CN1749788A - 可重新配置的光交换系统 - Google Patents

Abstract

交换系统包括具有选择模块的路由设备，每一个选择模块具有一个输入及数个输出，该路由设备适于根据一命令将所接收到的光谱波道选择性地交换到各个输出。该路由设备包括：第一级，包括数个模块，模块的输入构成了该设备的输入端口；第二级，包括至少一个第一选择模块，该第一选择模块的输出构成了该设备的输出端口；以及中间级，用于将第二级的第一选择模块的输入耦合到第一级的第一选择模块的第一输出以及第一级的第二选择模块的第一输出。本发明应用于光网络的交换节点的互连板。

Description

可重新配置的光交换系统

相关申请的交叉引用

本申请基于2004年9月17日提交的法国专利申请No.0452078，其所披露内容的全部在此作为参考引入本申请，并在此要求其优先权。

技术领域

本发明的领域是波分复用光传输网络。本发明涉及用于这类网络的路由节点的光交换系统。

本发明更特别地涉及可重新配置的光开关，其通过自身的输入端口接收数个波分复用(WDM)信号，并且根据一命令将构成所接收到的WDM信号的光谱波道(或者，简言之，波长)分别路由到选择出来的各个输出端口。本发明还涉及适于执行逆操作的开关，也就是，根据一命令，在其输出端口，从所接收到的单波长信号形成数个WDM信号，每一个WDM信号包括选择出来的所接收到的单波长信号的合路。

此处所考虑的开关是透明的，也就是其中的波道保留在光域的类型。

背景技术

有利地，将上述类型的开关作为电子开关的可重新配置的输入或输出接口而用于路由节点。

上述此类的接口一般在英语中被称为配线板。输入配线板在空间上分离从数个输入光纤所接收到的WDM波道并且将所有的波道交换到各个输出端口。输出端口通过包括光接收器，通常是光电探测器的光电转换接口与电子开关的各个输入端子进行通信。

输出配线板包括输入端口，该输入端口通过包括单波长光信号发送器，通常是调制激光源的电光转换接口与电子开关的各个输出端口进行通信。输出配线板将这些信号形成为WDM信号波道输出配线板交换所发送的单波长信号并且将其进行合路成组以在各个输出端口形成多路复用。输出端口与各个输出光纤相耦合。

为了优化使用网络中的光谱源，希望配线板提供一些灵活性，也就是，希望其通过简单的命令而至少部分为可重新配置的。这是因为，首先考虑输入配线板，清楚的是可由一个节点处理的接收的波道的最大数目由电子开关的输入端子的数目(或是至少给定时间内的其处于服务中的数目)限定。这样产生了对于节点的上游侧的所有网络光纤可以同时使用的波道数目的同样限制。这样，为了妥善使用这些有限的资源，就有必要能够修改在光纤之间它们的分布，也就是，能够减少分配给一个光纤的波道的数目，该光纤上的业务量出于另一个业务量趋于饱和的光纤的利益而降低。

这就意味着至少一个最初接收来自一特定光纤的特定波道的接收器之后可以额外接收分配给另一个光纤并从该处而来的波道。对于不可重新配置的配线板，如果没有技术人员物理地操作板上的元件，这种在光纤之间的波道的再次分布是不可能的。

对于输出配线板也存在类似的需求。在这里可被发送的波道的最大数目由电子开关的有源输出波道的数目(其通常与输入端子的数目相等)限定。由于输出光纤通常对应着不同的目的地并且每一个承载着显著发生演化的业务量，也就有必要可以通过简单的命令而修改注入到各个输出光纤中的波道的数目。

提供了上述功能的一个在现有技术方案示意性地如图1所示，其涉及一个特例，即耦合到三个输入光纤和三个输出光纤的路由节点。该图显示了涉及上面所提及的路由节点的元件，按照顺序为：

