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Feld der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Telekommunikation
und spezieller die Steuerung und Einstellung von Parametern, die
Charakteristiken optischer Bauelemente in einem Wellenlängen-Multiplex-(WDM)-Übertragungssystem
definieren.
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Hintergrund
der Erfindung
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Bei
optischen Übertragungssystemen
wird Wellenlängen-Multiplex
(WDM) dazu benutzt, eine Anzahl von Client-Signalen (auch Zubringersignale genannt) über ein
gemeinsames physikalisches Medium, wie z.B. eine optische Faserverbindung
zu übertragen.
Jedem Zubringersignal wird eine getrennte Wellenlänge im Spektralband
des Multiplexsignals zugeordnet. Ein auf WDM basierendes Übertragungssystem,
das als OTN (Optical Transport Network, optisches Übertragungsnetzwerk)
bekannt ist, wird in ITU-T G.709 (02/2001) definiert. Das OTN erlaubt
eine Ressourcen-Verwaltung in einem WDM-Übertragungsnetzwerk.
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Der
optische Sender und der Wellenlängen-Multiplexer,
die das Multiplex-Signal bilden, enthalten optische Bauelemente,
wie z.B. Laser für
jede Wellenlänge.
Die Anforderungen an die Präzision dieser
Bauelemente sind relativ hoch. Andererseits können die optischen Charakteristiken
solcher Bauelemente durch Alterung und andere Effekte, wie Temperaturänderungen
beeinflusst werden. Daher kann es sein, dass bestimmte Parameter,
die die Charakteristiken optischer Bauelemente in einem WDM-System
definieren, von Zeit zu Zeit eine Einstellung erfordern.
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Die
Grundlage für
die Einstellung sind Messungen auf der Empfangsseite einer WDM-Verbindung.
Aus den Messungen werden entsprechend einem Algorithmus Korrekturmaßnahmen
bestimmt. Die Erfassung von Messwerten, die Ausführung des Algorithmus und die
Einstellung der Parameter im Sender müssen manuell von einem Bediener
durchgeführt
werden. Dies hat viele Aktivitäten
des menschlichen Bedieners zur Folge, da der Einstellungs-Algorithmus typischerweise
kompliziert und iterativ, sowie fehleranfällig ist. Die Folge von Fehlern können Übertragungsfehler
und somit eine Verschlechterung des vom Betreiber gebotenen Dienstes
sein.
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In
US 5,801,860 wird ein Wellenlängen-Multiplex-Übertragungssystem beschrieben,
das ein Sende-Element und ein Empfangs-Element enthält. Das
Empfangs-Element hat eine Einheit zur Erkennung des Leistungspegels,
die Leistungspegel des empfangenen Lichtes von gedemultiplexten
Lichtsignalen erkennt und die Licht-Leistungspegel-Signale über einen
Rückkopplungs-Teil
zurück
zum Sende-Element sendet. Letzteres enthält eine Leistungsregelungs-Einheit,
die auf die Eingangs-Licht-Leistungspegel-Signale
reagiert, um seine Lichtquellen zu regeln, um einstellbare ursprüngliche
Licht-Leistungspegel ursprünglicher
Lichtsignale so zu ändern, dass
die gedemultiplexten Lichtsignale die empfangenen Licht-Signalpegel haben,
wo denen jeder ein vorher festgelegter Licht-Leistungspegel wird.
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In
US 5,923,453 wird ein Schaltkreis
zur Messung optischer Leistung zur Messung der Verteilung der optischen
Leistung eines Signal-Lichtes beschrieben, das sich auf der optischen
Faser-Übertragungsleitung
ausbreitet und eines anderen Signal-Lichtes, das von einer anderen optischen
Faser-Übertragungsleitung
zur optischen Faser-Übertragungsleitung
geführt
wird.
