CN1666564B - 用于wdm网络的路径保护方法和相应的节点 - Google Patents

Abstract

在具有多个节点的波分复用(WDM)光通信网络中，每个节点包括具有多个交换结构的波长选择的光交叉连接，每个交换结构被提供用于交换特定波长的波长信道，一种从开始节点发送信息到目标节点的方法包括：把具有不同的波长、但用相同的信息被调制的至少两个波长信道加到开始的交叉连接的交换结构的各个输入端(i’1)；把工作和保护信道发送到目标交叉连接；以及在被提供用于目标交叉连接的不同的波长的、不同的交换结构的输出端处，分出工作和保护信道。

Description

用于WDM网络的路径保护方法和相应的节点

本发明涉及波分复用(WDM)光通信网络中的传输领域。更具体地，本发明涉及在具有几个节点的WDM光网络中用于信息的受保护传输的方法和涉及适合于实行这样的方法的节点。

波分复用光通信网络通常包括多个节点，这些节点按照网络配置而通过光纤线路被互连。互连节点的光纤线路被连接到常常被称为节点的干线端口处，该干线端口能够输送(引导)多个具有各自载波波长的承载信息的光辐射分量。调制的光载波常常称为波长信道。在光纤线路上同时发送的波长信道可能源自不同的发射机和/或其目的地可能是被连接到该网络的节点之一的不同的接收机。

把发射机/接收机直接连接到节点的光纤线路在这里被称为分/插(add/drop)线路，以及其被连接到节点的从属端口，以便把它们与互连节点的光纤线路区分开。

为了在网络内把波长信道正确地从发射机输送到接收机，在网络的节点处提供交叉连接，即，交换站。交叉连接具有几个输入和输出端口，被称为干线端口，用于连接到互连节点的光纤，这些节点能够把到达它的一个输入端口的波分复用(WDM)光辐射分离(多路分解)成各个波长信道，确定每个波长信道必须在交叉连接的几个输出端口的哪个输出端口输出，以及在每个输出端口输出重新组装到WDM的波长信道。为此，众所周知，所谓的波长选择的光交叉连接在它的每个输入干线端口处包括：一个输入解复用器(demultiplexer)，它把WDM辐射分离为分开的波长信道；用于每个波长信道的光交换结构，它从每个输入解复用器接收被分配给该交换结构的波长信道；以及相应于每个输出干线端口，包括一个输出复用器(multiplexer)，它把由交换结构交叉连接的分开的波长信道重新组装为波分复用，用于进一步传输。

为了提供保护和使得在这样的网络中的传输尽可能是故障自动保护的(fail-safe)，只要有可能提供某些冗余度，就使该网络的易于出故障的部件加倍。

提供保护的一个可能性示意地显示于图1。图上以非常简化的方式显示一个WDM光传输网络，它具有通过光纤线路5连接的节点1，2，3，4。要发送的波长信道在开始节点1处经由一个插入线路6馈送两次，一次作为所谓的工作信道，被表示为实线箭头，而一次作为所谓的保护信道，被表示为虚线箭头。开始节点1沿不同的路径输送工作和保护信道到目标(目的地)节点3，该工作信道经由节点2而保护信道经由节点4。如果在节点2或连接这个节点与节点1或3的光纤线路处发生故障，且工作信道因此未能正确地到达目标节点3，则可以代之以使用保护信道。因此，如果在节点3或在被连接到节点3的接收机(未示出)处发现工作信道是有缺陷的或不存在的，则有可能切换到带有很少延时的保护信道的接收。

在开始或目标节点1，3处的故障本身可同时影响工作和保护信道。这样的故障以上述的方式无法补救。

为了也使得开始和目标节点是故障自动保护的，在电交叉连接中的当前实践是安装工作的交换结构和附加的冗余保护交换结构，它们分别输送工作的和保护信道。因此，在工作交换结构故障的情形下，保护交换结构可承担它的功能。

