CN1290282C - 非均匀光汇聚器和解汇聚器及分层混合光交叉连接系统 - Google Patents

Abstract

分层混合光互联是以光网络成本与性能的均衡为基础的，除了各个光路的不透明(电)交换以外，提供波长子集的透明(光)交换。波长子集交换的有效使用需要用简单、经济有效的方法，对波长子集进行汇聚和解汇聚。引入非均匀波段，并分析它们与均匀波段相比的性能优点。还提出综合非均匀波段和被改善的OEO端口利用的分层混合光交叉连接系统的几种结构选择。

Description

非均匀光汇聚器和解汇聚器 及分层混合光交叉连接系统

技术领域

数据流量的持续增长，对骨干电信网络造成了压力。为了满足不断增长的带宽需求，需要更多样和更智能的容量分配。光互联已经成为适应Internet流量快速增长的一种关键技术。人们期望新型的光网络通过采用高级的传输(密集波分复用，DWDM)和交换(光交换和交叉连接)技术，支持持续增长的网络负载。

背景技术

多个波长在单独一根光纤上传输的密集波分复用，是提供未来光互联网所需容量和流量分离能力的基础。DWDM的关键技术在于光波长复用和解复用，这在低光纤衰减的1550nm带宽中汇聚波长。图1所示为点到点连接的典型DWDM实现。

在IP网络中，性能和可扩展性关系到分层机制的进一步发展，该机制提供DiffServ和MPLS(多协议标签交换)标准支持的各种级别的流量汇聚。在光网络的情况下，相同的成本和可扩展性关系着到生成多种交换粒度的转变，如波长和波段。从而，光互联通道形成分层，其中较高层通道(波段)由几个较低层通道(波长)组成。Y.Suemura，I.Nishioka，Y.Maeno和S.Araki在APCC2001会刊《在光网络中分层通道的路由》(Routing ofHierarchial Paths in an Optical Network，Proceedings of APCC2001)中论证了波长汇聚成波段的潜在成本效益。

如图1所示，波段通常是均匀且固定的。换句话说，对于给定的输入波长λ₁-λ₁₆₀，传统的波段组包括四组四十个连续波长λ₁-λ₄₀，λ₄₁-λ₈₀，λ₈₁-λ₁₂₀，λ₁₂₁-λ₁₆₀。在网络设计中，使用均匀波段遵循传统的常识，从而以均匀形式形成通信信道的汇聚(grooming)。SONET是通信信道均匀汇聚的一个例子。

在交叉连接系统中，一波段通常仅占用光交换机的两个端口(输入和输出)。由于波段可以作为单个单元交换，通道分层减少了交叉连接系统的成本，从而减少了用于处理各个波长所需的更为昂贵的OEO(光-电-光)端口的数量。

通过适当设计的路由和调度算法，已经产生光分层体系成本-效益的实现。在光互联的普遍领域，路由和波长分配已有广泛研究，如于1998年由Morgan Kaufmann Publishers出版的R.Ramasawami和K.Sivarajan的光网络：实际展望(Optical Networks：A Practical Perspective)。波长和波段的分层体系可以分为几种具有对路由和调度形成新挑战的模型。

如前所述，由于在交叉连接系统中，一波段通道仅占用光交换机的两个端口(输入和输出)，波段分层通道减少了交叉连接系统的成本。然而，完全在光域中进行交换是不现实的。在系统的透明(光学)部分，不能解决不同波段竞争同一输出光纤。如果必须将波段中的不同波长交换到不同的输出光纤上，光学核心(optical core)也不能处理该波段。为了实现这些以及其他相关任务(如将一波长上路到一波段中)，必须将一个或多个波段下路到光交叉连接系统的OEO部件。OEO安装有复用器和解复用器，它们都能处理由G个波长组成的波段。通过由一个波段(光学透明)和一个波长(不透明OEO)交换机组成的混合光学系统，能实现分层交叉连接系统功能。分层混合光交叉连接系统的详细结构可以基于单平面结构，也可基于多平面结构。

作为混合分层体系中均匀波段的一个例子，图4表示一种具有M个输入和输出光纤的分层混合光交叉连接系统。每根光纤载有N个波长(对骨干网和城域网，N通常为N＝160和N＝40)。当输入光纤到达光交叉连接系统时，每根输入光纤中的所有N个波长由波段解汇聚器(图中表示为WDA)所分离。WDA可通过波分复用器(interleaver)或滤波器来实现，以将N个波长划分到K个波段(每个波段由G个波长组成)，其中，N＝KG。这样，光分层体系的波段级就由波段组成，每个波段由G个波长组成。这些波段可由分层交叉连接系统的一光学核心光交换和汇聚(利用波段汇聚器，在图中表示为WA)到输出光纤。该光学核心可由单个光交换机或K个并行交换机(图5中O/O₁到O/O_k)，每个光交换机都处理来自所有输入光纤中相同的波段。

