CN1794620B - 可重新配置的半透明的光交换装置 - Google Patents

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Abstract

本装置包括：输入级(1)，包括提供相同复用信号的副本的广播模块(MD1-MD3)；输出级(2)，包括具有与各广播模块相关联的输入的可编程复用器模块(OWS1-OWS3)；以及中间级(3)，其将与广播模块相关联的每个可编程复用器模块输入连接到相关联的广播模块的输出。每个广播模块包括可编程解复用器模块(IWS1-IWS3)以及星形耦合器(SC1-SC3)，其中该可编程解复用器模块(IWS1-IWS3)具有转接输出(B1)和选择输出(B2)。转接输出(B1)连接到该耦合器的第一输入(C1)，并且处理装置(RG，RG’)的输入和输出分别连接到选择输出(B2)和耦合器的第二输入(C2)。该装置可应用于混合光网络的半透明节点。

Description

可重新配置的半透明的光交换装置
技术领域
本发明的领域是波分复用光传输网络领域。本发明涉及可以用于这种网络的路由节点中的光交换装置。 
本发明更特别地涉及可重新配置的光交换机，其经由输入端口接收波分复用(WDM)信号并根据控制信号将构成该接收到的WDM信号的信道(或更简单地说，波长)分别交换到所选择的各个输出端口。对交换到同一输出端口的信道进行组合以形成该端口的输出复用信号。 
背景技术
WDM网络的节点可以配备再生器，其单独地在所接收的波分复用信号的每个信道上进行操作以便在将光信号转发给其他节点之前对其进行再整形和再同步。于是，该网络称为“不透明的”网络并且其优点在于可以保证至少等于对于各个信道可以选择的所有路由都固定的最低级别的传输质量。另一方面，再生器的存在会影响网络节点的成本，该成本与WDM信道的数目成正比而增长。 
更廉价的解决方案是设计一种其节点不具有单独的信道再生器的网络。这种网络称为“透明的”网络并且可以仍包括用于同时放大所传输的波分复用信号的所有信道的光放大器。然而，这种解决方案只适合于相对较小的网络。一个折衷方案是提供一种“混合”网络，其中只为某些节点或链路提供再生器，或者为节点提供少于所接收信道的数目的再生器，可根据要求并在需要的时候选择性地采用这种折衷方案。这种混合解决方案既灵活又经济。于是，将这些节点称为“半透明的”节点。 
为了产生上述类型的半透明节点，有必要使用一种交换机，其能够动态地选择将要分出所接收的哪些WDM信道并对其进行再生或更一般地进行单独的处理。在此之后，该交换机还必须能够重新插入处理后的信道，将它们交换到其各自的目的地输出端口。 
执行上述操作的一种通用解决方案利用了交换机一般都集成了可重新配置的信道插/分功能的事实。这些功能用于使节点能够选择性地发送和接收信号。因此，为了利用这种交换机来实现选择性再生，为这一功能保留少量插/分端口并且提供具有连接到各个保留的分出端口(drop port)的输入和连接到各个插入端口(add port)的输出的再生器装置即可。再生器装置可以采取各种形式，例如，包括到电子领域的转换，但是为了简化网络管理，必须能够调整再生器装置的波长以便使所增加的再生信号可以以预定波长来传送，这种预定波长一般是对信号进行再生之前的信号波长。 
因此，为了再生所选输入复用信号的所选信道，将交换机配置为从其输入复用信号中分出这一信道并且将这一信道交换到所保留的分出端口之一，并且将交换机配置为将相应的所保留的插入端口连接到该交换机的目的地输出端口。 
图1示出了在路由节点连接到三个输入光纤和三个输出光纤的特定情况下的第一实现。这一实现包括通常的路由节点组件，即依次为： 
输入光纤F1-F3，分别将各输入复用信号WM1-WM3馈送到输入光放大器OA1-OA3； 
输入级IS，包括具有连接到放大器OA1-OA3的各个输出的各个输入A1-A3的光解复用器DM1-DM3； 
