CN113300804A - 光路调度装置和方法，光传输系统及数据通信系统 - Google Patents

Abstract

本公开实施例涉及一种光路调度装置和方法，光传输系统及数据通信系统，光路调度装置包括至少两个合分波器件和光开关矩阵；合分波器件包括合路信号端口和至少两个支路信号端口，每个支路信号端口传输一路光分波信号，合分波器件将一路光合波信号分光为至少两路光分波信号，和/或，将至少两路光分波信号耦合为一路光合波信号；光开关矩阵包括至少两个第一信号端口和至少两个第二信号端口，第一信号端口与支路信号端口连接，通过任意第一信号端口和任意第二信号端口之间的连接，可实现信号的无冲突、任意方向调度；同时，该光路调度装置中采用光开关矩阵，插损较小、信号传输性能好。

Description

光路调度装置和方法，光传输系统及数据通信系统

技术领域

本公开涉及通信技术领域，尤其涉及一种光路调度装置和方法，光传输系统及数据通信系统。

背景技术

随着云计算的发展，互联带宽的需求迅速增长，数据中心(Data Center，DC)的园区之间互联一般会采用光传输密集波分复用(Dense Wavelength DivisionMultiplexing，DWDM)技术，提供大容量互联，并且随时数据量和计算量的扩大，数据中心会包括多个园区。

对于某一园区而言，其需要与多个园区之间互联并进行数据交互，因此，在每个园区内需要设置专门的光路调度装置，以进行光信号的调度；现有技术中通常会利用具有多个端口，例如M×N的多播光交换开关(Multicast Switch，MCS)，或者M×N的波长选择开关(Wavelength Selective Switch，WSS)来构建上述的光路调度装置。然而，通过M×N的MCS或者M×N的WSS进行光路调度，通常都会存在插损大、传输性能差的缺陷。在其他的电信系统中也存在相应的缺陷。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开实施例提供了一种光路调度装置和方法，光传输系统及数据通信系统。

本公开实施例提供了一种光路调度装置，包括：

至少两个合分波器件，所述合分波器件包括合路信号端口和至少两个支路信号端口，所述合路信号端口用于传输光合波信号，每个所述支路信号端口用于传输一路光分波信号，所述合分波器件用于将合路信号端口输入的光合波信号分光为至少两路光分波信号，和/或，用于将从至少两个支路信号端口输入的光分波信号耦合为光合波信号；

光开关矩阵，包括至少两个第一信号端口和至少两个第二信号端口，所述第一信号端口与所述合分波器件的支路信号端口连接，所述光开关矩阵用于连通任意一对第一信号端口和第二信号端口，以实现光分波信号的传输。

本公开实施例还提供了一种光传输系统，包括上述任一种光路调度装置和第一光收发器；

所述第一光收发器与所述光路调度装置中光开关矩阵的第二信号端口连接。

本公开实施例还提供了一种数据通信系统，包括多个数据园区，每个数据园区设置有终端设备、与所述终端设备连接的光电转换设备，以及上述的光传输系统，所述终端设备通过光电转换设备与光传输系统中的第一光收发器和/或第二光收发器连接。

本公开实施例还提供了一种光路调度方法，包括：

光开关矩阵的第二信号端口接收上行光分波信号；

基于预设的控制指令控制所述光开关矩阵的第二信号端口与设定的第一信号端口连通，以将所述上行光分波信号传输至与所述设定的第一信号端口，所述第一信号端口与一合分波器件的支路信号端口连接；

所述合分波器件将从所述支路信号端口接收的上行光分波信号耦合为上行光合波信号，并通过合路信号端口输出。

本公开实施例还提供了一种光路调度方法，包括：

合分波器件的合路信号端口接收下行光合波信号；

所述合分波器件将所述下行光合波信号分光为下行光分波信号，并通过支路信号端口输出至与其连接的光开关矩阵的第一信号端口；

基于预设的控制指令控制所述光开关矩阵的第一信号端口与设定的第二信号端口连通，以将所述下行光分波信号从所述设定的第二信号端口输出。

本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比至少具有如下优点：在本公开实施例中，光路调度装置可以包括至少两个合分波器件和光开关矩阵；其中，合分波器件包括合路信号端口和至少两个支路信号端口，合分波器件通过将合路信号端口输入的光合波信号分光为至少两路光分波信号，和/或，将从至少两个支路信号端口输入的光分波信号耦合为光合波信号，可实现光信号的合波或分波，从而实现光信号的上下行传输，且光合波信号可适用于长距离传输；同时，每个支路信号端口传输一路光分波信号，应用于数据通信系统，例如数据中心系统中，可实现多个不同数据园区之间的光收发器与光收发器的互联，从而实现多个不同数据园区之间的终端设备与终端设备的互联，从而实现不同数据园区之间的点到点信号传输。其中，光开关矩阵包括至少两个第一信号端口和至少两个第二信号端口，第一信号端口与合分波器件的支路信号端口连接，光开关矩阵用于实现任意一对第一信号端口和第二信号端口之间的连接，以实现光分波信号的传输，即：光开关矩阵中，任意第一信号端口可连接至任意第二信号端口，任意第二信号端口也可连接至任意第一信号端口，如此可在任意第一信号端口和任意第二信号端口之间对应形成一光分波信号的上下行传输通道，可实现信号的无冲突的任意方向调度；同时，该光路调度装置中，利用合分波器件和光开关矩阵实现光信号的汇聚解耦与调度，而无需采用MCS或者WSS，由于光开关矩阵的插损较小，且无额外的滤波效应，从而可改善插损大、传输性能差的问题。

附图说明

结合附图并参考以下具体实施方式，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的，原件和元素不一定按照比例绘制。

