CN1423447A - 基于信息流分类模型的分级交换光交叉节点结构 - Google Patents

Abstract

一种基于信息流分类模型的分级交换光交叉节点结构,基于在主干网上传送的信息流的特点,以及其流经交换节点时的特点,包括传输速率、波长的变换和匹配、信包的分拆和组装、上下路关系等,提出了一种信息流的分类模型。基于这种分类模型设计的分级光交叉连接节点结构分为三级交换,分别为空分、波长及光时分交换,不同类型的信息流流经不同的交换级得到交换,从而使得信息流能以更低的成本和更灵活的方式在超大容量主干网上传送。本发明这种分级光交叉连接设备十分适用于未来大容量主干网络的建设。

Description

基于信息流分类模型的分级交换光交叉节点结构

技术领域：

本发明涉及一种基于信息流分类模型的分级交换光交叉节点的结构，可用于大容量主干网络，属于光通信技术领域。

背景技术

随着声音、图像和数据传输等业务的迅速发展，尤其是互联网的近几何级数的速率增长，对未来通信网络的带宽、服务质量提出了极大的挑战。宽带全光网采用波分复用(WDM)技术和光交换技术，可以较低的成本极好地满足未来通信网络对带宽无止境的需求，因此被视作为下一代通信网络升级换代技术。

光交叉连接节点是波长路由WDM光传送网的关键设备。为了以尽可能低的成本和尽可能灵活的方式构建光通信主干网络，光节点的建立必须紧密结合在网上传送的信息流的特点，使得信息流能以较灵活的方式和较低的成本在主干网上传送。

目前，已有多种光交叉连接节点结构的报道。在文献“Advanced photonicswitching technology for communications”(M.Fujiwara.IEICE Trans.Commun.1995，E78-B(5)：644-653)中，提出了混合光交叉连接结构，但未对节点的各个部分的功能作任何说明。在文献“Hierarchical optical path cross-connectsystems for large scale WDM networks”(K.Harada，K.Shimizu，and T.Kudouet a1.1999，OFC’99，WM55-1：356-358)中，提出了两级交叉连接节点结构，处理单位分别为波分复用带和波长信道。这些交叉节点处理业务的粒度范围不够宽，一般都存在交换粒度不够细这一不足，不能很好的适应多种信息流的传输和上下路。

发明内容：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于信息流分类模型的分级交换光交叉节点结构，增大交换业务范围，处理业务的粒度更细，适应未来骨干网上信息流的传输和上下路要求。

为实现这样的目的，本发明基于在主干网上传送的信息流的特点，以及其流经交换节点时的特点，包括传输速率、波长的变换和匹配、信包的分拆和组装、上下路关系等，提出一种信息流的分类模型。基于这种分类模型，并综合了空分交换(SDS)、波长交换(WDS)和时分复用交换(OTDM)的特点，设计了一种分级光交叉连接节点结构。本发明的这种基于信息流分类模型的分级交换光交叉节点结构分为三级交换，空分交换级SDS、波长交换级WDS和光时分交换级OTDM。对不同级的信息流给出相应的光交换方式。具体的说来，对光纤级的业务T_b-f在第一级空分交换级得到交换，波长级业务T_b-s1，T_b-r1，T_add1，T_drop1在第二级波长交换级得到交换，低于波长信道速率的业务T_b-s2，T_b-r2，T_add2，T_drop2在第三级光时分交换级得到交换。其中T_b-f为经空分交换直接传向下一个节点的业务量，T_b-s为在该节点需要进行拆包和重新组包的业务量，T_b-s1为T_b-s中波长级的业务量，T_b-s2为T_b-s中逻辑信道(时隙)级的业务量，T_b-r为在该节点需要再生的业务量，T_b-r1为T_b-r中波长级的业务量，T_b-r2为T_b-r中逻辑信道级的业务量，T_add1为波长级的上路业务量，T_add2为逻辑信道级的上路业务量，T_drop1为波长级的下路业务量，T_drop2为逻辑信道级的下路业务量。

每根输入光纤通过1×2光开关分为两路，一路通向空分交换级，经过空分交换输出，另一路经过波分解复用器，经解复用后，在某个或某些特定波长信道上下路，某个特定波长信道通向时分交换级，而剩下其它波长信道通向波长交换级交换后输出，时分交换级中部分逻辑信道上下路(低于波长级速率)，时分交换级的输出同波长交换级的输出一起通向波分复用器，复用后的输出同空分交换级输出一起通向光开光，最后连接到输出光纤。

本发明提出的光交叉节点结构可交换光纤级、波长级以及逻辑信道级多种类型的业务流。不同类型的信息流流经不同的交换级得到交换，从而使得信息流能以更低的成本和更灵活的方式在超大容量主干网上传送。同其它交叉节点相比，可交换业务的范围明显增大，可很好的适应未来骨干网上信息流的传输和上下路。

