DE10247878A1

DE10247878A1 - Steuerung der Laserübertragung in einem vermaschten Lichtwellenleiter-Kommunikationssystem

Info

Publication number: DE10247878A1
Application number: DE10247878A
Authority: DE
Inventors: Elke Jahn
Original assignee: Lightmaze AG
Current assignee: Lightmaze Solutions Ag 97249 Eisingen De
Priority date: 2001-10-12
Filing date: 2002-10-14
Publication date: 2003-06-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Laserübertragung zwischen zwei oder mehreren miteinander vernetzten Knoten eines Lichtwellenleiter-Kommunikationssystems und umfasst die folgenden Schritte: DOLLAR A Jeder Knoten empfängt mittels eines Empfängers Nutzdaten in Form von Laserstrahl-Signalen von einem Sender eines benachbarten Knoten und sendet mittels eines Senders Nutzdaten in Form von Laserstrahl-Signalen an einen Empfänger des genannten benachbarten Knotens-Normalbetrieb des Datenverkehrs; DOLLAR A wenn der Empfänger eines Knotens keine Nutzdaten in Form von Laserstrahl-Signalen mehr von dem Sender des benachbarten Knotens empfängt, werden folgende Schritte - als Testbetrieb bezeichnet - ausgeführt: DOLLAR A das Senden von Nutzdaten in Form von Laserstrahl-Signalen an den Empfänger des benachbarten Knotens wird unterbrochen; DOLLAR A in zeitlichen Abständen werden mittels beider Sender - der Sender der beiden Knoten zwischen welchen die Datenübertragung unterbrochen ist - Laserstrahl-Testsignale in Richtung des Empfängers des jeweils anderen Knotens gesendet; DOLLAR A wenn ein solches Laserstrahl-Testsignal von einem Empfänger eines der beiden genannten Knoten empfangen wird, wird der Nutzdatenübertragungsbetrieb - Normalbetrieb - fortgesetzt. DOLLAR A Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass DOLLAR A Laserstrahl-Testsignale gesendet werden, die jeweils eine Hüllkurve aufweisen, die das Testsignal auf eine vorbestimmte Zeitdauer begrenzt und innderhalb der Hüllkurve ein codiertes Datenwort, ...

