CN101548495B - 在没有专用硬件的情况下在dwdm网络中跟踪波长的方法 - Google Patents

Abstract

在一个实施例中，技术提供了用于在DWDM网络中跟踪波长的机制。具体而言，本发明的实施例还提供了在没有用于生成和发出音调的专用硬件的情况下利用DWDM网络中的快速导频音进行连接跟踪。

Description

在没有专用硬件的情况下在DWDM网络中跟踪波长的方法

技术领域

本发明涉及光学系统，并且更具体地涉及用于跟踪通过WDM(波分复用)系统的波长通信信道的系统和方法。 

背景技术

在WDM系统中，具有不同波长的多个光学信号共用光纤，每个波长限定了具体通信信道。WDM系统在实现光学通信方面具有许多优点，这些优点包括增大的容量以及使用无源光学组件来重定向沿光纤流过的全部或者一部分数据的能力。在严格意义上，WDM指的是包括对特定信道波长和这些信道之间的间隔的技术规范的ITU(国际电信联盟)标准。DWDM(密集WDM)指的是更新的ITU标准，其中信道间隔更紧密，并且更多波长信道被装入一条光纤。这里所使用的术语WDM指的是第一种更包含的意义，使得其包括ITU WDM和DWDM标准两者，除非另外特别指明。 

当从源向目的地发送光信号时，连接的端点被确立并且已知。然而，在诸如全球电信网络之类的大型网络中，存在将把数据从源递送到目的地的许多个可能的路径或路由。在任何电信网络中，管理网络以便针对每个连接来跟踪通过网络的路由是关键的。 

跟踪发生在物理区域中，而不依赖于由节点软件或由网络系统管理所维持的数据。因为路由跟踪在维护电信网络的可靠性方面所扮演的关键角色，因此跟踪必须不受配置差错、软件故障以及硬件(交换机)故障的影响。 

通常，帧头部中的信息包含对通信路由中的每一个节点而言是唯一的标识序列，沿着该路由的每个节点将该标识序列附加于帧头部。要识别该路由，仅需提取标识序列。然而，在WDM网络中，WDM硬件不能查看 在波长中编码的帧，这恶化了路由跟踪的问题，因为头部信息不可用。因此，虽然SONET/SDH或G.709帧中的路由跟踪标识可足以检测源至目的地的错误连接，但是其不足以找出通过网络内部的路由。 

在WDM网络中实现路由跟踪的一种传统方式是使用快速导频音机(fast pilot tone)制，其机制和操作在本领域是众所周知的。然而，这种机制需要专用硬件来生成和发出音调(tone)。在对载波信号(即频率低至足以避免干扰信号数据速率(当前是1Gbps和更高)但是高至足以通过放大器和其他网络设备中的自动功率控制回路)进行相对快速调制的情况下，可以跟踪通过WDM网络的路由。遗憾的是，导频音需要专用且昂贵的硬件来生成以及通过网络进行检测。在没有这种专用硬件的情况下，也极难将这种硬件添加到已部署的现有WDM网络。随着使用导频音而产生的另一缺点是光学信号的恶化和抖动的引入。 

所需要的是一种在没有专用硬件的情况下在DWDM网络中跟踪波长的机制。在具有功能灵活性的情况下具有最大光学性能的廉价且灵活的机制是优选的。 

附图说明

通过参考附图详细描述本发明的示例性实施例，本发明的上述和其他的特征和优点将变得愈发明显，在附图中： 

图1图示出根据本发明实施例的示例性简化WDM光学网络； 

图2图示出根据本发明实施例的用于实现网状网络(mesh network)中的节点的代表性网络设备；并且 

图3A和3B图示出根据本发明实施例的启动用于在整个网络中跟踪光学信号的过程的方法。 

具体实施方式

本发明涉及WDM光学网络中的路由跟踪，并且更具体地涉及用于通过光学网络体系结构跟踪路由的机制。 

本发明提供了用于在DWDM网络中跟踪波长的机制。具体而言，本 发明还提供了在没有在DWDM网络中使用快速导频音并且没有用于生成和发出音调的专用硬件的情况下的连接跟踪方法。 

