CN101466053B - 一种实现光网络节点的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种实现光网络节点的装置和方法，装置包括：多个输入端口、波长排序阵列、方向选择阵列、无阻变换阵列和多个输出端口；所述输入端口用于：将来自对应输入方向的光信号分波为多路单波长光信号；所述波长排序阵列用于：将所述单波长光信号按照预定顺序进行排列；所述方向选择阵列用于：为排列后的每路所述单波长光信号指配输出方向；所述无阻变换阵列用于：对指配为同一输出方向的多个所述单波长光信号进行波长变换，形成波长按顺序排列的同一输出方向的多个单波长光信号；所述输出端口用于：对所述波长按顺序排列的同一输出方向的多个单波长光信号进行合波，并输出。本发明实现了光波长的无阻传输，提高了端口的通用性。

Description

一种实现光网络节点的装置和方法

技术领域

本发明涉及光通信领域中波分复用光网络的光交换、光路由，尤其涉及一种实现光网络节点的装置和方法。

背景技术

近年来，由于以IP(Internet Protocol，因特网协议)为代表的数据业务以每6-9月翻一番的速度爆炸式发展，这对传输带宽产生了巨大的需求，DWDM(DenseWavelength-Division Multiplexing，密集波分复用)技术的广泛采用为网络提供了丰富的带宽资源，但同时也使得网络交换节点成为网络发展的瓶颈。为此，众多的设备制造商及组织提出了OXC(Optical Cross Connects，光交叉连接)和ROADM(Reconfigurable Optical Add Drop Multiplexe，可重构型光分插复用)等多种解决方案，以消除节点瓶颈，实现大容量、多业务融合、智能化的光传送网络。

目前在光交叉网络中应用的比较多的OXC设备光路结构如附图1所示，它由N个复用器、N个解复用器和N个(N×K)×(N×K)光开关组成。该OXC有N个输入/输出端口和(N×K)个上/下路端口，能够从每条线路上/下路K个波长信号。

可以说开关矩阵是OXC设备的核心器件，目前性能较好的光开光是机械光开关，但其难以大规模集成，固态波导光开关(例如热光开关)易于集成，开关速度较快，但插入损耗较大，偏振相关特性、隔离度都不如机械光开关；最有前途的是基于MEMS(Micro Electronic Mechanical System，微电子机械系统)技术的光开光矩阵，易于集成，适宜于制造大规模开关矩阵，在规模方面，采用2D结构的MEMS光开关已有64×64的商用产品。

附图2给出了基于WSS(Wavelengh Selective Switch，波长选择开关)模块实现多维ROADM的光网络结构图。图中使用了2N个WSS模块构成了一个N×N的可重构的上下路光网络。对于图中左半边的WSS模块，都是一入多出的结构，入光为来自1～N方向的合波入光，出光有本地下路光和N个方向的指配出光，在WSS模块中实现了合波入光按指配方向进行了分组。同理右边的WSS模块为多入一出的结构，收集来自各个方向的分组入光，再加上本地上路合波后向同一方向出光。其WSS器件成本昂贵，初装费用高，且内部端口连接复杂，维护成本高。另外采用ROADM系统构成光网络和使用小规模光开关矩阵一样不能实现完全的无阻传输，即不能实现波长变换，端口通用性差。

在实现本发明技术方案的过程中，发现传统的OXC和ROADM光交叉网络需要进一步解决的问题是：

1)波长在交叉矩阵中不能实现完全的无阻传输，即不能实现波长变换，端口通用性差；

2)通过小规模光开关阵列和WSS器件搭建系统集成度低，连纤复杂，可维护性差，不适合组建大规模的全光网络路由；

3)光开关和WSS模块插损大，信号容易出现劣化。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种实现光网络节点的装置和方法，能实现无阻塞、大容量光交换网络，解决现有技术不能实现完全的无阻传输的技术问题。

