CN1275277A - 用于异构光通信网络的操作、保护和恢复的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

在异构网络中终端设备或传输媒体出现故障时用于提供普通操作和服务恢复能力的技术,该异构网络例如是包括单波长和多波长光波通信系统的混合网络。光转接节点或OSN(12,120a－d)被放置在环形网络(110)中的每个节点上以提供各种光纤(55)和终端设备(50,50a－d)之间所需的连接,但具有允许保护光纤上的信号绕过该节点上终端设备的转接状态。被环形转接的信号环绕保护光纤(55adp',55dap')上的环传播而不遇到插入节点上的终端设备。在任一给定节点对之间的保护光纤链路不能支持所有相关通信方式的情况下,改变这些链路以提供该支持。

Description

用于异构光通信网络的操作、保护和恢复的方法和设备
本发明一般涉及光与通信，并具体涉及以光纤为基础的网络，用于在出现一条无效光纤链路时(例如光纤中的断点或有源元件例如光纤放大器的故障)恢复网络服务和使用光转接实现该恢复的技术。
光传输、放大和转接技术提供了建立、配置和管理现代大容量电信网的灵活方法。要求网络中的物理层能重配置设备以支持通信的动态路由，该物理层包括传输设备和用于信号传输的光纤层。虽然分钟级或更长时间的低速重配置对于响应网络需求模式中的改变重新安排通信容量可能是足够的，在传输设备或光缆设备故障的情况下恢复服务则需要快速重配置(可能50毫秒或者更短)。快速恢复对于阻止单点故障影响的升级也是必需的，其中受影响的服务(语音和数据)在服务中断之后试图立即重新连接，可能导致相邻或连接到初始故障点的设备过载。
除了快速恢复的迫切需要之外，随着光传输数据速率的持续增长和在单光纤上多波长信道的引入，需要被重新路由的容量已经快速地增加。例如，远程电信网所需通信容量的快速增加已经加速了用于传输和多路复用的新技术的引入。高达10Gbps比特率(OC-192)的传输链路已在商业服务中使用，并且多波长组件技术中的新发展导致4、8、16、32和40信道WDM(波分复用)链路(每波长2.5Gbps或者更高)的商业可用性的增加。
这种单条光纤上高数据速率的传输还导致网络更容易出现较大规模的故障。例如当光纤链路在单波长上以10Gbps或在四波长中的每一个上以2.5Gbps运行时，单条光纤链路故障可能中断大约130000条语音信道(DS0)。因此，为服务的动态恢复所提供的冗余设备也需要在链路上提供近似规模的用作备份或后备链路的容量以确保网络的可靠性。
因此，用于网络恢复的路由技术必需提供满足高速转接和大容量的双重需要的解决方案。
国际和北美标准化组织已经规定了用于运行光波网络的多种同步光网络(SONET)结构。“自愈环”结构允许在光纤传输媒体出故障时快速恢复服务。在四光纤自愈环网络中，每个节点通过两对光纤(在相反方向上传送信号)连接到它的相邻节点。每对光纤中的一条称为“工作”光纤；另一条称为“保护”光纤，当工作光纤设备出故障时可以使用。每个节点包括分插复用器(ADM)终端设备，用于始发和终止通过环中各条链路的信号。
当任意两个节点之间的任意工作光纤链路出故障时，该故障两侧的ADM终端设备在保护光纤上进行所需要的信号重路由。这种恢复所有服务的信号重路由被称为服务的“恢复”。如果输出工作光纤链路出故障，但相应的保护光纤链路未被使用，准备发送到出故障的工作光纤的信号将被转到未用的相应保护光纤，这称为跨越转接。在本文中，所提到的相应保护光纤是指连接在相同的两个节点之间并用于相同方向(输入到另一节点或从另一节点输出)的保护光纤。
如果工作和保护链路出故障，准备发送到出故障的工作光纤的信号将被转到在另一方向上环绕该环的输出保护光纤，从一个节点传送到下一个节点，这称为环形转接。
然而，这些恢复方案中的一些方案(环形转接)在称为异构网络的网络中将是无效的。异构环形网络是不同链路在诸如信号传送容量(带宽)、波长信道数、调制方案、格式或协议等一些具体方面不同的网络。例如，通过提高给定波长信道上信号的比特率，通过提供附加WDM终端设备以支持附加波长信道，或两者之结合，某条高业务量通信链路可以被升级以提供扩展的带宽。
因此，因为各方面的原因，网络可以具有一条链路，在每端上具有终端设备，其中这条链路上的信号在一条或多条其它链路上是异类或不被支持。既然相反方向上的至少一些链路将不支持在无效链路上普通传输的信号，因此环形转接是不可能的。一种特殊类型的异构网络，即一个包含单波长和多波长光波通信链路的网络，有时被称为混合网络。
本发明公开了用于异构网络中的终端设备或传输媒体出现故障时，提供正常操作和服务恢复能力的方法和设备，该异构网络可以是例如包含单波长和多波长光波通信系统的混合网络。
一般来说，这通过允许被环形转接的信号在不与插入节点上的终端设备相遇的情况下环绕该环传播来获得。在任意给定的节点对之间的保护光纤链路不能支持所有相关通信方式的情况下，改变这种链路以提供该支持。
在具体实施例中，光转接节点(OSN)被放在环形网络中的每个节点上以提供不同光纤和终端设备之间所需的连接，但具有允许保护光纤上的信号绕过该节点上的终端设备的转接状态。本文的混合网络中只有一些节点具有WDM终端设备，在不干扰该环的单波长SONET运行的情况下，多波长信号的普通操作和恢复成为可能。
如果需要，升级保护链路的步骤根据网络的不同性质，但花费一般相对较低。例如，升级保护链路以支持多波长或更高比特率操作的需要一般不超过添加合适的光放大器。用于恢复宽带宽(例如多波长)通信的路由或重路由通过OSN进行。既然由于OSN的操作这些节点被旁路，没必要在一般不需要处理宽带宽信号的节点上提供能够终止该信号的专用终端设备。
本发明的特性和优点的进一步理解可以通过参考说明书的其余部分和附图来实现。附图的简要说明
图1A和1B表示典型的现有技术环状和网状网络拓扑结构；
图2A是现有技术的四光纤双向线路开关环(BLSR)的示意图；
图2B是一个节点上的分插复用器(ADM)的详细图；
图3A表示SONET环中的跨越恢复；
图3B表示SONET环中的环形恢复；
图4表示具有共用一条多波长链路的多个单波长环的典型混合结构；
图5表示一种使用光开关的现有技术恢复方案；
图6是根据本发明的实施例作为升级的四光纤混合BLSR的原理图；
图7A和7B是根据本发明的实施例的光转接节点(OSN)的原理图；
图8A和8B是表示OSN中多个可能转接路径的原理图；
图9A-9O表示用于OSN的15种跨越转接状态；
图10A-10T表示用于OSN的20种环形转接状态；
图11A-11R表示用于OSN的18种保护光纤转接(P转接)状态；
图12是表示OSN中光开关的一种特殊实施的原理图；
图13表示OSN的附加细节，包括实现恢复管理信道的控制逻辑和附加元件；
图14表示响应在一对具有WDM设备的节点之间的所有四条链路出现故障，由OSN进行的完全环形转接；
图15A-15C共同形成具体实施例中OSN软件的流程图；
图16A-16C表示为获得附加功能的OSN子模块的使用；
图17A和17B表示双向管理信道的实现；
图18表示双向WDM网络数据传输的实现；和
图19A-19C表示在具有混合类型终端设备的网络中配置的OSN。具体实施例的说明
1.0技术概述
1.1网络层
讨论网络通信经常参考网络层模型，例如国际标准化组织(ISO)的开放系统互联(OSI)参考模型。OSI层从最高层到最低层包括应用层、表示层、会晤层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。
