CN101589322B - 用于光网络的混合开关 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于实现从第一光纤到第二光纤的切换的光开关和切换系统，包括第一大型切换组件和第二小型切换组件。第一大型切换组件被配置成在第二光纤和第二小型切换组件之间建立交叉连接。然后，第二小型切换组件可以被配置成在建立交叉连接之后选择该交叉连接，由此确保从第一光纤到第二光纤的迅速切换，而与第一大型切换组件的速度无关。

Description

用于光网络的混合开关

背景技术

光网络包括通过光纤链路的网络耦合的各种光开关或节点。光网络的故障或缺陷可能由许多事件或原因引起，包括损坏或切断的光纤，或者设备故障。由于光纤实际上可以安装在任何位置，包括地下、地上或水下，因此它们通过各种方式和现象遭受损坏。光纤和光设备可能通过例如，闪电、火灾、自然灾害、交通事故、挖掘、建筑事故等被损坏或切断。

由于光纤携载远大于用于传送电子远程通信信号的铜线的信息量，因此当与铜线的损失相比时，光纤的损失可能引起多得多的用户中断。例如，诸如携载波分复用(WDM)信号的光链路的单个光链路的损失可能导致数十万个电话呼叫和计算机数据传输的损失。另外，数十个光纤可以在单个线缆或导线管中被路由，实质上增加了与被损坏的线缆或导线管相关联的损失的风险。

为了减少光网络故障的负面影响，在布置和配置中提供了光网络拓扑，诸如网状或环状拓扑，使得远程通信业务可以使用多个光链路横越该光网络。这允许这样的光网络被重新配置成绕过网络故障点路由。光网络可以包括工作链路或路径和备用链路或路径，所述备用链路或路径可以用于协助光网络恢复。由于光网络携载大量的数据或带宽，因此识别光网络故障的位置所花费的时间量，以及然后重新配置该光网络所花费的时间量，可能导致损失大量的远程通信业务。特别地，如果不是有效地或最优化地完成，则光网络的重新配置可能导致其他远程通信业务的损失。

已知的恢复技术和方法通常被设计成恢复在电子域而非在光域中操作的远程通信网络，而在光域中恢复通讯网络提出了附加挑战。不幸地，在电子域中的切换和恢复尽管是快速的，但是导致了光纤资源的相当数量的浪费，因为整个光链路从服务中被移除，即使是在仅需要维护一小部分光纤的情况下。

另一技术包括使用中央控制和数据库对网络建模，监视网络操作，并且响应于故障而将指令传送到在网络中的每个节点或光开关。不幸地，随着光纤计数和网络带宽要求的增加，在光域中有效切换信号的能力被显著地降低。

附图说明

附图并入本说明书并且构成本说明书的一部分，图示了本发明的一个或多个示例性实施例，并且附图连同描述一起解释了本发明。在附图中：

图1是图示其中可以实现与此处描述的示例性实施例相一致的系统和方法的示例性通信系统100的框图；

图2是概念性地图示包括许多工作光纤的光纤线缆的高数据速率光跨接(span)的框图；

图3图示了如图2所示的高数据速率光跨接的一个示例性实现；

图4a-4c是图示被配置成包括混合切换组件的光纤节点的示例性框图；以及

图5a和5b是图示用于触发图3和4的混合开关的切换的行波触发器的示例性实施例的框图。

具体实施方式

以下与本发明相一致的实现的详细描述参考附图。在不同附图中的相同的附图标记可以表示相同或相似的元件。而且，以下详细描述并不限制本发明。相反地，本发明的范围由权利要求及等同物来限定。

与此处描述的方面相一致的系统和方法提供了一种用于使得在需要的停机时间或其他维护的情况下能够从工作光纤迅速切换到备份光纤的的混合光开关。在一个实现中，例如，较慢的大型开关和较快的小型开关的组合可以用于实现切换。