图2显示这个原理对波长选择的光交叉连接的应用。交叉连接典型地是诸如图1的1或3那样的节点的一部分，它具有多个输入端口(显示了两个输入端口I1，I2)用于经由一个光纤线路从另一个节点接收WDM辐射；以及相应的多个输出端口O1，O2，用于把WDM辐射发送到其它节点。在每个输入端口I1，I2处，具有N个输出的解复用器D1，D2被连接，N相应于WDM辐射的波长λ1到λN的数目。这些波长信道λ1到λN的每个波长信道具有各个工作的光交换结构和被分配给它的保护光交换结构。图2上只显示被分配给波长λ1的交换结构AS1和SS2。

在解复用器D1，D2的每个输出端处连接有功率分配器T，它把来自所述输出端的波长信道分发到工作交换结构AS1的输入端和保护交换结构SS1的输入端。在交叉连接的插入线路输入连接器ADI1，ADI2处本地地插入(add)的波长信道也被功率分配器T分发到交换结构AS1，SS1。工作和保护交换结构AS1，SS1的输出端每个被按对连接到监视器MON，以及经由这些而连接到高可靠性的光开关SW。监视器MON用于监视分别来自工作交换结构AS1和保护交换结构SS1的波长信道。如果监视器没有检测到故障，则每个监视器MON控制指定的开关SW，以使得它发送来自工作交换结构AS1的工作信道。如果监视器识别出工作信道的故障，则它控制开关SW，以使得发送来自保护交换结构的保护信道。第一组开关SW被连接到复用器M1，M2的输入端，该复用器把到达输入端的波长信道组合成波分复用的以及在交叉连接的输出端口O1，O2输出它。第二组开关SW被连接到分出(drop)连接器，即，连接到用于分出线路的输出连接器ADO1，ADO2。这些使得选择的波长信道能够通过交叉连接而被分出到分出线路上。

保护交换结构SS1保证：即使在工作交换结构AS1故障的情形下，在交叉连接的分/插线路连接器处也可交叉连接、插入和/或分出波长信道。

这个解决方案具有两个主要缺点。第一，光交换结构是相当昂贵的，因为在光交叉连接中，总花费的、相应于交换结构的设备的部分比电交叉连接中的要高得多。第二，功率分配器产生插入损耗，要求在使用图2所示的那种交叉连接的传输网络中发送的波长信道比具有不包含冗余的交换结构的交叉连接的网络，更频繁地被再放大。

在力图提供用于在WDM光通信网络中发送信息的方法和以比已知的解决方案更低的花费和以低插入损耗达到高度的故障自动安全或保护的这种网络的节点的过程中产生本发明。

在具有多个节点的波分复用光通信系统中，每个节点包括具有多个交换结构的波长选择的光交叉连接，以及其中每个交换结构被提供用于交换特定波长的波长信道，用于从开始节点发送信息到目标节点的方法包括：把具有不同波长、但用相同信息调制的至少两个波长信道施加到开始节点的交叉连接的、被提供用于所述波长的交换结构的输入端；把波长信道经由在节点之间的连接发送到目标节点的交叉连接；以及在目标节点的交叉连接的、被提供用于不同波长的不同交换结构的输出端处，提取波长信道。

本发明的方法不是通过昂贵地使交换结构本身加倍，而是通过在具有相同信息内容的两个波长信道，即，工作和保护信道之间的波长分集而达到在开始和目标节点的交叉连接处光交换结构的有效冗余。通过在开始交叉连接处以不同波长插入这些，而可以保证它们将通过物理上不同的交换结构被输送，这样，单个交换结构的故障不会造成两个信道的中断。

