CN104508529B - 细粒度光学混洗互连拓扑迁移 - Google Patents

Abstract

光学接插单元适合于安装在光学设备机架中或光学设备机架上，并且便于从一个光学混洗盒或拓扑到另一个的迁移。光学接插单元简化了光学混洗盒的替换，在一些情况下允许最小化系统停机时间的阶段性迁移。本文所描述的光学接插单元包含无源光学接插板。底架卡和光学混洗连接端接在无源光学接插板，使其有可能简化底架卡与光学混洗盒之间的电缆布线。一旦安装，底架卡电缆在随后光学混洗维护过程期间根本就不需要操控。本文描述的其它光学接插单元包含有源光学接插单元，有源光学接插单元使迁移过程很少依赖于人工干预，并且可进一步减少系统停机时间。

Description

细粒度光学混洗互连拓扑迁移

背景技术

因为电信系统正在处置越来越大量的数据业务，因此基于光学的设备和解决方案的势头在上涨。光纤现在普遍用于互连在长距离上需要大网络带宽的系统，相比铜电缆成本比较低。随着系统增长并且光学解决方案变得更加可负担得起，系统设计人员也开始使用光学部件和互连用于系统内的短程通信以及系统之间的远程连接。

在大容量系统中，普遍利用使用设备“底架”作为形状因子的系统设计。通常，某个数量的印刷电路板(PCB)“刀片”可被插入到此类底架中，并且几个此类底架可被安装在机架中，允许系统设计人员构建可缩放系统。为了允许不同刀片彼此通信，每个刀片需要连接到底板，底板负责运送刀片之间的通信信号。

通常，底板是无源的，即，不需要任何外部电源，并且以铜迹线可用于在刀片之间交换信息的这种方式构建。图1示出了示例底架100，其可支持通过底板110互连在一起的几个卡。底板110具有用于将每个卡连接到它的几个连接器120。

在大多数系统中，底板设计成支持星形、双星形、双-双星形或全连接的网络拓扑。根据所选择的网络拓扑，在底板上可能需要更多或更少的铜迹线。随着迹线数量的增加，例如在全连接的网络拓扑的情况下，需要开发多层底板以考虑到互连所有刀片所需的所有迹线。基于铜的底板的普遍问题与如下事实相关：铜在距离的函数中需要许多能量，它对干扰是敏感的，并且它提供了有限带宽容量，这意味着可能需要几个并行迹线来满足带宽要求。图2和图3示出了通常在底板中设计的不同互连拓扑，即，分别是双-双星形拓扑和全连接的网络拓扑。

为了简化底板的设计，系统设计人员越来越考虑使用光学互连。实际上，基于光学的解决方案提供了每个迹线/互连的更高带宽，并且对电磁干扰不敏感。这两种品质简化了底板的开发。因为基于光学的技术变成未来选择的技术，因此铜底板将逐渐由光学底板替换。

图4中图示了光学底板的一个示例。基本上，光学底板可被看作一组互连在一起的光纤电缆以便产生网络拓扑。在图4中示出了示例底板400中，每一个连接器410和420包含多个光纤端，例如每个连接器8个光纤。在此配置中，在底板400左手侧上从连接器410延伸的8个光纤被分布到底板400右手侧上的8个连接器420。此配置通常被称为光学混洗（shuffle）。当此类光学混洗被安装在底架背面上以便互连几个底架卡时，它被称为光学底板。注意，在底架中，铜底板和光底板的同时存在是有可能的。

一个或更多个光学混洗可被封装在盒子中，通常称为光学混洗盒。光学混洗盒可用于互连一个或更多个系统的几个部件。光学底板与光学混洗盒之间的一个差异是，光学混洗不限于互连单个底架的卡，也不限于使用底板连接器，例如盲配对连接器。图5中示出了光学混洗盒的一个示例，其中混洗盒500在混洗盒500的前侧和后侧上都包含大量光学连接器510。再一次，每一个光学连接器510可端接几个光纤，诸如每个连接器24个光纤。

在互连规范方面随着电信的不断增长和对于灵活性的越来越多的要求，用光学底板替换铜底板的选项继续变得更加具有吸引力。进一步说，用光学混洗盒替换那些光纤底板在可缩放性和灵活性方面，特别是在互连技术和开发容易性方面，给系统设计人员提供了甚至更多益处。

然而，这些系统越来越大的尺寸和复杂性倾向于使系统维护和系统改变更困难。相应地，需要光学互连系统的改进解决方案。

发明内容

对于维护光学电信机架上的可能改进，存在几个问题或领域。比如，光学混洗不管是用在光学底板中还是用在光学混洗盒中，通常都是无源的。这意味着，它们具有静态配置或互连拓扑。设备故障或升级/降级过程可能需要用同样的单元或者用具有不同互连拓扑和/或更多连接支持的单元来替换光学混洗盒。此替换通常需要技术人员进行大量连接。在从卡断开所有光纤电缆并将它们重新连接到新的光学混洗盒的过程中，可能发生几个问题，诸如误连接。

而且，当光学混洗盒需要被替换时，所有电缆都需要被移动到新的光学混洗盒。这需要在替换光学混洗盒期间完全中止系统的操作。虽然使用冗余光学混洗盒可减少替换的影响，但此冗余导致系统成本增加。

本发明的几个实施例解决了这些问题中的一个或更多个问题。这些实施例中的一些包含适合于安装在光学设备机架中或光学设备机架上的光学接插单元，光学接插单元便于从一个光学混洗盒或拓扑到另一个的迁移。光学接插单元简化了断开旧光学混洗并重新连接到新光学混洗，在一些情况下，允许最小化系统机架上基于光学的设备的停机时间的阶段性迁移。

本文描述的光学接插单元可被分成两个主要类别。第一类别包含可被描述为无源光学接插板的单元。底架卡和光学混洗连接端接在无源光学接插板，使其有可能简化底架卡与光学混洗盒之间的电缆布线。一旦安装，底架卡电缆在随后光学混洗维护过程期间根本就不需要操控。

本文描述的光学接插单元的第二类别包含可被描述为有源光学接插单元的单元。有源光学接插单元简化了一个混洗盒用另一个的替换，不管混洗盒是否具有不同的光学互连拓扑。具体地说，有源光学接插单元使迁移过程很少依赖于人工干预，并且可减少系统的停机时间。

