CN1135752C - 光网络 - Google Patents

Abstract

本发明涉及形成中枢配置的一种波长路由光通信网。该网络包含一个中心站节点(H)和在一种光环形结构中与两根光纤(F1，F2)装置连接的多个卫星节点(A、B、C...)。每个卫星节点工作在一个单独的波长信道。卫星节点与光纤(F1，F2)间通过无源复用器和解复用器(4′到7′)连接，中心站装置(H)提供了网络中所有类型的交换。

Description

光网络

本发明涉及一种光中心站(hub)网络装置，具体地说是一种形成中枢(hubbed)配置的波长路由光网络。

发明技术领域

光系统、光电路和光纤网络对数据通信和电信系统已变得越来越重要。光纤具有巨大的传输容量，不存在电磁干扰和地环路问题。

光的多信道系统具有渐进增长的需求，并将可能在未来的年代里改变网络设计策略。通过使用多信道技术，可在现有光缆上实现增加传输容量和灵活性而无需增加调制速度或添加更复杂的控制功能。

在一个星形网内系统中某一个节点是中心节点，称作中心站节点，其它节点是卫星节点。每一个卫星节点仅可以通过中心站节点与其它任何节点通信。

一种总线结构可以用于此类通信网。该总线是通过两个末端节点与中心站相连构成一个环而形成。系统中的不同卫星节点都分配有单独的波长信道，因此网络具有星形特征。这样几个卫星节点可以共享同一光纤，而每根光纤可承载多达N个波长信道。每个卫星节点总是向两个末端节点发射和监听。总线朝一个末端节点把正常的卫星业务流传送给中心站。在光纤发生故障的情况下业务流通过中心站重新路由到另一个末端节点，业务流就是以这种方式被恢复。通过这种方法，从中心站节点仅用包含两根光纤的一根光缆就可通过两个分离的路径通达网络中的每个卫星节点，这样如果在一个方向上一根光纤发生断裂，业务流可向另一方向重新路由。

这样，在光缆发生故障情况下中心站节点可以从一个方向上接收来自某些卫星节点的输入信号并在与该输入信号相同的方向发射输出信号。

相关领域描述

发表在OFC’96 Technical Digest上的一篇题为“Novel OpticallyRestorable WDM Ring Network(Novel光可恢复WDM环形网络)”的文章描述了一种光环形网络，作者是B.Glance，C.Doerr，I.P.Kaminow，R.Montagne，地址是AT&Bell Laboratories，Crawford HillLaboratory，Holmdel，New Jersey 07733。在这个网络中每个卫星节点配有用于在网络上发射和接收信号的交换系统。

发明目的及概要

本发明的目的之一是为一类光通信网络提供了一种方法和装置，该光通信网络包含一个中心站节点和多个卫星节点并具有简单廉价的结构。

本发明的另一个目的是，在连接成环形并尽可能少地使用比如易于发生故障的关键部件的一种光逻辑星形网中，提供了一种用于连接多个卫星节点和中心站节点的方法和装置。

本发明的另一个目的是提供了一种即使在一个光网络中的一根光缆发生故障的情况下仍可以在中心站和每个节点间传送和接收业务流的方法和装置。

本发明还有另一个目的是，在光缆故障是一对或一根光纤断裂、或者是两根光纤中的一根或两根都发生损坏但还有一部分光通过受损部分时，仍能用同一组波长做上行和下行通信。

本发明还有另一目的是，提供了一种即使当网络的某个部件发生故障时在一种包含一个中心站节点和多个卫星节点的光通信网络中保持业务流传输的方法和装备。

本发明还有另一个目的是，提供一种用于通常仅在中心站节点发生网络中断的光通信网络的方法和装备。

具有权利要求1中特征的网络至少可以实现上述目的中的一些。本发明的进一步特征和改进在各从属权利要求中给出。

按照本发明，卫星节点与光纤由例如包含光纤耦合器的无源复用器和解复用器来进行连接。中心站装置提供了网络中所有类型的交换。

发明优点

当网络通信用两根光纤时可使用理论上最小数目的波长信道，即与网络连接的每个卫星节点仅有一个波长信道。

在光纤环中不使用光交换设备，光交换设备仅在中心站节点提供。这样卫星节点可以设计非常简单不需要任何智能。

光缆保护由中心站节点处理。

在任何情况下至少安装一个多余中心站节点做备用，不用改变已安装的硬件。

附图简述

为更全面理解本发明及其进一步的目的和优点，下面给出了结合附图进行描述以供参考，其中：

图1显示了依据发明的第一实施方案的原理图；

图2A-2E显示了网络在不同类型的故障下不同业务流的传播原理图；

图3显示依据发明的第二实施方案原理图。

实施方案详述

参照图1，在物理上这个通信网包含一个中心节点，称为中心站节点H，和许多卫星节点A、B、C...。所有节点由具有光纤F1和F2的两个光纤环进行连接，在两根光纤上业务流反向传播。

