CN109155674B

CN109155674B - 用于增强传输网络中的可靠性的系统和方法

Info

Publication number: CN109155674B
Application number: CN201780031708.5A
Authority: CN
Inventors: 谢崇进
Original assignee: Alibaba Group Holding Ltd
Current assignee: Alibaba Group Holding Ltd
Priority date: 2016-05-31
Filing date: 2017-02-02
Publication date: 2022-07-12
Anticipated expiration: 2037-02-02
Also published as: CN109155674A; WO2017209803A1; US10476587B2; US20170346549A1

Abstract

本发明的一个实施例提供一种耦合光传输网络中的两个节点的光链路。所述光链路包括光纤跨度，其包括第一光纤、第二光纤和分路器。所述分路器的输入端耦接到所述光纤跨度的输入端，并且所述分路器的第一输出端和第二输出端分别耦接到所述第一光纤和所述第二光纤。所述光链路还包括耦接到所述第一光纤的第一放大器、耦接到所述第二光纤的第二放大器以及光开关。所述光开关的两个输入端分别耦接到所述第一放大器和所述第二放大器的输出端；并且所述光开关的输出端耦接到第三放大器的输入端。

Description

用于增强传输网络中的可靠性的系统和方法

技术领域

本申请涉及光传输网络。更具体地，本申请涉及可增强光传输网络的可靠性的系统和方法。

背景技术

在当前的数字时代中，IT运营已变成全世界大多数运营的重要方面。为了确保业务连续性，组织需要可靠的基础设施用于IT运营。对于最关键操作依靠在线活动的业务，诸如电子商务、社交网络、因特网搜索引擎等，需要具有最高可靠性标准的网络。

为了确保数据安全性，大型互联网公司常常依靠数据中心来存储他们的数据，并且他们的日常业务运营常常涉及在经由光传输网络互连的多个数据中心之间交换信息。同时，许多较小企业可能依靠由第三方提供的云服务来满足其IT需要。云服务提供商还使用许多互连的数据中心来提供计算服务。连接数据中心的光传输网络中的任何故障可引起业务运营的中断。因此，光传输网络的可靠性对确保正常的业务运营来说是至关重要的。

发明内容

本发明的一个实施例提供一种将光传输网络中的两个节点耦接的光链路。所述光链路包括光纤跨度，其包括第一光纤、第二光纤和分路器。所述分路器的输入端耦接到所述光纤跨度的输入端，并且所述分路器的第一输出端和第二输出端分别耦接到所述第一光纤和所述第二光纤。所述光链路还包括耦接到所述第一光纤的第一放大器、耦接到所述第二光纤的第二放大器以及光开关。所述光开关的两个输入端分别耦接到所述第一放大器和所述第二放大器的输出端；并且所述光开关的输出端耦接到第三放大器的输入端。

在关于此实施例的变化中，所述分路器是3-dB光耦合器，并且所述光开关是2×1开关。

在关于此实施例的变化中，所述光链路还包括附加光纤跨度。所述附加光纤跨度中的每一个光纤跨度包括至少两条光纤，并且所述至少两条光纤承载正在基本上类似的信号以提供针对所述光链路中的光纤故障的保护。

在关于此实施例的变化中，所述第一放大器和所述第二放大器是低噪声前置放大器。

在另一个变化中，所述第一放大器和所述第二放大器包括掺铒光纤放大器(EDFA)。

在关于此实施例的变化中，所述第三放大器是功率放大器。

在关于此实施例的变化中，所述第一放大器或所述第二放大器是两级掺铒光纤放大器(EDFA)的第一级，并且所述第三放大器是所述两级EDFA的第二级。

在关于此实施例的变化中，所述光链路还包括分别耦接到所述第一光纤和所述第二光纤的第一光电检测器和第二光电检测器。所述光开关基于所述第一光电检测器和所述第二光电检测器的输出被控制。