更具体地说，本发明的实施例包含适合于安装在光学设备机架中或光学设备机架上的光学接插单元。此接插单元包括布置在光学接插单元前侧上的多个前侧光学连接器插座以及布置在光学接插单元后侧上的多个后侧光学连接器插座。每个前侧光学连接器插座对应于后侧光学连接器插座中的单个后侧光学连接器插座。光学接插单元进一步包含：多个光学互连，包含每个前侧光学连接器插座与其对应后侧光学连接器插座之间的光学互连。

在一些实施例中，前侧光学连接器和后侧光学连接器插座各组织成两个或更多个端口，每个端口包含前侧光学连接器中的至少两个。在这些实施例的一些实施例中以及在其它实施例中，光学接插单元是无源接插板，其包括每个前侧光学连接器插座与其对应后侧光学连接器插座之间的单个静态光学互连。在一些情况下，前侧和后侧光学连接器插座容纳多光纤连接器，并且每一个光学互连都是多链路光学互连。

本发明的实施例包含光学接插单元是有源光学接插单元的实施例，有源光学接插单元包含一个或更多个有源光学混洗连接器卡。每个有源光学混洗选择器卡包含前侧光学连接器插座中的两个或更多个以及一组备选前侧光学连接器插座，使得每个备选前侧光学连接器插座对应于前侧光学连接器插座中的单个前侧光学连接器插座。有源光学混洗选择器卡进一步包含：光学纵横阵列，其提供从每个后侧光学连接器插座到对应前侧光学连接器插座和对应备选前侧光学连接器插座的可选择的光学互连。在这些实施例的一些实施例中，每个前侧和后侧光学连接器插座容纳多光纤连接器，并且每一个可选择的光学互连都是多链路光学互连。在一些情况下，光学纵横阵列布置成使得与给定后侧光学连接器插座关联的所有光学链路同时从对应前侧光学连接器切换到对应备选前侧光学连接器插座，或者反之亦然。在其它情况下，光学纵横阵列布置成使得与给定后侧光学连接器插座关联的每个光学链路单独从对应前侧光学连接器切换到对应备选前侧光学连接器插座，或者反之亦然。

上面描述的任何有源光学接插单元可进一步包括一个或更多个直通式光学卡，其中每个直通式光学卡包括前侧光学连接器插座中的两个或更多个并且包括每个前侧光学连接器插座与其对应后侧光学连接器插座之间的单个静态光学互连。这些直通式光学卡和有源光学混洗选择器卡二者中的任一个都可以是适合于现场安装和移除的模块单元。

本发明的另外实施例包含光学设备组件，所述光学设备组件包含上面概括的一个或更多个光学接插单元以及使用这些光学接插单元的方法。下面给出了所有这些实施例的细节。

本领域的技术人员在阅读了如下具体实施方式并查看了附图之后将认识到附加特征和优点。

附图说明

附图中的元件不一定相对彼此成比例。相似的附图标记标明对应的类似部分。各种所图示的实施例的特征可被组合，除非它们彼此排斥。实施例在附图中描绘，并且在如下描述中详述。

图1图示了示例设备底架及其底板。

图2和图3图示了普遍应用于底板设计的网络拓扑的示例。

图4图示了光学混洗的示例。

图5示出了光学混洗盒的示例。

图6图示了具有两个设备底架的光学混洗盒的使用。

图7显示了带尾纤（pigtailed）的光学混洗盒的示例。

图8图示了无源光学接插板。

图9示出了具有几个设备底架和光学混洗盒的光学接插板的使用。

图10图示了具有不同互连拓扑的几个混洗盒。

图11图示了具有不同互连拓扑的混洗盒之间的迁移。

图12画出了有源光学混洗选择器卡。

图13图示了使用有源光学接插单元在两个光学混洗盒之间的迁移。

图14是两个光学混洗盒之间迁移的另一示例。

图15图示了无源直通式光学卡在有源光学接插单元中的使用。

具体实施方式

图6提供了设备机架600的概念图示，设备机架600包含两个底架610和位于它们之间的光学混洗盒620。每一个底架610包含多个设备卡630。使用混洗盒620，有可能将所有卡630互连在一起，不管它们在哪个底架中。在此示例中，每个卡都连接到光学混洗盒，光学混洗盒在每个卡的不同通信链路之间含有所需的互连网络。

虽然光学混洗盒相对于在安装机架的底架中互连设备卡的能力提供了增加的灵活性，但对于维护光学电信机架方面的可能改进仍存在几个问题或领域。比如，光学混洗不管是用在光学底板中还是用在光学混洗盒中，通常都是无源的。这意味着，它们具有静态配置或互连拓扑。

另一问题是，设备故障或升级/降级过程可能需要用同样的单元或者用具有不同互连拓扑和/或更多连接支持的单元来替换光学混洗盒。此替换通常需要技术人员进行大量连接。在从卡断开所有光纤电缆并将它们重新连接到新的光学混洗盒的过程中，可能发生几个问题，诸如误连接。

而且，当光学混洗盒需要被替换时，所有电缆都需要被移动到新的光学混洗盒。假定，系统不包含已经连接的冗余光学混洗盒，这需要在替换光学混洗盒期间完全中止系统的操作。虽然使用冗余光学混洗盒可减少替换的影响，但此冗余导致系统成本增加。事实上，假定要求每个冗余光学混洗盒都具有相同的全网络拓扑，额外的光纤电缆将要求到额外的光学混洗盒，这暗示有额外的电缆和连接器成本以及额外的操作和维护成本。更进一步说，将需要支持冗余配置的额外的物理空间，即“脚印”。例如，两个冗余光学混洗盒所需的最小脚印将是单个混洗盒所需的尺寸的两倍。

光学混洗盒的另一问题是，它们经常包含前板连接器。那个设计对于最小化光学混洗盒的脚印未被优化。更具体地说，通过那个类型的设计，光学混洗盒的脚印（即高度和深度），通常取决于在盒子的前板和后板上所需的连接器的尺寸和数量。