在一个实施例中，本发明包括基于软件的跟踪机制，该机制提供源节点处信号的慢速调制。中间节点使用现有的光电二极管来确定波长路由，从而允许在没有任何专用硬件的情况下跟踪波长。该解决方案基于如下事实：可重构光分插复用器(Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer，ROADM)和其他光学交换机经由专用光电二极管而能够看到每个波长，这样就使得能够实现对实时流量无中断的跟踪解决方案。 

在对本发明实施例的以下描述中，参考了构成本发明一部分的附图，并且在其中通过例示方式示出可用来实现本发明的特定实施例。将会明白，在不脱离本发明范围的情况下可以利用其他实施例并且可以做出改变。 

另外，在对本发明实施例的以下描述中，给出了许多具体细节以提供对本发明实施例的透彻理解。然而本领域技术人员将认识到，在没有这些具体细节中一个或多个或者利用其他方法、组件等的情况下也可以实现本发明。在其他实例中，众所周知的结构或操作未被示出或详细描述以避免遮蔽本发明实施例的各方面。在可能的情况下，在整个附图中将使用相同的标号来指示相同或相似的组件。 

现在参考图1，其图示出包括节点A-P的示例性简化WDM光学网络。在该网络中，虽然节点A-P被组织为网状网络，但是本发明可以容易地适用于环状网络。与节点相连的用户以光学信号的形式通过网络向其他节点处的其他用户发送用户数据。这些节点之一(例如节点D)可以充当控制网络操作的网络管理服务器。例如，网络管理服务器可以是思科传输管理器(Cisco Transport Manager，CTM)，这是业界最先进的光传输域管理器并且可从本发明的受让者思科系统公司购买到。CTM优选包括元件管理系统(EMS)，该系统帮助电信公司管理诸如DWDM、SONET和SDH网络元件之类的多样技术。 

对于延伸数百乃至数千公里的光学网络而言，光放大器(未示出)校正任何信号衰减并且位于每个节点处以增强信号强度。在正常操作中，自 动增益控制(AGC)保证光学放大器正确地放大光学信号。这些放大后的信号然后被通过网络发送并且被通过节点从源节点引导至目的地节点。 

存在着不频繁但是麻烦的光学信号错误传输问题，使得来自源节点的光学信号不到达目的地。这是跟踪从源节点到目的地节点的波长路径的一个原因，因为一旦发生波长误导就快速识别波长被误导处的节点以使得可以校正该问题，这一点是关键的。 

图2示出用于实现网状网络100的节点的代表性网络设备200。为与节点相连的每个链路提供网络接口202。每个网络接口202结合必要的光学接口组件，这些组件包括适当的激光器和光电二极管、用于恢复数字数据流并且用于将数字数据调制到所传输信号上的电路，以及用于将光学数据流映射到例如OC-48信号并且用于将光学数据流从例如OC-48信号解映射的适当电路。 

由网络接口202接收和发送的各数据信号被交叉连接(cross-connect)204互连。交叉连接204可以将接收到的数据信号连接到任何所需的所发送光学信号。交叉连接204可以(但是优选不)需要光-电-光转换来完成互连。在一个实施例中，交叉连接204包括MEMs交叉连接，其接受光学输入信号、在输出处发送光学信号之前分插(add and drop)所选择的波长。在该实施例中，交叉连接不需要光学信号被从光域转换到电域然后转换回光域。交叉连接204的交叉连接状态通过处理器206来配置。在一些实施例中，处理器206可以是数字信号处理器，在本领域中常称作DSP。处理器206的功能可以在多个处理器之间分配或者可以全部或部分通过诸如FPGA、ASIC等的集成电路来实现。注意到，在一些实施例中，光学交叉互联204可以完全在光学层工作，而无需将波长转换为电的和转换回来。 