如图6所示，输入到波长交换机的波长通道可以直接路由到相邻的交叉连接系统(示为流量A)；或汇聚到波段通道后，再经由波段交换机路由到相邻交叉连接(示为流量B)。

由于技术和传输速度的因素，OEO端口是昂贵的资源，其端口比光端口贵两到五倍。这样，在分层混合光交叉连接系统的设计中，需要考虑波长汇聚到波段的影响。特别是，波段的大小G直接影响着该交叉连接系统的成本和性能。一方面，数量G小(每波段的波长越少)会产生大量的波段，这些波段不得不依靠交叉连接系统中大量昂贵的波段光学核心来交换。另一方面，数量G大(每波段有更多波长)使大量波段产生更多波长冲突，因而增加了OEO转换的必要，前面提到的波长汇聚和解汇聚器也是同样。这有必要在交叉连接系统中使用大量昂贵的OEO部件。通常，均匀波长必须分解为隔离所关心的单个波长。因此，在图1的例子中，若将λ₁₂隔离到本地(上路、下路和交换)，波段λ₁-λ₄₀的每个波长需要由OEO交换机来分解。显然，这种通过OEO交换机来实现的传统方法从成本上完成了对λ₁-λ₁₂和λ₁₃到λ₄₀以及隔离单个波长λ₁₂所需的额外OEO端口进行不必要的处理。

对分层混合光交叉连接系统的成本-性能已做出分析。以前曾确定，波段大小接近G＝6时可在有效减少成本(因子为5-10)情况下，提供良好性能(最佳性能的50％)。网络级别性能分析指示出了对最佳波段大小(接近G＝8)有相似的范围。与传统的基于OEO的解决方案相比，分层路由和光波段成本(按照在网络上处理一特定的流量负载所需的端口数计算)上减少两到三倍。

光分层体系的成本优势是建立在以下事实基础上的：一波段可以被光交叉连接系统作为单个单元来交换，因而减少了为处理每个波长所需昂贵(光-电-光)的OEO端口数。这样，光通道形成了一种分层体系，在这种分层体系中，高层通道(波段)由几个低层通道(波长)组成。为避免昂贵的波长OEO转换，到每根输出光纤的流量需要汇聚成预置的波段，然后这些波段在光域中交换。当路由到相同路径方向的波长有足够的数量时会生成波段。路由算法、光修复情况和波长竞争解决也影响着波段的生成。本领域技术人员会理解波长分配到波段的基本机制。在此不提供该分配的详细描述。

发明内容

本发明的实施例克服了传统光网络交叉连接系统的上述缺陷。

本发明的一个方面系通过使用非均匀波段(包含不同数量波长的组)，可进一步改善波长到波段的组织。图2示出典型的非均匀的波段组。波长的任何分组都有可能，本发明不限于任何特定的非均匀波段分组。为了输出到单根光纤，非均匀的波段也可以汇聚(见图4和图5，例如WA部件(波段汇聚器))。非均匀波段提供更为灵活的波长汇聚，使用这种汇聚使交换和路由更为有效。本发明分析了使用非均匀波段获得的性能改进，以及非均匀波段参数合适大小的选择。本发明还证明了几种在DWDM光网络系统中基于非均匀波段分离的分层混合交叉连接系统的结构。

本发明的第一方面提供一种包含光交换机的光交叉连接系统中的光学解汇聚器，其中，所述光学解汇聚器接纳载有多个(n)由不同波长调制光信道以产生多组光学信道的输入线，所述多组光学信道与光交换机连接，用于交换，其特征在于，在经由光交换机传输之前对波长进行分组；所述解汇聚器将多个光信道至少分成第一组光信道，它们具有第一数量不同调制波长，和第二组光信道，它们具有第二数量不同调制波长，其中所述第一和第二数量的值彼此不同；并且所述解汇聚器还包括光选择器，用以动态地形成所述第一和第二组光信道，以便随时间改变该第一和第二组光信道。

本发明的另一方面提供一种光交叉连接系统，接纳载有多个由不同波长调制光信道的输入线，其特征在于，所述交叉连接系统具有光学解汇聚器功能和光交换机功能，所述交叉连接系统包括：光学解汇聚器，该光学解汇聚器包括：第一滤波器，用于根据调制波长对多个光信道中的一个或多个进行隔离；光选择器，用于动态地将该第一滤波器输出的多个光信道分成至少第一组光信道和第二组光信道，以便随时间改变该第一和第二组光信道；所述解汇聚器将多个光信道至少分成第一组光信道，它们具有第一数量不同调制波长，和第二组光信道，它们具有第二数量不同调制波长，其中所述第一和第二数量的值彼此不同；所述交叉连接系统还包括：光交换机，用于将所述第一组引导到第一输出光纤，将所述第二组引导到第二输出光纤；所述光选择器形成所述第一和第二组光信道，使所述第一组的光信道数不同于第二组的光信道数；并且在经由光交换机传输之前对波长进行分组。

本发明的再一方面提供一种光交叉连接系统，其特征在于，它包括：含有光交换机的光交叉连接系统中的光学解汇聚器，其中，所述光学解汇聚器接纳载有多个(n)由不同波长调制光信道以产生多组光学信道的输入线，所述多组光学信道与光交换机连接，用于交换，其特征在于，在经由光交换机传输之前对波长进行分组；所述解汇聚器将多个光信道至少分成第一组光信道，它们具有第一数量不同调制波长，和第二组光信道，它们具有第二数量不同调制波长，其中所述第一和第二数量的值彼此不同；并且所述解汇聚器还包括光选择器，用以动态地形成所述第一和第二组光信道，以便随时间改变该第一和第二组光信道。这种光交叉连接系统还包括光交换机，用于交换第一和第二组光信道。