本发明的几个实施例解决了这些问题中的一个或更多个问题。这些实施例中的一些包含适合于安装在光学设备机架中或光学设备机架上的光学接插单元，光学接插单元便于从光学混洗盒或拓扑到另一个的迁移。光学接插单元简化了断开旧光学混洗并重新连接到新光学混洗，在一些情况下，允许最小化系统机架上基于光学的设备的停机时间的阶段性迁移。

本文描述的光学接插单元可被分成两个主要类别。第一类别包含可被描述为无源光学接插板的单元。如将在下面更详细示出的，底架卡和光学混洗连接端接在无源光学接插板，使其有可能简化底架卡与光学混洗盒之间的电缆布线。一旦安装，底架卡电缆在光学混洗维护过程期间根本就不需要操控，因为这些电缆在维护期间或在光学混洗盒替换期间保持连接到接插板，并且不必移除、替换或重新连接。而且，可仅对于卡与接插板之间的额外距离计算或剪裁这些电缆的长度，因为这些电缆后面不会被移除。这进一步简化了系统维护，并且减少了系统中或系统周围的杂乱。

同样，如将在如下详细讨论中进一步澄清的，使用无源光学接插板还允许简化光学混洗盒的维护和替换。比如，因为光学混洗盒直接连接到无源光学接插板，而不是连接到一个或更多个底架中的各个设备卡，因此可使用最优长度的电缆连接光学混洗盒，以便到达无源光学接插板上的对应连接器插座。理想上，可使用相同长度的多个光纤电缆互连光学混洗盒和接插板。在从一个混洗盒到另一个混洗盒的迁移的上下文中，简单地再用相同的确切光纤电缆用于连接到新的光学混洗盒，也变得有可能。使用“带尾纤的”光学混洗盒也变得更加实际了，其中在端部具有悬空连接器的短光缆直接从光学混洗盒露出，无需使用安装在混洗盒前板上的连接器。通过带尾纤的混洗盒，混洗盒的前板脚印可与连接光学混洗所需的光学适配器/连接器的数量和尺寸基本上无关。

本文描述的光学接插单元的第二类别包含可被描述为有源光学接插单元的单元。如将在下面详细示出的，有源光学接插单元简化了一个混洗盒用另一个的替换，不管混洗盒是否具有不同的光学互连拓扑。具体地说，有源光学接插单元使迁移过程很少依赖于人工干预，并且可减少系统的停机时间。

在一些实施例中，有源光学接插单元包含一个或几个可拆卸有源光学混洗选择器卡，其可基于1x2光学纵横开关的阵列。一个或更多个底架中的设备卡经由后侧连接器插座连接到有源光学接插单元。一旦安装，这些连接通常就不需要改变。每个后侧连接器经由1x2光学开关映射到两个对应前侧连接器插座之一。一个混洗盒连接到这些对前侧连接器插座中的每对中的一个连接器插座。为了迁移目的，第二混洗盒连接到这些对中的每对中的另一个连接器插座。有源光学接插单元的每个后侧连接器插座与前侧之间的光学互连可用自动或半自动方式从一对中的一个前侧连接器插座切换到另一个，允许从一个互连拓扑到另一个或从有缺陷混洗盒到替换混洗盒的快速转变。

通过给予使用光学混洗选择器卡的概念选择正确的光学混洗盒的灵活性，仔细计划各个光学信道的迁移而不是一次迁移所有信道，变得有可能。光学信道的这种细粒度选择例如允许数个光学信道被迁移到新互连配置，而其它信道可保持使用旧光学混洗拓扑。这种灵活性允许有可能更好地管理业务并避免分组丢失。

光学混洗拓扑迁移

在本申请的上下文中，光学混洗是互连多个光学信道以便符合所确定的互连拓扑的部件。光学混洗上的每个光学信道通常由连接器(诸如MPO或MTP连接器)端接，所述连接器是通常用于室内电缆布线和装置互连的多光纤推进/拉出连接器系统。光学混洗盒是光学混洗和光学混洗的连接器全都端接的盒子。

如下的讨论参考光学混洗拓扑迁移的概念。这反映了对于从一个光学混洗拓扑到另一拓扑的支持。虽然这可通过简单地断开旧光学混洗、替换它并且重新连接连接器而进行，但设备和技术便于更好策略，这些策略可简单地维护过程并最小化由于误连接而引起的潜在错误。从一个光学混洗互连拓扑到另一个的迁移可由于需要系统按比例放大或按比例缩小的系统维护过程而引起。在此类情况下，互连拓扑可能需要改变。

带尾纤的光学混洗盒

如在图5中可看到的，常规光学混洗盒通常直接在盒子本身上端接所有连接。虽然这使盒子和连接器/适配器非常强并且良好封装，但设计对于脚印是很少优化的。考虑每个光纤具有大约250微米(µm)的典型直径，有可能将1600个光纤放在一平方厘米的区域内。这意味着，可能期待光学混洗构建在比较小的尺寸中，其中它们的尺寸下限取决于连接器技术和所使用的互连拓扑。然而，现实中，当前仅有可能将24个与72个之间的光纤放在常规光学MT连接器(6.4mm x 2.5mm)中。作为结果，支持非常大数量互连的光学混洗盒在物理上可能极其大，这是因为连接器上光纤的密度非常低。

最小化光学混洗盒的前板脚印的一个方式是，聚焦在所规定网络拓扑所需要的光学混洗的设计上，确保在脚印方面实现尽可能最低脚印。这可通过使用带尾纤的连接器而不是将连接器端接在光学混洗盒的前板上来进行。用这种方法，光学混洗盒的最小前板脚印不被连接器的尺寸限制。还有，这种方法消除了用于每个光学路径的光学混洗盒的前板处的配成对的连接器——这降低了网络互连的插入损耗。

图7在概念上图示了这种方法。在图7中，光学混洗盒700的“盒子”部分具有薄的正横截面710，因为它不受前板光学连接器的脚印的限制。而是，光纤从光学混洗盒700的前侧直接露出，端接在连接器束720。连接器束720在图7中被画成瘦高矩形，其中每个中具有几个更小的矩形。在一些实施例中，这些更小连接器中的每个连接器对应于光学连接器插头，诸如MPO或MPT连接器。在这些实施例中，这些连接器可连接到单独电缆，在此情况下，每个尾纤都包括在端部具有几个明显的连接器体的一束光缆。备选地，尾纤可端接在装有多个(例如8个)MT套圈（ferrule）的(通常更大)连接器体中。用这种方法，给定端口的所有光学连接都可与这个更大连接器体的单个安装进行连接。也可使用这些方法的混合。每一个带尾纤的连接器束720和/或给定束中的各个连接器都可具有短的或长的光缆，光缆可在长度上进行优化以直接连接到另一系统部件，诸如光学接插板。

