CN1331319C - 一种严格无阻塞波分多址交叉连接设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种使用相对较少数量的波长互换器的严格无阻塞WDM交叉连接。WDM交叉连接使用n₁k₁个波长互换器。每个波长互换器正好连接该中间结构的一个输入端口，而该中间结构的每个输入端口正好连接一个波长互换器。WDM交叉连接的输入光纤连接该交叉连接的k₁个光学开关，k₁个光学开关将n₁个波长分离到n₁根光纤上，这些光纤又被输入到相应的波长互换器。因此，每个波长互换器正好接收n₁根光纤。该中间结构的输出端口连接k₂根输出光纤。

Description

一种严格无阻塞波分多址交叉连接设备

技术领域

本发明涉及用于光学网络的一种波分多址(WDM)交叉连接设备，尤其是涉及可以被配置成严格无阻塞的WDM交叉连接设备。

背景技术

波分多址(WDM)交叉连接设备，在下文中称为WDM交叉连接，是一种由各种光学组件连接而成的光纤网络，它允许一组输入光纤连接一组输出光纤。网络中的每根光纤能支持约n个波长信道。换句话说，任何时候沿一根光纤最多能传输n个信号，每个信号所用的波长不相同。WDM交叉连接可以通过将一根输入光纤上的一个波长信道连接到一个输出光纤上的一个不同波长信道，来执行波长互换。WDM交叉连接包括一些组件，能将一个输入波长信道切换到一根输出光纤上的任何不同的波长信道。这些组件通常称为波长互换器。

WDM交叉连接的另一种组件称为光学切换。一个光学切换具有任意数量的光纤出入其中，而且任何输入光纤上的任何波长信道可被切换到任何输出光纤上的同一波长信道，这是假定该波长信道未被使用。WDM交叉连接也包含光纤，它们在各节点连接光学切换和波长互换器。光纤提供通过WDM交叉连接的有向路径，即意思是，任何光纤上的信号只前向通过交叉连接，而且信号自身始终不会相遇。

当在WDM交叉连接中请求一个连接时，WDM交叉连接必须执行两个基本任务。首先，在WDM交叉连接中必须寻找一条从所请求输入光纤到所请求输出光纤的路由或路径。第二，对于路由中的每根光纤，必须分配一个未使用的波长信道，以便(1)分配到输入和输出光纤上的波长信道为所请求波长信道，以及(2)分配到路由中任何两根相邻光纤上的波长信道相同，否则就存在一个波长互换器连接两根相邻光纤。

WDM交叉连接已被提出具有“无阻塞”特性。术语“无阻塞”对应于WDM交叉连接满足连接请求的能力，即不会由于无可用路由或波长信道而“阻塞”请求。有些这样的WDM交叉连接被重新配置为无阻塞，这意味着满足新连接的请求可能要求改变已配置连接的路径和/或波长信道。在一个WDM交叉连接中，不希望中断连接来创建新连接，因为这样做要求缓冲要重配置的连接。

WDM交叉连接在连接请求可通过交叉连接路由，但路由最初一组请求后接收的任何附加请求可能要求之前被路由的某些请求被重新路由的情况下，可认为路径(pathwise)是可重组无阻塞的。一些WDM交叉连接被认为是路径广义无阻塞。这些WDM交叉连接应用一种路由算法，它能满足任何连接请求和撤消序列，而不用中断当前被路由的任何请求。路径严格无阻塞交叉连接被认为能通过交叉连接来路由任何一组请求，而不用中断与前面的请求相关的路由。

请求一个连接不仅要求一个从输入光纤到输出光纤的路由，而且要求沿该路由的波长信道分配只在波长互换器改变波长信道，以及在所请波长信道开始和结束。在输入和输出光纤的波长信道之间的这些连接请求通常称为需求(demand)。当紧随前面一个被路由的需求而再做出需求时，与前面被路由需求相关的路由和/或波长信道分配可能需要改变。波长重配置无阻塞、波长广义无阻塞以及波长严格无阻塞的定义，分别类似于上面所提供的路径配置组无阻塞、路径广义无阻塞以及路径严格无阻塞的定义。