应用层支持应用程序之间的语义交换并提供到较低功能和服务的访问。表示层处理向终端用户或应用程序的数据表示。会晤层组织和建立应用程序和设备之间的对话。传输层负责数据的透明和可靠传输而不考虑传输媒体的性质和特点。网络层建立网络之间的通信并参与寻址、路由和转发信息。数据链路层提供用于在网络资源之间传输数据和检测物理层中错误的功能和协议。物理层除了定义通信媒体的实际的机械的、电的和光的特性之外，还定义用于在通信媒体上数据的物理传输的功能性和程序性的标准。
经常认为物理层自身包括几个子层，从上到下依次是线路终端设备(LTE)层、光连接层和光纤基础结构。
1.2光纤技术
在通信中使用的光纤链路是单波长的或多波长的。在光纤通信网络中，一般通过调制在适合沿光纤传播的波长上发射光的激光二极管，将电信号转化成光信号。所调制的光被输入光纤，并由包括光电二极管或其它光电设备的光纤接收机检测从而提取与原始电信号相应的信号。使用称为波长分割多路复用(WDM)的技术可以在一条光纤上同时传输许多信号。多个不同波长的光被输入使用波长多路复用器的单条光纤，在另一端使用波长多路分解器分离出单独波长的光。
波长多路复用器和多路分解器通常被称为WDM耦合器。也可以使用WDM耦合器建立单条光纤上的双向操作，为该用途而优化的WDM耦合器通常被称为双向WDM耦合器。其它一些光学元件例如隔离器和环形器经常与WDM耦合器一起使用以在单条光纤上建立串扰、回反射等被减少的双向通信。尽管这些元件在理论上不是必需的，但它们在实际中很有用。
支持在给定波长上传输的给定光纤有可能支持在间隔很近的多个波长上传输。然而，典型情况是光放大器被放在路径中的不同位置上，比如说每30公里一个，并且典型的单波长光纤链路可能具有只对在光纤上传输的单波长正确操作的放大器。因此可能需要不同的光放大器以支持多波长操作。
在研制出搀铒光纤放大器之前，必需插入再生器(有时称为重发器)以维持信号。再生器将光信号转化成电信号，放大电信号，然后将放大的电信号重新转化成光信号。在重新将其转化成光信号之前，再生器还可以重新整形电信号或反之对其进行调节，并使电信号重新与主网络时钟同步(如果可能)。在光纤传输中使用的公共波长包括1310纳米和1550纳米附近的波长。然而，搀饵放大器只工作在1550纳米的范围内，并且因为实际的问题，1550纳米仍然是选择的波长。在典型的多波长环境中，波长以0.8纳米(相应于1550纳米上的100Ghz)或1.6纳米作为间隔，并且一般处于1530到1570纳米的范围内。注意到用于多波长光纤的再生器将要求每个波长被单独再生，因而需要一个WDM多路分解器将输入光纤上的每个波长发送到单独的再生器和一个WDM多路复用器将再生光信号重新组合到输出光纤。
存在两类光纤，称为单模和多模。虽然多模光纤相对便宜，它一般只用于近程数据通信应用(比如说50米或更短)。这是因为传播的不同模式沿光纤具有不同的转接时间，所以离散成为远距离上的重要因素。
1.3 SONET恢复
在下述讨论中，网络的具体类型是同步光网络(SONET)，该网络使用时分复用(TDM)，其中的多个信道被给定一帧中的不同时隙。每个节点包括将光纤连接到在网络上相互通信的电子设备的分插多路复用器(ADM)。SONET网络提供可靠的点到点传输并具有提供恢复的能力。然而，本发明具有与其它类型终端设备的适用性，例如用于路由ATM、IP和其它类型分组或同步数据的设备。
SONET ADM提供两个主要功能。第一个功能是从输入工作光纤中提取一个时隙中的信息，并将信息输入到该时隙用于在光纤上以相同方向继续传输(和其它时隙中的信息一起)。第二个功能是当一个或多个光纤链路中出现故障时，执行电转接将信息重路由到保护光纤。在该申请中，术语“链路”用于指两个节点之间的通信路径。术语“跨越”有时也用于指两个节点之间的通信路径。
图1A表示典型的现有技术环形网络拓扑结构。图1A表示其中多个节点20通过光纤25互联的环形网络。图1A表示其中每个节点可以向环上相邻节点发送或从其接收信号的双向环。节点被标注为20a、20b、20c等，并表示为具有ADM。关于光纤的命名方法是为一条从给定节点向相邻节点传播信号的光纤提供一个后缀，该后缀包括始发节点和接收节点的字母后缀。例如，节点20a在光纤25ab上向节点20b发送信号并在光纤25ba从节点20b接收信号。
虽然从环上来看，方向指的是顺时针方向和逆时针方向，从节点上看，两个方向被任意指定为上行方向和下行方向，或东和西。
图1B表示一个典型的现有技术网状网，其中多个节点30通过光纤35向网络中的其它节点发送或从其接收信号。在这种情况下，至少一些节点能够直接向多个相邻节点对发送和从其接收信号。在所示具体实例中，网络中有四个节点，并且每个节点都具有与其它三个节点的直接连接。
图2A是现有技术四光纤双向线路开关环(BLSR)的示意图。图2A与图1A的不同在于图1A中每条光纤在图2A中对应为一对光纤，称为工作和保护光纤。ADM被标注为50a、50b、50c和50d，相邻节点之间的四光纤链路被标注为55。
图2B表示一个ADM的附加细节，比如说ADM 50a。根据从图2A扩展出的编号方案，很容易表示网络中的每条光纤，其中每条光纤进一步具有一个表示它是工作光纤还是保护光纤的后缀w或p。该ADM具有8个光纤端口，从两个方向的每个方向的两个输入和向这两个方向的每个方向的两个输出，表示为西和东。上述每对光纤包括工作光纤和保护光纤。每个输入端口与一个光接收机57相连，该光接收机将调制的光信号转化成相应的电信号。每个输出端口与一个光发射机58相连，该光发射机将电信号转化成相应的光信号。
ADM 50a包括从西向东多路分解—多路复用单元60和从东向西多路分解—多路复用单元62。每个多路分解—多路复用单元的多路分解部分分离不同时隙中的输入信号并对其进行调节；每个多路分解—多路复用单元的多路复用部分将单独调节的信号放置(组合)到它们相应的时隙中以传输。与工作光纤端口相连的多路分解—多路复用单元从一个或多个时隙去除发送到该节点的数据(图示为从该单元向下指的箭头)，并把将要发送到下一节点的数据插入到一个或多个当前的空闲时隙(表示为向下指向该单元的箭头)。尽管典型的实施方式为所有多路分解—多路复用单元提供分插功能以提供最大的通用性，但与保护光纤端口相连的多路分解—多路复用单元并不需要提供这个分插功能。
ADM 50a还包括用于电转接的设备以便每个多路分解—多路复用单元可以从任一接收机接收其数据并向任一发射机输出其数据。ADM 50a还包括使信号不经改变从保护接收机传递到相应保护发射机的设备。
图3A表示跨越恢复(或跨越转接)。这是在工作光纤断路或者工作链路上其它一些设备(例如放大器)出故障时进行。在该具体实施例中，ADM 50a和50b通过工作和保护光纤55abw和55abp连接用于从ADM 50a到ADM 50b的通信，还通过工作和保护光纤55baw和55bap用于从ADM 50d到ADM 50a的通信。在该具体实例中，工作光纤55abw形成的链路出现故障，使得不能从ADM 50a到ADM 50b进行常规通信。该图是简化的，其中未图示光纤端口发射机和接收机以及一些多路分解—多路复用单元。