类似的推论可应用于目标交叉连接。通过使工作和保护信道以不同的波长到达这里，而保证它们将通过不同的交换结构被输送，这样，单个交换结构的故障也不会阻塞信息流。

就在节点处的信息通过业务量，即从第二节点到达所讨论的节点以及再输送到第三节点的那些波长信道而论，不会引起问题。如果假设具有相同信息的一对工作和保护信道经由同一个节点被输送，则由于不同的波长，信号将经过不同的交换结构。优选地，将小心地确保工作和保护信道在开始和目标节点之间的不同路径上被输送，因为只有这样，诸如两个节点间的线路中断那样的严重故障才可被补偿。

在简单的实施例中，工作和保护信道在从开始节点传输到目标节点期间维持它们的波长。这简化可以同时在WDM光传输网络中传输的、潜在大量的波长信道的控制，但其具有缺点：有可能将不能输送工作或保护信道，因为在其从传输到接收机的路径上它经过的其中一个节点处没有可供使用的、引导到后续节点的波长信道具有所需要的波长。

为了避免这个问题，希望在经过节点后能够改变波长信道的波长，以便能够在引导到其路径的后续节点的线路上以或许在该线路上可提供的任意波长输送它。

如果由网络的各个节点仅仅按照线路上波长信道对于后续想要的节点的可提供性方面而对于经过它们的每个波长信道自主地实行这样的波长修改，则碰巧可能工作和保护信道以相同的波长到达目标节点。这会使得两个信道在目标节点处由被分配给那个波长的同一个交换结构来交换。在这种情形下，在目标交叉连接处将没有交换结构的冗余性。这个危险可被认为是可容忍的，因为工作和切换信道以相同波长到达的概率等于1/N，N是在网络中可被复用传输的波长的数目。

为了完全排除工作和保护信道以相同波长到达目标节点的危险，提供几个解决方案。最简单的是，把可在网络中传输的N个波长划分成几组，如果对于每个工作信道发送一个保护信道的话，划分成两个组，而如果发送两个或多个保护信道的话，则划分成三个或者更多的组，其中每个波长只可能被分配给一个组，以及从这些组的不同组中选择工作和保护信道的波长供给开始交叉连接的输入端。在中间节点处的后续波长改变中，允许在属于同一个组的两个波长之间的任何改变。这样，保证工作和保护信道的波长将总是不同的，而不需要在各个节点之间就有关要被使用的波长进行协调。

避免工作和保护信道在目标节点处具有相同波长的另一个可能性是，其中该网络具有集中式的网络管理系统，它具有在每个节点处使用的波长信道的全局网络知识。如果中央网络管理系统被使用于规定工作和保护信道的路由，则有可能确保在其路径的最后部分、在最后的中间交叉连接与目标交叉连接之间，工作和保护信道将以不同的波长发送，而在所有之前的部分，信道的传输波长可以从所有的波长中进行选择，而不考虑各个其他信道的波长。

按照本发明的第二方面，提供了用于光网络的、具有波长选择的光交叉连接的节点，它包括多个连接器，用于光波分复用连接；和多个交换结构，每个交换结构被提供用于交换特定波长的光辐射和具有用于插入数据业务量的多个连接器，该节点的特征在于，信号分路器，用于把插入的信息信号分路到被分配给不同波长的交换结构的至少两个插入数据业务量输入连接器。这个节点可以以非冗余形式被提供以插入波长信道；在节点本身进行到具有不同波长的工作和保护信道的分割。

互补地，适合于作为目标节点的节点的特征在于，选择器，用于在节点处、在输出连接器中间选择要被分出的分出波长信道，以便分出节点的、被提供用于不同波长的交换结构的数据业务量。

