CN102656900A - 高容量交换系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种在传输网络中使用的高容量交换系统，其包括多个输入/输出子系统和可被配置为将该输入/输出子系统互连的中央互连装置。该子系统具有：用于从网络的传输线路接收并且向网络的传输线路发送数据信号的输入/输出线路模块，将该子系统连接到该互连装置的一个或多个链路模块，以及用于在子系统内的输入/输出模块与一个或多个链路模块之间在时域和空域中交换数据信号的本地交换装置。该链路模块适用于将来自同一输入/输出子系统的不同输入/输出线路模块的并且去往另一个所述输入/输出子系统的输入/输出线路模块的数据信号聚合成信号突发，并且向每个信号突发添加有效载荷间隔。该交换系统还具有调度器，该调度器在该有效载荷间隔期间将该互连装置配置为将该信号突发交换到它们的目的地子系统。

Description

高容量交换系统
技术领域
本发明涉及通信领域，并且更具体而言涉及在光传输网络中使用的高容量网络节点。
背景技术
在光传输网络中，需要可以在大量输入和输出端口之间灵活地交换大量高速数据信号的网络节点。如今，光接口可用于高达40G比特/秒的信号速率，并且正在研究用于100G比特/秒的信号速率的接口。如今，大型网络节点能够处理的总业务容量的范围高达数兆比特每秒。这种网络节点是基于高速电信号交换的。
考虑到核心网中不断增长的业务量需求，可以预计在未来将需要具有更高的交换容量的网络节点。在电气领域中执行交换的网络节点将根据占地面积和功耗而在尺寸上受到限制。全光交换技术正处于开发之中，但是当前允许以STS-1或分组粒度来交换100G比特/秒信号的光交换机仍然不可用，至少未用于大型交换机，而且一旦成熟之后成本也将相当高。
发明内容
本发明提供了一种在传输网络中使用的高容量交换系统，其包括多个输入/输出子系统和可被配置为将该输入/输出子系统互连的中央互连装置。该子系统具有用于从网络的传输线路接收数据信号并且向网络的传输线路发送数据信号的输入/输出线路模块，用于将该子系统连接到该互连装置的一个或多个链路模块，以及用于在子系统内的输入/输出模块与一个或多个链路模块之间在时域和空域中交换数据信号的本地交换装置。该链路模块适用于将来自同一输入/输出子系统的不同输入/输出线路模块的并且去往另一个所述输入/输出子系统的输入/输出线路模块的数据信号聚合成信号突发，并且向每个信号突发添加有效载荷间隔。该交换系统还具有调度器，该调度器在该有效载荷间隔期间将该互连装置配置为将信号突发交换到它们的目的地子系统。
在具体的实施方式中，该互连装置包括被配置为用于将所述子系统中的任意一个连接到任意一个的双向光环路形式的光纤互连。每个都以唯一波长进行发射的光发射器位于链路模块处，并且用于从光纤环路接收信号突发的可调谐光接收器也位于链路模块处。
在可选择的实施方式中，使用光空间交换矩阵来实现该互连装置。
这些实施方式针对不断增长的业务量需求提供了一种可以低成本实现的可扩展的并且灵活的技术方案。具体而言，该光环路实现在冗余、成本和功耗方面提供了优势。此外，其使得能够非常有效地实现组播连接。
附图说明
现在将参考附图来描述本发明的优选实施方式，其中：
图1显示了利用光交叉交换机的高容量网络节点的第一实施方式；
图2显示了利用光环路的高容量网络节点的第二实施方式；
图3显示了在图2的网络节点中使用的内部信号结构。
具体实施方式
鉴于现有交换系统的限制和缺点，发明人已想到新的节点架构和交换原理，以实现高容量高速光网络节点。该交换系统采用多个输入/输出搁板(shelf)以及中央交换结构和控制子系统，其中该输入/输出搁板携带多个I/O卡，诸如IP业务、SONET/SDH/OTH业务或以太网业务之类的传输业务在I/O卡处进入该系统。在优选实施方式中，该交换结构具有基于波分复用的简单的分路和延续架构。如下文中将更详细地解释的，将使用快速可调谐接收器来选择合适的业务信号。
图1显示了在第一实施方式中具有通过中央空间交换矩阵M互连的多个I/O搁板S1-Sn的大型交换系统1的设计。为了简单起见，显示了从左到右的业务流方向。但是，应该理解全部信号路径实际上都是双向的，并且每个I/O搁板都具有用于两个方向的集成在同一I/O板上的接收器和发射器。但是，在下文的描述中，对于左手边的搁板仅显示其用于交换系统1的接收器功能，而对于右手边的搁板仅显示其发射器功能。