同时路径和波长严格无阻塞的WDM交叉连接，在下文中称为严格无阻塞WDM交叉连接。有一种已知类型的严格无阻塞WDM交叉连接，能处理新的连接请求而不用中断已存在的连接，利用的是k logk波长互换器，k对应于输入光纤和输出光纤的数量。因此，在这种类型的WDM交叉连接中所用的波长互换器数量相当大。由于WDM交叉连接的整个成本主要归因于与波长互换器相关的成本，因此希望能将结合到WDM交叉连接中的波长互换器的数量减少到最小。因此，希望提供一种严格无阻塞交叉连接，它能使WDM交叉连接具有严格无阻塞特性时所需提供的波长互换器的数量最小。

图1为通常称为标准设计WDM交叉连接的WDM交叉连接1的方框图。位于WDM交叉连接1的输入光纤3和输出光纤4之间的中间结构(fabric)2，包括多个节点(未示出)以及互连这些节点的多根光纤(未示出)。每个节点包括一个波长量化间隔切换，用于将由转换结构2接收的输入光纤3的信号切换到所选输出光纤4。WDM交叉连接1包括一个控制器6，用于控制结构2和波长互换器5的操作。控制器6使得波长量化间隔切换能选择一根适当的输出光纤4，以便路由到输出光纤4的信号波长不同于已位于输出光纤4上的一个信号的波长。

WDM交叉连接1包括k个波长互换器5，k为等于输入光纤3和输出光纤4数量的正整数。每个波长互换器5连接一根输入光纤3。每根输入光纤3能同时传送n个波长(从λ₁到λ_n)的信号，λ表示波长，而n为正整数。因此，每根输入光纤支持n个波长信道。每个波长互换器5能将输入光纤3上的一个信号波长切换到另一不同波长。中间结构2接着促使信号路由到所选的一根输出光纤4。控制器6控制波长互换器5对波长信道的选择。

图2为通常称为改进的标准设计WDM交叉连接的WDM交叉连接7的方框图。WDM交叉连接7为图1所示设计的改进，且包括一个波长互换器8与每根输出光纤4相连。WDM交叉连接7包括2k个波长互换器。连接输出光纤4的附加的波长互换器8使得任何一根输出光纤上的一个信号所使用的波长信道能互换。这使得指定一个特定输出波长的需求能被处理，这与图1所示的WDM交叉连接1的情况不同。

附加的波长互换器8使得WDM交叉连接7具有改进的通用性。然而，WDM交叉连接7使用2k个波长互换器，与图1所示的WDM交叉连接1的成本相比，这大大增加了交叉连接的成本。交叉连接1和7最好重配置无阻塞。

发明内容

因此，需要一种严格无阻塞的WDM交叉连接设计，它能使WDM交叉连接具有严格无阻塞特性时所需提供的波长互换器的数量最少。还需要一种WDM交叉连接，它适用于异构型网络，即由不同生产厂家生产的子网络所组成的网络。根据本发明，WDM交叉连接的输入和输出光纤数量可以不同，或者WDM交叉连接的输入和输出波长数量可以不同。此外，输入波长可不同于输出波长。因此，在下游设备或子系统要求不同波长、不同数量的波长、不同数量的光纤、每根光纤具有不同数量的波长等情况下，本发明的WDM交叉连接可满足这些需要，而且可以以严格无阻塞方式实现。

根据本发明，提供了一种波分多址WDM设备，所述设备包括：

一个中间结构，具有数值为(n₁×k₁)个输入端口，以及k₂个输出端口，其中n₁、k₁和k₂均为整数，每个所述输出端口光学耦合到与所述中间结构相关的输出光纤，所述中间结构能选择与此相关的输出光纤，在所述中间结构的输入端口接收的信号将被在所述输出光纤上路由；

k₁个光学开关，所述k₁个光学开关中每个光学开关光学耦合到与WDM设备相关的输入光纤，所述k₁个光学开关中每个光学开关光学耦合到所述光学开关的n₁根输出光纤；以及

多个波长互换器，每个波长互换器具有输入端口和输出端口，每个波长互换器在其输入端口光学耦合到所述k₁个光学开关中相应一个光学开关的一根相应的输出光纤，并且每个输出端口光学耦合到所述中间结构的一个输入端口，每个所述波长互换器在所述波长互换器的输入端口接收波长，并且将所述波长转换为用于所述波长互换器的输出端口的不同波长，每个波长互换器选择这样一个波长，即所述波长是在耦合到所述波长互换器的输入端口的光纤上传递的信号通过所述中间结构传输时所使用的波长

