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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet optischer Kommunikationssysteme
und spezieller eine Paket- und optische Routing-Einrichtung und
ein entsprechendes Verfahren.
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STAND DER TECHNIK
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Bekanntlich
hat das Wachstum des Internets zu ständig wachsenden Verkehrsvolumina
geführt, welche
ihrerseits die Verwendung von breitbandigeren Kommunikationssystemen
erfordern. Daher wurde bereits die Verwendung von optischen Kommunikationssystemen,
in denen Faseroptik zur Anwendung kommt, für die Übertragung von IP-Paketen vorgeschlagen.
Die sich daraus ergebende zunehmende und fortschreitende Integration
von Daten- und Sprachverkehr führt
zur Notwendigkeit von Systemen und Einrichtungen, die dafür eingerichtet
sind, die Übertragung
sowohl von herkömmlichen
optischen Signalen (z. B. SONET/SDH, Synchronous Optical Network/Synchronous
Digital Hierarchy oder ATM, Asynchronous Transfer Mode Signalen)
als auch von paketbasierten Signalen (z. B. IP/MPLS, Internet Protocol/Multi-Protocol
Label Switching Signalen) zu bewerkstelligen.
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Gegenwärtig sind
IP/MPLS-Router und Nicht-IP-Einrichtungen an Netze, welche WDM(Wavelength
Division Multiplexing, Wellenlängenmultiplexing)Systeme
verwenden, über
optische Schnittstellen angeschlossen, und die Steuerung der verschiedenen
Systeme ist nicht integriert. Dies führt zu komplexen und teuren
Netzkonfigurationen, welche die Einführung neuer Dienste in einem
Kommunikationsnetz nicht begünstigen.
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Um
dieses Problem zu lösen,
ist eine Integration von Paket- und optischen Weiterleitungsfähigkeiten
in ein und demselben Knoten des Netzes erwünscht.
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Die
US 2002/0018269 offenbart
ein Verfahren und ein System zum Steuern optischer Verbindungen
in einem optischen Netz, wobei jeder Knoten in dem Netz aus einem
Router und optischen Kreuzvermittler (Optical Cross-Connect) besteht
und Intelligenz für
die Ressourcenverwaltung in der IP-Schicht konzentriert ist. Dieses
Dokument offenbart jedoch nicht im Einzelnen die Architektur der Knoten
des Netzes, und insbesondere, wie IP- und Nicht-IP-Signale in den Knoten gemultiplext
werden.
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Die
EP-A-1 076 468 lehrt
die Architektur von IP-Paket-Übertragungseinrichtungen,
die durch optische Backbon-Übertragungsleitungen
verbunden sind, um ein IP-Paket-Übertragungsnetz
zu bilden. Gemäß diesem
Dokument wird jedes beliebige Signal in IP-Pakete umgewandelt, welche
von einem IP-Routing-Teil zu optischen Wegumwandlungsteilen geroutet
werden. Optische Wegsignale von den optischen Wegsignal-Umwandlungsteilen
werden direkt einem optischen Weg-Routen-Schaltteil der IP-Paket-Übertragungseinrichtung
zugeführt.
Das optische Weg-Routen-Schaltteil empfängt außerdem optische Wegsignale,
die durch Wellenlängen-Demultiplexing und
optische/elektrische/optische Umwandlung von OTM-(Optical Transport
Module)Signalen von optischen Backbon-Übertragungsleitungen gewonnen werden.
Das optische Weg-Routen-Schaltteil rangiert die optischen Wegsignale
zu optischen Routen entsprechend ihren Zielen.
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Der
Anmelder merkt an, dass diese Architektur komplex ist und eine umfangreiche
Verarbeitung sowohl der OTM-Signale von den optischen Backbone-Übertragungsleitungen
als auch der beliebigen Signale, welche direkt in die IP-Paket-Übertragungseinrichtung
eingegeben werden, erfordert. Die
EP
1 091 529 , die am 11.04.2001 veröffentlichte wurde, offenbart
einen Telekommunikations-Netzknoten und ein damit zusammenhängendes
Routingverfahren gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Paket- und optische Routing-Einrichtung
und ein entsprechendes Verfahren bereitzustellen, welche einfach
sind und Kosteneinsparungen ermöglichen,
was Implementierung und Betrieb anbelangt.
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Die
Anmelderin hat eine einfache Architektur entwickelt, in welcher
sowohl Paket- als auch Nicht-Paket-Signale in demselben Knoten weitergeleitet
und geroutet werden, mit einer integrierten Steuerung der verschiedenen
Teile, welche die Paket- und Nicht-Paket-Signale verwalten. Das
Vorhandensein von Nicht-Paket-Schnittstellen, welche keine Paket-Elaboration
erfordern, sowie von Paket-Schnittstellen, welche beide durch eine
Schalteinheit mit einer WDM-Schnittstelleneinheit verbunden sind,
ermöglicht
eine reibungslose Weiterentwicklung von einem Netz, das auf herkömmlichen TDM-(Time
Division Multiplexing, Zeitmultiplexing-)Schaltungen beruht, zu
einem Netz, das auf moderneren IP/MPLS- und/oder GMPLS(Generalized
Multi-Protocol Label Switching)Diensten beruht.
