CN101453667A - 数字交叉连接 - Google Patents

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Abstract

数字交叉连接(DXC)(10)包括：多个用来接收/输出信号及进行交换的端口和用来将施加于一个端口的信号选择性地交叉连接到一个或多个其它端口的交换装置。该交叉连接(10)的特征在于，该交换装置(20)包括一单个的交换矩阵，被安排用来能够交换光学数据单元(ODU)。另外或此外，该交换矩阵还被安排用来能够对由光学载波OC－N和/或SDH虚容器VC－3，VC－4的导出的全部同步数字分级(SDH)的同步传输模块STM－N和/或全部SONET的同步传输信号STS－N，和/或如在ITU－T的推荐标准G.707中定义的n＝4，16，64或256的链接的虚容器VC－4－nc，和/或如在Telcordia GR253所定义的n＝3，12，48，192或768的SONET同步传输体系STS－1，STS－nc进行透明地交换。

Description

数字交叉连接
技术领域
本发明涉及数字交叉连接。
背景技术
在国际专利申请WO99/40697中公开了一种数字交叉连接的例子。光学波分多路复用(WDM)环网的首端节点包括内部交叉连接，用于交叉连接与所述环连接的端部节点之间的波长为λi的光学信号。该交叉连接包括光学解复用器，用于将在所述节点接收的WDM光学业务空间分离为相应的光学信号λi。每个光学信号具有各自的收发器，用于将其转换为对应的电信号，以及一个交换矩阵，用于提供面向协议的特定波长，且光学信号被多路复用为WDM信号，并在所述环上传输。该交换矩阵是面向协议的，因此，在SONET/SDH应用中，交换矩阵能够将输入信道中的子信道重新组合和重新影射为输出信道中的子信道时隙中。在ATM应用中，所述交换矩阵被配置为ATM VP交叉连接，而在IP应用中，交换矩阵被配置为IP路由器。  另外在SONET/SDH框架中包含多种业务类型的情况下，还建议为每个业务类型提供相应的交换矩阵，并使用SONET/SDH交换矩阵将不同的业务类型汇聚到它们相关的交换矩阵。
发明内容
按照本发明的第一方面，提供有一数字交叉连接，包括多个用来接收/或输出光学信息信号的光学业务端口，每个端口被配置来接收/输出从多个不同类型选择的一类型光学信息信号(例如STM-N，OC-n，OTM)；和用来选择性地将在一个端口接收的业务信号交叉连接到一个或多个其它端口上的交换装置，该交叉连接的特征在于，所述交换装置包括一个三级Clos体系结构矩阵，并且每个业务端口都包括：用来将在每个端口上接收的光学业务信号转换成相应的第一电信号的装置；用来将该第一电信号转换成内部的帧结构以便由交换矩阵选择性的交叉连接到一个或多个其它端口上的装置；用来将所述的与所述的端口交叉连接的具有帧结构的电信号转换成对应于所述业务端口被配置的业务类型的第二电信号的装置；以及用来将该第二电信号转换成相应的光业务信号以便从该端口输出的装置，其中各种不同类型的光学信息信号都由相同的电交换矩阵交叉连接。所有不同类型的业务信号都被映射其中的内部帧结构的使用就能使一单个交换矩阵交叉连接多个不同类型光学业务信号中的任一个。
有利的是，至少一个光学端口是用来接收/输出光学业务信号，包括光学数据单元(ODU)，并且所述内部帧结构被选择为允许ODU交叉连接。ODU-k可携带SDH，异步传输模式(ATM)，因特网协议(IP)或以太网，如在ITU-T G.709中定义的那样。因此本发明的数字交叉连接(DXC)允许使用一单一的交换矩阵将所有类型的信号映射到该ODU中。例如，无需专用的ATM交换矩阵就可对ATM信元进行交换。交叉连接ODU-k的能力允许在同一交换矩阵中传送SDH/SONET，ATM，IP和以太网信号，而不需要在同一设备中集成不同的交换矩阵。这还允许具有相同的性能参数来监测不同类型的信号(SONET/SDH，ATM，IP和以太网)。因为本发明的DXC允许对新出现的光学传输网络(OTN)的基本信息结构进行交换：如在新出现的ITU-T G.709 Rec.中所定义的光学数据单元(ODU-k)那样；因而可以认为它是等效为ODU-1/2/3或较高的DXC的。