SONET恢复提供对否则发送到用于工作光纤55abw的发射机的信号的电转接，从而使这些信号被发送到用于保护光纤55abp的发射机。而且，ADM 50b上的电转接装置意识到原来希望从用于工作光纤55abw的接收机接收的信号改为从用于保护光纤55abp的接收机获得，并执行合适的路由从而将要被传输到ADM 50c(未图示)的信号传送到用于工作光纤55bcw的发射机。
图3B表示环形恢复(或环形转接)，当一条工作光纤和其相应的保护光纤链路出现故障时需要该恢复(该图表示最极端的情况，其中两条工作光纤和两条保护光纤都出现故障)。在这种情况下，要在工作光纤55abw上从ADM 50a传送到ADM 50b的信号被引导为在保护光纤55adp的相反方向上输出。在环中除了ADM 50b之外的其它ADM接收保护光纤上的输入数据并不经改变将其发送到下一节点。因而，否则将由工作光纤55abw上的ADM 50b接收的信号在保护光纤55cbp上被接收。类似地，要在工作光纤55baw上从ADM 50b发送到ADM 50a的信号被重新路由到保护光纤55bcp，并在相反的方向上环绕该环传播，由保护光纤55dap上的ADM 50a接收。
在上述讨论中假设所有光纤链路都是单波长的。如果每个节点具有多路复用和多路分解单独波长的WDM设备，并且如果为每个波长重复SONET电终端设备(ADM)，可以全部用多波长光纤链路实施该方案。
图4表示混合网络，该网络具有多个单波长四光纤BLSR 70、72和75，但在一对节点82a和82b之间具有一条共享多波长链路80，该链路由这三个环共用。既然多波长链路可以提供与节点之间多条单波长链路相同的传输容量，故有可能实施该方案。在概念上，多波长链路80可以只被看作(在具体实施例中)执行三条单波长链路的功能，每个专用于特定环。然而，对于图示的实例，将链路80装备成多波长配置的初始原因在于节点82a和82b之间的通信可能特别繁忙，并且更多波长可在该链路上被支持。
在多波长链路80中出现故障时，如果有足够多的单波长环，例如环70、72和75，这些环的保护光纤可以如上所述被用于在单独环上重新路由每个波长信道，则可以恢复ADM 82a和ADM 82b之间的通信。当链路80上不同波长的数目已经超过保护环的数目时，ADM 82a和82b之间的网络服务将被严重破坏。
因为专用名词的原因，“恢复”和“保护”是不同的，但术语“恢复”一般包含这两者的意思。“保护”指已经调拨了用于传送数据的资源(例如专用替换路径或带宽和用于转接的机构)这一事实。“恢复”，当在具体意义中使用时，是指出现故障时积极寻找容量的能力，这在网状网中是相关的。为了发现额外路径可能必需减慢或干扰其它通信。
1.4光转接
图5表示使用恢复用光转接的现有技术配置。该图表示四个ADM90a-90d以及工作和保护环。工作环包括光纤链路92ab、92bc、92cd和92da；保护环包括保护光纤链路95ad、95bc、95cd和95da。该图只图示了一半网络。在双向网络中，将存在其它工作和保护光纤环，并将提供其它的开关。
每个ADM具有在ADM控制下的相连的光开关。例如，ADM 90a具有1×2开关100a和102a和一个2×2开关105a，ADM 90b具有1×2开关100b和102b以及一个2×2开关105b。1×2光开关具有第一和第二状态。2×2光开关具有交叉和条形状态。在网络的普通操作模式中，1×2开关被设置在它们的第一状态从而工作环在普通方式中被连接到ADM。为了恢复，例如为了处理ADM 90a和90b之间工作环中的断点，开关102a将被切换到它的第二状态使原本发送到工作链路92ab的光被转接到2×2开关105和保护环上。
假设在工作链路92ab中的一个故障，1×2开关102将被设置为它的第二状态从而将通常在链路92ab上发送的光转接到2×2开关105a，该开关将被设置为交叉状态以将光转接到保护链路95da。其余的2×2开关将被设置为它们的条形状态从而将光传递到与ADM 90b相连的2×2开关105b，该开关将被设置为它的交叉状态从而将光通过1×2开关100b传送到ADM 90b，开关100b将被设置为它的第二状态。光所通过的光纤链路标有大黑点。
2.0网络改进和光转接节点(OSN)概述
2.1改进
图6表示如何改进或升级混合环形网络110以支持多波长恢复。为便于说明，图2A和图2B的网络结构和光纤名称被用于具有相同参考号的相应元件。带撇号的参考号被用于表示多波长性能，并且多波长性能的光纤用粗线表示。在具体实例中，已经升级具有ADM 50a、50b、50c和50d的典型环形网从而工作光纤55abw’和55baw’以及保护光纤55abp’和55bap’具有在ADM 50a和50b之间的链路上进行双向多波长通信的能力。因而如图中所示这个环可以与其它环共享这条链路。
虽然该图使用用于每条双向工作链路和用于每条双向保护链路的单独单向光纤绘制，该发明可以在一种情况下被实施，其中一个或多个双向链路包含一条光纤，该光纤在一个方向中的一组波长上传送信号并在另一个方向中的一组不同波长上传送信号。这将需要每一端上的WDM设备为该两组波长分离光路。还可能在一种情况下实施本发明，其中工作和保护容量(表示为单独的工作和保护光纤)在单条光纤上提供，该光纤具有足够数量的波长信道以重复所需的带宽。
根据本发明的实施例，通过在ADM和光纤环之间插入光转接节点(OSN)120a、120b、120c和120d提供该可恢复性，并进一步通过改进其它链路中的保护光纤以使它们具有多波长性能。例如，标注55adp’和55dap’的在OSN 120a和OSN 120d之间链路中的保护光纤具有多波长性能。如上所述，单波长保护光纤一般能够支持多波长操作，但如果在链路中存在放大器，可能必须将其改成具有更宽增益带宽的放大器以支持多波长操作。
每个OSN包括光开关元件和用于控制该光开关元件的控制电子设备。在具体实施例中，该控制电子设备还负责确定何时来自网络的一条光链路出现故障，并将消息通知给相邻节点中的OSN，如下文中将做的详细说明。为开始讨论，将用图表示OSN以说明光路。该图表示缺省(普通)状态中的OSN，其中它们用作网络和ADM之间的直接连接。在后面章节将进行OSN控制电子设备的详细说明。
因为命名方法的原因，在两种语境中使用术语“节点”。第一种与网络拓扑结构有关，其中术语节点用于表示一个网络传输可以被始发或终止的站点。第二种与光转接节点有关，该节点是一个放置在终端设备和网络光纤链路之间每个节点上的单独设备。这在该术语被使用的上下文中应当是清楚的。
图6还表示与每个OSN 120a和120b相连的WDM耦合器(多路复用器和多路分解器)以及附加的ADM。具体地说，ADM 50a和50d之间的光信号以及ADM 50b和50c之间的光信号并不遇到WDM设备，而ADM 50a和50b之间的光信号与其它ADM相连被多路复用和多路分解。例如，将从ADM 50a发送到工作和保护光纤55abp’和55abw’的信号由工作和保护波长多路复用器122aw和122ap进行与来自一个或多个其它ADM 50a’的信号的光多路复用(组合)。类似地，由工作和保护波长多路分解器123aw和123ap从工作和保护光纤55baw’和55bap’上的多波长信号光多路分解(分离)出这些光纤上用于输入ADM 50a的信号。图中示出了与ADM 50b和一个或多个其它ADM 50b’相连的类似WDM设备。
