CN1203638C - 动态多波长分组环传输系统 - Google Patents

Abstract

一种动态多波长分组环传输系统，由电层子系统和光层子系统组成，电层子系统包括线路接收模块、线路发送模块和分组交换模块，通过内部的波长上下路接口与光层子系统相连，光层子系统包括光层保护倒换模块、光放大器和光分插复用/解复用器。线路接收/发送模块完成电层和光层信号的适配和转换，由分组交换模块进行二层或三层交换后将数据传送至线路发送模块，光层保护倒换模块实现对光层群路信号的快速保护倒换，光分插复用模块对每个波长通道实现动态的分插功能和旁路功能。本发明将光层网络的大容量和可动态重构的特点融合到传统的分组环系统中去，使分组环系统具有更好的网络扩展性，以适应大规模的网络应用。

Description

动态多波长分组环传输系统

技术领域：

本发明涉及的是一种动态多波长分组环传输系统，在传统弹性分组环系统中结合波分复用技术(WDM)增加光层子系统的波长动态旁路功能，使得弹性分组环系统具有良好的网络扩展能力。本发明属于宽带通信网技术领域。

背景技术：

随着Internet业务的飞速增长，建设新一代的宽带城域网络以适应未来网络发展的需求已成为电信部门的投资热点。在宽带城域网络的建设中，涌现出各种各样的解决方案，其中，IEEE802.17工作组正在标准化的RPR(弹性分组环)方案以其独特的优势被寄予厚望。

RPR定义了一个新的MAC(媒质接入控制)协议，以优化分组在LAN(局域网)、MAN(城域网)和WAN(广域网)环拓扑中传输。在RPR中，采用空间重用协议(SRP)和智能保护倒换机制，不但极大提高了网络的带宽效率，而且能够实现小于50ms的快速业务保护倒换。此外，RPR还提供了一个非常简单的服务模型，使得业务提供进一步简化。

RPR协议实际上是结合了以太网和同步数字传输网(SDH)两者的优点，试图以以太网的成本为用户提供类似SDH的业务质量。因而，在当前建设宽带城域网络的建设高潮中，RPR受到了特有的关注。

但是，传统弹性分组环系统中，RPR采用的双环结构要求环中的每个节点都要在电层上终结传输链路，这意味着，对于环上的每一个逻辑环(采用WDM波分复用传输时，每个波长通道构成一个逻辑环，一个物理环上有多个逻辑环)，每个节点都需要相应的收发器和处理能力对该逻辑环上传输的数据进行处理，即便节点并不在该逻辑环上上下分组数据。

对于这种结构，当网络只具有一个逻辑环时(使用单纤单波长链路)，并不会有什么问题，然而，当网络具有多个逻辑环时(使用单纤多波长链路或多纤单波长链路)，网络的扩展性就受到很大的限制。当前，单波长的传输能力最大只有40Gbps，如果需要构建一个容量大于40G的网络，就不得不采用多纤或多波长的传输方式形成一个物理环上的多个逻辑环结构。实际上，在城域核心网络中，网络容量经常需要数十吉甚至上百吉。

对于这种具有多个逻辑环的网络，网络中某些节点的业务经常是固定在某个或某几个逻辑环上传输，因此，实际上，这些节点只需要在电域上终结和处理包含本节点的逻辑环即可，而不需要对所有逻辑环进行终结和处理。但是，在传统的分组环系统中，要求环上的每个节点对所有的逻辑环都进行终结和处理。如此带来的问题是，如果某个核心网络必须要有N个波长的容量来支持，那么，环网中的每个节点在每一个方向上都必须有N个光收发器和支持N个波长容量的数据处理能力，即使某个节点实际接入业务量很小(比如在HUB业务模型中)。毫无疑问，采用这种结构来构建大容量的网络代价是相当大的，实际上已不实用。

而且，这种结构还带来另外一个问题，当网络具有多个逻辑环，且环中的节点数可观时(比如数十个)，由于分组要经过每个中间节点逐点转发，积累的转发时延也就相当可观，尤其是当出现网络故障需要进行保护倒换迂回传输时。