光纤适宜用单模光纤。在逻辑上网络是星形网络，因为每个卫星节点在唯一指定的波长信道上发射和接收。每一个卫星节点仅能够与中心站节点H直接通信。因此，两个卫星节点(例如A和B)间的业务流总是必须经过中心站节点H。中心站节点在属于与网络相连的每个中心站节点A、B、C...的波长信道上接收和发射。这样，在有N个卫星节点的网络中每根光纤有N个波长信道。在该中心站节点，信道于是可通过其发射机Tx′和接收机Rx′上的电接口以一种本身熟知的方式与这里描述的通信网有相同的设计或是在本领域中熟知的设计的其它通信网连接。

依照本发明，为了避免使用交换部件，每个卫星节点A、B、C...与光纤之间通过无源复用器和解复用器进行连接。交换部件需要单独控制并且也易于出故障。如图1中的D站所示，每个卫星节点包含一个具有一个发射机和接收机(未标出)的接入点1，两个1*2的光纤耦合器2和3、两个无源复用器4和5、和两个无源解复用器6和7。

光纤耦合器3的功能是把从接入点1的发射机来的信号分配给两个复用器4和5。光纤耦合器2的功能是把从两个解复用器6和7接收到的信号一起传送给接入点1的接收机。每个站的发射和接收的信号处于同一波长信道。

复用器4和5把发射机信号耦合到总线光纤F1和F2。解复用器将正在讨论的卫星节点想要的波长信道从总线光纤上分接到工作站1的接收机。

如C站所显示，它描述的卫星节点以一种简化的形式设计，复用器可包含简单的光纤耦合器4′和5′。解复用器可用光纤耦合器6′和7′以及适配于正在讨论的该本站的波长信道的带通滤波器8来代替。

中心站节点装置(H)提供了光纤F1和F2的一个光纤断点和与光纤F1和F2的每一个端点连接的发射和接收装置9、10、13和11、12、14。在这个端点中心站节点H包含一个光发射机Tx′，例如一个波长稳定的受调制激光器，和每个与网络连接的卫星节点的一个接收机。每根光纤在中心站节点有一断点。解复用器10和复用器11与光纤F1的每个端点相连接。在相反的一侧，解复用器9和复用器12以同样的方式与光纤F2相连接。

一个包含一个PIN二极管和一个2*2光十字开关(cross-bar)的独立的交换单元13与每个光发射机Tx′和两个解复用器9和10相连接。在接收机侧，2*2十字开关用于从两个解复用器9或10中选择出正在讨论的接收机需要对其进行监听的那一个，即应该从哪一个光纤端点提供属于它的卫星节点的信号。交换单元当然可以用某个具有同样功能的交换装置代替，但带有PIN二极管的十字开关结构提供了廉价的应用。

在图1中，其中之一的解复用器9在光纤环没有光纤断裂时使用。PIN二极管在相同的波长信道自动监听另一个解复用器10，并且当只有在解复用器10上有输入信号信息时转换到从解复用器10接收信号信息。这样，在交换单元13中两个解复用器与十字开关连接，所以某一个开关、并且因而某个接收机/PIN二极管对总是监听着同一波长信道而与该开关位置无关。

卫星节点总是在两光纤F1和F2上(但不是同一方向上)发送发射机信号，如图1所示。卫星接收机在两个方向上进行耦合监听，即便是在同一信道永远不会在两根光纤F1和F2上同时到达的情况下。

在中心站节点的每个信道中，一个光1*2空间开关14连接了发射机(仅由参考Tx′代表)，和用于在光纤F1或F2上进行发射的两个解复用器11和12。

在中心站节点，发射机/接收机对工作在相同的波长信道因此总是通过在同一方向发射和监听来处理与某个卫星节点的双向通信。换句话说，如果某个信道的接收机开关13从第一个位置(以下称为左)改变到第二个位置(以下称为右)，同一波长信道的发射机开关14也做同样的操作。这样，每个发射机开关单元14受相应的接收机开关13的位置控制。

如果一根光纤出故障(例如至少是发生在光纤F1和/或F2其中之一的15处)，则中心站节点将会在接收机或PIN二极管上丢失来自至少某些信道的输入信号。源于中心站节点的操作将按下面两个规则重新配置发射机和接收机开关：