根据本发明，还提供了一种波分多址WDM设备，所述设备包括：

第一中间结构，具有至少一个输入端口和至少一个输出端口，所述至少一个输入端口中每个输入端口光学耦合到与所述第一中间结构相关的相应输入光纤，所述至少一个输出端口中每个输出端口光学耦合到相应的输出光纤；

至少一个波长互换器，所述至少一个波长互换器中每个波长互换器具有输入端口和输出端口，所述至少一个波长互换器中每个波长互换器的输入端口光学耦合到所述第一中间结构的相应输出光纤，其中所述波长互换器在所述波长互换器的输入端口接收波长，并且将所述波长转换为用于所述波长互换器的输出端口的不同波长；以及

第二中间结构，具有至少一个输入端口和至少一个输出端口，所述第二中间结构的所述至少一个输入端口中每个输入端口光学耦合到所述第二中间结构的相应输入光纤，所述第二中间结构的每根相应输入光纤光学耦合到所述至少一个波长互换器的相应一个波长互换器的输出端口，所述第二中间结构的所述至少一个输出端口中每个输出端口光学耦合到与所述第二中间结构相关的相应输出光纤，而且与所述第一中间结构相关的输入光纤数量并不等于与所述第二中间结构相关的输出光纤数量。

根据本发明，还提供了一种波分多址WDM设备，所述设备包括：

第一中间结构，具有k₁个输入端口和(k₁+k₂)-1个输出端口，每个输入端口光学耦合到与所述第一中间结构相关的输入光纤，每个输出端口用于光学耦合到与所述第一中间结构相关的输出光纤，所述第一中间结构选择这样一根输出光纤，即在输入光纤上接收的信号将被在所述输出光纤上路由；

多个波长互换器，每个波长互换器具有输入端口和输出端口，每个波长互换器在其输入端口光学耦合到与所述第一中间结构相关的相应输出光纤，每个波长互换器选择这样的波长，即所述波长是在与所述波长互换器的输入端口耦合的光纤上传递的信号通过与所述波长互换器的输出端口耦合的输入光纤传输时所使用的波长；以及

第二中间结构，具有(k₁+k₂)-1个输入端口和k₂个输出端口，所述第二中间结构的每个输入端口通过所述第二中间结构的输入光纤，光学耦合到一个相应波长互换器的输出端口，所述第二中间结构中的每个输出端口光学耦合到与所述第二中间结构相关的输出光纤，所述第二中间结构选择所述第二中间结构的这样一根输出光纤，即在所述第二中间结构的输入光纤上传递的光学信号将被在所述输出光纤上路由，其中k₁为等于与所述第一中间结构相关的输入光纤数量的整数，其中k₂为等于与所述第二中间结构相关的输出光纤数量的整数。

本发明提供一种使用相对较少数量的波长互换器的严格无阻塞WDM交叉连接。本发明提供了用于严格无阻塞WDM交叉连接的两个实施例，每个实施例能使用不同数量的输入和输出光纤。本发明的WDM交叉连接的第一个实施例使用n₁k₁个波长互换器，而第二个实施例使用(k₁+k₂)-1个波长互换器，在此k₁、n₁和k₂为整数，分别等于交叉连接的输入光纤数、交叉连接的每根输入光纤所传送的波长数，以及交叉连接的输出光纤数。根据第一个实施例，n₁k₁个波长互换器用于k₂大于k₁的情形。在k₁大于或等于k₂的情形下，根据第一个实施例的WDM交叉连接通过使用n₂k₂个波长互换器可变得严格无阻塞。

