CN1231778C - 一种奇数端口的光开关矩阵的构建和控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种奇数端口的光开关矩阵的构建和控制方法，包括光开关和耦合器，是利用N+1个1×N光开关和N+1个N:1耦合器构建(N+1)×(N+1)光开关矩阵，N是小于等于8的偶数。每一个1×N光开关的N个输出口分别连至N个N:1耦合器的输入端口，留一个N:1耦合器不连，同样每一个N:1耦合器的输入端口分别连至N个1×N光开关的输出端口。第K(1≤K≤N+1)个光开关与第K(1≤K≤N+1)个耦合器不连。通过对每一个1×N光开关的控制，使输入的光信号输出到N个输出端口中的任意一个，但不同的1×N光开关的输入光信号要输出到不同的耦合器的输入端。耦合器分别是采用合波器和分束器来实现的。
Description
技术领域
本发明涉及一种奇数端口的光开关矩阵的构建和控制方法，可应用于光交叉连接设备(OXC)、光分插复用设备(OADM)以及波分复用系统(DWDM)中有光开关矩阵要求的应用场合。
背景技术
波分复用系统的应用使得一根光纤中传输多个波长，从而大大提高了一根光纤中的可用带宽，并且降低了带宽成本。现在波分复用系统已经在通信网络中成功的应用，取得了巨大的经济效益。随着使用WDM技术的通信产品的逐渐成熟和商业化，使用WDM技术的复杂网络，如环形网络、网格网络等的研究和开发成为重点。在这种复杂网络中，关键设备是光分插复用设备(OADM)和光交叉连接设备(OXC)。OADM节点的主要功能是在本地上下指定的波长通道，而OXC的主要功能是为波长通道寻找路由，并疏导大量的业务。
在光交叉连接设备和光分插复用设备中，有大量的光开关需求。光开关是较为重要的光无源器件，可实现在全光层的路由选择、波长选择、光交叉连接以及自愈保护等功能。目前光开关的主要应用包括：(1)光交叉连接(OXC)，OXC由光开关矩阵组成，主要实现动态光路径管理、光网络的故障保护、灵活增加新业务等，可以使全光网络中信息传输的光信号进行直接交换和交叉连接，它与至今为止应用的电交叉连接相比，省去了光-电及电-光变换过程，设备相应简化。基于电转换的开关是面向特定传输速率的光交换，一旦网络提速，电气方面就要升级来适应更快的传输速率。相反，光直接交换对传输速率是透明的，现在配备的光开关同样能够满足未来光网络提速的需求。采用直接交换和交叉连接，不仅可以减少干扰的可能性，而且可以尽快消除同步网络中的干扰，提高网络的灵活性和可靠性，还可以使光传输系统无中继传送更长的距离。(2)光分插复用设备(OADM)，主要应用于环形的城域网中，实现单个波长和多个波长从光路上自由上下，用光开关实现的OADM可以通过软件控制动态上下任意波长，这样将增加网络配置的灵活性。(3)用光开关实现网络的自动保护倒换。当光纤断裂或传输发生故障时，就可以通过光开关改变业务的传输路径，实现对业务的保护。
目前用简单的光开关构建的光开关矩阵通常只能提供偶数端口，例如4×4、8×8等光开关矩阵。而当实际应用过程中用到具有奇数端口的光开关矩阵时，只能用大于需要的光开关矩阵来满足需求，造成资源浪费。
发明内容
本发明的目的是提供一种用小规模的光开关矩阵来构建较大规模具有奇数端口和阻塞功能的光开关矩阵，使其可以应用于全光的OXC或城域网的OADM设备中或DWDM系统中。或者应用于波分系统的点到点保护应用中。特别是采用已经达到实用化程度的光开关和技术同样成熟的耦合器来构建光开关矩阵，实现方式简单，成本较低。
本发明的奇数端口的光开关矩阵的构建和控制方法，包括光开关和耦合器，是利用N+1个1×N光开关和N+1个N:1耦合器构建(N+1)×(N+1)光开关矩阵，N是偶数。每一个1×N光开关的N个输出口分别连至N个N:1耦合器的输入端口，留一个N:1耦合器不连，同样每一个N:1耦合器的输入端口分别连至N个1×N光开关的输出端口，第K(1≤K≤N+1)个光开关与第K(1≤K≤N+1)个耦合器不连。通过对每一个1×N光开关的控制，使输入的光信号输出到N个输出端口中的任意一个，但不同的1×N光开关的输入光信号要输出到不同的耦合器的输入端。