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Insbesondere
ermöglicht
die Rekonfigurierbarkeit der elektrischen Schalteinheit, dass jedes
Mal ein variabler Anteil von Eingängen/Ausgängen für Paket- und Nicht-Paket-Signale
mit der WDM-Schnittstelleneinheit verbunden wird. Das Verhältnis von
verbundenen Nicht-Paket-Eingängen/Ausgängen zu
verbundenen Paket-Eingängen/Ausgängen ist
daher veränderlich
entsprechend den Erfordernissen, was ein hohes Maß an Flexibilität und Kosteneinsparungen
aufgrund der Tatsache bietet, dass es im Allgemeinen möglich ist,
die Anzahl der Laser zu verringern, die in den WDM-Schnittstellen
eingebaut sind.
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Gemäß der Erfindung
werden eine Paket- und optische Routing-Einrichtung, ein optisches
Netz vom Wellenlangen-Multiplex-Typ und ein Verfahren zum optischen
Paket- und Nicht-Paket-Signal-Routing
entsprechend den Ansprüchen
1, 13 und 14 bereitgestellt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Um
das Verständnis
der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, werden nunmehr, ausschließlich als
nicht einschränkendes
Beispiel, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen Ausführungsformen
derselben beschrieben, wobei:
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1 ein
wellenlängengemultiplextes
optisches Netz vom Ring-Typ gemäß einer
Ausfürungsform
der Erfindung zeigt;
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2 ein
Blockschaltbild eines der Knoten des Netzes von 1 ist;
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3 ein
detaillierteres Blockschaltbild einer der Komponenten des Knotens
von 2 ist;
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4 ein
detaillierteres Blockschaltbild des Knotens von 2 ist;
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5 den
Fluss von Steuer- und Datensignalen in dem Netz von 1 zeigt;
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6 ein
Blockschaltbild eines Knotens eines wellenlängengemultiplexten optischen
Netzes von einem vermaschten Typ ist;
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7 ein
detaillierteres Blockschaltbild einiger Komponenten des Blockschaltbildes
von 6 ist;
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8 ein
detaillierteres Blockschaltbild des Knotens von 2 in
einer Ausführungsform
ist, die zu derjenigen von 4 alternativ
ist.
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In
der folgenden Beschreibung bezeichnet der Ausdruck "Nicht-Paket-Schnittstelle" einen beliebigen
Typ einer Schnittstelle, welche Signale verarbeitet, welche keine
Verarbeitung auf einer Paketebene erfordern, unabhängig vom
Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Paket- oder Nicht-Paket-Verkehr
innerhalb der Signale (z. B. SDH, ATM, Gigabit Ethernet, Fibre Channel);
umgekehrt bezeichnet der Ausdruck "Paket-Schnittstelle" einen beliebigen Typ einer Schnittstelle,
welche Signale auf einer Paketebene verarbeitet. Dementsprechend
bezeichnet der Ausdruck "Nicht-Paket-Signale" einen beliebigen
Typ von Signalen, welche zu einer Nicht-Paket-Schnittstelle ausgegeben oder
geleitet werden, unabhängig
vom Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Paket- oder Nicht-Paket-Verkehr innerhalb
der Signale (z. B. SDH, ATM, Gigabit Ethernet, Fibre Channel).
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BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
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1 zeigt
ein optisches Netz 1, das ein Verfahren des Wellenlängenmultiplexings
(Wavelength Division Multiplexing, WDM) implementiert und eine ringförmige Konfiguration
aufweist. Die ringförmige Konfiguration
ist nur ein Beispiel, und die Erfindung ist auch auf Netze vom vermaschten
Typ anwendbar, wie später
noch klar wird.
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Gemäß 1 umfasst
das optische Netz 1 eine Anzahl von Knoten 2,
hier vier, die jeweils eine Paket- und optische Routing-Einrichtung
(Packet and Optical Routing Equipment, P&ORE) definieren. Jeder Knoten 2 ist
mit einem Nachbarknoten 2 über Lichtwellenleiter 3 verbunden,
wobei jeder Lichtwellenleiter 3 in der Lage ist, eine gewisse
Anzahl (z. B. 40) optischer Wellenlängen λ1, λ2, ..., λN zu transportieren. Die Lichtwellenleiter 3 bilden
einen äußeren Ring 4a und
einen inneren Ring 4b. Zum Beispiel ist der äußere Ring 4a dazu
bestimmt, Signale in einer Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn zu
transportieren, und der innere Ring 4b ist dazu bestimmt, Signale
in einer Richtung im Uhrzeigersinn zu transportieren.