根据第一个实施例，对于k₂大于k₁的情形，WDM交叉连接包括一个中间结构、n₁k₁个波长互换器以及k₁个光学开关。每个波长互换器正好连接该中间结构的一个输入端口，而该中间结构的每个输入端口正好连接一个波长互换器。WDM交叉连接的输入光纤连接交叉连接的k₁个光学开关，光学开关将n₁个波长分离到n₁根光纤上，这些光纤被输入到各自的波长互换器。因此，每个波长互换器正好接收n₁根光纤。中间结构的输出端口分别连接k₂根相应的输出光纤。类似的WDM交叉连接设计可用于k₁大于k₂的情形，但需要n₂k₂个波长互换器和k₂个光学开关与该中间结构组合，以成为交叉连接严格无阻塞。本领域的技术人员将会理解，能提供这个可选结构的配置方式。

根据本发明的另一实施例，WDM交叉连接包括两个中间结构，以及互连这两个中间结构的一个或多个波长互换器。根据这个实施例的交叉连接通过使用(k₁+k₂)-1个波长互换器可变得严格无阻塞，k₁和k₂分别对应于WDM交叉连接的输入和输出光纤数。

根据这两个实施例，严格无阻塞WDM交叉连接的输入和输出光纤数可以不相等，尽管没有要求他们不相等。这使得本发明的WDM交叉连接能与WDM交叉连接的下游设备一起使用，该下游设备用于接收数量不同于WDM交叉连接所接收输入光纤数的输入光纤。

附图说明

通过下面的描述、附图和权利要求书，本发明的这些及其它特征和优点对本领域的技术人员来说将变得更为清晰。

图1为称为标准设计交叉连接的WDM交叉连接的方框图。

图2为称为改进的标准设计交叉连接的WDM交叉连接的方框图。

图3为根据第一个实施例的本发明的严格无阻塞WDM交叉连接的方框图。

图4为根据第二个实施例的本发明的严格无阻塞WDM交叉连接的方框图。

具体实施方式

本发明的这两种WDM交叉连接设计使得WDM交叉连接能耦合于不同数量的输入和输出光纤，即输入光纤对输出光纤之比或小于1，或大于1。这在位于WDM交叉连接下游的设备适合于接收输入光纤数量不同于WDM交叉连接所接收的输入光纤数量的情形下尤其有用。本发明的WDM交叉连接在使用不同数量的输入和输出光纤时，能变得严格无阻塞。因此，本发明的这两种WDM交叉连接将被描述为具有不同数量的输入和输出光纤。然而，本领域的技术人员会理解，这是本发明的优势所在，而不是要求。本发明的WDM交叉连接可使用相同数量的输入和输出光纤，而且仍能实现严格无阻塞。

在描述本发明的两种WDM交叉连接之前，通常用于描述WDM交叉连接特性的变量将被定义。接着将提供对本发明的WDM交叉连接的详细描述，这包括使用这些变量，以及证明本发明的WDM交叉连接的严格无阻塞特征的证据。

支持n₁＞1个输入波长，和n₂＞1个输出波长的k₁×k₂ WDM交叉连接，可定义为由C＝(V，A，A)表示的有向非环形图，在此V为一组节点，A为节点之间的一组弧线，{λ₁，λ₂，...，λ_n1}为一组可用输入波长，{ξ₁，ξ₂，...，ξ_n2}为一组可用输出波长，k₁为等于输入光纤数的整数，而k₂为等于输出光纤数的整数。一条弧线通常被视为对应于一根有单个方向的光纤，信号被允许沿该方向传播。节点组V被分成4个子组，即输入节点组I，输出节点组O，光学开关组S，以及波长互换组W。组I包括k₁个节点，而组O包括K₂个节点。组I中的每个节点的入角度为0，出角度为1，而组O中的每个节点出角度为0，入角度为1。从组I中的一个节点出去的一条弧线对应于一根输入光纤，而进入到组O中的一个节点的一条弧线对应于一根输出光纤。组W中的一个节点的入角度为1，出角度为1，而组S中一个节点的入角度和出角度均不受限制，尽管在当前的试验中，它们的输入角度和输出角度可能等于2。

由有向环形图给定的交叉连接的拓扑结构通常称为交叉连接结构。然而，这个结构的定义假定波长互换器为该结构的一部分。根据本发明，该结构被认为是独立于波长互换器的。因此，根据本发明，该结构包括光学开关、光纤以及包含该结构，但不包含波长互换器的节点。

