CN102571548B - 用于光传输网络的网络节点 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于光传输网络的网络节点。为了提供更适于接入和汇集网络的网络单元，以及允许以ODU0和ODUflex间隔切换和汇集，公开了一种用于光传输网络的网络节点，具有：信号输入端，用于接收复用的传输信号；解复用器，用于将接收到的信号解复用为m＞1个子信号；一个或多个空间切换模块，用于可切换所述子信号；以及复用器，用于接收子信号，并将来自子信号的时隙复用为承载n个所述时隙的输出的已复用传输信号。复用器通过h＞m个互连连接到所述一个或多个切换模块以及接收来自一个或多个切换模块至多h个子信号。复用器可从所述至多h个子信号中选择n个时隙以用于所述输出的已复用传输信号。

Description

用于光传输网络的网络节点
技术领域
本发明涉及电信领域，更具体地，涉及用于光传输网络的网络节点以及用于在光传输网络中切换信号的相关方法。
背景技术
光传输网络用于电信网络中的骨干传输。信号传输典型地基于时分复用。ITU已经在G.709中定义了用于光传输网络的标准。G.709最初的版本提供了复用的三个级别，其称为光数据单元ODU1、ODU2和ODU3，分别具有数据率2.5Gb/s、10Gb/s和40Gb/s。在每个复用级别，相应的成帧的信号结构包括段开销并且定义FEC字节，其称为光传输单元OTU1、OTU2和OTU3。例如OTU2可承载一个ODU2或四个ODU1。之后，定义了容量为1.25Gb/s的更低大小的复用级别ODU0以支持吉比特以太网信号的传输，在该传输中OTU1可承载两个ODU0。此外，称为ODUflex的数据单元允许灵活地调整容器大小，调整增量为1.25Gb/S时隙(TS)。然而，对于ODU0和ODUflex容器，没有定义传输帧，因此这些仅可作为在OTU1或较高的传输帧中复用的低阶数据单元来出现。
发明内容
可以期望，越来越多的吉比特以太网业务信号需要封装在ODU0中并由OTN网络传输。此外，OTN网络趋向成为多服务平台，以便还承载光纤通道信号以及基带单元与基站的远程无线单元之间的用于2G/3G/LTE的CPRI业务。
在网络的接入和汇集段，OTUx信号可能未全部装载。例如，传输信号可在OTU1中仅承载1xODU0，或者在OTU2中仅承载TS＜8的1xODUflex。如果这样的信号在进入核心网络之前没有汇集，则极大浪费网络的带宽。因此切换和汇集应该以ODU0/flex的间隔操作，而非ODU1/2。因此，存在对于非常适于接入和汇集网络的网络单元的需要，其允许以ODU0和ODUflex的间隔切换和汇集。
下面出现的这些以及其他目的通过一种用于光传输网络的网络节点来实现，其具有：信号输入端，用于接收承载固定大小数据容量的n个时隙的复用的传输信号；解复用器，用于将接收到的信号解复用为m＞1个子信号，每个子信号承载所述时隙的n/m的部分；一个或多个空间切换模块，用于可配置地切换所述子信号；以及复用器，用于接收来自所述一个或多个空间切换模块的子信号，并将来自所述子信号的时隙复用为承载n个所述时隙的输出的已复用传输信号。所述复用器通过h＞m个互连连接到所述一个或多个切换模块以及接收来自所述一个或多个切换模块至多h个子信号。此外，所述复用器可配置地从所述至多h个子信号中选择所述n个时隙以用于所述输出的已复用传输信号。
这允许通过过多提供所述空间交换机和复用器的时隙切换功能之间的带宽来将分布式ODU切换系统的间隔从ODU1/2扩展到ODU0/flex时隙。因此支持ODU1/2间隔的系统可修改为支持ODU0/flex间隔而同时保持系统背板不变，或者对于新的系统使背板设计不复杂以及成本更有效。
附图说明
现在将参考附图来描述本发明的优选的实施例，其中：
图1示出了具有分布式切换架构的网络节点的框图；
图2示出了在复用器输出端ODU0切换和汇集；
图3示出了在具有全网格背板的网络节点中使用的线卡的框图；以及
