CN1675862A - 用于提供在地面光学终端和海底光传输路径之间的终端独立接口的方法和装置 - Google Patents

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马克·K·扬
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Abstract

一种光传输系统，具有带第一和第二光学接口的光传输终端。第一接口配置为依照工业标准的网络级协议进行通信。第二接口配置为依照第一光学层传输协议进行通信。光传输数据接口包括光学接口设备，该光学接口设备具有依照第一光学层传输协议与光传输终端的第二接口通信的第三接口，和配置为依照第二光学层传输协议进行通信的第四接口。光学接口设备还具有在第一和第二光学层传输协议之间转换光信号的信号处理单元。光传输数据接口还包括光传输路径，所述光传输路径与依照第二光学层传输协议传输光信号的光学接口设备的第四光学接口光学耦合。

Description

用于提供在地面光学终端和海底光传输路径之间的 终端独立接口的方法和装置
相关申请声明
本申请要求于2002年8月20日申请、题为“终端独立接口(Terminal Independent Interface)”、申请号为60/404,615的美国临时专利申请的优先权。
本申请还涉及同一日期申请、题为“用于在位于地面光学终端和海底光传输路径之间的终端独立接口中执行系统监视的方法和装置(Method And Apparatus For Performing System Monitoring In ATerminal Independent Interface Located Between A Terrestrial OpticalTerminal And An Undersea Transmission Path”、申请号为10/621,115的共同未决的美国专利申请。
技术领域
本发明总的来说涉及光传输系统，尤其涉及用于提供在地面光学终端和海底光传输路径之间通信的光学接口。
背景技术
用作高速中枢网络的地面光传输网络一段时间以来已经采用了SONET/SDH标准，该SONET/SDH标准是为了使来自不同供应商的光传输设备互连而建立的一个接口。如图3所示，由各个卖方提供的光学终端可以利用符合SONET/SDH的用户接口彼此通信。这些终端一般还包括专有接口，允许指定的卖方使它们自己的光学终端互连而不受SONET/SDH强加的限制。该专有接口在卖方专有的光学层传输协议上通信，并取决于如系统长度和容量的参数。
一种类型的高度专用光传输网络是海底或水下光传输系统，其中容纳光纤的电缆安装在海底上。这些光传输系统的设计一般是在系统到系统(system-by-system)的基础上定制的，并采用高度专用的终端在海底光传输路径上传输数据。由于专用终端以较少的量生产，因此与设计为在地面光学层协议上通信的光学终端相比相对昂贵，这些地面光学终端通常为地面光传输网络而以相对较大的量生产。
因为地面光学层传输协议强加的各种限制，所以在海底传输路径上一般不采用地面终端。这些限制包括地面光学层协议支持的相对较短的跨距或链路、最优化TDM业务(traffic)而不是WDM业务、假定容易访问沿传输路径的设备的网络管理方案、缺乏有效管理与根据TDM技术的传统电话业务不同的业务的功能、为提供保护电路而无效使用带宽、以及在管理和支持高带宽光网中的其他内在限制。
因此，尽管很明显希望在海底传输系统中使用容易利用的地面光学终端来降低成本，但是地面光学终端一般不能提供海底传输系统所需的光学层功能性。
发明内容