输入光纤F1-F3，通过输入光放大器OA1-OA3携带各个输入多路复用WM1-WM3；

输入配线板PP，具有输入端口A1-A3，与放大器OA1-OA3的各个输出以及输出端口Q1，...Qi，...Qa相耦合；

光电转换接口RX，包括与配线板PP的各个输出端口Q1，...Qi，...Qa耦合的光接收器RX1，...RXi，...RXa；

电子开关ESW；

电光转换接口TX，包括光发送器TX1，...TXi，...TXa(在特定然而通常的例子中，接收器和发送器的数目相等)；

输出配线板PP’，具有输入端口Q’1，...Q’i，...Q’a，与发送器TX1，...TXi，...TXa的各个输出以及输出端口A’1-A’3相耦合；以及

输出光纤F’1-F’3，通过其输入与各个输出端口A’1-A’3相耦合的输出光放大器OA’1-OA’3，从输出端口A1’-A3’接收输出多路复用WM’1-WM’3。

为了在节点的上游侧提供所需的灵活性，输入配线板PP使用了第一级，其包括与各个输入光纤耦合且其后跟随有空间开关(space switch)XB的光解复用器DM1-DM3。对于传统的解复用器，也就是，每一个解复用器都适于在其输出处提供构成其所接收到的复用的各种波道，如果空间开关XB是交叉开关且其使得解复用器的每一个输出P1，...Pi，...Pa根据一命令(无参考标号)，选择性地耦合到其任意的输出端口Q1，...Qi，...Qa，就可以获得最大的灵活性。通过使用较小的空间开关其仅接收解复用器所分离的一些波道，其余的波道直接导向各个专用接收器，也可以提供部分的灵活性。

同样地，为了在节点的下游侧提供所需要的灵活性，输出配线板PP’使用了空间开关XB’，其后跟随有第二级，该第二级包括与各个输出光纤耦合的光耦合器M1-M3。如果空间开关XB’是交叉开关且其允许每一个发送器输出从其输入端口Q’1，...Q’i，...Q’a选择性地耦合到耦合器M1-M3的输入P’1，...P’i，...P’a的任意一个，也可以获得最大的灵活性。通过使用较小的空间开关仅接收来自某些发送器的信号，而其余的信号直接导向各个耦合器，可以提供部分的灵活性。

上述方案的缺点是缺乏模块化。一个网络节点适于达到一给定的名义上的交换容量，但是当网络最初开始工作时并没有使用所有的容量。随着需求的增加，通过在最初和/或新使用的光纤中使用新的波长开始执行升级。这种安排的非模块特性使得必须或是在操作的一开始就安装名义上容量所额定的空间开关，但这会高估最初需求，或者当容量增加时接受灵活性的降低水平。另一方面，还需要使得上述这种设备的成本和性能持续地适应于其商业用途。

本发明意在补救这种缺点，提出一种新的光开关结构，其可以用作可重新配置的输入和输出配线板并且其为标准组件使得其性能可以随着成本而成比例地演化，在此所用的词语“性能”指的是其处理作为特定数目的光纤的输入而接受的特定数目的波道而灵活性不降低的容量，灵活性也就是，可以在光纤之间再分配的波道的数目与每一条光纤所输送的波道平均数目之间的比率。

为了达到这个目的，本发明使用了可以从各种供货商处获得的已知为波长选择开关或波长开关模块的光元件作为基本构建框架。在ECOC’2002会议，哥本哈根，2002年9月9日，T.Ducellier等所著名为“MWS 1×4：A High Performance Wavelength Switching Building Block”的文件2.3.1上，描述了一种这样的元件。

上述的元件可以用于根据信号的传播方向而实现解复用或是复用。在前一种情况下，元件的一个端口构成一个输入而其余的几个端口构成输出。根据光谱波道的各自波长以及根据一命令信号，该元件将其输入所接收到的多路复用的光谱波道选择性地交换到模块的各个输出。

因此，该元件具有可编程的解复用功能，在任何选择的输出处既可以提供从所接收到的多路复用的波道选择的波道，又可以提供包括所接收到的多路复用的波道选择出来的波道组的输出多路复用。其特别的特征为能够处理大量的所接收到的波道，而具有较低数目的输出，目前通常为四或八个输出。然而，这个数目可以通过将数个上述的元件级联为树结构而增加。此后，上述类型的元件或是等同于具有较多数目的输出的元件的元件组件，被称为波长选择模块，简言之，称为选择模块。