作为这种光学解汇聚器的改进，其特点还在于，上述第一和第二数量不同调制波长中的至少一个包括多个具有非邻接调制波长的光信道。

作为这种光学解汇聚器的另一种改进，其特点还在于，所述多个(n)光信道包括至少八个不同的调制波长，并且所述第一数量包括大于0.25n个调制波长的整数值，所述第二数量包括小于0.25n个调制波长的非零整数值。

作为进一步的相关特征，提出一种新型光交换交叉连接系统，在具有有源光交换元件的光交叉连接系统中，对于不同的流量模式和定向波长分配，具有再设置波长带和动态汇聚波长或波段的能力。

本发明的再一方面还提供一种光交叉连接系统的控制方法，所述连接系统接纳由多个不同波长调制之光信道的输入线，其中所述光交叉连接系统具有光学解汇聚器功能和光交换机功能，其特征在于，所述方法包括如下步骤：在经由光交换机传输之前对波长进行分组；按调制波长分离所述多个光信道；由光选择器动态地将分离后的多个光信道按组至少分成第一组光信道和第二组光信道，以便随时间改变该第一和第二组光信道；将所述第一组光信道送到第一输出光纤，并将所述第二组光信道送到第二输出光纤；其中将所述第一和第二组光信道形成为使所述第一组的光信道数不同于第二组的光信道数。

附图说明：

以下将参照附图描述本发明的最佳实施例，其中：

图1表示产生四个均匀固定波段的波段解汇聚器；

图2表示产生四个非均匀固定波段的波段解汇聚器；

图3表示在DWDM光网络的交叉连接系统中，波段汇聚器和波段解汇聚器的应用；

图4表示单平面结构的分层混合光交叉连接系统；

图5表示多平面结构的分层混合光交叉连接系统；

图6表示光交叉连接系统在本地上路、下路数据流的混合分层光交叉连接系统；

图7表示具有均匀波段的输入光纤和输出光纤；

图8表示具有非均匀波段的输入光纤和输出光纤；

图9表示具有两根输出光纤、八个波长的均匀和非均匀波段的比较；

图10表示具有八个、十六个波长的均匀和非均匀波段的比较；

图11表示对于N个波长，对各种波段数(K)和输出光纤数(M)获得的光吞吐量的改善；

图12表示变化s(波长数与输出光纤数的比值)获得的光吞吐量的改善；

图13表示波长解汇聚器的一般结构；

图14表示基于波长(图14A)和波段(图14B)分离器的薄膜干涉滤波器，其中T为透射光，R为反射光；

图15表示三端口光波长分离装置的光谱；图15A表示单波长传输；图15B表示反射的波长；图15C表示波长带传输；以及图15D表示其他波长的反射；

图16表示同时具有固定和任意波长组的可重新配置的波长汇聚装置；

图17表示具有四个非均匀波段、八个波长的1×2解汇聚器的实施例；

图18表示使用两个解汇聚器的2×2十六波长光非均匀波段交叉连接交换机的实施例；

图19表示波长交换机的示意图，其中(a)为剔除器，(b)为选择器；

图20表示具有剔除器和选择器之波长交换机的带交换机(band switch)结构的示意图；

图21表示具有光交换机的带交换机结构的示意图；

图22表示具有剔除器和选择器之波长交换机的单平面结构；

图23表示具有光交换机的单平面结构；

图24表示具有剔除器和选择器之波长交换机的多平面结构；

图25表示具有光交换机的多平面结构；

图26表示具有固定和任意波长组的可重新配置的波长(解)汇聚器装置的另一实施例。

具体实施方式

如前一部分中所概述的那样，如果由适当的交换、路由和(解)汇聚机制所支持，适当选择波段大小G，能显著改善分层混合光交叉连接系统的性能。然而，任何汇聚，尤其是汇聚成均匀的波段(每个都确切地由G个波长组成)，都会引起过度汇聚(aggregation overhead)，会不利地影响分层混合交叉连接系统的性能。

为了说明这种过度的影响，考虑具有M个输出光纤的光交换交叉连接系统，并假设输入光纤载有N个具有N个调制波长的光信道信号，被交换到M个输出的任一个。首先考察图7中的例子，根据输出光纤中波长的分离，波长可能会或者不可能汇聚成用于光交换的波段。图7表示一载有N＝8个波长的光纤，这些波长必须交换到M＝4根输出光纤。这些波长可能会汇聚成四个预置的均匀波段，每个波段含两个波长。如要交换到四根输出光纤的波长数量等于(3，1，2，2)，该交换不可能仅在光域交换。

然而，如果这些波段按照图8所示的方法预置，其中两个波段各含有两个波长，一个波段包含三个波长，一个波段包含一个波长，可以完成同样波长要求(3，1，2，2)的光交换。后一种设置的缺点在于，它不能用于其他交换设置的光交换。例如，当交换到四根输出光纤的波长数量等于(2，2，2，2)时。