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Jeder
Knoten 2 ist mit einer ersten und einer zweiten Gruppe
von Schnittstellen 5, 6 verbunden. Die erste Gruppe
von Schnittstellen 5 verbindet den Knoten 2 mit
Nicht-Paket-Clients (z. B. SDH-Einrichtungen); die zweite Gruppe
von Schnittstellen 6 verbindet den Knoten 2 mit
Paket-Clients (z.
B. Edge-Router).
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2 zeigt
ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Knotens 2. Der
Knoten 2 umfasst eine optische Weiterleitungs- und Multiplex-Einheit 10 mit
zwei Eingangsenden 10a1, 10a2 und zwei Ausgangsenden 10b1, 10b2,
die mit den Lichtwellenleitern 3 über Lichtwellenleiter-Schnittstellen 11 verbunden
sind, welche nur schematisch dargestellt sind. Die optische Weiterleitungs-
und Multiplex-Einheit 10 hat die Aufgabe, in ein/aus einem
austretenden/eintretenden gemultiplexten Signal die optischen Signale
einzukoppeln/auszukoppeln, welche in dem Knoten einzuspeisen/zu
extrahieren sind; ferner hat sie die Aufgabe, die optischen Signale,
die von einem eintretenden Lichtwellenleiter 3 kommen und
zu einem nächsten
Knoten 2 zu übertragen
sind, zu einem austretenden Lichtwellenleiter 3 zu übertragen.
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Die
optische Weiterleitungs- und Multiplex-Einheit 10 ist,
wie später
noch genauer beschrieben wird, mit einer WDM-Schnittstelleneinheit 12 verknüpft, welche
die im Knoten 2 extrahierten optischen Signale in elektrische
Signale umwandelt und die in die Lichtwellenleiter 3 einzuspeisenden
elektrischen Signale in optische Signale mit einer geeigneten Wellenlänge umwandelt.
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Die
WDM-Schnittstelleneinheit 12 ist mit einer elektrischen
Schalteinheit 13 verbunden, welche elektrische Signale
zwischen der WDM-Schnittstelleneinheit 12 einerseits und
einer Nicht-Paket-Schnittstelle 14 und
einem Paket-Weiterleitungsmodul 15 andererseits schaltet.
Zu diesem Zweck weist die elektrische Schalteinheit 13 Nicht-Paket-Eingänge/Ausgänge 18a,
die mit der Nicht-Paket-Schnittstelle 14 verbunden sind,
Paket-Eingänge/Ausgänge 18b,
die mit dem Paket-Weiterleitungsmodul 15 verbunden
sind, und Schalt-Eingänge/Ausgänge 19,
die mit der WDM-Schnittstelleneinheit 12 verbunden
sind, auf.
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Die
Hauptaufgabe der Nicht-Paket-Schnittstelle 14 ist, die
elektrischen Signale, die von der elektrischen Schalteinheit 13 kommen
(auch Zweig-Nicht-Paket-Signale genannt), in optische Signale umzuwandeln,
die der ersten Gruppe von Schnittstellen 5 über Nicht-Paket-Anschlüsse 21 zugeführt werden,
und umgekehrt. Ferner hat die Nicht-Paket-Schnittstelle 14 die
Aufgabe, falls erforderlich, eine spezifische Signalverarbeitung
durchzuführen,
wie etwa Client-Overhead-Verarbeitung.
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Das
Paket-Weiterleitungsmodul 15 hat die Aufgabe, paketartige
Signale zu verwalten, und kann die Weiterleitungsebene von handelsüblichen
Paket-Routern sein (z. B. IP/MPLS-Router – Internet Protocol/Multi-Protocol
Label Switching Router). Das Paket-Weiterleitungsmodul 15 koppelt
somit die elektrische Schalteinheit 13 mit Paket-Schnittstellen 16, deren
Hauptaufgabe es ist, die von dem Paket-Weiterleitungsmodul 15 kommenden
elektrischen Signale (auch Zweig-Paket-Signale genannt) in optische Signale
umzuwandeln, die der zweiten Gruppe von Schnittstellen 6 über Paket-Anschlüsse 22 zugeführt werden,
und umgekehrt. Ferner haben die Paket-Schnittstellen 16 die
Aufgabe, eine spezifische Signalverarbeitung durchzuführen, wie
für eine
beliebige standardmäßige Paket-Schnittstelle
bekannt ist. Das Paket-Weiterleitungsmodul 15 hat außerdem die Aufgabe,
unter speziellen Betriebsbedingungen und im Falle einer speziellen
Einstellung des Netzes, wie weiter unten erläutert wird, Steuersignale über eine Verbindungsleitung 24 zu/von
einer Paket- und optischen Steuerebene 20 weiterzuleiten.
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Die
Paket- und optische Steuerebene 20 ist mit sämtlichen
Komponenten des Knotens 2 verbunden und steuert deren Betrieb,
wie später
ausführlicher
erläutert
wird; die Paket- und optische Steuerebene 20 ist außerdem mit
Außeneinrichtungen
verbunden, mit welchen sie Informationen/Steuersignale austauscht.