示例性架构

图1是图示其中可以实现与此处描述的示例性实施例相一致的系统和方法的示例性通信系统100的框图。通信系统100可以包括通过链路104和106连接在一起的多个站点102a、102b、102c、102d和102e。链路104和106可以使用电子线缆、卫星、无线或微波信号或者光连接来实现，并且可以在站点之间延伸数十或数百英里。通过这些链路，通信系统100携载站点102a-102e之间的数据信号以有效地互连数据设备108、110、112、114和116(例如，计算机、远程终端、服务器等)。在光纤链路的情况下，每个链路可以被配置成使用已知的WDM技术提供许多高速(例如，10Gbps)连接。连接两个站点的一个或多个链路104和106被统称为跨接118。

跨接118常常包括多个平行的链路以增加工作和备用容量。如上文讨论的，为了防止由于光纤链路或其他设备故障引起的数据损失，通常在站点之间添加冗余的备用链路，目的在于，它们通常不携载数据业务，但是在部分网络故障而影响工作链路的情况下可用作替代路由。如果网络检测到链路故障，诸如光纤故障、线缆切断、或者发射机/接收机节点故障，则可以自动地将业务从故障链路切换到可用的备用链路。

图2是概念性地图示包括四个工作光纤202a-202d的光纤线缆的高数据速率光跨接200的框图。跨接200可以包括许多发射线路终端(LTE)204a-204d、许多光放大器206a-206h、上游开关、下游开关210、许多接收LTE 212a-212d、和备份光纤214。根据下述实施例，在光放大器206之间的光纤长度可以被称为节点。通过针对每个节点并入上游和下游开关208和210，业务可以在光域中从需要维护的工作光纤(例如，光纤202a-202d中的一个光纤)切换到备份光纤214。尽管图2中仅图示了三个工作光纤202a-202c和一个备份光纤202d，但是应当理解，根据此处描述的实施例可以切换任何适当数目的光纤。

图3图示了高数据速率光跨接的一个示例性实现。在图3中，给定站点A通过由两个光纤302和304组成的跨接(跨接A-B)连接到另一站点B。另外，每个跨接可以包括上游和下游数字交叉连接开关(DCS)312和313；发射LTE 314和315；光放大器316、317、318和319；上游混合开关320；备份光纤322；下游混合开关324；接收LTE 326和327；和控制器350。

两个电子数据信号经由输入328和330呈现在站点A处。在正常操作中，这些信号可以通过网络跨接携载并且在站点B处分别复原为电子信号输出332和334。例如，这些数据信号可以是STM-64同步数据信号，每个信号以约10Gbps或者与128,000个电话质量语音信道等同的速率负载数字数据。如上文简要提及的，每个光纤302和304可以被配置成使用不同的波长携载多个信号。

在站点A处，呈现在输入328处的信号进入DCS 312，并且在正常条件下表现为沿连接329的电子信号。在连接329处的信号进入LTE314，该LTE 314被显示成包括光发射机340，诸如半导体激光器。由发射机340发射的光可以由沿连接329进入的电子数据信号波分复用，以在光纤302上递送调制的光输出信号。

如图所示，光纤长度302可以包括数个光放大器316和318，以有利于光纤的长距离长度。在引入WDM之前，现有的光网络每60至100公里需要分立的电子再生器。在每个光纤上的业务将从光域转换到电子域，并且然后被再生成用于下一个跨接。相反地，光放大器316和318可以重新放大在光域中的WDM光纤上的所有信道，而不需要解复用、转换到电子域以及单独地处理所包括的信号。在一个实现中，光放大器316和318可以大致每1000公里左右被分隔。尽管对于每个光纤302和304仅公开了一对光放大器(即，光放大器316、317、318和319)，但是应当注意，可以支持任何数目的光放大器以有利于从站点A到站点B的光信号的传送。根据此处描述的示例性实施例，每个光放大器可以被连接到上游和下游混合开关，以在停电或需要维护的情况下有利于从工作光纤到备份光纤的切换。

在正常操作中，每个光信号将通过上游混合开关320，沿光纤302，通过下游混合开关324前进到位于站点B处的接收LTE 326。接收LTE326可以包括用于接收来自光纤302的光信号并且输出其电子版本的接收机342。在一个实现中，接收机342可以包括光电二极管。在所图示的实现中，接收机342被显示成接收LTE 326的一部分，该LTE 326放大和调节信号，以在输出344处提供可靠的电子重现。