这个节点的信号分路器和选择器可以是光或电的类型。

现在参照附图仅仅通过例子描述本发明的实施例，其中：

图1已讨论过，是光传输网络的示意图；

图2已讨论过，是具有加倍的光交换结构的光交叉连接的例子；

图3表示在本发明的传输方法中使用的波长选择性光交叉连接；

图4和5表示按照本发明的WDM光网络的节点。

图1和2上面已经讨论过。

其中可应用本发明的光网络例如可以具有如图1示意地显示的拓扑。

网络的节点每个都包括具有图3所示的结构的光交叉连接。由于这个结构基本上是与图2所示的交叉连接的结构相同的，下面只讨论二者之间的差别。

解复用器D1，D2和复用器M1，M2与图2的交叉连接的那些并无不同；相应于可与光纤线路连接、以互连该节点与网络的其他节点的交叉连接的输入和输出连接器I1、I2、O1、O2的数目，可以存在比图上显示的数目更多的连接器。

解复用器D1，D2的每个输出端被直接连接到交换结构S1，S2，...，SN的第一组输入端i1，i2，...，每个交换结构处理网络中发送的波分复用的波长λ1到λN之一。因此，交换结构的第一组输出端o1，o2，...，被连接到复用器M1，M2的输入端。由于波长信道不经过在解复用器D1，D2与交换结构之间的功率分配器，它们到达复用器M1，M2，以及最后以低的功率损耗到达输出连接器O1，O2。所以，波长信道可能经过几个后续节点的交叉连接，而不需要进行再放大。

交换结构S1，S2到SN还具有分别用于插入和分出数据业务量的第二组输入端和输出端i’1，...o’1，...，它们每个被连接到转发器。在图上，显示了被连接到交换结构S1，S2的两个这样的转发器T1，T2，但显然，每个交换结构可以具有几个插入输入端和分出输出端i’1，...和o’1，...，这些输入端和输出端的每个连接有一个转发器。最简单地，每个转发器可被看作为变换器CI，CO对，输入或插入信号变换器CI被连接到用于插入线路的输入连接器ADI1，ADI2，...，以便把来自发射机的任意类型的、电的或光的信息信号变换成具有相应于转发器被连接到的交换结构的波长的光信号。被连接到用于分出线路的输出连接器ADO1，ADO2的输出或分出信号变换器CO实行反变换。

插入信号变换器CI可以是单波长的，即，适合于生成具有固定的载波波长的光信号，或是多波长的，即，适合于生成具有几个不同的载波波长之一的光信号。

图4显示具有按照图3的交叉连接的节点，其中转发器T1，T2，...的输入信号变换器CI是单波长的。在图上，交叉连接由虚线框包围。该节点具有多个用于插入信息的插入输入端IA。这个信号可以是光的或电的。在图上，为了清晰起见，只表示一个这样的插入输入端IA。这个输入端IA经由信号分路器DIV被连接到插入交换结构SA1，SA2的两个输入端。在电信号的情形下，信号分路器是简单的线路实施方案，在光信号的情形下，它是功率分配器，把进入信号的一半功率提供到两个交换结构的每个交换结构。

这些插入交换结构SA1，SA2的每个具有被分配给它的一组复用的波长，例如，可以假设交换结构SA1具有带有奇数编号索引的波长λ1，λ3，...，而交换结构SA2具有被分配给它的带有偶数编号索引的波长λ2，λ4，...。交换结构SA1和SA2的输出端被连接到在转发器T1，T2间那些具有输入信号变换器CI、而该输入信号变换器CI提供具有相应的载波波长的光信号的转发器的输入端，即，其输入变换器CI具有载波波长λ1的转发器T1被连接到SA1，以及具有载波波长λ2的转发器T2被连接到SA2。

类似地，同一个组的所有转发器的输出信号变换器CO分别被连接到同一个输出或分出交换结构SD1，SD2，以及交换结构SD1和交换结构SD2的输出经由监视器MON和开关SW被组合到该节点的共同分出输出OD，引导到接收机。