1)改变已经在接收机丢失的信道的开关位置。

2)如果信道是在PIN二极管上丢失，改变除已丢失信道开关以外的所有开关的位置。

上述规则假设所有开关处于相同的位置，例如左。当然中心站即便在网络运转正常的情况下也可以左右混合通信。然而，在这种情况下不能使用上述用于保护的简单规则。

参考图2A，如果在环形结构中任何信道均未发生光缆故障，中心站节点H将通过把所有发射机开关置左以便只用左侧复用器11发送。所有接收机开关13处在关断位以至于中心站节点H的全部通信均从左侧进出。每个卫星节点一般设计为仅在一个单独信道上接收和发送。然而，未限制卫星节点以几个信道来和中心站节点通信。每个卫星节点可从中心站节点接收一个信道并通过其复用器4和5(4′和5′)在两个方向发射同样的(或别的)波长信道。卫星节点A、B、C...的不同信道的信号传输用相同的节点标识表示但字母用小写。只有在总线光纤上顺时针传播的复用信号可到达在中心站节点的合适的接收机，而在另一根光纤上的复用信号可到达在中心站节点的交换单元13中相应的监视器PIN二极管。

在总线光纤的逆时针传播方向将汇聚越来越多的“不必要的信道信令”。然而，在卫星节点可通过带通滤波器8采用波长过滤分离出有用的信道信令。

另外，当信息从中心站节点右边到达时，在光纤F1和F2的传播方向上相同的信息被提供了两次。然而，这不会引起任何问题，因为中心站节点被调整到只接收来自于左侧的信息信号。

参考图2B描述的是在卫星节点C和D间发生了双缆断裂。在这种情况下中心站节点H丢失了卫星节点A、B、和C的输入信道。中心站节点采取的措施是把这些信道的接收机开关从关断变到接通状态，相同信道的发射机开关也从左变到右。

全部通信得到恢复，这对应图2B，它意味着中心站节点与节点E和D的通信同以前一样从总线光纤的左侧输入和输出，而与卫星节点A、B、C的通信是从总线光纤的右侧进出，用小写字母的节点标识表示。(即使没有光缆断裂，这也可以作为网络运行的正常途径)。

在卫星节点C和D间顺时针方向光纤发生单根光纤断裂的情况下，中心站节点丢失了输入信道a、b、c。中心站节点采用与双缆断裂相同的措施，如图2C所示。

在卫星节点C和D间逆时针光纤发生单纤断裂的情况下，中心站节点不会丢失任何输入业务流信道，如图2D所示当刚刚发生故障后网络的状态。

然而，在监测顺时针传播光纤的接收机交换设备13的PIN二极管上将丢失信道d和e。这将因此改变除没有在PIN二极管上丢失信道的所有开关。这与图2B的操作相同，即把信道a、b和c信道的接收机开关13由关断变到接通状态，同时相同信道的发射机开关14的位置从左变到右。转换后信道信号传输如图2E所示。

因为所有业务流通过中心站节点H，因而它是网络中很敏感的部分。所以，依照图3所示的第二实施方案(其中与在图1中具有相同功能的部件具有相同的标识)，一个备用的中心站节点SH可以安装在沿总线光纤环的任何位置并且如图中所示插入在卫星节点D和E间。如图所示该备用中心站节点SH为一种简单的中心站节点，它与两根光纤F1和F2和卫星节点A、B、C...的连接方式相同，即光纤链在备用中心站节点SH旁不断开，只在中心站节点H旁断开。

同通常的中心站节点H一样，备用中心站节点SH具有与光纤环连接的卫星收发机(通常等于卫星节点的数目)同等数目的发射机和接收机。然而，它只有一个复用器17和一个解复用器18，每个都以同每个卫星节点同样的方式通过光纤耦合器4″和5″与光纤F1和F2相连。

在正常情况下，当通常中心站节点H运行时，备用中心站节点SH的发射机Tx″关断。这样备用中心站节点除了由光纤耦合器4″、5″、6 ″和7″引入的功率损耗外完全是透明的，而且不影响网络业务流通过。当然光放大器可安装在网络的任何位置(未标出)。

一旦中心站节点H发生故障，备用中心站节点SH就激活。当它被激活，发射机Tx″的信号通过光纤耦合器4″和5″在两个方向送出。接收机Rx″同时在总线光纤F1和F2上监听。如果在中心站节点H出故障的同时网络没有发生其它故障(这种情况很少见)所有卫星节点与备用中心站节点SH进行全面通信。来自卫星节点的信号可从左边或从右边到达备用中心站节点SH。来自备用中心站节点SH的所有信号在两个方向上发射。送到右边的信号中一部分被卫星节点接收而其余的接收信号则来自于那些被发送到左侧的信号。由于通常中心站节点H的设计包含一个光纤断点，阻止了信号沿整个光纤环循环。

如果备用中心站节点SH运行时发生一个光纤断点，它可以同除了位于断点和通常中心站节点H间的卫星节点以外的其它所有节点通信。

仅管上面描述的每个卫星节点使用相同的波长信道进行业务流的收发，在不改变网络的情况下使用分离的波长进行业务流的收发信道也属于本发明的范围。这样有可以改变网络从而能只使用一根光纤作为业务流的收发。然而，上行和下行业务流使用同一根光纤隐含了需使用能双向工作的光放大器。这很笨拙，因此此类应用应很少见。