一个需求d被定义为4元组(w，x，y，z)，在此w为输入节点，x为波长，y为输出节点，而z为波长。波长x和z将分别称为输入和输出波长。在交叉连接C中路由r为从组I中的一个节点到组O中的一个节点的有向路径。沿路由r中的每根光纤，分配n个波长中的一个波长，以便相邻光纤被分配相同波长，除非光纤的通用节点在组W中。需求d＝(w，x，y，z)的路由，为从输入节点w到输出节点y的路由，以便在对应的输入光纤上，该路由被分配波长x，而在对应的输出光纤上，路由被分配波长z。

有效需求组为一组满足下面条件的需求：

(i)对于每个输入节点a，以及每个波长λ，至多有一个需求，其a为输入节点，同时λ为输入波长；以及

(ii)对于每个输出节点b，以及每个波长λ，至多有一个需求，其b为输出节点，同时λ为输出波长。

如果存在一组路由R＝{r₁，r₂，...，r_m}，需求组D＝{d₁，d₂，...，d_m}被认为能满足交叉连接，在此：

(i)r_i为对d_i的路由，1≤i≤m；以及

(ii)如果对某些值i≠j，r_i和r_j共用某一光纤f，那么它们必须被分配沿光纤f的不同波长。这种路由组R被称为需求组D的一个有效路由，而R被认为能满足D。如果需求di通过波长互换器Wi_i路由，那么波长互换器Wi_i服务于一个特定需求d_i。

图3所示的本发明的WDM交叉连接10最好以每个可能请求分配一个专用波长互换器的方式组织。波长互换器11由图3中的Os表示。每根输入光纤12传送n₁个波长。输入光纤12总数为k₁，k₁为正整数。每根输入光纤12耦合于波长量化间隔开关13，波长量化间隔开关13分离输入光纤12上所传送的波长，并将每个波长放置在其中一根光纤14上。光纤14耦合于波长互换器11的输入端口，波长互换器的输入端口又与结构21的输入端口耦合，结构21路径严格无阻塞。

一个控制器(未示出)与波长互换器11和结构21通信，并控制WDM交叉连接的这些组件的操作(例如，波长和路径选择)。结构21严格无阻塞。业已知道设计严格无阻塞的结构。因此，在此不再讨论设计和/或选择一种合适结构的方式。本发明并不限制于本发明的WDM交叉连接所使用的特定结构设计。

WDM交叉连接10有k₂个输出端口，分别连接相应的k₂根输出光纤15，k₂为正整数。由于可用输入波长的数量为n₁，而输入光纤的数量为k₁，因此在任何有效需求组中的需求最大数量不超过n₁k₁。每个波长互换器11可正好接收来自一个输入光纤12的信号，而且来自每根输入光纤12的信号正好可由n₁个波长互换器11接收。任何输入光纤12和任何波长互换器11之间的路径，由从输入光纤12到1×n₁波长量化间隔开关13，接着到一根专用光纤14，再到一个波长互换器11的路径定义。

图3所示的WDM交叉连接使用n₁k₁个波长互换器，以便严格无阻塞。这种数量的波长互换器在k₂大于k₁的情形下需要。如上所述，在k₁大于k₂的情形下，需要n₂k₂个波长互换器以实现WDM交叉连接严格无阻塞。由于本领域的技术人员会理解这两种结构实现的方式，因此为简洁起见，在此只描述和证实k₂大于k₁的情况。

下面是证明以这种方式配置的WDM交叉连接10严格无阻塞的一个证据。该证据所用的数学符号和术语在WDM交叉连接技术理论和设计上是公知的。因此，在此不提供讨论中所使用的这些符号和术语的详细描述。本领域的技术人员会理解，与在此讨论中所使用的这些符号和术语相关的意义。

证据：让C为一个WDM专用交叉连接，C中波长互换器的数量为n₁k₁，如同图3所示的WDM交叉连接10的情况一样。为证明C为严格无阻塞，就必须证明对于一个有效需求组D中的任何有效路由R，以及对于任何有效需求dD，对需求d有一个有效路由。令d＝(a，λ₁，b，λ₂)，在此d为一个需求，a和b分别表示输入光纤12和输出光纤15。λ₁和λ₂表示沿该路由所使用的波长。对需求d的一个路由，由从输入光纤a(12)到某一波长互换器WIi(11)的路径表示，它与路由使用输入波长λ₁的需求组D中的需求所用的所有路径边缘分离。