最好是，该端口的至少一个是用来接收/输出光学业务信号，包括同步数字分级(SDH)的同步传输模块STM-N，且所述内部帧结构被选择为允许全部STM-N被透明地交叉连接。优选地，所述内部的帧结构被选择为允许同步数字分级虚容器VC-3，VC-4，和/或如在ITU推荐标准G.707中定义的n＝4，16，64或256的链接的虚容器VC-4-nc的交叉连接。
此外，该交叉连接最好具有至少一个端口用来接收/或输出光学业务信号，包括从光学载波OC-N得出的SONET同步传输信号STS-N，该内部帧结构被选择为允许透明地交叉连接全部STS-N。优选地，所述内部的帧结构被选择为允许如在Telcordia GR253中定义的n＝3，12，48，192和768的SONET同步传输系统STS-1，STS-nc进行交叉连接。
透明交换是在全部的STM-N和/或STS-N信号不对开销字节作任何处理时(即不终止复用段(MS)和再生段(RS)；仅进行非侵入式监测)对全部的STM-N和/或STS-N信号进行交换的能力。
有利的是，该交叉连接还包括用来检查该交换完整性的装置。最好是，该交叉连接包括用来非侵入地监测该被交换的信息信号的装置。
该业务端口还有利地包括用来同步和调整该被交换的信号的装置。
最好是，该交叉连接还包括交换保护装置。
有利的是，该端口的一个或多个被配置来接收/输出光学信息信号，包括光学传输模式(OTM)，所述一个/多个端口还包括用来从该OTM信号中提取光学数据单元(ODU-k)的装置和用来复用和去复用ODU的装置。
此外，该交叉连接最好包括用来提供自动路径设置的装置，它使用了通用的多协议标签交换或信号通道。
除了在VC-4/VC-3水平上的典型的SNCP保护外，该交叉连接还能有利地在ODU水平上进行路径保护。在源(接收)方向该交换矩阵完成1+1的ODU SNCP的ODU的桥接(交叉连接)，而在一漏(输出)方向，该选择就根据对该“工作”和“保护”的ODU的品质来完成该选择。透明交换的STM-N/OC-N的保护同样是以相同概念为基础的：根据品质监测来桥接和选择。
附图说明
现在将只通过举例和借助下述附图来描述本发明：
图1表示一按照本发明的数字交叉连接(DXC)功能块的示意图；
图2表示利用按照本发明的光学交叉连接(OXC)和DXC 4/4/3和4/1的网络层的内部连接；
图3表示利用按照本发明的DXC的网络层的内部连接；
图4表示一按照ETSI的SDH的复用结构；
图5表示一按照Telcordia的SONET的复用结构；
图6表示一按照ITU-T G.709的光学传输网络(OTN)的复用结构。
具体实施方式
参看图1，图中表示一按照本发明的数字交叉连接(DXC)10的示意功能方块图。该DXC 10是用来提供在SDH/SONET和OTN光学通信网络之间的光学业务的交叉连接。该DXC 10包括：电交换矩阵20，用来完成交换功能；5个与交换矩阵20连接的SDH/SONET业务接口端口30-70；3个与交换矩阵20连接的OTN业务接口端口80-100；用来提供DXC的同步，控制和管理的方块110；以及一能与外部设备通信的子系统120，例如能对该DXC进行远距离配置的远距离管理系统。
在图示的实施例中业务接口端口30-70分别是用来接收/输出光学SDH/SONET的STM-1/OC-3，STM-4/OC-12，STM-16/OC-48，STM-64/OC-192和STM-256/OC-768的信号。该业务接口端口80-100是分别用来接收/输出OTN的OTM 0.1(2.5Gbit/s)，OTM0/2(10Gbit/s)和OTM 0.3(40Gbit/s)的光学信号。该DXC对在一个端口上接收的业务信号提供与一个或多个其它的端口的交叉连接。如将会理解的那样，该DXC 10允许在这些业务端口之间进行双向的交叉连接，但为了易于描述这些业务端口30-70此后将被叫作输入端口，而业务端口80-100被叫作输出端口。