例如纵横交换机(crossbar switch)之类的光空间交换机XB具有连接到解复用器DM1-DM3的各个输出的输入P1，...，Pi，...，Pa，以及输出Q1，...，Qi，...，Qa，并且该交换机XB适用于根据控制信号(没有参考标号)将解复用器的每个输出选择性地连接到其任意输出Q1，...，Qi，...，Qa； 
输出级OS，包括光耦合器M1-M3，每个光耦合器都具有多个输入和一个输出，光耦合器的输入Q1，...，Qi，...，Qa连接到空间交换机XB的各个输出XB，并且光耦合器的输出A’1-A’3对各个输出复用信号WM’1-WM’3进行传送；以及 
输出光纤F’1-F’3，其经由输出光放大器OA’1-OA’3接收各个输出复用信号WM’1-WM’3。 
空间交换机XB具有分别专用于分出信道和插入信道的可重新配置的其他输出端口和输入端口。例如，为了选择性地再生任意两个选定的输入信道，为这一功能保留两个分出端口DP1、DP2和两个插入端口AD1、AD2，并且提供具有连接到各个保留的分出端口DP1、DP2的输入和连接到各个保留的插入端口AD1、AD2的输出的再生装置RG1、RG2。 
这种方法提供了所需的功能，但缺点是缺少与使用空间交换机相联系的模块性。 
考虑到增强模块性，美国专利US 6,738,540描述了使用光组件作为其基本元件的另一种类型的交换机，这种光组件称为波长选择交换机或波长交换模块，并且可以现成地从不同供应商处获得这种光组件。对上述类型的组件的描述可以在以下文献中见到，例如T.Ducellier等人2002年9月在哥本哈根举行的ECOC’2002会议(2002年欧洲光通信会议)上发表的论文“MWS 1×4：一种高性能的波长交换构建模块”(“The MWS 1×4：A High PerfformanceWavelength Switching Building Block”)(文献2.3.1)。 
这种组件可以用于根据信号传播方向来进行解复用或复用。在解复用的情况下，这种组件的一个端口构成输入并且多个其他端口构成输出。然后，根据在该组件输入端接收到的复用信号的信道各自的波长并根据一个控制信号，该组件可以将这些信道选择性地交换到该模块的各个输出。 
因此，上述类型的组件提供了可编程解复用功能，即在任意选定的输出端提供所接收的复用信号的选定信道，或者提供包括所接收的 复用信号的选定的一组信道的输出复用信号。下面将提供这种功能的组件称为可编程解复用器。 
可以考虑有大量接收信道却只有少量输出，目前典型地有四个或八个输出的情况。还可以通过在树结构中将多个这种组件进行级联而增加输出的数目。下面将上述类型的装置，即一个部件或相当于具有大量输出的一个部件的多部件的组件称为可编程解复用器模块。 
通过将输出和输入的作用相互交换，相同的组件还可以适用于提供相反的功能。当然，交换到输出端的信道必须具有不同的波长。于是，该模块可以提供一种可编程复用功能，该功能在输出端提供选定的接收信道或包括选定的一组接收信道的输出复用信号。下面将提供这种功能的组件称为可编程复用器。 
类似地，下面将由一个组件或相当于具有大量输入的一个组件的组件组合所形成的装置称为可编程复用器模块。 
因此，上文所引用的专利描述了基于广播耦合器的交换机体系结构以及可编程复用器等，可编程复用器在图2中仍在一个具有三个输入光纤和三个输出光纤的特例中再次出现。 
可编程复用器依次包括： 
输入级BS，其包括广播耦合器CD1-CD3，每个广播耦合器具有一个相应的输入A1-A3和多个输出； 
输出级SS，其包括可编程复用器PM1-PM3，每个可编程复用器具有与输入级的各个广播耦合器相关联的多个输出以及构成交换机的各个输出A’1-A’3的输出；以及 
中间级，其将输出级的可编程复用器的与广播耦合器相关联的每个输入连接到该广播耦合器的与该输入相关联的输出。 
这种配置根据应用于可编程复用器PM1-PM3的控制信号(没有参考标号)将在输入A1-A3处接收到的各个波长的复用光信号所传送的信道选择性地交换到所选择的各个输出端口A’1-A’3。 