图4示出了全网格背板的不同线卡槽之间的互连。
具体实施方式
在图1中示出具有分布式切换架构的网络节点N的实施例。它包含多个信号输入端I1、I2以及多个信号输出端O3、O4。为了清楚起见，仅示出两个输入端I1、I2和两个输出端O3、O4，然而真实的网络节点典型地包含大量输入端和输出端。作为传统的XFP(10Gb小型化可热插拔)模块来实现输入端和输出端。XFP模块是独立于协议的光收发器，用于10Gb每秒SONET/SDH、光纤通道、吉比特以太网、10Gb以太网和其它应用。
XFP模块I1连接到用于OTU2信号帧的成帧器F1。在其输出端处，成帧器F1连接至解复用器电路M1，其具有连接到空间切换模块S1的四个输出。空间交换机S1连接到全网格背板BP。
在输出端处，背板BP通向空间切换模块S3、S4，其分别连接到复用电路M3、M4。每个复用电路M3、M4经由各自的成帧器F3、F4通向输出端XFP模块O3、O4。复用器M3和M4以及切换模块S3和S4之间的互连分别经由8路并行连接来实现，从而允许复用器M3、M4接收来自空间交换机S3、S4的8路并行信号。
网络节点N的功能如下。XFP模块I1接收线速率为10.7Gb/S的OTU2格式化的光信号。XFP模块I1将光信号转换为电子格式。成帧器F1终止帧开销、处理FEC字节以及将处理的信号转发至解复用器M1。假定接收的OTU2承载8个ODU0容器。解复用器M1从接收的信号提取这8个ODU0并将其映射为在朝向交换机S1的输出端的4个OTU1，每个OTU1承载8个ODU0中的两个。
在输入端I1示意性示出示例性的帧F_a。它包含8个ODU0时隙a1-a8。解复用器M1的四个并行输出端表示为A1到A4。在本发明的实施例中，时隙a1和a2在输出端A1上，a3和a4在输出端A2上，a5和a6在输出端A3上，以及a7和a8在输出端A4上。
通过全网格背板BP，交换模块S1连接到每个输出端交换模块S3、S4。为了支持汇集以及在ODU0级别切换，交换机S1向所有输出端交互模块S3、S4广播来自复用器M1的四路并行信号A1-A4。
输入端交换模块S2以完全相同的方式操作，也经由全网格背板连接到每个输出端交换模块S3、S4。
在输入I2示意性示出第二示例性帧F_b。它包含8个ODU0时隙b1-b8。解复用器M2的四个并行输出端表示为B1到B4。在本发明的实施例中，时隙b1和b2在输出端B1上，b3和b4在输出端B2上，b5和b6在输出端B3上，以及b7和b8在输出端B4上。
输出端交换模块S3、S4运行以从所有经由背板BP接收的信号中选择不多于8个OTU1信号以及分别将其切换至输出端复用器M3、M4。每个输出端切换模块S3、S4接收来自交换机S1的信号A1-A4以及来自交换机B2的信号B1-B4。为了强调典型地多于两个信号输入端可用，图1还示出来自背板BP的第三组输入信号C1-C4。
复用器M3、M4管理并切换在OTU1信号中接收到的ODU0时隙，以及将来自不同输入信号的ODU0时隙汇集为全装载的输出信号。具体地，在复用器M3处接收的、来自切换模块S3的8个OTU1信号承载至多16个ODU0，而在复用器M3的输出端，送出具有容量8个ODU0的OTU2信号。从而复用器M3从16个接收的ODU0时隙选择指向输出端口O3的8个ODU0并将其复用为OTU2帧。成帧器F3插入适当的段开销以及FEC字节并将全装载的OTU2帧转发到XFP模块M3以作为光OTU2信号传输到光传输网络。
在输出端O4示出例示性OTU2信号帧F_o4。图2详细示出了复用器M4如何汇集用于帧F_o4的时隙。交换机S4将从背板BP接收的8个OTU1信号切换到复用器M4。复用器M4具有8个输入1-8。在输入端1，复用器M1接收来自交换机S2的信号B1。信号B1承载输入ODU0时隙b1和b2。复用器M1选择时隙b1并将其作为第一时隙插入输出帧F_o4。在输入2，复用器M4接收承载时隙a7和a8的信号A4，并对于第二时隙位置在输出帧F_o4选择a8等。结果是输出OTU2信号承载ODU0时隙b1、a8、b8、a5、b5、a1、a4和b3。