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In
EP 0 543 570 A2 wird
erwähnt,
dass wegen des ungleichmäßigen wellenlängenabhängigen Verstärkungsprofils
und der Sättigungs-Charakteristik
von mit Erbium dotierten Faserverstärkern jeder Kanal eines Wellenlängen-Multiplex-Systems eine unterschiedliche
optische Verstärkung
erfährt,
was wiederum auf einigen Kanälen
zu einer überhöhten Bitfehlerrate
führen
kann. Dort wird ein Entzerrer für ein
optisches Übertragungssystem
beschrieben, der die optische Verstärkung oder die optischen Signal-Rauschverhältnisse
der Kanäle
eines optischen Übertragungssystems
mit Wellenlängen-Multiplex selektiv
entzerrt.
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Die
Einstellung ist jedoch komplizierter, wenn die Sender, die eingestellt
werden müssen,
und die Empfänger,
welche die Messungen durchführen, sich
nicht im selben WDM-System befinden, d.h. in einem Transponder,
aber in anderen Netzwerkelementen, wie z.B. in optischen Crossconnects.
In diesem Fall sind die Messungen, der Algorithmus und die Einstellungen über mehrere
Netzwerkelemente verteilt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Dementsprechend
ist ein Bedarf nach einem Verfahren und einem zugehörigen Netzwerkelement und
Steuerungs-System entstanden, die eine vereinfachte Steuerung und
Einstellung von Parametern erlauben, welche die Charakteristik optischer
Komponenten in einem optischen Übertragungssystem
mit Wellenlängen-Multiplex
(WDM) in dem Fall festlegen, wenn sich Sender und Empfänger außerhalb
des WDM-Systems befinden.
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Diese
und andere Ziele, die unten deutlich werden, werden durch ein Verfahren
gemäß Anspruch
1, ein Netzwerkelement gemäß Anspruch
2 und ein Steuerungssystem gemäß Anspruch
3 erreicht.
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Gemäß der Erfindung
werden vordefinierte Charakteristiken eines empfangenen Signals
auf der Empfänger-Seite
gemessen.
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Die
Ergebnisse dieser Messungen werden zu einem Fernsteuerungs-System übertragen,
das daraus entsprechend einem vordefinierten Algorithmus Korrektur-Einstell-Parameter
bestimmt. Die Korrektur-Parameter werden dann von dem Fernsteuerungs-System
zur Senderseite übertragen,
das die optischen Bauelemente entsprechend einstellt.
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Die
vorliegende Erfindung bietet die technischen Vorteile, dass die
Einstellung schneller ist, wenn ein Problem erkannt wurde, dass
das Fehlerrisiko verringert wird, und dass die Einstellung nicht von
der Verfügbarkeit
von Bedienpersonal abhängt, sondern
immer läuft
und nur von der Verfügbarkeit des
Fernsteuerungs-Systems abhängt.
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Der
Einstellungs-Algorithmus wird in einem von den betroffenen Netzwerkelementen
(NEs) oder im zugehörigen
Netzwerk-Management-System (NMS)
implementiert, vorzugsweise im Element-Manager der betroffenen NEs.