一根输入光纤a(12)和任何波长互换器11之间路径的可能共用的唯一部分，为对应于输入光纤a(12)的路径部分。由于需求组D为有效需求组，而且需求d对需求组D是有效的，因此来自输入光纤a(12)的任何可用路径，必须从路由也使用输入波长λ₁的其他需求的所有其它路径中边缘分离。交叉连接C(10)的结构为，对于任何给定输入光纤12，存在只能从特定输入光纤12到达的n₁个波长互换器WI_i(11)。由于没有一根输入光纤12能满足n₁个以上需求，因此必须至少有一个波长互换器WI_i(11)只能从不服务一个需求的输入光纤a(12)到达。

由于结构21严格无阻塞，因此从波长互换器WI_I到输出光纤b(15)必须有一个路径，需求d利用输出波长λ₂可沿该路径路由。因此，交叉连接C(10)在路径和波长上能同时满足任何新的有效需求，因而严格无阻塞。因此，包括n₁k₁个波长互换器的WDM交叉连接10严格无阻塞。然而，在某些情况下，WDM交叉连接10可能请求的波长互换器数量多于提供严格无阻塞WDM交叉连接所完全必须的。图4所示的WDM交叉连接20在某些情况下可能是更为合适的交叉连接设计。当只使用(k₁+k₂)-1个波长互换器时，WDM交叉连接20可变得严格无阻塞，然而图3所示的WDM交叉连接10要求n₁k₁个波长互换器，以成为严格无阻塞。如果n₁远大于2，而且如果k₁＝k₂，那么n₁k₁＞＞(k₁+k₂)-1。

因此，在n₁k₁大于(k₁+k₂)-1的情况下，图4所示的严格无阻塞WDM交叉连接20可能是更合适的设计，因为它只要求(k₁+k₂)-1个波长互换器。本领域的技术人员会理解，根据在此提供的讨论，可确定采用图3所示的设计，还是采用图4所示的设计。

参考图4讨论本发明的WDM交叉连接的第二个实施例。根据这个实施例，交叉连接10中的中间结构被分成两部分，即第一结构21和第二结构22。结构21和22经一个或多个波长互换器23互连。这两部分在下文中将称为结构F1和结构F2。结构F1和F2包括光学开关和光纤。在这两个结构中，光纤在节点处连接光学开关。结构F1和F2并不包括用于改变任何信号波长的任何设备。

WDM交叉连接20的工作受控制器25的控制，例如控制器25可以是用适当软件编程的微处理器。控制器25可不同于或类似于图3所示的交叉连接10所使用的控制器。

WDM交叉连接20与k₁根输入光纤24和k₂根输出光纤26耦合。第一结构F1有k₁个输入端口和(k₁+k₂)-1个输出端口。第二结构F1有(k₁+k₂)-1个输入端口和k₂个输出端口。结构F1的每个输出端口光学耦合于一根输入光纤24。第二结构F2的每个输出端口光学耦合于一根输出光纤26。(k₁+k₂)-1根光纤27使第一结构F1的输出端口与波长互换器23的输入端口光学耦合。(k₁+k₂)-1根光纤28使波长互换器23的输出端口与第二结构F2的输入端口光学耦合。

根据本发明的这个实施例，只需要(k₁+k₂)-1个波长互换器(WIs)就能使WDM交叉连接20严格无阻塞，即路径和波长的同时严格无阻塞。这对只指定输入波长、或同时指定输入和输出波长的需求是真实的。任何从输入光纤24到输出光纤26的有向路径将确切地通过一个波长互换器23。因此，路由能改变波长的唯一位置是在沿该路由的有向路径的一个波长互换器23上。因此，需求(a，λ₁，b，λ₂)的路由将被分配来自输入光纤a(24)的波长λ₁，直到它到达波长互换器23，在此点，可能为通过交叉连接20和输出光纤b(26)的路由的其余部分分配波长λ₂。因此，对任何需求的波长分配完全取决于该需求。