附图说明

图1呈现了图示两个数据中心之间的示例性光链路的图。

图2呈现了图示用于减小光纤切断引发的故障率的常规方案的图(现有技术)。

图3呈现了图示依照本发明的实施例的用于减小光纤切断引发的故障率的光线路段保护方案的图。

图4A和图4B呈现了图示依照本发明的实施例的在一个方向上实现光线路段保护(OLSP)的光纤跨度的细节的图。

图5A和图5B呈现了图示依照本发明的实施例的在一个方向上实现OLSP的光纤跨度的细节的图。

图6呈现了图示依照本发明的实施例的在一个方向上的示例性OLSP方案的图。

图7呈现了图示依照本发明的实施例的在一个方向上的示例性OLSP方案的图。

图8A呈现了图示依照本发明的实施例的在一个方向上使用多个备用光纤的示例性OLSP方案的图。

图8B呈现了图示依照本发明的实施例的在一个方向上使用多个备用光纤的示例性OLSP方案的图。

图9呈现了图示依照本发明的实施例的实现OMSP和OLSP两者的示例性保护方案的图。

图10呈现了图示依照本发明的实施例的实现IP层保护和OLSP两者的示例性保护方案的图。

图11呈现了图示依照本发明的实施例的示例性OLSP过程的流程图。

在图中，相似的附图标记指代相同的图元素。

具体实施方式

以下描述被呈现来使得本领域的任何技术人员能够做出并使用本发明，并且是在特定应用及其要求的背景下提供的。对所公开的实施例的各种修改对于本领域的技术人员而言将是容易地显而易见的，并且在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以将本文所限定的一般原理应用于其他实施例和应用。因此，本发明不限于所示出的实施例，而是将符合与本文所公开的原理和特征一致的最宽范围。

概要

本发明的实施例提供用于确保光传输网络的可靠性的系统和方法。更具体地，为了防止由光纤切断或故障引起的中断，可实现各种保护机制，包括路径保护和链路保护。更具体地，可使用备用跨度来保护传输网络的个别光纤跨度，并且还可在网络中的两个节点之间提供备用路由(光路由、电路径或光电混合路由)。为了减轻由于备用光纤跨度的包含引起的光信噪比(OSNR)的可能恶化，可实现对网络的OSNR具有非常低影响的新颖光线路段保护(OLSP)模块。更具体地，OLSP模块可包括光耦合器、备用光纤以及插入在两级掺铒光纤放大器(EDFA)的两级之间的光开关。

光线路段保护(OLSP)

图1呈现了图示两个数据中心之间的示例性光链路的图。数据中心110和120经由双向光链路130彼此连接，所述双向光链路130包括多个光纤跨度，诸如光纤跨度132、134和136。注意，在本公开中，术语“光纤跨度”指代在两端终止的光纤(或电缆)，并且可包括可添加、减去或者衰减光信号的装置。光纤跨度可能不包括任何放大装置。在图1所示的示例中，通过单线表示的光纤跨度可包括一对光纤以允许双向通信实现。可在连续光纤跨度之间插入光放大器(诸如EDFA)以放大光信号。例如，EDFA对(或双向EDFA)138被插入在光纤跨度132和134之间。

图1还示出每个数据中心的发送/接收系统。例如，数据中心110的发送系统包括路由器112、光收发器114和光复用器/解复用器(MUX/DEMUX)116。对于依靠在波长域中复用以扩展数据容量的发送技术，MUX/DEMUX 116可将不同波长的光信号组合到单个光纤链路(例如，链路130)上并且使不同波长的光信号分离到不同的接收器。

如同可从图1看到的，无论何时存在光纤切断或故障(由施工或由恶意活动引起)，数据中心之间的通信都将被中断。例如，如果在光纤跨度136中存在切断，则在光链路130上承载的光信号将丢失，并且数据中心110和120之间的通信将被中断。对于依靠这种信息流来操作的业务来说，这可导致灾难性后果。

此外，对于单个链路上的点对点连接，任何跨度处的光纤切断可使整个链路发生故障。光纤跨度的最大距离通常可介于20km与80km之间。因此，建立长距离链路需要许多光纤跨度，从而增加发生光纤切断的可能性。例如，将北京的数据中心连接到上海的数据中心的光纤链路可具有最多30个跨度。如果在光纤跨度上发生光纤切断的概率是0.25％，则在北京与上海之间的链路上发生故障的概率然后可高达1–(1–0.25％)³⁰＝7.23％。这意味着单独由光纤故障引起的链路故障的可能性可高达7.23％，从而导致两个数据中心的可用率约为92.77％。这种低可用率不能满足针对许多应用(诸如金融或医疗应用)的服务水平协议(SLA)要求。事实上，许多金融机构要求其IT服务提供商确保非常高的可用性，诸如五个九(即，99.999％)或更高。