依照本发明，提供一种结合到光传输系统中的光传输数据接口(span)。光传输系统具有带第一和第二光学接口的光传输终端。第一接口配置为依照工业标准的网络级协议进行通信。第二接口配置为依照第一光学层传输协议进行通信。光传输数据接口包括一个光学接口设备，该光学接口设备具有依照第一光学层传输协议与光传输终端的第二接口进行通信的第三接口，和配置为依照第二光学层传输协议进行通信的第四接口。光学接口设备还具有在第一和第二光学层传输协议之间转换光信号的信号处理单元。光传输数据接口还包括一个光传输路径，所述光传输路径与依照第二光学层传输协议传输光信号的光学接口设备的第四光学接口光学耦合。
依照本发明的一个方面，第三和第四接口是双向接口。
依照本发明的另一方面，所述工业标准的网络级协议是SONET/SDH。
依照本发明的另一方面，所述工业标准的网络级协议是ATM。
依照本发明的另一方面，所述工业标准的网络级协议是千兆以太网。
依照本发明的另一方面，第二光学层传输协议包括波分多路复用。
依照本发明的另一方面，第二光学层传输协议支持从组中选出的至少一种信号处理，所述组由增益均衡、大量分散补偿、光增益、拉曼(Raman)放大、分散斜率补偿、PMD补偿和性能监视组成。
依照本发明的另一方面，光传输路径是海底光传输路径。
依照本发明的另一方面，提供一种用于传输光信号的方法。该方法首先依照第一光学层传输协议从具有第一和第二光学接口的光传输终端接收光信号。第一接口配置为依照工业标准的网络级协议进行通信。第二接口配置为依照第一光学层传输协议进行通信。转换光信号，从而使其与第二光学层传输协议相适应，并依照第二光学层传输协议将转换的光信号引导通过光传输路径。
附图说明
图1示出OSI网络分级结构及其对应于SONET/SDH的各层。
图2示出在光学层网络上的SONET/SDH的各层。
图3示出在地面光网中通常采用的SONET/SDH网络中的常规链路。
图4示出依照本发明构成的网络体系结构的方框图。
图5示出图4中所示发明的光学接口设备的一个实施方案的方框图。
具体实施方式
本发明的发明人已经认识到，对于海底传输系统经常不需要专用的海底光学终端。而是可以通过提供地面终端和海底传输路径之间的适当接口而使用不太昂贵的可容易利用的地面光学终端。所述接口提供从多个卖方得到的地面光学终端的专有接口与海底传输路径之间的高兼容性。也就是，将接口设计为终端独立的，并且用作地面光学层传输协议与海底光学层传输协议之间的接口。目前可用的并且可与本发明结合使用的地面光学终端的例子包括(但不限于)Nortel LH1600和LH4000，Siemens MTS2，Cisco15808和Ciena CoreStream远程传输产品。
为了便于更好地理解本发明，下面介绍网络协议的概述。另外的细节例如可以在1998年Academic出版社出版的R.Ramaswami和K.Siovarajan所撰写的“Optical Networks：A Practical Perspective”的第6章中得到，该文整体在此引入作为参考。
网络协议
网络几乎普遍采用多层协议。低级物理层协议保证两个设备之间数据流的发送和接收。数据包构建在数据链路层中。在物理层之上，网络和传输层协议控制数据通过网络的传输，由此确保端对端的可靠的数据传送。
由于计算机和传输网络的发展，已经在通信媒质、网络拓扑、消息格式、信道访问协议等等中使用各种方法。这些方法中的一些已经形成为(emerge as)实际上的标准，但是仍然没有用于网络通信的单一标准。但是，已经提出一种网络体系结构的模型并得以广泛接受。该模型称为国际标准化组织(ISO)开放式系统互联(OSI)参考模型。该OSI参考模型本身不是一种网络体系结构。而是它规定了协议层的分级结构，并定义网络中每一层的功能。依照定义该通信规则的协议，一个网络节点中的每一层都与进行通信的另一个节点中的对应层进行会话。实际上，信息在一个节点中逐层向下传递，然后通过信道媒质并向上返回另一节点的各个连续层。但是，为了设计各个层并理解它们的功能，认为每一层与同一级上、即在“水平”方向上与其对应部分(counterpart)通信比较容易。