输入侧搁板S1、……、Sn-1中的每一个都具有多个输入线路卡或模块I1-I4，多个中央级交换机CS1-CS4以及多个链路卡LC1-LC4。将输入线路卡I1-I4中的每一个经由中央级交换机CS1-CS4中的每一个连接到链路卡LC1-LC4中的每一个，如仅以输入线路卡I1与链路卡LC1的连接为例所显示的。在该实施方式中，显示了四个输入卡、四个中央级交换机和四个链路卡。但是，实施方式不限于该具体数目，并且输入线路卡、中央级交换机和链路卡的数目可以彼此不同。
该实施方式的中央级交换机是不可知的信元交换机。输入线路卡提供接收的业务信号的适配功能以及用于将业务信号切割成长度相同的信元的分段功能，并且添加用于指示输出端口的地址信息。对于时分复用(TDM)业务，如SDH或OTN帧，输入线路卡还提供用于在信号进入中央级交换机之前互换时隙位置的时间交换功能。链路卡聚合接收到的信元，并且将它们馈送给中央交换矩阵M。链路卡也执行时间交换功能，以将从中央级模块接收的信元交换到去往中央交换矩阵M的信号中的正确的时隙位置。每个输入搁板因此可以为TDM业务提供时间-空间-时间(TST)交换功能。
具体而言，链路卡在其去往交换矩阵M的输出处提供如信号BS所示意性地显示的突发结构的输出信号。突发信号BS包括长度相等的信号突发B，其中每个突发去往特定的输出搁板。信号突发B包括一个或多个信元C，并且始于有效载荷间隔G，将在下文解释有效载荷间隔G的功能。每个链路卡的时间交换功能因此将来自不同的输入端口的但是去往同一输出搁板的信元聚合成信号突发B。通过如此操作，可以大大减少互连信道的数目。为了支持信号中的间隔G，已经增加了信号比特速率。本质上可以将这些突发视为内部时分复用信号中的时隙，并且每个突发表示特定的有效载荷信道。除了有效载荷信道之外，可以向内部信号添加下文将进一步解释的OAM和控制信道。
中央交换矩阵M是空间交换机，其具有比输入输出搁板中的交换机低的交换粒度和交换速度。因此，间隔G用于获得基于每个突发来配置交换矩阵所需要的时间。可以将该构思应用于具有不同交换速度的交换技术的任意组合。在优选实施方式中，中央交换矩阵M是光交换机，并且链路卡包括E/O转换器以生成光突发信号BS。可以使用例如微型镜面技术、液晶技术、平面波导线路中的波束转向交换机或者可调谐光纤技术来实现光交换矩阵。
输出侧搁板(如搁板S2)包括链路卡LC1’-LC4’，其接收来自中央交换矩阵M的信号，转换回电域，并且通过多个中央级交换机CS1’-CS4’将信号突发B中所包括的有效载荷信元分配给合适的输出线路卡O1-O4。输出线路卡具有重组功能，用于重组有效载荷信号，以便前向传输接收到的信号。与输入侧类似，搁板S2执行从在不同的链路卡LC1’-LC4’处接收的信号突发到输出线路卡O1-O4的外出数据信号的时间-空间-时间交换功能。
简而言之，发明人提出的交换构思采用位于入口I/O搁板中的多个时间-空间-时间电交换机，其生成在承载实际的有效载荷信号的连续突发之间具有(关于有效载荷的)间隔的新的更高速率的TDM信号。空间交换机M定义出口I/O搁板。出口I/O搁板提供第二时间-空间-时间电交换功能。
输入侧I/O搁板表示第一交换级，其支持到其他I/O搁板的本地和第一级交换。对专用于不在同一I/O搁板中的端口的全部信号进行重排，使得每个突发包括专用于一个其他搁板的信号的集合。突发自身被细分成信元，以允许保持非常精细的信号交换粒度，例如STS-1的等同形式。除了时隙重构之外，还引入了有效载荷间隔，其产生了所谓的连续突发。间隔的引入增加了内部信号的传输速度。然后，在中央空间级M中将突发交换到相应的目的地I/O搁板。
由于中央级使用不同的技术，例如具有不同交换速度的光交叉或突发交换，所以该间隔使得能够适应于该速度。可以由中央调度器(未显示)在进入突发之前配置该光交换机。最后，在出口级以精细的粒度将该信号交换到去往的外出端口的合适的时隙。在广播或组播的情况中，还可以将突发连接到多个出口I/O搁板。
图2显示了利用波分复用和快速可调谐接收器的交换系统的有利的实现的框图。交换系统10具有四个I/O搁板11、12、13、14，每个I/O搁板装配有多个I/O卡或模块。通过中央交换结构15将I/O搁板11-14互连。交换结构15包括双向的双光纤环路16，I/O搁板11-14中的每一个连接到该环路。光环路16使用波长复用来承载从所有搁板到所有其他搁板的所有业务。向每个搁板分配不同的波长子集λ1-λ4以供传输。可以基于每个突发将每个搁板上的接收器调谐到这些波长中的任何一个。