为了实现上述目的，一方面，提供了一种实现光网络节点的装置，包括：多个输入端口、波长排序阵列、方向选择阵列、无阻变换阵列和多个输出端口；

每个所述输入端口对应一个输入方向，所述输入端口用于：将来自对应输入方向的光信号分波为多路单波长光信号，并将所述单波长光信号发送给所述波长排序阵列；

所述波长排序阵列，用于：将所述单波长光信号按照预定顺序进行排列，并将排列后的所述单波长光信号发送给所述方向选择阵列；

所述方向选择阵列，用于：为排列后的每路所述单波长光信号指配输出方向；

所述无阻变换阵列，用于：对指配为同一输出方向的多个所述单波长光信号进行波长变换，形成波长按顺序排列的同一输出方向的多个单波长光信号；

每个所述输出端口对应一个输出方向，所述输出端口用于：对所述波长按顺序排列的同一输出方向的多个单波长光信号进行合波，并输出。

优选地，上述的装置中，每个所述输入端口都包括有光解复用器。

优选地，上述的装置中，所述波长排序阵列包括有M个N×N光开关，M为所述输入端口的个数，N为每个输入方向的光信号分波出的所述单波长光信号的个数。

优选地，上述的装置中，所述方向选择阵列包括：N个M×M光开关。

优选地，上述的装置中，所述无阻变换阵列包括：M组固定波长转换器，每组固定波长转换器包含的固定波长转换器的个数为N。

优选地，上述的装置中，所述预定顺序为按照波长号和/或输出方向所获得的顺序。

优选地，上述的装置中，所述多个输入端口、波长排序阵列、方向选择阵列、无阻变换阵列和多个输出端口之间的连接均为单模光纤连接。

本发明的另一个方面，提供一种实现光网络节点的方法，包括：

使每个输入端口对应一个输入方向，所述输入端口将来自对应输入方向的光信号分波为多路单波长光信号，并将所述单波长光信号发送给波长排序阵列；

所述波长排序阵列将所述单波长光信号按照预定顺序进行排列，并将排列后的所述单波长光信号发送给方向选择阵列；

所述方向选择阵列为排列后的每路所述单波长光信号指配输出方向；

无阻变换阵列对指配为同一输出方向的多个所述单波长光信号进行波长变换，形成波长按顺序排列的同一输出方向的多个单波长光信号；

使每个所述输出端口对应一个输出方向，所述输出端口对所述波长按顺序排列的同一输出方向的多个单波长光信号进行合波，并输出。

优选地，上述的方法中，所述预定顺序为按照波长号和/或输出方向所获得的顺序。

本发明实施例至少存在以下技术效果：

1)实现了光波长的无阻传输，来自不同方向的相同波长承载的业务经过波长转换后能在同一方向输出，提高了端口的通用性；

2)通过分级光交叉矩阵实现多维大规模的光交叉连接，在现有技术条件下具有很高的实用性；

3)实现任意业务到任意波长、任意端口的指配，提高了波长指配和端口连接的灵活性；

4)使用固定波长转换器与光开关矩阵的结合，达到全波段连续可调谐波长转换器相近的性能，同时大大降低了可调谐波长转换器增加的搭建系统的成本；

5)信号在经过光交叉矩阵后接入光波长变换器，能对信号进行整形再生提高信号质量。

附图说明

图1是典型的OXC设备光路结构示意图；

图2是由2N个WSS构成的N×N多维ROADM系统结构图；

图3为本发明提供的等效无阻大规模光网络节点装置的示意图；

图4是本发明提供的光网络节点装置的具体结构图；

图5是本发明方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对具体实施例进行详细描述。

本发明为了克服使用现有OXC和ROADM技术构建大规模光交换网络存在的一些弊端，提出了一种全新的使用光交叉矩阵和固定波长转换器搭建无阻塞、大容量的光交换网络的节点装置。

图3给出了一种等效无阻大规模光网络装置的结构示意图。如图，本发明装置主要包括业务输入分波模块110(包括多个输入端口，每个输入端口对应一个输入方向)、波长排序阵列120、方向选择阵列130、无阻变换阵列140和业务合波输出模块150(包括多个输出端口，每个输出端口对应一个输出方向)。为了描述的方便本实施例只画出了单个方向的业务流向，各个模块之间的连接关系如下：M个方向的复用段光纤链路首先都经过分波器进行分波，每个方向分为N个波长，总共M×N路光波长输入到M个N×N光开关组成的波长排序矩阵，按一定的算法对每个输入方向的波长进行交叉排序。排序好后的波长输入到方向选择交叉阵列指配输出方向，每个方向的光波长都输入到对应的一组N个固定波长转换器进行波长的重组，最后相同方向的输出波长经过合波器后输出。

所述的光网络节点装置中各解复用器和光交叉矩阵的连接、光交叉矩阵和波长转换器及波长转换器和复用器的连接均通过单模光纤。并且示意图中略去了光放大器和色散补偿单元等和本发明关系不大的光器件模块。