OSI模型定义的最低层称为物理层，涉及在通信信道上传输原始数据位。根据用于通信信道的媒质，物理层的设计包括电气工程、机械工程或光学工程的问题。紧接着物理层的层称为数据链路层。数据链路层的主要任务是将直接与信道媒质连接的物理层转变为对上面的邻接层呈现无差错的通信链路，该邻接层称为网络层。数据链路层执行这样的功能，即将数据构成为数据包或帧，并将控制信息附在该数据包或帧上，如用于错误检测的校验和、以及包号。网络层执行在信息源获取信息并将其递送到其目的地的端对端路由选择功能。在网络层之上是传输层、会话层、表示层和应用层。
SONET/SDH和光学层协议
SONET/SDH标准向四层组成的网络级协议提供接口。这些层是七层OSI模型的组合和衍生物(derivative)。图1中示出OSI模型的七层与SONET/SDH之间的大致对应。路径层(path layer)主要负责监视和跟踪在节点之间的端对端连接。线路层(line layer)将大量路径层连接多路复用到在两个节点之间的单链路上。每个链路分成许多部分(section)，这些部分对应于中继器之间的链路段(segment)。物理层主要负责穿过光纤的实际位传输。
国际电信联盟(ITU)最近定义了一个新的层，即光学层，该层对应于OSI模型中的物理层。在ITU推荐标准(recommendation)G.681中描述了光学层分解为其多个子层。如图2中所示，光学层依次由三个子层组成，即光信道层、光学多路传输部分(optical multiplexsection)和光放大器部分。光学层主要负责光路(lightpath)的端对端路由(即，在每个链路上利用单波长的端对端连接)。光学多路传输部分层用于表示沿光路的路由的点对点连接。光放大器部分层控制光放大器之间的连接。
在实际的网络中，两个或多个上述协议层叠可以使一个位于另一个之上。例如，图2中示出光学层网络上的SONET/SDH。在这种情况下，SONET/SDH网络把光学层网络当作其物理层。也就是，用光学层来代替SONET/SDH的物理层。
图3示出如在地面光网中通常采用的SONET/SDH网络中的常规链路。该链路由两个SONET/SDH终端300组成，终端300由单一卖方提供。该终端具有SONET/SDH接口310，所述接口允许它们与用户设备和来自不同供应商的传输设备互连。终端还包括专有接口320，所述专有接口允许指定的卖方使它们自己的光学终端互连，而不受SONET/SDH强加的限制。专有接口经卖方专有的光学层传输协议通信。终端接口采用的各层直接示于图3中终端300的下面。关于图2中看到的光学层网络上的SONET/SDH，图中示出了SONET/SDH接口310。
光学接口
本发明的发明人已经认识到，海底通信系统可以用不太昂贵、商业上可用的SONET/SDH终端来代替通常采用的专用终端。这可以通过用更适合于海底系统的光学层传输协议来代替在专有接口侧的SONET/SDH终端的物理层来实现。SONET/SDH终端配备有接口，如适配器卡，允许其与海底海底通信路径中采用的光学层传输协议通信。图4示出发明的网络体系结构的方框图。
在图4中，SONET/SDH终端400的专有光学层接420经提供光学层功能性的海底光传输路径440通信。光学接口设备430提供SONET/SDH终端400与海底光传输路径440之间的连通性。也就是说，海底光传输路径440对于SONET/SDH终端400是透明的，因此从它们的观点(perspective)来看，它们在它们自己专有的链路上通信。
光学接口设备430接收来自SONET/SDH终端400的光学层接口420的光信号。该接口设备430提供SONET/SDH终端400所不提供的光学层信号调节(signal conditioning)，但是这种信号调节对于在海底传输路径440上传输信号是必要的。所提供的信号调节包括(但不限于)：增益均衡、大量分散补偿、光增益、拉曼放大、分散斜率补偿、极化方式分散(PMD)补偿、性能监视、伪信道插入(dummy channelinsertion)或其任意组合。上述信号调节过程一般存在于图2中所示光学层传输协议的光放大器部分中。但是，一般地说，本发明包括在图2中所示任意一个或多个光学子层提供信号调节的光学接口设备。