通过将输入和输出的作用互换，同样的模块还可以执行逆功能。在这种情况下，该元件就变成了具有数个输入和一个输出的元件，并且用于根据各个输入所接收到的波道的波长以及根据一命令信号将各个输入所接收到的光谱波道(也就是，由各个波长携带的光信号)选择性地交换到模块的输出。

当然，交换到输出的光谱波道必须具有不同的波长。该模块于是具有可编程的多路复用功能，在其输出处提供从所接收到的波道选择出来的波道或是包括从所接收的波道选择出来的波道组的输出多路复用。

发明内容

为了更加精确，本发明的光交换系统包括：

输入端口，适于接收各个光多路复用输入信号，每个信号包括各个波长所携带的光谱波道；

输出端口；以及

路由设备，适于根据一命令将数个输入端口所接收到的光谱波道选择性地交换到选择出来的各个输出端口。

在本发明的交换系统中，一种波长选择模块，此后称为选择模块，是具有一个输入以及数个输出的设备，其适于根据其各个波长以及根据一命令信号将输入所接收到的光谱波道选择性地交换到所述模块的各个输出，所述路由设备包括：

第一级，包括数个选择模块，该模块的输入构成所述交换系统的各个输入端口；

第二级，包括至少一个第一选择模块，该模块的输出构成所述交换系统的各个输出端口；以及

中间级，用于将第二级的第一选择模块的输入耦合到第一级的第一选择模块的第一输出以及第一级的第二选择模块的第一输出。

这种方案优势在于，允许在至少两条光纤中的可用波长分配中的灵活性，同时具有标准组件结构，并且因此在操作的开始具有有限的成本。进一步，由于设备元件之间的信号传递可能在每一个耦合链路上由波道组实现，则在元件之间提供的互连的数目就会保持相对地低。

根据演化的第一种可能，第二级包括第二选择模块，并且中间级将第二级的第二选择模块的输入耦合到第一级的第一选择模块的第二输出以及第一级的第二选择模块的第二输出。

在这种变形中，提供的第一级的两个选择模块和第二级的两个选择模块之间的双重耦合，增加了可以选择性地分配给两个光纤的波长的数目。

根据一种实施例，其使得设备支持更大总数目的波道，从而支持额外波长的引入，中间级包括第一和第二星型耦合器，每一个耦合器都具有数个输入和数个输出，其中：

将第一级的第一选择装置和第二选择装置的第一输出耦合到第一耦合器的两个分别的输入；

将第一级的第一选择模块和第二选择模块的第二输出耦合到第二耦合器的两个分别的输入；并且

将每一个耦合器的每一个输出连接到第二级的相关选择模块的输入。

在另一个实施例中，与同一个耦合器相关的第二级的至少两个选择模块适于处理波长的独立频带。

这种变形允许使用波长选择模块，每一个模块可以处理窄于或疏于网络所使用的波长的总频带的波长的频带，这对于其成本具有有益的影响。

该设备通常连接到任何数目n的输入光纤。这种情况中，具有优势的是，如果第一级包括至少n个选择模块并且第二级包括至少s个选择模块，中间级包括至少s个星型耦合器，每一个耦合器具有至少n个输入以及与第二级的s个选择模块中的一个选择模块相关的至少一个输出，并且：

每一个耦合器的每一个输出与第二级的相关选择模块的一个输入相耦合，以及

每一个耦合器的n个输入与第一级的n个独立选择模块的n个分别的输出相耦合，每一个输出与单独耦合器的输入相耦合。

本发明还在于一种交换系统，其适于实现逆操作，也就是，接收由各个波长携带的输入信号，并，根据一命令将其选择性地交换到选择出来的各个输出端口。该设备于是在其输出端口处形成了多路复用信号，每一个信号包括在其输入处所接收到的单波长信号的选择的合路。

在这种情况下，设备的结构与之前的结构相同，而其使用模式是不同的：信号的传播方向是相反的，输出信号变成了输入信号且反之亦然，输出或者输出端口变成了输入或者输入端口并且反之亦然，第二级变成了第一级且反之亦然。

更为精确地，光交换系统包括：

输入端口，适于接收由各个波长携带的各个光输入信号；

输出端口；

路由设备，适于根据一命令而将数个输入端口所接收到的信号选择性地交换到选择出来的输出端口，该交换系统中，一种波长选择模块，此后称为选择模块，具具有数个输入以及一个输出的设备，适于根据在各个输入所接收到的信号的波长以及根据一命令信号将各个输入所接收到的信号选择性地交换到模块的输出，该路由设备包括：