在插入输入端IA处插入的信息信号经由信号分路器DIV被输送到两个插入交换结构SA1，SA2，然后输送到属于两个不同组的两个转发器，诸如转发器T1，T2。本地控制单元CU确定两个转发器的哪个转发器要通过交换结构SA1，SA2被连接到输入端IA。同一个控制单元CU也确定由相应的转发器T1，T2生成的两个光信号(用于给定信息信号的工作和保护信道)要被输送到输出连接器O1，O2的哪个输出连接器。控制单元CU可以自主地工作，即，它根据被包含在信息信号中的路由信息，而作出在哪个输出连接器和用哪个波长进一步传输进入的信息信号的路由决定，而不用来自中央网络管理系统的输入。控制单元的非自主功能，使得由中央网络管理系统集中分配用于信息信号的输出连接器和输出波长，将在后面讨论。

同一个控制单元CU也被使用于通过相应地控制交换结构S1到SN，而把到达不同的输入连接器I1，I2且具有相同的信息内容、和打算用于被连接到分出输出端OD的接收机的保护和工作信道输出到转发器的输出信号变换器CO，以及用于经由交换结构D1，SD2将它们组合到被分配给所述分出输出端OD的监视器MON和开关SW上。如上所述，监视器MON和开关SW被提供来检测在保护和工作信道的传输中的故障和在分出输出端OD处输出无故障的信道。

在图5上考虑输入信号变换器CI是多波长的情形。这里，两个转发器T1，T2的输入信号变换器CI由信号分路器DIV连接到公共输入连接器IA，用于插入数据业务量信号。相应于对图4提到的控制单元CU的控制单元控制输入信号变换器CI，以便规定由它生成的光信号的波长。为了确保由转发器提供的波长信道可确实被提供到交换结构S1到SN中被分配给那个波长的交换结构，在转发器的每个输入信号变换器CI与交换结构S1到SN之间提供解复用器DA1，DA2，...。复用器MD1，ND2每个把第二组交换结构S1到SN的几个输出端o’1，...中的一个输出端与转发器T1，T2的输出信号变换器CO相连接。输出信号变换器CO的输出被组合成共同的输出OD，经由监视器MON和开关SW引导到接收机，正如在图4的情形中那样。

下面描述在网络中信息传输的方法的例子，该网络具有自主地工作和每个都包括如图3所示的交叉连接的、或如图4或5所示地被设计的节点。

这个方法的第一步骤是把来自发射机的信息信号提供到被分配以不同的载波波长的交换结构S1，S2到SN的两个交换结构的所述第二组的输入端i’1。

在图4的实施例中，这是通过控制单元CU为信息信号规定一条分别经过交换结构S1和交换结构S2到转发器的、用于想要的载波波长的路径而达到的。单波长转发器每个都永久地连接到交换结构S1到SN中各自的交换结构，其处理具有由转发器提供的载波波长的光辐射。

在图5的实施例中，这是通过控制单元CU为每个转发器T1，T2规定该转发器把来自发射机的信息信号调制到的载波波长而实现的。按照规定的载波波长，这样得到的工作和保护信道(即，用同一个信息信号调制的、具有不同波长的光载波)分别经由解复用器DA1，DA2进一步发送到相应的交换结构S1到SN。不是所有的输入信号变换器CI都必须能够生成复用的所有波长λ1到λN；只要在被连接到共同的输入端IA的转发器T1，T2的输入信号变换器CI间，一个输入信号变换器CI能够生成复用的第一组的波长以及第二个能够生成第二组的波长，就足够了，其中这些组没有共同的波长。

第二步骤，保护和工作信道通过交换结构S1到SN被输送到不同的输出连接器O1，O2，以及因此被发送到网络的不同的后续节点。

这些节点每个包括具有如图3所示的结构的交叉连接。如果具有波长λn，n＝1，2，...，N的波长信道到达这样的交叉连接的输入连接器I1，I2，...之一，则交叉连接的控制单元CU首先确定信号要被输送到输出连接器O1，O2的哪个输出连接器。如果载波波长λn在这个输出端口处是可提供的，则信道可立即被转发到输出连接器，以及由交叉连接进行的处理结束。

