CN1399494A - 用于光学传输网络信号的网络元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于光学传输网络信号的网络元件，其中用于异步OTN信号的交叉连接在内部时钟频率下在内部同步地工作。接收到的OTN信号通过塞入而同步为内部帧格式。同步信号被并行化并用开关矩阵切换，所述开关矩阵包括在内部时钟频率下工作的同步工作集成电路。在输出端，同步信号被解塞入并再次以初始比特率传输。

Description

用于光学传输网络信号的网络元件
本发明基于优先权申请EP 01 440 232.5，此申请在本文引作参考。
技术领域
本发明涉及一种用于异步光学通信信号的网络元件，此信号已根据光学传输网络(OTN)的多路传输规范组装。
背景技术
国际电信协会已在其新的建议书ITU-T G.709(再版的建议书，02/01)中对具有标记OTN(光学传输网络)的新传输网络规定了接口，此建议书在此引作参考。所述新的传输网络在将来的WDM(波分复用)网络中用于数字光学信号的高速传输。与以前的传输网络如SDH(同步数字系列)网络和SONET(同步光纤网)相反，OTN在基本异步的光学信号下工作。这意味着单个通信信号对于公共的网络定时是不同步的并且在规定范围(ρ20ppm)内具有不同比特率。
对于所述新型传输网络，网络元件现在必须开发得能切换新规定的通信信号。所述网络元件具体为光学交叉连接和增加/解除(drop)多路复用器。此种网络元件的基本特征是以任意控制的方式从任一个端口到另外任何一个端口切换通信信号的开关矩阵。
由于OTN是光学传输网络，因此，使用纯光学开关矩阵会提出其本身在网络元件中。此种矩阵有可能切换所谓的OTUK信号(光学信道传送单元，k＝1，2或3)。此种OTUK信号的特征在于它们的帧结构、比特率和带宽。然而，目前现行的纯光学开关矩阵要求大量的光学放大器和转发器，因此在技术上非常复杂并且是昂贵的，它们的容量和可靠性受限并且体积庞大。另外，还必须在通信信号的传送帧中评估和终止某种信息，这不可避免地要求电气处理。
可替换地，异步电气开关矩阵是适合的，即由大量的电气开关电路组成的开关矩阵是适合的，所述电路使得有可能在一定的带宽范围内切换任意比特率的电信号。然而，此种集成电路在目前仅仅处于开发阶段并未投入使用。OTN信号的高比特率(2.67Gbit/sec，10.71Gbit/sec，和43.12Gbit/sec)表示开发有主要技术问题的此种同步工作集成电路。
发明内容
因此，本发明的目的是详细说明一种用于切换异步光学通信信号的网络元件，其中，网络元件可以用目前的器件容易和可靠地实现。
此目的通过用于异步光学通信信号的网络元件实现，所述信号已根据多路复用规范组装并具有在规定比特率范围内的比特率。所述网络元件包括：用于把接收到的光学信号转换为电信号的O/E转换器；用于把电信号的比特率调整到内部时钟频率的整数倍的塞入器(stuffing device)，所述内部时钟频率的整数倍比规定比特率范围的上限更高；用于把塞入信号转换成指定数量的并行信号的串/并行转换器，所述并行信号具有内部时钟频率；以及，在内部时钟频率下工作用于把并行信号从任一个端口切换到其它任一个端口的同步电气开关矩阵。
有利的改进将在后附的从属权利要求书中发现。
本发明的优点在于：本发明利用已经尝试和测试很多年的ASIC技术并因此可立即投放市场；而且，本发明使得有可能实现更高比特率信号的部分切换。根据本发明，甚至有可能不必引入新型矩阵即可更新现有的OTN装置。另外，尤其有利的是本发明有可能在冗余矩阵组件之间实现无损伤切换。
附图说明
以下结合典型实施例中的唯一附图解释本发明。此图示出根据本发明的网络元件的方框电路图。
