m为数据波长的下路个数。

4.如权利要求1所述的光突发环网节点光路系统，其特征在于：

所述光分插复用设备为上下路波长固定且上路波长和下路波长相同的光分插复用设备。

5.如权利要求4所述的光突发环网节点光路系统，其特征在于：

所述光分插复用设备滤除环形网络上由本节点发出，环回到本地的已经失效的波长。

6.一种光突发交换环形网络，其特征在于：

所述光突发交换环形网络中的各节点采用如权利要求1所述的基于固定发送可调谐接收的光突发环网节点光路系统。

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