Description

Die Erfindung betrifft die Steuerung der Laserübertragung zwischen zwei oder mehreren Knotenpunkten eines vermaschten Lichtwellenleiter- Kommunikationssystems.
Vermaschte Lichtwellenleiter Kommunikationssysteme finden aufgrund der zunehmenden Vernetzung von Kommunikationssystemen auch über weite Strecken vermehrt Einsatz. In diesen Netzwerken werden Daten über Lichtwellenleiter übertragen, durch Einleiten und Empfangen von Lasern in den einzelnen Knotenpunkten des Netzwerkes.
Bei diesen optischen Netzwerken werden über eine bidirektionale optische Datenleitung verschiedene sich in ihrer Wellenlänge unterscheidende optische Signale (= Kanäle) übertragen. Physikalisch erfolgt die Signalaufbereitung für die auf einer Glasfaser stattfindenden Übertragung mittels elektro-optischer Signalkarten (EOS), welche in verschiedenen technischen Ausführungen Verwendung finden. Die Aufgabe der EOS besteht darin, zum einen ein nur für Kurzstreckenübertragung ausgelegtes optisches oder elektrisches Signal aufzunehmen und unter Verwendung verschiedener möglicher Verstärker- und/oder Regenerator-Varianten (2R, 3R) in ein hochwertiges optisches Signal, das für die Fernstreckenübertragung geeignet ist, aufzubereiten. Zum anderen erfolgt diese Signalaufbereitung mittels der EOS in der Regel unter Verwendung von Wellenlängenkonversion, das heißt ein vergleichsweise unreines, breitbandiges optisches Signal im Wellenlängenbereich 850 nm, 1320 nm wird auf ein möglichst ideales, schmalbandiges, qualitativ hochwertiges, auf nur einer Wellenlänge liegendes, optisches Signal (einmodig) umgesetzt.
In Europa werden Vorrichtungen, in denen Laser verwendet werden, in fünf Klassen eingeteilt: 1, 2, 3a, 3b, 4. Diese Klassifikation erfolgt anhand der Laserleistung, der Wellenlänge und des Gefährdungspotentiales für die menschliche Haut und Augen. Ausschließlich Vorrichtungen der Laserklasse 1 erfordern keine zusätzlichen Schutzmaßnahmen. Die Laserklasse 1 muss dabei auch dann erfüllt sein, wenn ein Fehler in der Vorrichtung oder beim Gebrauch der Vorrichtung auftritt, zum Beispiel beim Bruch eines Lichtwellenleiters in einem Kommunikationsnetzwerk.
Je mehr Kanäle auf einer Faser übertragen werden, desto größer ist das Risiko der Leistungsaddition.
Verschiedenen Möglichkeiten, eine Einteilung einer Übertragungseinrichtung in Laserklasse 1 auch dann zu erreichen, wenn die Summe der Laserleistung den maximal zulässigen Grenzwert während des Normalbetriebes überschreitet, sind bekannt. Beispielsweise seien die OFC (Open Fiber Control) und die OSC (Optical Supervisory Channel) genannt. Die unterbrochene Faser-Steuerung (OFC) ist in der ANSI spezifiziert und wird für Vorrichtungen wie zum Beispiel Glasfaserkanäle und Kupplungsverbindungen für solche angewendet. Die OFC sendet kurze Impulse, um die Integrität der Faser zu testen. Aufgrund der speziellen Zeitsetzung der Pulse ist die zulässige Länge der Verbindung begrenzt. Die Fasern dürfen eine Länge von ungefähr 40 Kilometern zwischen zwei Knoten nicht überschreiten. Daher ist die Anwendung von OFC hinsichtlich des Einsatzbereiches stark beschränkt.
Bei Steuerung des Lasers mittels eines optischen Überwachungskanals (OSC) benötigt das Erfassen, das Auswerten und das Anzeigen eines Zustandes sowie die Reaktion der elektro-optischen Signalkarten (EOS) auf den Glasfaserkabelbruch zuviel Zeit, da die Entscheidungswege mehrer Stufen der Hardware-Logik bzw. Steuereinrichtungen durchlaufen müssen. Ein weiterer Nachteil ist, dass im Falle einer Fehlfunktion des OSC, zum Beispiel durch einen defekten Lasersender, die Übertragung auf allen Kanälen gestoppt wird.
Generell ist die Verwendung von speziell designierten Überwachungskanälen auf entsprechend zugewiesenen Wellenlängen oder Wellenlängenbereichen, mit einem vergleichsweise hohen Ausfallrisiko verbunden, da bei Ausfall dieses speziellen Überwachungskanals, z. B. durch einen defekten Laser, keine Information über den Status der Übertragungsstrecke möglich ist.
Ein weiteres bekanntes Verfahren, wie es beispielsweise in der DE 100 58 776 C1 dargestellt ist, verwendet Testsignale und sich in der Pulslänge von diesen unterscheidende Antwortsignale, welche von Kanalkarten (hier als elektrooptische Signalkarte = EOS bezeichnet) generiert werden. Zur Überwachung wird nur eine Pegelauswertung und Pulsbreitenauswertung herangezogen. Dieses Verfahren kann jedoch nicht die erforderliche Sicherheit hinsichtlich eines unbeabsichtigten Einschaltens der hochenergetischen Laserübertragung gewährleisten. So kann zum Beispiel zufälliges Rauschen zur vorübergehenden Durchschaltung der Datensignale, das heißt Einschalten der Laser führen. Eine defekte Sendeschaltung oder eine zufällige Überlagerung von Impulsen könnte zu einer fehlerhaften Interpretation dieser gesendeten Datenpulse führen und folglich ein ungerechtfertigtes Umschalten auf den Normalbetrieb veranlassen.
Andere bekannte Verfahren, hier sei auf die Offenlegungsschriften DE 197 12 759 A1 und DE 44 36 131 A1 verwiesen, verwenden modulierte Testsignale, z. B. Leertelegramme, ohne diese mit Antwortsignalen zu beantworten. Zur Überwachung wird ausschließlich eine Pegelauswertung herangezogen. Auch diese Signale können gestört oder fehlinterpretiert werden, und die zugehörigen Verfahren können somit nicht höchsten Sicherheitsanforderungen gerecht werden.
Je stärker die Vermaschung eines Netzwerkes ist, desto höhere Sicherheitsanforderungen sind an die Funktionsweise der Lasersteuerung zu stellen, um trotz hoher Komplexität eine möglichst optimale Funktionsweise zu garantieren.
Je größer ein Netzwerk ist, desto langsamer ist - insbesondere bei einer zentralen Steuerung - die Reaktionsgeschwindigkeit des Netzes auf Störungen. Im allgemeinen besteht jedoch die Anforderung an ein Netzwerk beziehungsweise an die Steuerung eines Netzwerkes, dass eine Verbindung zwischen zwei Netzwerkteilnehmem weniger als 50 ms (Millisekunden) unterbrochen sein darf. Das bedeutet, wenn irgendwo beispielsweise ein Kabel physikalisch unterbrochen wird, sollte das Netz in weniger als 50 ms eine Umgehungsleitung ausfindig machen und über diese Umgehungsleitung eine neue Verbindung der beiden Netzwerkteilnehmer herstellen. Nach maximal 50 ms sollten die Netzteilnehmer wieder verbunden sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerung der Laserübertragung zwischen den Knoten eines Lichtwellenleiter-Kommunikationssystems und die Hardware für eine solche Steuerung darzustellen, die gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist und die genannten Nachteile vermeidet. Insbesondere soll eine Steuerung dargestellt werden, die zuverlässig arbeitet, ausfallsicher ist und im Falle eines Leiterbruches die Einleitung eines potentiell gefährdenden Lasers in den unterbrochenen Leitungsabschnitt zwischen zwei Knoten verhindert, ohne die Kommunikation in den übrigen Leitungsabschnitten negativ zu beeinflussen. Dabei soll die Steuerung höchsten Sicherheitsanforderungen genügen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche beschreiben besonders vorteilhafte Ausgestaltungen.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Steuerung der Laserübertragung zwischen zwei oder mehreren miteinander vernetzten auf Knotenpunkten eines Lichtwellenleiter-Kommunikationssystems. Dabei ist jede beliebige Netzwerk- Topologie denkbar. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren für vermaschte Netzwerke geeignet, das heißt beispielsweise eine Verschaltung von Punkt-zu-Punkt-Netzwerken oder sternförmige Netzwerken mit Ring-Netzwerken.
Diese Netzwerke waren bisher aufgrund ihrer Komplexität und der verschalteten erheblichen Leitungsfängen nicht zufriedenstellend steuerbar.
Das Netzwerk, das mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens gesteuert wird, ist vorteilhaft als WDM (Wavelength Division Multiplexing)-System aufgebaut, wobei DWDM (= Dense Wavelength Division Multiplexing) und CWDM (Corse Wavelength Division Multiplexing) in Kombination oder einzeln verwendet werden.