在术语上，“WDM终端设备”一般指WDM耦合器和类似物，而“WDM终端”一般指用于多路复用和多路分解一组特定光纤的WDM终端设备的具体组合。在图6中，工作波长多路复用器122aw和工作波长多路分解器123aw组成一个WDM终端，而保护波长多路复用器122ap和保护波长多路分解器123ap组成另一个WDM终端。除了多路复用器和多路分解器之外，WDM终端一般包括用于每个波长信道的光放大器和转发器(光—电—光信号转换单元)。
如上在与图4相关的所述讨论中，虽然多波长链路任一端上的终端设备具有多波长性能(即具有WDM终端设备和合理重复的SONETADM)，在多波长链路中出现故障时，SONET环并不能恢复多波长操作。相反，根据本发明的实施例使用和配置的OSN提供该恢复能力。
应当注意到本发明并不限制于如图6所示的一个混合环网络中。在图6中，至少一条链路传送多波长通信并由装备有WDM的节点在两端终止；网络中其它链路承载单波长通信，并由不能终止多波长通信的节点终止。如上所述，这样一个混合网络是一个更宽类别异构网络的实例，其中一些链路上的通信方式在具体特性例如信号传送容量(带宽)、波长信道数、调制方式、格式或协议上是不同的。因而，一个异构网络的特征在于一条在每端具有终端设备的链路，其中该链路上的信号不能在一条或多条其它链路上发送，或者不能由一条或多条其它链路上的终端设备终止，或两者皆是。
事实上本发明的技术可以被应用到许多其它类型的异构环形网络。例如，由于不同节点上的WDM终端设备支持不同数目的波长，即使所有的链路能够支持多个单一波长，不同链路可以在带宽上不同。类似地，即使不同链路具有相同数目的波长信道，不同链路可能在特定波长信道上的信号比特率或者其它电特性上不同。
在更一般的情况下，升级保护链路所考虑的事情类似于图6具体实例中的概念，通过提供具有更宽增益频带的光放大器升级单波长链路以提供多波长通信。例如，一般以低于网络中最高比特率的每波长信道比特率传送通信业务的保护链路，必须通过提供具有更高增益的光放大器或提供附加的光放大器升级以支持在更高每波长信道比特率上通信。在一些实例中，可能必须以不同的方式升级不同的保护链路从而所有保护链路可以传送通常在所有其它工作链路上传送的通信。如下文将要讨论的，本发明并不要求升级终端设备以适应“外部”通信。这是因为OSN具有一个转接状态，该状态允许保护光纤上的通信绕过相连节点上的终端设备。
2.2 OSN概述
2.2.1  OSN网络连接和端口命名法
图7A是表示OSN 120a的附加细节的原理图。ADM 50a’大致地以ADM 50a在图2B中所示方式表示。OSN包括东和西网络端口以及东和西终端设备端口。该图表示没有进行恢复的普通或缺省转接配置。在这个配置中，OSN在西网络端口和西终端设备端口之间以及东网络端口和东终端设备端口之间起直接通过作用。这只是在下文中将要详细描述OSN 120a的许多转接结构的一种。实线表示这些缺省连接。
假定该ADM的右手(东)侧被连接到多波长链路，到ADM 50a东侧的连接将如图6所示通过WDM设备。为清楚起见，如图6中所示的WDM设备从图7A中省略。作为替换图，每个右手侧标注RX的块在概念上可被认为包括WDM多路分解器和多个光电接收机(例如光电二极管)，每个被连接到对应连接的SONET ADM电路。类似的，每个右手侧标注TX的块在概念上可被认为包括WDM多路复用器和多个光电发射机(例如激光二极管)，每个被连接到对应连接的SONETADM电路。在图示的具体实例中，ADM 50a的左手(西)侧将不具有相连的WDM设备。
如下所述，在多波长链路故障所导致的恢复中，环中的大部分OSN必须提供用于多波长保护光纤的旁路路径。这用从OSN的一侧到另一侧的虚点划直线表示。一般优选操作与信号放大器(或再生器)125a和125b相连的OSN，每条保护光纤旁路路径使用一个。为此目的，OSN还包括用于该连接的放大器/再生器端口。如果节点间的距离超过600公里，一般需要再生。到放大器(或再生器)的连接用弯曲的虚线表示，使放大器(或再生器)成为旁路路径的一部分。注意到在这条旁路路径中，保护光纤并不与ADM进行光通信。
图7B是OSN 120a的原理图，表示用于OSN的网络端口、终端设备端口和放大器/再生器端口的另选名称。端口表示为表示输入端口或输出端口(从OSN来看)的短箭头。图7B以与图7A相同的顺序和与网络和终端设备的关系表示这些端口。
OSN的输入端口表示如下，Tx-W-West和Tx-W-East表示用于西侧和东侧的连接到发射机的工作终端端口，而Tx-P-West和Tx-P-East表示用于西侧和东侧的连接到发射机的保护终端端口。类似的，W-West-(In)和W-East-(In)表示用于西侧和东侧的工作网络端口，而P-West-(In)和P-East-(In)表示用于西侧和东侧的保护网络端口。以类似的方式，Regen-W-E-(In)和Regen-E-W-(In)表示用于信号从西侧传送到东侧和从东侧传送到西侧的连接到再生(或放大)设备输出的多波长信号端口。
类似地表示OSN的输出端口，Rx-W-West和Rx-W-East表示用于西侧和东侧的连接到接收机的工作终端端口，而Rx-P-West和Rx-P-East表示用于西侧和东侧的连接到接收机的保护终端端口。类似的，W-West-(Out)和W-East-(Out)表示用于西侧和东侧的工作网络端口，而P-West-(Out)和P-East-(Out)表示用于西侧和东侧的保护网络端口。以类似的方式，Regen-W-E-(Out)和Regen-E-W-(Out)表示用于信号从西侧传送到东侧和从东侧传送到西侧的连接到再生(或放大)设备输入的多波长信号端口。
2.2.2  OSN转接连接
图8A和8B是表示OSN中多种可能转接路径的原理图。图8A被绘制成OSN的输入端口和输出端口之间的互连图。可以专门或同时进行任意数目的这些连接从而提供光转接节点所需的操作。端口的名称与上述与图7B相关的说明相同，但端口按输入和输出端口分组。
图8B被绘制成表示可能需要不同开关位置的情况下的交叉点矩阵(网格)。从只有一小部分网格位置被填充(100个中有22个)的意义上来说该OSN是一个稀疏纵横网格。
3.0  OSN细节和操作
3.1  OSN开关状态
3.1.1  OSN状态概述
以下附图，包括图9A-9O，图10A-10T和图11A-11R，表示不同情况所需要的OSN的不同状态。这些附图表示图7B中所绘制的OSN，但端口只标注保护或者工作。每条光纤链路出故障的端口用一个黑色的圆形箭头表示，普通的工作和保护连接用实线表示，恢复连接用粗实线表示，而原始的但不再起作用的连接用虚线表示。这些状态被分成四类：(i)普通，(ii)跨越转接，(iii)环形转接，(iv)保护光纤转接(P-转接)。后三类中的状态用保护光纤或用于恢复的光纤编号和标注。
3.1.2  跨越转接状态
图9A-9O表示OSN的跨越转接状态。为便于参考，图9A还表示普通状态下的OSN。跨越转接指工作光纤链路出现故障但相应的保护光纤未出故障的情况。在本文中所称的相应保护光纤指在同一侧(东或西)并用于相同方向(相对于OSN输入或输出)的保护光纤。在这种情况中，出故障的工作光纤的终端端口(Rx或Tx)被连接到相应的保护光纤网络端口(输入或输出)。
图9A-9D表示单条故障光纤的跨越转接状态，这些状态表示如下：
(ii)1.跨越转接西入；
(ii)2.跨越转接西出；
(ii)3.跨越转接东入；
(ii)4.跨越转接东出。
图9E-9J表示两条故障光纤的跨越转接状态，这些状态表示如下：
(ii)5.跨越转接西入，西出；