从光学混洗盒700露出以及互连混洗盒700内的光学连接的光缆可以用几种不同方式中的任何方式构造。例如，在一些实施例中，混洗盒700内的光学互连可以是嵌入在FR-4中的光纤或者其它刚性或半刚性“板材”材料，在此情况下，从光学混洗盒700露出的光缆可以是以适当长度端接在连接器中的常规装有护套的光纤束。在其它实施例中，盒子外部或盒子内部的光缆中的任一个或二者可以是蚀刻在层压材料中的光波导。

无源光学接插板

用于简化光学混洗迁移（即，将一个光学混洗用另一个替换）过程的一个策略是使用光学接插板。经由光学混洗互连的所有底架卡都连接到光学接插板，这是光学混洗本身。图8中图示了示例光学接插板800，连同光学混洗710。在图8中，光学混洗710为了清晰起见省略了其尾纤。

可适合于与一个或更多个设备底架和一个或更多个光学混洗盒一起安装在设备机架上或设备机架中的光学接插板800在光学接插板的前侧上具有多个前侧光学连接器插座810。这些前侧光学连接器插座810可被组织成两个或更多个“端口”820，它们是连接器插座的简单分组(在图8中每个端口包括8个前侧连接器插座)，其中端口820一般对应于一个或几个底架卡。在具有以堆叠配置安装的两个或更多个底架的机架中，其中各个卡垂直插入，比如，当光学接插板安装在机架上时，光学接插板上的具体端口820常规上可对应于与那个端口垂直地一致的一个或几个底架卡。

光学接插板800还包含布置在光学接插板800后侧上的多个后侧光学连接器插座。在图8的透视图中不可见的这些后侧光学连接器插座类似于前侧光学连接器插座810，并且配置成与光缆840上的连接器配对，其中几个也在图8中图示。每个前侧光学连接器插座810对应于后侧光学连接器插座中的单个后侧光学连接器插座。光学互连(在图8中不可见)穿过光学接插板800，使得在每个前侧光学连接器插座810与其对应后侧光学连接器插座之间存在光学互连。注意，前侧连接器插座810和后侧连接器插座可设计成容纳多光纤连接器，诸如MPO或MTP连接器。在此情况下，在每个前侧光学连接器插座810与其对应后侧光学连接器插座之间的光学互连是多链路光学互连，即，由多个光纤或其它光波导构成。

在一些实施例中，每个前侧光学连接器810及其对应后侧光学连接器插座是单个舱壁适配器或面板适配器的一部分。例如，一侧可配置成接纳公连接器体，而另一个配置成接纳母连接器体。在一些情况下，此类舱壁适配器或面板适配器实质上在构造上可以是空的，但形成使得插入到面板中的连接器体中的光学套圈光学对齐，即与它们之间的无障碍光学视线光学对齐。在其它情况下，舱壁适配器或面板适配器可包含波导，诸如扩展光束互连，其由具有大直径波导的透镜阵列构成。后一方法不太容易出故障，所述故障可能由一粒灰尘引起。

图9图示了上述光学接插板在光学设备机架中的示例应用。机架900包含三个光学底架910，每个光学底架910包括几个底架卡。机架900还安装有光学混洗盒920，以及光学接插板930。

光学混洗盒920用于建立底架910中底架卡之间的期望互连。常规上，底架卡将直接连接到光学混洗或光学混洗盒。然而，如上面所讨论的，从光学混洗到另一个光学混洗的改变用常规方法可能有挑战。

在图9中描述的系统中，底架卡未连接到光学混洗盒920，而是连接到光学接插板930。更具体地说，在所画出的实施例中，底架卡例如使用光纤电缆935连接到光学接插板930上的后侧光学连接器插座。

光学混洗盒920连接到光学接插板930上的前侧光学连接器。在一些实施例中，如果混洗盒920用前板连接器插座配置，则这些连接可用常规光纤电缆进行，备选地，这些连接可用带尾纤的连接器或从混洗盒920露出的连接器束进行，如上面所讨论的。

在图9中示出的配置的关键优点是，一旦进行底架卡连接，它们通常就不需要移除，甚至在从一个混洗到另一个混洗迁移的情况下。进一步说，底架卡连接在接插板的后面，而光学混洗连接到前侧上的接插板。用此设计，当光学混洗需要替换时，仅光学混洗与接插板之间的电缆需要重新连接，底架卡与接插板之间的电缆不重新连接。这个改变可用直接断开旧混洗盒并仅使用前侧连接重新连接新混洗盒来实现。通过将从底架卡到光学混洗盒的互连与光学接插板去耦，也变得有可能在底架与接插板之间预先安装所有光纤电缆，与所安装的底架卡数量或所使用光学混洗的拓扑无关。

如上面所提到的，光学接插板可与具有前板连接器插座或具有带尾纤的连接器的光学混洗盒一起使用。用带尾纤的光学混洗盒，有可能减少光学混洗盒所需的垂直脚印，因为前板的尺寸不受连接器的物理尺寸的支配，其通常是决定性因素。利用带尾纤的光学混洗盒的减少的前板脚印的一种方式是再用所保存的空间与另一光学混洗。在此类情形下，一个光学混洗可由系统主动使用，而另一光学混洗例如仅在另一个出故障的情况下才使用。

无源光学混洗选择

光学混洗盒的几个不同变型可能对于系统可用。这些变型可能反映不同类型的互连拓扑，或者可支持给定拓扑的更大数量或更小数量的互连。图10图示了支持不同数量互连的光学混洗盒的几个示例。图10中示出了最小示例支持4个端口，而最大支持32个。所图示的每个混洗盒单元与它下面的光学接插板配对；从混洗盒到光学接插板前面直接进行光学连接，如早先讨论的。