尽管上文仅参考光纤302进行了描述，但是可以相似地处理沿光纤304的业务，呈现在输入330处的电子数据信号从DCS 312通过连接331，经由发射机341通过发射LTE 315，通过光放大器317、上游混合开关320、光纤304、下游混合开关324、光放大器319、经由接收机343通过接收LTE 327，传送到输出端口345。

在正常操作下，上游和下游混合开关320和324简单地将光纤302和304的上游部分连接到光纤302和304的下游部分，以分别完成输入328和330到输出332和334的端到端连接。

在图3中，光纤302和304被称为工作光纤，因为当所有网络元件适当地起作用时它们都携载数据业务。相反地，光纤322可以被称为备用或备份光纤，因为它仅在工作光纤302和304或者相关联的LTE314、315、326和327中的一个出故障的情况下才携载数据业务。在正常环境下，备份光纤322不携载光数据信号。应当理解，尽管图3中仅公开了两个工作光纤302和304，但是该数目仅是示例性的并且仅出于简要和简单的目的而提供。真实世界的光纤网络可以根据网络要求，针对每个备份光纤并入显著更高数目的工作光纤。另外，真实世界的光纤网络可以并入不止一个备份光纤。

当需要对工作光纤302和304中的一个维护时，混合开关320和324将数据业务切换到备份光纤322上。例如，如果光纤302需要维护，则上游混合开关320可以将来自光放大器316的输出连接到备份光纤322。同时，下游混合开关324可以将备份光纤322连接到光放大器318的输入。该切换动作在针对工作光纤302的维护期间中恢复了在输入328和输出332之间的端到端连接性。下文另外详细地阐述与上游和下游混合开关320和324的配置有关的细节。

通过在光域中的光放大器之间提供高速切换，在需要将工作光纤302或304解除运转的情况下，可以实现针对备份光纤322的迅速切换。

为了成功执行备份光纤切换，控制器350可以被配置成引导上游混合开关320和下游混合开关324以将光放大器316或317的输出切换到备份光纤322。如下文将另外详细描述的，可以在没有控制器引导的情况下完成下游混合开关324的最终切换，使得可以将在切换时由于在光纤302或304中“捕获”的数据导致的损失最小化。更具体地，下游混合开关324的最终切换可以通过使用如下所述的光检测技术直接响应于上游混合开关320的切换而执行。控制器350可以包括嵌入式微处理器、计算机、工作站、或者用于控制上游混合开关320的切换的其他类型的处理器。

图4a-4c是图示在切换的多种阶段中分别位于光放大器316和318以及317和319之间的光纤302和304的节点的框图。如图4a所示，上游混合开关320可以包括分别与工作光纤302和304相关联的两个小型切换组件405a和405b。上游混合开关320还可以包括位于小型切换组件405a和405b的下游的大型切换组件410。相似地，下游混合开关324可以包括大型切换组件415以及小型切换组件420a和420b。

在一个实现中，小型切换组件405a可以包括快速开关，所述快速开关被配置成将来自光放大器316的输出从两个输入中的一个切换到大型切换组件410。在一个示例性实现中，小型切换组件405a-405b和420a-420b可以包括能够在约20微秒内切换输出的2×2光开关。

大型切换组件410可以包括能够在大量的输出端口之间切换大量的输入信号的N×N开关，其中N可以是10和1000之间的数。在一个示例性实现中，大型切换组件410和415可以包括能够在约20毫秒内切换输入的320×320光开关。如图所示，大型切换组件410可以输出到工作光纤302和304或者备份光纤322。

本质上，大型切换组件410比小型切换组件405a和405b明显更慢地完成它的切换功能。由于该因素，单独使用大型切换组件实现在工作光纤302和304中的一个和备份光纤322之间的切换将导致不可接受的数据损失。同时，由于每个工作光纤将需要基于一对一地或者可能二对一地与备份光纤相关联，因此仅使用小型开关执行备份将导致在光网络中的数百或数千个备份光纤的部署和构造。对于成功的光网络配置而言这些替换方案均不现实。