具体实施方式
本发明的基本概念是通过塞入而把接收到的异步通信信号同步化为具有稍微高一些的内部时钟频率的内部帧格式。由此同步化的信号被标准开关矩阵并行化并切换，所述矩阵包括以内步时钟频率工作的同步工作集成电路。
根据此原理工作的光学交叉连接在附图中图解示出。接收到的光学通信信号被O/E转换器(未示出)转换成电信号20、23、26，并且传送到在此称为映象器(mapper)的塞入器21、24、27。每个映象器都连接到串/并行转换器22、25、28。串/并行转换器通过并联连接部分连接到同步工作的电气开关矩阵10。在输出端，开关矩阵10后面再连接并/串行转换器32、35、38，每个并/串行转换器32、35、38都连接到在此称作去映象器的去塞入器31、34、37。去映象器的输出信号是再次具有初始比特率的异步通信信号30、33、36。然后，电输出信号30、33、36在E/O转换器(未示出)中转换成光学通信信号并传送到光学传输网络。
附图通过实例仅示出每个多路复用电平(OTU1、OTU2、OTU3)的一个输入和一个输出。然而实际上对于每个多路复用电平，交叉连接都有大量的输入和输出。在图中，所示映象器和去映象器在空间上是分隔开的，它们也可以在各个I/O卡上成对布置。
光学交叉连接具有定时系统，此系统具有其输出时钟f0传送到多个分频器的振荡器15。未分割的时钟(对应于1/1的分割比)传送到第三映象器21和去映象器31。分割比为4/1的第一分频器16产生具有四分之一初始时钟频率并且传送到第二映象器和去映象器24、34的时钟信号f0/4。分割比为16/1的第二分频器17产生具有十六分之一初始时钟频率并且传送到第一映象器和去映象器27、37的时钟信号f0/16。分割比为N/1的第三分频器18产生传送到串/并行转换器22、25、28、并/串行转换器32、35、38和开关矩阵10的时钟信号f0/N。N等于串/并行转换器28并行化因子的16倍。时钟信号f0/N提供所述矩阵工作时的内部时钟频率。
对于本发明，不需要发生真实的时钟分割。相反，适当的带间隙的时钟也满足要求。因此，4∶1分频器可以设计成在每个周期中只允许每第四个时钟脉冲通过而阻隔其它三个时钟脉冲。
光学交叉连接的作用如下。振荡器15的频率为43.02+H GHz，其中H的值选择得使内部时钟频率高于接收到的异步信号的最大比特率。帧格式和H以后述方式选择，即，使所得到的码速调整率在0和1之间。
第一映象器27接收最低OTN分级电平的通信信号。这描述成OTU1(光学信道传送单元)并具有名义比特率2.7Gbit/sec。为了产生时钟频率稍高的时钟信号f0/16，振荡器频率除以16。OTU1信号被同步化到此时钟频率。为此，通过塞入把OTU1信号填充到时钟信号f0/16的时钟频率，从OTU1信号形成内部专有帧格式。此内部帧格式的辅助位位置指明帧的开始和有多少塞入位附属于该数据信号。塞入可按位或按字节方式执行，并且可根据正/零/负塞入方法和根据正塞入方法执行。然而，在此优选正塞入，因为它产生更低的塞入抖动。
接着，同步化的内部信号用串/并行转换器28并行化并传送到开关矩阵10。在示出的典型实施例中，对应于多路复用电平OTU1的同步内部信号并行化为四倍。因此，开关矩阵集成电路工作的内部时钟频率是670MHz。开关矩阵10和串/并行转换器的时钟频率通过把振荡器的频率除以64而产生，即在图中N＝4。
对于多路复用电平OUT2，振荡器的频率除以4并传送到映象器24，以便同步化在那接收到的OTU2信号。同步信号接着在串/并行转换器25中并行化为16倍并经16个连接部分传送到开关矩阵10。