(ii)6.跨越转接东入，东出；
(ii)7.跨越转接西入，东出；
(ii)8.跨越转接西出，东入；
(ii)9.跨越转接西入，东入；和
(ii)10.跨越转接西出，东出。
图9K-9N表示三条故障光纤的跨越转接状态。这些状态表示如下；
(ii)11.跨越转接西入，西出，东入；
(ii)12.跨越转接西入，西出，东出；
(ii)13.跨越转接东入，东出，西入；和
(ii)14.跨越转接东入，东出，西出。
图9O表示四条故障光纤的跨越转接状态。该状态表示如下
(ii)15.跨越转接西入/出，东入/出。
3.1.3  环形转接状态
图10A-10T表示20种OSN的环形转接状态。环形转接指的是工作光纤和其相应保护光纤出现故障的情况。环形转接可以出现在存在或不存在跨越转接的情况中。在这种情况中，用于故障工作光纤的终端端口(Rx或Tx)被连接到另一侧上的保护光纤网络端口(输入或输出)。因此，如果西侧的工作和保护光纤出故障，终端端口将被连接到东侧上相关的保护网络端口。如上所述，状态标记指的是将被连接到一条可用保护光纤的OSN侧(东或西)和保护端口的方向(输入或输出)。
图10A-10I表示单纯的环形转接(一对工作光纤和相应保护光纤都出现故障)。图10A-10D表示用于一对故障光纤的环形转接状态。这些状态表示如下：
(iii)1.环形转接西入
(iii)2.环形转接西出
(iii)3.环形转接东出
(iii)4.环形转接东入
图10E和10F表示完全环形转接，即一侧的两对光纤都出故障的情况。这些状态表示如下：
(iii)5.完全环形转接西；和
(iii)6.完全环形转接东。
图10G和10H表示每一侧上的一对光纤出故障的状态。这些状态被表示如下：
(iii)7.环形转接西入，东出；和
(iii)8.环形转接西出，东入。
实际上这两种情况并不在当前实施中使用，因为它们对于该具体类型的终端设备没有用处。
图10I-10T表示同时具有环形和跨越转接的状态。一侧上的一对光纤和一个或两个单独工作光纤出故障时出现这些状态。这些状态被表示如下；
(iii)9.环形转接西入，跨越转接西出；
(iii)10.环形转接西入，跨越转接西出；
(iii)11.环形转接西入，跨越转接东出，西出；
(iii)12.环形转接西出，跨越转接东入；
(iii)13.环形转接西出，跨越转接西入；
(iii)14.环形转接西出，跨越转接东入，西入；
(iii)15.环形转接东入，跨越转接东出；
(iii)16.环形转接东入，跨越转接西出；
(iii)17.环形转接东入，跨越转接东出，西出；
(iii)18.环形转接东出，跨越转接东入；
(iii)19.环形转接东出，跨越转接西入；和
(iii)20.环形转接东出，跨越转接东入，西入。
3.1.4保护光纤转接状态
图11A-11R表示用于OSN的18种保护光纤转接(P-转接)状态。当环中的一条多波长链路出现故障时这些状态支持多波长通信围绕该环的传播。既然不能保证所有的节点具有WDM终端设备，转接的通信并不通过任何的插入终端设备，而仅遇到故障多波长链路任一侧上的WDM终端设备。
图11A-11I表示第一组转接状态，该状态并不使用放大器/再生器端口，而是提供从OSN一侧上的输入保护光纤到OSN另一侧上输出保护光纤的直接通过路径。这些状态，其中包括还出现跨越转接的状态，被表示如下：
(iv)1.P-转接自西向东；
(iv)2.P-转接自西向东，跨越转接西出；
(iv)3.P-转接自西向东，跨越转接东入；
(iv)4.P-转接自西向东，跨越转接西出，东入；
(iv)5.P-转接自东到西；
(iv)6.P-转接自东到西，跨越转接西入；
(iv)7.P-转接自东到西，跨越转接东出；
(iv)8.P-转接自东到西，跨越转接西入，东出；和
(iv)9.P-转接自西向东和自东到西；
图11J-11R表示使用放大器/再生器端口的第二组转接状态，除了在被输出到另一侧的保护光纤上之前输入到保护光纤上的信号被送入放大器或再生器之外，这些状态与第一组转接状态相应。这些状态，其中包括还出现跨越转接的状态，被表示如下：
(iv)10.P-转接(放大/再生)自西向东；
(iv)11.P-转接(放大/再生)自西向东，跨越转接西出；
(iv)12.P-转接(放大/再生)自西向东，跨越转接东入；
(iv)13.P-转接(放大/再生)自西向东，跨越转接西出，东入；
(iv)14.P-转接(放大/再生)自东到西；
(iv)15.P-转接(放大/再生)自东到西，跨越转接西入；
(iv)16.P-转接(放大/再生)自东到西，跨越转接东出；
(iv)17.P-转接(放大/再生)自东到西，跨越转接西入，东出；和
(iv)18.P-转接(放大/再生)自西向东和自东到西。
3.2  OSN的具体实现
图12是表示具有上述状态和功能的OSN的光转接部分，称之为光转接块150(或简称转接块150)，的具体实施的原理图。通过图8A的互连图或图8B的交叉点矩阵，可以推想出OSN中所需要的所有连接可以通过少量的1×N和N×1型开关来实现。具体地说，所示的连接可以用两个1×3开关元件、两个1×5开关元件、两个3×1开关元件和两个5×1开关元件(8个开关元件)来实现。图12明确表示用于转接块150的开关和互连。然后OSN的具体状态可以由开关状态来指定。
如图所示，标注W_TERM_WEST_OUT_SW和W_TERM_EAST_OUT_SW的第一和第二3×1开关具有连接到西和东工作接收机端口的单个输出端子，而标注W_TERM_WEST_IN_SW和W_TERM_EAST_IN_SW的第一和第二1×3开关具有连接到西和东工作发射机端口的单个输入端子。而且，标注P_F_WEST_OUT_SW和P_F_EAST_OUT_SW的第一和第二5×1开关具有连接到西和东网络保护输出端口的单个输出端子，而标注P_F_WEST_IN_SW和P_F_EAST_IN_SW的第一和第二1×5开关具有连接到西和东网络保护输入端口的单个输入端子。开关上的多个端子被连接到其它的OSN端口或被连接到其它开关上的多个端子以允许OSN采用上述的转接状态。
虽然一般的N×N交叉点矩阵开关可以用于实现OSN所需的功能，如图12所示的实施方式可提供显著的经济效果。一个完全10×10开关矩阵将需要10个1×10开关元件和10个10×1开关元件。而且，在许多开关技术中，生产1×3和1×5开关元件远比生产1×10或10×1容易和便宜。因而OSN的优选实施可提供开关数量(20对8)和每个开关成本上的节约。即使该特定的OSN使用稀疏10×10矩阵(见图8B)，可以使用相同的方法设计用于各种其它网络结构的OSN，也许具有不同数量的端口或一组所需的不同状态。
OSN可以使用各种开关技术。实现光转接节点的这些技术包括但并不仅限于以开关元件和光定向耦合器(1×N和N×1)为基础的半导体光放大器，以光波开关(1×N和N×1)为基础的电光聚合体，光一机械光波开关(1×N和N×1)和集成光波电路。在当前的实施例中，使用加利福尼亚州圣琼斯市E-TECK动力公司生产的光—机械开关。光开关一般是可逆的(至少对于无源开关技术)，所以一个开关是1×N开关或N×1开关取决于它被连接的方式。
3.3 OSN控制和软件
图13是OSN 120a实施例的光电原理图，并表示OSN的附加细节，包括实现恢复管理信道的控制逻辑和附加元件。如上所述，OSN控制电路用于操作光转接节点并提供必须的消息，该消息经光恢复管理信道传送到相邻的节点。在恢复管理信道上发送的信息有时被称为导频音。用于该管理消息的通信媒体是光纤网络自身，并且使用WDM耦合器将该消息与网络数据相结合，下文将做说明。