Die Paket- und optische Steuerebene 20 kann eine Software-Verbesserung
einer handelsüblichen
Paket-Steuerebene sein, mit der Fähigkeit, Signalisierung zu überwachen,
welche von den Lichtwellenleitern 3 und/oder von Management-Systemen und/oder
von Legacy-Geräten
kommt (z. B. Optische Benutzer-Netz-Schnittstelle, Optical User-to-Network Interface
O-UNI, welche im OIF – Optical
Internetworking Forum definiert wurde), um wie angegeben Befehle
an die Komponenten des Knotens 2 zu senden und das Paket-Routing
des Paket-Weiterleitungsmoduls 15 anzusteuern. Die Paket-
und optische Steuerebene 20 und das Paket-Weiterleitungsmodul 15 bilden
zusammen eine Paket-Weiterleitungs-Stufe,
die für
eine Verarbeitung von Paket-Signalen geeignet ist.
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Im
Knoten 2 von 2 werden optische Paket- und
Nicht-Paket-Signale, die von der ersten und zweiten Gruppe von Schnittstellen 5, 6 geliefert
werden, in elektrische Signale umgewandelt und in den Nicht-Paket-
und Paket-Schnittstellen 14, 16 (und in der Paket-Weiterleitungs-Einheit 15 im
Falle von Paket-Signalen) verarbeitet, danach werden sie über die
Schalteinheit 13 den WDM-Schnittstellen 12 zugeführt. Die
WDM-Schnittstellen 12 wandeln die elektrischen Signale
in optische Signale mit geeigneter Wellenlänge um und führen sie
der optischen Weiterleitungs- und
Multiplex-Einheit 10 zu. Die optische Weiterleitungs- und
Multiplex-Einheit 10 speist die umgewandelten optischen
Signale in die abgehenden Lichtwellenleiter 3 ein. Umgekehrt
werden optische Signale mit vorgewählten Wellenlängen, die den
Knoten 2 zu Ziel haben, durch die optische Weiterleitungs-
und Multiplex-Einheit 10 extrahiert, in elektrische Signale
umgewandelt und gegebenenfalls durch WDM-Schnittstellen 12 verarbeitet.
Diese Signale werden dann im Falle von Nicht-Paket-Signalen zu der
Nicht-Paket-Schnittstelle 14 geschaltet und der ersten
Gruppe von Schnittstellen 5 zugeführt, oder im Falle von Paket-Signalen
zu dem Paket-Weiterleitungsmodul 15. Paket-Signale werden
anschließend
der zweiten Gruppe von Schnittstellen 6 zugeführt oder
im Falle von Paketen, die an andere Knoten 2 adressiert
sind, zu WDM-Schnittstellen 12 gesendet, je nach ihrem
Ziel.
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Dadurch
werden mit einer einfachen Architektur sowohl Paket- als auch Nicht-Paket-Signale
in demselben Knoten weitergeleitet und geroutet, mit einer integrierten
Steuerung der verschiedenen Teile, welche die Paket- und Nicht-Paket-Signale
verwalten. Auf diese Weise wird eine Kostensenkung erzielt, infolge
der Reduzierung von teuren optischen/elektrischen/optischen Schnittstellen
zwischen dem Router und der optischen Weiterleitungs- und Multiplex-Einheit 10.
Dieser Vorteil wird durch das zusätzliche Vorhandensein von keine
Paket-Elaboration erfordernden Teilen (Nicht-Paket-Schnittstellen 14)
vergrößert, die
mit der optischen Weiterleitungs- und Multiplex-Einheit 10 nur
durch die Schalteinheit 13 verbunden sind. Diese Vorgehensweise
ermöglicht
eine reibungslose Weiterentwicklung von einem Netz, das auf herkömmlichen TDM-(Time
Division Multiplexing, Zeitmultiplexing-)Schaltungen beruht, zu
einem Netz, das auf moderneren IP/MPLS- und/oder GMPLS-(Generalized
Multi-Protocol Label Switching)Diensten beruht.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung ist die elektrische Schalteinheit 13 von
einem rekonfigurierbaren Typ und ermöglicht, dass jedes Mal ein
veränderlicher
Anteil von Eingängen/Ausgängen 18a und 18b mit
den Schalt-Eingängen/Ausgängen 19 verbunden
wird, je nach den Erfordernissen. Zu diesem Zweck weist die elektrische
Schalteinheit 13 m1 Nicht- Paket-Eingänge/Ausgänge 18a auf, die mit
der Nicht-Paket-Schnittstelle 14 verbunden sind, m2 Paket-Eingänge/Ausgänge 18b,
die mit dem Paket-Weiterleitungsmodul 15 verbunden sind,
und n Schalt-Eingänge/Ausgänge 19,
die mit der WDM-Schnittstelleneinheit 12 verbunden sind,
wobei m = m1 + m2 im Allgemeinen größer oder gleich n ist. Daher
können
im Allgemeinen nicht alle Nicht-Paket- und Paket-Eingänge/Ausgänge 18a, 18b gleichzeitig mit
den Schalt-Eingängen/Ausgängen 19 verbunden sein,
und normalerweise existiert keine feste Verbindung zwischen den
Nicht-Paket- und Paket-Eingängen/Ausgängen 18a, 18b einerseits
und den Schalt-Eingängen/Ausgängen 19 andererseits.