如果载波波长λn在想要的输出连接器处是不可提供的，则相应于该信道的信息信号被分出到转发器T1，T2，...之一。同时，控制单元CU创建在这个转发器的输出信号变换器CO与第二转发器的输入信号变换器CI之间的连接，该第二转发器能够以在想要的输出端处可提供的、修改的波长λn’来重新插入该信息信号。波长λn’是从波长λn所属的同一个组中被选择的。由于在开始节点处插入到网络的工作和保护信道的波长属于不同的组，因此它确保两个信道的波长在网络内传输期间不会变为相同的。

因此，工作和保护信道经由不同的路径和以不同的载波波长到达目标节点。这里，它们必须被分出，以便提供给被连接到这个节点的分出输出端OD的接收机。为此，在图4的情形下，目标节点的控制单元CU控制该分出交换结构SD1，SD2和被连接到同一个分出输出连接器OD的分出复用器MD1，MD2，这样，这些部件使得两个信道传送通过。

代替把复用的波长λ1到λN划分成两个组和允许在开始和目标节点之间经过的网络的每个节点传输下，信息信号的波长仅在其组的波长间改变，在理论上也有可能完全不允许波长改变。

另一个可能性是保持工作或保护信道中任一信道的仅一个信道的波长固定，以及允许另一个信道的波长改变到除该另一个信道外的每个波长。然而，这将需要在网络内的信令以区分两个信道，以及连同允许改变其波长的信道一起来发送标识固定波长信道的波长的控制信息。

如果节点不是自主的，但网络具有集中式网络管理系统，它具有全局网络知识(未表示出)来确定从开始节点到目标节点的路由，包括要在对于要被建立的每个传输连接的各个节点之间使用的波长，则把复用划分成两个组的做法可被抛弃。由于中央网络管理系统知道由工作和保护信道经过的每个节点，它也知道哪个分别是工作和保护信道的最后的中间节点。所以，如果它指令这两个节点用由集中式控制器规定的不同波长发送这些信道到目标节点，则这是足够的。这样，在从开始节点直到最后的中间节点的信道的路径上，波长可以按照在各个节点处的可提供性来完全任意地进行选择。

Claims (4)

1.一种在具有多个节点的波分复用光通信网络中用于从开始节点发送信息到目标节点的方法，每个所述节点包括具有多个交换结构(S1到SN)的波长选择的光交叉连接，在所述开始节点的所述交叉连接中以及在所述目标节点的所述交叉连接中仅仅单个交换结构(S1到SN)被提供用于交换特定波长的波长信道，该方法包括：

把具有不同波长、但用相同信息调制的至少两个波长信道施加到被提供用于这些波长的开始交叉连接的相应交换结构(S1到SN)的输入端(i’1)；

把所述两个波长信道发送到目标交叉连接；

在目标节点交叉连接处、在被提供用于不同波长的交叉连接的不同交换结构(S1到SN)的输出端处分出所述波长信道；

其中，至少一个所述波长信道的波长在中间交叉连接处被修改；以及

其中，在光网络中可传输的波长被划分成至少两个组，其中所述至少两个波长信道的波长是从不同的组中被选择的，以及在中间交叉连接处的信道之一的每个波长修改是同一个组的波长之间的任何改变。

2.按照权利要求1的方法，其特征在于，所述至少两个波长信道经过在所述开始交叉连接与所述目标交叉连接之间的不同的中间交叉连接被路由。

3.按照权利要求2的方法，其特征在于，所述至少两个波长信道在所述开始交叉连接与所述目标交叉连接之间的传输期间保持它们的波长。

4.按照前述任一项权利要求的方法，其特征在于，所述波长信道的路由路径被中央控制器联合地规定，其中该中央控制器选择用于在最后的中间交叉连接与所述目标交叉连接之间传输的不同的波长。

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