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Die Erfindung betrifft eine Verteilereinrichtung für
digitale, insbesondere optische, Übertragungssysteme gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, eine Verteilerstation
mit mehreren solcher Verteilereinrichtungen nach der Gattung
des Patentanspruchs 3, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer
Verteilerstation mit zwei Line/Switch-Einheiten gemäß dem
Oberbegriff von Anspruch 10.
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Verteilereinrichtungen bzw. Verteilerstationen dienen dazu,
die in einem digitalen Übertragungssystem übermittelten Daten
an verschiedene Adressaten weiter zu leiten. Dabei bilden die
Verteilereinrichtungen bzw. Verteilerstationen Knotenpunkte
im digitalen Übertragungsnetzwerk, welche die
unterschiedlichen Verkehrsströme aufteilen und je nach
Anforderung umleiten.
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Verteilerstationen werden heute üblicherweise als sogenannte
verteilte Systeme mit einer mehrstufigen, zentralen
Schaltmatrix und sogenannten Line-Interfaces realisiert.
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Fig. 1 zeigt eine solche Verteilerstation für eine
Datenübertragungsrate von 40 Gb/s. Diese umfasst eine
zentrale Schaltmatrix, bestehend aus den Schaltfeldern 8a, 8b,
sowie ein erstes und ein zweites Line-Interface 2a, 2b. Jedes
der Line-Interfaces 2a, 2b hat einen Eingang für eine oder
mehrere optische Hauptverkehrsleitungen 12, über die der
digitale Datenverkehr in die Verteilerstation hinein bzw. aus
dieser herausgeführt wird.
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Der Datenverkehr kann entweder durch die Verteilerstation
hindurch geleitet oder auf Nebenverkehrsstrecken 9 umgeleitet
werden.
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Die Schaltfelder 8 sind wegen der hohen Anforderungen an die
Systemverfügbarkeit immer redundant ausgeführt, wobei
zwischen einem Working-Pfad w (für die Datenübertragung bei
Normalbetrieb) und einem Protection-Pfad p (Standby)
unterschieden wird. D. h., bei Normalbetrieb (sämtliche
Einheiten 2, 8 funktionieren fehlerfrei) fließt der
Datenverkehr über die Working-Pfade w, wobei die Protection-
Pfade p im Standby gehalten werden.
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Dagegen werden bei einem Systemfehler, der extern, auf einer
der Hauptverkehrsleitungen 12, oder intern in einem der
Elemente 2, 8 aufgetreten sein kann, auch die Protection-Pfade
p genutzt, um den Datenverkehr über das redundante Schaltfeld
8b auf die Nebenverkehrswege 9 und zu nachgeschalteten Line-
Interfaces (nicht gezeigt) umzuleiten.
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Die internen Working- und Protection-Verbindungen w, p dieser
bekannten Verteilerstation sind für die gleiche
Übertragungsrate (40 Gb/s) ausgelegt wie die
Hauptverkehrsleitungen 12 bzw. die Line-Interfaces 2a, b.
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Daraus ergibt sich für die Steckverbindungen zwischen den
Line-Interfaces 2a, b und den Schaltfeldern 8a, 8b eine sehr
hohe Anzahl von Verbindungspunkten (1000 pins und mehr) und
somit eine relativ aufwendige Herstellung der einzelnen
Komponenten 2, 8.
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Eine solche redundant aufgebaute Verteilerstation
gewährleistet zwar eine hohe Übertragungssicherheit, ist aber
sehr aufwendig und somit teuer.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den
Aufbau solcher Verteilerstationen wesentlich zu vereinfachen.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1, 3
bzw. 9 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der
Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Der wesentliche Gedanke der Erfindung besteht darin, ein
Line-Interface und ein Schaltfeld als bauliche Einheit
(Line/Switch-Einheit) zusammenzufassen, wobei die
Verbindungsleitungen zwischen dem Line-Interface und dem
Schaltfeld auf einer Platine (on-board) realisiert sind.