处理器206还接收和生成开销信息，开销信息可被与各数据信号以及总OC-48信号包括在一起。处理器206控制信令和交换操作以实现本发明的实施例。处理器206执行将被存储在诸如存储器208之类的计算机可读存储介质中的软件。可以保存供处理器206执行的指令的存储介质的其他示例例如包括固定存储装置210或可移动存储装置212，其中的任一个可 以包括一个或多个CD-ROM、DVD-ROM、软盘或通过因特网接收到的信号等。通过总线214示出的一个或多个总线结构使组件202-212以电的方式连接。 

处理器206实现了基于软件的跟踪机制，该机制提供源节点处信号的慢速调制。中间节点使用其现有的光电二极管来确定波长被路由到哪里，从而允许系统在没有任何新硬件的情况下跟踪波长，这是因为诸如ROADM之类的光交换机和其他这种光交换机经由专用光电二极管而能够看到每个波长。 

本发明被实现在物理域中，而不依赖于在管理系统或节点软件中保持的数据，并且不受错误配置、软件故障以及硬件(交换机)故障的影响。本发明特别适合于DWDM网络，其中SONET或G.709帧中的路径跟踪ID可足以检测端到端错误连接但是无法检测网络中的局部错误，因为当前的DWDM技术不提供DWDM机构的如下能力，即查看在波长中编码的数字数据的能力。因此，本发明提供了对源节点处的跟踪信号提供慢速调制的基于软件的跟踪机制，而非需要对每个室内服务连接、服务的每个入口(ingress)和出口(egress)端点和在一打或更多中间分插节点中的每一个节点处进行手动配置。中间节点使用现有的光电二极管来获取信号并且将检测到的信息传递给EMS或者CP。EMS然后确定波长路由，从而允许在没有任何专用硬件的情况下跟踪波长。 

图3A和3B图示出根据本发明实施例的用于通过网络跟踪光学信号的方法。具体而言，如在302处所指示，(用户生成的或是自动的)触发到达以启动整个网络中对波的跟踪。 

在304处，CTM上的元件管理系统(EMS)或控制平面(CP)协调沿着期望连接路径的端点。EMS通过远程和集中的网络元件来降低操作的复杂度，从而为光传输网络提供网络元件管理功能。EMS可以包括操作功能，例如配置管理、故障管理、性能管理和安全管理功能。 

在306处，源节点接收通过诸如可变光衰减器(VOA)或者其他可以递增性地调节穿过其中的光信号的功率的设备之类的入口设备生成慢速“音调”的请求。在308处，EMS或者CP然后请求沿着路径的节点冻结 其自动功率控制(APC)机制以允许音调通过。在310，慢速音调可以通过嵌入在沿着路径的一个或多个复用/解复用设备中的光电二极管被检测到，这些复用/解复用设备例如是静态复用器、ROADM或波长路由器。优选地，音调将在卡上通过交换机的100ms轮询时间考虑在内。 

在312处，EMS/CP询问每个站点处的出口复用器以识别信道的连接。在解析该信息之后，EMS确定信号是否在正确方向上行进，如314处所指示，并且确定下一节点是否是目的地节点，如316处所指示。如果信号尚未到达目的地但是在正确方向上行进，那么过程在下一节点处重复，如在310-312处所指示。然而，如果波长在错误方向上行进——从而识别到故障，如318处所指示，适当的警告可被生成以通知网络管理员。

一旦跟踪过程如320处所指示完成，就如322处所指示在所有节点处恢复APC，直到下一跟踪被启动为止。 

注意到，APC的临时冻结对波长路由的成功确定而言是关键的。还注意到，使唯一标识符与进入网络的每个光学连接相关联以便跟踪错误连接是有用的。 

可以通过引入信道键的概念来扩展该方法的能力。具体而言，唯一标识符被专用于网络中的每个光学连接以便跟踪错误连接。 

在本发明的一个实施例中，使唯一频率与每个连接相关联，以使得随后可以基于波长来辨别每个连接。注意到，有必要使不同频率与在同一波长上承载的多个连接相关联，然而可以在不同波长上重复使用频率。波长/频率耦合充当信道标识符。因为频率是模拟信号，因此其充当模拟键。然而将认识到，模拟键实现起来较复杂并且不容易扩展。 