图9表示均匀和非均匀波段更为详细的比较。该图表示在M＝2个输出光纤中N＝8个波长的所有可能的分离，以及相应波段所能支持的波长数(在均匀情况下，两个波段中每个波段包括4λ；在非均匀情况下，两个波段由3λ和5λ组成)。虽然在均匀情况下平均允许88％的波长进行光交换，而非均匀情况提供更高的光吞吐量93％。当然，由于已提到的光口和OEO端口的成本不同，对光吞吐量的改进(换句话说，波长“打包”成波段更有效)转化为对整个分层混合交叉连接系统的同样更为巨大的成本节省。也就是增多便宜的光口的利用率，减少更为昂贵的OEO端口的使用需求。

通常，均匀波段看来应该更适用于在输出端口各种流量(波长)分布的汇聚。根据传统知识以及各种因素均等情况，在输出光纤均匀分布的要求是最为可能。然而，目前的发明者发现，在光域中均匀分布(4，4)的吞吐量与相邻的非均匀情况相比有更低的概率，如图9所示。这种影响说明非均匀情况性能更好。所要求的非均匀分布，从Y.Ijiri和H.Simon在North-Holland出版公司出版的倾斜分布和商业公司的规模(SkewDistributions and Sizes of Business Firms)(1977)中观察到的非均匀分布需求的现象，也证明非均匀波段的产生是合理的。

图10表明对于其他几类值N(波长数)和M(输出光纤数)有同样的影响。尽管N和M的改善值不断变化，非均匀波段一直提供更好的光吞吐量。

非均匀波段的概念引出了以下两个问题。第一个问题(波段选择问题)是如何预置一系列波段，使它能体现N个波长的输入流量到M个输出光纤的任意分离。第二个问题(波段分配问题)是如何为N个波长到M个输出光纤的光交换，分配这些预置波段。

在没有其他情况的限制时，可以解决波段选择问题和波段分配问题。使用如下算法可以完成最佳波段的选择：

1.输入参数N和M，并创建空集B

2.赋予定

3.将元素N^*加到集合B

4.赋予N＝N-N^*

5.若N＝0，停止；否则跳到步骤2

给出最佳波段的集合B{B₁，B₂，...，B_K}的同时，通过依次将最高可能的波段赋予存在的最大波长要求，可以实现N个波长到M个输出的任意分离要求(V₁波段分离到输出光纤1，...，V_m，波段分离到输出光纤M)。

可将波段的最优集合{B₁，B₂，...，B_k}的光学性能与均匀波段相比较。出于两种原因，使这种比较可能不会是直接的。首先，可能存在或者可能不存在K个均匀波段(若存在，波长数N需被K除尽)。再者，不易分析估计一系列均匀波段的光吞吐量。然而，这两种障碍在后面会被处理。首先，对于那些N能被K除尽(因而总会存在相应系列均匀波段)的那样一对数(N，M)可以进行估计和比较。其次，包含G个波长的K个波段集合中平均波长“耗损”近似等于M(G-1)/2。如果到M个输出中每一个输出的波长被汇聚到波段中，该表达式以上面的平均汇聚为基础(在0和G-1之间)。

通过这些说明，图11说明了对于N和M所有允许的不超过80个的组合，其性能的改善(以及最佳波段集合的波段数目K)。通过更有效地将波长打包成波段，其平均改善大约为15％。假设光口的费用小于OEO端口的五倍，平均费用减少了大约40％。

通常，可以使用下面关于K的近似式：

$K=M(\ln \left(\frac{N}{M}\right)+\mathrm{\γ})$

其中γ≈0.5772，为欧拉(Euler)常数。则均匀波段的相对大小为：

$G=\frac{N}{M(\ln \left(\frac{N}{M}\right)+\mathrm{\γ})}$

从而，最佳非均匀波段相对于最佳(均匀)波段的优点为：

$L=\frac{M}{2}\left(\frac{G-1}{N}\right)=\frac{1}{2}(\frac{1}{\ln \left(\frac{N}{M}\right)+\mathrm{\γ}}-\frac{M}{N})$

因此，性能改善仅与波长数量与输出光纤数的比值s＝N/M有关。对于从1到10的s值，性能改善如图12所示发生了改变。其结果与图11中所示的结果一致。

如前面部分中所解释的，非均匀光波段可以提高分层光交叉连接系统的汇聚性能，从而进一步减少其成本。必须通过下述的波段(解)汇聚器来实现非均匀波段。

多个波长在单根光纤上传输的密集波分复用(DWDM)，已经成为提供未来光互联网中所需的容量和流量分离能力的基础。DWDM的一个极为关键的技术是光波长汇聚和解汇聚。

波分汇聚器和解汇聚器是合并(耦合)和分离(分裂)不同光波长的装置。DWDM解汇聚器(WDA)将入射光纤上的波长带分成若干波长子集，DWDM汇聚器(WA)将这些子集合并到一个光纤中。这些波长子集可以是均匀的(图1)或非均匀的(图2)固定组。波段可以是任意波长集合，如子集[λ₁，λ₂，λ₆，λ_n]所示，作为图3中光交换到第二输出光纤，并与其他波段汇聚的一个解汇聚器输出。解汇聚器装置能产生固定的和任意的子集。