Für das erfindungsgemäße Steuerverfahren ist es besonders Vorteilhaft, wenn eine gegenüber dem Stand der Technik erhöhte Integrationsstufe von technisch verfügbaren Hardware-Einheiten innerhalb ein und derselben Optischen Management und Übertragungsplattform (OMÜP) als Knoten in einem vermaschten Lichtwellenleiter-Kommunikationssystem vorgesehen ist. Dies kann wie folgt erreicht werden: Es wird eine physikalische Trennung zwischen dem Teil einer elektro-optischen Signalkarte, welcher nur der Kurzstreckenübertragung dient, nachfolgend als elektrisches oder optisches Kurzstrecken-Interface (KI) bezeichnet, und demjenigen Teil, welcher als elektro-optisches Fernstrecken- Interface (EOFI) dient, vorgenommen. Das Kurzstrecken-Interface (KI) umfasst eine oder besteht physikalisch aus einer Hardware-Karte, die einen für Kurzstreckenübertragung geeigneten elektrischen oder optischen Sender, z. B. einen Laser, und einen der Kurzsteckenübertragung genügenden optischen oder elektrischen Empfänger neben der die beiden Baugruppen integrierenden elektronischen Steuerungslogik beinhaltet. Das elektro-optische Fernstrecken- Interface (EOFI) umfasst eine oder besteht physikalisch aus einer Hardware- Karte, die einen für Langstreckenübertragung geeigneten optischen Sender, z. B. einen Laser, und einen der Langsteckenübertragung genügenden optischen Empfänger neben der die beiden Baugruppen integrierenden elektronischen Steuerungslogik beinhaltet. Die Unterscheidung in elektro-optische Kurz- und Fernstrecken-Interface ist erforderlich, da die Steuerung der elektro-optischen Fernstrecken-Interface (EOFI) höheren Anforderungen bezüglich der Augensicherheit bedarf, da die Lasersignale mehrerer EOFI über WDM auf einer einzigen Faser (Fernstrecke) gebündelt werden. Die elektro-optischen Kurzstrecken-Interface hingegen dienen der Aufnahme der Signale von lokal nahestehenden Geräten, wobei WDM-Technik in der Regel nicht zum Einsatz kommt. Diese physikalische Trennung innerhalb ein und desselben Gerätes auf Hardware-Ebene ist umso mehr vorteilhaft, als zwischen KI und EOFI oder auch zwischen zwei EOFI ein elektrischer Cross-Connect (ECC), welcher ebenfalls in dasselbe Gerät, nämlich die Optische Management und Übertragungsplattform (OMÜP) integriert ist, elektrisch eingebunden sein kann. Mittels des ECC kann jedes beliebige KI oder EOFI mit jedem beliebigen anderen im gleichen Gerät befindlichen KI oder EOFI verbunden werden. Über die Verbindung KI-ECC-EOFI oder EOFI-ECC-EOFI werden zugleich Datenübertragungen unter Verwendung von Regeneration und/oder Verstärkung, bei Bedarf Wellenlängenumsetzung sowie ein flexibles Verbinden der an der Übertragung eines Kanals zu beteiligenden elektro-optischen Interfaces (KI und EOFI) ermöglicht.
Vorteilhaft umfasst jeder Knoten für jeden angeschlossenen Lichtwellenleiter eine Anzahl von elektro-optischen Fernstrecken-Interfaces (EOFI) mit jeweils einem elektro-optischen Sender und einem elektro-optischen Empfänger, die der Anzahl der mittels dieses Lichtwellenleiters zu übertragenden Laserstrahl-Signale entspricht.
Erfindungsgemäß empfängt und sendet jeder Knoten im Datenübertragungsbetrieb (Normalbetrieb) mittels eines Empfängers/Senders bzw. mittels jedes elektro-optischen Fernstrecken-Interfaces (EOFI) Daten in Form von Laserstrahl-Signalen von einem Sender/Empfänger bzw. elektro-optischen Fernstrecken-Interface (EOFI) eines benachbarten Knotens. Auf der aus zwei Lichtwellenleitern bestehenden aktiven Hauptstrecke werden Nutzdaten gesendet. Unabhängig davon können auf mindestens einer für den Ausfall der Hauptstrecke zur Verfügung gestellten Ersatzstrecke, die jeweils ebenfalls aus zwei Lichtwellenleitern besteht, spezielle Testsignale zur Überprüfung der Ersatzstrecke gesendet werden.
Besonders vorteilhaft werden von allen im vermaschten Netzwerk vorhandenen elektro-optischen Fernstrecken-Interfaces (EOFI), die augenblicklich nicht für die Übertragung von Nutzdaten zum Einsatz kommen (Stand by Modus), unabhängig voneinander, die erfindungsgemäß spezifizierten Testsignale zur Überprüfung der mindestens zwei Lichtwellenleiter gesendet. Nur wenn von dem jeweils fern gelegenen, mittels zwei Lichtwellenleiter verbundenen, entsprechenden, der WDM-Anordnung zugehörigen, elektro-optischen Fernstrecken-Interface (EOFI) das gesendete Testsignal als korrekt interpretiert wurde und ein entsprechendes Antwortsignal gesendet wurde, wird der Netzsteuerung der Optischen Management und Übertragungsplattform (OMÜP) diese zwischen den beiden elektro-optischen Fernstrecken-Interfaces (EOFI) bestehende physikalisch Verbindung als fehlerfrei gemeldet.
Wenn nun beispielsweise ein Lichtwellenleiter zwischen zwei Knoten durchtrennt wird, besteht die Gefahr, dass ein die Gesundheit des Menschen gefährdender Laserstrahl an der Bruchstelle austritt. Das Gefährdungspotential ist besonders hoch, wenn viele Kanäle über die nun durchtrennte Faser übertragen wurden, da eine Addition der Übertragungsleistungen der einzelnen Kanäle zu einer hohen austretenden Laserstrahlleistung führen könnte.
Das erfindungsgemäße Verfahren unterbricht daher das Senden von Daten in Form von Laserstrahl-Signalen mittels der Sender eines Knotens, wenn die zugehörigen Empfänger dieses Knotens keine Laserstrahl-Signale von einem benachbarten Knoten empfangen. Dabei wird das Senden in Richtung des Knotens unterbrochen, von dem keine Laserstrahl-Signale mehr empfangen wurden, während ein eventuelles Senden in andere Richtungen aufrechterhalten werden kann. Insbesondere wird das Senden von Nutzdaten mittels aller auf dieser Hauptstrecke unter Normalbetrieb aktiven elektro-optischen Fernstrecken-Interfaces (EOFI), die von den zugehörigen EOFI des jeweils benachbarten Knotens keine korrekten Laserstrahl-Signale empfangen, unterbrochen.
Insbesondere wird nicht nur das Senden in andere Richtungen aufrechterhalten, sondern die Nutzdaten, welche vormals über die nun durchtrennte Faser übermittelt wurden, werden über zu der unterbrochenen Faser parallel geschalteten Ersatzstrecken, welche noch intakt sind und in der Regel über mehrere Knotenpunkte hinweg verlaufen, umgeleitet, so dass zwischen zwei Netzwerkteilnehmern schnell wieder eine Verbindung hergestellt ist. Der Aufbau dieser Ersatzverbindung erfolgt vorteilhaft innerhalb von maximal 50 ms.
Das Unterbrechen der nutzdatensendenden Laserstrahlsignale in Richtung der Bruchstelle des Lichtwellenleiters erfolgt vorteilhaft innerhalb einer definierten Zeitspanne, nachdem das letzte Laserstrahl-Signal empfangen worden ist, zum Beispiel innerhalb von 5 ms, besonders vorteilhaft innerhalb von 2 ms oder um eine besonders hohe Sicherheit zu erreichen unverzüglich, nachdem das Empfangen von Laserstrahl-Signalen nicht mehr möglich war.
Um festzustellen, ob die Störung in der Übertragungsleitung, das heißt in der Regel der Bruch beziehungsweise die Trennung des Lichtwellenleiters, zwischenzeitlich behoben wurde, senden alle von der Unterbrechung betroffenen Sender der benachbarten Knoten, zwischen denen die Störung aufgetreten ist, in zeitlichen Abständen, insbesondere in regelmäßigen Abständen - beispielsweise alle zehn Sekunden, Laserstrahl-Testsignale in Richtung des Empfängers des jeweils anderen Knotens, das heißt in Richtung der zumindest vormals gestörten Stelle. Wenn ein solches Laserstrahl-Testsignal von einem Empfänger eines der beiden benachbarten Knoten, insbesondere eines zugeordneten EOFI, empfangen wird, sendet erfindungsgemäß der zugehörige Sender, insbesondere des zugehörigen EOFI, dieses Knotens ein Laserstrahl-Antwortsignal in Richtung des Empfängers des anderen Knotens, das heißt des Knotens jenseits der ausgebesserten Störungsstelle. Wenn dieses zurückgesendete Laserstrahl- Antwortsignal von dem entsprechenden Empfänger empfangen wurde, kann der ihm zugeordnete Sender seinen normalen Betrieb wiederaufnehmen, der vormals dargestellte Datenübertragungsbetrieb wird fortgesetzt. Wenn eine Ersatzschaltung nach der Unterbrechung geschaltet wurde, kann diese nach erfolgter Reparatur nun wieder aufgehoben werden.
Die genannten Testsignale und Antwortsignal sind erfindungsgemäß wie folgt spezifiziert:
Jedes Testsignal weist eine Hüllkurve auf, die das Testsignal auf eine vorgegebene Zeitdauer begrenzt. Man könnte auch sagen, die Hüllkurve bestimmt den Testsignalimpuls. Jedes Testsignal weist innerhalb dieser Hüllkurve ein codiertes Datenwort auf. Das Datenwort ist mit einem vorgegebenen Datenwortcode verschlüsselt.
Die Antwortsignale sind entsprechend den Testsignalen aufgebaut. Besonders vorteilhaft weist ein Antwortsignal, das einem bestimmten Testsignal zugeordnet ist, ein codiertes Datenwort innerhalb der Hüllkurve auf, das mit einem gegenüber dem Testsignal-Datenwort-Code verschiedenen Datenwort-Code verschlüsselt ist. Zusätzlich weist das entsprechende Antwortsignal jedoch dieselbe Zeitdauer der Hüllkurve wie das Testsignal auf.
Insbesondere senden bei der beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sämtliche elektro-optischen Fernstrecken-Interfaces (EOFI), die der unterbrochenen Hauptstrecke zugeordnet sind, erfindungsgemäß spezifizierte Testsignale bzw. nach erfolgter Reparatur zugehörige Antwortsignale.
Sollte die Störung nicht die Übertragungsleitung (Hauptstrecke), sondern lediglich ein spezielles mit dem entsprechend zugewiesenen Laserstrahl-Signal übertragenes Nutzsignal betreffen, so senden nur die beiden, diesem Laserstrahl- Signal zugeordneten EOFIs, die sich in den zugehörigen Knoten befinden, die erfindungsgemäß spezifizierten Testsignale bzw. nach erfolgter Reparatur die zugehörige Antwortsignale. Während die keine Störung erfahrenden EOFIs weiterhin ihre zugehörigen Nutzsignale übertragen, besteht gemäß der beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Möglichkeit, das eine gestörte Nutzsignal mittel des in der Optischen Management und Übertragungsplattform (OMÜP) voll integrierten elektrischen Cross-Connects (ECC) auf einer Ersatzstrecke zu übertragen.