图1是本公开实施例提供的一种光路调度装置的结构示意图；

图2是本公开实施例提供的另一种光路调度装置的结构示意图；

图3是本公开实施例提供的又一种光路调度装置的结构示意图；

图4是本公开实施例提供的又一种光路调度装置的结构示意图；

图5是本公开实施例提供的又一种光路调度装置的结构示意图；

图6是本公开实施例提供的又一种光路调度装置的结构示意图；

图7是本公开实施例提供的一种光传输系统的结构示意图；

图8是本公开实施例提供的另一种光传输系统的结构示意图；

图9是本公开实施例提供的一种数据通信系统的结构示意图；

图10为本公开实施例提供的一种光路调度方法的流程示意图；

图11为本公开实施例提供的另一种光路调度方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。

数据中心是数据通信系统的一种，数据中心可包括若干个数据园区，或简称为园区，可设置在数据中心的机房内，园区中可包括若干终端设备。为实现数据的协同处理，不同园区之间的终端设备的数据需要互联。数据中心中，不同园区之间的数据互联通常采用光传输技术实现。光传输技术可以分解为光层和电层两部分；光层包含合分波、光放大、光保护等组件，电层指客户侧灰光单元和线路侧彩光单元。示例性地，光信号的传输线路侧C波段密集波分复用可容纳96个基于50GHz间隔的波长，如果采用单波200G技术，单纤容量可达19.2T。

随着云计算的发展，互联网的带宽的需求也迅速增长，园区之间的数据互联可采用光传输DWDM技术，实现大容量互联。传统上光传输技术只作为静态管道，为上层服务提供带宽。其中，不同园区之间点到点互联，常采用阵列波导光栅(Arrayed WaveguideGratings，AWG)固定栅格(Fixgrid)作为合分波器件，但信号无法调度，并且一经部署，就限定了电层设备的波特率上限，限制了电层设备的更新换代。

作为解决方案之一，可在每个园区，都设置光路调度装置和光收发器。对于需要向其他园区传输的数据，在园区内将数据由电信号转化为光信号后，通过光收发器传输给光路调度装置，由光路调度装置进行路线调度后，发送给对应的园区；同时对于其他园区，接收由光路调度装置进行路线调度后发送的光信号，并在园区内将光信号转化为电信号，并分配至对应的终端设备。其中，园区内设置光电转换设备，电信号与光信号之间的转化可由光电转换设备实现；进一步地，园区内包括终端设备，光电转换设备还与园区中的终端设备连接，终端设备与光电转换设备之间进行电信号的传输。

光路调度装置的具体实现方式包括基于M×N MCS或M×N WSS的组网方案，当时这两种组网方案的信号传输性能均较差，尤其对于DC间仍然大量存在的静态带宽，带来了额外的性能劣化。具体地：

M×N MCS内由1×M光耦合器和1×N波长选择开关组成，插损非常大。例如，1：16的光耦合器的插损约12dB，需要采用额外的掺饵光纤放大器(Erbium Doped FiberAmplifier，EDFA)阵列进行损耗补偿，有较为明显的传输性能代价；同时，若电层光收发器(Optical Transponder，OT)波道存在EDFA底噪，多个波道的叠加效应会增强该底噪，导致噪声串扰。

M×N WSS技术插损相对于前者略有降低，例如8×24WSS的插损约9dB，但该插损仍然较大，结合维度上1×L WSS的插损，上路或下路累加的最大损耗约17dB，对于点到点传输的性能仍然存在影响。

1×L WSS和M×N WSS两级汇聚增强了光路调度装置内的滤波效应，上路信号分别经历M×N WSS和1×L WSS的合波，下路信号分别经历M×N WSS和1×L WSS的解波，信号端到端额外增加两次WSS滤波效应，导致了额外的滤波代价。

此外，上述组网方案复杂度高，普适性较低，即现阶段难以实现普遍应用，如此限制了基于上述组网方案的光传输技术的应用。

本公开实施例提供还公开了一种面向多维度的灵活栅格组网方法，采用大端口1×L合分波器件和光交换矩阵，例如光开关矩阵技术，保障较好的传输性能的同时，能够适配服务静态和动态两方面的需求，可实现多频率接入、无冲突(即无阻塞)、无方向的光信号调度，以及提升组网灵活性，降低方案复杂度。

以下结合附图，对本公开实施例提供的技术方案进行示例性说明。

图1是本公开实施例提供的一种光路调度装置的结构示意图，用于对本公开实施例提供的光路调度装置进行示例性说明。在本公开实施例中，光路调度装置可以基于合分波器件实现光信号的汇聚和解耦，同时基于光开关矩阵实现对光信号的调度。由此，将汇聚层与调度层分开，其技术难度较低，便于实现；同时，光开关矩阵的插损通常小于2dB，且无额外的滤波效应，由此可降低插损，提升信号传输性能。

如图1所示，光路调度装置100包括至少两个合分波器件102，合分波器件102包括合路信号端口1021和至少两个支路信号端口1022，合路信号端口1021用于传输光合波信号，每个支路信号端口1022用于传输一路光分波信号，可选的，不同支路信号端口1022的传输频率不同，合分波器件102用于将合路信号端口1021输入的光合波信号分光为至少两路光分波信号，和/或，用于将从至少两个支路信号端口1022输入的光分波信号耦合为光合波信号；光开关矩阵101，包括至少两个第一信号端口1011和至少两个第二信号端口1012，第一信号端口1011与合分波器件102的支路信号端口1022连接，光开关矩阵101用于实现任意一对第一信号端口1011和第二信号端口1012之间的连接，以实现光分波信号的传输。具体的，本公开实施例中的光开关矩阵可以是基于预设的控制指令连通任意一对第一信号端口1011和第二信号端口1012，并可以依据后续输入的控制指令进行切换，以将第一信号端口1011与不同的第二信号端口1012进行连通，或者将第二信号端口1012与不同的第一信号端口1011进行连通。

其中，在合分波器件102用于将合路信号端口1021输入的光合波信号分光为至少两路光分波信号时，该合分波器件102起到分波作用；在合分波器件102用于将从至少两个支路信号端口1022输入的光分波信号耦合为光合波信号时，该合分波器件102起到合波作用。

示例性的，图1中示出了两个合分波器件102，合分波器件102包括两个支路信号端口1022，光开关矩阵101包括四个第一信号端口1011和四个第二信号端口1012，其仅为光路调度装置100的一种实现形式，并不构成对光路调度装置100的限定。