下面陈述的证据证明，本发明的交叉连接20同时路径严格无阻塞和波长严格无阻塞。为表明交叉连接20严格无阻塞，假定结构F1和F2同时路径严格无阻塞。该证据接着证明WDM交叉连接20严格无阻塞。如同上面所讨论的证据一样，这个证据使用WDM交叉连接技术理论和设计上公知的数学符号和术语。因此，在此不再详细描述讨论中所使用的这些符号和术语。

证据：如前所述，为证明WDM交叉连接C严格无阻塞，就必须证明，对于一个有效需求组D中的任何有效路由R，以及对需求组D有效的任何需求d＝(a，λ₁，b，λ₂)，存在需求d的一个有效路由。由于F1和F2同时路径无阻塞，如果WI_i为具有可用输入波长λ₁和可用输出波长λ₂的任何波长互换器，那么存在一条从输入光纤a(24)到W1_i，以及从W1_i到输出光纤b(26)的路径，该路径不与R中任何路由的输出方共用边缘，以及不与R中任何路由的输入方共用边缘。因此，所需用来证明WDM交叉连接C严格无阻塞的只是，至少存在一个波长互换器WI_i，它有一个可用输入波长λ₁和一个可用输出波长λ₂。

由于在任何有效需求组中，不存在多于k₁个需求使用相同输入波长，也不存在多于k₂个需求使用相同输出波长，因此在需求组D中，最多能有k₁-1和k₂-1个需求分别使用输入波长λ₁和输出波长λ₂。因此，至少有1个(即，k₁+k₂-1-(k₁+k₂-2)＝1)波长互换器WI_i能服务输入波长为λ₁和输出波长为λ₂的一个需求。

只要k₂≤(n₁-1)k₁，那么k₁+k₂-1＜n₁k₁，而且图4所示的WDM交叉连接的使用，将导致使用的波长互换器数量少于图3所示的WDM交叉连接所要求使用的数量。另一方面，如果k₂＞(n₁-1)k₁，那么图3所示使用的WDM交叉连接将导致使用的波长互换器数量较少。因此，在确定使用哪种设计时，应考虑这两个设计中哪个设计使用的波长互换器数量更少。

本发明已参考优选实施例进行了描述。然而，本领域的技术人员会理解，本发明并不限制于在此明确描述的实施例。本领域的技术人员会理解，对上面讨论的实施例可进行各种改进，而不偏离本发明的范围。还应理解的是，本发明并不限制于创建本发明的交叉连接10所用的各种组件。本领域的技术人员会理解，可利用各种不同组件来生产结构F1和F2，以及波长互换器13。本领域的技术人员还会理解，可利用各种不同的控制器来构成控制器15。本领域的技术人员会理解，一个适当控制器可选择和实现的方式，用于控制交叉连接10的工作。

Claims (10)

1.一种波分多址WDM设备，所述设备包括：

一个中间结构，具有数值为(n₁×k₁)个输入端口，以及k₂个输出端口，其中n₁、k₁和k₂均为整数，每个所述输出端口光学耦合到与所述中间结构相关的输出光纤，所述中间结构能选择与此相关的输出光纤，在所述中间结构的输入端口接收的信号将被在所述输出光纤上路由；

k₁个光学开关，所述k₁个光学开关中每个光学开关光学耦合到与WDM设备相关的输入光纤，所述k₁个光学开关中每个光学开关光学耦合到所述光学开关的n₁根输出光纤；以及

多个波长互换器，每个波长互换器具有输入端口和输出端口，每个波长互换器在其输入端口光学耦合到所述k₁个光学开关中相应一个光学开关的一根相应的输出光纤，并且每个输出端口光学耦合到所述中间结构的一个输入端口，每个所述波长互换器在所述波长互换器的输入端口接收波长，并且将所述波长转换为用于所述波长互换器的输出端口的不同波长，每个波长互换器选择这样一个波长，即所述波长是在耦合到所述波长互换器的输入端口的光纤上传递的信号通过所述中间结构传输时所使用的波长。

2.根据权利要求1的设备，其中k₁等于与所述光学开关相关的输入光纤的数量，每个开关正好耦合到一个输入光纤，其中n₁等于在与所述光学开关相关的每根输入光纤上所传输的波长数，其中k₂等于与所述中间结构相关的输出光纤的数量，且k₁等于k₂。