不同于这些方法，所描述的混合开关对320和324在不需要部署大量的备份光纤的情况下使得能够快速切换到备份光纤。如图4b所示，一旦接收到来自控制器350(未示出)的将工作光纤302切换到备份光纤322的命令，则大型切换组件410可以在来自与备份光纤302相关联的小型切换组件405a的第二输出之间建立光交叉连接425。

在配置大型切换组件410之后，可以将备份光纤322配置成接收来自小型切换组件405a的输出。相似地，下游的大型切换组件415可以被配置成在备份光纤322和与小型切换组件420a相关联的第二输出之间建立光交叉连接430。在一个示例性实现中，交叉连接425和430的成功配置可以由测试设备435监视，以确保信号将在切换之后适当路由。

在分别配置在上游和下游大型切换组件410和415中的交叉连接425和430期间，工作光纤302可以继续经由先前建立的小型切换组件405a中的交叉连接440和小型切换组件420a中的交叉连接445以及大型切换组件410中的交叉连接450和大型切换组件415中的交叉连接455来传送数据。

一旦已经建立了交叉连接425和430的配置，则可以执行从工作光纤302到备份光纤322的切换。如图4c所示，在光纤302和备份光纤322之间的切换可以通过使小型切换组件405a在与工作光纤302相关联的第一输出和与交叉连接425相关联的第二输出之间切换而实现。由于先前已经建立交叉连接425，因此小型切换组件405的切换使得来自光放大器316的输出能够到达备份光纤322。

在下游侧，小型切换组件420b可以以各种方式触发。在一个实现中，控制器350(未示出)可以触发小型切换组件420b的切换。然而，由于在触发小型切换组件405a时出现在光纤302中的光“数据”应当在小型切换组件420b的切换之前由光放大器318接收，因此控制器350可能需要考虑与在光放大器316和318之间的光纤节点长度相关的传输延迟以及其他因素。

在另一实现中，行波同步可以用于触发小型切换组件420a。图5a是图示用于触发小型切换组件420a从第一输入切换到第二输入的行波触发器500的一个示例性实施例的框图。如图所示，触发器500可以包括开关控制505、光抽头510和光电检测器515。

在操作中，光抽头510可以被配置成将小型切换组件420a的输出经由光抽头510连接到光电检测器515。一旦小型切换组件405a已经实现了光纤302的上游端的切换，则在光纤302中传送的光将停止。光电检测器515可以监视小型切换组件420a的输出以确定该情况何时发生。在一个实现中，光电检测器515可以包括光电二极管。一旦光电检测器515观察到光损失，则指示该情况的信号可以被发送到开关控制505。然后，开关控制505可以进而实现小型切换组件420a从与工作光纤302相关联的第一输入到与备份光纤322相关联的第二输入的切换。

在又一实现中，行波同步的相反的原理可以用于触发小型切换组件420a。图5b是图示用于触发小型切换组件420a从第一输入切换到第二输入的行波触发器520的另一示例性实施例。如图所示，触发器520可以包括开关控制525、光抽头530和光电检测器535。然而，不同于将抽头安置在小型切换组件420a的下游，抽头530可以被安置在大型切换组件415的下游和小型切换组件420a的上游。

一旦小型切换组件405a已经实现了在光纤302的上游端针对备份光纤322的切换，则在光纤322中传送的光将开始。光电检测器535可以经由抽头520监视与备份光纤322相关联的大型切换组件415的输出，以确定光何时呈现在备份光纤322上。一旦光电检测器535观察到在该输出处呈现光，则指示该情况的信号可以被发送到开关控制525。然后，开关控制525可以进而实现小型切换组件420a从与工作光纤302相关联的第一输入到与备份光纤322相关联的第二输入的切换。