人工光学混洗拓扑迁移

将认识到，图10中的每一个示例都与无源光学接插板配对，无源光学接插板在四个示例中的每个示例中都是一样的。将系统从这些混洗盒之一迁移到另一混洗盒只是关乎将旧混洗盒从无源光学接插板前面断开、插入新混洗盒并将新混洗盒连接到无源光学接插板前面的问题。如果新混洗盒支持相同数量的端口，并且底架卡配置未改变，则不需要进一步动作。在系统升级时，其中增加了附加底架卡使得在混洗盒上需要附加端口，新底架卡连接到光学接插板的后面。在许多情况下，系统容量上的升级将不需要对先前底架卡连接进行任何改变。

因而，从几个变型当中选择用于给定类型系统的混洗盒尺寸允许系统设计人员在互连方面实现不同的缩放因子。光学混洗含有的端口越多，它需要的光纤互连将越多。

从具有某种互连拓扑的一个光学混洗盒改变到具有另一互连拓扑(包含相同类型但具有不同比例的拓扑)的另一光学混洗盒的想法被称为光学混洗拓扑迁移。上面描述的迁移可被称为“人工”光学混洗拓扑迁移，因为需要光学连接的人工操控。这与电气控制的配置形成对比，其中至少部分迁移可用电气控制的开关处置。

图11图示了人工光学混洗拓扑迁移的概念。在图11，在机架中存在两个光学混洗盒。第一光学混洗盒1110支持两个端口，并且从而具有两个带尾纤的连接器束。第二光学混洗盒1120支持4个端口。假定在顶部的光学混洗盒最初将其带尾纤的连接器连接到接插板1130，技术人员可将顶部光学混洗1110的带尾纤的连接器从光学接插板1130断开，并且然后连接位于接插板1130下面的光学混洗盒1120的对应带尾纤的连接器。在此示例中，在顶部的光学混洗盒仅具有2个连接器，而在底部的光学混洗盒具有4个连接器。从具有2个连接器的光学混洗迁移到具有4个连接器的另一光学混洗通常暗示连接器之间的互连拓扑改变。

将认识到，同一过程还可用于简单地替换出故障的光学混洗盒，在此情况下，在底部的光学混洗盒将与在顶部的光学混洗盒具有相同拓扑。后来，假定在底部的光学混洗盒现在是由系统当前使用的光学混洗盒，另一光学混洗拓扑迁移可以相同方式进行，其中又一光学混洗盒插入到上面位置。所述想法只是对于每个拓扑迁移保持在顶部的混洗盒与底部的混洗盒之间交替。

有源光学混洗选择

“有源”光学混洗选择的概念涉及使用有源部件选择光学混洗的能力。根据有源部件的配置，可选择一个或另一个光学混洗用于互连系统部件。

图12图示了有源光学混洗选择器卡1200的示例。有源光学混洗选择器卡1200通常对应于端口(即光学互连组)。每个有源光学混洗选择器卡1200包含用于对应端口的第一前侧光学连接器插座810以及用于对应端口的一组备选前侧光学连接器插座1220。每个备选前侧光学连接器插座1220对应于前侧光学连接器插座810中的单个前侧光学连接器插座。有源光学混洗连接器卡1200进一步包含后侧光学连接器插座830；每个后侧光学连接器插座830对应于第一前侧光学连接器插座810及其对应备选前侧光学连接器插座1220之一。光学纵横阵列1240提供从每个后侧光学连接器插座830到对应前侧光学连接器插座810和对应备选前侧光学连接器插座1220的可选择的光学互连。有源光学混洗选择器卡1200是适合于现场安装和移除的模块单元。

如图12所示，可使用光学纵横阵列，以便将光学信号从光学混洗选择器卡的后面重新定向到卡的前面端口。假定位于卡上的光学纵横开关是1x2光学纵横阵列，则来自卡后面的一个端口可有选择地在两个外出关联的端口之间切换。那意味着，卡前侧上的光学连接的数量必须是光学混洗选择器卡后侧上的光学连接的数量的两倍。在图12的示例实施例中是这种情况，其中在前侧存在两组8连接器插座，与后面的一组8连接器插座形成比较。应该认识到，可扩展此概念以允许后侧端口有选择地连接到三个(或更多)前侧端口之一。

有源光学混洗选择器卡1200前侧上的两组连接器又可连接到两个不同光学混洗，这意味着，纵横阵列1240允许后侧端口在两个不同光学混洗之间有选择地切换。

用于构建光学纵横1240的几个选项是有可能买到的。光学纵横开关通常意图用于大数量端口，例如16x16配置。通过需要1x2光学纵横阵列，光学纵横阵列的设计可变得更加简单，更加可缩放并且更加成本有效。

多个有源光学混洗选择器卡1200可被安装在简单底架中以创建可安装在机架上的光学接插单元，其允许从一个混洗盒到另一个的容易且快速迁移。图13中示出了一个示例，其中4个有源光学混洗选择器卡1200安装在底架1310中以形成有源光学接插单元1300。图13中还示出了两端口光学混洗1320和四端口光学混洗1330。

如图13所示，几个光学混洗选择器卡可插入到底架中。该想法被用作设想的系统在光学互连方面所需的许多光学混洗选择器卡。当系统成长以支持更多底架卡时，可插入附加光学混洗选择器卡。在此示例中，每个光学混洗选择器卡1200含有512个1x2光学纵横或开关阵列。这意味着，可以单个光纤或光学链路的粒度切换光学互连。512个1x2开关支持每端口8个连接器插座中的每个插座中高达64个光纤。可使用不同尺寸的光学纵横支持不同光纤/连接器配置。在各种实施例中，这些光学纵横可允许以单个光学链路的粒度切换，或者可仅允许在组中执行切换。

电气辅助的光学混洗拓扑迁移

“电气辅助的”光学混洗拓扑迁移的概念是指不需要人工干预以便实际上从一个光学混洗盒切换到另一混洗盒的事实。假定两个光学混洗盒含有不同互连拓扑，通过简单地重新配置每个光学混洗选择器卡的光学纵横阵列以便成功执行迁移，拓扑迁移是有可能的。