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Die Verbindung zwischen Line-Interface und Schaltfeld ist
dabei vorzugsweise für eine Datenübertragungsrate in der
Größenordnung derjenigen des Line-Interface ausgelegt.
Vorzugsweise hat die Verbindung die gleiche
Datenübertragungsrate wie das Line-Interface. Dadurch kann
gegenüber den bekannten redundant aufgebauten Systemen die
Anzahl der Verbindungsleitungen wesentlich reduziert werden.
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In einer Verteilerstation mit zwei solchen Line/Switch-
Einheiten ist die interne Verbindung zwischen den
Line/Switch-Einheiten vorzugsweise ebenfalls für eine
Datenübertragungsrate in der Größenordnung derjenigen des
Line-Interface ausgelegt. Auch hier kann gegenüber der
bekannten Verteilerstation die Hälfte der internen
Verbindungsleitungen eingespart werden.
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Die Verbindungsleitungen sind vorzugsweise nicht
ausschließlich als Working- bzw Protection-Pfad definiert,
sondern stellen vielmehr universell nutzbare Verbindungen
dar.
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Zur Gewährleistung einer hohen Systemsicherheit sind die
beiden Line/Switch-Einheiten vorzugsweise derart miteinander
verschaltet, dass der über die Hauptverkehrsleitungen
zugeführte Datenverkehr im Normalbetrieb vom Schaltfeld einer
der Line/Switch-Einheiten umgeleitet wird, während das
Schaltfeld der anderen Line/Switch-Einheit im Standby
arbeitet. Bei einem internen Fehler bzw. beim Austauschen
einer der Line/Switch-Einheiten wird der Datenverkehr
vorzugsweise vom Schaltfeld der funktionsfähigen bzw. noch
vorhandenen Line/Switch-Einheit auf Nebenverkehrswege
weitergeleitet.
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Vorzugsweise sind die Line/Switch-Einheiten ausserdem derart
miteinander verschaltet, dass der Datenverkehr sowohl bei
einem externen Fehler in der Hauptverkehrsleitung der einen
als auch der anderen Line/Switch-Einheit vom Schaltfeld
derselben Line/Switch-Einheit auf die Nebenverkehrswege
weitergeleitet wird.
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Die internen Verbindungsleitungen zwischen den Line/Switch-
Einheiten können bei Bedarf mittels Vorselektoren ein- und
ausgeschaltet werden, die Bestandteil der Schalteinrichtung
jeder Line/Switch-Einheit sind.
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Je nach Betriebsart der Verteilereinrichtung haben die
Verbindungsleitungen eine unterschiedliche Funktion. In der
Betriebsart BSHR/2 (Bidirektionaler Self Healing Ring/zwei
Fasern) ist eine interne Verbindung zwischen den Line/Switch-
Einheiten als Working- und die andere als Standby bzw.
Protection-Pfad definiert. Im Betriebsfall 1+1 Line MSP
(Multiple Section Protection) sind dagegen beide internen
Verbindungen als Standby bzw. Protection-Pfad definiert.
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Störungen im Datenübertragungssystem, die auf einem internen
Fehler in den Line/Switch-Einheiten oder auf externen
Fehlern, zum Beispiel Unterbrechungen in den
Hauptverkehrsleitungen beruhen können, werden in Abhängigkeit
von der Betriebsart vorzugsweise wie folgt geregelt:
Bei Normalbetrieb wird der Datenverkehr in der Betriebsart
BSHR/2 von einer der Line/Switch-Einheiten auf
Nebenverkehrswege umgeleitet, wobei das Schaltfeld der
anderen Line/Switch-Einheit im Standby (Protection) betrieben
wird. Ein der letzteren Einheit von außen zugeführter
Datenstrom wird der ersten Line/Switch-Einheit über eine
interne Verbindungsleitung zugeführt und über deren
Schaltfeld auf die Nebenverkehrswege umgeleitet.
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Bei einem internen Fehler bzw. bei Austausch einer der
Line/Switch-Einheiten wird der Datenverkehr vorzugsweise über
die Schalteinrichtung der funktionsfähigen bzw. vorhandenen
Line/Switch-Einheit auf die Nebenverkehrswege umgeleitet.