第一级，包括至少一个第一选择模块或多路复用器，该模块或多路复用器的输入构成所述交换系统的输入端口；

第二级，包括数个选择模块，该模块的输出构成所述交换系统的各个输出端口；以及

中间级，用于将第一级的第一选择模块的输出耦合到第二级的第一选择模块的第一输入以及第二级的第二选择模块的第一输入。

本实施例具有与第一实施例同样的变形和演化的可能性。这些变形不再赘述，因为其是仅通过输入输出作用互换而从已经描述过的变形演绎而来的。

可选地，第一级的所有选择模块(或甚至只是其一部分)可以用简单多路复用器代替。如果修改发送器TX的发送波长的可能性可以省除，则这种变形是有益的。在这种情况下，提供其具体功能不会被使用的选择模块就没有实用性。对多路复用器的选择就会特别优越，因为对于给定数目的输入端口，多路复用器较之选择模块会带来较少的光损耗。

本发明还涉及一种用于光传输网络的交换节点，其中输入配线板、光电转换接口、电子开关、电光转换接口以及输出配线板级联耦合。该输入/输出配线板如前所述。

本发明最后还涉及包括至少一个这样的交换节点的光传输网络。

本发明的其它方面和优点将在参照附图的描述中变得明显。

附图说明

图1，已经解释过，代表了现有技术路由节点。

图2代表了本发明的光交换系统及其从最低配置的演化。

图3代表了经过升级的最佳配置的本发明的光交换系统。

具体实施方式

图2所示为本发明交换系统的结构的一个例子。其可以被用作输入或输出配线板。由于这两种选择的区别仅在于光信号的传播的相对方向，结构的元件将被引用且其参考标号基本上参照输入配线板而指定。出于和图1保持一致的目的，与输出配线板相关的特定元件带有位于括号内的参考标记。

接下来解释，交换系统如何根据增长的需求适应演化。

本例考虑设备PP最初仅与两条输入光纤相连，该光纤携带有各个多路复用输入信号WM1、WM2，每一个信号包括各个波长携带的光谱波道。在每条光纤中可用的波长一般属于预定义的波长标准梳。然而，此后只考虑这些由设备支持的，也就是，由所选择的选择模块所支持的波长。然而，这并不排除光纤能够使用其它的波长，但是其它这些波长必须由其它且适当地适应的设备来处理。

第一级1包括两个选择模块IWS1、IWS2，其输入构成交换系统的各个输入端口A1、A2，它们分别接收多路复用信号WM1、WM2。

第二级2包括选择模块CWS1、CWS2、CWS3、CWS4，模块的输出构成了交换系统的各个输出端口Q1，...Qi，...Qa。在应用于输入配线板时，这些输出端口耦合到前面提到过的光电转换接口RX的各个接收器。

在此示意性示出的其形式为星型耦合器SC1、SC2以及光链路(没有参考标记)的一个中间级3提供了第二级的选择模块的输入和第一级的选择模块的输出之间的耦合。

为了达到分配用于携带由光纤传送的波道的波长时的灵活性，已经提出了一个单个耦合器，例如耦合器SC1，使用了其两个输入和一个输出，该两个输入分别连接到选择模块IWS1的第一输出和选择模块IWS2的第一输出。耦合器的输出连接到选择模块CWS2的输入。这就将模块CWS2的输入耦合到了模块IWS1的输出以及模块IWS2的输出。

通过这种安排，以及给定选择模块的特性，来自每一条光纤的任何波长可以被导向到模块CWS2的任何输出并由此到任何接收器。然而，导向耦合器的波长的数目必须不得超过模块CWS2的输出的数目。这样的结果是，每条光纤剩余的波长就不能作为光纤间可交换的资源而处理。这些波长可能仍然从第一级的选择模块IWS1、IWS2的其它输出交换到专用的接收器，既可以直接交换也可以通过第二级的选择模块OWS1、OWS2进行交换，如图所示(连接用点虚线表示)。