其中，合分波器件102用于实现光信号的汇聚(即耦合或合波)或解耦(即分光或分波)，以便实现光信号的上下行传输；光开关矩阵101用于实现任意第一信号端口1011与任意第二信号端口1012之间的连接，以实现光分波信号的任意方向调度。

光信号上行过程中，光开关矩阵101的第二信号端口1012接收至少两路光分波信号，并任意交叉传输至第一信号端口1011，由第一信号端口1011输出的光分波信号被合分波器件102的至少两个支路信号端口1022接收，并由合分波器件102耦合为光合波信号，由合路信号端口1021输出，并继续向上传输。光信号下行过程中，合分波器件102的合路信号端口1021接收光合波信号，合分波器件将该光合波信号分光为至少两路光分波信号，对应由至少两个支路信号端口1022输出；光开关矩阵101的第一信号端口1011接收支路信号端口1022输出的光分波信号，并任意交叉传输至第二信号端口1012，由第二信号端口1012继续向下传输。

本公开实施例提供的光路调度装置100中，合分波器件102通过将合路信号端口1021输入的光合波信号分光为至少两路光分波信号，和/或，将从至少两个支路信号端口1022输入的光分波信号耦合为光合波信号，可实现光信号的汇聚或解耦，从而支持光信号的上下行传输；同时，每个支路信号端口1022传输一路光分波信号，且不同支路信号端口1022的传输频率不同，可支持多路不同的光分波信号的接入和接出，从而利于实现数据中心系统中，不同园区之间的点到点互联。光开关矩阵101的第一信号端口1011与合分波器件102的支路信号端口1022连接，光开关矩阵101用于实现任意一对第一信号端口1011和第二信号端口1012之间的连接，以实现光分波信号的传输；光开关矩阵101中，任意1011第一信号端口可连接至任意第二信号端口1012，任意第二信号端口1012也可连接至任意第一信号端口1011，如此可在任意第一信号端口1011和任意第二信号端口1012之间对应形成一光分波信号的上下行传输通道，可实现光分波信号的无冲突的任意方向调度；同时，由于光开关矩阵101的插损较小，且无额外的滤波效应，从而可改善插损大、传输性能差的问题。

在上述实施方式中，第一信号端口1011的数据和第二信号端口1012的数据可相同，也可不同，可根据光信号的调度需求设置，本公开实施例对此不限定。

在上述实施方式中，合分波器件102可仅实现将光分波信号耦合为光合波信号的过程，或仅实现将光合波信号分光为光分波信号的过程；或同时实现光信号的上述耦合和分光过程，本公开实施例对此不限定。

在一些实施例中，合分波器件102包括波长选择开关、耦合器、分光器或滤波器中的至少一个。

其中，耦合器可用于实现光分波信号的合路功能，即合波，以及实现光合波信号的分路功能，即分波。例如，2×1耦合器，2×1耦合器是指2路输入的光分波信号从其2个支路信号端口输入，耦合为光合波信号之后，由合路信号端口输出；或者1路输入的光合波信号从其1个合路信号端口输入，分光为2路光分波信号之后，由2个支路信号端口输出，如此实现了耦合或分光的功能。

分光器，又称为光分路器，如，1×2分光器，1×2分光器是指1路输入的光合波信号从其1个输入端口输入，分光为两路光分波信号之后，分别从2个输出端口输出，即实现了分光的功能，且每个输出端口都包含了1路输入的光合波信号从光功率上平均分配到2个输出端口的光分波信号。

滤波器是对光信号进行过滤的器件，可将光分波信号进行合路或分路，通过允许不同频率表的光信号通过来实现，完成频分复用与解复用的功能。当滤波器实现合路功能时，滤波器的输入端口为合分波器件102的支路信号端口1022，滤波器的输出端口为合分波器件102的合路信号端口1021；当滤波器实现分路功能时，滤波器的输入端口为合分波器件102的合路信号端口1021，滤波器的输出端口为合分波器件102的支路信号端口1022。

波长选择开关，也可以称为波长选择交换器，具有频带宽、色散低的特点，并且同时支持内在的基于端口的波长定义(Colorless)特性，其采用自由空间光交换技术，上下路波数较少且上下路端口较少，但可以支持更高的维度，集成的部件较多，控制复杂，可调节光信号(即光分路信号)的传输频率。同时，相对于耦合器、分光器和滤波器而言，波长选择开关的损耗较低。

作为一种实现方式，波长选择开关可采用1×L WSS，L为支路信号端口的数目，为正整数，例如L可为34或为其他可满足光信号传输需求的端口数目取值，本公开实施例对此不限定。

如此，采用波长选择开关作为合分波器件102时，可实现合分波器件102为灵活栅格合分波器件，能够支持光信号无色传输，即任意波长(基于光信号的波长与频率的一一对应关系，也可称为任意频率)、任意带宽的电层波道接入和接出。即基于合分波器件102，该光路调度装置100可实现任意波长、任意带宽的光分波信号接入，同时可基于光合波信号分光出任意波长、任意带宽的光分波信号，并接出，从而实现光信号无色传输。

基于此，可提高光传输技术的组网能力，从而有利于满足数据中心的增多以及服务调度的需求。基于波长选择开关的光路调度装置作为可重构光分插复用器(Reconfigurable Optical Add Drop Multiplexer，ROADM)的一种实现形式，可应用于园区互联中，满足多速率平滑演进、无冲突方向调度等方面需求，同时推动了ROADM技术向无色、无方向、无冲突(Colorless Directionless Contentionless，CDC)的方向发展。

示例性地，可基于1×LWSS和光开关矩阵，实现CDC ROADM。此时，整个ROADM节点分为两层：一层为汇聚层，汇聚层面向各个线路方向，由N个WSS组成，组成N维ROADM，每个维度由1个1×L的WSS完成波道汇聚功能，N个维度之间可存在穿通互联，下文中进行示例性说明；另一层为调度层，面向本地上下路接入光收发器(Optical Transponder，OT)，每个本地单元由1个光开关矩阵实现，将本地M个波道进行汇聚，然后分别调度至N个方向维度，实现任意带宽接入、去往任意方向以及波长无冲突的功能。