为了提供可重新配置的信道分出功能，将各个可编程解复用器EM1-EM3与广播耦合器CD1-CD3相关联并且每个可编程解复用器 EM1-EM3都具有连接到该相关联的广播耦合器的输出的输入。因此，可以根据应用于可编程解复用器EM1-EM3的控制信号(没有参考标号)从任意输入复用信号中分出任意信道。 
最后，为了提供可重新配置的信道插入功能，将各个组合耦合器AM1-AM3与可编程复用器FM1-FM3相关联并且每个组合耦合器AM1-AM3具有连接到该相关联的可编程复用器的输入的输出。因此，可以根据应用于该可编程复用器的控制信号(没有参考标号)在任意输出端口A’1-A’3上插入信道。 
为了选择性地再生输入信道，可编程解复用器EM1-EM3必须首先将有待再生的信道交换到该可编程解复用器的输出。然后，必须将所分出的信道路由到处理装置(未示出)，必须由组合耦合器AM1-AM3将该处理装置的输出选择性地连接到通向目的地输出端口A’1-A’3的可编程复用器输入。 
这种方法提供了所需的功能，但缺点是在可编程解复用器EM1-EM3的输出、处理装置与组合耦合器AM1-AM3之间必须使用大型的交换系统。 
发明内容
本发明的目的是通过提出一种模块化的并且可对其组件的使用进行优化的新型光交换结构来克服上述解决方案的缺陷。 
更准确地说，本发明包括一种光交换装置，其用于根据控制信号将各个波长的至少一个光复用信号所传送的信道选择性地交换到所选择的各个输出端口，该交换装置包括： 
输入级，包括至少一个能够在多个输出处提供光复用信号副本的广播模块； 
输出级，包括多个可编程复用器模块，每个可编程复用器模块具有与各个广播模块相关联的输入，每个可编程复用器模块的输出构成所述输出端口中的一个输出端口；以及 
中间级，将每个与广播模块相关联的可编程复用器模块输入连接 到与该输入相关联的广播模块输出； 
该交换装置的特征在于至少一个所述广播模块包括可编程解复用器模块以及一个星形耦合器，其中该可编程解复用器模块具有至少一个转接输出(transit output)和至少一个选择输出，该星形耦合器具有第一输入和第二输入以及构成该广播模块的输出的n个输出，转接输出连接到星形耦合器的所述第一输入，并且处理装置的输入和输出分别连接到选择输出以及连接到所述星形耦合器的所述第二输入。 
在本文中术语“可编程解复用器模块”指的是一种光装置，其具有一个输入和多个输出并且根据在其输入端接收到的信道各自的波长并根据一个控制信号将这些信道选择性地交换到该模块的各个输出。 
类似地，可编程复用器模块是一种光装置，其具有多个输入和一个输出并且根据在各个输入端接收到的信号的波长并根据一个控制信号将在各个输入端接收到的信号选择性地交换到其输出。 
这一解决方案的优点是能够模块化地实现并且可以使为再生而保留的资源数目最小化。特别地，并且与以上引用的现有技术的解决方案相比，这种解决方案所采用的耦合器能够在传送信号时用相同的广播装置和选择装置对再生信号进行交换。 
上述处理装置可以将任意类型的局部处理应用到信号上，这些处理典型地包括保持相同的波长而再生或替换信号所携带的信息。 
此外，应当注意，每个星形耦合器可以接收来自转接输出的转接信道或已经进行了本地处理且来自再生器并且例如因此有可能具有所需的适当功率的信道作为输入。然而，对转接信道来说情况并不是这样。 
因此，将可编程解复用器模块的转接输出经由光放大器连接到星形耦合器的第一输入将会是有益的。 
此外，如图1所示，光放大器通常在交换机输入端口的上游一侧。在这种情况下，有利的是使用两级光放大器并且在所涉及的每个广播模块中可编程解复用器模块的转接输出与星形耦合器的第一输入之 间提供这两级中的一级，将另一级连接到可编程解复用器模块的输入。 
此外，本发明的目的是在可编程解复用器模块与星形耦合器的第一输入之间的放大器最少地应用放大，或者至少只对大型交换机应用放大。 
第一种选择是考虑到一个事实，即对于具有n个输出端口和m 个输入端口的星形耦合器，每个信号在通过该耦合器进行传送时所经历的光损耗会随着这两个数目n和m的增大而增大。为了获得完全连通性的优点，数目n必须至少等于交换机输出端口的数目。因此，例如，假如交换机不是全容量地使用，则如果m等于n或者至少小于n，就可以根据损耗以及可以再生的信道数来获得对耦合器的最佳使用。 