附图说明：

图1为本发明采用的信息流分类模型示意图。

其中T_total为光交叉节点的吞吐量，T_add为节点上路业务量，T_add1为波长级的上路业务量，T_add2为逻辑信道级的上路业务量，T_in为流进该节点的业务量，T_bypass为在该节点旁路的业务量，T_drop为在该节点下路的业务量，T_drop1为波长级的下路业务量，T_drop2为逻辑信道级的下路业务量，T_b-f为经空分交换直接传向下一个节点的业务量，T_b-s为在该节点需要进行拆包和重新组包的业务量，T_b-s1为T_b-s中波长级的业务量，T_b-s2为T_b-s中逻辑信道级的业务量，T_b-r为在该节点需要再生的业务量，T_b-r1为T_b-r中波长级的业务量，T_b-r2为T_b-r中逻辑信道级的业务量。

图2为本发明分级交叉光节点的结构原理示意图。

如图2所示，本发明分级交叉光节点的结构包括空分交换级SDS，波长交换级WDS和光时分交换级OTDM，不同的信息流在不同的交换级完成交换，T_b-f在第一级进行空分交换，T_b-s1，T_b-r1，T_add1，T_drop1在第二级完成波分交换，低于一个波长信道速率的T_b-s2，T_b-r2，T_add2，T_drop2在第三级完成光时分交换。

图3为本发明2×2分级交叉光节点的结构示意图。

图3中，输入光纤通过1×2光开关SW1分为两路，一路连接空分交换级SDS，经过空分交换输出，另一路经波分解复用器连接时分交换级OTDM和波长交换级WDS，时分交换级的输出同波长交换级的输出一起连接波分复用器，波分复用器的输出同空分交换级输出一起经光开光SW2连接到输出光纤。

具体实施方式：

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。

设节点可处理的吞吐量为T_total，包括进入节点的信息流T_in和本节点上路的信息流T_add，单个波长信道数据率为R(时分复用后，单个波长信道的速率可达到2.5Gb/s，10Gb/s，甚至达到40Gb/s～100Gb/s)，进出节点的工作光纤数为N(这里没有考虑用作网络自愈保护的光纤)，M为单根光纤的复用波长数目。于是有

          T_total＝T_in+T_add＝R·N·M+T_add    (1)

而且进入节点的信息流仅有部分需要在本地节点下路，令其为T_drop，其余的原则上都只是流经该节点而不用本地下路的信息流T_bypass。据估计，在任意一个节点下路并需要节点进行处理的信息量约占进入该节点总信息量的25％～50％，于是有

           T_in＝T_drop+T_bypass    (2)

为了更有效地利用光纤的带宽资源，大部分的T_bypass信息将经过空分交换模块后直接传向下一个节点，可令其为T_b-f，而其余流经节点的信息将分成两部分：1)重组包信息。它们在节点下路至相应处理模块，分拆成速率较低的信包，并与该节点本地上路信号T_add重新组包，再传送到下一个节点，令这些信息流为T_b-s；2)再生信息。在经过长距离的传输后，由于光纤的非线性效应、色散、EDFA的ASE噪声的积累、光纤放大器的增益非平坦效应和OXC中的串扰等因素的影响，一些光信号需要进行再生和整形，因此，也需要从本地节点的空分交换模块下路，进入相应的光信号再生模块进行再生。令这些信息流为T_b-r。于是可以得到

               T_bypass＝T_b-s+T_b-r+T_b-f    (3)

在实际的大规模网络中，某一个节点在任一个通过它的光连接链路中处于什么位置是不确定的，因此，每一个节点都必须具有可选择的光信号再生功能。即利用光信号性能监测模块对进入节点的光信号进行性能监测，判断该信号是否需要进行再生。如果需要再生和整形，则进入相应的光再生模块，否则，将直通而讨。

另外，上下路信息流(T_add、T_drop)既有波长级的，也有逻辑信道级的。需要在光域重新拆包、组包的信息流T_b-s和需要再生处理的信息流T_b-r也可以分为波长级和逻辑信道级两部分信息流。即有下面的等式：

        T_add＝T_add1+T_add2    (4)

        T_drop＝T_drop1+T_drop2    (5)

        T_b-s＝T_b-s1+T_b-s2    (6)

其中，T_b-s1，T_b-r1，T_add1，T_drop1为波长级信息流，T_b-s2，T_b-r2，T_add2，T_drop2为逻辑信道级信息流。

综上所述，根据需要进行的处理方式，进入节点的总信息流T_in可以分为以下两个部分：1)目的地为本地节点的信息T_drop，约占总信息流的25～50％；2)流经节点的信息T_bypass，约占总信息流的50～75％。在这些信息流T_bypass中，包括不用经过任何处理的信息流T_b-f，需要拆包和重新组包的信息流T_b-s，以及需要在该节点进行光信号再生的信息流T_b-r，信息流分类模型如图1所示。