用于减小由光纤切断引起的故障率的一种方法是提供一个或多个备用路由。当在主路由上检测到光纤故障时，可将数据业务切换到备用路由而不会中断。图2呈现了图示用于减小光纤切断引发的故障率的常规方案的图(现有技术)。在图2中，数据中心210和220经由链路230彼此连接。附加地，还在数据中心210和220之间提供备用链路240。当在链路230上发生光纤切断时，如图2所示，可将数据业务切换到链路240以确保数据中心210和220之间的正常通信。

使用北京与上海之间的前述链路作为示例，如果使用两条路由(其中它们中的一条为备用路由)，则可将故障率减小至7.23％×7.23％＝0.52％，从而将可用率提高至99.48％。类似地，四条路由可导致超过四个九的可用率，并且六条路由可将可用率提高至六个九。然而，建立备份路由可能是非常昂贵的。为特定链路建立两条路由可能要求两倍的设备量，包括光路由器/交换机、光纤、光发送设备等，并且四条路由可能要求四倍的设备量。在图2所示的示例中，为了建立备用链路240，将需要附加收发器、复用器和放大器。尽管主要的电信服务提供商(诸如AT&T或Verizon)可以能够实现此解决方案，因为他们已经拥有大型光纤网络，然而试图建立它们自己的光传输网络的较小运营商或互联网公司会发现这种解决方案不可行。

为了解决此问题，在一些实施例中，可实现成本效益合算的方法来增强光传输网络的可靠性。更具体地，可在光纤跨度上实现OLSP机制以减轻光纤切断或故障的负面影响。OLSP通过为光纤跨度实现备用光纤来保护光纤跨度。备用光纤通常被放置在与主光纤不同的位置处。例如，主光纤可被埋在地面中，然而备用光纤可通过电线杆被承载在空中。其他示例可包括将光纤放置在高速公路的不同侧。空间多样性确保两种光纤被切断的可能性低。当在主光纤(其通常承载业务)上发生光纤切断或故障时，可将数据业务切换到备用光纤而不会引起服务中断。因为光纤跨度通常不包括任何有源组件，所以为光纤跨度提供备用光纤比建立备用路由便宜得多。在另外的实施例中，链路的每一个光纤跨度被提供有备用光纤。这可显著地减小由光纤切断引起的故障率。

图3呈现了图示依照本发明的实施例的用于减小光纤切断引发的故障率的光线路段保护方案的图。在图3中，数据中心310和320经由光链路330彼此连接，所述光链路330在每一个光纤跨度上实现OLSP。例如，放大器332和334之间的光纤跨度可包括主光纤对336和备用光纤对338，并且放大器334和340之间的光纤跨度包括主光纤对342和备用光纤对344。在正常条件下，数据业务通常由主光纤承载。然而，当在主光纤对336上发生光纤切断时，如图3所示，通过放大器332和334之间的光纤跨度的数据业务将被切换到备用光纤对338，而不会对链路330上的业务造成中断。

因为链路330的每一个跨度受到备用光纤保护，所以可显著地减小链路330的故障率。使用北京与上海之间的前述链路作为示例，在具有单条光纤的光纤跨度上的光纤切断的概率为0.25％的情况下，如果每一条光纤跨度包括备用光纤，则可将光纤切断引发的故障率减小至1–(1–0.25％×0.25％)³⁰＝0.01875％，从而将可用率提高至99.98％。与图1所示的不受保护链路相比较，可将受OLSP保护的链路的可靠性提高多达四百倍。

与图2所示的保护方案相比较，在在数据中心的路由器之间提供备用路由的情况下，图3所示的OLSP方案不仅构建起来花费较少的钱并且操作起来要求较少的功率(不需要附加有源组件，并且光纤它本身是无源的)，而且也可提供较高的可靠性。在图2所示的示例中，不管哪个跨度遭受光纤切断或故障，如果两条路由经历光纤切断或故障则数据业务都将被中断。另一方面，在图3所示的示例中，除非在相同跨度的两条光纤上发生光纤切断，否则业务将不会中断。后者场景更加不太可能发生。

具有低OSNR影响的OLSP

允许业务在故障时切换到备用路径的典型方法可涉及安装在受保护路径的起始点处的分路器和安装在结束点处的开关，分路器和开关均未被示出在图3中。分路器可将传入信号分成两个相同的信号，每个信号由一条路径(主路径和备用路径)承载。在结束点处，开关可从两个相同的信号中选择要发送到网络的下一个分段的信号。