每个端口30-100都包括光-电(O/E)转换装置，用于将接收的光信号转换成相应的电信号，在作适当的处理(例如，从OTM-n信号提取ODU-k)之后，该电信号就被该交换矩阵交叉连接。此外每个端口30-100还包括电-光(E/O)转换装置，用来将由与该接口端口交叉连接的信号构成的电信号(例如从ODU-k构成OTM-n)转换成相应的用于输出的光信号。
该交换矩阵20包括三级Clos体系结构，而且它给交叉连接提供8192 STM-1的等效信号的初始能力。
现在将借助在一选择性地与输出端口交叉连接的输入端口上接收的光学信号来描述该DXC的运作。为了实现在SDH VC-n，SONETSTS-n或OTN ODUk水平的交叉连接或STM-n和/或OC-n信号的透明交换，该DXC进行下述动作。动作(a)-(c)分别由输入业务接口实现，  (d)由该交换矩阵实现，而(e)-(g)则由该输出业务端口实现。
(a)  有效负荷信号(PLD)被从在该输入端口上接收的光学信号解调并由O/E转换装置转换成相应的电信号。
(b)  利用帧定位字使该电学信号定位，帧定位字能使该输入端口在电信号内识别每帧的开始。
(c)  视情况而定地(即，取决于端口类型和被交换的业务类型)对该电信号加以处理，并映射(转换)进一由输入端口产生的内部的帧结构中。该内部帧被这样构成，使得能允许在交换矩阵两端的所有可能的业务格式，也就是，如在ITU-T的推荐标准G.707中定义的其中n＝4，16，或64，256的SDH VC3，VC-4，VC-4-nc，如在TelcordiaGR-253中所定义的其中n＝3，12，48或192，768的SONET STS-1，STS-nc，如在ITU-T G.709中所定义的其中的k＝1，2，或3的OTNODUk，其中n＝16，64或256的STM-N，其中n＝48，192，或768的OC-n的传输。该内部帧结构包括多个时隙而且待交叉连接的每种类型的业务格式都使用所定义数目的时隙。
(d)  该交换矩阵通过将该时隙交叉连接到该选择的一个/一些输出端口将信息信号交叉连接到该选择的一个/一些输出端口。
(e)  该输出端口从内部帧提取该交叉连接的业务。
(f)  根据被交叉连接的业务(输入业务)的类型和适合于该输出端口的业务信号(输出业务)的类型，该输出端口实施不同的动作。例如当输入的VC-n信号与SDH的输出信息信号交叉连接时该输出端口就产生该复用段(MS)和再生段(RS)如由ITU-T G.783所定义的那样，而当ODUk的输入业务与输出的OTN业务信号交叉连接时该输出端口就产生光传输单元(OTU)如由ITU-T G.798所定义的那样。根据该输出业务信号类型插入相关的帧定位字。
(g)  最后通过电-光转换装置将该电输出信息信号转换成相应的光学信号。
因为内部帧被这样配置，以致允许传输任何业务信号类型，因此这就能使单一的交换结构交叉连接不同的信息信号。这种不进行任何外部处理就能交换不同类型信号的能力就使本发明的该DXC 10与带有额外的实现对交换信号品质监测的能力的光学交叉连接(OXC)等效，。本发明的DXC将电/数字核心/交换矩阵的好处(例如，较容易的性能监测和故障定位，业务梳理，波长转换，信号再生)和OXC，数据速率的透明性的典型的关键好处融合在一起。
将SONET/SDH，ATM，IP，以太网映射/去映射到ODU的容器中的能力使该DXC 10成为被用作为在该光学主干传输线和通信网络的较低层之间的联结点的主要候选者。图2和图3图示出一些例子，说明该DXC 10如何能被用来链接该光学主干传输线200(国家层的OTN)和通信网络的较低区域210(SDH/SONET)层。在说明的例子中，该区域层次210包括很多的SDH/SONET环网220，而国家层则包括一由互联的光学交叉连接240(OXC)和光学网络节点260(ONN)构成的一网络。如从这些图所理解的那样，该DXC 10可被用来提供在该区域内的环/ONN和国家层次之间的交叉连接，以及各层之间的交叉连接。该DXC的将STM-N和或OC-N映射/去映射到ODU-k的能力，终结它们和在VC-4/VC-3层交叉连接的可能性，都能通过光学交叉连接和被集成进单一交换装置的DXC 4/4/3使该功能性得以实现。