该网络节点还可以与ODU0时隙完全相同的方式处理各个ODUflex时隙(TS)。例如，输入信号可承载具有5个时隙的ODUflex(ODUflex-5TS)。于是所述5个ODUflex时隙将在3个OTU1信号上分布以及经由背板BP广播至所有输出交换机。在指定的输出交换机处，所有这3个OTU1信号将被选择并转发到关联的复用器，在该复用器处这5个ODUflex时隙被选择并汇集成输出OTU2信号。输出OTU2中的剩余的3个时隙可通过来自其他输入端口的ODU0、ODU1或ODUflex时隙填充。
同样，ODU1信号也可以被切换。OTU1中的ODU1信号将由输出端的复用器作为两个“伪”ODU0时隙来处理，并将两者一起汇集为输出ODU2信号。以相同的方式，ODU2可作为8个连续“伪”ODU0时隙来切换逆复用为4个内部OTU1信号。
对于本领域技术人员应该是清楚的，输出端复用器不必从8个不同OTU1输入端采集ODU0时隙，而是还可从一个OTU1选择两个时隙，从而需要小于8个OTU1输入信号。
然而，可优选的是复用器M3、M4的物理端口与输出信号中的时隙之间具有固定关系。于是复用器将从每个输入OTU1信号选择正好一个ODU0。例如，从输入端1选择输出端OTU2信号的时隙#1，从输入端2选择时隙#2等。如果要选择来自特定内部OTU1信号的两个信号，则输出端交互模块S3、S4将该信号复制到该复用器的两个输入端。这导致复用器电路M3、M4更简单的设计。
同样，解复用器M1、M2可具有OTU2输入信号中的时隙与物理输出端口之间的固定关系，以便ODU0时隙#1和#2总是到第一输出端口，时隙#3和#4到第二输出端口等。
优选地，半导体实现的纵横制交换机用作交换模块S1-S4。这样的纵横制交换机在市场中可获得，并包含典型的一组输入放大器或重定时器，其连接到半导体设备中的一系列金属或条带。类似的金属组或条带连接到输出放大器或重定时器。在条带交叉的每个交叉点处，实现连接条带的通道晶体管。当启用通道晶体管，输入连接到输出。
在图3中示意性示出在网络节点中使用的、具有全网格背板的线卡。线卡LC组合输入和输出，并全双向运行。线卡LC包含四个可选的XFP收发器模块XFP1-XFP4，用于四个独立OTU2信号。每个收发器XFP1-XFP4通向各自的成帧器F11-F14，其终止段开销并处理接收和发送方向的OTU2信号的FEC字节。处理的来自成帧器F11-F14的OTU2信号馈送给各自的复用/解复用电路M11-M14，其组合接收端的解复用功能以及发送端的复用功能。在优选的实施例中，两个这样的复用/解复用电路可在一个FPGA中实施(例如图3中的M11和M12或M13和M14)。
每个复用/解复用电路通过2x8线路宽度并行接口连接到半导体交叉点交换机XPS。提供在交叉点交换机XPS和每个复用/解复用电路M11-M14之间的8条线路用于发送方向的信号，以及提供8条线路用于接收方向。具体地，发送方向的8条线路承载8个OTU1格式化的信号，总共具有16个ODU0或ODUflex时隙，而复用/解复用电路M11-M14和成帧器F11-F14之间的接口仅具有容量1x OTU2(总共具有8个ODU0或ODUflex时隙)。由于朝向交叉交换机的复用/解复用电路的容量的扩大或扩展，可以实现间隔为ODU0或ODUflex时隙的全灵活切换和汇集功能。
对于复用/解复用电路M11-M14和交叉交换机XPC之间的接收端方向，在8路分离线路上应用根据4到8ODU1等同物的相同扩展是优选的，但不是必须的，因为这将导致可能切换状态的更高灵活性，特别当考虑广播或保护连接时。
交叉点交换机XPC是144x144交换模块，其分别具有144个输入端和输出端，并允许信号速率至多3.2Gb/s，这对于OTU1信号是足够的。交叉点交换机XPC的144个输入端和输出端中的122个分别通向全网格背板BP。