Um besonders schnell zum Normalbetrieb übergehen zu können, ist es auch möglich, anstelle des Sendens eines Laserstrahl-Antwortsignals direkt wieder normalen Datenverkehr auszusenden. Wenn der entsprechende, mittels des Lichtwellenleiters verbundene Empfänger des benachbarten Knotens wieder ein Laserstrahl-Signal empfängt, beginnt auch sein zugeordneter Sender mit dem Aussenden des normalen Datenverkehrs.
Wie nachfolgend dargestellt wird, ist es besonders vorteilhaft, wenn die optischen Sender (= Laser) insbesondere aller von der Unterbrechung betroffenen elektrooptischen Fernstrecken-Interfaces (EOFI) unmittelbar nach der Unterbrechung in einen erfindungsgemäßen Testbetriebsmodus übergehen. Dies bedeutet, dass die optischen Sender jeweils Laserstrahltestsignale mit folgenden Eigenschaften aussenden: Die Hüllkurve des dem Testsignal zugehörigen Laserstrahlimpulses entspricht einer vorgegebenen zeitlichen Dauer von beispielsweise 1 ms. Die Hüllkurve eines jeden dem Testsignal zugeordneten Laserstrahlimpulses enthält ein dem Testsignal zugewiesenes codiertes Datenwort, welches eine vordefinierte Bitfolge und eine vordefinierte Bitwiederholrate beinhaltet. Die Hüllkurve des dem Antwortsignal zugehörigen Laserstrahlimpulses entspricht ebenfalls einer vorgegebenen zeitlichen Dauer, insbesondere derselben Dauer wie die des Testsignals, von beispielsweise 1 ms. Die Hüllkurve eines jeden dem Antwortsignal zugeordneten Laserstrahlimpulses enthält ein dem Antwortsignal zugewiesenes codiertes Datenwort, welches eine entsprechend andere vordefinierte Bitfolge und insbesondere eine der Bitwiederholrate des Testsignals identische Bitwiederholrate beinhaltet.
Während der Störung senden vorteilhaft alle von der Störung betroffenen EOFIs der betroffenen Knoten des Netzwerkes unabhängig voneinander die erfindungsgemäßen Testsignale. Unmittelbar nach Behebung der Störung senden die betroffenen EOFIs unabhängig voneinander die erfindungsgemäß spezifizierten Antwortsignale. Sobald die Antwortsignale von den entsprechenden optischen Empfängern der betroffenen EOFIs empfangen werden, wird die Übertragung der Nutzdaten durch die EOFIs aufgenommen, für den Fall, dass keine Ersatzstrecke geschaltet wurde. Generell stehen alle EOFIs auf der betroffenen Hauptstrecke unmittelbar nach Empfang der erfindungsgemäß spezifizierten Antwortsignale zur Übertragung der Nutzdaten bereit.
Sollte unvorhergesehen eine oder mehrere wiederholte Störungen eines oder mehrerer Lichtwellenleiter eintreten, so werden die jeweils betroffenen EOFIs jeweils sofort nach dem Eintreten der Störung unabhängig voneinander mittels der erfindungsgemäßen Testsignale und Antwortsignale den Zustand der Übertragungsleitung (Hauptstrecke) überprüfen, und unmittelbar nach Eintreten der Reparatur zur Übertragung der Nutzdaten bereitstehen (für den Fall dass die Nutzdaten auf eine Ersatzstrecke umgeleitet wurden) oder die Übertragung der Nutzdaten aufnehmen (für den Fall dass für die Übertragung der Nutzdaten keine Ersatzstrecke zur Verfügung stand).
Sowohl bei Auftreten einer Störung, wie auch im Falle der Störungsbehebung werden vorteilhaft die Netzsteuerung der zugehörigen Optischen Management und Übertragungsplattformen (OMÜP) von den betroffenen EOFIs per Alarmmeldungen vom jeweiligen Zustand der gesamten Übertragungsleitung oder vom jeweiligen Zustand einzelner speziellen Nutzsignalen zugeordneter Laserstrahl-Signale direkt informiert.
Vorteilhaft weisen die von den Sendern ausgesendeten Laserstrahlen eine maximale Ausgangsleistung von bis zu 30 mW, insbesondere von bis zu 10 mW auf. Durch entsprechendes Anpassen der Hüllkurve der den Testsignalen und Antwortsignalen zugewiesenen Laserstrahl-Impulse, welche bei noch unterbrochener Leitungsstelle aus dem Lichtwellenleiter austreten könnten, insbesondere durch Anpassen deren Zeitdauer und Periode, können aber auch größere maximale Ausgangsleistungen vorgesehen werden.
Die gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellte Unterbrechung des Sendens erfolgt besonders vorteilhaft mittels einer auf dem EOFI vorhandenen Hardware-Logik. Die Hardware-Logik beruht gemäss dem Stand der Technik auf einem E PLD (Erasable Programmable Logic Array), das heißt auf einem löschbaren programmierten Baustein. Auf diesem Baustein kann die gesamte Logik hinterlegt werden, d. h. die Generierung der erfindungsgemäß verwendeten kodierten Test- und Antwortsignale die für das Einleiten des Testbetriebes und die Rückkehr zum normalen Datenbetrieb erforderlich ist. Die Verwendung einer Kodierung führt erfindungsgemäß dazu, dass eine extrem hohe Auswertesicherheit erzielt wird, sowie dass die zeitliche Dauer der jeweils für die Test- und Antwortsignale verwendeten Hüllkurve vergleichsweise kurz insbesondere auch gleichlang gewählt werden kann. Dies wird insbesondere dadurch ermöglicht, dass die Kodierung von Test- und Antwortsignalen unterschiedlich gewählt wird. Durch diese sehr hardwarenahe Ausführung kann eine besonders kurze Reaktionszeit erreicht werden, und zum anderen erfolgt die Abschaltung beziehungsweise die Unterbrechung völlig unabhängig von dem verwendeten Übertragungsprotokoll (= Nutzdaten) zur Datenübertragung jeweils auf allen betroffenen EOFIs unabhängig voneinander. Somit ist das erfindungsgemäße Verfahren für beliebige Netzwerke unabhängig von den verwendeten Übertragungsprotokollen und den Netzwerktopologien geeignet. Somit erfolgt sowohl die Entscheidung für das Aufbauen (Link-Up) und das Abbauen (Link-down) als auch das Aussenden von Testimpulsen unter Einhaltung der Laserklasse I sehr hardwarenah, was auch in komplizierten, vermaschten Netzwerken für eine Hochgeschwindigkeit bei der Datenübertragung und zu kurzen Reaktionszeiten führt.
Um sicherzustellen, dass im Testbetrieb keine Leistungsaddition der Laserstrahl- Signale einzelner Kanäle stattfindet, ist vorteilhaft mit den Sendern ein integrierter Zähler verschaltet, der insbesondere gemäß dem Zufallsprinzip die Test- und Antwortsignale verschiedener Laser zeitlich zueinander versetzt. Beispielsweise können die Steuereinrichtungen (z. B. EPLD-Bausteine), die zwischen einen Sender und einen Empfänger jeder EOFI geschaltet sind, einen Zähler umfassen, der die Zeitdauer und/oder Periode der Testsignale festlegt und gleichzeitig den Testbetrieb nach Feststellung der Leitungsstörung innerhalb eines vorgegebenen Zeitrahmens zufallsbedingt startet.
Besonders vorteilhaft ist ein Wartungsbetrieb des Lichtwellenleiter- Kommunikationssystems vorgesehen. In diesem Zustand kann es unter Umständen erforderlich sein, das erfindungsgemäße Abschalten des Datenübertragungsbetriebes auszusetzen. Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren daher derart ausgebildet, dass nach Betätigung eines Autorisationsvorganges das Abschalten der Datenübertragung mittels des Sendens von Laserstrahl-Signalen insbesondere für eine definierte Zeitspanne unterdrückbar ist, und dass keine Testphase, in der Laserstrahl-Testimpulse und gegebenenfalls Laserstrahl-Antwortimpulse, ausgesendet werden, eingeleitet wird. Die Autorisation kann besonders vorteilhaft durch Eingabe eines Passwortes mittels einer an dem Lichtwellenleiter-Kommunikationssystem angeschlossenen Computervorrichtung, beispielsweise einem Terminal erfolgen.
Eine besonders hohe Sicherheit auch im Wartungsbetrieb wird erreicht, wenn eine solche dargestellte Unterdrückung zeitgleich nur für speziell ausgewählte miteinander über die Fernstrecke zwischen zwei Knoten kommunizierende EOFIs, für eine einzige Verbindung zwischen zwei benachbarten Knoten des gesamten Lichtwellenleiter-Kommunikationssystems oder zumindest für einen Teilbereiches desselben möglich ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine besonders sichere Steuerung der Laserübertragung zwischen den Knotenpunkten eines Lichtwellenleiter- Kommunikationssystems. Dadurch, dass vorteilhaft die Steuerung der Test- und Antwortsignale ohne einen zentralen Steuermechanismus erfolgt und das Abschalten, Umleiten und Wiedereinschalten der Datenübertragung durch Laserstrahl-Signale von jedem einzelnen EOFI in jedem Knoten unabhängig erfolgt, ist es im Falle eines Bruches eines Lichtwellenleiters, oder im Falle einer Störung in einem Teilbereich des WDM, beziehungsweise der Störung einer Verbindung zwischen zwei Knoten nicht erforderlich, sämtliche von der Störung nicht betroffenen EOFI oder gar das gesamte Kommunikationssystem herunterzufahren.
Um zum Beispiel die Grenze der Laserklasse 1 bei 1550 nm von 10 mW zu überschreiten, müssten bei einem mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens gesteuerten Lichtwellenleiter-Kommunikationssystem folgende Ereignisse auftreten, wenn die maximale Laserausgangsleistung 10 mW beträgt:

Erste Ereigniskombination

- Faserbruch eines Lichtwellenleiters;
- Versagen des Abschaltens des Übertragungsbetriebes von drei Sendem in einem Knoten mit Verbindung zur unterbrochenen Strecke;
- Das Versagen des Abschaltens muss derart erfolgen, dass alle Sender eingeschaltet bleiben.

Zweite Ereigniskombination

- Faserbruch eines Lichtwellenleiters;
- Versagen des Abschaltens zweier Sender in einem Knoten mit Verbindung zur unterbrochenen Strecke;
- das Versagen des Abschaltens dieser Sender muss derart erfolgen, dass beide Sender eingeschaltet bleiben;
- gleichzeitig muss in diesen Sendern auch die Regelung des Lasers versagen und zwar derart, dass auf maximale Ausgangsleistung des Lasers geregelt wird.

Eine solche Ereigniskombination ist keinesfalls zu erwarten, eine Einstufung eines erfindungsgemäß gesteuerten Laserkommunikationssystems in Laserklasse 1 ist möglich.
Nachfolgend soll anhand eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt werden, dass trotz unrealistisch getroffener worst-case Anforderungen ein mittels des erfindungsgemäßen Verfahren gesteuertes Lichtwellenleiter-Kommunikationssystem innerhalb der Grenzen der Laserklasse 1 eingestuft werden kann.
Die Modulationsfrequenz durch das Datensignal ist so hoch, dass eigentlich die mittlere Leistung bei der nachfolgenden Berechnung verwendet werden darf. Dennoch wird hier mit der Maximalausgangsleistung von 10 mW gerechnet. Die Wiederholfrequenz im Testzyklus beträgt 0.1 Hz, das bedeutet alle zehn Sekunden wird ein Testsignal (bzw. Testimpulsfolge) gesendet. Das Testsignal und das Antwortsignal bestehen aus codierten Datenwörtern, welche in einer Hüllkurve von einer vorgegebenen Zeitdauer, insbesondere von maximal 1 ms, enthalten sind. Die Bitwiederholrate des Datenwortes ist hoch im Vergleich zu der Länge des Datenwortes. Der Einfluss der Codierung auf die Gesamtleistung, welche sich innerhalb der Hüllkurve befindet, kann vernachlässigt werden, da es sich vorteilhaft um einen gleichwertfreien, symmetrischen Code handelt.

Getroffene Worst-case- beziehungsweise Maximalannahmen

- die Ausgangsleistung des sendenden Lasers beträgt 10 mW;
- alle für die zwischen zwei Knoten zu sendenden Nutzdatenübertragung bereitstehenden EOFI sind mit einer Faser verbunden;
- alle für die zwischen zwei Knoten zu sendenden Nutzdatenübertragung bereitstehenden EOFI senden ihre Pulse gleichzeitig (normalerweise erfolgt die Steuerung im Prüfzyklus bei allen Karten unkoordiniert bzw. zufallsbedingt);
- Vernachlässigung der Filterdämpfung (die Filter können die Leistung um bis zu 75% verringern).

Notwendige Anforderungen für eine Zuordnung des dargestellten Systems, das mittels eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Verfahrens gesteuert wird, in die Laserklasse 1:

a) Die Bestrahlung durch einen Einzelimpuls einer Impulsfolge darf nicht den Grenzwert (GZW) für einen Einzelimpuls überschreiten. Dieser Grenzwert beträgt für Wellenlängen zwischen 1500 und 1800 nm und einer Pulsdauer zwischen 10^-9 bis 3 s (beziehungsweise bis 0,35 s nach neuestem Normenentwurf) 8 × 10^-3 J. Die erlaubte maximale Anzahl der Laserstrahl- Impulse mit entsprechend verschiedener Wellenlänge ergibt:

I × Y[mW] × t < 8 × 10-3 J

Mit
I: Anzahl der Kanäle pro Faser
Y: 10 mW, Laserleistung pro Kanal
t: 1 ms, erlaubte Zeitdauer für Testpulse [s] (Hüllkurve des Testsignals)

Daraus folgt, dass die maximal zulässige Anzahl "I" von Laserstrahl-Signalen mit entsprechend verschiedener Wellenlänge 800 beträgt.

1. Die mittlere Leistung für eine Impulsfolge der Dauer 1 ms darf die Leistung entsprechend des Grenzwertes GZS (Grenzwert der zugänglichen Strahlung) für einen einzelnen Impuls der Dauer t nicht überschreiten. Für den hier betrachteten Fall beträgt der Grenzwert GZS 10 mW. Damit ergibt sich die maximal zulässige Anzahl "I" von Laserstrahl-Signalen mit entsprechend verschiedener Wellenlänge aus

I × 10 mW × 0.1 Hz × t < 10 mW

der Wert 10 000.
2. Die Bestrahlung durch jeden Einzelimpuls einer Impulsfolge darf den Grenzwert GZS des Einzelimpulses multipliziert mit dem Korrekturfaktor C₅ nicht übersteigen:
GZS_Impulsfolge = GZS_Einzelimpuls × C₅ (allgemeines Erfordernis C)
C₅ = N^-1/4
mit N: Anzahl der Impulse während der anwendbaren Zeitbasis
mit N = 10 ergibt sich
C₅ = 0.562
Und aus GZS_Einzelpuls = 8 × 10^-3 J folgt
GZS_Impulsfolge = 8 × 10^-3 J × 0.562 = 4.5 × 10^-3 J
die maximal zulässige Anzahl "I" von Laserstrahl-Signalen mit entsprechend verschiedener Wellenlänge errechnet sich damit aus

I × 10 mW × t < GZS_Impulsfolge

zu "I = 450".

Alle drei Bedingungen a), b), c) müssen für eine entsprechende Zuordnung gleichzeitig erfüllt sein.