如果光处理装置具有多个输出，则不必限制处理信道的数目而使星形耦合器的输入数目最小化的另一种方法是，使所述广播模块包括主耦合器，该主耦合器具有连接到光处理装置的输出的输入和连接到星形耦合器的输入的输出。 
在一个增加了交换机输出端口总数的实施例中，广播模块包括p个星形耦合器和一个可编程解复用器模块，该可编程解复用器模块具有连接到这p个星形耦合器的各个相应输入的p个转接输出。 
本发明还涉及一种包括根据上述描述的交换装置的光传输网络交换节点。 
最后，本发明涉及一种包括至少一个这种交换节点的光传输网络。 
附图说明
根据参考附图而给出的描述，本发明的其他方面和优点将变得明显。 
图1如上文所述表示包括第一种现有技术的交换装置的路由节点； 
图2如上文所述示出了第二种现有技术的交换装置； 
图3示出了本发明的光交换装置； 
图4到图6示出了本发明的光交换装置的广播模块的实施例。 
具体实施方式
图3仍在三个输入光纤和三个输出光纤的特定情况下示出了本发明的交换装置结构的一个示例。 
输入级1包括接收各个主复用输入信号WM1-WM3的三个广播模块MD1-MD3； 
输出级2包括可编程复用器模块OWS1-OWS3，这些可编程复用器模块的输出构成交换装置的各个输出端口A’1-A’3。将每个复用器模块的输入与各个不同的广播模块MD1-MD3相关联。 
中间级3包括一个光线路，该光线路将每个可编程复用器模块的每个输入连接到与该输入相关联的广播模块输出。 
每个广播模块MD1-MD3包括可编程解复用器模块IWS1-IWS3和星形耦合器SC1-SC3。 
每个可编程解复用器模块都具有一个构成交换装置的输入端口A1-A3之一的输入和多个输出。 
每个可编程解复用器模块的第一输出，例如模块IWS1的输出B1，直接连接到星形耦合器SC1的第一输入C1。每个可编程解复用器模块的其他输出，例如模块IWS1的输出B2和B3，连接到典型地作为再生器例如作为3R(再放大、再整形、再同步)再生器的处理装置RG、RG’的各个输入。这些装置的输出连接到星形耦合器SC1的各个输入C2和C3。 
因此，将输出B1专用于透明地通过交换机的转接信道即未经任何信息处理或信息替换的转接信道。该输出B1称为转接输出，并且其他的输出B2和B3称为选择输出。 
因此，应用于可编程解复用器模块IWS1-IWS3的控制信号选择待处理的信道和只进行转接的信道。应用于可编程复用器模块 OWS1-OWS3的控制信号实现了对处理后的信道和转接信道的同时交换。 
如上所述，星形耦合器所引起的转接信道的光损耗是最严重的。耦合器的输出数目n由将安装的输出光纤的标称数目给出。因此，星形耦合器必须具有不超过该数目n的输入数目。 
即使所处理的信道的总数变得较高，也可以得出这种结论。图4中示出了这种情况，图中示出了广播模块MD1，其耦合器SC1只具有三个输出，而可编程解复用器模块IWS1具有五个输出。 
在此，可编程解复用器模块IWS1包括级联的两个可编程解复用器(组件)WSa和WSb，第二解复用器WSb提供到具有用于处理三个信道的三个组件RG1-RG3的处理装置的接入。因此，组件RG1-RG3的三个输出S1-S3构成该处理装置的输出。主耦合器SC’具有分别连接到元件RG1-RG3的输出S1-S3的输入E1-E3和一个连接到星形耦合器SC1的输入的输出(没有参考标号)。 
尽管采用这些措施，但如果损耗过高，则可以在可编程解复用器模块IWS1的转接输出B1与星形耦合器SC1-SC3的第一输入C1之间插入光放大器。 
如果在可编程解复用器上游一侧进行放大，则使用如图5的电路中所示的两级光放大器是比较有利的。然后，在转接输出B1与耦合器SC1之间插入的光放大器构成两级光放大器的一级OA’1，另一级OA1连接到可编程的解复用器模块IWS1的输入。 
