CN101208919B - 一种将网络节点模块化改装的方法、网络节点系统及模块化网络节点 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于将网络节点架构模块化地改装为多个潜在节点类型中的一个的功能的系统、装置和方法。该架构包括可配置开关元件、集成光器件、以及允许在该基础架构内改装和配置一种“类型”的节点的多个模块。模块接口可以是光学或电学的，并可被用于使用同一基础架构来构造包括再生器、添加/丢放节点、终端节点、以及多向节点在内的各种不同类型的节点。

Description

一种将网络节点模块化改装的方法、网络节点系统及模块化网络节点

技术领域

本发明一般涉及光联网节点架构和配置，尤其涉及作为光系统内一特定类型的网络节点来工作的架构的模块化改装。

发明背景

光联网技术在今天社会中的重要性是很好理解的。光网络允许横跨非常长的距离以高速率传输大量信息。在光长途或城域环情景中，多个信道或波长被复用在一起并插入到跨度相对较长距离的光纤缆线中。包括多个波长的光信号在光纤电缆内传播直到其到达目的地。在目的地节点对该信号去复用并进一步处理各个波长。

光网络可使用不同类型的波分复用(“WDM”)架构和/或配置来构建。这些网络包括多个光跨度；每个跨度通常具有由节点隔开的多个光链路。这些节点对这多个链路上的话务进行再生成、路由、切换、聚集或其它处理。

图1示出了一个示例性线状或点对点WDM网络架构。该网络包括通过光跨度连接的第一终端节点110和第二终端节点120。终端节点110、120具有WDM接口和支流接口。该光跨度包括诸如双向光放大器130和再生器节点140等多个中间节点并可根据该跨度的设计包括其它节点。由于信号退化，放大器节点在没有任何其它信号纠正的情况下对WDM信号再放大。可包括添加/丢放(add/drop)节点150以对该跨度添加和/或丢放光信道。

发自客户机设备的光或电信号在第一终端节点110处被接收，根据帧生成封装方案被封装、并作为WDM信号被传送到该光跨度。取决于其目的地，该光信号可被中间节点130、140、150放大、切换、或处理直到其到达第二终端节点120或中间添加/丢放节点150。在第二终端节点120处，该客户机信号被从WDM信号去封装并作为光或电信号被递送至不同的客户机设备。

图2示出了一个示例性城域光环状网架构。该城域环包含对该环状网络添加或丢放信道的多个添加/丢放节点210、260、270。例如，第一添加/丢放节点210可丢放信道并使用与节点210耦合的支流接口将该信道发送到客户机设备，由该客 户机设备对被丢放的话务作进一步处理。第一添加/丢放节点210还可将支流信号从客户机设备添加到WDM信号中。

该环还可包括诸如掺饵光纤放大器(“EDFA”)等光学放大器220、230，或使用各种技术再生和修复光信号的再生器节点240、250。城域环内的光跨度通常比长途跨度要短。

图3示出了多环网络，其中副环状网被耦合至主环以允许网络话务在这两个环之间流动。该网络包括用于将副环310连接至主环315的多向传输开关(switching)节点320、330。多向节点320、330提供了两个以上的WDM接口并允许WDM信号的部分被转发至其它WDM接口之一，且还可提供添加/丢放功能。因此，这种多项开关节点在副环310中的站点之间提供切换同时将客户机信号从主环315切换到副环和将客户机信号从副环切换到主环315。通过采用这种多向节点，这种互连的环状和线状拓扑结构能够产生其它不同的拓扑结构。

再生器节点140、240、250接收来自一个节点WDM接口的多波长WDM信号，对信号在传输期间所发生的信号退化和信号畸变进行校正，并将该经过校正的信号转发到另一节点WDM接口以便从该节点进行传输。诸如信号再放大(提升信号电平)、信号整型(将畸变的脉冲形状改为理想的矩形脉冲形状)和信号再定时(去除或减少信号抖动以及脉冲关于时间的位置关系)等信号校正是通过再生器节点140、240、250双向地实现的。