根据上面的分析，现有的分组环传输系统存在网络扩展性方面的限制，当网络规模增加时，缺点尤其明显。

发明内容：

本发明的目的在于针对现有弹性分组环系统的不足，提出一种动态的多波长分组环传输系统，以提高分组环传输系统的网络扩展能力，使其能够应用到城域核心网络。

为了达到该目的，本发明根据光层网络巨大带宽和可重构的特点，采用波分复用技术(WDM)和波长分插复用(OADM)技术，有机地将之与传统弹性分组环系统相结合。为此，本发明在传统电层分组环系统的基础上叠加了一个光层子系统，该光层子系统经过组网形成光层子网络。在该光层子网络中，根据业务量的分布情况，不同的波长通道将网络节点分成不同的节点组，每个节点组共享其中的一个波长，形成一个逻辑分组环。对于每个逻辑分组环，属于该逻辑环的节点先在光层子网络将包含本节点的波长上下路，然后在电域上终结并进行分组转发处理，这种处理需要完成的功能与传统分组环系统相同。对于不是属于该逻辑环的波长通道，节点在光层上直接对这些波长进行光旁路，而不再在电域上对它们进行终结和处理。

此外，本发明还考虑到当出现光纤链路故障或节点故障时，受影响的业务和节点都要进行保护倒换处理，如果有多个逻辑分组环，每个逻辑环都要进行单独的保护倒换操作，网络性能将受到极大影响。为此，本发明提供了光层上的保护倒换功能，实现对光层群路信号的快速保护倒换，当发生单个链路或节点故障时，只需要在两个节点执行保护倒换操作，而不必每个逻辑分组环都进行单独的保护倒换。

根据上述思想，本发明的技术方案将所提出的动态多波长分组环系统分成两个子系统：光层子系统和电层子系统。其中，光层子系统包括光层保护倒换模块、光放大器和光分插复用器，电层子系统包括线路接收模块、线路发送模块和分组交换模块，光层保护倒换模块通过内部光层复合信号与光分插复用器相连，光分插复用器通过下路波长信号与电层子系统的线路接收模块相连，线路接收模块经内部接口与分组交换模块相连，分组交换模块的输出连至线路发送模块，线路发送模块的输出经上路波长信号与光分插复用器相连，光分插复用器经内部光层复合信号连至光放大器的输入端，光放大器的输出端与光层保护倒换模块相连。

光层群路信号从接收链路首先进入到光层保护倒换模块，然后至光分插复用器进行旁路或下路操作，从光分插复用器下路的下路波长信号经线路接收模块进入到电层子系统中的分组交换单元进行交换，交换后的分组经线路发送模块处理后形成上路波长信号进入光分插复用器，随后与旁路波长信号一起被复用成光层群路信号进入光放大器放大，放大后的输出信号连至光层保护倒换模块，光层保护倒换模块输出光层群路信号至发送链路。

光层子系统和电层子系统之间通过内部的波长上下路接口相连。光层保护倒换模块实现对光层群路信号的快速保护倒换。来自接收链路的光层群路信号在经过光层保护倒换模块后进入到光分插复用器模块，光分插复用模块对每个波长通道实现动态的分插功能和旁路功能。在某个逻辑环上，属于该逻辑环的网络节点通过光分插复用模块将该波长通道取出，并在电域上终结该波长，然后对该波长承载的分组业务进行转发处理。同时，节点将处理后的要传送到逻辑环上下一节点的业务调制到该波长通道上，通过光分插模块将波长通道插入到波分复用信号中去。对于不属于该逻辑环的其他波长通道，节点通过光分插模块直接将他们旁路。线路接收/发送模块象传统分组环系统一样实现IEEE802.17所规定的功能，同时完成电层信号和光层信号的适配和转换。分组交换模块对来自线路接收模块的分组进行二层或三层交换，并将交换后的数据传送至线路发送模块。

根据本发明，对于某个特定的波长通道而言，由于它在某些中间节点在光层上直接被旁路，因此由该波长通道构成的虚弹性分组环子网络实际上只由少数节点组成，该子网络的网络规模得以减小，因而网络时延和吞吐量等性能得以提高。而对于只有较少业务量的节点，只需要终结传输本地节点业务的波长通道即可，其他波长通道则直接经过光层旁路，因而网络中的各节点可以根据自身的业务量需求配置线路接口卡和交换容量，从而网络成本得以降低。

综上所述，本发明将光层网络的大容量和可动态重构的特点融合到传统的分组环系统中去，使分组环系统具有更好的网络扩展性，以适应大规模的网络应用。相比传统的分组环系统，具有显著的特点和进步，具体体现在：