可见，本发明装置主要对单波长光通道进行了排序、方向选择和波长变换，从而实现了业务波长经过两级光开关矩阵后的等效无阻传输，其具有以下优势：

其一：通过两个光交叉矩阵分级实现了多维大规模光网络拓扑下对业务波长的指配；

其二：通过固定波长转换器实现光波长的重组，把相同输出方向的光波长进行波长的排序；

其三：光波长排序交叉矩阵和方向选择交叉矩阵实现了波长的指配，固定波长转换器实现了波长的重组，组合在一起实现了波长(业务)的无阻传输。

图4是本发明提供的光网络节点装置的具体结构图，本发明实现无阻传输及波长变换的工作原理将结合图4详细说明。

目前光传输主光通道采用的比较多的是C波段40波合分波器，在光网络规划中8维的拓扑比较常见，所以本实施例采用了(8×40)×(40×8)即320×320端口规模的光交叉矩阵(其他维的拓扑实施例的实现方式相同)。实施例图中没有画出上下路的端口，如果本网络节点上下路的端口分别为K和L路，则光交叉矩阵模块为(320+K)×(320+L)端口规模。

8方向：分别为A方向、B方向、......H方向，其中A方向有A方向输入、A方向输出，B～H同样。

A～H方向的输入光信号为λ1～λ40的复用光信号，经过ODU(光解复用器)410成为λ1、λ2…λ40单波信号，输入波长排序交叉阵列。

8×(40×40)波长排序交叉阵列：由8个40×40光开关420构成，每个光开关420对应A～H 8个方向中的一个。40×40光开关输出口与波长选择交叉矩阵中的8×8光开关连接。

如图4所示，第一个40×40光开关的出口1～40分别连接到40个8×8光开关的第一个输入端口，第二个40×40光开关的出口1～40分别连接到所有8×8光开关的第二个输入端口，依此类推直至第八个40×40光开关。

40×(8×8)方向选择交叉阵列：由40个8×8光开关430构成。

参考图4，第一个8×8光开关的出口1～8分别连接到每组波长转换阵列的第一个波长转换器，第二个8×8光开关的出口1～8分别连接到每组波长转换阵列的第二个波长转换器，依此类推直至第40个8×8光开关。

8×40波长转换阵列：由8组波长转换阵列构成，每组有40个FOTU 440，按顺序固定波长输出λ1、λ2、......λ40。每组波长转换器的输出接入40波OMU(光复用器)450在一个方向合波输出。

ODU1、ODU2：将复用的信号按照波长分别从相应的端口解复用输出，即将复用在一根光纤上的λ1、λ2、......λ40的光信号，分解到ODU1(或ODU2)的各个波长端口输出，每端口输出某个特定波长的光信号。

本实施例装置实现波长交叉的工作原理如下：

首先，通过40×40光开关把每个方向输入的40波进行波长的交叉排序。可以按波长号和输出方向进行排序(有多种类似的波长排序方法，下面仅仅举一例说明，不排除还有其它的算法，关于波长排序的算法不在本发明中展开)，在方向A输出的波长排在40×40光开关输出端口的最前面。举例说明：40波中波长λ1、λ2、λ6、λ20、λ40所承载的业务需要在方向A输出，那么这五个波长就排在第一个40×40光开关输出端口的1～5，接下来排需要在方向B输出的波长…对于第二个40×40光开关在方向B输出的波长排在最前，然后是C向输出的…最后排A向输出波长。

这样，对于方向选择交叉矩阵中的8×8光开关输入波长就确定了，然后就可以根据各个波长的输出方向进行光开关的交叉指配。输入到第一到第五个8×8光开关输入端口1的λ1、λ2、λ6、λ20、λ40波长在各个8×8光开关只需直通配置到输出端口1就可以到达在第一组波长转换器。如果不是在8×8光开关端口1输入的需要在A方向输出的波长就要在8×8光开关进行交叉配置使在8×8光开关的输出端口1输出。

然后，在波长转换器进行波长的转换，还是以λ1、λ2、λ6、λ20、λ40波长为例，它们输入到波长转换器1～5，将转换为固定波长λ1、λ2、λ3、λ4、λ5。最后通过合波器在方向A输出。

最后，还要对端口进行检查，有可能按照排序算法会出现方向选择交叉矩阵中的8×8光开关的输出端口已经被占用的情况，例如方向A输入的波长λ1已经在第一个8×8光开关通过输入端口1直通到输出端口1，如果出现在输入端口8的波长λ2也要在在A方向输出，但输出端口1已经被占用，这时就需要调整波长排序交叉阵列的排序算法，把输入端口8的波长λ2指配到输出端口1空闲的8×8光开关中。