除了转接块150之外，OSN 120a中的元件包括用于在网络线路上放置消息并将它们从链路上取走的WDM耦合器。每个输入网络端口具有一个相连的WDM多路分解器160，它将光网络信号送往转接块150上相应的输入网络端口并将光管理消息送往相应的光电接收机165。来自接收机165的信号被送到控制逻辑170。类似地，每个输出网络端口具有相连的WDM多路复用器180，它组合来自转接块150上相应输出网络端口的光网络信号和由相应光电发射机185产生的光管理消息。发射机185由控制逻辑170电驱动。控制逻辑170与电路190通信，该电路控制并驱动转接块150中的光开关。
用于ATM或者其它数据处理的数据处理电路与发射机和接收机相连。在概念上，它们可以被视为发射机和接收机的一部分，或者控制逻辑的一部分。在具体的实施例中，使用PMC 5346 S/UNI Lite芯片。
管理消息在从网络数据消息的波长(1530-1570纳米)中拿出的一个波长上并一般以较低的比特率(比如说OC-3或155Mbps)传送。因而，尽管网络中的光纤放大器可能不提供与它们用于主波长频带中的信号一样高的增益，接收机165中的检测器并不需要一样高的增益用于较低比特率上的信号。候选波长包括1310纳米，1480纳米，1510纳米和1625纳米，目前优选1510纳米。
一个例如嵌入式处理器200的计算机被连接到控制逻辑，并在板内或芯片外非易失性存储器(例如PROM或快速EPROM)中存储恢复软件。该恢复软件；(a)处理输入的管理消息并做出操作光开关的逻辑决定(即将开关设置在合适的状态)；和(b)产生要发送到相连节点的管理消息以使它们根据该消息设置它们相应的状态。
虽然可能在网络中实现OSN的集中控制，依然优选使每个节点根据它从相连节点接收的信号自主地操作。每个OSN以定期时间间隔向其相邻节点发送“保持运行”消息，并且每个OSN监测该输入消息以检测信号损失。根据哪条光纤链路出现故障，OSN处理器200确定需要执行哪种转接，并据此操作以控制开关。OSN还向其相邻节点发送消息，通知它们所执行的操作，从而它们可以据此变换它们的配置。
3.4 OSN操作
图14说明在一种可能的情况，即OSN 120a和120b之间的四条光纤链路全部出故障时，OSN和OSN软件的操作。如图中所示，在保持ADM之间的工作光纤不变的情况下，转接到保护光纤以提供WDM信号转接。该环的最终情况将使OSN处于下述状态：
OSN 120a处于状态(iii)5.完全环形转接西(图10E)；
OSN 120b处于状态(iii)6.完全环形转接东(图10F)；和
OSN 120c和120d处于状态(iv)9.P—转接自西向东和自东到西(图11I)。
然而，并非所有OSN的一条信息就导致这种情况，而是如下所述需要一系列的信息。假设出现故障时不存在任何其它非正常情况。
在这种情况中，OSN 120a将检测到在其东侧输入信号的损失并在已经检测该损失的两个方向上发送一个消息。然后OSN 120a将设置合适的开关以将P-West-(In)上输入的信号路由到Rx-W-East.
同时，OSN 120b将检测到它西侧上输入信号的损失并在其检测到该损失的两个方向发送一个消息。然后OSN 120b将设置合适的开关以将P-East-(In)上的输入信号路由到Rx-W-West。
响应来自OSN 120a和120b的消息，OSN 120c和120d将确定完全环形转接将是有效的，并将设置它们合适的开关以将P-West-(In)上输入的信号路由到P-East-(Out)并将P-East-(In)上输入的信号路由到P-West-(Out)。
在图14所示的配置中，OSN 120c和120d转变到它们各自的不再生直通转接状态。一般的，并不需要每个OSN都具有相连的再生器。而是如上所述，只在600公里的间隔上需要光/电/光再生，所以可能只是网络中的一部分OSN具有相连的再生器。在给定的OSN具有一个相连再生器的情况下，它将进入状态(iv)18.P-转接(放大/再生)自西向东和自东到西(图11R)。
3.5  SONET(ADM)转接和OSN转接
虽然图14表示在使用OSN的环110中的恢复，但并未说明在其它共享多波长链路但可能没有OSN的单波长环中如何进行恢复的问题。这些其它的环由这些环上的ADM控制进行它们的普通环形转接。当如上所述通过OSN转接恢复该多波长链路时，这些ADM恢复在它们初始工作端口上的通信并回到普通的操作。
SONET转接和OSN转接可以在不互相干扰的情况下进行。例如，在环形转接响应时间的相对速度上没有限制。换句话说，OSN的转接时间并不需要快于SONET环形转接时间(5-50毫秒)。因而，如果SONET转接(ADM中)出现的比OSN恢复快，在OSN转接之后ADM回到它们的初始状态。另一方面，如果SONET转接出现的比OSN恢复慢，在通过OSN恢复通信之前ADM看不到链路上的一个(被证实的)断点。因而，既然转接处理相互独立，所以从不产生竞争状态。
3.6  恢复软件细节
图15A-15C共同组成具体实施例中OSN软件的流程图。如上所述，每个OSN在每侧上(西和东)具有两个输入(工作和保护)。因而它可以检测在这两个输入上信号的存在或不存在。当在信号中有一个中断时，驻留在OSN上的软件确定哪个信号出现故障，并将开关的状态改变到合适的位置从而使失去的信号现在可以从同一方向(跨越转接)或者相反方向(环形转接)上的保护光纤输入上接收。在该开关被改变到新状态时，如果需要OSN还向其相邻的OSN通知该状态的改变和任何操作请求/指令，以便相邻OSN采取相应操作以路由信号。
每个OSN与它的两个相邻节点在互连OSN的所有四条光纤上通信。在当前实施例中，在每条通信信道上使用ATM分组发送和接收消息。每条这样的OSN之间的信道被称为恢复管理信道。由每个OSN发送的恢复消息包括该节点的本地信息，包括：
节点标识号(指定给每个节点的唯一标识号)；
节点的逻辑状态；
该节点上开关的物理状态；
该节点上设备故障的状态(例如激光器或其它硬件故障)
每个OSN还向其它节点发送指令以在已知该节点的本地资料情况下执行相应的操作。
4.0其它特性和另选方案
4.1  OSN子模块
图16A表示如何使用网络节点上的保护WDM终端205替换单独的再生器。与前面的附图相对应，这个节点上的ADM(这个节点上的多个ADM之一)和OSN分别用参考号50和120表示。这种对单独再生器的需要的消除是基于这样一种认识，即当节点上的OSN处于它的一个旁路状态时，ADM保护电路的相关部分并未使用并且可以绕过ADM的保护端口。该图表示用于一条波长信道的到WDM的保护路径和具有旁路路径的ADM，该波长信道用粗线表示。为清楚起见，省略了工作光纤路径。
一组单独的转接阵列，称之为OSN子模块210被放在WDM终端和ADM之间。每个子模块包括与波长信道同样多的1×2开关。图16A表示如何使用WDM终端提供用于自西向东转接的再生，该WDM终端在节点西侧使ADM与链路连接。很明显如果节点具有在节点东侧使ADM与链路相连的WDM设备，附加子模块可以放在节点上的附加WDM设备和ADM的东侧之间。