●动态的逻辑分组环构建功能。通过叠加光层子系统，多个节点可以动态地选择某个波长组成逻辑环，以适应网络业务分布的变化。

●快速的群路信号保护倒换功能。由于在光层上实现了对光层群路信号的快速保护倒换，使之在发生链路或节点故障时，各个逻辑分组环不必执行单独的保护倒换操作，从而故障的影响力减小。

●经济的网络建设成本。由于实现了在光层上动态波长旁路，节点不需要对每个波长在电域上进行终结和转发处理，减少了线路卡的数量和网络的交换容量。

●更小的转发时延。经过光层的动态旁路，分组只需经过逻辑环上源宿节点间中间节点的转发处理，而不是物理环上源宿间所有中间节点的转发处理，因而具有更短的转发延时。

附图说明：

图1为本发明系统的节点结构原理框图。

图1中，λ_1..λ_i..λ_j..λ_n表示多波长群路信号，OPSM表示光层保护倒换模块，OA表示光放大器，OADM表示光分插复用器，Tx表示线路发送模块，Rx表示线路接收模块，PSM表示分组交换模块，λ_i表示单个的波长通道下路信号，λ_j表示单个的波长通道上路信号。

图2为应用本发明组成的一个网络结构框图。

图3为本发明一个实施例的节点结构框图。

图3中，OSW为2x2的光开关，MUX为波分复用器，DEMUX为波分解复用器。

具体实施方式：

为了更好地理解本发明的技术方案，以下结合附图及实施例进行详细的描述。附图和实施例并不意味着对本发明的限制。

图1为本发明系统的节点结构原理框图。节点由光层子系统和电层子系统组成，光层子系统包括光层保护倒换模块(OPSM)、光放大器(OA)和光分插复用器(OADM)，电层子系统包括线路接收模块(Rx)、线路发送模块(Tx)和分组交换模块(PSM)。光层群路信号(λ_1..λ_i..λ_j..λ_n)从接收链路首先进入到光层保护倒换模块(OPSM)，然后至光分插复用器(OADM)进行旁路或下路操作，从光分插复用器下路的下路波长信号(λ_i)经线路接收模块(Rx)进入到电层子系统中的分组交换单元(PSM)进行交换，交换后的分组经线路发送模块(Tx)处理后形成上路波长信号(λ_j)，进入光分插复用器(OADM)，随后与旁路波长信号一起被复用成光层群路信号(λ_1..λ_i..λ_j..λ_n)进入光放大器(OA)放大，经光放大器(OA)放大后的输出信号连至光层保护倒换模块(OPSM)，光层保护倒换模块(OPSM)输出光层群路信号(λ_1..λ_i..λ_j..λ_n)至发送链路。

图2为应用本发明组成的一个网络结构框图。图中，多个节点经光纤互联形成两纤双向环网，波分复用链路中的每个波长通道形成一个逻辑分组环，不同的节点组分属于不同的逻辑分组环，形成动态的多波长分组环传输系统。

图3为本发明一个实施例的节点结构框图。节点由光层子系统和电层子系统组成，光层子系统包括光层保护倒换模块(OPSM)、光放大器(OA)和光分插复用器(OADM)，电层子系统包括线路接收模块(Rx)、线路发送模块(Tx)和分组交换模块(PSM)。光层保护倒换模块(OPSM)采用两个2×2的光开关OSW将光层群路信号如图示连接实现。光分插复用器(OADM)采用波分复用(MUX)/解复用器(DEMUX)和2×2的光开关(OSW)阵列实现。

图3中，光层群路信号(λ_1..λ_i..λ_j..λ_n)从接收链路首先进入到光层保护倒换模块(OPSM)中2×2光开关(OSW)的一个输入端，然后在光开关(OSW)的一个输出端与光分插复用器(OADM)中的波分解复用器(DEMUX)相连，由波分解复用器(DEMUX)分解出来的多个波长通道信号分别连至属于自己的2×2光开关(OSW)中的一个输入端，该2×2光开关(OSW)的一个输出端将旁路信号连至波分复用器(MUX)，另一个输出端则将下路波长信号(λ_i)连至电层子系统中的线路接收模块(Rx)，来自各线路接收模块(Rx)的分组随后进入分组交换单元(PSM)进行交换，交换后的分组经线路发送模块(Tx)处理后形成上路波长信号(λ_j)，上路波长信号(λ_j)与光分插复用器(OADM)中的2×2光开关(OSW)的一个输入端相连，波分复用器(MUX)输出的光层复合信号进入光放大器(OA)放大，经光放大器(OA)放大后的输出信号连至光层保护倒换模块(OPSM)中2×2光开关(OSW)的一个输入端，光层保护倒换模块(OPSM)输出光层群路信号(λ_1..λ_i..λ_j..λ_n)至发送链路。