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Der Datenverkehr wird in diesem Fall von der Seite der
funktionsfähigen Line/Switch-Einheit über die
Hauptverkehrsleitung zugeführt, wobei sowohl der working- als
auch der protection-Bereich der Hauptverkehrsleitung genutzt
wird.
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Bei einem externen Fehler in einer der Hauptverkehrsleitungen
wird der Datenverkehr vorzugsweise über die Schalteinrichtung
der gleichen Line/Switch-Einheit wie bei Normalbetrieb auf
die Nebenverkehrswege weitergeleitet. Die andere Line/Switch-
Einheit bleibt dabei weiterhin in Standby (protection).
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Alle Schaltvorgänge, die zur Weiterleitung des Datenverkehrs
auf die internen Verbindungsleitungen (zwischen den
Line/Switch-Einheiten) oder für die Umleitung auf das
Schaltfeld der Line/Switch-Einheiten erforderlich sind,
werden vorzugsweise von Vorselektoren ausgeführt. Das
eigentliche Schaltfeld (Switch) bleibt davon vorzugsweise
unberührt.
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Diese Anordnung erlaubt eine hohe Integrationsdichte, eine
wesentlich einfachere Realisierung und somit erhebliche
Kostenvorteile gegenüber bekannten Verteilerstationen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten
Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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Fig. 1 eine Konfiguration einer bekannten Verteilerstation;
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Fig. 2 eine neue Konfiguration einer Verteilerstation gemäß
einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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Fig. 3 eine detaillierte Ansicht einer Line/Switch-Einheit;
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Fig. 4 eine Verteilerstation mit zwei Line/Switch-Einheiten;
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Fig. 5 eine Verteilerstation in der Betriebsart BSHR/2 bei
Normalbetrieb;
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Fig. 6 eine Verteilerstation in der Betriebsart BSHR/2 bei
einem externen Fehler an der West-Seite;
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Fig. 7 eine Verteilerstation in der Betriebsart BSHR/2 bei
einem internen Fehler an der West-Seite;
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Fig. 8 eine Verteilerstation in der Betriebsart BSHR/2 bei
einem externen Fehler an der East-Seite;
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Fig. 9 eine Verteilerstation in der Betriebsart BSHR/2 bei
einem internen Fehler an der East-Seite;
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Fig. 10 eine Verteilerstation in der Betriebsart 1+1 Line
MSP bei Normalbetrieb;
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Fig. 11 eine Verteilerstation in der Betriebsart 1+1 Line
MSP bei einem externen Fehler an der West-Seite; und
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Fig. 12 eine Verteilerstation in der Betriebsart 1+1 Line
MSP bei einem internen Fehler in der West-Seite.
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Bezüglich der Erläuterung von Fig. 1 wird auf die
Beschreibungseinleitung verwiesen.
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Fig. 2 zeigt eine neuartige Konfiguration einer
Verteilerstation mit zwei als Line/Switch-Einheiten 1, 1'
zusammengefassten Verteilereinrichtungen. Jede Line/Switch-
Einheit 1, 1' umfaßt ein Interface 2, 2' sowie ein Schaltfeld
8, 8'.
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Ein von außen über die Hauptverkehrsleitungen 12, 12'
zugeführter Datenstrom kann entweder durch beide Line/Switch-
Einheiten 1, 1' hindurch geleitet oder auf Nebenverkehrswege 9
zu nachgeschalteten Interfaces (nicht gezeigt) umgeleitet
werden.
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Die Zusammenfassung jeweils eines Line Interface 2, 2' und
eines Schaltfeldes 8, 8' als bauliche Einheit hat insbesondere
den Vorteil, dass zwischen Line-Interface 2, 2' und Schaltfeld
8, 8' vorhandene Verbindungsleitungen "on board", das heißt
auf einer Platine, realisiert werden können und somit
aufwendige Steckverbindungen zwischen den Elementen mit 1000
Pins und mehr, entfallen. Eine solche Verteilerstation mit
zwei Line/Switch-Einheiten 1, 1' muss in Anbetracht der
speziellen Verschaltung jedoch anders betrieben werden als
die in Figur gezeigte Verteilerstation.