在一些实施例中，图2是本公开实施例提供的另一种光路调度装置的结构示意图，示出了一种实现大端口合分波器件的结构形式。如图2所示，合分波器件102包括第一合分波子器件021和至少两个第二合分波子器件022；第一合分波子器件021用于将合路信号端口1021输入的光合波信号分光为至少两路第一光合波子信号，第二合分波子器件022用于将一路第一光合波子信号分光为至少两路光分波信号；或者，第二合分波子器件022用于将至少两路光分波信号耦合为一路第一光合波子信号，第一合分波子器件021用于将至少两路第一光合波子信号耦合为光合波信号。

其中，光信号下行过程中，合路信号端口1021接收光合波信号，第一合分波子器件021将其接收的光合波信号分光为至少两路第一光合波子信号，并传输至至少两个第二合分波子器件022，各第二合分波子器件022可对应将一路第一光合波子信号分光为光分波信号，并由支路信号端口1022输出。信号上行过程中，支路信号端口1022接收光分波信号，第二合分波子器件022将其接收的至少两路光分波信号耦合为一路第一光合波子信号，并传输至第一合分波子器件021，第一合分波子器件021将至少两路第一光合波子信号耦合为光合波信号。如此，可实现光信号下行或上行过程。同时，可将至少两个第二合分波子器件022的端口合并，均作为合分波器件102的支路信号端口0122，从而可实现由端口数较少的第二合分波子器件022和第一合分波子器件021，共同形成端口数较多的合分波器件102。其中，合分波器件102的端口数，即支路信号端口1022的数目等于各第二合分波子器件022的支路信号端口的数目之和。

示例性的，图2中示出了两个合分波器件102，且每个合分波器件102均包括两个第二合分波子器件022，每个第二合分波子器件022包括两个支路信号端口1022，对应地，光开关矩阵101包括八个第一信号端口1011和八个第二信号端口1012，其仅为光路调度装置100的一种实现形式，并不构成对光路调度装置100的限定。

图2示出的光调度装置100中，可理解为在光信号上行过程中进行了两级合波，或在光信号下行过程中进行了两级分波。在其他实施方式中，还可设置三级或更多级的合波结构或分波结构，以满足合分波器件102的端口数需求。

当合分波器件102采用两级或更多级器件整合实现时，各级器件均需具有将光合波信号分光为光分波信号，以及将光分波信号耦合为光合波信号的功能。

在一些实施例中，第一合分波子器件021包括耦合器、分光器或滤波器中的一个。

其中，耦合器、分光器和滤波器均可实现光合波信号与光分波信号之间的分光和耦合，从而三者中的任一个器件作为第一合分波子器件021，均可将合路信号端口1021输入的光合波信号分光为至少两路第一光合波子信号，或者将至少两路第一光合波子信号耦合为光合波信号。

其中，耦合器可用于实现光分波信号的合路功能，以及实现光合波信号的分路功能。例如，4×1耦合器，4×1耦合器是指4路输入的光分波信号从其4个支路信号端口输入，耦合为光合波信号之后，由合路信号端口输出；或者1路输入的光合波信号从其1个合路信号端口输入，分光为4路光分波信号之后，由4个支路信号端口输出，如此实现了耦合或分光的功能。

分光器，如1×4分光器，1×4分光器是指1路输入的光合波信号从其1个输入端口输入，分光为两路光分波信号之后，分别从4个输出端口输出，即实现了分光的功能，且每个输出端口都包含了1路输入的光合波信号从光功率上平均分配到4个输出端口的光分波信号。

滤波器是对光信号进行过滤的器件，可将光分波信号进行合路或分路，通过允许不同频率表的光信号通过来实现，完成频分复用与解复用的功能。当滤波器实现合路功能时，滤波器的输入端口为合分波器件102的支路信号端口1022，滤波器的输出端口为合分波器件102的合路信号端口1021；当滤波器实现分路功能时，滤波器的输入端口为合分波器件102的合路信号端口1021，滤波器的输出端口为合分波器件102的支路信号端口1022。

在一些实施例中，第二合分波子器件022包括波长选择开关。

其中，波长选择开关可低插损地实现光合波信号与光分波信号之间的耦合和分光，从而将其作为第二合分波子器件022时，可实现将一路第一光合波子信号分光为至少两路光分波信号，或将至少两路光分波信号耦合为一路第一光合波子信号。

基于此，图2中示出的光路调度装置中，光合波器件102的实现形式可包括：至少两个波长选择开关与一个耦合器合并，或者至少两个波长选择开关与一个分光器合并，或者至少两个波长选择开关与一个滤波器合并，如此可将至少两个波长选择开关的端口均作为合分波器件102的支路信号端口。

在上述实施方式的基础上，若存在N个合分波器件102，即共有N个维度参与方向调度，维度1接入A₁个端口，维度2接入A₂个端口，以此类推，维度N接入A_N个端口，则光开关矩阵的第一信号端口1011的数目为

个。

在一些实施例中，第一信号端口1011的数目和第二信号端口1012的数目相同。

结合上文，当光开关矩阵的第一信号端口1011的数目为

个时，光开关矩阵的输入输出端口数为

即输入端口数为

个，输出端口数为

个。其中，N为正整数；A₁、A₂、……、A_N均为正整数，其可相同也可不同，本公开实施例对此不限定。

在上述实施方式中，光开关矩阵101可以是一个大端口数的光开关矩阵，也可由两个或更多个小端口数的光开关矩阵(下文中以光开关子矩阵示出)构成。由于不同维度之间的调度是相互独立的，一个大端口数的光开关矩阵可以拆分为多个小端口数的光开关矩阵时，端口数最小的光开关矩阵的输入输出端口数可为N×N，下面结合图3-图5进行示例性说明。

在一些实施例中，图3是本公开实施例提供的又一种光路调度装置100的结构示意图，示出了光路调度装置中，光开关矩阵的另一种结构形式。如图3所示，光开关矩阵101包括至少两个光开关子矩阵011，每个合分波器件102通过支路信号端口1022与任意一个光开关子矩阵011的第一信号端口1011连接。