代替“真实”交换机，来自所有I/O搁板的所有链路卡的所有信号都沿着光环路16被路由，并且可以在所有其他I/O搁板处被接收。向输入侧I/O搁板的链路卡中的每个光发射器分配唯一波长，从而可以使用波长复用来并行发送并且在合适的接收器处分离来自不同的链路卡以及来自不同的I/O搁板的光突发信号。
光环路16是双光纤环路，其中将全部信号馈送到两个环路，但是出于保护的目的，这两个环路使用相对的方向。应该理解，光环路仅仅是用于互连I/O搁板的一种可能。也可以使用其他互连技术，如总线型、星型或集线器型光架构。
从一个突发到另一个突发即基于每个突发，将输出侧I/O搁板中的接收器调谐到合适的波长。突发信号中的有效载荷间隔使得有足够的时间来调谐光接收器。代替“真实”间隔，即代替信号暂停，有效载荷间隔可以包括训练信号，以在调谐阶段将接收器训练到正确的波长。这可以显著加速调谐。在操作中，将接收器调谐到第一波长以接收第一信号突发，然后将其调谐到来自不同I/O搁板的第二波长以接收第二信号突发，诸如此类。因此，通过接收器的调谐来实现该实施方式中的光交换。中央调度器21控制I/O搁板，使得输入侧搁板将用于特定输出侧搁板的信元映射到合适的信号突发，并且在正确的时间将输出侧搁板中的可调谐接收器调谐到正确的波长，以接收去往该搁板的信号突发。
原则上，同样有可能向接收器分配固定的波长，并且基于每个突发调谐发射器。但是，这将使组播互连的实现复杂化，因为发射器随后将必须在突发应该去往的每个接收器波长上复制该突发。此外，与固定波长发射器和可调谐接收器相比，可调谐发射器将更昂贵。
调度还可以由与有效载荷信道一起被发送但是被电气处理以控制光交换的单独的OAM和控制信道来支持。提供了用于中央控制和调度的中央控制系统20。其包括调度器21以及性能监视(PM)和警报处理及保护交换控制器功能。控制、OAM和调度信息被并行发送到中央控制系统20，并且调度器21使用交换控制信息来配置光交换功能。
调度器21的功能在于协调在发射器处发送突发时的定时以及目的地I/O搁板中的接收器将被调谐到发射器波长以接收该突发时的定时。当所有链路卡被同步以在同一时刻发送它们的突发时，该协调得以简化，使得调度器仅在没有两个发射器在同一时间发送用于同一接收器的突发时才必须进行协调。
作为中央控制和调度系统的替换，可以实现具有彼此通信的输入调度器和输出调度器的分布式调度系统。可以用请求和许可消息来实现输入调度器和输出调度器之间的通信。另外，可以使用中央调度器来解决拥塞。
允许插入有效载荷间隔来配置光交换机的超速因子可以通过非常有效的调制格式来实现，如使用64QAM调制的光OFDM(正交频分复用)。
图3显示了具有第一突发B1和第二突发B2的光突发信号BS。用训练信号T来填充在每个信号突发B1、B2开头的有效载荷间隔。突发的有效载荷部分承载信号信元C。训练信号具有已知的信号模式，其使得能够有效地找到最佳波长。其可以具有光信号中的最大数目的信号转换。信号模式的选择可以取决于实际使用的调制方案。对于简单的开-关键控，模式10101010…将表示例如良好的选择。
上述交换结构将允许以成本、功率和尺寸非常有效的方式建立10T/100T或者甚至更高的交换和路由系统。对于I/O级，可以复用现有的交换系统，如阿尔卡特朗讯的光交叉连接器1870TTS。可以将I/O搁板中的本地中央级交换机实现为如EP1699257和EP1641191中所述的或者如申请号为08172422的欧洲专利申请“NetworkE1ement for Switching Time Division Multiplex Signals”中所述的不可知信元交换机，其通过引用的方式并入本文。
说明书和附图仅仅示出了本发明的原理，因此应理解本领域技术人员将能够想到虽然本文没有明确描述或显示但是体现了本发明的原理的各种配置。此外，本文所述的所有示例原则上明确地仅用于教学的目的，以辅助读者理解本发明的原理和发明人对于推进本领域所贡献的构思。
为了给出优选实现的更具体的示例，I/O搁板可以具有32个线路卡，每个线路卡具有100G的信号容量。对于该矩阵，I/O搁板将具有用于携带在四个不同的波长上进行操作的四个发射器的单个链路卡。可以通过中央交换功能15连接15(或25)个I/O搁板，因此承载60(或100)个不同的波长。每个波长将承载信号速率大约为1T比特/秒的突发信号。总光链路长度将低于300米。