添加/丢放节点150、210、260、270接收多信道光信号并分解该信号以使得该传入WDM信号中的一给定部分穿越过两个不同的节点WDM接口之间的该节点，这称为“东西(East and West)”通信。传入WDM信号的另一部分可在支流接口被丢放并传递到去往客户机设备的一个或多个支流接口。该WDM信号的其余部分可以是发自客户机设备并被添加到穿越该节点的WDM信号的客户机信号。添加/丢放节点可提供被称为信号整饰(grooming)的附加功能，其中传入信号中的部分在与穿越该节点的WDM信号部分组合或复用之前被重新布置到其它传送波长或该波长内的其它时隙。

终端节点110、120包括仅要求单个WDM接口的添加/丢放节点的退化情形。在该节点上，WDM信号在节点的线路端被去复用或复用，并且各单个光信号被提供给它们在其处被连接至客户机设备的支流端或从该支流端被接收。

再生器节点、添加/丢放节点、以及终端节点具有允许各自执行其特定功能的不同架构。这些节点一般被设计和配置成专门作为特定类型的节点来工作。因此， 再生器节点并不容易被再配置成提供添加/丢放功能或终端节点操作。与其相当地，终端节点也不容易被再配置成作为再生器节点工作。

发明概要

本发明提供了一种用于将网络节点架构模块化地改装为多个潜在节点类型中一个类型的功能的系统、装置和方法。该架构包括可配置开关元件，以及多个模块，这些模块潜在地具有允许在基础架构内改装该节点的架构配置的集成的光器件和各种类型的接口。取决于节点架构的设计，开关元件可以是集中式或分布式。模块接口可以是光学的或电学的，并且可被用于使用同一基础架构来构造包括再生器、添加/丢放节点、终端节点、以及多向节点在内的各种不同类型的节点。

提供了接收各种类型的模块以将节点改装为特定架构和功能的基础架构。这各种功能还可通过配置或再配置该基础架构内的普通模块来实现。在一个实施例中，这种基础架构是包括开关元件、底板、以及可在其中插入模块的多个插槽的基础机架架构(base chassis architecture)。这些模块可以是与传输设施网络光接口的光线路模块、与客户机设备电接口或光接口的支流模块、或可被用来改装节点配置的其它类型的模块。

在本发明的各个实施例中，基础架构被设计成标识所插入的模块的类型并关联与该类型相关联的特性。例如，支流线路模块可被基础架构所检测到并且该支流线路模块的各种特性随后被在该节点系统内关联和使用。在其它实施例中，这些模块可在基础架构内被手动设置和/或相应地配置。

在模块被插入到基础架构内后，经过改装的节点架构被配置成作为一特定类型的节点来工作。该配置可包括定义要在其上切换或处理话务的该节点架构内端口之间的路径。该配置过程可自动或手动执行。

该基础机架架构将对缆线或光接口的要求最小化，从而在增强了可靠性的同时得到了更具成本效率的低功耗设计。成本可通过诸如使用集成光电子学等使数字节点更加廉价的其它设计进展来进一步降低。其它优点在于该节点在其实际工作过程中可被实时地动态改装和/配置。该动态改装可包括在不中断服务、停止节点的运行且不干扰该节点内未受影响的路径的情况下将第一类型的节点转换为第二类型的节点。例如，再生节点可被转换为添加/丢放节点，而无需在该转换过程中将该节点关机。

该路径内节点的转换过程不会影响任何WDM传输路径，因为该信号再定向 仅发生在电域内。因此，当路径内的再生器节点上的潜在添加/丢放功能被再配置或改变时不会干扰该WDM路径。这个特征允许在没有将来节点配置的先验知识的情况下在设置添加/丢放电路或再配置该节点之前启动和/或监视一光路径一段时间。

根据附图以及以下具体描述，本发明的其它目的、特征和优点将是显而易见的。

附图简述

将参照其示例在附图中示出的本发明的实施例。这些附图旨在为说明性的，而非限制性的。虽然本发明是在这些实施例的上下文中概述的，应该理解的是，这无意将本发明的范围限制到这些特定实施例。