在本发明的另一个实施例中，提供了数字信号键。根据该实施例，数字键包括用于每个信道的比特流。当导频音被激活时(这暗示着端到端电路跟踪不正确并且/或者错误连接已被识别出)，数字信道键被包在消息中，这简化了对键的检测。优选地，消息可以通过波长同步或者异步地周期性发送。 

消息包括锁定接收器的前同步码，并且数字信道键充当唯一信道标识符。优选地，入口节点在再次发送键之前应当等待。 

数字信道键的长度通常是工程决定，其取决于网络大小以及应用。一般而言，诸如四、八、十六等的选定数目的比特可以构成键。例如，利用8比特键可以标识多达256个唯一信号，而利用16位键可以唯一地标识多于65,000个信道。因此，数字信道键所具有的一个显著优点由易于扩展带来。 

前同步码锁定接收器(远端)侧并且不需要对频率的精确控制。这与模拟键实施例形成对比，数字信道键仅需要一个频率来承载信息，而非增大或减小频率来承载信息。 

消息返回与网络本身的操作有关而非与由网络提供给网络用户的服务有关的网络使用数据。 

根据本发明实施例，提供了基于软件的波长跟踪机制，其不需要专用的导频音硬件并且可以结合现有的放大器和MUX/DMX/ROADM/WR设备工作。更确切地说，音调基于对载波信号的慢速调制，并且其检测需要冻结功率控制调节。有利地，尽管现有技术需要网络的额外硬件并且因而难于实现，但是本发明不需要任何这种额外硬件并且可以作为软件升级而实现。本发明特别适用于在网络中不包括集成高速导频音的光学网络。 

虽然已经针对本发明的特定实施例讨论了本发明，但是这些实施例仅仅是例示本发明而非限制本发明。虽然特定协议已被用于描述实施例，但是其他实施例可以使用其他传输协议或标准。可以使用任何适合的编程语言来实现本发明的例程，这些编程语言包括C、C++、Java、汇编语言等。可以采用不同的编程技术，例如过程化的和面向对象的。例程可以在单独一个处理装置或多个处理器上运行。尽管步骤、操作或计算可以以特定顺序呈现，但这种顺序可以在不同的实施例中进行改变。在某些实施例中，在本说明中以先后顺序示出的操作可以同时执行。这里描述的操作次序可以被中断、挂起、或者由另一个处理(例如操作系统、内核等)控制。例程可以在操作系统环境中或作为占据系统处理全部或实质性部分的独立例程运行。 

在本文的描述中，提供了许多特定细节(例如部件和/或方法的示例)，以便提供对本发明的实施例的彻底理解。但是，相关领域的技术人 员将认识到本发明的实施例可以在没有一个或多个所述特定细节的情况下进行实施，或者使用其它设备、系统、组件、方法、部件、材料、零件等进行实施。在其它实例中，众所周知的结构、材料或操作没有特别地详细示出或描述，以避免遮蔽本发明实施例的各方面。 

贯穿本说明始终所提及的“一个实施例”、“实施例”或“特定实施例”意味着联系实施例进行描述的具体特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中，但不一定包括在所有的实施例中。这样，在整个本说明书的不同地方分别出现的“在一个实施例中”、“在实施例中”或“在特定实施例中”这些词语不一定指同一实施例。此外，本发明的特定实施例的具体特征、结构或特性可以以任何适合的方式与一个或多个其它实施例合并。应该理解，根据本文的教导，本文描述和图示的本发明实施例的其它变体和修改是可以实现的，并且应认为是本发明的精神和范围的一部分。 