图16B表示普通状态中的OSN子模块，其中它们将保护光纤连接到ADM保护端口，就如同子模块不存在。图16C表示ADM旁路状态中的OSN子模块，其中它们旁路ADM并导致WDM终端起直通再生器的作用。用于来自OSN的保护光纤的WDM终端部分包括光放大器215，波长多路分解器220和用于每个波长信道的单独转发器222。类似地，用于输入到OSN的保护光纤的WDM终端部分包括用于每个波长信道的单独转发器227、波长多路复用器230和光放大器235。
再生(信号调整)在保护WDM终端的一部分即转发器中进行。因而，单条光纤上的输入波长信道首先由放大器215光放大并由多路分解器220光多路分解到单条光纤，于是单个的波长信道被转换成电信号，该信号由转发器222调整并重新转化成光信号。在ADM旁路状态中，则OSN子模块将单个光信号路由至WDM终端的其它部分，其中该信号由转发器227调整然后放在一个合适的波长上用于由多路复用器230进行多路复用，由放大器235进行放大，并通过光纤进行传输。可意识到根据如何在节点中布置WDM终端，旁路路径也可能包括单独的WDM终端。
4.2双向管理信道和网络信道
如上所述和如图13所示，只在那些光纤上的网络数据通信方向上在工作和保护光纤上发送管理消息。然而，如果可能，在每条光纤上发送双向管理消息具有潜在的价值，即使光纤只在一个方向上传送数据。在具有单向管理消息的系统中，当链路另一端点上的OSN不能接收消息并将该事实通知其余OSN时，该OSN只能在输出链路上“获悉”故障。因而，关于故障的消息需要环绕该环传播，这可能会减损恢复转接。
图17A和17B表示实现双向管理信道消息传输的两种实施选择。这是相应于图13几个部分的不完整图。对于一条给定网络光纤(相对于OSN输入或者输出)，用于输入光纤的单个接收机(图13中的165)或用于输出光纤的单个发射机(图13中的185)用接收机165’和发射机185’代替。
图17A表示一种实施，其中输入和输出管理消息在两个不同的波长信道上，该信道从波长信道或专用于网络数据的信道中取得。双向WDM耦合器240同时用作用于管理波长信道的多路复用器和多路分解器。图17B表示一种实施，其中输入和输出管理消息在同一波长信道上。使用一个宽带光耦合器242和隔离器245获得分离。在这两种图中，网络数据被表示在编号1至n的波长信道上，但该讨论可以同等应用到单波长链路和多波长数据链路(即n可以为1)。
图18表示在一条网络光纤上的双向WDM传输。如上文所提及的，虽然具体的实施例为每个方向使用独立的光纤，但可以在一条光纤上提供双向通信用于网络通信。这对于在每个方向上单波长或多波长网络数据传输是正确的。如在图17A和17B所示的双向管理信道的情况中，可以使用双向WDM耦合器250实施双向WDM传输。该图还表示图13中所示的管理信道设备，即多路分解器160，接收机165、多路复用器180和发射机185。
双向操作允许使用各自的波长带宽将输入和输出工作或保护通信多路复用到一条光纤。具体地说，在将光纤260上的输出光信号多路复用到网络光纤252上时，WDM耦合器250用作一个多路分解器将网络光纤252上的输入光信号送到光纤255。概括地讲，该图表示n个输出波长信道和m个输入波长信道，但m和n可以两者都为1或其中一者为1。
4.3其它终端设备
图19A-19C表示在具有其它类型的终端设备例如ATM和IP的网络中使用的OSN 120。在合适的地方使用与图16A中相应的参考号。
图19A表示通过保护WDM终端205和工作WDM终端205’以及OSN子模块210连接到ADM 50以及ATM开关270和IP开关或路由器275的OSN 120。该图还表示通过OSN子模块和保护WDM终端连接到OSN的第二数据设备280(典型地是IP)。
图中所示的OSN子模块可以提供几种功能。为简单起见，未图示旁路路径，但保护路径中的OSN子模块可以被切换以使保护WDM终端205用作用于OSN转接状态的再生器，如图16A-16C的相关说明。在这些OSN子模块的普通状态中，如图所示，保护链路被连接到第二数据设备从而网络上的保护光纤可以在它们不必用于恢复的时候被使用。不需要工作路径中的OSN子模块，但可以使用它们以提供附加通用性。应当理解第二数据设备在恢复过程中不能访问网络。
图19B表示节点上的OSN，其中没有SONET ADM，而只有通过工作WDM终端205’和OSN连接到网络工作链路的ATM设备270和IP设备275。而且显示了通过保护WDM终端205和OSN连接到网络保护链路的第二IP设备282。
图19C表示图19B结构的一种变型，其中西侧上的ATM和IP设备具有第二数据端口，该端口以图19A中第二数据设备280和图19B中的第二IP设备282的方式，通过保护WDM终端和OSN连接到西侧网络链路。图19C中第二IP设备被连接到东侧。
5.0结论
在结论中可以看出本发明提供用于在光纤网络中提供增强型恢复的强大而精制的技术。在不需要在网络中单波长链路之间的节点上提供WDM终端设备的情况下，获得混合网络中多波长链路的完全保护。使用相对简单和便宜的光转接节点可以实现所需转接，一般只使用少数的n×1和1×n开关，其中n小于节点的输入和输出数。
虽然上述是本发明具体实施例的完整说明，但可以使用各种修改，替换结构和等效物。例如，图13表示OSN和它的控制电子设备通过产生和监测来自相邻节点的消息负责实施管理信道。然而，可以使终端设备实现控制OSN的管理信道。既然WDM终端系统监测链路上的信号，也可以实现OSN的WDM终端控制方案。这样一个OSN可以完全受WDM终端的控制，该WDM终端将通过WDM管理信道和其它监测功能部件的使用确定跨越转接或环形转接的需要。OSN的物理配置将类似于上述具体的实施例。将要求WDM终端控制系统(元件管理器)发送所需的控制信号(以设置OSN为一个用于恢复的正确状态)。这样一种配置将具有低损耗(既然不需要用于管理信道的WDM耦合器)和较低的复杂性，因为其需要较低的处理器性能。
因此，上述说明不应当被视为对权利要求书所规定保护范围的限制。

Claims (23)

1.一种改进现有异构环形网络的方法，该网络具有由光纤工作链路链接的相邻节点，在第一和第二相邻节点之间具有至少一条多波长工作链路，该第一和第二节点能够在多波长工作链路上发送和接收多波长信号，和至少一个附加节点，具有至少一条工作链路能够多波长操作，该方法包括以下步骤：
提供相邻节点对之间的多波长光保护链路；并
为每个节点提供一个光转接装置，该装置具有至少一个光转接元件以提供一条旁路路径，在该路径中光沿着与节点相连的一条保护链路进入该节点，并被传送到与节点相连的另一条保护链路，而不需要被发送到与该节点相连的终端设备；
该转接装置还允许一种状态，其中相连的终端设备被连接到至少一条与节点相连的保护链路；
其中多波长保护链路在第一和第二节点之间的工作和保护链路变得不能支持第一和第二节点之间的多波长通信时，提供相邻节点对之间的一条替换路径，尽管实际上至少网络中的一些节点仍然不能在它们所连接的工作和保护链路上发送和接收多波长信号。
2.如权利要求1所述的方法，其中至少一条所述的工作链路包括第一和第二光纤，每条光纤只在一个方向上传送信号。
3.如权利要求1所述的方法，其中至少一条所述的保护链路包括第一和第二光纤，每条光纤只在一个方向上传送信号。
4.如权利要求1所述的方法，其中多波长工作链路包括第一和第二光纤，每条光纤只在一个方向上传送多波长信号。
5.如权利要求1所述的方法，其中至少一条所述的工作链路包括在两个方向上传送信号的单条光纤。