所述的光开关矩阵的构建和控制方法，是利用N+1个1×N光开关和N+1个N:1合波器构建(N+1)×(N+1)光开关矩阵。
所述的光开关矩阵的构建和控制方法，是利用N+1个1:N分束器和N+1个N选1的光路选择器构建具有广播作用的(N+1)×(N+1)光开关矩阵。
所述的光开关矩阵的构建和控制方法，其中1×N光开关可以用N-1个1×2光开关通过级连方式构建。
所述的具有广播作用的光开关矩阵的构建和控制方法，其中N选1光路选择器可以用N-1个2选1光路选择器通过级连方式构建。
本发明的有益效果：
1、实现方式简单可行，只需用成熟技术的光开关和耦和器就可以构建具有奇数端口的(N+1)×(N+1)光开关矩阵和(N+1)×(N+1)光开关广播矩阵。
2、控制简单，对(N+1)×(N+1)光开关矩阵的控制实质是对N个1×N光开关和N个N选1光路选择器的控制，控制方式灵活，既可以是通过软件进行控制，也可以通过手工方式进行控制。
3、1×N光开关可以用N-1个1×2光开关通过级连方式构建，组合比较方便，工艺简单，成本较低。
4、N选1光路选择器可以用N-1个2选1光路选择器通过级连方式构建，组合比较方便，工艺简单，成本较低。
5、图2方式构建的光开关广播矩阵能够实现某一个输入端口K(1≤K≤N+1)的输入的信号可以同时在除K(1≤K≤N+1)之外的其它N个输出端口同时输出，达到广播目的。
6、图1和图2两种方式构建的光开关矩阵具有阻塞作用，即输入端口K(1≤K≤N+1)输入的信号虽然可以从其它的N个端口输出，但是不可能从输出端口K(1≤K≤N+1)输出，即不能实现任一输入端能在任意时刻将光波输出到任意输出端。
附图说明
图1：1×N光开关10和N:1合波器20构建的(N+1)×(N+1)光开关矩阵。
图2：N选1的光路选择器40与1:N分束器30构建的(N+1)×(N+1)光开关广播矩阵
图3：1×4光开关50和4:1合波器60构建的5×5光开关矩阵。
图4：4选1的光路选择器80和1:4分束器70构建的5×5光开关广播矩阵。
具体实施方式
本发明用来构建光开关矩阵的基本单元是光开关和耦合器，利用这两种基本单元可以构建各种奇数端口的光开关矩阵，如3×3、5×5、...、(N+1)×(N+1)的光开关矩阵，N是偶数。但是光开关矩阵不是完全无阻塞的，即当输入端口K(1≤K≤N+1)输入的信号虽然可以从其它的端口输出，但是不可能从输出端口K(1≤K≤N+1)输出，即不能实现任一输入端能在任意时刻将光波输出到任意输出端。其中1×N光开关通常均是光路可逆，假设一个端口输入，N个端口中的一个作为输出，则此时称为1×N光开关，假设N个端口作为输入端口，通过开关控制哪一个端口的输入到达输出端，此时此光开关称为N选1光路选择器。光耦合器从功能上可以分为功率耦合器和光波长分配耦合器，其中功率耦合器又可以分为合束器和分束器，N:1合束器为N个端口输入，1个端口输出，1:N分束器为1个端口输入，N个端口输出，通常功率耦合器均为光路可逆，即合束器和分束器可以是一种元件，而光波长分配耦合器又可以分为合波器和分波器，合波器是把多个波长的光合成一束光进行传播，而分波器是把一束多波长的光分成多个单波长的光进行传输。
图1是利用N+1个1×N光开关10和N+1个N:1合波器20构建的(N+1)×(N+1)光开关矩阵，N是偶数。每一个1×N光开关10的N个输出口分别连至N个N:1合波器20的输入端口，留一个N:1合波器20不连。同样每一个N:1合波器20的输入端口分别连至N个1×N光开关10的输出端口。第K(1≤K≤N+1)个光开关与第K(1≤K≤N+1)个合波器不连。通过对每一个1×N光开关的控制，使输入的光信号输出到N个输出端口中的任意一个，但不同的1×N光开关输入的光信号要输出到不同的合波器的输入端。
所以对以上方式构建的光开关矩阵的控制，实质上就是对1×N光开关的控制。从而控制方式非常简单。这种方式构建的光开关矩阵的插入损耗为1×N光开关的插入损耗和N:1合波器插入损耗之和。因此这种方法构建较大规模光开关时插损会很大。一般以9×9以下为好。