Die Paket- und optischen Steuerebene 20 entscheidet während des
Betriebs über
die spezifischen Verbindungen, die zu aktivieren sind, entsprechend
den Nicht-Paket- und Paket-Signalen, die zwischen der Nicht-Paket-Schnittstelle 14 und
dem Paket-Weiterleitungsmodul 15 einerseits und der WDM-Schnittstelleneinheit 12 andererseits
auszutauschen sind. Das Verhältnis
von verbundenen Nicht-Paket-Eingängen/Ausgängen 18a zu
verbundenen Paket-Eingängen/Ausgängen 18b ist
daher veränderlich
entsprechend den Erfordernissen, was ein hohes Maß an Flexibilität und Kosteneinsparungen
aufgrund der Tatsache bietet, dass es im Allgemeinen möglich ist, die
Anzahl der Laser zu verringern, die in den WDM-Schnittstellen eingebaut
sind.
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Die
Rekonfigurierbarkeit der elektrischen Schalteinheit 13 ermöglicht eine
einfache Implementierung von Schutzprozeduren, indem sie ein Aufteilen
eines Signals, das entweder auf den Nicht-Paket- oder den Paket-Eingängen/Ausgängen 18a, 18b empfangen
wurde, in zwei gleiche Signale ermöglicht, denen unterschiedliche
Wellenlängen
zugewiesen werden und/oder die auf beiden Ringen 4a, 4b übertragen
werden, um eine Redundanzübertragung zu
erhalten. Ferner ist es im Falle einer elektrischen Schalteinheit 13,
die dafür
konfiguriert ist, eine Verbindung zwischen zwei verschiedenen Schalt-Eingängen/Ausgängen 19 zu
ermöglichen,
auch möglich,
Signale, die auf einem der Ringe (z. B. dem äußeren Ring 4a) transportiert
werden, zu dem anderen Ring (z. B. dem inneren Ring 4b)
zu routen, um irgendeine Störung
im Netz zu überwinden.
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Die
elektrische Schalteinheit 13 kann, wie im Blockschaltbild
von 3 schematisch dargestellt, durch ein Koppelpunkt-Schalter-Array
(Crosspoint Switch Array) 25 und eine Steuerelektronik 26 implementiert
sein.
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Die
Steuerelektronik 26 sollte im Allgemeinen einen oder mehrere
Prozessoren zum Steuern des wirksamen Schaltens des Koppelpunkt-Schalter-Arrays 25 sowie
eine Schaltungsanordnung, z. B. für Betriebs- und Wartungszwecke,
beinhalten.
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Die
Signale, die in das Koppelpunkt-Schalter-Array 25 mit hoher
Frequenz (z. B. einige/-zig GHz) eintreten, können in parallele Ströme aufgeteilt werden,
so dass ihre Frequenz verringert wird, und bei einer niedrigeren
Frequenz geschaltet werden. Danach werden die aufgeteilten Signale
am Ausgang wieder miteinander vereinigt, um das ursprüngliche eintretende
Signal mit hoher Frequenz zu erhalten.
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Das
Koppelpunkt-Schalter-Array 25 kann eine handelsübliche Komponente
sein. Zum Beispiel kann bei einem Netz, das gemäß der Spezifikation G.709 mit
einer Frequenz von 10,709 Gb/s arbeitet, unter der Annahme, dass
8 + 8 Schalt-Eingänge/Ausgänge 19 vorhanden
sind (Fähigkeit,
8 Kanäle
für jeden
Ring 4a, 4b einzukoppeln/auszukoppeln), unter Berücksichtigung
dessen, dass jeder Kanal bidirektional ist, so dass 16 Kanäle für jeden
Ring auszutauschen sind, und unter der Annahme, dass jeder Kanal
in z. B. vier Kanäle
demultiplext wird, die parallel mit einer niedrigeren Frequenz arbeiten,
so dass in der Praxis das Schalten von 128 Kanälen erforderlich ist, das Koppelpunkt-Schalter-Array 25 durch
die Komponente VSC 3140 von Vitesse Semiconductor Corporation (144×144 Kanäle mit 3,6
Gb/s) implementiert werden.
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4 zeigt
eine Ausführungsform
des Knotens 2, wobei sie insbesondere den Aufbau der WDM-Schnittstelleneinheit 12 und
der optischen Weiterleitungs- und Multiplex-Einheit 10 darstellt. 4 zeigt
außerdem
die Verbindungen zwischen den Funktionsblöcken. Solche Verbindungen repräsentieren
nicht notwendigerweise physikalische Bindeglieder, sondern allgemein
Daten- und/oder logische Signalisierungsflüsse, und es könnte auch
eine andere Mischung von Lichtwellenleitern und elektrischen Verbindungen
verwendet werden. Im Allgemeinen stellen dicke Linien optische Verbindungen dar,
dünne Linien
stellen elektrische Verbindungen für den Datenaustausch dar, und
gestrichelte Linien stellen Steuerverbindungen zwischen der Paket-
und optischen Steuerebene 20 und den Steuerungslogik-Einheiten
jedes Blockes dar.