Die Messwerte werden automatisch an den Algorithmus geliefert; die
zugehörigen
Einstellungen werden automatisch an die NEs geliefert, welche die
einzustellenden Sender enthalten. Es ist somit wahrscheinlicher,
dass rechtzeitig auf Probleme reagiert wird, um einen Einfluss auf
den Verkehr zu verhindern.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Im
Folgenden wird eine bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung
mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 das
Prinzip der Steuerung von Parametern optischer Bauelemente in einem
WDM-System auf der Sendeseite zeigt;
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2 die
Einstellung von optischen Bauelementen in einem WDM-Multiplexer
auf der Sendeseite zeigt, die auf Messungen beruht, die in einem WDM-Multiplexer
auf der Empfangsseite vorgenommen werden, ähnlich dem aus
US 5,801,860 bekannten Verfahren zeigt;
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3 einen
I/O-Anschluss der Multiplexer in 2 zeigt;
und
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4 die
Einstellung optischer Bauelemente, die sich außerhalb des WDM-Netzwerks befinden, gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Ein
WDM-Multiplexsignal besteht aus n (z.B. 64) Signalen mit einer einzigen
Wellenlänge,
die in einem vordefinierten Spektralband zugewiesen werden. Jede
einzelne Wellenlänge
wird durch einen speziellen Laser erzeugt, der daher als farbiger
Laser bezeichnet wird. Obwohl es wünschenswert wäre, Laser
zu haben, die auf eine beliebige Wellenlänge innerhalb des Spektralbandes
abgestimmt werden können,
so dass jeder Laser innerhalb des gesamten Bandes frei konfigurierbar
wäre, ist
dies aus technischen und wirtschaftlichen Gründen heute nicht möglich. Es
gibt farbige Laser, die eine vordefinierte Wellenlänge innerhalb
des Bandes emittieren können. Andere,
fortschrittlichere Laser können
auf eine beliebige aus einem Satz von bis zu vier vordefinierten Wellenlängen konfiguriert
werden. Dies bewirkt einige Beschränkungen für die Wellenlängen, die
ein bestimmtes Zubringersignal auf seinem Weg durch das Netzwerk
benutzen kann.
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Auf
jeden Fall muss jeder Laser mindestens um seine spezielle oder konfigurierte
Wellenlänge abstimmbar
sein, um sicherzustellen, dass das zusammengesetzte Multiplex-Signal
richtig erzeugt und gesendet werden kann, da durch Alterung und
andere Langzeit-Einflüsse
sich die Mitten-Wellenlänge vom
Nennwert weg verschieben kann und sich somit mit dem benachbarten
Wellenlängen-Kanal überlappen
würde.
Die Einstellung optischer Eigenschaften eines Lasers ist im Prinzip
bekannt und kann zum Beispiel erreicht werden, indem eine geeignete
Vorspannung zur Steuerung der optischen Länge des Laser-Resonators angelegt
wird.
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Es
kann sein, dass die Einstellung anderer optischer Bauelemente erforderlich
ist, wie z.B. von Wellenlängen-Filtern auf der Senderseite,
von optischen Gittern und Modulatoren. Daher muss eine Anzahl von
Parametern der gesendeten Wellenlängen eingestellt werden. Diese
Parameter sind z.B. von der Anzahl gesendeter Wellenlängen und
von der Alterung der optischen Bauelemente abhängig.
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Für den Fall,
dass Einstellungen vorgenommen werden müssen, sind möglicherweise
alle Sender von Wellenlängen
an den Einstellungen beteiligt, nicht nur die Wellenlänge, für die die
Messungen angezeigt haben, dass eine Einstellung erforderlich ist. Der
Algorithmus, der die erforderlichen Einstellungen bestimmt, hat
die Messwerte als Eingabewerte und die Sender-Parameter als Ausgabewerte.
In der bevorzugten Ausführung
sind die Algorithmen für
die Einstellung für
beide Richtungen des WDM-Systems komplett unabhängig. Es ist jedoch auch möglich, dass
die Algorithmen für
die beiden Richtungen voneinander abhängig sind.
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Die
tatsächliche
Implementation eines Einstellungs-Algorithmus ist vom Typ und von
der Konstruktion der abzustimmenden Bauelemente abhängig. Er
kann aus gespeicherten empirischen Daten, aus theoretischen Überlegungen
abgeleitet werden oder er kann ein iterativer Algorithmus sein,
der so konstruiert ist, eine Abweichung der gemessenen Daten von
einem Nennwert auf Null zu bringen, oder er kann eine beliebige
Kombination der oben erwähnten
Algorithmen sein. Der Algorithmus wird in Form eines Software-Programms
implementiert, das in einem Speicher gespeichert ist und auf einem
oder mehreren Prozessoren des Steuerungssystems abläuft, das
den Algorithmus beinhaltet. Es ist für einen Fachmann ohne übermäßiges Experimentieren
offensichtlich, wie der Algorithmus in einer bestimmten Implementation
realisiert wird.