图1示出了一个示例性点对点网络连接。

图2示出了一个示例性城域环状网络架构。

图3示出了连接主环和副环的一个示例性多向开关架构。

图4示出了根据本发明的各个实施例的模块化添加/丢放节点架构配置。

图5示出了根据本发明的各个实施例的模块化终端节点架构配置。

图6示出了根据本发明的各个实施例的模块化再生节点架构配置。

图7示出了根据本发明的各个实施例的模块化多向开关节点架构配置。

图8示出了根据本发明的各个实施例的另一模块化多向开关节点架构配置。

优选实施例的具体描述

本发明提供了一种用于将网络节点架构模块化地改装为多个潜在节点类型中一个类型的功能的系统、装置和方法。该架构包括可配置开关元件，以及多个模块，这些模块潜在地具有允许在基础架构内改装该节点的架构配置的集成的光器件和各种类型的接口。模块接口可以是光学的或电学的，并且可被用于使用同一基础架构来构造包括再生器、添加/丢放节点、终端节点、以及多向节点在内的各种不同类型的节点。

出于解释目的对以下描述进行阐述从而提供对本发明的理解。然而，本领域的技术人员将认识到，其部分在以下被描述的本发明的实施例可被结合到许多不同的计算系统和设备中。本发明的各实施例可以呈现为硬件、软件或固件。以下在框图中示出的结构是对本发明的示例性实施例的说明，并意在避免使本发明含糊不 清。此外，附图中各组件之间的连接无意被限于直接连接。而是可通过中间组件来修改、重新格式化、或改变这些组件之间的数据。

说明书中对“一个实施例”、“在一个实施例中”或“一实施例”等表示结合该实施例描述的一特定特征、结构、特性或功能被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书中的各个位置出现短语“在一个实施例中”并不一定全部都指一相同实施例。

概述

本发明的各实施例提供了一种本质上是模块化的新传送架构，以允许将网络节点有效且动态地改装为一特定的所需节点配置的灵活性。

在本发明的各实施例中，该节点架构包括具有开关元件和用于接纳各类线路模块的插槽的机架。该模块化节点架构提供了配置上的灵活性，其中节点可被方便地配置为添加/丢放节点、再生器或多向节点、或终端节点。

该架构的模块性允许设计、生产、购买的通用性以及为客户节省成本。可响应于客户要求对该节点添加或移除不同类型的支流接口以及与这些支流接口相关地配置开关元件。例如，开关元件可控制数据的带宽、被提供给每个支流接口的数据的实际类型、和/或数据的特定部分。

各种模块化节点元件可通过诸如光缆或电缆等任何合适的装置来操作地连接。然而，在优选实施例中，各种模块化节点元件是通过使用例如底板等机架结构(以下“基础机架架构”)用位于机架内的开关元件来操作地彼此相互连接。该基础机架架构可将对缆线或光接口的要求最小化，从而得到最具成本效率的低功率设计，同时又增强了可靠性。成本可通过诸如使用集成光电子等使得数字节点更为廉价的其它设计进展来进一步降低。另外，不定数目的机架结构可通过诸如底板等硬件方案或通过光和/或电缆被连接在一起作为该节点架构的一部分。

具有被连接到其它模块化元件的开关元件的新节点架构允许控制元件以集成的方式监控和设置开关元件、WDM接口和支流接口。该架构消除了由于使用不同的控制元件进行故障检测、库存管理、配置以及保护切换所导致的增加的复杂度和较低的可靠性。

在本发明的各实施例中，该模块化节点架构还提供了多个传送节点之间的整饰。如果需要，传入信号在相对的线路接口上可被引导至一不同的波长以及该波长内一潜在地不同时隙内。根据需要，该模块化节点架构还可任意提供支流到支流连接的本地切换或“U型发夹连接(hairpining)”。这各种功能允许模块化节点根 据该特定节点是如何配置的来作为网络内不同类型的节点来运行。