Fazit

Bei einer Pulsdauer von 1 ms für jeweils das Test- und das Antwortsignal liegt das mittels des erfindungsgemäßen Verfahren gesteuerte System trotz der zum Teil unrealistisch getroffenen worst-case-Annahmen noch klar innerhalb der Grenzen der Laserklasse 1.
Insbesondere gilt dieser maximale Wert für die Anzahl der auf ein und demselben Lichtwellenleiter zulässigen Laserstrahl-Signale mit entsprechend unterschiedlichen Wellenlängen unter Verwendung von unmodulierten (unkodierten) Testimpulsen. Im vorliegenden Fall ist jeweils der Testimpuls der Test- und Antwortsignale charakterisiert durch seine Hüllkurve mit einer festgelegten zeitlichen Dauer (z. B. kleiner als oder gleich 1 ms), sowie durch ein sich innerhalb dieser Hüllkurve befindliches kodiertes Datenwort. Das Datenwort zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass es gleich viele Nullen (Laser aus) und Einsen (Laser an) aufweist.
Nachfolgend soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem mittels Optischen Management und Übertragungsplattformen (OMÜP,) in welchen jeweils KI, OEFI, WDM und elektrischer Cross-Connect (ECC) in ein und demselben Gerät integriert sind, aufgebautem Lichtwellenleiter- Kommunikationssystem, bei die Kommunikation zwischen den OEFIs erfindungsgemäß gesteuert wird;
Fig. 2 zeigt ein einfaches Beispiel für ein mittels OMÜPs aufgebautes vermaschtes Netzwerk, das mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens gesteuert wird;
Fig. 3 zeigt das Netzwerk aus Fig. 2, bei dem die physikalische Verbindung zwischen zwei Knoten unterbrochen wurde;
Fig. 4 zeigt die übertragenen Signale über die in Fig. 3 unterbrochene Leitung, vor der Unterbrechung, während der Unterbrechung und nach der Unterbrechung;
Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild mit den Komponenten eines optischeiektrischen Fern-Interfaces (OEFI) für einen Netzwerkknoten und den anliegenden Signalen, in einem Zustand, bei dem ein angeschlossenes Glasfaserkabel unterbrochen ist;
Fig. 6 zeigt das Blockschaltbild aus Fig. 5 nach der Instandsetzung des unterbrochenen Glasfaserkabels.
In Fig. 1 erkennt man drei Knoten 1, 2, 3 mit jeweils mehreren KI bzw. EOFI, die innerhalb ein und desselben Gerätes jeweils über den ECC miteinander verbunden sind. Die EOFI sind jeweils auf der Fernstrecke mittels zweier Lichtwellenleiter 4 und der in den Geräten integrierten WDM verbunden.
Ein Kurzstrecken-Interface (KI) sendet und empfängt optische oder elektrische Signale und leitet diese elektrisch über den ECC eines zugeordneten EOFI weiter. Das zugeordnete EOFI leitet diese Datenkommunikation über den WDM auf ein angeschlossenes Lichtwellenleiterpaar, welches den Knoten 1 mit dem Knoten 2 verbindet. In gleicher Weise wird die Datenkommunikation yom über WDM zugeordneten EOFI aufgenommen, dem ECC weitergleitet und von diesem über ein wiederum zugeordnetes EOFE über WDM und ein Lichtewellenleiterpaar an den Knoten (3) weitergeleitet. Die von dem zugeordneten EOFI in Knoten 3 geführte Datenkommunikation wird über den ECC des Knoten 3 letztlich über eine entsprechendes KI dem Bestimmungsort zugeführt.
Eine Unterbrechung der Verbindung zwischen zwei Knoten, zum Beispiel der Knoten 1 und 2, wird sofort dadurch erkannt, dass vom Empfänger der betroffenen EOFI in Knoten 1 und Knoten 2 jeweils keine Laserstrahl-Signale (Nutzdaten) mehr empfangen werden. Bevorzugt unmittelbar darauf werden die Sender der betroffenen EOFI in Knoten 1 und Knoten 2 jeweils deaktiviert und nachfolgend werden nur noch Testsignale mittels der Sender der betroffenen EOFI in Knoten 1 und Knoten 2 gesendet, bis einer der Empfänger der betroffenen EOFI in Knoten 1 und Knoten 2 einen solches Testsignal empfängt. Sollte ein nachfolgend durch den Sender des entsprechenden Knotens gesendetes Antwortsignal vom Empfänger des anderen Knotens empfangen werden, wird der Normalbetrieb wieder aufgenommen. Steht neben der Hauptstrecke (HS) auch eine Ersatzstrecke (Es) mit zugehörigen Ersatzkomponenten (EOFI, WDM) für die Datenkommunikation zwischen den Knoten 1 und 2 zur Verfügung, so werden vorteilhaft auf dieser Ersatzstrecke während des Normalbetriebes Test- und Antwortsignale zwischen den auf der Ersatzstrecke kommunizierenden EOFIs ausgetauscht und die Streckengüte entsprechend der Netzsteuerung mitgeteilt. Sobald eine Störung auf der Hauptstrecke eintritt, werden Nutzdaten unter Verwendung des in das Geräte integrierten ECC umgehend auf die Ersatzstrecke umgeleitet.
Fig. 2 zeigt die einfachste Ausführung eines mittels OMÜP vermaschten Netzwerkes, nämlich die Verschaltung von vier Knoten 10, 20, 30, 40, welche jeweils zwei oder drei nächste Nachbarn aufweisen. Aufgrund des spezifischen internen Aufbaus der verwendeten OMÜP sind generell auch wesentlich mehr nächste Nachbarn je Knoten möglich, z. B. zehn oder zwanzig. Eine optimale Bereitstellung von benötigten Ersatzstrecken für verschiedene auf ein und derselben Hauptstrecke übertragenen Laserstrahl-Signale wird durch zusätzliche speziell hierfür bereitgestellte EFOIs und WDMs ermöglicht.
Jeder Knoten 10, 20, 30, 40 des in Fig. 2 dargestellten vermaschten Netzwerkes umfasst im wesentlichen einen elektrischen Cross-Connect (ECC) 6 und WDM 7. Wie dargestellt, umfasst jeder Knoten weiterhin eine Anzahl von EOFIs (1, . . . n) mit entsprechenden Sendern T₁ bis T_n und Empfängern R₁ bis R_n.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden pro Lichtwellenleiter 4 maximal n Laserstrahlsignale mit entsprechend unterschiedlichen Wellenlängen in eine Richtung übertragen. Pro Laserstrahlsignal (1 . . . n) ist auf jeder Seite eines Knotens 10, 20, 30, 40, das heißt pro Anschlussmöglichkeit eines Lichtwellenleiterpaares, ein EOFI vorgesehen. Der ECC 6 führt alle an den verfügbaren EOFIs ankommende und abgehende Laserstrahl-Signale ihrem von der Netzwerksteuerung vorgegebenen WDM und somit Lichtwellenleiterpaar zu.
Wenn beispielsweise alle vier Knoten 10, 20, 30, 40 durch "stehende Verbindungen" miteinander verschaltet sind, kommuniziert der Knoten 10 mit dem Knoten 20 und dem Knoten 30 über die zwischengeschalteten Lichtwellenleiter 4 auf direktem Wege. Zwischen den Knoten 10 und 20 findet normaler Datenverkehr (Nutzdaten) statt, wie er beispielsweise in Fig. 4a dargestellt ist und nachfolgend noch näher beschrieben wird.
Angenommen, die physikalische Verbindung zwischen den Knoten 10 und 20, das heißt die zwischen diesen Knoten eingebundenen Lichtwellenleiter 4, werden zum Beispiel aufgrund von Bauarbeiten durchtrennt, wie in der Fig. 3 dargestellt ist, so muss sichergestellt werden, dass über alle Kanäle zwischen den Knoten 10 und 20 kein normaler Datenverkehr (Nutzdaten) mehr stattfindet, das heißt keiner der auf den betroffenen EOFIs befindlichen Sender T₁ bis T_n der Knoten 10 und 20 darf nunmehr weiterhin normale Signale senden. Andernfalls könnte durch Aufsummieren der einzelnen Signalleistungen unterschiedlicher Kanäle ein Laserstrahl aus der Bruchstelle des Lichtwellenleiters 4 austreten, der den Anforderungen bezüglich der Einordnung des Netzwerksystems in Laserklasse 1 nicht mehr genügt. Ebenso muss für den Fall einer Störung der Lichtwellenleiterverbindung 4 zwischen den Knoten 10 und 20, in kürzester Zeit, mindestens unterhalb von 50 ms, eine Ersatzschaltung über eine Ersatzstrecke stattfinden, um die ungestörte Übertragung der Nutzdaten zu gewährleisten.
Durch die physikalische Unterbrechung des Lichtwellenleiters 4 zwischen den Knoten 10 und 20 erhalten die entsprechenden EOFIs der Knoten 10 und 20 keine Laserstrahlsignale mehr. Diese senden daraufhin einen LOS (Loss of Signal) Signal an die zugehörige Logik der betroffenen EOFIs und an die zugeordente Netzsteuerung. Unter Verwendung eines auf jeder EOFI befindlichen EPLD (Erasable Programmable Logic Array) wird der zugehörige Laser der Schaltkarte, welcher normalen Datenverkehr (Nutzdaten) sendet, abgeschaltet. Dies erfolgt für alle EOFIs 1 bis n. Die entsprechenden auf den betroffenen EOFIs befindlichen Sender T₁ bis T_n (1 bis n) senden Testsignale, wie zuvor beschrieben wurde. Solche Testsignale sind beispielsweise in Fig. 4b dargestellt. Während der Unterbrechung des Lichtwellenleiters 4 zwischen den Knoten 10 und 20 wird der normale Datenverkehr (Nutzdaten) zwischen den Knoten 10 und 20 über den Knoten 30, wie durch die gestrichelten Linien dargestellt, umgeleitet.
Direkt nachdem der Lichtwellenleiter zwischen den Knoten 10 und 20 wieder instandgesetzt worden ist, werden die Testsignale von den den betroffenen EOFIs zugehörigen Empfängern R₁ bis R_n jedes Laserstrahl-Signales 1 bis n in den Knoten 10 und 20 empfangen. Nachdem das erste Testsignal empfangen wurde, wird der entsprechende Sender T₁ bis T_n jedes EOFIs 1 bis n ein Antwortsignal senden.
Sobald ein solches Antwortsignal jeweils von den entsprechenden Empfängern R₁ bis R_n der EOFI der Laserstrahlsignale 1 bis n empfangen wurde, sowohl im Knoten 10 als auch im Knoten 20, sind die zugehörigen Sender T₁ bis T_n der EOFIs 1 bis n bereit, die normale Datenübertragung wieder aufnehmen und melden diesen Zustand an die Netzsteuerung der zugehörigen OMÜP. Die Netzsteuerung der zugehörigen OMÜP schaltet in der Regel nun die umgeleiteten Laserstrahl-Signale (Nutzdaten) von der Ersatzstrecke zurück auf die Hauptstrecke. Anschließend findet wieder ein normaler Datenverkehr (Nutzdaten) zwischen den Knoten 10 und 20 statt, während die zur Ersatzschaltung vorgehaltenen, nun nicht mehr für die Nutzdatenübertragung benötigten EOFIs in den Knoten 10, 20, 30 zur Überprüfung der Verfügbarkeit der Ersatzstrecke im Bedarfsfall über Testsignale und Antwortsignale miteinander kommunizieren und entsprechend die Verfügbarkeit der Strecke an die zugehörige Netzsteuerung melden.
Aufgrund der sehr kurzen codierten Sende- und Antwortsignale stellt die Steuerung jeder einzelnen EOFI unabhängig von anderen EOFI fest, dass die ursprüngliche Übertragungsverbindung wieder instandgesetzt wurde, und geht daraufhin zum Übertragen des normalen Datenverkehrs über. Die Reaktionszeit der EOFI ist sehr kurz, da zum einen die zugehörige Logik in den EPLD- Bausteinen hinterlegt ist und somit sehr hardwarenah abläuft, und zum anderen sämtliche für die Netzsteuerung benötigten Hardware-Komponenten (ECC, EOFI, KI) in ein und demselben Gerät integriert sind.
Da keine Zeitgeber verwendet werden, welche den Betrieb des Netzwerkes auf eine bestimmte Leitungslänge beschränken, kann jede beliebige vermaschte Netzstruktur gesteuert werden. Gleichzeitig ist die maximale Unterbrechung einer Verbindung auch bei Zerstörung von Lichtwellenleitern auf unter 50 ms begrenzt. In Fig. 4 ist die Signalabfolge zwischen den Knoten 10 und 20 für die einzelnen Zustände "normaler Datenverkehr" (Fig. 4a), "unterbrochener Lichtwellenleiter" (Fig. 4b) und instandgesetzter Lichtwellenleiter" (Fig. 4c) dargestellt. Dabei ist jeweils in der oberen Reihe die Signalabfolge des Senders T₁ über der Zeit dargestellt und in der zweiten Reihe die Signalabfolge des Senders T_n. Die Signalabfolge von Laserstrahl-Signalen, die bezüglich ihrer willkürlichen Nummerierung dazwischen liegen (Laserstrahlsignale 2 bis n-1), ist der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
Wie man sieht, summieren sich im normalen Datenverkehr die Leistungen der einzelnen Laserstrahl-Signale zu größeren Gesamtleistungen auf. Eine Kombination sämtlicher in einem Lichtwellenleiter geführten Laserstrahl-Signale würde zu einer hohen Gesamtleistung führen und darf daher nicht aus einem Lichtwellenleiter austreten, da die Erfordernisse der Laserklasse 1 verletzt würden.
Bei Ausführung der erfindungsgemäßen Schritte des Testbetriebes sind die Testsignale der einzelnen Laserstrahl-Signale zeitlich gegeneinander derart verschoben und begrenzt, dass keine Aufsummierung zu einer vergrößerten Gesamtleistung erfolgen kann (Fig. 4b und 4c). Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Zeitdauer der Hüllkurve des Antwortsignals (erster Impuls in Fig. 4c) zu der des Testsignals (Fig. 4b) identisch. Eine hohe Auswertesicherheit der Testsignale wird durch die Benutzung von mindestens drei Kriterien für das Umschalten vom Testmodus auf Normalbetrieb erzielt. Erstens wird der Pegel der dem Testsignal und dem Datensignal zugeordneten Hüllkurve, welche eine maximale zeitliche Dauer von 1 ms aufweist, überwacht. Zweitens wird die Bitrate des in der Hüllkurve enthaltenen Datenwortes überwacht. Drittens ist das Datenwort des Testsignals mit einem bestimmten Datenwort-Code verschlüsselt, und das Datenwort des Antwortsignals mit einem bestimmten anderen Datenwort-Code verschlüsselt. Kommt ein vorgegebener Anteil, insbesondere mindestens 80% des dem Testsignal zugehörigen Datenwortes korrekt an, wird das ebenfalls innerhalb einer Hüllkurve befindliche Datenwort des Antwortsignale generiert und gesendet. Durch die Verwendung mindestens dieser drei Kriterien für Generierung und Überwachung der Test- und Antwortsignale wird erstens eine gegenüber dem Stand der Technik erhöhte Sicherheit vor fälschlichem Umschalten auf Nutzdaten erreicht, zweitens ist eine von der Länge des Lichtwellenleiters relativ unabhängige extrem kurze Reaktionszeit beim Umschalten von Testbetrieb auf Normalbetrieb möglich und drittens können aufgrund der minimalen im Testbetrieb je EOFI gesendeten Energie vergleichsweise hohen maximal erlaubte Anzahlen der Laserstrahl-Signale mit jeweils unterschiedlicher Wellenlänge erreicht werden.
Die in Fig. 5 schematisch dargestellte EOFI umfasst einen Empfänger R und einen Sender T und eine Steuereinrichtung 8. Die EOFI kann sich in folgenden Zuständen befinden:

1. Der Empfänger R empfängt Nutzdaten und der Sender T sendet Nutzdaten, d. h. es liegt keine Störung vor (Normalbetrieb).
2. Sobald der Normalbetrieb (Übertragung der Nutzdaten) durch eine Störung auf dem zum Empfänger angeschlossenen Lichtwellenleiter unterbrochen wird, z. B. durch einen Faserbruch, wird vom Empfänger R ein LOS-Signal generiert und der Steuereinrichtung mitgeteilt. Die Steuereinrichtung sorgt für ein sofortiges Umschalten des Senders T vom Normalbetrieb auf das Senden von Testsignalen und meldet diese Störung unmittelbar an die zugehörige Netzsteuerung, so dass die Nutzdaten auf einen Ersatzweg umgeschaltet werden können.
3. Der Empfänger R erhält mindestens ein Testsignal, welches von der Steuereinrichtung 8 aufgrund der Pegelauswertung, Synchronisationsauswertung und Code-Auswertung als korrektes Testsignal erkannt wird. Dies führt dazu, dass die Steuereinrichtung den Laser bzw. Sender T zum Senden von codierten Antwortsignalen veranlasst.
4. Der Empfänger R erhält mindestens ein Antwortsignal, welches von der Steuereinrichtung 8 aufgrund der Pegelauswertung, Synchronisationsauswertung und Code-Auswertung als korrektes Antwortsignal erkannt wird. Dies führt dazu, dass die Steuereinrichtung 8, je nach Betriebsvorgabe der Netzsteuerung, entweder umgehend das Senden der Nutzdaten aufnimmt (Normalbetrieb) und die Funktionsfähigkeit der Datenkommunikation der Netzsteuerung mitteilt oder nur der Netzsteuerung die Reparatur mitteilt während das Senden von Antwortsignalen fortgesetzt wird (Standby-Modus)

Sämtliche im gesamten vermaschten, mittels OMÜPs aufgebauten, Lichtwellenleiter-Netzwerk vorhandenen OEFIs arbeiten in dieser Weise unabhängig voneinander.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung der Laserübertragung zwischen zwei oder mehreren miteinander vemetzten Knoten (1, 2, 3, 10, 20, 30, 40) eines Lichtwellenleiter-Kommunikationssystems, umfassend die folgenden Schritte:

1. 1.1 jeder Knoten (1, 2, 3, 10, 20, 30, 40) empfängt mittels eines Empfängers (R₁ . . . R_n) Nutzdaten in Form von Laserstrahl-Signalen von einem Sender (T₁ . . . T_n) eines benachbarten Knoten (1, 2, 3, 10, 20, 30, 40) und sendet mittels eines Senders (T₁ . . . T_n) Nutzdaten in Form von Laserstrahl-Signalen an einen Empfänger (R₁ . . . R_n) des genannten benachbarten Knotens (1, 2, 3, 10, 20, 30, 40) - Normalbetrieb des Datenverkehrs -;