其中，通过设置输入输出端口数较多的光开关矩阵101由至少两个输入输出端口数较少的光开关子矩阵011构成，可简化光开关矩阵101的结构。

示例性地，图3中示出了光开关矩阵101包括两个光开关子矩阵011，每个光开关子矩阵011对应两个第一信号端口1011和两个第二信号端口1012，其仅为光开关矩阵101的一种结构形式，并不构成对本公开实施例提供的光路调度装置100的限定。

在一些实施例中，图4是本公开实施例提供的又一种光路调度装置的结构示意图，示出了合分波器件与光开关矩阵中的光开关子矩阵的一种普适互联方式。如图4所示，光开关子矩阵011的数目为P个，每个合分波器件102通过M个支路信号端口1022与任意一个光开关子矩阵011的M个第一信号端口1011一一对应连接，合分波器件102的支路信号端口1022的数目大于或等于M×P个，M和P为正整数。

其中，在汇聚层，每个合分波器件102的支路信号端口1022与P个光开关子矩阵011中的任意一个光开关子矩阵011的M各第一信号端口1011一一对应连接，则每个合分波器件102的实现连接的支路信号端口1022的数目为M×P个；同时，设置端口冗余，以实现支路信号端口出现故障时，可利用其他未连接的正常支路信号端口替换该故障的支路信号端口，从而可较简单地解决端口故障问题。

示例性地，合分波器件102采用大端口的1×L WSS实现，即每个维度均由1×L WSS实现灵活栅格合分波功能。此时，每个维度下联P个光开关子矩阵011，每个维度与光开关子矩阵011之间存在M各端口互联，则1×L WSS的支路信号端口的数目L满足：L≥M×P，以满足各光开关子矩阵011与合分波器件102的互联需求。

在一些实施例中，继续参见图4，合分波器件102的数目为N，每个合分波器件102中的M个支路信号端口1022与同一个光开关子矩阵011中的第一信号端口1011连接，每个光开关子矩阵011中的第一信号端口1011的数目为M×N个，N为正整数。

其中，在调度层，每个光开关子矩阵011与每个维度之间需要M个第一信号端口1011进行连接，当合分波器件102的数目为N，即存在N个维度时，每个光开关子矩阵011的第一信号端口1011的数目为M×N个，以实现与N个维度的支路信号端口1022互联。

在一些实施例中，继续参见图4，每个合分波器件102通过M×2芯光纤103与同一个光开关子矩阵011连接，M×2芯光纤103分别连接支路信号端口1022和第一信号端口1011。

其中，M×2芯光纤103可实现将携带M路光分波信号的光信号在合分波器件102与光开关子矩阵011之间进行上下行传输，从而可将M路上下行的光分波信号由一条M×2芯光纤103传输，从而减少合分波器件102与光开关矩阵101之间的连接线数目，简化布线方式。

示例性地，M×2芯光纤103的线芯数目可为2～24。例如，M×2芯光纤103可为6芯光纤、12芯光纤或其他线芯数目的M×2芯光纤，可基于合分波器件102的支路信号端口1022的数目确定。

示例性地，M×2芯光纤可采用MPO(Multi-fiberPushOn)纤，即MPO光纤跳线，或称为MPO连接器或MPO光纤跳线连接器。MPO光纤跳线是由连接器和光缆组成的一种高密度的光纤传输跳线，为MT系列连接器之一，是一种多芯多通道的插拔式连接器，其设计紧凑、跳线芯数多，有利于减少布线条数，以及减少布线占用的空间。

示例性地，40GMPO-MPO光纤跳线，可采用12芯的MPO多模插芯；100GMPO-MPO光纤跳线，可采用24芯的MPO插芯；MPO连接器还存在6芯、8芯、48芯、72芯、144芯的芯数设计，以满足不同的数据传输需求。

在其他实施方式中，M×2芯光纤还可采用其他类型的多芯光纤，本公开实施例对此不限定。

在上述实施方式的基础上，示例性地，汇聚层中，若维度的数目为8个，每个维度的合分波器件102固定为150GHz栅格，则C波段4.8T上下行光信号总共需要32个端口，当所有维度之间全互联时，每个合分波器件102额外分配7个端口，以实现穿通互联，此时合分波器件102的支路信号端口数目大于或等于39。若采用1xL WSS作为合分波器件102，则L≥39。

调度层中，可采用1个96×96的光开关矩阵101作为光信号调度的本地单元，此时，每个维度可以分配到12个动态波道，可采用12芯光纤实现光开关矩阵101与合分波器件102之间的互联。

在上述实施方式的基础上，还可通过将合分波器件102相互连接，以实现维度间的穿通功能，以下结合图5和图6示例性说明。

在一些实施例中，图5为本公开实施例提供的又一种光路调度装置的结构示意图，示出了部分合分波器之间互联的结构。参照图5，至少两个合分波器件102的支路信号端口1022相互连接，其中一个合分波器件102输出的光分波信号，作为另一个合分波器件102输入的光分波信号。

如此，相互连接的合分波器件102中，其中一个合分波器件102的光分波信号可传输至另一个合分波器件102，从而实现光分波信号在相互连接的不同合分波器件102之间的传输，即实现互联的不同维度之间的穿通。

其中，在合分波器件102与光开关矩阵101互联的基础上，需要设置额外的支路信号端口1022，以实现合分波器件102与其他合分波器件102之间的互联。

需要说明的是，图5示出了两个合分波器件102互联，在其他实施方式中，还可设置更多数目的合分波器件102互联，根据维度穿通需求设置，本公开实施例对此不限定。

在一些实施例中，图6为本公开实施例提供的又一种光路调度装置的结构示意图，示出了全部合分波器之间全互联的结构。参照图6，每一个合分波器件102均通过一个支路信号端口1022与其他合分波器件102的支路信号端口1022连接。

如此，每个维度均与剩余的其他维度穿通，从而实现各维度之间全互联。以各合分波器件102的数目为N为例，则其中一个维度需要与剩余的N-1个维度互联穿通，针对此，每个合分波器件102需要额外设置N-1个支路信号端口1022。

结合上文，在实现各维度全互联的结构下，分合波器件102的支路信号端口1022的数目大于或等于M×N+N-1。由此表达式可知，支路信号端口1022的数目与维度N之间呈线性比例，易于扩展。