为了减少对于可转换的波长数目的限制，该设备的第一种演化在于，在第二级提供有第二选择模块CWS3以及在中间级3提供有第二耦合器CS2。这样第二选择模块CWS3的输入就耦合到模块IWS1的第二输出以及模块IWS2的第二输出(连接用长划虚线表示)。如果模块CWS2和CWS3是相同的，则可转换波长的数目就会加倍。

需要注意，选择模块IWS1、IWS2必须各个受令以将独立的波长组交换到同一个耦合器，虽然这对将波长分配给光纤的灵活性并不构成限制。

假设设备可以交换的波道总数受到第二级的模块的输出的总数的限制并且模块的输出的数目也是有限的，如果需要的话，例如在附加波长进入服务后，则设备第二种演化类型就增加了波道的总数。为此，需要满足，在第二级上安装附加选择模块，例如模块CWS1、CWS4，并且提供星型耦合器SC1和SC2，每一个耦合器都具有数个输入和数个输出。

和之前一样，将模块IWS1、IWS2的第一输出耦合到第一耦合器SC1的两个分别的输入，并且将其第二输出连接到第二耦合器SC2的其它两个输入。更进一步，将每一个耦合器的每一个输出耦合到第二级的相关选择模块的输入(连接用短划虚线表示)。

在这种情况下，有利的是，与同一耦合器相关的第二级的选择模块适于处理独立的波长频带，通常是波长的相邻频带或是波长的交织频带。这样就使得使用了具有较简化设计从而具有较低成本的模块。设备演化的第三种类型的目的在于，考虑了输入光纤的数目的增加。

为了达到这个目的，需要满足，在第一级安装附加的选择模块并将其输出适当地耦合到第二级的选择模块的输入。附加的选择模块也可以安装在第二级以获得最大的灵活性。

这样就产生了一个最优结构，如图3所示的三输入光纤的特殊情况。

在n个输入光纤的一般情况下，第一级包括n个模块(此处为三个模块IWS1-IWS3)，第二级包括s个模块(此处为八个模块CWS1-CWS8)。中间级包括k个星型耦合器(此处为三个耦合器SC1，SC2，SC3)，每一个耦合器具有至少n个输入以及与第二级的选择模块之一相关的至少一个输出。将每一个耦合器的每一个输出耦合到第二级的一个相关选择模块的输入，并且将每一个耦合器的n个输入耦合到第一级的n个独立选择模块的n个分别的输出，将这些输出的每一个都耦合到仅一个耦合器一个输入。

当然，要提供的第二级的模块的数目s以及每个耦合器的输出的数目r取决于有待处理的波道的总数及其输出的数目。

在其中第一级的每一个模块具有p个输出并且第二级的每一个模块具有q个输出的情况下，对于最优结构的衡量规则可以总结如下：

如果c是网络中所使用的波长的数目，则：

c.n＝s.q

k＝p

k.r＝s

至于该设备作为输出配线板pp’的应用，只要简单地将输入和输出的作用互换且用电光转换接口TX替代光电转换接口RX即可使用相同的结构。使用模式所引起的变化是非常明显的因此无需赘述。

然而，正如已经提到过的，对于这种应用，第一级的选择模块在必要时可以用简单多路复用器替代。

Claims (12)

1.一种光交换系统，包括：

输入端口，适于接收各个光多路复用输入信号，每个所述信号包括各个波长所承载的光谱波道；

输出端口；以及

路由设备，适于根据命令将数个输入端口所接收到的光谱波道选择性地交换到选择出来的各个输出端口，该交换系统的特征在于一种波长选择模块，此后称为选择模块，该模块是具有一个输入以及数个输出的设备，其适于根据其各个波长以及根据命令信号将其输入所接收到的光谱波道选择性地交换到所述模块的各个输出，所述路由设备包括：

第一级，包括数个选择模块，该模块的输入构成所述交换系统的各个输入端口；

第二级，包括至少一个第一选择模块，该模块的输出构成所述交换系统的各个输出端口；以及

中间级，用于将所述第二级的所述第一选择模块的输入耦合到所述第一级的第一选择模块的第一输出以及所述第一级的第二选择模块的第一输出。

2.根据权利要求1的交换系统，其中所述第二级包括第二选择模块，并且所述中间级将所述第二级的所述第二选择模块的输入耦合到所述第一级的所述第一选择模块的第二输出以及所述第一级的所述第二选择模块的第二输出。