本领域的技术人员将认识到该模块化节点架构允许各种类型的配置和运行。以下是这些配置的示例且无意为限制性。

B.模块化节点配置

图4示出了其中该架构被配置成添加/丢放节点的本发明的一个实施例。添加/丢放节点将信息添加到WDM信号或从其丢放信息；该信息可包含在多个波长中和/或包括时分复用和统计复用格式的波长的多个部分中，并可通过光和电接口两者来传送。开关元件440耦合到多个电线路接口430、445以及连接到客户机设备的多个支流接口435。电线路接口430、445被耦合到取决于特定信号的方向在光域与电域之间转换信号的转换器。多路复用器465、470被提供用于将光信道复用为WDM光信号。去多路复用器410、480被提供用于将WDM信号去复用为光信道。

通过允许将WDM和支流接口线路模块插入在基础机架架构内，该通用节点架构被改装成用作添加/丢放节点。该节点接纳线路模块并将系统配置成在这些模块上接收和发送网络话务。因此，通过在基础机架架构内安装恰当的线路模块并将所创建的系统配置成用作添加/丢放节点，添加/丢放节点被创建。

可在基础机架架构内设置传感器和电路以在模块被插入该机架的特定插槽内时标识该模块的某些特性。例如，当支流接口被插入插槽内时就象这样被检测到，并且该特定模块的特性被系统所标识。一旦模块被插入机架内，该系统就能够被配置成用作某种类型的节点。以下对一示例性添加/丢放节点作更具体的描述。

传输设施光网络内的节点接口410、465、485、490向其提供光信号以及从其接收光信号(I/O信号)，该光信号是跨网络传输的数据流的一部分。或者，传输设施可由利用双向传输方案的单根光线接口组成。节点I/O信号通过N个电-光/光-电接口420、450以及N个电线路接口430、445被电接口到诸如交叉连接440等开关元件。I/O信号通过在N个电线路接口中的对应一个中产生的M个电信号被提供给开关元件。

每个电线路接口430、445将去往/来自电-光/光-电接口420、450的M个电信号封装/去封装，其中数字M为1或大于1。该封装可包括前向纠错(“FEC”)开销的添加和解码以及诸如电子色散补偿等其它信号处理技术来改善信号接收。将串行流转换为M个电信号提供了给定波长的更有效的切换和更有效的复用/去复用，还提供了在子波长层面上的整饰。

图4的节点架构还包括与T个支流接口435之一接口的K个电信号。支流接口435又通过光或电接口将客户机信号L提供给客户机设备。更具体地，支流接口模块435允许电信号K中的少部分被转换为单个客户机接口信号L，即被递送到或获得自不同网络元件或信号处理设备的电或光信号。因此，有S组被提供给支流接口4351到T的K个电信号(例如，K₁到K_S)，这些支流接口将信号通过客户机信号与客户机接口。

支流接口435可用任何适当的装置被操作地连接至开关元件以提供基于客户机的所需应用的灵活性和升级。例如，模块化支流接口435各自可被设计成向开关元件440提供相同数目的信号K以赋予客户机通过简单地向系统添加一个或多个额外的模块化支流接口来增加更多带宽的能力。或者，支流接口435可通过能根据插入来主动确定支流模块的类型的系统接口到开关元件440，上述类型定义了要接口的电信号的数目K。

开关元件440在包括光网络传输设施和客户机在内的不同模块之间切换通信话务。开关元件440定义并提供节点架构内从任意给定源到任意给定目的地的信号路径。这允许每个电信号M从任意电线路接口/信号路由到/自任何其它电线路接口/信号或任意支流接口/信号。

图5示出了根据本发明的一个实施例的模块化架构节点的示例性终端节点配置。该终端节点是通过插入连接至光传输设施的线路模块和插入与客户机设备连接的支流线路模块来改装的。该基础机架架构接纳所插入的模块并且这些模块的特性被定义，并由此起终端节点的作用。在模块被插入后，该架构被配置成通过定义该节点上的端口之间特定网络话务流动的路径来起终端节点的作用。如先前所述的，该配置过程可手动地或自动地执行。