图4A和图4B呈现了图示依照本发明的实施例的在一个方向上(另一方向是类似的)实现OLSP的光纤跨度的细节的图。在图4A中，光纤跨度410位于放大器402和404之间。光纤跨度410实现OLSP并且包括光分路器412、光纤414和416以及开关418。

光分路器412可以是无源分路器并且可将由放大器402输出的光信号分成多个信号。在一些实施例中，光分路器412可以是将传入光信号分成两个输出信号的1×2分路器。在另外的实施例中，光分路器412可以是可将传入信号分成两个相同的部分并且然后单独地将这两个相同的部分发送到光纤414和416的3dB耦合器。

开关418负责从在光纤414和416上承载的信号中选择要发送到放大器404的一个信号。在正常条件下，光纤414是主光纤，并且开关418可被配置为将光纤414连接到放大器404的输入端。当在主光纤414上检测到光纤切断或故障时，开关418然后可被配置为将携带相同的信号的光纤416连接到放大器404的输入端。在一些实施例中，开关418还可包括光功率检测器(在附图中未示出)，所述光功率检测器可测量光功率，并且因此，可检测光信号的存在或不存在。在一条光纤上不存在光信号通常可指示光纤切断或故障。功率检测器的输出可用于控制开关418。各种类型的控制逻辑(在附图中未示出)可用于控制开关418。

在图4A和图4B所示的示例中，耦合器412是无源装置。开关418及其控制组件(例如，功率检测器和控制逻辑)可以是低功率装置。因此，图4A和图4B所示的OLSP方案是低成本和低功耗保护方案。

然而，图4A和图4B所示的方案具有缺点。更具体地，由于通过分路器412引入的耦合损失，在光纤414和416中的每一个上承载的信号可具有比放大器402的输出更低的功率。如果分路器412是3-dB耦合器，则每条光纤上的信号的光功率仅是到分路器412的输入信号的功率的一半，并且开关418可进一步减小到放大器404的信号的功率。尽管在光纤跨度410的另一端处放大器404可重新放大光纤414或416上的信号，然而取决于开关418选择了哪条光纤，经放大的信号不具有与到分路器412的输入信号的光信噪比(OSNR)相同的光信噪比(OSNR)，因为典型的放大器不仅放大功率而且添加噪声。与图1所示的无保护场景相比较，现在需要相同的放大器来放大具有不到一半功率的信号，从而导致经放大的信号具有减小的OSNR。对于具有许多光纤跨度的长距离链路，使OSNR在每个跨度处减小可能是一个巨大问题。尽管可通过提高放大器402的输出功率来补偿分路器412处的损失，然而不能在不引发任何光纤非线性损失的情况下以这种方式补偿开关418处的损失，这可显著地降低系统性能。

为了减轻OSNR恶化，在一些实施例中，每条光纤路径上的信号功率可在由开关选择之前被恢复。图5A和图5B呈现了图示依照本发明的实施例的在一个方向上(另一方向是类似的)实现OLSP的光纤跨度的细节的图。在图5A中，光分段510位于放大器502和504之间。分段510包括光分路器512、光纤路径514和516以及开关518。每条光纤路径还可包括低噪声放大器。例如，光纤路径514包括放大器522并且光纤路径516包括放大器524。

与图4A所示的类似，在正常操作期间，分路器512(其可包括3-dB耦合器)将放大器502的输出分成两个相同的部分并且将每个部分发送到光纤路径。开关518可将光纤路径514连接到放大器504的输入端，同时让光纤路径516不连接。当在光纤路径514上发生光纤切断或故障时，如图5B所示，开关518可将光纤路径516连接到放大器504的输入端(如图5B所示)，而不会中断在光分段510上承载的业务。

放大器522和524可以是具有非常低的噪声系数的低增益放大器。这样，在每条光纤路径上的信号到达开关518之前，它们的功率可被以最小OSNR恶化恢复到类似于或者高于分路器512的输入信号的功率水平的水平。在一些实施例中，低噪声放大器522和524可具有大约几个dB(例如，在三个dB与五个dB之间)的噪声系数。

然后可将由放大器522和524放大的信号发送到开关518，所述开关518选择要由放大器504放大的信号中的一个。因为无源分路器512不影响信号的OSNR，并且放大器522和524对信号的OSNR具有非常低的影响，所以放大器502的输入端处的待放大信号和放大器504的输入端处的待放大信号可具有类似的OSNR。考虑到放大器502和504可具有类似的噪声系数，它们的输出信号的OSNR也可以是类似的。换句话说，图5A和图5B所示的OLSP方案可在所发送的信号的OSNR上引起无恶化或最小恶化，同时提供光纤切断引发的故障保护。