通过使用在工作光纤302中的光缺失或者在备份光纤322中的光呈现，触发器505和520可以以最小的延迟和在工作光纤302上先前传送的数据的零损失，执行小型切换组件420a的切换。更具体地，不仅消除了先前传送的数据的损失，而且可以在与小型切换组件405a(T1)+小型切换组件420a(T2)+开关控制505或525的处理(Tp)的切换时间相一致的时间量中完成从工作光纤302到备份光纤322的切换。

结论

与此处描述的方面相一致的实现使得能够从工作光纤迅速并有效切换到备份光纤。更具体地，在一个实现中，较慢的大型光开关和较快的小型光开关的组合可以用于实现切换。此外，行波同步技术可以用于减少切换延迟和数据损失。

前面的本发明的示例性实施例的描述提供了说明和描述，但是并不意在穷举或者将本发明限于所公开的确切形式。修改和变化鉴于以上教导是可行的，或者可以从实践本发明而获得。

对于本领域的普通技术人员将显而易见的是，在附图中图示的实现中，如上所述的本发明的特征可以以硬件、软件或者固件的许多不同的形式实现。用于实现所描述的特征的实际的硬件或控制软件不是本发明的限制。因此，在没有参考具体的硬件或控制软件的情况下描述了这些特征的操作和行为，应当理解，本领域的普通技术人员将能够基于此处的描述设计用于实现这些方面的硬件和软件。

而且，本发明的特定部分可以被实现为执行一个或多个功能的“逻辑”。该逻辑可以包括诸如专用集成电路或现场可编程门阵列的硬件、软件、或者硬件和软件的组合。

除非明确地如此描述，否则本申请的描述中使用的元件、动作或指令不应当被解释为对于本发明是关键的或必要的。而且，如此处所使用的，不加数量词限定的项意在包括一个或多个项。在仅意在包括一个项的情况下，使用术语“一个”或相似的语言。而且，除非另外明确说明，否则短语“基于”意在表示“至少部分基于”。本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (18)

1.一种用于实现从第一光纤到第二光纤的切换的光开关，包括：

第一切换组件，用于在光域中切换信号，

其中所述第一切换组件包括与所述第一光纤相关联的第一输出和与所述第二光纤相关联的第二输出，

其中所述第一切换组件进一步包括第一输入和第二输入，所述第一输入经由第一交叉连接与所述第一输出相连接；以及

第二切换组件，用于在所述光域中切换信号，

其中所述第二切换组件包括与所述第一切换组件的所述第一输入相关联的第一输出以及与所述第一切换组件的所述第二输入相关联的第二输出，

其中，所述第一切换组件被配置成：在与所述第二光纤相关联的所述第二输出和所述第一切换组件的所述第二输入之间建立第二交叉连接，并且

其中，所述第二切换组件被配置成：在建立所述第二交叉连接之后，从与所述第一切换组件的所述第一输入相关联的所述第一输出切换到与所述第一切换组件的所述第二输入相关联的所述第二输出。

2.根据权利要求1所述的光开关，其中，所述第一切换组件包括大型切换组件，并且所述第二切换组件包括小型切换组件。

3.根据权利要求2所述的光开关，其中，所述第二切换组件包括2×2光开关。

4.根据权利要求2所述的光开关，其中，所述第一切换组件包括N×N光开关，其中N包括在10和1000之间的整数。

5.根据权利要求4所述的光开关，其中，所述第一切换组件是具有320个输入端口和320个输出端口的320×320光开关。

6.根据权利要求1所述的光开关，其中，所述第一光纤包括工作光纤，并且其中所述第二光纤包括备份光纤。

7.一种光切换系统，包括：

第一上游切换设备，用于在光域中切换信号，所述第一上游切换设备具有与第一光纤的上游端相关联的第一输出；

第二上游切换设备，用于在所述光域中切换信号，所述第二上游切换设备具有第一输出和第二输出，所述第一输出操作地连接到所述第一光纤的上游端，所述第二输出操作地连接到第二光纤的上游端；以及

控制器，所述控制器被配置成在所述第一光纤发生中断的情况下在所述第一上游切换设备的第二输出和所述第二光纤的所述上游端之间建立在所述第二上游切换设备中的第一交叉连接，