通过在经由光交换机传输之前对波长进行分组，与每个入射光纤上各个波长到交换机不同输入端口相比，有可能使用具有显然更少端口的光交换机。换句话说，在到交换机之前进行波长汇聚，减轻了交换机本身进行这种汇聚的负担。

图13说明了能够产生固定波段和任意波长子集的解汇聚器的一般结构。入射光纤载有n个波长(通常为40或160)，从中产生M个输出波长的子集。为了产生M个子集，必须将初始的n个波长带分成K个子段，K是从中可创建所需M个输出子集的最小子段数。

例如，假设M＝3，需要输出子集S₁＝[λ₁，λ₂，λ₆，λ_n]，S₂＝[λ₃-λ₅]，S₃＝[λ₇-λ_n-1]。子集S₁和S₂可以到光交换机的输入端口，而S₃下路到O-E-O交叉连接交换机。可以从交换机的适当设置，从K＝5个子段，即B₁＝[λ₁，λ₂]，B₂＝[λ₃-λ₅]，B₃＝[λ₆]，B₄＝[λ₇-λ_n-1]和B₅＝[λ_n]，创建三个子集。将这些输出集合应用于交叉连接交换机的不同端口，在那里它们与不同的输出光纤相连。

对于固定的波段而言，无论它们是否均匀，用简单的连接代替图13中对这些波段起作用的1×M个选择器。对于任意子集，将有作用的子段交换到适当的输出汇聚器。输出子集数量，每个子集的波长分配，以及固定和任意波长组的分组，极大地取决于DWDM网络的设计和流量模式。

可以通过多种技术来实现波长解汇聚器，包括薄膜干涉器(标准具)滤波器、光纤布拉格光栅(FBG)、熔融双锥锥体、阵列波导光栅(AWG)和全息滤波器。几十年来，薄膜制造已经是一种成熟的技术。这种技术提供了宽信道通带、平顶信道通带、低插入损耗、适度隔离、低成本、高生产率、高可靠性和场稳定性，高热稳定性和适当的滤波器衰减(roll-off)特性。对于大于50GHz(0.4nm)的光信道间隔和波长带分离而言，薄膜技术工作良好。不过，当前的镀膜技术不能制造信道间隔小于25GHz(0.2nm)的窄带滤波器。光纤布拉格光栅具有精确波长分离的优点。一个实施例包括了基于薄膜干涉滤波器和FBG混合技术的用于处理波长带和各个波长分离的波长解汇聚器。

波段产生装置的结构主要为一系列(非均匀)带通操作和重新组合。解汇聚器最坏的情形需要将输入波长集分成单个的波长n。由于分离任意波长集所需的带通操作的最大数目为n-1，是用于产生波长子集的波长的总数，是对解汇聚器复杂度的粗略限制。

例如，在波带K中，能够将十个波长的集合进一步分成均匀或非均匀子波段，以便隔离出一个或多个所关心的波长，同时保持无需为单独处理所需的更大波长分组，并经由光交换机简单相连。这是本发明灵活性的另一优点。

图14、图15和图16中表示出以薄膜干涉滤波器和FBG的混合技术为基础，用于处理固定的均匀波段和任意波长子集的波长汇聚。

图14中表示出一种三端口光波长选择部件。该部件由三根光纤、一个自聚焦GRIN透镜和一薄膜干涉滤波器组成。在图14A中，从输入处四个一组中所选择的单个(红)波长λt沿着通过窄带滤波器到输出光纤2的轨迹(a)。所有其他波长(λ₁-λ₃)反射到输出光纤3中。在图14B中，表示出波长带分离，宽带DWDM滤波器通过三个波长带到达输出光纤2，并将所有其他波长反射回输出光纤2中。图15A-D表示对于这两种情形，输出光纤1和2处的光谱。

图16中表示出一种采用前面图13和图14结构的波长汇聚装置的实例。

解汇聚器处理40个不同调制波长的输入信道，并动态地将波长子集汇聚道6个输出光纤中。在特定例中，不限制图16的普遍性，该波长汇聚装置包括4个波长带分离器(WBS_1-4)、8个独立波长分离器和八个1×2机械光交换机SW_1-8。

四个波长带分离器将波带λ₁-λ₁₀，λ₁₁-λ₁₆，λ₁₇-λ₂₄和λ₃₃-λ₄₀汇聚到输出光纤F1，F2，F3和F4中。相反，从λ₂₅到λ₃₂的波长带分配成两个任意波长子集结构。波长λ₂₅，λ₂₆，λ₂₇，λ₂₉和λ₃₂通过处于“up”状态的光选择器，进入输出光纤T1。其他波长λ₂₈，λ₃₀和λ₃₁通过处于“down”状态的光选择器，进入输出光纤T2。

取决于光交换机中所采用的机制，设置改变将占用几微秒到几毫秒。取决于使用要求和网络设计，可以增大和减小固定的和任意波长子集的大小、每个子集中的波长数以及输出光纤数。一旦形成了用于在光纤T1或T2上传输的波带组，就可以提供任何必需的信号放大(signal boost)。使用控制装置(未示出)的设置光选择器的状态。