如图5A和图5B所示，在分路信号到达信号选择开关之前放大它们可减小OSNR上的恶化。然而，此方法要求在路径中安装附加放大器，这可能实现起来花费更多并且要求附加功率来操作。为了提供低成本、低功耗解决方案，可利用在光传输网络中使用的放大器常常包括多级(例如，两级或三级)EDFA的事实，并且不是在每条路径中插入附加放大器，而是EDFA的初始级(例如，前置放大器)可用于在分路信号到达信号选择开关之前放大它们。

图6呈现了图示依照本发明的实施例的在一个方向上(另一方向是类似的)的示例性OLSP方案的图。光纤跨度610包括分路器612以及光纤614和616。分路器612可包括无源光分路器，诸如3-dB耦合器。在光纤跨度610的起始点处，分路器612接收从前一级发送的信号。这种信号可由放大器602输出。在光纤跨度610的结束点处，两条光纤(614和616)中的每一个均耦接到放大器系统。光纤614耦接到放大器系统604并且光纤616耦接到放大器系统606。

每个放大器系统可包括多级放大器，诸如两级EDFA。例如，放大器系统604可包括包含第一级EDFA 622和第二级EDFA 624的两级EDFA，并且放大器系统606还可包括第一级EDFA 632和第二级EDFA 634。第一级EDFA 622和632可被配置为充当前置放大器并且具有低噪声系数。在一些实施例中，这些第一级EDFA具有小于5dB的噪声系数。第二级EDFA 624可被配置为充当功率放大器并且可提供高增益(例如，高于20dB的增益)。注意，第二级EDFA634的输入端被断开并且其输出端可连接到衰减器638以防止光功率泄漏。

第一级EDFA的输出被发送到开关608，所述开关608可被配置为选择这些输出中的要发送到第二级EDFA 624的一个。开关608的开关操作可由一对光电检测器控制，该对光电检测器可用于检测每条光纤中的光信号的存在/不存在。在图6所示的示例中，光电检测器626耦接到第一级EDFA622的输入端并且可测量光纤614上承载的信号的功率。类似地，光电检测器636耦接到第一级EDFA 632的输入端并且可测量光纤616上承载的信号的功率。在一些实施例中，光电检测器626和636的输出被发送到控制逻辑628，所述控制逻辑628控制开关608的开关操作。例如，如果两个光电检测器检测到信号，意味着两条光纤是完整的并承载信号，则从控制逻辑628发送的控制信号可将开关608配置为将第一级EDFA 622的输出端连接到第二级EDFA 624。这样，来自光纤614的信号被选择并发送到下一级。如果光电检测器626检测到信号功率水平小于预定小值，指示光纤614可以被切断，则当光电检测器636检测到光信号的存在时，控制逻辑628可发送使开关608将第一级EDFA 632的输出端连接到第二级EDFA 624的控制信号。因此，当在光纤614中发生光纤切断或故障时，来自备用光纤616的信号被选择并发送到下一级。

除了使光电检测器626和636分别耦接到第一级EDFA 622和632的输入端之外，如果这些EDFA可被配置为在未检测到输入的情况下自动地关闭，则还能够将光电检测器耦接到第一级EDFA的输出。在一些实施例中，光电检测器可以是放大系统的一部分。例如，许多商业上可买到的多级EDFA已经具有内置光电检测器。

在图6所示的示例中，在每条光纤的末端的放大器系统可包括商业上可买到的多级EDFA。因为无需为OLSP应用设计新的放大器系统，所以此方法可以是成本效益合算的。然而，此方法也可能意味着第二级EDFA中的一个时常地保持空闲，从而浪费另外有用的资源。在图6中，第二级EDFA 634未被使用并始终保持空闲。如果OLSP方案被广泛地实现，则设计专用放大系统可能是更好的选择。

图7呈现了图示依照本发明的实施例的在一个方向上(另一方向是类似的)的示例性OLSP方案的图。除了在光纤跨度710的结束点处使用特别设计的放大器系统704之外，图7所示的OLSP方案与图6所示的OLSP方案类似。放大器系统704包括一对前置放大器722和732以及功率放大器724。前置放大器722和732可包括具有低噪声系数的任何类型的光放大器，包括但不限于：EDFA、半导体光放大器(SOA)和拉曼放大器。功率放大器724可包括能够提供高增益的任何类型的光放大器，包括但不限于：EDFA、SOA和拉曼放大器。