本发明的DXC 10是一多业务的光电(O-E-O)交叉连接，它根据8192 STM-1的等效端口(即1280Gbit/s 512xSTM16)的初始能力(带宽)将拉姆达水平(1ambda level)交换与较低级的颗粒交换两者联合起来。
该DXC提供直射波长(例如，在λ之上的数据)和SDH/SONET的透明交换。按照ITU-T G.709标准(2001年2月批准的)，每个波长都能处理OTM0.k的开销(也叫做数字包裹(Digital Wrapper))和带外的向前误差校正。还可提供STM-16/STM-256和该等效的OC-N信号的透明交换。
SDH管理和出现的通用的多协议标签交换(GMPLS)控制机构两者与各式各样的其它光学的和设备的保护机构包含在一起以便与该SDH层相互配合。
该DXC被配置来完成ITU-T推荐标准G.783，G958，G.784的功能要求。
按照ITU-T推荐标准G.707来构造STM-N信号。该DXC被安排来实现由ETSI ETS 300 147和G.707所说明的复用路线，如图5所表示的那样，以便复用到STM-1至STM-256。此外，如图6所示，该DXC还能支持按照Telcordia的SONET映射。
目前G.709(2000年版)对于各种在标称值2.5Gbit/s出发的各种比特率定义了很多ODU-k(参看图6)。例如ODU-1(这里k＝1)被定义来传输标称的比特率为2.5Gbit/s的信号。同样，ODU-2被定义来传输10Gbit/s的信号，而ODU-3则被定义来传输40Gbit/s的信号。还可将4个ODU-1复用到一单个的光学有效负荷单元OPU-2中或将16个ODU-1复用到一单个OPU-3中。同样也可将4个ODU-2复用到一单个的OPU-3中。因而为了交换该ODU的内容，必须终结输入的ODU并对包含在它的OPU中的基本部分去复用。例如由4个ODU-1构成的输入ODU-2首先去复用为4个ODU-1，然后进行交换。复用和去复用的过程是在80-100到交换结构20的接口上进行的。
在下面描述了对于将4个ODU-1复用到ODU-2中所要求的动作：
1.通过该内部帧的调节机构使该4个输入的ODU-1都适合于一公共的时钟。这个过程对于该有效负荷或加入，或删除数据或填充字节。
2.在交叉连接之后就使该4个ODU-1适合于该ODU-2的比特率并被复用：
●在数据或填充字节对于该输出数据或者被加入或者被删除的地方，输出信号都调整到公共的时钟。
●该调整过程使用了正的/0/负的调整，如在ITU-T G.709中定义的那样。该复用过程可使用比特或字节交错(interleave)。在这过程中，来自待复用的n个信号的每个比特或字节每次交错1个，以便产生聚合信号。这个过程是在输出业务端口上进行的。
在去复用的情形中，ODU-2被终结，利用包含进该OPU2的信息，对ODU-1进行去复用和提取。通过调整机构使ODU-1适配于内部帧。
同样的过程也可应用于所有的ODU复用情形。
在DXC设备中的故障定位是以在线诊断试验为基础的，该在线诊断试验涉及控制，计时，交换功能和内部连接。该DXC设备可完成故障检测和性能特征监测。
内部和外部回路可用于在传输网络和设备之间的故障定位的目的。输入信号的品质在该设备的端口处被连续地监测，并在被处理之后可使相关的数据用于该控制中心以便进行随后的网络性能评价。在信息端口30-100处构造一包含该ODU或STM-N/OC-N信号的内部帧，而且一叫做标记字节的附加字节被插入到重新构造的帧中。该标记字节被用来检查该交叉连接的完整性。
所有的可配置的参数和系统的状态都经由LCT或远程管理系统，通过一专用的通路(Q接口或QECC通道)进行监测和控制。该DXC10可装备上一套双时钟单元，实现对SONET/SDH或ITU-T G.709信号的处理。可提供下述单元作为例子：
STM-256/OC-768/OTM-0.3；
STM-64/OC-192/OTM-0.2；