3.根据权利要求2的交换系统，其中所述中间级包括第一星型耦合器和第二星型耦合器，每一个耦合器都具有数个输入和数个输出，其中：

将所述第一级的所述第一选择模块和第二选择模块的所述第一输出耦合到所述第一耦合器的两个分别的输入；

将所述第一级的所述第一选择模块和第二选择模块的所述第二输出耦合到所述第二耦合器的两个分别的输入；并且

将每一个耦合器的每一个输出连接到所述第二级的相关选择模块的输入。

4.根据权利要求3的交换系统，其中与同一个耦合器相关的所述第二级的至少两个所述选择模块适于处理波长的独立频带。

5.根据权利要求1到4的任何一个的交换系统，其中所述第一级包括至少n个选择模块且所述第二级包括至少s个选择模块，所述中间级包括至少s个星型耦合器，每一个所述耦合器具有至少n个输入以及与所述第二级的所述s个选择模块中的一个选择模块相关的至少一个输出，并且：

每一个耦合器的每一个输出与所述第二级的相关选择模块的一输入相耦合，以及

每一个耦合器的n个输入与所述第一级的n个独立选择模块的n个分别的输出相耦合，每一个所述输出与单个耦合器的一输入相耦合。

6.一种光交换系统，包括：

输入端口，适于接收由各个波长承载的各个光输入信号；

输出端口；

路由设备，适于根据命令将数个输入端口所接收到的信号选择性地交换到选择出来的输出端口，该交换系统中，一种波长选择模块，此后称为选择模块，是具有数个输入以及一个输出的设备，其适于根据在各个输入所接收到的信号的波长以及根据命令信号将各个输入所接收到的信号选择性地交换到所述模块的所述输出，所述路由设备包括：

第一级，包括至少一个第一选择模块或多路复用器，该模块或多路复用器的输入构成所述交换系统的输入端口；

第二级，包括数个选择模块，该模块的输出构成所述交换系统的各个输出端口；以及

中间级，用于将所述第一级的所述第一选择模块或多路复用器的输出耦合到所述第二级的第一选择模块的第一输入以及所述第二级的第二选择模块的第一输入。

7.根据权利要求6的交换系统，其中所述第一级包括第二选择模块或多路复用器，且所述中间级将所述第一级的所述第二选择模块或多路复用器的输出耦合到所述第二级的所述第一选择模块的第二输入以及所述第二级的所述第二选择模块的第二输入。

8.根据权利要求7的交换系统，其中所述中间级包括第一星型耦合器和第二星型耦合器，每一个所述耦合器具有数个输入和数个输出，并且：

将所述第二级的所述第一选择模块和第二选择模块的所述第一输入耦合到所述第一耦合器的两个分别的输出；

将所述第二级的所述第一选择模块和第二选择模块的所述第二输入耦合到所述第二耦合器的两个分别的输出，以及

将每一个耦合器的每一个输入耦合到所述第一级的相关选择模块或多路复用器的输出。

9.根据权利要求8的交换系统，其中将与同一个耦合器相关的所述第一级的所述选择模块或多路复用器的至少两个设计成处理波长的非相邻频带。

10.根据权利要求6到9的任何一个的交换系统，其中所述第二级包括至少n个选择模块，并且所述第一级包括至少s个选择模块或多路复用器，所述中间级包括至少s个星型耦合器，每一个所述耦合器具有至少n个输出以及与所述第一级的所述s个选择模块或多路复用器的一个相关的至少一个输入；

每一个耦合器的每一个输入与同所述第一级的相关的选择模块或多路复用器的一个输出相耦合，以及

每一个耦合器的n个输出与所述第二级的n个独立的选择模块的n个分别的输入相耦合，每一个所述输入与单个耦合器的输出相耦合。

11.一种用于光传输网络的交换节点，其中输入配线板、光电转换接口、电子开关、电光转换接口以及输出配线板级联耦合，所述输入配线板符合权利要求1到5的任何一个并且/或所述输出配线板符合权利要求6到10的任何一个。

12.一种光传输网络，包括至少一个符合权利要求11的交换节点。

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