每个前置放大器耦接到光纤跨度710中的光纤并且可放大由光纤承载的光信号。目的是为了补偿分路器712处的耦合损失。放大器系统704还可包括用于选择前置放大器722和732的输出中的一个的开关708。开关708的操作与开关608的操作类似，并且可由控制逻辑728基于光电检测器726和736的输出来控制，光电检测器726和736的输出分别耦接到前置放大器722和732的输入。

为了进一步减小光纤切断引发的故障率，还能够使用多个备用光纤来提供OLSP。图8A呈现了图示依照本发明的实施例的在一个方向上(另一方向是类似的)使用多个备用光纤的示例性OLSP方案的图。除了分路器802是1×4分路器并且开关804是4×1开关之外，图8A所示的保护方案与图4A和图4B所示的保护方案类似。注意，1×4分路器802具有6-dB耦合损失，意味着信号的OSNR的恶化可能比图4A和图4B所示的示例更差。图8B呈现了图示依照本发明的实施例的在一个方向上(另一方向是类似的)使用多个备用光纤的示例性OLSP方案的图。除了分路器812是1×4分路器并且开关814是4×1开关之外，图8B所示的保护方案与图7所示的保护方案类似。

因为可将传输网络中的现有EDFA的第一级用作图8A所示的前置放大器，所以图8B所示的保护方案除图8A所示的组件之外不需要附加组件，同时使由保护方案引起的OSNR恶化最小化。与可能要求重复的放大和传输设备组的常规解决方案(例如，图2所示的解决方案)相比较，图8A和8B所示的保护方案构建起来花费更少并且消耗更少的功率来操作。

在一些实施例中，OLSP可与光复用段保护(OMSP)组合以进一步增强光传输网络的可靠性。OMSP使用备用路由来提供针对光路上的故障的保护。除了光纤切断之外，它还可提供针对放大器故障的保护。

图9呈现了图示依照本发明的实施例的实现OMSP和OLSP两者的示例性保护方案的图。在图9中，数据中心910可经由光纤路由930和备用光纤路由940耦接到数据中心920。可重构光分插复用器(ROADM)902和904可用于选择使用哪条路由来连接数据中心。与常规OMSP解决方案不同，在图9所示的示例中，路由930和940的每一个光纤跨度实现OLSP。在一些实施例中，OLSP方案可与图6和图7所示的OLSP方案类似并且对信号的OSNR具有非常低的负面影响。将OLSP与OMSP组合可显著地提高光纤链路的可靠性。

使用北京与上海之间的前述链路作为示例，通过在OMSP之上实现OLSP，可将光纤切断引发的故障率减小至0.01875％×0.01875％＝0.000003516％，从而将可用率提高至99.999996％，这比六个九好。如果不使用OLSP，则将需要多达六条路由才能获得类似的可用性，这要求显著更多的设备。

在一些实施例中，OLSP可以与IP保护组合以增强光传输网络的可靠性。IP层保护可提供针对光传输设备的各种故障的保护。图10呈现了图示依照本发明的实施例的实现IP层保护和OLSP两者的示例性保护方案的图。在图10中，数据中心1010可经由光纤路由1030和备用光纤路由1040耦接到数据中心1020。每个光纤路由耦接到一组专用光传输设备。另外，路由1030和1040的每一个光纤跨度实现OLSP。在一些实施例中，每个光纤跨度可以使用与图6和7所示的方案类似的方案来实现OLSP并且对信号的OSNR具有非常低的负面影响。将OLSP与IP层保护组合可显著地提高光纤链路的可靠性。

图11呈现了图示依照本发明的实施例的示例性OLSP过程的流程图。在操作期间，1×n光分路器可将传入信号分成多个部分(操作1102)。在一些实施例中，3-dB耦合器可将传入信号分成两个相等的部分。然后通过光纤分别发送每个部分(操作1104)。光纤(其中的每一条均承载传入信号的一部分)通过不同的物理路径而行进以确保一条光纤上的切断不会负面地影响其他光纤。