示例性地，汇聚层中，若将维度的数目为16个，即采用16维灵活栅格组网，每个维度的合分波器件102固定为100GHz栅格，则C波段4.8T上下行光信号总共需要48个端口，即M×P＝48，各维度全互联组网时，每个合分波器件102额外分配15个端口，以实现穿通互联，此时合分波器件102的支路信号端口数目大于或等于63。若采用1xL WSS作为合分波器件102，则L≥63。作为合分波器件102的一种实现形式，可以采用2块1×34WSS结合1个1×2耦合器拼凑成1个1×68的WSS来实现光信号汇聚功能。

合分波器件102与光开关矩阵101之间可采用6芯光纤实现互联，调度层中，光开关矩阵101采用光开关子矩阵011构成，M＝6，N＝8，即光开关矩阵101采用8个光开关子矩阵011，每个光开关子矩阵011可采用96×96的光开关矩阵。

在其他实施方式中，还可基于维度数目、栅格大小、传输容量等的需求，采用本公开实施例提供的光路调度装置，实现灵活组网。

本公开实施例提供的光路调度装置，可实现面向多维度的灵活栅格组网结构，通过采用波长选择开关和光开关矩阵，可实现光信号的汇聚解耦功能和调度功能的分离，汇聚调度功能可由大端口波长选择开关，例如1×L WSS实现，调度功能可由光开关矩阵实现。相对于基于N×M WSS的光路调度装置而言，该光路调度装置的技术复杂度较低。其次，光开关矩阵的插损一般小于2dB，其插损较小，且无额外的滤波效应，从而信号传输性能较好。再次，1xL WSS端口数和维度N之间呈线性关系，易于扩展；光开关矩阵中的光开关子矩阵的数量、输入输出端口数及输入输出分配比例均可自由调整，支持按需扩容，从而有利于提高组网灵活性。

在上述实施方式的基础上，本公开实施例还提供了一种光传输系统，该传输系统包括上述任一种光路调度装置。基于光路调度装置的较好的信号传输性能以及光信号的低损耗灵活调度，可实现光信号在多个园区之间的任意点到点的传输，同时信号传输性能较好。

其中，将上述任一种光路调度装置应用于光传输系统时，可仅实现动态组网，还可结合静态组网结构实现动静结合的灵活组网。

在一些实施例中，图7是本公开实施例提供的一种光传输系统的结构示意图，示出了动态组网场景下的光传输系统的结构。如图7所示，该光传输系统200包括光路调度装置100和第一光收发器201，第一光收发器201与光路调度装置10中光开关矩阵101的第二信号端口1012连接。

其中，第一光收发器201可实现光信号发射或接收。光信号上行过程中，第一光收发器201可作为信号源，即光信号发射端，用于将光分波信号传输至与之连接的光开关矩阵101的第二信号端口1012。光信号下行过程中，第一光收发器201可作为光信号接收端，用于接收由光开关矩阵101的第二信号端口1012传输的光分波信号。光分波信号的汇聚解耦与调度可在光路调度装置中实现，可参照上文进行理解，在此不赘述。

图7示出的光传输系统可应用于服务或规划需要动态的方向调度的场景，即将第一光收发器201均连接至光路调度装置100的调度层，实现可变带宽、无冲突、无方向的光信号调度。

在其他实施方式中，还可基于服务或规划需求，灵活调整组网方式，例如可采用静态组网与动态组网结合的方式。当光传输仅为服务提供硬管道时，采用静态的连接方式，不需要拓扑改变；当服务存在潮汐现象，或者需要动态路由保护时，会存在方向调度、拓扑重构的需求，采用动态的连接方式。基于此，光传输系统中的光收发器可部分连接至汇聚层，部分连接至调度层。

具体地：对于仅需要硬管道的服务或规划，其对应的光收发器(即下文中的第二光收发器)直接连接至汇聚层，所提供管道的带宽可以灵活改变，但不具备方向调度的功能，从而组成静态波道接入方式。对于需要动态的方向调度的服务或规划，其对应的光收发器(即第一光收发器)连接至调度层，可实现可变带宽、无冲突、无方向的光信号调度功能，从而组成动态波道接入方式。下面结合图8说明。

在一些实施例中，图8是本公开实施例提供的另一种光传输系统的结构示意图，示出了静态组网结合动态组网场景下的光传输系统的结构。如图8所示，该光传输系统200包括光路调度装置100、第一光收发器201和第二光收发器202；其中，第一光收发器201与光路调度装置100中光开关矩阵101的第二信号端口1012连接，第二光收发器202与光路调度装置100中合分波器件102的支路信号端口1022连接。

其中，第一光收发器201与光开关矩阵101的第二信号端口1012连接，即第一光收发器201连接到光路调度装置100的调度层，用于基于光信号动态调度实现光信号的收发，即实现动态波道组网；第二光收发器202直接与分合波器件102的支路信号端口1022连接，即第二光收发器202连接至光路调度装置100的汇聚层，该连接方式不能实现方向调度，即实现静态波道组网。同时，静态波道组网不引入额外的插损，从而可避免对光信号传输性能的影响，有利于确保该光传输系统整理具有较好的光信号传输性能。

在上述实施方式的基础上，本公开实施例还提供了一种数据通信系统，该数据通信系统可包括多个数据园区，可应用上述光传输系统实现不同园区之间光信号的调度。

其中，数据通信系统(data communication systems)，是通过数据电路将分布在远地的数据终端设备与计算机系统连接起来，实现数据传输、交换、存储和处理的系统。

示例性地，该数据通信系统可为数据中心系统、电信系统或本领域技术人员可知的其他类型的数据通信系统。

在一些实施例中，对于图8所示的光传输系统，本领域内技术人员也可以由其他命名方式，包括但不限于可以命名为光模块、光开关或光交换机中的一个。

在一些实施例中，图9是本公开实施例提供的一种数据通信系统的结构示意图，示出了一种数据中心系统的结构形式。如图9所示，该数据通信系统300包括多个数据园区30，每个数据园区30设置有终端设备301、与终端设备301连接的光电转换设备302，以及上述的任一种光传输系统200，终端设备301通过光电转换设备302与光传输系统200中的第一光收发器201和/或第二光收发器202连接。