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Wie zu erkennen ist, übernimmt bei Normalbetrieb die
Line/Switch-Einheit 1 im wesentlichen die Aufgabe der
Datenverteilung (working-Einheit). Das heißt, der von außen
über die Hauptverkehrsleitungen 12, 12' zugeführte
Datenverkehr wird ausschließlich über das Schaltfeld 8 der
ersten Line/Switch-Einheit 1 auf die Nebenverkehrswege 9
geleitet. Dagegen wird das Schaltfeld 8 der zweiten
Line/Switch-Einheit 1', die im wesentlichen im Standby
(Protection) arbeitet, nicht genutzt.
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Die Verbindung 15, 15' zwischen dem Line-Interface 2, 2' und
dem Schaltfeld 8, 8' ist jeweils für die Datendurchsatzrate
(40 Gb/s) des zugehörigen Line-Interface 2, 2' ausgelegt (im
Stand der Technik ist jedes Interface 2 über je zwei 40 Gb/s-
Leitungen mit den Schaltfeldern 8a, 8b verbunden).
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Die interne Verbindung 16 zwischen den Line/Switch-Einheiten
1, 1' ist ebenfalls nur für die Datenrate eines der Interfaces
2, 2' (40 Gb/s) ausgelegt. Die interne Verbindung 16 umfasst
Verbindungsleitungen 10, 11, die nicht ausschließlich als
Working- bzw. Protection-Pfad ausgewiesen, sondern vielmehr
universell einsetzbar sind.
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Der detaillierte Aufbau einer Line/Switch-Einheit 1, 1' ist in
Fig. 3 dargestellt. Eine Line/Switch-Einheit 1, 1' umfaßt im
wesentlichen das Line-Interface 2, mit einem optischen
Eingang für eine oder mehrere Hauptverkehrsleitungen 12,
einem optischen Interface 4 und einer Verarbeitungseinheit 5
(PP: Pointer Processing), sowie eine Schalteinrichtung 3 mit
Vorselektoren 7a, 7b und dem Schaltfeld 8.
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Die Vorselektoren 7a, 7b dienen dazu, den Datenverkehr je
nach Anforderung entweder über die internen
Verbindungsleitungen 10, 11 an die andere Line/Switch-Einheit
1' weiterzuleiten oder den Datenverkehr über das Schaltfeld 8
auf Nebenverkehrswege 9 umzuleiten.
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Wie angegeben, sind die Verbindungsleitungen 10, 11 jeweils
für 20 Gb/s ausgelegt. Insgesamt ist somit eine Übertragung
mit der gleichen Übertragungsrate (40 Gb/s) möglich, wie sie
über ein Interfaces 2, 2' maximal erfolgt.
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Fig. 4 zeigt die Zusammenschaltung zweier Line/Switch-
Einheiten 1, 1' nach Fig. 3 mit mehreren daran
angeschlossenen Line-Interfaces 13. Die Line-Interfaces 13
werden von den Line/Switch-Einheiten 1, 1' redundant versorgt,
das heißt, der Datenverkehr von und zu den Line-Interfaces 13
fließt je nach Betriebszustand entweder über das Schaltfeld
8, 8' der Line/Switch-Einheit 1 oder 1'.
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Fig. 4 zeigt ferner ein ringförmiges digitales
Datenübertragungssystem mit mehreren Verteilerstationen 17a-17d,
in dem auch die im Detail gezeigte Verteilerstation 17
angeschlossen ist.
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Zur Übertragung von Daten von der Verteilerstation 17a zur
Verteilerstation 17d kann der Datenstrom beispielsweise über
die Hauptverkehrsleitung 12 in Richtung der Verteilerstation
17, durch diese hindurch, und schließlich zur
Verteilerstation 17d geleitet werden. Das gleiche ist auch in
Gegenrichtung möglich.