对于多路复用电平OUT3，振荡器的频率未分割地传送到映象器21，接收到的OTU3信号在那同步化。同步信号在串/并行转换器22中并行化为64倍并经64个连接部分传送到开关矩阵10。
并行化的内部信号通过开关矩阵10在并行通路上切换，即对于OTU1信号，通过矩阵进行4路切换，对于OTU2信号，进行16路切换，而对于OTU3信号，进行64路切换。
振荡器15可以是具有ρ20ppm或更低精确度的振荡器。由于OTN规定的带宽为ρ20ppm，因此，在大多数不利情况下，ρ40ppm的频差必须通过塞入补偿。如果使用相对更精确的振荡器，它仍然至少为ρ20ppm。振荡器同步为外部时钟是不必要的，但例如可执行得使网络节点的所有网络元件同步为相同的内部时钟。
开关矩阵10包括本身已知的集成电路，此集成电路在内部时钟频率下同步地工作和切换。所述集成电路例如可以为ASIC(特定用途集成电路)，所述集成电路根据矩阵大小设置得形成正方形矩阵或形成三阶或多阶Clos矩阵。
去映象器的作用是除去帧、塞入增加到映象器中的位并且以初始比特率再现通信信号。
优选地，去映象器包括时钟滤波器以滤除塞入抖动。
对所述交叉连接结构有可能进行大量的变更，不限于以下所列。
-取代在G.709中标准化的全部三个多路复用电平，只支持一个或两个电平。因而，例如，交叉连接只支持OTU1或OTU2信号或OTU1和OTU2信号，但没有OTU3信号。
-开关矩阵可例如在内部时钟频率下工作，此内部时钟频率对应于OTU1信号与之同步的时钟。然后，相应的同步内部OTU1信号不再并行化，而只有同步的内部OTU2和OTU3信号并行化(OTU1的并行化度为1)。
-分频器可以级联，例如，时钟除以4之后可再除以4，由此替代16∶1分频器。
-还可产生带间隙的时钟，以取代分割的时钟。
本发明的优选实施例使用155.52MHz的STM-1(同步传输模块)时钟频率作为开关矩阵的内部时钟，此时钟频率在SDH网络元件中非常熟悉。从而并行化为如下所示：
STM-1：1个时隙
STM-4：4个时隙
STM-16：16个时隙
STM-64：64个时隙
OUT1：18个时隙
OUT2：72个时隙，以及
OUT3：288个时隙
振荡器产生的最大频率为288*155520kHz＝44.79GHz。这比OTU3的时钟频率高大约5％。对于电气处理，此时钟频率接近于技术限制。因此，所述交叉连接也可设计用于OTU2，且用最大时钟频率72*155520kHz＝11.20GHz。
OTN信号的帧格式按如下选择：帧长度为1000位；然而其它长度是等效可能的。其中部分是额外开销位及塞入位，具体为：
对于OTU1：47个额外开销位+1个塞入位；名义码速调整率是0.61905(最小＝0.58095，最大＝0.65714)；
对于OTU2：43个额外开销位+1个塞入位；名义码速调整率是0.60056(最小＝0.56231，最大＝0.63882)；
对于OTU3：39个额外开销位+1个塞入位；名义码速调整率是0.54802(最小＝0.50960，最大＝0.58643)；
在额外开销位中，16位用作帧校准信号，与在SDH情况下STM-N帧中的A1、A2字节相似。余下的额外开销位用于塞入标识以及用于内部维护和监视目的。未使用的额外开销位用固定塞入位填充(固定塞入)。
OTU3信号分割成40个块，每块24个数据位和1个额外开销位。OTU2和OTU3信号分别为4或8个块，在其中每一种情况下形成23个数据位和2个额外开销位。此配置的优点如下：
-帧的重复频率较高，因而可以较好地滤除塞入抖动；
-额外开销位均匀分配，因而只发生较少的塞入抖动；以及
-内部辅助位可用于维护。
根据本发明，如果使用正/零/负塞入方法以使接收到的通信信号调整为内部速率频率，内部帧格式包含：作为例外由数据位(负塞入)占据的负塞入机会位以及作为例外由数据位(正塞入)占据的正塞入机会位。