图17中表示出另一实施例，DWDM波长解汇聚器结合了四个固定的非均匀波带分离器(4，1，1，2)、四个1×2波段选择开关，以及两个波段汇聚装置。一条具有八个波长的输入光纤与波段分离装置相连，并且将八个波长分离到四个固定非均匀波段λ₁-λ₄，λ₅，λ₆和λ₇-λ₈中。一个控制装置(未示出)设置两个1×2选择器的状态。基于端口开关竞争以及上路和下路光信道的需求，控制与波段分离器相邻的选择器。这就将信号下路到OEO交换机。控制第二个1×2选择器，基于流量条件，将光信道组重定向到适当的输出模式。普通技术人员已知多种路由算法。波段分离装置的四个输出波段与波长竞争解析交换机相连，波长竞争解析交换机在波长的交换和路由过程中处理波长冲突。下面为以路由算法为基础的用于波段选择和交换的光交换机，以及将新设置的波段合并到两个输出光纤其中之一的波段汇聚装置。

图18说明了一个2×2 16λs全光波段交叉连接光交换机的应用实例，能使用新型解汇聚器解决波长竞争。该光交叉连接交换机中有3个主要部分，即固定非均匀波带分离、波长竞争下路和再产生上路、以及波段交换和汇聚。该光交换机中的关键装置为波段解汇聚器和波段汇聚装置。

光交换机从两个单模光纤获得输入，每个光纤包含8个波长，ITU-T标准100GHz间隔信道。将8个波长信道分为大小为4，1，1和2的4个非均匀波段。这4个波段中的每一个都通过一个1×2光交换机，允许某些波长信道(如那些具有潜在波长竞争问题的信道)下路到O-E-O层。通过交换机第一级的其余信道，通过1×2交换机的第二级，决定它们中的每一个将去往哪个输出端。通过波段汇聚装置(与波段分离装置相反)和熔融耦合器，对进入同一输出端的信号进行合并。在这个过程中，也汇聚了由O-E-0层上路或再生的信号。

简而言之，该光交叉连接系统允许来自每个输入的各个波段去往任一输出或下路到O-E-O层。还允许从O-E-O层上路的信号汇聚起来。可以将O-E-O层所使用的端口数量减小到传统波长交换所需的端口数以下。端口数量的减少降低了系统的成本。在一个实施例中，OEO端口数小于在一输入线上处理或接收的波长数的一半，或者甚至为三分之一那么少。

现在考虑一具有M个输入和输出光纤的分层混合光交叉连接系统。每根光纤上载有N个波长。当输入光纤到达光交叉连接系统时，非均匀波段解汇聚器(WDA)将各个输入光纤中的所有N个波长分成K个波段{B₁，B₂，...，B_k}。然后分层混合交叉连接系统的光学核心将波段光交换和汇聚(使用图4和图5中WA所表示的波段汇聚器)到输出光纤中。如这部分进一步所讨论的，可以用多种方法实现该交叉连接系统。

与特定的结构选择有关，分层混合光交叉连接系统可以包括图19中所示的两种类型的光交换机。使用这些交换机中的第一个(表示为剔除器(deselector)(a))在发送到OEO之前处理波段，使用第二个交换机(表示为选择器(b))在从OEO出射之后处理波长。

第一组结构选择基于光波带交换机。它们的输出或发送到输出光纤，或者下路到OEO。下路到OEO的波段由剔除器和选择器进行处理(图20)，或者在它们解复用成波长之后，发送到光交换机(图21)。后一种选择与所讨论的均匀波段解决方案相似，而前一种选择提出了以非均匀波段为基础的更为有效的OEO端口利用。这可以通过更好地共享OEO端口来实现：由于必须下路到OEO的波段具有不同大小，有可能同时下路几个较小的波段，这种选择对于均匀波段是达不到的。这两种选择中每一种的实现都需要k(M+1)M个交叉点。

第二组结构选择基于单平面结构。波段解汇聚器的输出可由单个光交换机交换，或者下路到OEO。下路到OEO的波段可由剔除器(deselector)和选择器处理(图22)，或者在它们解复用成波长之后发送到光交换机(图23)。后一种选择与所讨论的均匀波段解决方案相似，而前一种选择提供了基于非均匀波段的更为有效的OEO端口利用。这可通过更好地共享OEO端口来实现：由于必须下路到OEO的波段具有不同大小，有可能同时下路几个较小的波段，这种选择对于均匀波段是达不到的。图23中的符号B_j ^*和B_j ^**代表下路和上路的波段。这两种选择中每一种的实现都需要(kM+n)²个交叉点。

第三组结构选择基于多平面结构。波段解汇聚器的输出可由K个并行光交换机交换(第i个并行交换机处理所有输入光纤中的相同波段B_i)，或者下路到OEO。下路到OEO的波段可由Lambda交换机处理(图24)，或者在解复用成波长之后，发送到光交换机(图25)。后一种选择与所讨论的均匀波段解决方案相似，而前一种选择提供了基于非均匀波段的更为有效的OEO端口利用。这可通过更好地共享OEO端口来实现：由于必须下路到OEO的波段具有不同大小，有可能同时下路几个较小的波段，这种选择对于均匀波段是达不到的。这两种选择中每一种的实现都需要k(M+n)²个交叉点。