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Insbesondere
umfasst die optische Weiterleitungs- und Multiplex-Einheit
10 zwei
Gruppen von optischen Abzweigmultiplexern (Optical Add/Drop Multiplexers,
OADMs)
27. Die Gruppe von OADMs
27 kann entweder
verwendet werden, um eine Wellenlänge aus einem einzelnen Ring einzukoppeln/auszukoppeln,
der auf einer Seite des Knotens
2 eintritt und auf der
anderen austritt (Ring
4a oder
4b), oder um eine
Wellenlänge
aus den zwei Lichtwellenleitern
3 an derselben gemultiplexten
Schnittstelle
11 einzukoppeln/auszukoppeln, wie in
8 dargestellt.
Jede Gruppe umfasst mehrere OADMs
27, die in Kaskade geschaltet
sind, um einen Durchlauf der Signale zu einem nächsten Knoten
2 in
der vorgegebenen Richtung sowie eine Extraktion der Signale, die
in dem Knoten
2 abzuschließen sind, und eine Einspeisung
des Signals, das in den jeweiligen Lichtwellenleiter
3 einzukoppeln
ist, zu ermöglichen. Vorzugsweise
sind die OADMs
27 abstimmbar, so dass sie eine Wahl der
Wellenlängen
der einzukoppelnden/auszukoppelnden Signale ermöglichen, und haben eine bekannte
Struktur (siehe z. B. die optischen Rezirkulatoren und zugehörigen optischen
Kanalwähler,
die in
US 2002/0024698
A1 beschrieben sind; geeignete OADMs können auch die handelsüblichen
Komponenten "Lambda
Flow", vertrieben
von Lambda Crossing; "CP-3204", vertrieben von
Clarendon Photonics; oder "Fasma
tunable filters",
vertrieben von Ondax, sein).
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Im
Falle von OADMs 27, die mit dem Ring 4a oder 4b, 4,
verbunden sind, ist jede Gruppe von OADMs 27 an den Eingangs-
und Ausgangsenden 10a1, 10a2, 10b1, 10b2 mit
dem jeweiligen Ring 4a, 4b durch Steuerkanal-Abschlusseinheiten 31 von
bekanntem Typ verbunden. Optische Verstärker 30 können zwischen
den Steuerkanal-Abschlusseinheiten 31 und den OADMs 27 eingefügt sein,
falls sie für Zwecke
des Leistungsbudgets benötigt
werden. Insbesondere sind die Steuerkanal-Abschlusseinheiten 31 mit
der Paket- und optischen Steuerebene 20 und mit dem Paket-Weiterleitungsmodul 15 verbunden und
bewirken, dass die Signale, die auf dem Steuerkanal transportiert
werden, extrahiert/eingefügt
werden, bevor sie die optischen Verstärker 30, falls vorhanden,
erreichen, wie weiter unten erläutert
wird.
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Die
WDM-Schnittstelleneinheit 12 umfasst zwei Batterien von
Sende-/Empfangseinrichtungen 28, eine für jeden Satz jedes OADM 27.
Jede Sende-/Empfangseinrichtung 28 ist mit einem jeweiligen OADM 27 und
mit einem jeweiligen Schalt-Eingang/Ausgang 19 verbunden
und wird von drei eilen gebildet, auf eine an sich bekannte Weise,
die in 4 nur schematisch dargestellt ist. Im Einzelnen umfasst
jede Sende-/Empfangseinrichtung 28 einen Sender, einen
Empfänger
und eine Verarbeitungselektronik. Die Sender sind durch Laser implementiert, welche
das elektrische Signal, das auf dem jeweiligen Schalt-Eingang/Ausgang 19 zugeführt wird,
in ein optisches Signal umwandeln, das durch die zugehörigen OADMs 27 in
den jeweiligen Lichtwellenleiter einzukoppeln ist. Vorzugsweise
sind die Laser abstimmbar und werden bei einer Wellenlänge betrieben,
die durch die Paket- und optischen Steuerebene 20 eingestellt
wird. Somit führen
sie eine Wellenlängenanpassung
zwischen den Client-Signalen und dem optischen Ringnetz durch. Die
Empfänger
sind Photodetektoren vom Grau-Typ und sind in der Lage, die durch
die jeweiligen OADMs 27 extrahierten optischen Signale
zu empfangen und sie in elektrische Signale umzuwandeln. Die Verarbeitungselektronik führt spezielle
Funktionen im Zusammenhang mit den Netz-Wellenlängen aus, wie etwa Overhead-Verarbeitung (z.