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Soll dagegen der Datenstrom auf die Nebenverkehrswege 9
abgezweigt werden, so wird der Datenstrom beispielsweise über
die Line/Switch-Einheit 1, deren Schaltfeld 8 und die
Nebenverkehrswege 9 an die Line-Interfaces 13 geleitet.
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Diese Betriebsart, bei der mehrere Verteilerstationen 17 in
einem ringförmigen Datenübertragungssystem angeordnet sind,
wird auch als BSHR/2 (Bidirectional Self Healing Ring/zwei
Fasern) bezeichnet.
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Die genaue Verteilung des Datenstroms mit Angabe von working-
und protection-Pfaden ist für den Normalbetrieb (sämtliche
Elemente funktionieren fehlerfrei) in Fig. 5 dargestellt.
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Der Verteilerstation 17 zugeführte Daten fließen über die
Hauptverkehrsleitungen 12 von beiden Seiten (West und East)
in die Line/Switch-Einheiten 1, 1'. Dabei sind auf den
Hauptverkehrsleitungen 12, 12' jeweils 20 Gb für den
Datenverkehr (working) und 20 Gb als Reserve (protection)
reserviert.
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Der Datenstrom fließt von der West-Seite im Working-Pfad w
über den Schalter S2 in das Schaltfeld 8 und wird dort an
eines der Interfaces 13 weitergeleitet. Der von der East-
Seite zugeführte Datenstrom fließt im Working-Pfad w, über
den Vorselektor 7a' und die interne Verbindungsleitung 10,
den Schalter S1 ebenfalls zum Schaltfeld 8 und von dort
weiter zum Interface 13. Das Schaltfeld 8' der zweiten
Line/Switch-Einheit bleibt dagegen passiv.
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Die Line/Switch-Einheit 1 befindet sich daher im Zustand
"working", wogegen sich die Line/Switch-Einheit 1' im Zustand
"protection" befindet.
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Die Verbindungsleitung 10 befindet sich im Zustand "working"
w, während sich die Verbindungsleitung 11 im Standby p
befindet. Letztere verbindet die beiden Protection-Pfade p
der Hauptverkehrsleitungen 12, 12' miteinander.
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Wie in den Fig. 4-12 zu erkennen ist, sind die
Verbindungsleitungen 10, 11 zwischen den Line/Switch-Einheiten
1, 1' für eine geringere Übertragungsrate, insbesondere für die
Hälfte der Übertragungsrate, ausgelegt, wie die Line-
Interfaces 2, 2'.
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Fig. 6 zeigt die Verkehrsführung bei einem externen
Busfehler in der Hauptverkehrsleitung 12 an der West-Seite.
In Fig. 4 betrachtet kann der Datenverkehr nun nicht mehr
von der Verteilerstation 17a zur Verteilerstation 17
gelangen, sondern muß in entgegengesetzter Richtung über die
Verteilerstationen 17b bis 17d zur Verteilerstation 17
geleitet werden.
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Der über den Working-Pfad w der Hauptverkehrsleitung 12' von
der Line/Switch-Einheit 1' zur Line/Switch-Einheit 1
geleitete Datenverkehr ist durch diesen Fehler nicht
beeinträchtigt, so dass die Verkehrsführung in diesem Fall
gegenüber dem Normalbetrieb nicht geändert werden muß.
Dagegen wird der Protection-Pfad p der Hauptverkehrsleitung
12' nun zur Weiterleitung des Datenverkehrs genutzt, der
nicht mehr direkt zur West-Seite gelangen kann. Dieser
Datenverkehr wird nun über die Verbindungsleitung 11 durch
Umschalten der Hauptverkehrsleitung 12' Vorselektoren 7b', 7b
(Schalter S2', S2) ebenfalls über das Schaltfeld 8 der ersten
Line/Switch-Einheit 1 auf die Nebenverkehrswege 9 geleitet.
Das Schaltfeld 8' ist in diesem Fall nicht betroffen und
befindet sich weiterhin im Standby-Betrieb.