图2是利用N+1个1:N分束器30和N+1个N选1的光路选择器40构建的具有广播作用的(N+1)×(N+1)光开关矩阵，N是偶数。此处的广播作用是指某一输入端口K(1≤K≤N+1)输入的光信号，通过对光路选择器的控制，可以使其同时输出到除K(1≤K≤N+1)端口之外的其它N个输出端口。每一个N选1的光路选择器40的N个输入口分别连到N个1:N分束器30的输出端口，留一个1:N分束器30不连。同样每一个1:N分束器30的N个输出端口分别连至N选1的光路选择器40的输入端口。第K(1≤K≤N+1)个分束器与第K(1≤K≤N+1)个光路选择器不连。通过控制N选1的光路选择器40可以使多个输入的光信号中的一个输出到N个输出端口中的任意一个。
所以对以上方式构建的光开关矩阵的控制实质上就是对N选1的光路选择器40的控制。从而控制方式非常简单。以这种方式构建的光开关矩阵的插入损耗为N选1光路选择其的插入损耗和1:N分束器的插入损耗之和。因此这种方法构建较大规模光开关时插损会很大，一般以9×9以下为好。
图3利用5个1×4光开关50和5个4:1合波器60构建的5×5光开关矩阵。每一个1×4光开关50的4个输出口分别连至4个4:1合波器60的输入端口，留一个4:1合波器60不连。同样每一个4:1合波器60的输入端口分别连至4个1×4光开关50的输出端口。第K(1≤K≤5)个光开关与第K(1≤K≤5)个合波器不连。通过对每一个1×4光开关50的控制，以使输入的光信号输出到4个输出端口的任意一个，但是任意1×4光开关50不能将光信号开关到同一个输出端口上。所以对以上方式构建的光开关矩阵的控制实质上就是对1×4光开关50的控制。从而控制方式非常简单。这种方式构建的光开关矩阵的插入损耗为1×4光开关50的插入损耗和4:1合波器60插入损耗之和。
图4中利用5个4选1的光路选择器80和5个1:4分束器70构建的具有广播作用的5×5光开关矩阵。此处的广播作用是指当某一输入端口K(1≤K≤5)输入的光信号，通过对光路选择器的控制，可以使其同时输出到除K(1≤K≤5)端口之外的其它4个输出端口。每一个4选1的光路选择器80的4个输入口分别连到4个1:4分束器70的输出端口，留一个1:4分束器70不连。同样每一个1:4分束器70的4个输出端口分别连至4个4选1的光路选择器80的输入端口。第K(1≤K≤5)个分束器与第K(1≤K≤5)个光路选择器不连。通过控制4选1的光路选择器80可以使多个输入的光信号中的一个输出到4个输出端口中的任意一个。所以对以上方式构建的光开关矩阵的控制实质上就是对4选1的光路选择器80的控制。从而控制方式非常简单。以这种方式构建的光开关矩阵的插入损耗为4选1的光路选择器80的插入损耗和1:4分束器70的插入损耗之和。
Claims (5)
1.一种奇数端口的光开关矩阵的构建和控制方法，包括光开关和耦合器，其特征在于：利用N+1个1×N光开关和N+1个N:1耦合器构建(N+1)×(N+1)光开关矩阵，N是小于等于8的偶数，每一个1×N光开关的N个输出端口分别连至N个N:1耦合器的输入端口，留一个N:1耦合器不连，同样每一个N:1耦合器的输入端口分别连至N个1×N光开关的输出端口，第K个光开关与第K个耦合器不连，其中1≤K≤N+1，通过对每一个1×N光开关的控制，使输入的光信号输出到N个输出端口中的任意一个，但不同的1×N光开关的输入光信号要输出到不同的耦合器的输入端口。
2.根据权利要求1所述的光开关矩阵的构建和控制方法，其特征在于：其中的N+1个N:1耦合器是N+1个N:1合波器。
3.根据权利要求1所述的光开关矩阵的构建和控制方法，其特征在于：所述的N+1个1×N光开关采用N+1个1:N分束器，所述的N+1个N:1耦合器采用N+1个N选1的光路选择器，构建具有广播作用的(N+1)×(N+1)光开关矩阵，此处的广播作用是指某一输入端口K输入的光信号，通过对光路选择器的控制，可以使其同时输出到除K端口之外的其它N个输出端口，其中1≤K≤N+1。
4.根据权利要求1或2所述的光开关矩阵的构建和控制方法，其特征在于：1×N光开关用N-1个1×2光开关通过级连方式构建。
5.根据权利要求3所述的光开关矩阵的构建和控制方法，其特征在于：N选1光路选择器用N-1个2选1光路选择器通过级连方式构建。
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