回头参考图13，可以看到，光学混洗盒1320和光学混洗盒1330都可同时连接到相同光学混洗选择器卡。在所画出的示例中，来自混洗盒1320的两个带尾纤的束可连接到前两个混洗选择器卡1200上的上连接器插座，而来自1330的四个带尾纤的束连接到前四个混洗选择器卡1200上的下连接器插座。当然，这意味着，每个光学混洗选择器卡需要单个光学混洗最低限度需要的那么多的连接器插座的两倍。然而，这也意味着，每个连接器卡可有选择地将后侧连接简单地基于选择器卡1200中的有源开关的电子配置连接到从一个光学混洗到另一个光学混洗的底架卡。

再次看图13，应该认识到，插入光学混洗选择器卡的底架1310的后面可与早先描述的无源光学接插板形成对比。虽然在底架1310的后面的连接器插座连接到底架卡，但光学混洗选择器卡1200连接在底架1310中。假定在光学混洗卡1200上使用的光学纵横阵列基于1x2光学纵横，则光波导可指向卡的顶部前面的端口或底部前面端口。在此情形下，两个光学混洗盒可暂时连接到相同光学混洗选择器卡，光学混洗选择器卡变得负责选择一个或另一个光学混洗盒。在此示例中，512个1x2光学纵横的阵列按光学混洗选择器卡构建，并且两端口拓扑被迁移到四端口拓扑(或者反之亦然)。

在图14中，应用相同概念，只是光学混洗拓扑迁移发生于从混洗盒1330的四端口拓扑配置到新安装的混洗盒1410的八端口拓扑配置。相同想法也可简单地应用于将光学混洗由具有相同拓扑的另一光学混洗替换，例如在故障的情况下。

直通式光学卡

可能需要从一个光学混洗盒到另一个的迁移以便替换出故障或失灵的光学混洗盒，在此情况下，现有光学混洗盒可由具有确切相同数量的端口和相同互连拓扑的另一光学混洗盒替换。然而，在系统需要缩放的上下文中，需要光学混洗拓扑迁移。这意味着，已经安装在系统上的光学混洗盒具有需要改变(或者放大或者缩小)的互连拓扑。改变光学混洗的互连拓扑意味着，更多或更少的端口在新光学混洗盒上应该是可用的，这也意味着，对于新互连拓扑可用的光波导数量和所需的光纤电缆数量将更多或更少，取决于互连需要放大还是缩小。

一些系统设计成放大到某个极限，例如直至占用一个或几个底架中所有插槽的点。这种放大的最后一步可考虑使用上述技术和设备的某些优化。例如，为了将系统放大到其容量极限，几个中间光学混洗迁移选项可能是有可能的。假定，例如系统可使用光学混洗互连拓扑的五个可能变型来缩放，这意味着，当系统要放大到其最大容量时，系统可开始于小尺寸系统的第一变型，并迁移到第二变型、第三变型、第四变型并且最后到第五变型。参考图13，例如，混洗互连拓扑的可能变型可包含对于2个、4个、8个、16个和32个端口的支持。

当系统已经到达可能互连拓扑的其最后一级时，可能不再需要光学混洗选择器卡具有其光学纵横阵列功能。事实上，不需要此类功能，因为仅有一个最后的可能互连拓扑用于最后缩放变型。基本上，对于互连拓扑的最后的增量升级，在光学混洗互连拓扑的最后的变型上可用的所有新连接都是固定的，并且将不再需要迁移到另一光学混洗拓扑。由于系统光学混洗拓扑缩放性的最后的增量不需要任何光学混洗选择器卡，因此可使用直通式卡代替有源光学混洗选择器卡。这个解决方案不太昂贵，并且是无源解决方案。

例如，假定光学设备安装可在几个步骤升级，其中最大比例配置需要16端口混洗，并且第二最大配置需要8端口。图15图示了支持最后的升级迁移的光学接插单元配置的可能配置。

在所图示的配置中，有源光学接插单元1300用8个有源光学混洗选择器卡1200和8个无源直通式卡1510填充。对于最后的迁移，16端口混洗盒1520连接到有源混洗选择器卡1200的底部连接器插座以及直通式卡1510的连接器插座。在图15的示例配置中是这种情况，光学混洗互连拓扑迁移的最后的步进增量通常需要与光学混洗选择器卡一样多的直通式光学卡1510。

细粒度光学混洗拓扑迁移

给定上述电气辅助的光学混洗拓扑迁移，有可能将具有可能不同拓扑的两个不同光学混洗盒同时连接到相同光学混洗选择卡。由于光学混洗选择器卡上的光学纵横阵列可一次配置一个光学纵横，即以单个1x2光学纵横的粒度，因此有可能策略地计划光学混洗之间的光波导的迁移。通过仔细选择要迁移的波导的定时和次序，变得有可能策略地提供最小程度服务破坏，如果未完全避免它的话。

例如，假定两个系统部件需要它们之间的几个通信信道，它们之间的所有通信信道可同时迁移，以便提供互连拓扑的同步迁移。备选地，可一次进行一个信道。还有，在每个通信信道是双向的情形下，两个关联的系统部件之间的对应传送和接收信道的光学链路可同时迁移。

上面描述的本发明的几个实施例可提供几个优点。例如，用带尾纤的光学混洗盒，前板脚印可与连接光学混洗所需的光学适配器和/或连接器的数量和尺寸无关。本文描述的无源光学接插板简化了底架卡与光学混洗盒之间的电缆布线。因为底架卡电缆端接在无源光学接插板，所以在光学混洗维护过程之间不需要操控这些电缆。可仅对于卡与接插板之间的确切距离计算或剪裁电缆的长度，这意味着，一旦安装底架卡与接插板之间的电缆，对于那个电缆布线就将不再需要维护。

而且，通过在两个光学混洗盒之间安装无源光学接插板，有可能计划大大简化光学混洗盒的维护和/或替换。因为系统部件(诸如底架卡)仅需要连接到具有已知电缆长度的接插板，因此可对于正确光缆长度设计光学混洗盒以互连到光学接插板。理想上，可使用相同长度的多个光纤电缆互连光学混洗盒和接插板。在迁移的上下文中，变得有可能简单地再用相同光纤电缆用于连接到新的光学混洗盒。