另外，本发明实施例的至少一些组件可以通过如下方式实现：使用被编程的通用数字计算机；通过使用专用集成电路、可编程逻辑装置、现场可编程门阵列；或使用互连组件和电路的网络。连接可以是有线的、无线的、通过调制解调器的，等等。 

还将认识到，在附图中描述的一个或多个元件也可以用更分散的或更集中的方式来实现，或者甚至在某些情况下去掉或设为不可操作，这可根据具体应用中是否有用来设置。 

另外，在附图中的任何信号箭头应当仅仅认为是示例性的，而不是限制性的，除非另有特别的说明。部件的组合也应被认为是已经提到了的，其中预见到所使用的术语使得其分离或者组合的能力是不清楚的。 

在本文说明书和整个权利要求书中，所使用的“一种”和“所述”包括多个引用，除非所述内容明确表示为其它含义。此外，如本文说明书和整个权利要求书所用，“在......中”的含义包括“在......中”和“在......上”，除非所述内容明确表示为其它含义。 

上述对本发明示例性实施例的描述(包括摘要中所描述的内容)并非旨在详尽无遗或者将本发明局限于本文所公开的确切形式。虽然仅仅为了 示例性的目的在本文中描述本发明的特定实施例以及用于本发明的示例，但是在本发明的精神和范围内，各种等同形式的修改都是可能的，如相关领域中的技术人员将认识和理解的那样。如同上文指示的那样，根据前面对本发明的示例性实施例的描述，可以对本发明进行这些修改，并且这些修改被包括在本发明的精神和范围之内。 

因此，虽然本文就本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是修改、各种改变、和替代的范围应当包括在前面的公开内容中，并且，应该理解，在一些实例中，在不脱离所阐述的本发明的范围和精神的情况下，可以利用本发明的实施例的一些特征，而无需对应地使用其它特征。因此，虽然上面的描述提供了对本发明优选实施例的充分和完整的公开，但是各种修改、可替代构造和等同物对本领域技术人员而言将会是显而易见的。因而本发明的范围仅受所附权利要求书的界限限制。 

Claims (21)

1.一种具有多个互连节点的波分复用WDM网络，这些节点彼此之间沿着波长路径发送数据，所述节点中的至少一部分具有在正常操作时在自动功率和增益控制下操作的一个或多个光学放大器，所述WDM网络包括沿着该WDM网络中的发送节点和接收节点之间的预期路由的至少一个节点，其中所述至少一个节点适用于暂停其自动功率控制机制以允许载波信号上的慢速音调通过，并且检测所述载波信号上的慢速音调，所述慢速音调指示出波长的路由信息。

2.如权利要求1所述的WDM网络，其中，所述慢速音调包括信道键。

3.如权利要求2所述的WDM网络，其中，所检测到的信道键使得所述至少一个节点返回与所述网络本身的操作有关而非与由所述网络提供给所述网络的用户的服务有关的网络使用数据。

4.如权利要求1所述的WDM网络，其中，所述多个互连节点中的至少一部分还适用于暂停自动功率控制。

5.一种具有多个互连节点的波分复用WDM网络，这些节点彼此之间沿着波长路径发送数据，所述节点中的至少一些具有在正常操作时在自动功率和增益控制下操作的一个或多个光学放大器，所述WDM网络包括：

适用于向该WDM网络中的接收节点发送光学信号的发送节点，该发送节点还包括用于生成载波信号上的慢速音调并且用于将所述载波信号与所述光学信号中的至少一个相结合的机构，所述慢速音调指示出波长的路由信息；以及

沿着所述WDM网络中的所述发送节点和所述接收节点之间的预期路由的至少一个节点，其中所述至少一个节点被配置为暂停其自动功率控制机制以允许所述慢速音调通过，并且检测所述慢速音调。