针对以上信息流的特点，就可以利用光交换技术的特点，设计出相应的分级光交叉连接设备，其结构原理图如图2所示，2×2实例结构示意图见图3。

在图2中，输入中一部分直接通向空分交换级SDS，另一部分通向波长交换级WDS，一部分波长信道直接上下路，一部分波长信道通向时分交换级OTDM，剩下波长信道通向波分交换矩阵，时分交换级的输出同波分交换级的输出合路，最后同空分交换级输出合路到输出。

在图3中，每根输入光纤通过1×2光开关SW1分为两路，一路通向空分交换级SDS，经过空分交换输出，另一路经过波分解复用器，经解复用后，在某个或某些特定波长信道上下路，某个特定波长信道通向时分交换级OTDM，而剩下其它波长信道通向波长交换级WDS交换后输出，时分交换级OTDM中部分逻辑信道上下路(低于波长级速率)，时分交换级的输出同波长交换级的输出一起通向波分复用器，复用后的输出同空分交换级输出一起通向光开光SW2，最后连接到输出光纤。

在第一级-空分交换级SDS，流进、流出和上下路的信息流将以光纤信道(数据率为R×M)为单位进行交换和路由，这些信息流包括T_in、T_out、T_add和T_drop。

在第二级-波长交换级WDS，所有流入和流出的信息流将以波长信道(数据率为R)为单位进行路由、交换和处理，这些信息流包括T_drop1、T_add1、T_b-s和T_b-r1。所要进行的处理包括对T_drop1和T_b-s1的波分复用和分组拆包，对T_b-s1和T_add1、的组包和波分解复用，以及对T_b-r1的信号再生。

在第三级-光时分复用级OTDM，所要处理的信息流的数据率将小于波长信道数据率。这些信息流包括本地上下路的信息流T_add2和T_drop2，需要以逻辑信道为单位进行交换的过往信息流包括需要拆包和重新组包的信息流  T_b-s2，以及需要在该节点进行光信号再生的信息流T_b-r2。

流入交叉节点的信息流T_in通过如图3所示的开关SW1时开始分流，T_b-f直接在第一级空分交换级SDS交换，交换后在部分端口输出，而T_drop，T_b-r，T_b-s通过开关SW1进入波长解复用器，分解为各个波长信道，T_drop1直接下路，T_b-r1和T_b-s1通过相应的处理后再在第二级波长交换级WDS交换，最后通过复用器进入输出光纤，而逻辑信道级的信息流T_drop2，T_b-r2，T_b-s2在第三级光时分交换级OTDM得到交换处理，T_drop2流向电设备终端，T_b-r2，T_b-s2经过处理交换后重新组合为波长级的信息流，再通过波分复用器进入输出光纤，对于T_add2先通过光时分交换级组合为波长级信息流，同T_add1一起再通过波分复用器进入输出光纤，至此，各种类型信息流得到了相应的交换和处理。

到目前为止，商用化WDM的波长信道数已经可以达到80，再假设工作光纤数目为50，单信道数据率为40Gb/s，则以上设计的分级光交叉连接设备可以处理的信息容量将达到160Tb/s，特别适用于未来宽带光传送通信网络的需要。相应的技术还在急剧发展之中，因此，可以预言，分级交叉连接设备可以处理的信息容量还可以随着单元技术的发展而增加。

Claims (1)

1、一种基于信息流分类模型的分级交换光交叉节点结构，其特征在于包括空分交换级SDS，波长交换级WDS和光时分交换级OTDM，输入光纤通过光开关SW1分为两路，一路连接空分交换级SDS，经过空分交换输出，另一路经波分解复用器连接时分交换级OTDM和波长交换级WDS，时分交换级的输出同波长交换级的输出一起连接波分复用器，波分复用器的输出同空分交换级输出一起经光开光SW2连接到输出光纤，不同的信息流在不同的交换级完成交换，T_b-f在第一级进行空分交换，T_b-s1，T_b-r1，T_add1，T_drop1在第二级完成波分交换，低于一个波长信道速率的T_b-s2，T_b-r2，T_add2，T_drop2在第三级完成光时分交换，其中T_b-f为经空分交换直接传向下一个节点的业务量，T_b-s为在该节点需要进行拆包和重新组包的业务量，T_b-s1为T_b-s中波长级的业务量，T_b-s2为T_b-s中逻辑信道级的业务量，T_b-r为在该节点需要再生的业务量，T_b-r1为T_b-r中波长级的业务量，T_b-r2为T_b-r中逻辑信道级的业务量，T_add1为波长级的上路业务量，T_add2为逻辑信道级的上路业务量，T_drop1为波长级的下路业务量，T_drop2为逻辑信道级的下路业务量。

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