信号的不同部分被发送到n×1开关(操作1106)。光开关然后基于检测每条光纤中的功率的光电检测器的输出来选择要发送到下一个光纤跨度的一个信号部分。可将这些光纤中的一条选取为主光纤，并且耦接到主光纤的光电检测器可确定光纤信号是否存在于主光纤上(操作1108)。如果是这样的话，则开关将主光纤连接到下一个光纤跨度(操作1110)。注意，这是开关的默认配置。如果在主光纤上未检测到功率，则指示主光纤上可能的光纤切断或故障，则开关可选择其他光纤中的一条以将信号发送到下一个光纤跨度(操作1112)。注意，所选择的信号在被发送到下一个光纤跨度之前需要被放大(例如，通过EDFA)。在一些实施例中，在到达开关之前，光信号的每个部分由低噪声放大器放大以补偿无源耦合器处的耦合损失。为了降低成本，低噪声放大器可以是位于光纤跨度的末端处的两级EDFA的第一级。

总而言之，本发明的实施例提供用于通过在链路的每个光纤跨度处添加一条或多条备用光纤来减小光链路的光纤切断引发的故障率的方法和系统，所述备用光纤物理上与主光纤分离以在主光纤被切断时允许业务被切换到备用光纤上。因为备用光纤使用无源组件(诸如耦合器和开关)来插入，所以与常规保护方案相比较，此保护方案构建起来花费更少并且消耗更少的功率来操作。为了减轻对OSNR的负面影响，每条光纤上的信号可在它们到达开关之前由低噪声前置放大器放大。为了降低设备成本，可使用两级EDFA的第一级来充当前置放大器，并且将开关插入在EDFA的两级之间。EDFA它本身是原始无保护链路的一部分，并且因此，不会引发附加设备成本。典型EDFA的第一级的非常低的噪声系数意味着经放大的信号的OSNR可与原始信号相当。

除了图3和图9-10所示的光链路是两个数据中心之间的点对点链路的示例之外，此保护方案还可被用于其他网络拓扑(诸如环形网络或网状网络)中。在附图(包括图4-8B)中，示出了仅一个传输方向。实际上，链路上的两个传输方向可实现类似的保护方案。

在图9和图10中的示例中，OLSP与其他已知的保护方案(诸如OMSP和IP层保护)组合。除了OMSP和IP层保护之外，OLSP还可与其他类型的保护方案(诸如光通道保护(OChP)、复用段共享保护环(MS-SPRings)等)组合。

在具体实施方式部分中描述的方法和过程可作为代码和/或数据被具体实现，所述代码/或数据可被存储在如上所述的计算机可读存储介质中。当计算机系统读取并执行存储在计算机可读存储介质上的代码和/或数据时，计算机系统执行具体实现为数据结构和代码并且存储在计算机可读存储介质内的方法和过程。

此外，本文所描述的方法和过程可被包括在硬件模块或设备中。这些模块或设备可以包括但不限于专用集成电路(ASIC)芯片、现场可编程门阵列(FPGA)、在特定时间执行特定软件模块或一段代码的专用或共享处理器，和/或现在已知或以后开发的其他可编程逻辑器件。当硬件模块或设备被激活时，它们执行包括在它们内的方法和过程。

Claims

1.一种将光传输网络中的两个节点耦接的光链路，包括：

光纤跨度，所述光纤跨度包括：

第一光纤，所述第一光纤用于在第一方向上发送信号；

第二光纤，所述第二光纤用于在所述第一方向上发送信号；

分路器，其中所述分路器的输入端耦接到所述光纤跨度的输入端，并且其中所述分路器的第一输出端和第二输出端分别耦接到所述第一光纤和所述第二光纤；

第一放大器，所述第一放大器耦接到所述第一光纤；

第二放大器，所述第二放大器耦接到所述第二光纤；以及

光开关，其中所述光开关的两个输入端分别耦接到所述第一放大器和所述第二放大器的输出端，并且其中所述光开关的输出端耦接到第三放大器的输入端；

其中，通过所述光开关的选择，所述第一放大器与所述第三放大器连通或者所述第二放大器与所述第三放大器连通。

2.根据权利要求1所述的光链路，其中所述分路器是3-dB光耦合器，并且其中所述光开关是2×1开关。

3.根据权利要求1所述的光链路，还包括附加光纤跨度，其中所述附加光纤跨度中的每一个光纤跨度包括至少两条光纤，其中所述至少两条光纤承载实质上类似的信号以提供针对所述光链路中的光纤故障的保护。