6.如权利要求5所述的WDM网络，其中，所述慢速音调包括数字信道键。

7.如权利要求6所述的WDM网络，其中，所检测到的信道键使得至少一个中间节点向网络管理节点发送与所述网络本身的操作有关而非与由所述网络提供给所述网络的用户的服务有关的网络使用数据。

8.在具有多个互连节点的波分复用WDM网络中，这些节点彼此之间沿着波长路径发送数据，至少一个中间节点具有在正常操作时在自动功率和增益控制下操作的一个或多个光学放大器，方法包括：

在所述至少一个中间节点处暂停自动功率控制以允许载波信号上的慢速音调通过，所述慢速音调指示所选择波长的路由信息；

在所述至少一个中间节点处检测所述载波信号上的慢速音调；以及

提供所述路由信息，以使得能够对沿着发送节点和接收节点之间的波长路径的所述所选择波长进行跟踪。

9.如权利要求8所述的方法，还包括接收启动触发以启动整个所述网络中的波长跟踪。

10.如权利要求8所述的方法，还包括向管理设备发送所述路由信息以便识别波长路径。

11.在具有多个互连节点的波分复用WDM网络中，这些节点彼此之间沿着波长路径发送数据，至少一个中间节点具有在正常操作时在自动功率和增益控制下操作的一个或多个光学放大器，方法包括：

请求在所述至少一个中间节点处暂停自动功率控制以允许载波信号上的慢速音调通过所述至少一个中间节点；

生成慢速音调，以生成所选择波长的路由信息；以及

将所述慢速音调与载波信号相结合，以使得能够对在发送节点和接收节点之间的所选择波长进行跟踪。

12.如权利要求11所述的方法，其中，所述慢速音调是由入口可变光衰减器生成的。

13.如权利要求11所述的方法，还包括询问出口设备以确定所述所选择波长的路由路径。

14.如权利要求13所述的方法，还包括确定所述所选择波长是否是沿着正确路径来路由的。

15.如权利要求13所述的方法，还包括：

确定所述所选择波长是否是沿着错误路径来路由的；以及

识别局部故障。

16.如权利要求11所述的方法，还包括在所述所选择波长到达所述接收节点时恢复自动功率控制。

17.在具有多个节点的波分复用WDM网络中，这些节点彼此之间沿着波长路径发送用户数据，所述WDM网络能够对从第一节点到第二节点的波长路径进行跟踪，一种由所述多个节点中的至少一个执行的方法包括：

使得沿着第一波长路径的光学放大器解除自动功率控制以允许载波信号上的慢速音调通过；

检测所述波长路径的经调制光学信号；所述经调制光学信号被调制到所述慢速音调上，以确定所述多个节点中的至少一个是否在所述波长路径中；以及

在通过所述WDM网络跟踪到所述波长路径之后，使得所述光学放大器恢复在自动功率控制下放大用户数据的正常操作。

18.如权利要求17所述的方法，还包括接收触发信号以启动整个所述网络中的波长跟踪。

19.如权利要求17所述的方法，还包括确定所述多个节点中的至少一个是否与沿着第一和第二节点之间的所述波长路径的另一个中间节点相连。

20.如权利要求17所述的方法，还包括：

确定所述多个节点中的至少一个是否与沿着第一和第二节点之间的所述波长路径的另一个中间节点不相连；以及

识别所述波长路径中的故障。

21.在具有多个互连节点的波分复用WDM网络中，所述节点彼此之间沿着波长路径发送用户数据，一种被配置为对通过所述网络的波长进行跟踪的装置包括：

用于在第一节点处利用慢速音调来调制所述波长路径的光学信号的装置；

用于解除沿着所述波长路径的光学放大器处的自动功率控制以使得所述慢速音调与所述信号一起通过所述光学放大器的装置；以及

用于在沿着所述波长路径的每个节点处顺序地检测所述慢速音调并且确定所述节点是否与沿着所述波长路径的下一节点相连以由此通过所述WDM网络跟踪所述波长路径的装置。

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