如此，各数据园区30中的组网方式可为静态组网方式，或为动态组网方式，或为静态组网结合动态组网的方式，可根据数据园区30的需求设置。

其中，终端设备301可以是任何具有一定计算能力的设备，例如，可为智能手机、笔记本、移动机器人等移动设备，也可为电脑(personal computer，PC)、服务器等固定设备。终端设备301的基本结构可包括：至少一个处理器、存储器以及其他基本配置。其中，处理器的数目基于终端设备301的配置和类型设置。存储器可以为易失性存储器，例如RAM，也可以为非易失性存储器，例如只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、闪存等，或者同一终端设备301中可同时包括上述两种类型的存储器。存储器内通常存储有操作系统(OperatingSystem，OS)、一个或多个应用程序以及程序数据等。终端设备301的基本配置可包括网卡芯片、IO总线、摄像头以及音视频组件等。此外，终端设备301还可包括外围配置，例如输入输出设备，包括键盘、鼠标、输入笔、打印机等设备。基于终端设备301可实现的功能不同，其还可包括本领域技术人员可知的其他配置相关的功能结构部件，本公开实施例对此不赘述也不限定。

其中，光电转换设备302用于实现终端设备301与光收发器(包括第一光收发器201和/或第二光收发器202)之间的光电信号的转换。

在一个数据园区30中，各个终端设备301之间可以通过电层进行网络中的数据传输，当终端设备301需要与外部其他数据园区30中的多个终端设备301进行远距离的网络中的数据传输时，可以通过光传输系统进行数据传输。该多个终端设备301首先将待传输的数据通过电层输出，并通过光电转换设备302，如光电转换器，将携带有数据的多个电信号转换为对应的多个光信号，该多个光信号传输至光传输系统200中的第一光收发器201和/或第二光收发器202；光传输系统200中，合分波器件将多个光信号合并至一路光信号，即将支路信号端口1022接收到的多个光分波信号耦合为一路光合波信号，并通过合路信号端口1021输出。

在另一数据园区30中，光传输系统200中的分合波器件的合路信号端口1021可接收上述光合波信号，并分光为光分波信号，该光分波信号可经光传输系统200中的光开关矩阵灵活调度之后，传输至第一光收发器201，和/或直接传输至第二光收发器202，第一光收发器201和/或第二光收发器202将接收到的光分波信号传输至光电转换设备302，光电转换设备302将该光分波信号转换为电信号，并传输至终端设备301。

本公开实施例提供的数据通信系统300中，可实现不同的数据园区30之间的终端设备301与终端设备301的数据传输，参照上述光路调度装置和光传输系统的有益效果，该数据通信系统300可实现不同数据园区30之间的数据的灵活调度，数据传输过程中的损耗较小，准确性较高。

在上述实施方式的基础上，本公开实施例还提供了一种光路调度方法，采用光路调度装置执行，应用于数据通信系统中，包括光信号上行的方法和光信号下行的方法。因此，该光路调度方法也具有上述光路调度装置所具有的有益效果，相同之处可参照上文理解。下面结合图10和图11对本公开实施例提供的光路调度方法进行示例性说明。

示例性地，图10为本公开实施例提供的一种光路调度方法的流程示意图，示出了光信号上行的方法。参照图10，该方法可包括：

S401、光开关矩阵的第二信号端口接收上行光分波信号。

其中，本实施例中上行的光信号可以包括上行光分波信号和上行光合波信号，在上行传输过程中，上行光信号的传输方向为：上行光分波信号由光收发器传输到光开关矩阵，再到合分波器件，从而实现由上行光分波信号耦合为上行光合波信号的过程。在本步骤中，光开关矩阵的第二信号端口可接收由与终端设备连接的光电转换设备传输来的上行光分波信号。

S402、基于预设的控制指令控制光开关矩阵的第二信号端口与设定的第一信号端口连通，以将上行光分波信号传输至与设定的第一信号端口，第一信号端口与一合分波器件的支路信号端口连接。

其中，预设的控制指令用于控制光开关矩阵中各开关的状态，以实现第二信号端口与设定的第一信号端口连通。在本步骤中，其中的控制指令可以是实时施加到光开关矩阵上，也可提前施加到光开关矩阵上，并预先实现了第二信号端口与设定的第一信号端口连通。

其中，光开关矩阵中，任意第一信号端口可与任意第二信号端口连通，由此可实现上行光分波信号的任意方向调度。经光开关矩阵进行调度之后，上行光分波信号由第一信号端口传输至合分波器件的支路信号端口。

S403、合分波器件将从支路信号端口接收的上行光分波信号耦合为上行光合波信号，并通过合路信号端口输出。

其中，合分波器件用于将其支路信号端口接收的各上行光分波信号耦合为上行光合波信号，从而实现合波过程。

本公开实施例提供的光路调度方法，通过光开光矩阵中的任意第二信号端口与任意第一信号端口的连通，基于预设的控制指令，可实现上行光分波信号的任意方向调度，即实现光信号上行过程中的任意方向调度；同时，该光路调度方法中采用光开关矩阵实现光路调度，插损较小、信号传输性能好。

示例性地，图11为本公开实施例提供的另一种光路调度方法的流程示意图，示出了光信号下行的方法。参照图11，该方法可包括：

S501、合分波器件的合路信号端口接收下行光合波信号。

其中，本实施例中下行的光信号包括下行光合波信号和下行光分波信号，在光信号的下行传输过程中，光信号的传输方向为：由光分合波器件到光开关矩阵，再到光收发器，从而实现下行光合波信号分光为下行光分波信号的过程。该步骤中，合分波器件可接收其他合分波器件传输来的下行光合波信号。

S502、合分波器件将下行光合波信号分光为下行光分波信号，并通过支路信号端口输出至与其连接的光开关矩阵的第一信号端口。

其中，合分波器件可将下行光合波信号分光为下行光分波信号，并通过支路信号端口传输至与各之路信号端口连接的第一信号端口，以便实现后续在光开关矩阵中的光信号的调度。

S503、基于预设的控制指令控制光开关矩阵的第一信号端口与设定的第二信号端口连通，以将下行光分波信号从设定的第二信号端口输出。

其中，预设的控制指令用于控制光开关矩阵中各开关的状态，以实现第一信号端口与设定的第二信号端口连通。在本步骤中，其中的控制指令可以是实时施加到光开关矩阵上，也可提前施加到光开关矩阵上，并预先实现了第一信号端口与设定的第二信号端口连通。