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Eines
der betroffenen NEs oder NMSs wird gewählt, um den Einstellungs-Algorithmus
auszuführen.
Die NEs auf der Empfangsseite liefern die Messdaten über ihre
externen oder über
interne Verwaltungs-Schnittstellen an den NE/das NMS, welches den
Algorithmus beinhaltet. Auf ähnliche
Weise benutzt das NE/NMS, welches den Algorithmus beinhaltet, offizielle
oder interne Verwaltungs-Schnittstellen der NEs, die die Sender
enthalten, um die Einstellungen auszuführen.
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Das
Prinzip der Steuerung von Parametern optischer Bauelemente in einem
WDM-System auf der Senderseite wird schematisch in 1 gezeigt. Obwohl
optische Übertragungssysteme
prinzipiell bidirektional arbeiten, wird aus Gründen der Einfachheit nur eine
Richtung gezeigt, die durch einen Pfeil von links nach rechts gekennzeichnet
wird. Wie oben erwähnt,
ist die Einstellung in der bevorzugten Ausführung für die beiden Übertragungsrichtungen
völlig unabhängig.
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Eine
Anzahl von n Sendern Tx λ1–Tx λn erzeugt
Signale mit einzelnen Wellenlängen
1–n bei
jeweils bestimmten Wellenlängen.
Ein optischer Multiplexer WDM_MUX kombiniert die n Signale mit einzelnen
Wellenlängen,
um ein Multiplexsignal zu bilden, das dann über eine optische Faserverbindung zu
einem Wellenlängen-Demultiplexer
WDM_DMUX übertragen
wird. Der Demultiplexer spaltet das Multiplex-Signal in seine Wellenlängen-Bestandteile
auf und leitet die Signale mit den einzelnen Wellenlängen an
die entsprechenden Empfänger
Rx λ1–Rx λn.
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Jeder
der Empfänger
Rx λ1–Rx λn misst vordefinierte
Charakteristiken seines empfangenen optischen Signals mit einer
einzigen Wellenlänge
und überträgt die Messdaten
MEAS an ein Fernsteuerungs-System, das den Einstellungs-Algorithmus ALG
enthält.
Das Steuerungssystem bestimmt Korrektur-Einstellungen in dem Fall, dass die
Messungen anzeigen, dass eine Einstellung erforderlich ist, und überträgt die Einstellungen
ADJ an die Sender Tx λ1–Tx λn, die ihre
optischen Bauelemente entsprechend abstimmen.
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Ein
WDM-System, das dem in
US 5,801,860 ähnlich ist,
wird in
2 als Beispiel gezeigt, das
das Verständnis
der Erfindung vereinfacht. Zwei Netzwerkelemente WDM_N1/N2 sind über eine
optische Faserverbindung OF miteinander verbunden. Jedes der Netzwerkelemente
enthält
eine Anzahl von n Transceivern (Sender/Empfänger-Kombinationen) T11–T1n, T21–T2n zum
Erzeugen und Empfangen eines optischen Signals mit einer einzigen
Wellenlänge.
Die Transceiver sind mit einem Wellenlängen-Multiplexer MUX1, bzw.
MUX2 verbunden, der in Senderichtung aus den farbigen Signalen mit
einer einzigen Wellenlänge,
die von den Transceivern erzeugt werden, ein Multiplexsignal erzeugt
und der in Empfangsrichtung ein empfangenes Multiplexsignal in seine
Wellenlängen-Bestandteile
aufspaltet und die Signale mit einer einzigen Wellenlänge an die
zugeordneten Transceiver liefert.
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3 zeigt
detaillierter die Konstruktion der Transceiver – oft auch Transponder genannt – aus 2.