图5示出图4中所示发明的光学接口设备500的一个实施方案的方框图。通过光学性能监视器502来监视从SONET/SDH终端接收的光信号的光学性能，然后通过极化多路复用器504进行功率均衡，通过放大器506进行光学放大，并且穿过分散补偿设备508(如分散补偿光纤或基于光栅的分散补偿设备)，之后，光信号预备横穿海底光传输路径。同样，由接口设备500从海底光传输路径接收的光信号通过放大器510进行光学放大，穿过分散补偿设备512，通过多路分配器514进行光学多路分解，穿过极化方式分散(PMD)补偿器516，并由光学性能监视器518监视性能。
光学性能监视器502和518确保保持适当的信号品质。光学性能监视器502和518可以测量光信号的OSNR、品质因数(Q-factor)或BER。操作中，抽头(tap)或其他设备将一小部分光信号引导至光放大器、滤波器和接收器，用以将光信号变为电信号。具有可调判定域和相位的双信道CDR用于确定数据信号的误差特性。由性能监视器520确定的光学性能信息可用作反馈，以控制增益均衡器504或PMD补偿器516。
尽管这里特别示出和描述了各个实施方案，但是应该理解，上述教导覆盖本发明的修改和改变，并且所述修改和改变在随附权利要求书的权限范围内，而没有背离本发明的精神和预定范围。例如，尽管根据符合SONET/SDH标准的地面光学终端的接口描述了本发明，但是本发明同样可适合于符合其他工业标准协议，如ATM和千兆以太网的地面光学终端的接口。

Claims (34)

1.一种在光传输系统中的光传输数据接口，所述光传输系统具有带第一和第二光学接口的光传输终端，所述第一接口配置为依照工业标准的网络级协议进行通信，所述第二接口配置为依照第一光学层传输协议进行通信，所述光传输数据接口包括：
光学接口设备，该设备包括：
第三接口，依照第一光学层传输协议与所述光传输终端的第二接口进行通信；
第四接口，配置为依照第二光学层传输协议进行通信；以及
信号处理单元，用于在所述第一和第二光学层传输协议之间转换光信号；
光传输路径，与依照所述第二光学层传输协议传输光信号的光学接口设备的第四光学接口光学耦合。
2.根据根据权利要求1的光传输系统中的光传输数据接口，其中，所述第三和第四接口是双向接口。
3.根据权利要求1的光传输系统中的光传输数据接口，其中，所述工业标准的网络级协议是SONET/SDH。
4.根据权利要求1的光传输系统中的光传输数据接口，其中，所述工业标准的网络级协议是ATM。
5.根据权利要求1的光传输系统中的光传输数据接口，其中，所述工业标准的网络级协议是千兆以太网。
6.根据权利要求1的光传输系统中的光传输数据接口，其中，所述第二光学层传输协议包括波分多路复用。
7.根据权利要求1的光传输系统中的光传输数据接口，其中，所述第二光学层传输协议支持从组中选出的至少一种信号处理，所述组由增益均衡、大量分散补偿、光增益、拉曼放大、分散斜率补偿、PMD补偿和性能监视组成。
8.根据权利要求6的光传输系统中的光传输数据接口，其中，所述第二光学层传输协议支持从组中选出的至少一种信号处理，所述组由增益均衡、大量分散补偿、光增益、拉曼放大、分散斜率补偿、PMD补偿和性能监视组成。
9.根据权利要求1的光传输系统中的光传输数据接口，其中，所述光传输路径是海底光传输路径。
10.根据权利要求9的光传输系统中的光传输数据接口，其中，为所述海底光传输路径配置所述第二光学层传输协议。
11.根据权利要求1的光传输系统中的光传输数据接口，
其中，所述信号处理单元对光信号执行从组中选出的至少一种处理，所述组由增益均衡、大量分散补偿、光增益、拉曼放大、分散斜率补偿、PMD补偿、伪信道插入和性能监视组成。
12.一种传输光信号的方法，所述方法包括以下步骤：