B. Kanalidentifizierung, Leistungsüberwachung usw.).
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Obwohl
in 4 die Sende-/Empfangseinrichtungen 28 als
in einem eigenständigen
Modul (WDM-Schnittstelleneinheit 12) angeordnet dargestellt
sind, können
sie teilweise in die optische Weiterleitungs- und Multiplex-Einheit 10 integriert
sein; z. B. können
nur die Sender, die Empfänger
oder die optoelektronischen Komponenten (Sender + Empfänger) in
die optische Weiterleitungs- und Multiplex-Einheit 10 integriert
sein.
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4 zeigt
außerdem
eine Client-Vorrichtung 33, die mit der ersten Gruppe von
Schnittstellen 5 verbunden ist, eine Paket-Routing-Einrichtung 34 (z.
B. einen IP-Router), die mit der zweiten Gruppe von Schnittstellen 6 verbunden
ist, und einen Netz-Hauptmanager 35. Die Client-Vorrichtung 33 und
die Paket-Routing-Einrichtung 34 sind zum Austauschen von
Steuersignalen mit der Paket- und optischen Steuerebene 20 verbunden;
der Netz-Hauptmanager 35 kann mit der Paket- und optischen
Steuerebene 20 über
Zwischenschichten, die nicht dargestellt sind, verbunden sein.
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Mit
der in den 1–4 dargestellten
Architektur kann eine Signalverbindung zwischen zwei generischen
Knoten 2 aufgebaut werden als eine explizite Anforderung
von einem Nicht-Paket-Client 33 oder
einer Paket-Routing-Einrichtung 34; als eine interne Entscheidung
von der Paket- und
optischen Steuerebene 20 infolge bestimmter Erfordernisse des
Paketverkehrs oder als eine Anforderung von dem Hauptmanager 35.
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Gemäß einer
möglichen
Implementierung wird die Anforderung dem Knoten 2 durch
eine direkte Kommunikation zwischen dem Client und dem Quellknoten 2 übermittelt,
unter Verwendung der direkten Leitung, welche die Client-Vorrichtung 33 oder die
Paket-Routing-Einrichtung 34 mit
der Paket- und optischen Steuerebene 20 verbindet, mit
Hilfe eines Standard-Protokolls
wie etwa OIF (Optical Internetworking Forum) O-UNI (Optical User
Network Interface) Schnittstelle oder mit Hilfe anderer Protokolle. Als
Alternative wird eine indirekte Kommunikation zwischen dem Client
und dem Knoten 2 durchgeführt, durch eine Signalisierung,
an welcher der Hauptmanager 35 beteiligt ist.
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Wenn
die Paket- und optischen Steuerebene 20 eines Knotens 2 eine
Anforderung erzeugt (von Clients kommend oder intern erzeugt), eine
Verbindung aufzubauen (Lichtweg-Aufbauanforderung), wählt sie
eine gewisse Wellenlänge
(λx) auf
entweder dem äußeren oder
dem inneren Ring 4a, 4b und signalisiert die Anforderung
zu einem Zielknoten 2, z. B. durch GMPLS-Signalisierung.
Die Anforderung wird auf einem Steuerkanal gesendet, welcher bei
der dargestellten Ausführungsform
als ein In-Fiber/Out-of-Band (im Lichtwellenleiter/bandextern) Modus
implementiert ist, das heißt,
er verwendet auf den Lichtwellenleitern 3 eine spezielle
Wellenlänge, die
nicht in dem üblichen
Band der Datensignale enthalten ist (z. B. bei 1510 nm, außerhalb
des bekannten C- und L-Bandes optischer Verstärker für die Datensignale).
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Alternativ
dazu ist es durch Vorsehen spezieller Schnittstellen zu dem Knoten 2 oder
Nutzung einer bereits existierenden Verkehrs-Schnittstelle zu Paket-(z.
B. IP-)Einrichtungen möglich,
einen Steuerkanal außerhalb
des Lichtwellenleiters (Out-of-Fiber) zu implementieren, z. B. durch
ein separates (wie etwa IP-)Paketnetz.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform kann
der Steuerkanal in einem In-Fiber/In-Band (im Lichtwellenleiter/bandintern)
Modus implementiert sein, mit einer vorgegebenen Wellenlänge, wobei
in diesem Falle die Steuersignale auf dem inneren oder äußeren Ring 4a, 4b durch
eine eigene OADM 27 und eine eigene Sende-/Empfangseinrichtung 28 extrahiert
und hinzugefügt
werden, welche mit einer festen Wellenlänge arbeiten, die für die Steuersignalisierung
gewählt
wurde. In diesem Falle werden die Steuersignale, die durch den zugehörigen OADM 27 extrahiert
und durch die zugehörige
Sende-/Empfangseinrichtung 28 umgewandelt wurden, durch
die elektrische Schalteinheit 13 zu dem Paket-Weiterleitungsmodul 15 und
anschließend
(über die
Verbindungsleitung 24) zu der Paket- und optischen Steuerebene 20 geroutet,
wo sie verarbeitet werden. In analoger Weise werden Steuersignale,
die zu einem nachfolgenden Knoten 2 gesendet werden sollen, durch
die Paket- und optische Steuerebene 20 über die Verbindungsleitung 24,
das Paket-Weiterleitungsmodul 15 und die Schalteinheit 13 zu
der zugehörigen
Sende-/Empfangseinrichtung 28 übertragen, in optische Signale
umgewandelt und durch den zugehörigen
OADM 27 zu den anderen optischen Signalen auf dem gewählten Ring 4a, 4b hinzugefügt.