Jeder Transceiver besteht aus einem Empfänger Rx und einem Sender Tx.
Von der externen Seite empfängt
der Transceiver ein nicht farbiges optisches Signal (oft auch "Schwarzweiß-Signal" genannt) und erzeugt
ein farbiges optisches Signal mit einer einzigen Wellenlänge bei
seiner speziellen oder konfigurierten Wellenlänge. In der Gegenrichtung empfängt der
Transceiver von der internen Seite ein optisches Signal mit einer
einzigen Wellenlänge,
das von Multiplexer MUX1, MUX2 aus dem empfangenen Multiplexsignal
entnommen wurde, und erzeugt daraus auf der externen Seite ein nicht
farbiges optisches Signal als Ausgabe des WDM-Systems.
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Aus
Gründen
der Einfachheit wird nur die Senderichtung von links nach rechts
betrachtet. Der Betrieb des WDM-Systems ist jedoch in Wirklichkeit bidirektional.
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WDM_N1
sendet das wellenlängen-gemultiplexte
Signal über
die Faserverbindung OF zu WDM_N2. Die Transceiver T21–T2n messen
die Charakteristiken der jeweils empfangenen Signale mit einer Wellenlänge. Die
Ergebnisse der Messungen werden an ein lokales Steuerungssystem
C2 geliefert. C2 überträgt die Messwerte über einen
Netzwerk-Verwaltungs-Kanal NMSI zurück zu WDM_N1. Der Verwaltungs-Kanal
kann als spezieller Kopfinformations-Kanal im Band mit dem Multiplex-Signal
implementiert werden. Ein lokales Steuerungssystem von WDM_N1 empfängt die
Messwerte und berechnet Einstellungen, falls erforderlich. Wenn
Einstellungen erforderlich werden, steuert das lokale Steuerungssystem
C2 die optischen Bauelemente der Sender T11–T1n, um sie auf ihre Nennwerte
abzustimmen.
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In
diesem beispielhaften WDM-System befindet sich der Einstellungs-Algorithmus,
der die Einstellungen bestimmt, im lokalen Steuerungssystem des
sendenden Netzwerkelementes. Dies ist jedoch nur möglich, wenn
die optischen Bauelemente, die an der Erzeugung der optischen Signale
mit einer Wellenlänge
beteiligt sind, sich im selben WDM-Netzwerkelement befinden. Eine
Ausführung
gemäß der Erfindung
ist in 4 gezeigt, die ein weiterentwickeltes Szenarium
zeigt, in dem die Sender sich nicht mehr innerhalb eines WDM-Systems
befinden.
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Das
WDM-Netzwerk WDM enthält
ein erstes WDM-Netzwerkelement WN1, das über eine optische Faserverbindung
OF mit einem zweiten WDM-Netzwerkelement WN2 verbunden ist. Wie
in den 1 und 2 zuvor wird nur die Übertragungsrichtung
von links nach rechts gezeigt, während
in Wirklichkeit das System bidirektional arbeitet.
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Netzwerkelement
WN1 enthält
einen WDM-Multiplexer MUX, und Netzwerkelement WN2 enthält einen
WDM-Demultiplexer DMUX. Die Netzwerkelemente WN1, WN2 haben im Gegensatz
zu bekannten Netzwerk-Infrastrukturen, wie in 2 gezeigt,
Schnittstellen für
farbige Signale mit einer einzigen Wellenlänge, und keine "Schwarzweiß"-Schnittstellen.
Dies hat für
Client-Netzwerkelemente die Einschränkung zur Folge, dass die Zubringersignale
immer farbige Signale bei speziellen, vorher zugeordneten Wellenlängen sein
müssen.