线卡还包含时钟产生器CLK、开销处理器OHP和机载控制器BCM。时钟产生器CLK向复用/解复用电路和成帧器提供时钟信号。开销处理器OHP接收并处理来自成帧器的开销信息，并向成帧器提供用于要传输的OTU2信号的开销信息。机载控制器BCM配置复用/解复用电路M1-M4和交叉点交换机XPC。机载控制器连接到开销处理器OHP，并通过以太网交换机连接到中央控制器(未示出)和其他线卡的机载控制器。开销处理器OHP经由背板BP中的专用线路连接到其它线卡的开销处理器。
在图4中示出全网格背板的布线。该背板具有8个插槽L1-L8，其配备有线卡。每个插槽具有7组互连，一个插槽与每个其他插槽连接。图4中的每组或每套连接由一个箭头来表示并包含2x16背板互连(每个方向16个)以及2x4用于每个线卡上的每个复用/解复用电路。在实施例中，经由背板BP的交叉点交换机之间的互连使用由OIF定义的作为2.5Gb/s信号的工业标准芯片对芯片接口的SFI-4.2接口。因此每个箭头表示4xSFI-4.2，总计每个插槽40G。这具有背板BP的插槽中的一些还可配备有用于OTU3信号的线卡。
上述实施例允许切换以及汇集ODU0，并使用类似于OTU1的内部信号格式，在该格式中每个OTU1承载2个ODU0。应该清楚，由于内部信号在线卡中终止，因此内部信号不必包含任意段开销字节。内部信号的这样的开销字节可留置为空，或可完全省略。
提供往返本地空间交换机(其经由例如全网格背板的互连网格而相互互连)的复用/解复用电路的扩展的概念还可应用于切换其他种类的复用的信号。例如，其将可能以非常类似的方式切换在OTU2信号结构中内部分布的ODU1。现在可获得用于10Gb/s信号速率的背板和交叉点交换机，其可使用在类似上述实施例的节点结构中。既然OTU2承载至多4个ODU1，线卡上的本地空间交换机和复用/解复用电路之间的扩展因子就可以不多于因子4。
切换模块可通过半导体交叉条带或上述的交叉点交换机来实现。可将接收端切换模块和发送端切换模块作为如图1所示的不同的专用切换模块来实现，或者对于每个线卡两个方向可组合为一个切换模块。在前者的情况下，承载用于接收和发送方向的I/O端口的线卡将配备有用于接收和发送方向的两个专用切换模块。
如上所述，接收端的切换模块运行以通过背板向发送端的每个其他切换模块广播信号。这是优选的实施方式，因为它简化了接收端切换模块的控制，然而这不是必须的。还可能控制接收端切换模块以便信号仅分发给这些发送端切换模块，在发送端切换模块中实际上需要这些信号。正如在这样的实施例中，仅一小部分背板互连同时承载信号，这可有助于减少串扰，如果虑及。它还有助于减少设备的功耗，如果虑及。
还可能在接收端的切换模块将发送方向的OTU1信号的一个或多个切换回设置在相同线卡上的I/O端口。这在如图3所示的实施例中可理解，在该实施例中相同线卡上设置多于一个I/O端口，或者如果一个线卡仅存在一个I/O端口，则对于ODU0或ODUflex时隙例如为了检测和维护而在相同I/O端口实施线路回送。本领域技术人员还将理解，作为单机设备(即没有任何背板连接)的图3的线卡已实现切换间隔为ODU0和ODUflex时隙的小型4x4OTU2切换节点。
说明书和附图仅仅例示了本发明的原理。因此将理解，本领域技术人员能够设计各种体现本发明原理的、在此没有明确描述或示出的设备，而不偏离本发明的精神和范围。此外，在此描述的所有实例原则上旨在清楚地仅为了教导的目的来帮助读者理解本发明的原理以及由发明人提供的概念以促进现有技术的进步，以及将被认为没有限于这样的具体描述的实例和条件。此外，在此描述本发明的原理、方面以及实施例的所有说明及其具体实例旨在包括其等同物。