还可能按照所处理的波长间隔，进一步将DWDM汇聚器和解汇聚器分为三类：

·宽带WDM(BWDM)合并和分离完全分立的波长组，例如1310nm和1550nm信道，或者850nm和1310nm信道。应用于无源光网络(PON)和双向视频传输。

·稀疏WDM(CWDM)合并和分离中心到中心间隔大于200GHz，它等价于1.6nm的波长信道。典型的应用为波长间隔大约为20nm的城域网。

DWDM合并和分离相邻波长信道。DWDM将在波长间隔为25GHz(0.2nm)，50GHz(0.4nm)，100GHz(0.8nm)和200GHz(1.6nm)，并且在大约1475nm到1550nm的“S”波段，“C”波段和“L”波段上具有总计多于320个波长的下一代光网络中起主要作用。

作为可重新设置的(解)汇聚器的另一特征，可以有选择地设置均匀和非均匀波段，如图26所示。此处，非均匀波段λ_25-26，λ_27-28，λ_29-30和λ_31-32经过两次选择操作。在第一光选择器处，确定是否有必要对波段进行进一步解析。如果不需要，则如同输出到一根光纤的λ_25-26情形，不施加任何波长分离。否则，将波段分解成可能重新组合成用于处理和/或传输的适当波段或波长的单个波长成分。光波段滤波器和光选择器的这种级联允许分层粒度级，从而提高了效率和灵活性。

本发明包括了由新型非均匀波段(解)汇聚器和两类交换机：波段(光学透明的)交换机和波长(不透明OEO)交换机，组成的混合光学系统。解汇聚器用于形成非均匀波段，其性能优势可与均匀波段相媲美。最后，提出了组合非均匀波段的用于分层混合光交叉连接系统的多种结构选择，并改善了OEO端口的使用。

虽然这里描述了本发明的最佳实施例，但本领域技术人员将能理解，在不偏离本发明精神和范围的条件下，可以进行多种变形。

Claims (28)

1.一种包含光交换机的光交叉连接系统中的光学解汇聚器，其中，所述光学解汇聚器接纳载有多个(n)由不同波长调制光信道以产生多组光学信道的输入线，所述多组光学信道与光交换机连接，用于交换，

其特征在于，在经由光交换机传输之前对波长进行分组；

所述解汇聚器将多个光信道至少分成第一组光信道，它们具有第一数量不同调制波长，和第二组光信道，它们具有第二数量不同调制波长，其中所述第一和第二数量的值彼此不同；并且

所述解汇聚器还包括光选择器，用以动态地形成所述第一和第二组光信道，以便随时间改变该第一和第二组光信道。

2.如权利要求1所述的光学解汇聚器，其特征在于，所述第一和第二数量不同调制波长中的至少一个包括多个具有非邻接调制波长的光信道。

3.如权利要求1所述的光学解汇聚器，其特征在于，

所述多个(n)光信道包括至少八个不同的调制波长，并且

所述第一数量包括大于0.25n个调制波长的整数值，所述第二数量包括小于0.25n个调制波长的非零整数值。

4.如权利要求3所述的光学解汇聚器，其特征在于，所述多个光信道包括八个调制波长，这些波长被分成所述具有三个调制波长的第一数量，所述具有一个调制波长的第二数量，以及各具有两个调制波长的第三和第四数量。

5.如权利要求3所述的光学解汇聚器，其特征在于，所述多个光信道包括十六个调制波长，这些波长被分成所述具有五个调制波长的第一数量，所述具有三个调制波长的第二数量，具有六个调制波长的第三数量，以及具有两个调制波长的第四数量。

6.如权利要求1所述的光学解汇聚器，其特征在于，所述多个光信道包括十六个调制波长，这些波长被分成所述具有四个调制波长的第一数量，所述具有两个调制波长的第二数量，两个具有三个调制波长的第三数量，以及四个具有一个调制波长的第四数量。

7.如权利要求3所述的光学解汇聚器，其特征在于，所述第一数量包括一个至少0.5n调制波长数的整数值，所述第二数量包括一个0.25n或更少调制波长数的非零整数值。

8.一种光交叉连接系统，接纳载有多个由不同波长调制光信道的输入线，其特征在于，所述交叉连接系统具有光学解汇聚器功能和光交换机功能，所述交叉连接系统包括：

光学解汇聚器，该光学解汇聚器包括：

第一滤波器，用于根据调制波长对多个光信道中的一个或多个进行隔离；

光选择器，用于动态地将该第一滤波器输出的多个光信道分成至少第一组光信道和第二组光信道，以便随时间改变该第一和第二组光信道；

所述解汇聚器将多个光信道至少分成第一组光信道，它们具有第一数量不同调制波长，和第二组光信道，它们具有第二数量不同调制波长，其中所述第一和第二数量的值彼此不同；

所述交叉连接系统还包括：

光交换机，用于将所述第一组引导到第一输出光纤，将所述第二组引导到第二输出光纤；

所述光选择器形成所述第一和第二组光信道，使所述第一组的光信道数不同于第二组的光信道数；并且

在经由光交换机传输之前对波长进行分组。

9.根据权利要求8所述的光交叉连接系统，其特征在于，还包括控制装置，以便以流量模式为基础，控制光交换机，将第一和第二组多个光信道引导到第一和第二输出光纤。

10.根据权利要求9所述的光交叉连接系统，其特征在于，还包括光-电-光交换机，用于将多个光信道中至少一个转换为电信号，并且在输出到第一和第二输出光纤之一之前，将该电信号重新转换为光信号。