4.根据权利要求1所述的光链路，其中所述第一放大器和所述第二放大器是低噪声前置放大器。

5.根据权利要求4所述的光链路，其中所述第一放大器和所述第二放大器包括掺铒光纤放大器EDFA。

6.根据权利要求1所述的光链路，其中所述第三放大器是功率放大器。

7.根据权利要求1所述的光链路，其中所述第一放大器或所述第二放大器是两级掺铒光纤放大器EDFA的第一级，并且其中所述第三放大器是所述两级EDFA的第二级。

8.根据权利要求1所述的光链路，还包括分别耦接到所述第一光纤和所述第二光纤的第一光电检测器和第二光电检测器；其中所述光开关基于所述第一光电检测器和所述第二光电检测器的输出被控制。

9.根据权利要求1所述的光链路，还包括分别耦接到所述第一放大器和所述第二放大器的输出端的第一光电检测器和第二光电检测器；其中所述光开关基于所述第一光电检测器和所述第二光电检测器的输出被控制。

10.根据权利要求1所述的光链路，其中所述光纤跨度还包括用于在第二方向上发送信号的第三光纤和第四光纤。

11.一种用于保护免于光纤跨度上的光纤故障的故障保护系统，包括：

备用光纤；

分路器，所述分路器耦接到前一个光纤跨度，其中所述分路器被配置为：

将从所述前一个光纤跨度接收到的信号划分成至少两个部分；

将从所述前一个光纤跨度接收到的所述信号的第一部分发送到主光纤，其中所述主光纤和所述备用光纤被配置为在同一方向上发送信号；并且

将从所述前一个光纤跨度接收到的所述信号的第二部分发送到所述备用光纤；

第一放大器，所述第一放大器耦接到所述主光纤；

第二放大器，所述第二放大器耦接到所述备用光纤；以及

开关，其中所述开关的两个输入端分别耦接到所述第一放大器和所述第二放大器的输出端，并且其中所述光开关的输出端耦接到第三放大器的输入端；

12.根据权利要求11所述的故障保护系统，其中所述分路器是3-dB光耦合器，并且其中所述开关是2×1光开关。

13.根据权利要求11所述的故障保护系统，其中所述第一放大器和所述第二放大器是低噪声前置放大器。

14.根据权利要求11所述的故障保护系统，其中所述第三放大器是功率放大器。

15.根据权利要求11所述的故障保护系统，其中所述第一放大器或所述第二放大器是两级掺铒光纤放大器EDFA的第一级，并且其中所述第三放大器是所述两级EDFA的第二级。

16.根据权利要求11所述的故障保护系统，还包括分别耦接到所述主光纤和所述备用光纤的第一光电检测器和第二光电检测器；其中所述开关基于所述第一光电检测器和所述第二光电检测器的输出被控制。

17.根据权利要求11所述的故障保护系统，还包括分别耦接到所述第一放大器和所述第二放大器的输出端的第一光电检测器和第二光电检测器；其中所述光开关基于所述第一光电检测器和所述第二光电检测器的输出被控制。

18.一种用于保护免于光传输网络中的光纤跨度上的光纤切断引发的故障的方法，该方法包括以下步骤：

将分路器耦接到前一个光纤跨度以将从所述前一个光纤跨度接收到的信号划分成至少两个部分；

将所述信号的第一部分发送到主光纤，其中所述主光纤和备用光纤被配置为在同一方向上发送信号；

将所述信号的第二部分发送到备用光纤；

将所述主光纤耦接到第一放大器；

将所述备用光纤耦接到第二放大器；

响应于确定所述主光纤正常地起作用，对开关进行控制以将所述第一放大器的输出端耦接到第三放大器的输入端；以及

响应于确定所述主光纤发生故障，控制所述开关以将所述第二放大器的输出端耦接到所述第三放大器的输入端；

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述分路器是3-dB光耦合器，并且其中所述开关是2×1光开关。

20.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一放大器和所述第二放大器是低噪声前置放大器。

21.根据权利要求18所述的方法，其中所述第三放大器是功率放大器。

22.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一放大器或所述第二放大器是两级掺铒光纤放大器EDFA的第一级，并且其中所述第三放大器是所述两级EDFA的第二级。

23.根据权利要求18所述的方法，其中确定所述主光纤是否发生故障的步骤涉及使用光电检测器来检测所述主光纤的输出功率。

24.根据权利要求18所述的方法，其中确定所述主光纤是否发生故障的步骤涉及使用光电检测器来检测所述第一放大器的输出功率。