在附图中所示的各种部件的功能包括标示为“处理器”的任意功能块，可通过使用专用硬件以及能够执行与适当的软件关联的软件的硬件来提供。当通过处理器来提供时，该功能可由单个专用处理器来提供，由单个共享的处理器来提供，或者由多个单独的处理器来提供，该多个处理器中的一些可以共享。此外，术语“处理器”或“控制器”的明确的使用并不认为是专门指能够执行软件的硬件，以及可隐含地包括(非限制性地)数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、场可编程门阵列(FPGA)、存储软件的只读存储器(ROM)、随机访问存储器(RAM)以及非易失性存储器。也可以包括其他传统和/或常用的硬件。类似地，附图中所示的任意交换机仅是概念性的。它们的功能可以通过程序逻辑的运行、通过专用逻辑、通过程序控制和专用逻辑的交互、或者甚至手动来执行，由实施者根据情境作为具体的理解可选择具体的技术。

Claims (9)

1.一种用于光传输网络的网络节点(N)，包括：
-信号输入端(I1、I2)，用于接收承载固定大小数据容量的n个时隙(a1-a8、b1-b8)的复用的传输信号(F_a、F_b)；
-解复用器(M1、M2)，用于将接收到的信号解复用为m＞1个子信号(A1-A4、B1-B4)，每个子信号承载所述时隙的n/m的部分；
-一个或多个空间切换模块(S1-S4)，用于可配置地切换所述子信号(A1-A4、B1-B4)；以及
-复用器(M3、M4)，用于接收来自所述一个或多个空间切换模块(S1-S4)的子信号，并将来自所述子信号(A1-A4、B1-B4)的时隙复用为承载n个所述时隙的输出的已复用传输信号(F_o4)；
其中所述复用器(M3、M4)通过h＞m个互连连接到所述一个或多个切换模块(S1、S4)以及接收来自所述一个或多个切换模块(S1、S4)的至多h个子信号，以及其中所述复用器(M3、M4)可配置地从所述至多h个子信号中选择所述n个时隙以用于所述输出的已复用传输信号(F_o4)。
2.如权利要求1所述的网络节点，包括通过互连网格相互互连的多个所述空间切换模块(S1-S4)。
3.如权利要求1或2所述的网络节点，包括至少一个线卡(LC)，该线卡(LC)包括所述信号输入端(I1、I2；XFP1-XFP4)、所述解复用器(M1、M2；M11-M14)、所述空间切换模块(S1-S4；XPS)中的一个、以及所述复用器(M3、M4；M11-M14)。
4.如权利要求2所述的网络节点，其中所述互连网格包括全网格背板(BP)。
5.如权利要求4所述的网络节点，包括插入所述背板(BP)的槽中的若干线卡(LC)。
6.如权利要求5所述的网络节点，其中在第一所述线卡(LC)上的切换模块(S1、S2)向其他线卡上的每个切换模块(S3、S4)广播来自所述线卡的每个解复用器(M1、M2)的所有子信号(A1-A4、B1-B4)，以及其中每个其他线卡上的所述切换模块(S3、S4)被配置为从所述广播的子信号(A1-A4、B1-B4)中选择指定在各个线卡处输出的这样的子信号。
7.如权利要求1所述的网络节点，其中h＝n，以及其中所述复用器(M3、M4)从所述子信号中的每个选择一个时隙，所述子信号从所述一个或多个切换模块(S1-S4)接收。
8.如权利要求7所述的网络节点，其中在所述复用器(M3、M4)的物理端口和在所述输出的已复用传输信号(F_o4)中的时隙之间存在固定关系。
9.一种用于在光传输网络中切换以及汇集信号的方法，包括：
-在网络节点(N)处接收承载固定大小数据容量的n个时隙(a1-a8、b1-b8)的复用的传输信号(F_a、F_b)；
-将接收到的信号解复用为m＞1个子信号(A1-A4、B1-B4)，每个子信号承载所述时隙的n/m的部分；
-可配置地将空间域的所述子信号(A1-A4、B1-B4)切换到一个或多个输出端复用器(M3、M4)；以及
-在所述复用器(M3、M4)中的一个处，将来自接收的子信号(A1-A4、B1-B4)的时隙复用为承载n个所述时隙的输出的已复用传输信号(F_o4)；
其中所述复用器(M3、M4)接收h＞m个子信号，以及其中所述复用器(M3、M4)可配置地从所述h个子信号中选择所述n个时隙以用于所述输出的已复用传输信号(F_o4)。
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