在I/O搁板中，将在多个大约53M比特/秒(STS-1的等同形式)的时隙中交换TDM业务。每个有效载荷突发可以具有9.6μs的长度。可以在大约20ns中实现接收器中的调谐。每个突发的训练序列可以具有例如80ns的长度。

Claims (10)

1.一种在传输网络中使用的交换系统，包括多个输入/输出子系统(S1-Sn；11-14)和可被配置为将所述输入/输出子系统互连的中央互连装置(M；15，LC1’-LC4’)，其中，所述子系统包括：
输入/输出线路模块(I1-I4，O1-O4)，其用于从所述网络的传输线路接收数据信号，并且向所述网络的传输线路发送数据信号；
一个或多个链路模块(LC1-LC4，LC1’-LC4’)，其用于将所述子系统(S1-Sn；11-14)连接到所述互连装置(M；15)；以及
本地交换装置(CS1-CS4，Cs1’-CS4’)，其用于在所述子系统(S1-Sn；11-14)内的所述输入/输出模块(I1-I4，O1-O4)与所述一个或多个链路模块(LC1-LC4，LC1’-LC4’)之间在时域和空域中交换数据信号；
其中所述链路模块(LC1-LC4，LC1’-LC4’)适用于将来自同一输入/输出子系统的不同输入/输出线路模块(I1-I4)的并且去往另一个所述输入/输出子系统的输入/输出线路模块(O1-O4)的数据信号聚合成信号突发(B；B1，B2)，并且向所述信号突发(B；B1，B2)提供有效载荷间隔(G；T)；并且
其中所述交换系统还包括调度器(21)，所述调度器用于在所述有效载荷间隔(G；T)期间将所述互连装置(M；15，LC1’-LC4’)配置为将所述信号突发交换到它们的目的地子系统。
2.根据权利要求1所述的交换系统，其中所述互连装置包括：
用于将所述子系统(11-14)中的任意一个连接到任意一个的光纤互连(16)；
位于所述链路模块(LC1-LC4)处的光发射器，其中，每个光发射器适用于以与任意其他的所述光发射器的波长不同的唯一波长(λ1-λ4)进行发射；以及
位于所述链路模块(LC1’-LC4’)处的可调谐光接收器，其用于接收来自所述光纤互连(16)的信号突发(B1，B2)。
3.根据权利要求2所述的交换系统，其中，所述光纤互连(16)被配置为双向光环路形式。
4.根据权利要求2所述的交换系统，其中，所述有效载荷间隔(T)包括用于所述可调谐接收器的快速调谐的训练信号。
5.根据权利要求1所述的交换系统，其中，所述互连装置包括光空间交换矩阵(M)。
6.根据权利要求1所述的交换系统，其中，所述本地交换装置(CS1-CS4，Cs1’-CS4’)适用于执行时间-空间-时间交换功能。
7.根据权利要求6所述的交换系统，其中，所述本地交换装置(CS1-CS4，Cs1’-CS4’)包括：
位于所述输入/输出线路模块(I1-I4，O1-O4)处的第一时间交换装置，其用于将接收的数据信号与将要发送的数据信号中的时隙互换；
本地中央级模块(LC1-LC4，LC1’-LC4’)，其用于在所述输入/输出线路模块(I1-I4，O1-O4)与所述一个或多个链路模块(LC1-LC4，LC1’-LC4’)之间执行空间交换功能；以及
位于所述一个或多个链路模块(LC1-LC4，LC1’-LC4’)处的第二时间交换装置，其用于交换去往和来自所述信号突发(B1，B2)的有效载荷信号。
8.根据权利要求1所述的交换系统，其中，所述本地交换装置(LC1-LC4，LC1’-LC4’)包括信元交换机，并且其中所述输入/输出线路模块包括分段和重组设备，所述分段和重组设备用于将接收的数据信号分段成长度相等的信元，并且添加用于所述信元交换机的地址信息，以及用于重组信元以形成将要发送的数据信号。
9.根据权利要求1所述的交换系统，其中，所述链路模块(LC1-LC4，LC1’-LC4’)用比所述输入/输出线路模块(I1-I4，O1-O4)高得多的数据速率进行发送。
10.根据任意一项前述权利要求所述的交换系统，其中，将所有输入/输出子系统(S1-Sn；11-14)的所述链路模块(LC1-LC4，LC1’-LC4’)同步，以同步地发送所述突发(B；B1，B2)。
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