在光层保护倒换模块(OPSM)中，平时，两个光开关都处在“直通”状态，当上游光纤链路或节点出现故障时，相应的光开关被设置成“交叉”状态，从而实现对发送信号回环，达到保护倒换的目的。

在光分插复用器(OADM)中，来自光层保护倒换模块的光层群路信号首先进入波分解复用器(DEMUX)，由波分解复用器(DEMUX)将复合信号分解成单个的波长通道信号，被分解出的波长通道信号与上下路波长通道信号如图示与2×2光开关(OSW)相连。若本节点不属于某个波长通道的逻辑分组环，则光开关(OSW)处在“直通”状态，该波长通道直接在光层上被旁路，不再进入到电层交换；若本节点属于某个波长通道的逻辑分组环，则光开关(OSW)处在“交叉”状态，该波长通道被下路到电层子系统中去作进一步处理，同时，来自电层子系统的上路波长通道信号被上路。被旁路和上路的波长通道经过波分复用器(MUX)复合成光层群路信号进入到光放大器(OA)。

光放大器(OA)对来自光分插复用器的光层群路信号进行全光放大，以补偿线路传输和节点分插操作引起的光功率损耗。光放大器(OA)的输出信号进入到光层保护倒换模块(OPSM)，然后输出至发送链路。

线路接收模块Rx终结来自光分插复用器(OADM)的下路波长通道信号(λ_i)，并根据IEEE802.17规范进行处理，数据分组进入分组交换模块(PSM)与来自其他端口的分组进行交换，交换后的分组经过线路发送模块(Tx)根据IEEE802.17规范进行处理后形成上路波长通道信号(λ_j)，随后进入到光层子系统中。

Claims (2)

1.一种动态多波长分组环传输系统，包括电层子系统中的线路接收模块(Rx)、线路发送模块(Tx)和分组交换模块(PSM)，其特征在于在电层子系统基础上叠加一个光层子系统，光层子系统包括光层保护倒换模块(OPSM)、光放大器(OA)和光分插复用(OADM)，光层保护倒换模块(OPSM)通过内部光层复合信号与光分插复用器(OADM)相连，光分插复用器(OADM)通过下路波长信号(λ_i)与电层子系统的线路接收模块(Rx)相连，线路接收模块(Rx)经内部接口与分组交换模块(PSM)相连，分组交换模块的输出连至线路发送模块(Tx)，线路发送模块(Tx)的输出经上路波长信号(λ_j)与光分插复用器(OADM)相连，光分插复用器(OADM)经内部光层复合信号连至光放大器(OA)的输入端，光放大器(OA)的输出端与光层保护倒换模块(OPSM)相连；光层群路信号(λ₁..λ_i..λ_j..λ_n)从接收链路首先进入到光层保护倒换模块(OPSM)，然后至光分插复用器(OADM)进行旁路或下路操作，从光分插复用器下路的下路波长信号(λ_i)经线路接收模块(Rx)进入到电层子系统中的分组交换单元(PSM)进行交换，交换后的分组经线路发送模块(Tx)处理后形成上路波长信号(λ_j)进入光分插复用器(OADM)，随后与旁路波长信号一起被复用成光层群路信号(λ₁..λ_i..λ_j..λ_n)进入光放大器(OA)放大，放大后的光层群路信号经光层保护倒换模块(OPSM)输出至发送链路。

2.根据权利要求1所述的动态多波长分组环传输系统，其特征在于：所述的电层子系统和光层子系统之间的上下路波长通过光层子系统动态配置，环上的每个波长通道构成一个逻辑分组环，对该波长通道进行上下路的节点属于该逻辑分组环的一部分，不同的节点组构成多个不同的逻辑分组环，每个逻辑分组环工作原理遵循IEEE802.17标准。

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