本实施例装置实现无阻传输的工作原理举例如下：

如果A、B输入方向的λ1波长业务都要从A方向输出，则可以通过以下方法实现无阻传输。

A输入方向的λ1业务波长通过40×40、8×8光开关后进入第一组的第一个FOTU，波长变换后波长还是λ1，在方向A输出。

B输入方向的λ1业务波长通过40×40、8×8光开关后按照算法指配到第一组的第5个FOTU，波长变换后为波长λ5，在方向A输出。

实现A、B输入方向的λ1波长业务都从A方向输出，这在传统的OXC矩阵和ROADM网络中是不能实现不同输入方向相同业务波长的无阻传输的。

在实际指配中，需要进行网络波长的整体调度，建立一套优化的排序指配算法，在本发明中不再展开。

对应以上装置，本发明实施例还提供了一种实现光网络节点的方法，包括：

步骤501，使每个输入端口对应一个输入方向，所述输入端口将来自对应输入方向的光信号分波为多路单波长光信号，并将所述单波长光信号发送给波长排序阵列；

步骤502，所述波长排序阵列将所述单波长光信号按照预定顺序进行排列，并将排列后的所述单波长光信号发送给方向选择阵列；

步骤503，所述方向选择阵列为排列后的每路所述单波长光信号指配输出方向；

步骤504，无阻变换阵列对指配为同一输出方向的多个所述单波长光信号进行波长变换，形成波长按顺序排列的同一输出方向的多个单波长光信号；

步骤505，使每个所述输出端口对应一个输出方向，所述输出端口对所述波长按顺序排列的同一输出方向的多个单波长光信号进行合波，并输出。

由上可知，本发明实施例至少存在以下优势：

1)实现了光波长的无阻传输，来自不同方向的相同波长承载的业务经过波长转换后能在同一方向输出，提高了端口的通用性；

2)通过分级光交叉矩阵实现多维大规模的光交叉连接，在现有技术条件下具有很高的实用性；

3)实现任意业务到任意波长、任意端口的指配，提高了波长指配和端口连接的灵活性；

4)使用固定波长转换器与光开关矩阵的结合，达到全波段连续可调谐波长转换器相近的性能，同时大大降低了可调谐波长转换器增加的搭建系统的成本；

5)信号在经过光交叉矩阵后接入光波长变换器，能对信号进行整形再生提高信号质量。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种实现光网络节点的装置，其特征在于，包括：多个输入端口、波长排序阵列、方向选择阵列、无阻变换阵列和多个输出端口；

每个所述输入端口对应一个输入方向，所述输入端口用于：将来自对应输入方向的光信号分波为多路单波长光信号，并将所述单波长光信号发送给所述波长排序阵列；

所述波长排序阵列，用于：将所述单波长光信号按照预定顺序进行排列，并将排列后的所述单波长光信号发送给所述方向选择阵列；所述预定顺序为按照波长号和/或输出方向所获得的顺序；

所述方向选择阵列，用于：为排列后的每路所述单波长光信号指配输出方向；

所述无阻变换阵列，用于：对指配为同一输出方向的多个所述单波长光信号进行波长变换，形成波长按顺序排列的同一输出方向的多个单波长光信号；

每个所述输出端口对应一个输出方向，所述输出端口用于：对所述波长按顺序排列的同一输出方向的多个单波长光信号进行合波，并输出。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每个所述输入端口都包括有光解复用器。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述波长排序阵列包括有M个N×N光开关，M为所述输入端口的个数，N为每个输入方向的光信号分波出的所述单波长光信号的个数。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述方向选择阵列包括：N个M×M光开关。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述无阻变换阵列包括：M组固定波长转换器，每组固定波长转换器包含的固定波长转换器的个数为N。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个输入端口、波长排序阵列、方向选择阵列、无阻变换阵列和多个输出端口之间的连接均为单模光纤连接。

7.一种实现光网络节点的方法，其特征在于，包括：

使每个输入端口对应一个输入方向，所述输入端口将来自对应输入方向的光信号分波为多路单波长光信号，并将所述单波长光信号发送给波长排序阵列；

所述波长排序阵列将所述单波长光信号按照预定顺序进行排列，并将排列后的所述单波长光信号发送给方向选择阵列；所述预定顺序为按照波长号和/或输出方向所获得的顺序；

所述方向选择阵列为排列后的每路所述单波长光信号指配输出方向；

无阻变换阵列对指配为同一输出方向的多个所述单波长光信号进行波长变换，形成波长按顺序排列的同一输出方向的多个单波长光信号；

使每个输出端口对应一个输出方向，所述输出端口对所述波长按顺序排列的同一输出方向的多个单波长光信号进行合波，并输出。

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