STM-16/OC-48/OTM-0.1。
千兆位-以太网和其它的数据接口同样可被支持。
对于DXC交换矩阵20子系统的基本功能要求是：
非阻塞：不能满足具体连接要求的可能性为0；
完全的连接性：可以将任何输入连接到每个可用的输出上；
时间序列的完整性(链接有效负荷)：毋需破坏时间顺序的完整性就可对链接的有效负荷进行交换；
交叉连接的有保证的正确性：可保证恰当的业务端口之间的正确交叉连接。
DXC被设计用来以可扩充的方法达到8192 x STM-1的交换能力和在使用中被升级，以便支持直到例如2500Gbit/s(1024xSTM-16)和以上。
本发明的DXC主要打算的应用是通过网络提供通道的自动重新配置。半永久的有时限的连接可以在预编程的命令下实现。一般，都想在外部NMS的控制下或通过新出现的GMPLS(通用的多协议标签交换)机构来提供这些功能。同样还可提供GMPLS的快速复原。由DXC产生的报警和相关的处理都对SDI-I信号时基于ITU-T G.783和G.784要求，和对OTM-N信号是给予ITU-T G.798要求。
由中心控制单元(未画出)将来自每个单元的报警都汇集起来并加以处理，这可实现下述功能：
禁止报警；
指定每种报警的种类(例如紧急，不紧急)；
减少报警(消除相因而生的报警)；
报警优先化：根据其类型和来源给每种报警指派一优先权值；
报警过滤，记录和报告：通过上述的优先权，选择报警的目的地的能力，  (NMS和/或本地报警记录和/或LCT)；操作者将被告知存在报警；驱动设备报警显示和接地。
所有的报警处理功能都可经由NMS或LCT进行配置。在设备内循环本地报警记录可用。报警可由灯/接地指示，送到LCT和送到NMS。提供一些视觉显示来指示报警的设备和在内部故障时受影响的单元。在维修操作中，例如故障定位和测试功能时，通过LCT或NMS该操作者将受到支持。
配置DXC以保证高水平的利用率。因此该设备的所有公共部分，也就是，交换矩阵20，20a，控制110，110a，通信和同步子系统120，120a都是全部双重的(参看图1)。该设备10的功能由报警系统和内建的测试模式进行监测，这就允许在端口30-100之间的交叉连接路径能在服务中被监测而不会以任何方式影响业务。
设备10内的保护单元：对于交换矩阵子系统20为1+1；对于控制，通信和计时单元110，120为Q和QECC管理；对于与周边子机架(sub-rack)的连接和电源为1+1；在端口子机架上和对于控制单元和与交换机连接为1+1。此外，该DXC还包括在每个业务水平(例如，VC-n和STM-N)上都允许网络保护的设备。
除了标准的SDH保护(即，MSP和SNC-P)外，还提供有全部的STM-N信号保护的特点。为了能将本发明的DXC整合进该光学传输网络(OTN)，提供了各式各样的光学保护机构，包括GMPLS快速复原。
将交换矩阵20复制为20a，和检测在该工作交换矩阵上的任何故障并使保护激活。在保护交换矩阵成为激活的地方就可实现无瞬扰切换。产生报警或报告并送到本地或远程管理系统。术语无瞬扰的意思是当保护切过程被激活后在数据中就没有错误引入。故障可能是太高的出错率，连接断开，电源故障等的结果。
本发明的DXC的一个主要特点是实现性能监测的能力，一般是对装备的嵌入“光子”设备的典型的SDH/SONET的性能监测能力。在该SDH帧中存在有很多字节，这些字节提供了关于STM-N/OC-N信号的性能信息(要了解详情请参考ITU-T推荐标准G.707和G.783)。该DXC提供装置来非侵入地监测这些字节(例如，B1，J0，B2，J1，B3等)。性能监测和管理是按照ITU-T推荐标准G.784，G.826，G.828和G.829进行的。
性能管理涉及通过性能数据的产生，性能数据报告和阈值跨越(threshold crossing)报告来控制该性能监测过程的能力。还提供以ODU/OTU字节(如13，709中所定义的那样)为基础的性能监测。
DXC可通过：
对于LCT的F接口(装有UNIX或MS-Windows NT的操作系统和应用软件的个人计算机)；