根据本发明的交叉连接的进一步变更是：在映象器中，使用OTUK信号中包含的ODUK信号(光学信道数据单元)来取代OTUK信号塞入相应较低的内部比特率。OTUK与ODUK的区别在于辅助的OTUK额外开销位以及用于FEC(前向纠错)的位。所述辅助额外开销位和FEC位可在映象器中终止并评估。ODUK的比特率大约为：ODU1 2.50Gbit/sec，ODU2 10.04Gbit/sec，以及ODU3 40.32Gbit/sec。
网络元件的开关矩阵可以以冗余形式设计，即包含有源开关矩阵和用于故障条件的冗余开关矩阵。在此情况下，由于内部同步化，因此本发明在两个开关矩阵之间有可能实现无损伤切换。

Claims (13)

1.一种用于异步光学通信信号的网络元件，此信号已根据多路复用规范组装并具有在规定比特率范围内的比特率，其中，此网络元件包括：
-用于把接收到的光学信号转换为电信号的O/E转换器；
-用于把电信号的比特率调整到内部时钟频率的整数倍的塞入器，所述内部时钟频率的整数倍比规定比特率范围的上限更高；
-用于把塞入信号转换成指定数量的并行信号的串/并行转换器，所述并行信号具有内部时钟频率；以及
-在内部时钟频率下工作用于把并行信号从任一个端口切换到其它任一个端口的同步电气开关矩阵。
2.如权利要求1所述的网络元件，其特征在于，它设计成光学交叉连接。
3.如权利要求1所述的网络元件，其特征在于，它为根据ITU-TG.709的光学通信信号而设计。
4.如权利要求1所述的网络元件，其特征在于，它具有第二冗余开关矩阵，第一开关矩阵在故障条件下以无间断方式切换到第二冗余开关矩阵。
5.如权利要求1所述的网络元件，其特征在于，内部时钟频率以后述方式选择，即，使得码速调整率在0和1之间。
6.如权利要求1所述的网络元件，其特征在于，它具有用于产生是内部时钟频率的整数倍的时钟信号的时钟发生器并具有用于产生内部时钟信号的分频器。
7.如权利要求6所述的网络元件，其特征在于，时钟发生器是具有ρ20ppm或更低的频率位置的自由运行振荡器。
8.如权利要求6所述的网络元件，其特征在于，时钟发生器可以被外部同步化。
9.如权利要求6所述的网络元件，其特征在于，分频器通过阻隔由时钟发生器产生的时钟信号的单个时钟脉冲，产生具有内部时钟频率的带间隙的时钟。
10.如权利要求6所述的网络元件，其特征在于包括：
-用于把更低分级电平的电信号的比特率调整为内部时钟频率的第一整数倍的第一塞入器，所述第一整数倍包括1；以及
-用于把中间分级电平的电信号的比特率调整为内部时钟频率的第二整数倍的第二塞入器，第二整数倍大于第一整数倍。
11.如权利要求10所述的网络元件，其特征在于，最低的多路复用电平对应于根据ITU-T G.709的OTU1，中间多路复用电平对应于OTU2。
12.如权利要求10所述的网络元件，其特征在于包括：用于把最高分级电平的电信号的比特率调整为内部时钟频率的第三整数倍的第三塞入器，第三整数倍大于第二整数倍。
13.一种切换异步光学通信信号的方法，此信号根据多路复用规范组装并具有在规定比特率范围内的比特率，其中此方法包括以下步骤：
-将接收到的光学信号转换为电信号；
-通过塞入而把电信号的比特率调整到内部时钟频率的整数倍，此内部时钟频率的整数倍比规定比特率范围的上限更高；
-把塞入信号转换成指定数量的并行信号，所述并行信号具有内部时钟频率；以及
-用在内部时钟频率下工作的同步电气开关矩阵以任意控制的方式把所述并行信号从任一个端口切换到其它任一个端口。
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