从一个光学混洗盒迁移到另一个的过程也被简化，因为可通过简单地从光学接插单元的前侧断开旧光学混洗并将电缆连接到新光学混洗来完成迁移。这在成本、简化和可靠性方面可以是相当有利的。

本文描述的有源光学接插单元还简化了光学混洗盒之间的迁移过程，并且具有减少系统停机时间的进一步优点，不管迁移是替换有缺陷混洗盒，还是将系统移动到具有不同互连拓扑的新混洗盒。给有源光学混洗选择器卡提供了附加灵活性，这基于使用提供从每个后侧光学连接器插座到两个对应前侧光学连接器插座之一的可选择的光学互连的光学纵横阵列。用有源光学混洗连接器卡，变得有可能计划选择的光学信道的迁移而不是一次迁移所有信道。基本上，光学信道的这种细粒度选择例如可允许数个光学信道被迁移到新互连配置，而其它信道可保持使用旧光学混洗拓扑。这种灵活性允许有可能更好地管理业务并最小化分组丢失。

有源光学接插单元的一些实施例的模块结构允许使用无源直通式卡连同有源光学混洗选择器卡，或代替有源光学混洗选择器卡。这些可能更便宜，并且是完全无源解决方案。

应该认识到，在前述讨论中，使用诸如“第一”、“第二”等术语来区分各种元件、区域、部分等与另一个元件、区域、部分，并且不意图暗示具体次序或优先权，除非上下文另有明确指示。相似术语在说明书通篇是指相似元件。同样，本文所使用的术语“具有”、“含有”、“包含”、“包括”等是开放的术语，这指示存在所陈述的元件或特征，但不排除附加元件或特征。冠词“一”和“所述”意图包含复数以及单数，除非上下文另有明确指出。当本文图示一个过程或要求其权利时，应该理解，可按任何次序执行那个过程的步骤或操作，除非上下文另有明确要求。最后，要理解到，本文描述的各种实施例的特征可彼此组合，除非另有明确提到。

尽管本文已经图示和描述了特定实施例，但是本领域普通技术人员将认识到，各种备选和/或等效实现可替代所示出和描述的特定实施例而不脱离本发明的范围。此申请意图涵盖本文讨论的特定实施例的任何改编或变化。因此，意图是本发明仅由权利要求书及其等同物限制。

Claims (18)

1.一种光学接插单元，适合于安装在光学设备机架中或光学设备机架上，所述光学接插单元包括：

多个前侧光学连接器插座，其布置在所述光学接插单元的前侧上；

多个后侧光学连接器插座，其布置在所述光学接插单元的后侧上，其中每个前侧光学连接器插座对应于所述后侧光学连接器插座中的单个后侧光学连接器插座；以及

多个光学互连，包含每个前侧光学连接器插座与其对应后侧光学连接器插座之间的光学互连，

其中所述光学接插单元是包括一个或多个有源光学混洗选择器卡的有源光学接插单元，每个有源光学混洗选择器卡包括：

所述前侧光学连接器插座中的两个或多于两个；

一组备选前侧光学连接器插座，每个备选前侧光学连接器插座对应于所述前侧光学连接器插座中的单个前侧光学连接器插座；以及

光学纵横阵列，其提供从每个后侧光学连接器插座到对应前侧光学连接器插座和对应备选前侧光学连接器插座的可选择的光学互连。

2.如权利要求1所述的光学接插单元，其中所述前侧光学连接器插座和所述后侧光学连接器插座各组织成两个或多于两个端口，每个端口包含所述前侧光学连接器插座中的至少两个。

3.如权利要求1所述的光学接插单元，其中每个前侧光学连接器插座和每个后侧光学连接器插座容纳多光纤连接器，并且其中所述光学互连中的每一个是多链路光学互连。

4.如权利要求1所述的光学接插单元，其中每个前侧光学连接器插座和每个后侧光学连接器插座容纳多光纤连接器，其中所述可选择的光学互连中的每一个是多链路光学互连，并且其中所述光学纵横阵列布置成使得与给定后侧光学连接器插座关联的所有光学链路同时从所述对应前侧光学连接器插座切换到所述对应备选前侧光学连接器插座，或者反之亦然。

5.如权利要求1所述的光学接插单元，其中每个前侧光学连接器插座和每个后侧光学连接器插座容纳多光纤连接器，其中所述可选择的光学互连中的每一个是多链路光学互连，并且其中所述光学纵横阵列布置成使得与给定后侧光学连接器插座关联的每个光学链路能够单独从所述对应前侧光学连接器插座切换到所述对应备选前侧光学连接器插座，或者反之亦然。

6.如权利要求1所述的光学接插单元，其中所述有源光学混洗选择器卡中的一个或多个是适合于现场安装和移除的模块单元。

7.如权利要求1所述的光学接插单元，进一步包括一个或多个直通式光学卡，其中每个直通式光学卡包括所述前侧光学连接器插座中的两个或多于两个并且包括每个前侧光学连接器插座与其对应后侧光学连接器插座之间的单个静态光学互连。

8.一种光学设备组件，包括：

光学混洗单元，具有组织成两个或多于两个端口的多个光学连接器，所述光学混洗单元根据互连拓扑在所述光学连接器中间进一步包含多个混洗互连；

多个光学设备卡，适合于安装在设备底架中，所述光学设备卡中的每一个对应于所述端口之一并且具有一个或多个光学输入端或光学输出端或二者；以及

光学接插单元，适合于安装在光学设备机架中或光学设备机架上，所述光学接插单元包括：

在所述光学设备机架的前侧上的多个前侧光学连接器插座；

多个后侧光学连接器插座，其布置在所述光学接插单元的后侧上，其中每个前侧光学连接器插座对应于所述后侧光学连接器插座中的单个后侧光学连接器插座；以及

多个光学互连，其包括每个前侧光学连接器插座与其对应后侧光学连接器插座之间的光学互连；

其中每个光学设备卡的所述光学输入端和光学输出端使用光缆连接到所述后侧光学连接器插座，并且其中所述光学混洗单元的每个端口的所述光学连接器使用光缆连接到所述光学接插单元的所述前侧光学连接器插座，使得所述光学设备卡根据由所述光学混洗单元定义的所述互连拓扑被互连；并且