11.根据权利要求10所述的光交叉连接系统，其特征在于，所述控制装置控制所述光选择器，将多个光信道中的一个引导到光-电-光交换机。

12.根据权利要求11所述的光交叉连接系统，其特征在于，所述控制装置控制所述光-电-光交换机，将转换后的光信号引导到该光交换机。

13.根据权利要求8所述的光交叉连接系统，其特征在于，所述各光信道经由相应的第一和第二光合波器耦合到所述第一和第二输出光纤。

14.根据权利要求13所述的光交叉连接系统，其特征在于，还包括光-电-光交换机，用于将多个光信道中的一个转换成电信号，并在输出到所述第一和第二输出光纤之一以前，将该电信号转换成光信号，所述被转换的光信号直接输入所述第一和第二光合波器之一，而没有通过所述光交换机。

15.根据权利要求13所述的光交叉连接系统，其特征在于，还包括光-电-光交换机，用于将新的信号上路到所述第一和第二输出光纤之一，所述新信号来自于输入线外部，并且该新信号直接输入第一和第二合波器之一，而没有通过所述光交换机。

16.根据权利要求10所述的光交叉连接系统，其特征在于，所述光-电-光交换机具有n个输入连接，这里的n小于所述输入线多个光信道数的一半。

17.根据权利要求8所述的光交叉连接系统，其特征在于，所述光选择器用于动态地形成所述第一和第二组光信道，以便随时间改变第一和第二组光信道。

18.根据权利要求8所述的光交叉连接系统，其特征在于，所述光选择器形成所述第一和第二光信道中的至少之一，以包含非邻接的调制波长。

19.根据权利要求17所述的光交叉连接系统，其特征在于，还包括控制装置，用于控制该光交换机，以流量模式为基础，将多个光信道引导到第一和第二输出光纤，这里所述控制装置控制所述光选择器，将所述多个光信道中的至少一个引导到光-电-光交换机。

20.根据权利要求19所述的光交叉连接系统，其特征在于，所述光-电-光交换机接收所述多个光信道中的至少一个，并将所接收的信号转换成电信号，再将该电信号重新转换成光信号；所述控制装置控制该光-电-光交换机，以将所述被转换的光信道引导到所述光交换机。

21.根据权利要求18所述的光交叉连接系统，其特征在于，还包括控制装置，控制所述光交换机，以流量模式为基础，将多个光信道引导到所述第一和第二输出光纤，这里所述控制装置控制该光选择器，将所述多个光信道当中的至少一个引导到光-电-光交换机。

22.根据权利要求21所述的光交叉连接系统，其特征在于，所述光-电-光交换机接收所述多个光信道中的至少一个，并将所接收的信号转换成电信号，再将该电信号重新转换成光信号；所述控制装置控制该光-电-光交换机，将所述被转换的光信号引导到所述光交换机。

23.根据权利要求8所述的光交叉连接系统，其特征在于，还包括控制装置，以流量模式为基础，控制所述光交换机，将多个光信号引导到所述第一和第二输出光纤，这里所述的控制装置控制该光选择器，将多个光信道中的至少一个引导到光-电-光交换机。

24.根据权利要求23所述的光交叉连接系统，其特征在于，所述光-电-光接收所述多个光信道中的至少一个，并将所接收的信号转换成电信号，再将该电信号重新转换成光信号；所述控制装置控制该光-电-光交换机，将所述所转换的光信号引导到所述光交换机。

25.一种光交叉连接系统，其特征在于，它包括：

权利要求1-3任一项所述的解汇聚器；和

光交换机，用于交换第一和第二组光信道。

26.如权利要求25所述的光交叉连接系统，其特征在于，还包括：

对以下至少之一进行控制的控制装置：

由所述解汇聚器形成第一和第二组光信道，和切换所述第一和第二组光信道。

27.一种光交叉连接系统的控制方法，所述连接系统接纳由多个不同波长调制之光信道的输入线，其中所述光交叉连接系统具有光学解汇聚器功能和光交换机功能，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

在经由光交换机传输之前对波长进行分组；

按调制波长分离所述多个光信道；

由光选择器动态地将分离后的多个光信道按组至少分成第一组光信道和第二组光信道，以便随时间改变该第一和第二组光信道；

将所述第一组光信道送到第一输出光纤，并将所述第二组光信道送到第二输出光纤；

其中将所述第一和第二组光信道形成为使所述第一组的光信道数不同于第二组的光信道数。

28.如权利要求27所述的光交叉连接系统的控制方法，其特征在于，还包括控制单元，使所述光交换机根据流量模式将所述第一组和第二组光信道送到第一和第二输出光纤。

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