对于NMS的Q接口；以ITU-T推荐标准，Q.811和Q.812(以前在ITU-T G.773中)为基础；
QECC(来自STM-N接口)，如由ITU-T推荐标准G.784所定义；或
GMPLS(通用的多协议标签交换)机构，
控制和监测。另外该设备10还支持TCP/IP接口。
为了加速在网络两侧的端到端的路径的设定过程，可以使用以GMPLS技术或信号通道为基础的自动技术。通过通信卡(未画出)将设置连接的命令送到交换矩阵。该命令信息可通过GMPLS或信号通道传送。它也可通过通信卡或Q-接口由该网络管理系统送到DXC。
将会理解，本发明的DXC并不限于描述的具体实施例，还可在本发明的范围内进行改变。例如可根据DXC的预期的应用，例如，如在G.709中定义的那样意图用来交叉连接OTM的交叉连接，或STM/OC，或这样的信息的组合，就可使用不同类型的通信信息的接口端口。

Claims (16)

1.一种交叉连接，包括：用于接收/输出光信号的多个端口和用于将一个端口处接收到的信号选择性地交叉连接到至少一个其它端口的开关，所述开关还包括交换矩阵，所述交换矩阵被布置成能够交换至少一种预定类型的光信号。
2.如权利要求1所述的交叉连接，其特征在于，所述光信号包括光学数据单元。
3.如权利要求1所述的交叉连接，其特征在于，所述交换矩阵被布置成能够透明地交换所述光信号，所述光信号包括全部同步数字分级同步传输模块STM-N和由光学载波OC-N导出的全部SONET同步传输信号STS-N的至少其中之一。
4.如权利要求2所述的交叉连接，其特征在于，所述交换矩阵还能够透明地交换全部同步数字分级同步传输模块STM-N和由光学载波OC-N导出的全部SONET同步传输信号STS-N的至少其中之一。
5.如权利要求1所述的交叉连接，其特征在于，所述交换矩阵被布置成能够交换SDH虚容器VC-3、VC-4和在ITU-T推荐标准G.707的至少其中之一中定义的其中n＝4、16、64或256的链接的虚容器VC-4-nc以及在Telcordia GR253中定义的其中n＝3、12、48、192和768的SONET同步传输系统STS-1、STS-nc的至少其中之一。
6.如权利要求1所述的交叉连接，其中每个端口被配置成接收/输出所选择类型的信号，并且每个端口还包括用于将所述选择类型的接收信号转换成由所述交换矩阵将其交叉连接到至少一个其它端口的内部帧结构的第一转换器和用于将与端口交叉连接的所述帧结构转换成适合所述端口类型信号以便从其输出的第二转换器。
7.如权利要求1所述的交叉连接，其中至少一个端口用于接收/输出光信号，并且所述至少一个端口还包括用于将所述光信号转换成相应的电信号以便由所述交换矩阵交叉连接的电转换器和用于将由所述交换矩阵交叉连接到所述端口的电信号转换成相应的光信号的光转换器。
8.如权利要求1所述的交叉连接，还包括用于检查交换的完整性的检验器。
9.如权利要求1所述的交叉连接，还包括用于非侵入地监测被交换信号的监视器。
10.如权利要求1所述的交叉连接，还包括用于同步和调整被交换信号的同步器。
11.如权利要求1所述的交叉连接，还包括开关保护。
12.如权利要求1或4所述的交叉连接，其中至少一个端口用于接收/输出OTM信号，并且所述至少一个端口还包括用于从所述OTM信号中提取ODU-k的提取器和用于复用和去复用ODU的复用器和解复用器。
13.如权利要求1所述的交叉连接，还包括用于提供自动路径设置的装置，所述自动路径设置使用通用多协议标签交换和信令通道的至少其中之一。
14.一种交叉连接信号的方法，包括将在一个端口处接收到的光信号交叉连接到至少一个其他端口，所述方法还包括使用交换矩阵，所述交换矩阵被布置成能够交换至少一种预定类型的光信号。
15.如权利要求14所述的方法，包括从OTM信号中提取ODU-k并且复用和去复用ODU。
16.如权利要求14或15所述的方法，包括自动路径设置，所述自动路径设置使用通用多协议标签交换和信令通道的至少其中之一。
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