其中，所述控制器进一步被配置成在建立在所述第二上游切换设备中的所述第一交叉连接之后将所述第一上游切换设备从所述第一输出切换到所述第二输出。

8.根据权利要求7所述的光切换系统，其中，所述第一光纤包括工作光纤，并且所述第二光纤包括备份光纤。

9.根据权利要求7所述的光切换系统，其中，所述第一上游切换设备比所述第二上游切换设备更快地操作。

10.根据权利要求7所述的光切换系统，进一步包括：

第一下游切换设备；以及

第二下游切换设备，所述第二下游切换设备具有与所述第一光纤的下游端相关联的第一输入，

其中，所述控制器被配置成在所述第二光纤的下游端和所述第二下游切换设备的第二输入之间建立在所述第一下游切换设备中的第二交叉连接，并且

其中，所述第二下游切换设备被配置成：一旦建立了在所述第一下游切换设备中的所述第二交叉连接则从所述第一输入切换到所述第二输入。

11.根据权利要求10所述的光切换系统，进一步包括：

光触发器，所述光触发器与所述第二下游切换设备相关联，

所述光触发器被配置成将所述第一输入切换到所述第二输入。

12.根据权利要求11所述的光切换系统，其中，所述光触发器包括：

光电检测器，所述光电检测器操作地耦合到所述第二下游切换设备的输出，

所述光电检测器被配置成识别在所述第二下游切换设备的所述输出处的光损失；以及

开关控制，所述开关控制被配置成当所述光电检测器识别出所述光损失时将所述第一输入切换到所述第二输入。

13.根据权利要求11所述的光切换系统，其中，所述光触发器包括：

光电检测器，所述光电检测器操作地耦合到所述第二交叉连接，

所述光电检测器被配置成识别来自所述第二交叉连接的光呈现；以及

开关控制，所述开关控制被配置成当所述光电检测器识别出所述光呈现时将所述第一输入切换到所述第二输入。

14.根据权利要求11所述的光切换系统，其中，所述第一上游切换设备位于与所述第一光纤相关联的光放大器的下游。

15.一种用于执行光切换的方法，包括：

通过小型切换组件的第一输出在光域中传送来自所述小型切换组件的输入的数据，所述第一输出与工作光纤相关联；

将光域中的数据从与所述小型切换组件的所述第一输出相对应的大型切换组件的第一输入通过与所述工作光纤相关联的所述大型切换组件的第一输出进行传送；

在所述工作光纤发生中断的情况下在所述小型切换组件的第二输出和与备份光纤相关联的所述大型切换组件的第二输出之间建立在所述大型切换组件中的光交叉连接；

在建立所述光交叉连接之后将在所述光域中的所述小型切换组件从所述第一输出切换到所述第二输出；以及

在所述光域中将来自所述小型切换组件的所述输入的数据传送到与所述光交叉连接相关联的所述小型切换组件的所述第二输出。

16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：

在将所述小型切换组件从所述第一输出切换到所述第二输出之前确认所述光交叉连接的所述建立。

17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述大型切换组件包括N×N光开关，其中N至少是10。

18.一种用于执行光切换的系统，包括：

用于通过小型切换组件的第一输出在光域中传送来自所述小型切换组件的输入的光数据的装置，所述第一输出与工作光纤相关联；

用于将光域中的数据从与所述小型切换组件的所述第一输出相对应的大型切换组件的第一输入通过与所述工作光纤相关联的所述大型切换组件的第一输出进行传送的装置；

用于在所述工作光纤发生中断的情况下在所述小型切换组件的第二输出和与备份光纤相关联的所述大型切换组件的第二输出之间建立在所述大型切换组件中的光交叉连接的装置；

用于在建立所述光交叉连接之后将在所述光域中的所述小型切换组件从所述第一输出切换到所述第二输出的装置；以及

用于在所述光域中将来自所述小型切换组件的所述输入的数据传送到与所述光交叉连接相关联的所述小型切换组件的所述第二输出的装置。

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