3.根据权利要求1的设备，其中k₁等于与所述光学开关相关的输入光纤的数量，每个开关正好耦合到一个输入光纤，其中n₁等于在与所述光学开关相关的每根输入光纤上所传输的波长数，其中k₂等于与所述中间结构相关的输出光纤的数量，且k₁大于k₂。

4.根据权利要求1的设备，其中k₁等于与所述光学开关相关的输入光纤的数量，每个开关正好耦合到一个输入光纤，其中n₁等于在与所述光学开关相关的每根输入光纤上所传输的波长数，其中k₂等于与所述中间结构相关的输出光纤的数量，且k₂大于k₁。

5.根据权利要求1的设备，还包括：

与所述中间结构通信并且与所述波长互换器通信的控制器，所述控制器输出控制信号到所述中间结构和所述波长互换器，所述控制信号被所述中间结构和所述波长互换器用来控制它们的操作。

6，根据权利要求1的设备，其中所述设备在波长和路由方面同时严格无阻塞。

7.根据权利要求6的设备，其中每个波长互换器根据所述波长互换器从所述控制器接收的控制信号，选择将被信号使用的波长。

8.一种波分多址WDM设备，所述设备包括：

第一中间结构，具有至少一个输入端口和至少一个输出端口，所述至少一个输入端口中每个输入端口光学耦合到与所述第一中间结构相关的相应输入光纤，所述至少一个输出端口中每个输出端口光学耦合到相应的输出光纤；

至少一个波长互换器，所述至少一个波长互换器中每个波长互换器具有输入端口和输出端口，所述至少一个波长互换器中每个波长互换器的输入端口光学耦合到所述第一中间结构的相应输出光纤，其中所述波长互换器在所述波长互换器的输入端口接收波长，并且将所述波长转换为用于所述波长互换器的输出端口的不同波长；以及

第二中间结构，具有至少一个输入端口和至少一个输出端口，所述第二中间结构的所述至少一个输入端口中每个输入端口光学耦合到所述第二中间结构的相应输入光纤，所述第二中间结构的每根相应输入光纤光学耦合到所述至少一个波长互换器的相应一个波长互换器的输出端口，所述第二中间结构的所述至少一个输出端口中每个输出端口光学耦合到与所述第二中间结构相关的相应输出光纤，而且与所述第一中间结构相关的输入光纤数量并不等于与所述第二中间结构相关的输出光纤数量。

9.根据权利要求8的设备，还包括：

与所述第一中间结构、所述第二中间结构以及所述至少一个波长互换器通信的控制器，所述控制器输出控制信号到所述第一中间结构、所述第二中间结构和所述至少一个波长互换器，所述控制信号被所述第一中间结构、所述第二中间结构和所述至少一个波长互换器用来控制它们的操作。

10.一种波分多址WDM设备，所述设备包括：

第一中间结构，具有k₁个输入端口和(k₁+k₂)-1个输出端口，每个输入端口光学耦合到与所述第一中间结构相关的输入光纤，每个输出端口用于光学耦合到与所述第一中间结构相关的输出光纤，所述第一中间结构选择这样一根输出光纤，即在输入光纤上接收的信号将被在所述输出光纤上路由；

多个波长互换器，每个波长互换器具有输入端口和输出端口，每个波长互换器在其输入端口光学耦合到与所述第一中间结构相关的相应输出光纤，每个波长互换器选择这样的波长，即所述波长是在与所述波长互换器的输入端口耦合的光纤上传递的信号通过与所述波长互换器的输出端口耦合的输入光纤传输时所使用的波长；以及

第二中间结构，具有(k₁+k₂)-1个输入端口和k₂个输出端口，所述第二中间结构的每个输入端口通过所述第二中间结构的输入光纤，光学耦合到一个相应波长互换器的输出端口，所述第二中间结构中的每个输出端口光学耦合到与所述第二中间结构相关的输出光纤，所述第二中间结构选择所述第二中间结构的这样一根输出光纤，即在所述第二中间结构的输入光纤上传递的光学信号将被在所述输出光纤上路由，其中k₁为等于与所述第一中间结构相关的输入光纤数量的整数，其中k₂为等于与所述第二中间结构相关的输出光纤数量的整数。

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