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Die
Zubringersignal-Schnittstellen auf der linken Seite von WN1 sind
mit Client-Netzwerkelementen NE11–NE1n verbunden. Die Zubringersignal-Schnittstellen
von WN2 sind mit Client-Netzwerkelementen
NE21–NE2n
verbunden. Die Client-Netzwerkelemente
sind zum Beispiel optische Crossconnects. Diese sind nur schematisch
mit ihren entsprechenden Schnittstellen dargestellt. Beispiele für solche
optischen Crossconnects für
OTN sind in
EP01217867 ,
EP01217868 und
EP01217869 beschrieben.
Ein optischer Crossconnect hat typischerweise eine Anzahl von optischen
Schnittstellen, die mit einem Koppelvielfach verbunden sind, um
Verbindungen von einer beliebigen zu einer beliebigen anderen Schnittstelle
durchzuschalten.
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Es
ist wichtig, zu verstehen, dass die Client-Netzwerkelemente nicht
zum WDM-System gehören.
Daher liegt die Verantwortung für
die richtige Erzeugung der farbigen Signale mit einer einzigen Wellenlänge, die
für die
WDM-Übertragung
erforderlich sind, außerhalb
des WDM-Systems und seiner Kontrolle. Die Steuerung der Sender-Bauelemente wird
durch die Tatsache weiter verkompliziert, dass – wie oben erwähnt – Einstellungen
möglicherweise alle
Sender beeinflussen und nicht nur den einen, dessen Messwerte angezeigt
haben, dass eine Einstellung erforderlich ist.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird somit das Netzwerk-Verwaltungs-System benutzt, das für Client-Netzwerk-Elemente
verantwortlich ist. Insbesondere befindet sich der Einstellungs-Algorithmus
in dem Element-Manager NMS1, der die optischen Crossconnects NE11–NE1n steuert.
Ein Element-Manager ist typischerweise eine Steuerungs-Vorrichtung
in einem Netzwerk, die eine Anzahl von Netzwerkelementen desselben
Typs konfiguriert, Konfigurations-Datensätze nachverfolgt und die Netzwerkelemente
auf Alarmnachrichten überwacht,
die im Betrieb auftreten können.
Die Element-Steuerung kommuniziert mit untergeordneten lokalen Steuerungen
der geregelten Netzwerkelemente und mit einem übergeordneten regionalen Manager.
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Die
verschiedenen Empfänger
Rx in den Netzwerkelementen auf der rechten Seite NE21–NE2n messen
bestimmte Charakteristiken der Signale mit einer einzigen Wellenlänge, die
von WN2 empfangen wurden und übertragen
die Messdaten an ihr übergeordnetes
Netzwerk-Verwaltungs-System, Element-Manager NMS2. NMS2 leitet die
Messdaten MEAS über
einen offiziellen Netzwerk-Verwaltungs-Kanal an Element-Manager
NMS1 weiter, der die Netzwerkelemente NE11–NE1n steuert. NMS1 beinhaltet
den Einstellungs-Algorithmus und bestimmt aus den Messdaten Korrektur-Einstellungen, falls
erforderlich. Die Einstellungen ADJ werden dann zu den entsprechenden
Netzwerkelementen NE11–NE1n übertragen,
die ihre optischen Bauelemente entsprechend abstimmen.
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In
der Ausführung
gemäß der Erfindung
sind im WDM-System keine Transponder erforderlich, die nicht farbige
Eingangssignale in spezielle Signale mit einer einzigen Wellenlänge umwandeln,
aber die "gefärbten" Sender befinden
sich außerhalb
des WDM-Systems.
Die Steuerung der WDM-Parameter, d.h. der Parameter der ein WDM-Signal
bildenden Wellenlängen
wird einem Steuerungs-System außerhalb
des Netzwerkes selbst zugeordnet. Offensichtlich ist die Erfindung
gleichermaßen
auf eine gemischte Lösung
anwendbar, bei der einige der Transponder und ihre zugehörigen Sender
sich innerhalb des WDM-Netzwerks befinden und einige sich in externen
Netzwerkelementen befinden, die nicht zum WDM-Netzwerk gehören.