其中，光开关矩阵中，任意第二信号端口可与任意第一信号端口连通，由此可实现下行光分波信号的任意方向调度。经光开关矩阵进行调度之后，下行光分波信号由第二信号端口输出，并可经光收发器传输至与各终端设备。

本公开实施例提供的光路调度方法，通过光开关矩阵中的任意第一信号端口与任意第二信号端口的连通，基于预设的控制指令，可实现下行光分波信号的任意方向调度，即实现光信号下行过程中的任意方向调度；同时，该光路调度方法中采用光开关矩阵实现光路调度，插损较小、信号传输性能好。

本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一种可选实施方式”表示“至少一种可选实施方式”。本公开中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。

需要注意，本公开中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。

以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

此外，虽然采用特定次序描绘了各操作，但是这不应当理解为要求这些操作以所示出的特定次序或以顺序次序执行来执行。在一定环境下，多任务和并行处理可能是有利的。同样地，虽然在上面论述中包含了若干具体实现细节，但是这些不应当被解释为对本公开的范围的限制。在单独的实施例的上下文中描述的某些特征还可以组合地实现在单个实施例中。相反地，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合的方式实现在多个实施例中。

尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。

Claims (16)

1.一种光路调度装置，其特征在于，包括：

至少两个合分波器件，所述合分波器件包括合路信号端口和至少两个支路信号端口，所述合路信号端口用于传输光合波信号，每个所述支路信号端口用于传输一路光分波信号，所述合分波器件用于将合路信号端口输入的光合波信号分光为至少两路光分波信号，和/或，用于将从至少两个支路信号端口输入的光分波信号耦合为光合波信号；

光开关矩阵，包括至少两个第一信号端口和至少两个第二信号端口，所述第一信号端口与所述合分波器件的支路信号端口连接，所述光开关矩阵用于连通任意一对第一信号端口和第二信号端口。

2.根据权利要求1所述的光路调度装置，其特征在于，所述合分波器件包括波长选择开关、耦合器、分光器或滤波器中的至少一个。

3.根据权利要求1所述的光路调度装置，其特征在于，所述合分波器件包括第一合分波子器件和至少两个第二合分波子器件；

所述第一合分波子器件用于将合路信号端口输入的光合波信号分光为至少两路第一光合波子信号，所述第二合分波子器件用于将一路第一光合波子信号分光为至少两路光分波信号；或者，

所述第二合分波子器件用于将至少两路光分波信号耦合为一路第一光合波子信号，所述第一合分波子器件用于将至少两路第一光合波子信号耦合为所述光合波信号。

4.根据权利要求3所述的光路调度装置，其特征在于，所述第一合分波子器件包括耦合器、分光器或滤波器中的一个。

5.根据权利要求3所述的光路调度装置，其特征在于，所述第二合分波子器件包括波长选择开关。

6.根据权利要求1所述的光路调度装置，其特征在于，不同分路信号端口支路信号端口的传输频率不同，所述第一信号端口和所述第二信号端口的数目相同。

7.根据权利要求1所述的光路调度装置，其特征在于，所述光开关矩阵包括至少两个光开关子矩阵，每个所述合分波器件通过所述支路信号端口与任意一个所述光开关子矩阵的第一信号端口连接。

8.根据权利要求7所述的光路调度装置，其特征在于，所述光开关子矩阵的数目为P个，每个所述合分波器件通过M个支路信号端口与任意一个光开关子矩阵的M个所述第一信号端口一一对应连接，所述合分波器件的支路信号端口的数目大于或等于M×P个，M和P为正整数。

9.根据权利要求7所述的光路调度装置，其特征在于，所述合分波器件的数目为N，每个所述合分波器件中的M个支路信号端口与同一个光开关子矩阵中的第一信号端口连接，每个光开关子矩阵中的第一信号端口的数目为M×N个，N为正整数。

10.根据权利要求1-9任一所述的光路调度装置，其特征在于，至少两个合分波器件的支路信号端口相互连接，其中一个合分波器件输出的光分波信号，作为另一个合分波器件输入的光分波信号。

11.根据权利要求10所述的光路调度装置，其特征在于，每一个合分波器件均通过所述一个支路信号端口与其他合分波器件的支路信号端口连接。

12.一种光传输系统，其特征在于，包括权利要求1-11任一所述的光路调度装置和第一光收发器；

所述第一光收发器与所述光路调度装置中光开关矩阵的第二信号端口连接。

13.根据权利要求12所述的光传输系统，其特征在于，还包括：

第二光收发器，所述第二光收发器与所述光路调度装置中合分波器件的支路信号端口连接。

14.一种数据通信系统，其特征在于，包括多个数据园区，每个数据园区设置有终端设备、与所述终端设备连接的光电转换设备，以及权利要求12或13所述的光传输系统，所述终端设备通过光电转换设备与光传输系统中的第一光收发器和/或第二光收发器连接。

15.一种光路调度方法，其特征在于，包括：

光开关矩阵的第二信号端口接收上行光分波信号；

基于预设的控制指令控制所述光开关矩阵的第二信号端口与设定的第一信号端口连通，以将所述上行光分波信号传输至与所述设定的第一信号端口，所述第一信号端口与一合分波器件的支路信号端口连接；

所述合分波器件将从所述支路信号端口接收的上行光分波信号耦合为上行光合波信号，并通过合路信号端口输出。

16.一种光路调度方法，其特征在于，包括：

合分波器件的合路信号端口接收下行光合波信号；

所述合分波器件将所述下行光合波信号分光为下行光分波信号，并通过支路信号端口输出至与其连接的光开关矩阵的第一信号端口；

基于预设的控制指令控制所述光开关矩阵的第一信号端口与设定的第二信号端口连通，以将所述下行光分波信号从所述设定的第二信号端口输出。

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