图6示出了在不引起任何功率损失的情况下增加输出光纤数目的最后一个实施例。 
广播模块MD1包括两个星形耦合器SC1a、SC1b，可编程解复用器模块IWS1具有分别连接到这两个星形耦合器SC1a、SC1b的相应输入的两个转接输出B1a、B2b。在将来自组件RG1和RG2的再生信号馈送给星形耦合器SC1a、SC1b之前对这两个再生信号进行组合。 
基于这一示例，可以看到提供两个耦合器而不只是一个耦合器使 得该广播模块能够服务的输出光纤数目变为两倍，同时这还将损耗限制在由具有两个输入和两个输出的耦合器所引起的损耗，而不是具有四个输入和四个输出的耦合器所引起的损耗。 
在一般情况下，可以提供p个星形耦合器和具有连接到这p个星形耦合器的各相应输入的p个输出的可编程解复用器模块。 

Claims (9)

1.一种光交换装置，用于根据控制信号将各种波长的至少一个光复用信号所传送的信道选择性地交换到所选择的各个输出端口(A’1-A’3)，所述交换装置包括：
输入级(1)，包括至少一个能够在多个输出上提供光复用信号副本的广播模块(MD1-MD3)；
输出级(2)，包括多个可编程复用器模块(OWS1-OWS3)，每个可编程复用器模块(OWS1-OWS3)都具有与各广播模块(MD1-MD3)相关联的输入，每个可编程复用器模块的输出构成所述输出端口(A’1-A’3)中的一个端口；以及
中间级(3)，其将与广播模块(MD1-MD3)相关联的每个可编程复用器模块输入连接到与该输入相关联的所述广播模块的输出；
所述交换装置的特征在于至少一个所述广播模块(MD1-MD3)包括可编程解复用器模块(IWS1-IWS3)和星形耦合器(SC1-SC3)，所述可编程解复用器模块(IWS1-IWS3)具有至少一个转接输出(B1)和至少一个选择输出(B2)，所述星形耦合器(SC1-SC3)具有第一输入和第二输入(C1-C2)以及构成所述广播模块的输出的n个输出，所述转接输出(B1)连接到所述星形耦合器(SC1-SC3)的所述第一输入(C1)，并且处理设备(RG，RG’)的输入和输出分别连接到选择输出(B2)和所述星形耦合器(SC1-SC3)的所述第二输入(C2)。
2.根据权利要求1所述的交换装置，其特征在于所述星形耦合器(SC1-SC3)具有最多n个输入，其中n是所述星形耦合器的输出的数目。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的交换设备，其特征在于所述处理设备(RG1-RG3)具有多个输出(S1-S3)，所述广播模块(MD1)包括主耦合器(SC’)，所述主耦合器(SC’)具有连接到所述光处理装置(RG1-RG3)的所述输出(S1-S3)的输入(E1-E3)以及与所述星形耦合器(SC1)的一个输入相连接的输出。 
4.根据权利要求1或权利要求2所述的交换装置，其特征在于所述可编程解复用器模块(IWS1)的所述转接输出(B1)经由光放大器(OA’1)连接到所述星形耦合器(SC1-SC3)的所述第一输入(C1)。
5.根据权利要求4所述的交换装置，其特征在于所述光放大器(OA’1)构成两级光放大器(OA1，OA’1)的一级，所述两级放大器的另一级连接到所述可编程解复用器模块(IWS1)的输入。
6.根据权利要求1或权利要求2所述的交换装置，其特征在于所述广播模块(MD1)包括p个星形耦合器(SC1a，SC1b)，并且所述可编程解复用器模块(IWS1)具有分别连接到所述p个星形耦合器(SC1a，SC1b)的相应输入的p个转接输出(B1a，B1b)。
7.根据权利要求1或权利要求2所述的交换装置，其特征在于所述处理设备对信号进行局部处理，其中应用于信号的所述处理包括再生或替换所述信号所携带的信息。
8.一种用于光传输网络的交换节点，包括根据权利要求1到7中任何一个权利要求所述的交换装置。
9.一种光传输网络，其特征在于包括至少一个根据权利要求8所述的交换节点。 
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