该终端节点通过在一个或多个端口555、560上接收WDM信号来终止该光传输设施。对于传入信号，端口560接收光信号并且去多路复用器545将该WDM信号内的信道分离并使用光电转换器540将信道转换到电域中作进一步处理。电线路接口530将该信号发送到开关元件510，由它将话务切换到耦合至客户机设备的适当支流接口520。

对于传出信号，客户机信号在一个或多个支流接口520上被接收并被传送到开关元件510。开关元件510通过将电信号转发到电光转换器542的电接口530将该话务切换到适当的端口，电光转换器542将电信号转换到光域。光信号通过多路复用器550被复用到WDM信号并通过端口555被发送到传输设施网络。

应当注意的是，取决于终端节点的配置，端口555、560可以是双向端口。

图6示出了根据本发明的一个实施例的模块化架构节点的示例性再生节点配置。在光传输设施网络上传输的再生节点光信号。该再生节点是通过插入与基础机架架构接口的线路插件来改装的，该基础机架架构允许该经过改装的节点被插入在光传输链路内。

WDM信号被接收并通过去多路复用器610去复用为多个信道。这些信道通过光电转换器620被转换到电域中并被提供给电线路接口630，由它再生该电信号并将经过再生的电信号转发到开关元件640，如先前所述的，再生信号包括信号再放大、信号整形、以及信号再定时。

开关元件640将经过再生的电信号发送到另一电线路接口650，由其将信号发送到将信号转换到光域的电光转换器660。多路复用器670将光信道复用为WDM信号并且该WDM信号被进一步发送到光传输设施。

在另一方向上流动的话务将以类似方式来再生。另外，该再生节点上的端口可以是单项或双向的。

图7示出了根据本发明的一个实施例的模块化架构节点的示例性多向开关节点配置。该多向开关节点将两个光环耦合在一起以允许话务在这两个环之间流动。该多向开关节点是通过插入其中部分与第一光环状网络接口而另一部分与第二光环状网络接口的多个线路模块来改装的。还可安装支流接口以在需要时将话务丢放至客户机设备。该节点被配置成定义各个端口之间的路径以使得这些端口之间的话务被正确地处理和切换。多向节点的其它实现可耦合4个以上的接口并可接口到线状、网状以及环网络架构。

多向开关节点包括以多开关方案来配置的P个不同WDM接口(例如，接口到光纤)。该架构通过添加/移除线路/WDM模块化接口块以任意数目P的接口来配置。

光信号从第一光环被丢放并在该节点上的接口被接收。去多路复用器710将该WDM信号去复用为通过光电转换器720转换到电域的多个光信道。这些电信号通过电线路接口730被提供给开关元件750。

开关元件750处理这些电信号并确定该话务是应被切换回到它所源自的那个环、切换到另一环还是通过支流接口740切换到客户机设备。如果该话务被切换到另一个环，则它被发送到另一电线路接口760，由电线路接口760将其转发到将话务转换到光域的电光转换器770。该光信号被复用780为WDM信号并被发送到另 一环。

图8示出了根据本发明的一个实施例使用分布式开关元件结构的该模块化节点的多向配置的另一实现。该模块化架构已经以一个WDM接口和开关结构的部分被一起分组在一个线路模块上的方式被分割。该线路模块可被移除/插入并且该开关连通性可被改变以将该架构转换为诸如添加/丢放节点、再生节点、终端节点等不同的节点类型。因此，可模块化地改装该节点以根据出现的WDM接口的数目升级开关大小和复杂度。

在该特定示例中，4个分布式开关元件810、820、830、840被耦合在一起并各自具有相关联的线路接口组。如图8所示，开关元件810具有第一组850相关联的线路接口，开关元件820具有第二组880相关联的线路接口，开关元件830具有第三组860线路接口，以及开关元件840具有第四组870线路接口。这些分组的接口和开关元件840允许更易于构建和配置大型多向开关节点以及在添加额外的线路模块时更有效率的可升级开关功能。