6.如权利要求1所述的方法，其中多波长工作链路包括在两个方向上传送多波长信号的单条光纤。
7.一种光网络，包括：
多个节点，至少三个，其中每个给定节点包括(a)用于连接到网络中其它两个节点的光网络接口，和(b)用于连接到与给定节点相连的终端设备的终端接口，和
在环形拓扑结构中连接多个节点的相应的多个双向光链路，以提供网络上相邻节点对之间的双向通信，每个相邻节点对通过一条插入的光链路连接，假设该环被定义为任意表示成上行和下行的两个相反方向，因而每个节点具有上行和下行相邻节点，
其中：
每条光链路具有一条双向工作链路和一条双向保护链路；
每个节点的网络接口包括第一和第二网络工作端口和第一和第二网络保护端口；
每个节点的终端接口包括第一和第二终端工作端口和第一和第二终端保护端口；
每个节点的第一工作和保护端口分别被连接到节点的上行相邻节点的第二工作和保护端口；
每个节点具有一个光转接装置，该装置具有至少一个光转接元件，光转接装置具有至少通过节点的第一和第二终端工作端口将与节点相连的终端设备连接到节点的第一和第二网络工作端口的普通状态；
该网络是一个异构网络，其中
至少该多个节点的第一和第二节点之间的第一工作链路被配置支持在第一带宽上的通信，
与第一和第二节点相连的终端设备能够在第一工作链路上在特定的第一带宽上发送和接收通信，和
与至少一个节点相连的终端设备能够在小于第一带宽的第二带宽上发送和接收通信，但不能发送和接收第一带宽上的通信；
所有的保护链路被配置支持在第一带宽上的通信；
第一节点的光转接装置具有通过第一节点的第二终端工作端口有选择地将与第一节点相连的终端设备连接到第一节点的第一网络保护端口的第一转接状态；
第二节点的光转接装置具有通过第二节点的第一终端工作端口有选择地将与第二节点相连的终端设备连接到第二节点的第二网络保护端口的第二转接状态；和
至少除了第一和第二节点之外的那些节点中的每一个的光转接装置具有旁路状态，该状态有选择地将节点的第一和第二保护端口连接到绕过节点终端接口的旁路路径，从而在第一工作和保护链路变得不能支持第一和第二节点之间的第一带宽上通信时，允许通过除了第一保护链路之外的保护链路在第一和第二节点之间的第一带宽上通信。
8.如权利要求7所述的光网络，其中除了第一工作链路之外的至少一条工作链路不能支持第一带宽上的通信。
9.如权利要求7所述的光网络，其中每个第一和第二节点的光转接装置具有旁路状态。
10.如权利要求7所述的光网络，其中每个节点的光转接装置具有第一和第二转接状态。
11.如权利要求7所述的光网络，其中：
第一带宽由每信道比特率和多个波长信道确定；
第一和第二节点上的终端设备具有相关的波长分隔多路复用(WDM)能力；
第二带宽由相同的每信道比特率和单个波长信道确定；和
与至少一个节点相连的终端设备缺少相关的WDM能力。
12.如权利要求7所述的光网络，其中：
第一带宽由每信道比特率和多个波长信道确定；
第一和第二节点上的终端设备具有相关的波长分隔多路复用(WDM)能力；和
第二带宽由相同的每信道比特率和较少的多个波长信道确定。
13.如权利要求7所述的光网络，其中：
第一带宽由每信道比特率和多个波长信道确定；和
第二带宽由较低的每信道比特率和同样多的波长信道确定。
14.一种光网络，包括，
N个节点，其中N＞2，每个给定节点包括用于连接网络中其它两个节点的一个光网络接口和用于连接与给定节点相连的终端设备的终端接口，和
N条双向光链路，该链路在环形拓扑结构中连接N个节点以提供网络上相邻节点对之间的双向通信，通过一条插入的光链路连接每对相邻节点，假设该环被定义成任意表示为上行和下行的两个相反方向，因而每个节点具有上行和下行相邻节点，
其中：
每条光链路具有一条双向工作链路和一条双向保护链路；
每个节点的网络接口包括第一工作端口、第二工作端口、第一保护端口和第二保护端口；
每个节点的第一工作和保护端口分别被连接到节点的上行相邻节点的工作和保护端口；
该网络是一个异构网络，其中
至少第一工作链路被配置用于多波长操作，
第一和第二节点具有提供波长分隔多路复用能力的终端接口以支持在第一工作链路上的多波长操作，
至少一条工作链路不被配置用于多波长操作，和
至少一个节点具有并不提供波长分隔多路复用能力的终端接口；
所有的保护链路被配置用于多波长操作；
每个节点包括至少一个光转接元件用于有选择地将节点的第一和第二保护端口连接到绕过节点终端接口的旁路路径，从而在第一工作和保护链路变得不能支持第一和第二节点之间的多波长通信时，允许通过除了第一保护链路之外的保护链路在第一和第二节点之间的多波长通信。
15.如权利要求14所述的网络，其中至少一条旁路路径包括一个再生器。
16.如权利要求14所述的网络，其中至少一条保护路径包括一个放大器。
17.一种在异构网络中的节点上使用的光转接节点，该网络包括由网络链路连接的终端设备，该网络链路包括：
一对节点之间的第一链路，该对节点具有能够终止第一种通信的终端设备，和
连接到一个节点的第二链路，该节点具有能够终止第二种通信但不能终止第一种通信的终端设备，
该光转接节点包括：
用于连接到相应的第一和第二双向网络链路的第一和第二组双向工作和保护网络端口；
用于连接到终端设备的第一和第二部分的第一和第二组双向工作和保护终端设备端口，每组终端设备用于向/从所述的第一和第二双向网络链路发送/接收数据；
连接到所述网络和终端设备端口组的一组开关元件，用于在第一链路中出现故障时建立跨越和环形转接。
18.如权利要求17所述的光转接节点，其中：
第一种通信的特征在于第一数目的波长信道；和
第二种通信的特征在于第二数目的波长信道，该第二数目小于第一数目。
19.如权利要求17所述的光转接节点，其中：
第一种通信的特征在于第一带宽和第一数据格式；和
第二种通信的特征在于小于第一带宽的第二带宽或不同于第一数据格式的第二数据格式。
20.如权利要求17所述的光转接节点，其中该组开关元件包括：
第一1×3和3×1开关，它们的单独端子连接到第一组工作终端设备端口；
第二1×3和3×1开关，它们的单独端子连接到第二组工作终端设备端口；
第一1×5和5×1开关，它们的单独端子连接到第一组保护网络端口；
第二1×5和5×1开关，它们的单独端子连接到第二组保护网络端口；和
开关间的一组互连。
21.如权利要求17所述的光转接节点，进一步包括：
控制电子设备，用于进行：
    产生输出消息；
    处理输入消息；
    根据所接收的消息和预期但并未接收到的消息控制该组开关
元件；
连接到网络端口用于允许消息在控制电子设备和网络之间传送的波长多路复用设备。
22.如权利要求17所述的光转接节点，其中控制电子设备包括编程的计算机。
23.一种在异构网络中的节点上使用的光转接节点，该网络包括由网络链路连接的终端设备，该网络链路包括：
一对节点之间的至少一个多波长链路，该节点具有能够终止多波长通信的终端设备，和
至少一条连接到具有终端设备的节点的链路，该终端设备不能终止多波长通信，
该光转接节点包括：
用于连接到相应的第一和第二双向网络链路的第一和第二组双向工作和保护网络端口；
用于连接到终端设备的第一和第二部分的第一和第二组双向工作和保护终端设备端口，每组终端设备用于向/从所述的第一和第二双向网络链路发送/接收数据；
连接到所述网络和终端设备端口组的一组开关元件，用于在多波长链路中出现故障时建立跨越和环形转接。
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