其中所述光学接插单元是包括一个或多个有源光学混洗选择器卡的有源光学接插单元，每个有源光学混洗选择器卡对应于相应端口，并且每个有源光学混洗选择器卡包括：

所述前侧光学连接器插座中的两个或多于两个；

一组备选前侧光学连接器插座，每个备选前侧光学连接器插座对应于所述前侧光学连接器插座中的单个前侧光学连接器插座；以及

光学纵横阵列，其提供从对应端口的每个后侧光学连接器插座到对应前侧光学连接器插座和对应备选前侧光学连接器插座的可选择的光学互连。

9.如权利要求8所述的光学设备组件，其中所述前侧光学连接器插座中的每一个和所述后侧光学连接器插座中的每一个容纳多光纤连接器，并且其中所述光学互连中的每一个是多链路光学互连。

10.如权利要求8所述的光学设备组件，其中所述有源光学接插单元的每个前侧光学连接器插座和所述有源光学接插单元的每个后侧光学连接器插座容纳多光纤连接器，其中所述有源光学接插单元的所述可选择的光学互连中的每一个是多链路光学互连，并且其中所述光学纵横阵列布置成使得与给定后侧光学连接器插座关联的所有光学链路可同时从所述对应前侧光学连接器插座切换到所述对应备选前侧光学连接器插座，或者反之亦然。

11.如权利要求8所述的光学设备组件，其中所述有源光学接插单元的每个前侧光学连接器插座和所述有源光学接插单元的每个后侧光学连接器插座容纳多光纤连接器，其中所述有源光学接插单元的所述可选择的光学互连中的每一个是多链路光学互连，并且其中所述光学纵横阵列布置成使得与给定后侧光学连接器插座关联的每个光学链路能够单独从所述对应前侧光学连接器插座切换到所述对应备选前侧光学连接器插座，或者反之亦然。

12.如权利要求8所述的光学设备组件，其中所述有源光学混洗选择器卡中的一个或多个是适合于现场安装和移除的模块单元。

13.如权利要求8所述的光学设备组件，其中所述有源光学接插单元进一步包括对应于相应端口的一个或多个直通式光学卡，其中每个直通式光学卡包括所述对应端口的所述前侧光学连接器插座中的两个或多于两个并且包括每个前侧光学连接器插座与其对应后侧光学连接器插座之间的单个静态光学互连。

14.如权利要求8所述的光学设备组件，其中所述光学混洗单元的一个或多个端口的所述光学连接器各在对应尾纤光缆的第一端，并且其中每个尾纤光缆的第二端永久贴附到所述光学混洗单元。

15.一种用于将光学设备组件从由第一光学混洗单元定义的第一互连拓扑迁移到由第二光学混洗单元定义的第二互连拓扑的方法，所述第一光学混洗单元和第二光学混洗单元中的每一个具有组织成两个或多于两个端口的一组两个或多于两个光学连接器，其中所述光学设备组件进一步包含适合于安装在设备底架中的多个光学设备卡，其中所述光学设备卡中的每一个对应于所述端口之一并且具有一个或多个光学输入端或光学输出端或二者，所述方法包括：

从适合于安装在光学设备机架中或光学设备机架上的光学接插单元断开所述第一光学混洗单元，所述光学接插单元具有多个前侧光学连接器插座和多个后侧光学连接器插座，每个前侧光学连接器对应于后侧光学连接器插座，并且所述光学接插单元进一步具有在每个前侧光学连接器插座与其对应后侧光学连接器插座之间的光学互连，并且其中每个光学设备卡的所述光学输入端和光学输出端使用光缆连接到所述光学接插单元的所述后侧光学连接器，并且其中所述第一光学混洗单元的每个端口的所述光学连接器使用光缆初始连接到所述对应前侧光学连接器插座，使得所述光学设备卡根据由所述第一光学混洗单元定义的所述第一互连拓扑被互连；以及

将所述第二光学混洗单元的每个端口的所述光学连接器连接到所述光学接插单元的前端连接器；

其中所述光学接插单元是包括对应于一个或多个相应端口的一个或多个有源光学混洗选择器卡的有源光学接插单元，每个有源光学混洗选择器卡包括所述前侧光学连接器插座中的两个或多于两个以及一组备选前侧光学连接器插座，每个备选前侧光学连接器插座对应于所述前侧光学连接器插座中的单个前侧光学连接器插座；以及光学纵横阵列，其提供从对应端口的每个后侧光学连接器插座到对应前侧光学连接器插座和对应备选前侧光学连接器插座的可选择的光学互连，其中所述方法包括：对于所述有源光学接插单元的至少一个端口中的每个端口，在断开所述第一光学混洗单元的对应光学连接器之前将所述第二光学混洗单元的所述光学连接器连接到所述对应端口的备选前侧光学连接器插座。

16.如权利要求15所述的方法，进一步包括：在断开所述第一光学混洗单元的所述对应光学连接器之前，将所述至少一个端口的每个后侧光学连接器插座的所述可选择的光学互连切换到所述对应备选前侧光学连接器插座。

17.如权利要求16所述的方法，其中所述有源光学接插单元的每个前侧光学连接器插座和所述有源光学接插单元的每个后侧光学连接器插座容纳多光纤连接器，并且其中所述有源光学接插单元的所述可选择的光学互连中的每一个是多链路光学互连，并且其中所述光学纵横阵列布置成使得与给定后侧光学连接器插座关联的每个光学链路能够单独从所述对应前侧光学连接器插座切换到所述对应备选前侧光学连接器插座，或者反之亦然；

所述方法进一步包括：在断开所述第一光学混洗单元的所述对应光学连接器之前将所述至少一个端口的每个后侧光学连接器插座的每一个光学链路单独切换到所述对应备选前侧光学连接器插座。

18.如权利要求15所述的方法，其中所述有源光学接插单元进一步包括对应于相应端口的一个或多个直通式光学卡，其中每个直通式光学卡包括所述对应端口的多个前侧光学连接器插座并且包括每个前侧光学连接器插座与其对应后侧光学连接器插座之间的单个静态光学互连，所述方法进一步包括将所述第二光学混洗单元的光学连接器连接到每个直通式光学卡的所述对应端口的所述前侧光学连接器插座。