支流接口也可被集合在提供额外配置的单个可移除模块中。并且，虽然被示为在线路模块的外部，但支流接口自身可以是它们相关联的线路模块的一部分是显而易见的。

本领域的技术人员将认识到对于该模块化节点架构，其它配置也是可用的。具体而言，基础机架架构可被用于接纳各种模块的组合以构建和配置不同类型的联网节点。如上所讨论地，开关元件与其它节点元件之间的连接可通过机架系统的主干来提供。或者，开关互连可通过电或光缆来进行。此外，开关元件可作为单独的节点元件或开关节点元件的组合来提供，在此情形中，电缆或光缆可被用来将开关元件接口到线路接口。一般而言，这里所描述的本发明可利用任何开关元件的网络，如阻塞型或非阻塞型。

出于简明和理解的目的对本发明的上述描述进行了说明。它无意将本发明限于所公开的具体形式。在所附权利要求的范围和等效方案内的各种修改是可能的。

Claims (14)

1.一种能够配置成多个不同架构的模块化网络节点系统，所述系统包括：

基础架构，具有允许多个接口之间的可设置的电连接的开关元件；

多个模块接纳器，用于将所述基础架构内的多个模块电耦合；以及

在所述基础架构中的多个传感器，用于当所述多个模块被耦合到所述基础架构时，标识出所述多个模块中每一个的特性，

其中，在所述基础架构内，能够基于所标识出的模块特性，根据哪些模块在所述多个模块接纳器内被设置和配置来配置包括终端节点、添加/丢放节点、以及再生器节点在内的多个不同节点架构类型，并且其中，所述基础架构在所述配置期间在结构上未被修改。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述基础架构是还包括与多个电线路接口对接的底板的基础机架架构。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，多个光线路模块被插入在所述基础架构内。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，多个电线路模块被插入在所述基础架构内。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述模块化网络节点系统是在至少一个模块被插入所述基础架构内之后由网络操作员来配置的。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，由网络操作员所进行的配置是远程执行的。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述模块化网络节点系统是在至少一个模块已被插入在所述基础架构内之后被自动配置的。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述基础架构包括分布式开关元件。

9.一种用于将网络节点模块化地改装为特定架构配置的方法，所述方法包括：

设置具有允许多个接口之间的可设置的电连接的开关元件的基础架构；

将至少一个模块电连接到所述多个接口内的至少一个接口；

利用位于所述基础架构中的传感器标识所述至少一个模块中的每一个的特性；

基于所标识出的模块特性，将所述基础架构和所述至少一个模块配置为作为一种类型的网络节点来起作用；并且

其中，所述类型的网络节点能够选自包括终端节点配置、添加/丢放节点配置、以及再生器节点配置在内的多个不同的节点架构配置，并且其中，所述基础架构在所述节点架构配置中的任何一个期间在结构上未被修改。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述基础架构还包括耦合与所述至少一个模块相关联的多个电接口的底板。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述至少一个模块包括光耦合到传输设施的一组线路模块和耦合到客户机设备的一组支流模块。

12.一种模块化网络节点，所述节点在其运行期间能够被配置成多个不同节点架构，所述节点包括：

基础架构，具有在多个接口之间切换电信号的开关元件；

多个模块，被耦合到所述多个接口并接收和发送网络话务，并且其中所述多个模块中的至少部分在模块内具有用于在光域和电域之间转换的集成的光器件；

在所述基础架构中的多个传感器，用于当所述多个模块被耦合到所述基础架构时，标识出所述多个模块中每一个的特性，以及

其中，基于所标识出的模块特性，根据包括终端节点架构、添加/丢放节点架构、以及再生器节点架构在内的所述多个模块内是哪些类型的模块，对所述多个不同节点架构进行配置，并且，所述基础架构在与所述多个不同节点架构相关联的配置期间在结构上未被修改。

13.如权利要求12所述的节点，其特征在于，所述集成的光器件是光电子集成电路。

14.如权利要求12所述的节点，其特征在于，还包括将所述多个模块耦合到所述多个接口的底板。