虽然以上描述的是参照本发明具体实施方案进行的，可以理解的是，本领域中熟练的技术人员可对其作出不同的改动并且对其等价的组件可以进行替换而不脱离在附属权利要求中定义的基本精神和范围。另外，在不脱离权利要求书中定义的本发明的基本教导下可以进行各种修改。

Claims (14)

1.一个形成中枢配置的波长路由光通信网络，包含一个中心站节点装置(H)和在光环形结构中与光纤装置(F1，F2)连接的多个卫星节点装置(A、B、C...)，其中卫星节点装置(A、B、C...)与光纤装置(F1，F2)间通过无源复用器和解复用器(4′至7′)连接，由中心站节点装置(H)提供网络所有的各种光缆保护切换。

2.依照权利要求1的网络，其特征在于在卫星节点装置中，复用器包含：两个光纤耦合器(4′和5′)并通过它与光纤装置(F1，F2)相连。

3.依照权利要求1或2的网络，其特征在于在卫星节点装置中，解复用器包含两个光纤耦合器(6′和7′)，通过它与光纤装置(F1，F2)相连接；以及一个适配于所述的卫星节点装置的波长信道的带通滤波器(8)。

4.一种依照上述任一权利要求的网络，其中每个卫星节点中包含带有一个卫星节点发射机和一个卫星节点接收机的一个接入点(1)、两个无源复用器(4和5)、两个无源解复用器(6和7)、一个用于把从卫星节点发射机的发射信号分配到两个复用器的耦合器(3)、一个用于把从两个解复用器(4和5)来的接收信号一起传送到工作站(1)的卫星节点接收机的耦合器(2)。

5.依照上述任一权利要求的网络，其特征在于在中心站节点装置(H)中提供了一个光纤断点和与每个光纤装置端点连接的发射和接收装置(9、10、13和11、12、14)。

6.依照上述任一权利要求的网络，其特征在于在中心站节点装置(H)中包含至少一个光发射机(Tx′)，和至少与网络连接的每个卫星节点装置(A、B、C...)的一个光接收机(Rx′)。

7.依照权利要求6的网络，其特征在于在光纤环中包含两根光纤且每根在中心站节点装置处有一个断点，中心站节点装置有与每一根光纤(F1或F2)的一个端点连接的一个解复用器(9或10)和与另一端点连接的一个复用器(11或12)，该两光纤之一的解复用器与该两光纤之另一的复用器的光纤的同一侧相连。

8.依照权利要求6或7的网络，其特征在于其中，对于中心站装置(H)中的每一个光接收机(Rx′)，一个独立的交换单元(13)与其连接并且可受控制地与两个解复用器(9或10)中的一个或另一个连接，当光纤环正常工作时它与解复用器(9或10)中预定的一个连接，而在光纤环出故障影响信令传向所要传送的光接收机(Rx′)时转向与解复用器(10或9)中的另一个相连接。

9.依照权利要求6或7的网络，其特征在于其中，对于中心站节点装置(H)中的每一个光发射机(Tx′)，一个独立的交换单元(14)与光发射机耦合并且可受控制地与两个复用器(11或12)中的一个或另一个连接，当光纤环正常工作时与复用器(11或12)中预定的一个连接，而在光纤环出故障影响信令传向所要传送的光发射机(Tx′)时转向与复用器(12或11)中的另一个相连接。

10.依照权利要求6、8或9的网络，其特征在于与同一卫星节点的信令相关的在中心站节点装置内的光发射机和光接收机的交换单元在同一条件下被接通并在同样的场合改变状态。

11.依照权利要求8到10中任何一个的网络，其特征在于在中心站节点装置内的接收机交换单元自动监听第二中心站节点装置解复用器(10)，在光纤出故障时，中心站节点装置按照下述规则重新配置发射机和接收机装置：

1)对于在中心站节点接收机已丢失的信道，改变在中心站节点装置中交换装置的位置；

2)如果在用于交换机单元自动监测的信道上丢失信道，改变除了已丢失以外的所有中心站节点交换装置的位置。

12.依照上述任何一个权利要求的网络，其特征在于其中每个卫星节点装置发射和接收的信号位于同一波长信道。

13.依照上述任何一个权利要求的网络，其特征在于其中备用中心站节点(SH)可连接在沿总线光纤环的任何位置并且由于中心站节点(H)的故障而可控制地起作用控制。

14.依照权利要求13的网络，其特征在于其中备用中心站节点(SH)只包含一个复用器(17)和一个解复用器(18)，其每一个通过光纤耦合器(4″至7″)与光纤装置(F1和F2)连接。

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