2. 1.2 wenn der Empfänger (R₁ . . . R_n) eines Knotens (1, 2, 3, 10, 20, 30, 40) keine Nutzdaten in Form von Laserstrahl-Signalen mehr von dem Sender (T₁ . . . T_n) des benachbarten Knotens (1, 2, 3, 10, 20, 30, 40) empfängt, werden nachfolgende Schritte - als Testbetrieb bezeichnet - ausgeführt:
1.2.1 das Senden von Nutzdaten in Form von Laserstrahl-Signalen an den Empfänger (R₁ . . . R_n) des benachbarten Knotens (1, 2, 3, 10, 20, 30, 40) wird unterbrochen;
1.2.2 in zeitlichen Abständen werden mittels beider Sender (T₁ . . . T_n) - der Sender der beiden Knoten (1, 2, 3, 10, 20, 30, 40) zwischen welchen die Datenübertragung unterbrochen ist - Laserstrahl-Testsignale in Richtung des Empfängers (R₁ . . . R_n) des jeweils anderen Knotens (1, 2, 3, 10, 20, 30, 40) gesendet;
1.2.3 wenn ein solches Laserstrahl-Testsignal von einem Empfänger (R₁ . . . R_n) eines der beiden genannten Knoten (1, 2, 3, 10, 20, 30, 40) empfangen wird, wird der Nutzdatenübertragungsbetrieb gemäß Schritt 1.1 - Normalbetrieb - fortgesetzt; dadurch gekennzeichnet, dass

3. 1.3 Laserstrahl-Testsignale gesendet werden, die jeweils eine Hüllkurve aufweisen, die das Testsignal auf eine vorbestimmte Zeitdauer begrenzt, und innerhalb der Hüllkurve ein codiertes Datenwort, das mit einem vorgegebenen Datenwort-Code verschlüsselt ist, eingebracht wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenn ein Laserstrahl-Testsignal von einem Empfänger (R₁ . . . R_n) eines der beiden genannten Knoten (1, 2, 3, 10, 20, 30, 40) empfangen wird, ein Laserstrahl- Antwortsignal mittels des Senders (T₁ . . . T_n) dieses Knotens (1, 2, 3, 10, 20, 30, 40) in Richtung des Empfängers (R₁ . . . R_n) des benachbarten Knotens zurückgesendet wird und erst wenn das Laserstrahl-Antwortsignal von dem entsprechenden Empfänger (R₁ . . . R_n) empfangen wurde, der Datenübertragungsbetrieb gemäß Schritt 1.1 - Normalbetrieb - fortgesetzt wird, wobei das Antwortsignal ebenfalls eine Hüllkurve aufweist, die das Antwortsignal auf eine vorbestimmte Zeitdauer begrenzt, und innerhalb der Hüllkurve ein codiertes Datenwort, das mit einem vorgegebenen Datenwort- Code verschlüsselt ist, eingebracht wird und insbesondere die Testsignale und das Antwortsignal eine vordefinierte Bitfolge und eine vorgegebene Bitwiederholrate aufweisen.

3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hüllkurven der einzelnen Testsignale und insbesondere der Antwortsignale die Zeitdauer der Signale derart einschränken und die Signale zeitlich gegeneinander versetzten, dass keine Aufaddierung zu einer vergrößerten Gesamtleistung erfolgen kann.

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Testsignale und die Antwortsignale dieselbe Zeitdauer der Hüllkurve aufweisen, insbesondere von 1 Millisekunde oder weniger.

5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hüllkurve eines Antwortsignals ein dem Antwortsignal zugewiesenen codiertes Datenwort umfasst, welches eine andere vorgegebene Bitfolge und eine zu der Bitwiederholrate des Testsignals identische Bitwiederholrate aufweist.

6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass während des Normalbetriebs auf Ersatzstrecken, die für die Datenkommunikation zwischen zwei Knoten zur Verfügung stehen, zwischen diesen Knoten Test- und Antwortsignale ausgetauscht werden, um die Streckengüte festzustellen und einer Netzsteuerung mitzuteilen.

7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Testsignale und insbesondere die Antwortsignale anhand von mindestens drei Kriterien ausgewertet werden und die Umschaltung vom Testbetrieb in den Normalbetrieb nur dann erfolgt, wenn alte drei Kriterien erfüllt sind, wobei die drei Kriterien die folgenden sind:

1. 7.1 der Pegel der Hüllkurve entspricht einem vorgegebenen Wert;

2. 7.2 die Bitrate des in der Hüllkurve enthaltenen Datenworts entspricht einer vorgegebenen Bitrate;

3. 7.3 ein vorgegebener Anteil, insbesondere mindestens 80 Prozent, des codierten Datenwortes entspricht einem vorgegebenen Datenwort.

8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechung des Sendens von Nutzdaten gemäß Schritt 1.2 innerhalb einer Zeitspanne von maximal 5 ms, nachdem kein Laserstrahl- Signal mit Nutzdaten mehr empfangen worden ist, insbesondere unmittelbar nachdem kein Laserstrahl-Signal mit Nutzdaten mehr empfangen worden ist, erfolgt.

9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Sender (T₁ . . . T_n) gesendeten Laserstrahlen eine typische Ausgangsleistung von 10 mW aufweisen.

10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Testbetriebes gemäß der Schritte 1.2.1 bis 1.2.2 mittels einer Steuereinrichtung, insbesondere mittels eines EPLD- Bausteines (9), welcher zwischen die Sender (T₁ . . . T_n) und Empfänger (R₁ . . . R_n) geschaltet ist, erfolgt.

11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte 1.2 bis 1.2.3 nach Betätigung eines Autorisationsvorganges, insbesondere nach Eingabe eines Passwortes mittels eines am Lichtwellenleiter-Kommunikationssystem angeschlossenen Terminals, für eine definierte Zeitspanne unterdrückt werden, das heißt während dieser Zeitspanne nicht ausgeführt werden.

12. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterdrückung der Schritte 1.2.1 bis 1.2.2 zeitgleich für nur ein einziges Laserstrahl-Signal einer Wellenlänge zwischen zwei benachbarten Knoten (1, 2, 2, 10, 20, 30, 40) im Lichtwellenleiter-Kommunikationssystem zugelassen ist.

13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Testbetrieb die Laserstrahl-Signale verschiedener Kanäle zeitlich versetzt zueinander - insbesondere durch ein zufallsbedingtes Festsetzen des Startzeitpunktes - gesendet werden, insbesondere durch Verschalten eines integrierten Zählers mit den Sendern (T₁ . . . T_n).

14. Knoten eines Lichtwellenleiter-Kommunikationssystems (1, 2, 3, 10, 20, 30), umfassend:

1. 14.1. eine Optische Management und Übertragungsplattform (OMÜP), die folgende integrierte Hardware-Einheiten aufweist:

2. 14.2. mindestens ein elektro-optisches Fernstrecken-Interface (EOFI), das eine Hardware-Karte, die einen für Langstreckenübertragung geeigneten optischen Sender (T) und Empfänger (R) neben der diese beiden Baugruppen integrierenden elektronischen Steuerlogik aufweist;

3. 14.3. einen elektrischen Cross-Connect (ECC) zum flexiblen Verbinden der/des elektro-optischen Fernstrecken-Interfaces (EOFI); dadurch gekennzeichnet, dass

4. 14.4 das Senden und Empfangen von Signalen mittels des Knotens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 gesteuert wird.

15. Knoten gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich in der Optische Management und Übertragungsplattform (OMÜP) mindestens ein Kurzstrecken-Interface (KI), das eine Hardware-Karte, die einen für Kurzstreckenübertragung geeigneten elektrischen oder optischen Sender (T) und Empfänger (R) neben der diese beiden Baugruppen integrierenden elektronischen Steuerlogik aufweist, integriert ist.

16. Netzwerk zur optischen Datenübertragung, umfassend einen oder mehrere Knoten gemäß einem der Ansprüche 14 oder 15.