依照第一光学层传输协议从具有第一和第二光学接口的光传输终端接收光信号，所述第一接口配置为依照工业标准的网络级协议进行通信，所述第二接口配置为依照第一光学层传输协议进行通信；
转换光信号，从而使其与第二光学层传输协议相适应；以及
依照第二光学层传输协议将转换的光信号引导通过光传输路径。
13.根据权利要求12的方法，其中，所述光传输路径是双向传输路径。
14.根据权利要求12的方法，其中，所述工业标准的网络级协议是SONET/SDH。
15.根据权利要求12的方法，其中，所述工业标准的网络级协议是ATM。
16.根据权利要求12的方法，其中，所述工业标准的网络级协议是千兆以太网。
17.根据权利要求12的方法，其中，所述第二光学层传输协议包括波分多路复用。
18.根据权利要求12的方法，其中，所述第二光学层传输协议支持从组中选出的至少一种信号处理，所述组由增益均衡、大量分散补偿、光增益、拉曼放大、分散斜率补偿、PMD补偿和性能监视组成。
19.根据权利要求17的方法，其中，所述第二光学层传输协议支持从组中选出的至少一种信号处理，所述组由增益均衡、大量分散补偿、光增益、拉曼放大、分散斜率补偿、PMD补偿和性能监视组成。
20.根据权利要求12的方法，其中，所述光传输路径是海底光传输路径。
21.根据权利要求20的方法，其中，为所述海底光传输路径配置所述第二光学层传输协议。
22.根据权利要求12的方法，其中，所述信号处理单元对光信号执行从组中选出的至少一种处理，所述组由增益均衡、大量分散补偿、光增益、拉曼放大、分散斜率补偿、PMD补偿和性能监视组成。
23.一种用于在光传输系统中使用的光学接口设备，所述光传输系统具有带第一和第二光学接口的光传输终端，所述第一接口配置为依照工业标准的网络级协议进行通信，所述第二接口配置为依照第一光学层传输协议进行通信，所述光学接口设备包括：
第三接口，依照第一光学层传输协议与所述光传输终端的第二接口进行通信；
第四接口，配置为依照第二光学层传输协议进行通信；以及
信号处理单元，用于在所述第一和第二光学层传输协议之间转换光信号；
光传输路径，与依照所述第二光学层传输协议传输光信号的光学接口设备的第四光学接口光学耦合。
24.根据权利要求23的光学接口设备，其中，所述第三和第四接口是双向接口。
25.根据权利要求23的光学接口设备，其中，所述工业标准的网络级协议是SONET/SDH。
26.根据权利要求23的光学接口设备，其中，所述工业标准的网络级协议是ATM。
27.根据权利要求23的光学接口设备，其中，所述工业标准的网络级协议是千兆以太网。
28.根据权利要求23的光学接口设备，其中，所述第二光学层传输协议包括波分多路复用。
29.根据权利要求23的光学接口设备，其中，所述第二光学层传输协议支持从组中选出的至少一种信号处理，所述组由增益均衡、大量分散补偿、光增益、拉曼放大、分散斜率补偿、PMD补偿、伪信道插入和性能监视组成。
30.根据权利要求28的光学接口设备，其中，所述第二光学层传输协议支持从组中选出的至少一种信号处理，所述组由增益均衡、大量分散补偿、光增益、拉曼放大、分散斜率补偿、PMD补偿和性能监视组成。
31.根据权利要求23的光学接口设备，其中，所述光传输路径是海底光传输路径。
32.根据权利要求31的光学接口设备，其中，为所述海底光传输路径配置所述第二光学层传输协议。
33.根据权利要求23的光学接口设备，其中，所述信号处理单元对光信号执行从组中选出的至少一种处理，所述组由增益均衡、大量分散补偿、光增益、拉曼放大、分散斜率补偿、PMD补偿、伪信道插入和性能监视组成。
34.一种光学接口设备，其包括：
用于依照第一地面光学层传输协议接收光信号的装置；
用于转换光信号从而使其与第二光学层传输协议相适应的装置；以及
用于依照第二光学层传输协议将转换的光信号引导通过光传输路径的装置。
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