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Fig. 8 zeigt die entsprechende Verkehrsführung bei einem
externen Fehler in der Hauptverkehrsleitung 12' der East-
Seite. Hier wird der gesamte Datenverkehr über den Working-
und Protection-Pfad w, p der Hauptverkehrsleitung 12 durch
Umschalten beider Schalter S1, S2 über das Schaltfeld 8 zu
den Line-Interfaces 13 abgezweigt. Das Schaltfeld 8' befindet
sich weiterhin im Standby.
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Fig. 7 zeigt die Verkehrsführung für den Fall eines internen
Fehlers in der Line/Switch-Einheit 1 (West-Seite) bzw. bei
einem Austausch dieser Einheit 1.
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In diesem Fall wird der gesamte Datenverkehr über den
Working- und Protection-Pfad w, p der Hauptverkehrsleitung 12'
zugeführt. Da der Datenverkehr nicht über das Schaltfeld 8 zu
den Interfaces 13 geleitet werden kann, wird er durch
Umschalten der Vorselektoren 7a', 7b' (Schalter S1', S2') auf
das Schaltfeld 8' geführt. Die internen Verbindungsleitungen
10, 11 sind in diesem Fall inaktiv.
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Gleiches gilt für die entsprechenden Einheiten 7a, 7b bei
einem internen Fehler in der East-Seite. Dieser Fall ist in
Fig. 9 dargestellt.
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Fig. 10 zeigt die Verschaltung zweier Verteilerstationen 17
in der Betriebsart 1+1 Line MSP (Multiple Section
Protection). Anders als bei der Betriebsart BSHR/2 wird im
Normalbetrieb immer der gesamte "Working"-Verkehr über eine
einzige Hauptverkehrsleitung 12 (oder 12') geführt. Somit ist
nur eine, im vorliegenden Beispiel die Line/Switch-Einheit 1,
aktiv (working). Die andere Line/Switch-Einheit 1' arbeitet
dagegen im Standby (protection). Die Verbindungsleitungen 10,
11 sind ebenfalls im Standby p geschaltet.
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Fig. 11 zeigt nun wiederum einen Störfall, bei dem in der
Hauptverkehrsleitung 12 der Line/Switch-Einheit 1 ein Fehler
aufgetreten ist. In diesem Fall muß wiederum der gesamte
Datenstrom von der nicht-gestörten Hauptverkehrsleitung 12'
aufgenommen werden. Die Vorselektoren 7a, 7b, 7a', 7b' beider
Line/Switch-Einheiten 1, 1' sind dabei derart geschaltet, dass
der Datenverkehr über das Schaltfeld 8 der gleichen
Line/Switch-Einheit 1 wie bei Normalbetrieb auf die
Nebenverkehrswege 9 geleitet wird.
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Erst bei einem vollständigen Ausfall der Line/Switch-Einheit
1 übernimmt die bislang im Standby (Protection) betriebene
Line/Switch-Einheit 1' die aktive Rolle und leitet die Daten
über ihre entsprechend geschalteten Vorselektoren 7a', 7b' und
ihr Schaltfeld 8' zu den Interfaces 13 weiter.
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Da die Verteilerstationen symmetrisch aufgebaut sind, gilt
bei einem externen Fehler an der Hauptverkehrsleitung 12' der
anderen Line/Switch-Einheit 1' bzw. bei einem internen Fehler
in der Line/Switch-Einheit 1' entsprechendes.
Bezugszeichenliste
1, 1' Line/Switch-Einheit
2, 2' Line-Interface
3, 3' Schalteinrichtung
4, 4' optisches Interface
5, 5' Pointer-Processing
6, 6' Steuerung
7a, 7b, 7a', 7b' Vorselektoren
8, 8' Schaltfeld
9, 9' Nebenverkehrswege
10, 11 interne Verbindungsleitungen
12, 12' Hauptverbindungsleitung
13 Line-Interfaces
14 Verbindungsleitungen
15 Verbindungsleitungen
16 interne Verbindung
17 Verteilerstationen