-
Die
Lichtweg-Aufbauanforderung wird entweder durch die Kanalabschlusseinheit 31 (im
Falle des In-Fiber/Out-of-Band Modus) oder durch den zugehörigen OADM 27 (im
Falle des In-Fiber/In-Band Modus)
eines nachfolgenden Knotens 2 auf dem gewählten Ring 4a, 4b extrahiert
und zu der entsprechenden Paket- und optischen Steuerebene 20 gesendet,
welche die Anforderung verarbeitet, intern die Verfügbarkeit
von Ressourcen (z. B. einer gewissen Wellenlänge) prüft und eine eventuelle weitere erforderliche
Elaboration (z. B. Politik, Prioritäten) durchführt. Falls die Anforderung
angenommen wird, bucht die Paket- und optische Steuerebene 20 die
erforderlichen Ressourcen und sendet die Anforderung auf dem gewählten Ring 4a, 4b zum
nächsten
Knoten 2 weiter; andernfalls wird die Anforderung zurückgewiesen,
indem eine Zurückweisungsnachricht
an den Quellknoten 2 gesendet wird. Am Zielknoten 2 prüft die Paket-
und optische Steuerebene 20 die Verfügbarkeit einer Sende-/Empfangseinrichtung 28 und
eines zugehörigen
OADM 27 sowie alle anderen Anforderungen, wie oben beschrieben.
Außerdem muss
die Paket- und optische Steuerebene 20 die Verfügbarkeit
von Ressourcen für
die Übertragung zum
Client prüfen,
und im Allgemeinen sollte sie mit dem Client den Weg vereinbaren,
die Konnektivität zu
realisieren.
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Wenn
alle Prüfungen
erfolgreich durchlaufen wurden, wird die Anforderung angenommen,
es werden Ressourcen zugewiesen, und durch den Zielknoten 2 wird
eine positive Antwort an den Quellknoten 2 gesendet. In
Abhängigkeit
von der Implementierung kann für
eine bidirektionale Verbindung der Rückwärtsweg entweder auf demselben
Teil von Ring 4a, 4b auf den Lichtwellenleitern 3,
welche zuvor nicht verwendet wurden, eingerichtet werden, oder auf dem
komplementären
Teil von Ring 4a, 4b. Im letzteren Falle muss
eine neue Signalisierungsprozedur, wie oben beschrieben, aktiviert
werden; die erforderliche Wellenlänge und eine eventuelle andere
Anforderung (z. B. Priorität)
kann von derjenigen verschieden sein, die vom Quellknoten 2 aus
verwendet wird.
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Im
Falle eines Out-of-Fiber/Out-of-Band Modus kommt dieselbe Prozedur
wie oben beschrieben zur Anwendung, abgesehen davon, dass die Steuersignale
auf einem separaten Netz, z. B. einem IP-Netz, transportiert werden.
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Die
Verbindung wird daher aufgebaut, indem die elektrische Schalteinheit 13 richtig
eingestellt wird und der abstimmbare Laser der Sende-/Empfangseinrichtungen 28 sowohl
des Quell- als auch des Zielknotens 2 gegebenenfalls abgestimmt
wird, und indem die OADMs 27 des Quell- und des Zielknotens 2 gegebenenfalls
abgestimmt werden.
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Daher
kann, wie oben erläutert,
der Quellknoten 2 Nicht-Paket- und Paket-Daten auf dem
reservierten Kanal (festgelegte Wellenlänge auf dem gewählten äußeren oder
inneren Ring 4a, 4b) über die Laser von Sende-/Empfangseinrichtungen 28 und über OADMs 27 senden,
wobei die einen oder die anderen oder beide gegebenenfalls auf geeignete
Weise abgestimmt werden. Datensignale, welche aus dem Quell-/Zielknoten 2 austreten,
durchlaufen daher die Zwischenknoten 2, ohne in ihnen verarbeitet
zu werden, bis zum Ziel-/Quellknoten 2, wo sie durch die
OADMs 27 extrahiert und durch die Sende-/Empfangseinrichtungen 28 umgewandelt
werden, wobei die einen oder die anderen oder beide gegebenenfalls
auf geeignete Weise abgestimmt werden. Entsprechend der Natur der
Signale werden die Datensignale danach durch die elektrische Schalteinheit 13 des
Zielknotens 2 (und des Quellknotens 2 für den entgegengesetzt
gerichteten, vom Zielknoten kommenden Fluss) geschaltet und zu der
Nicht-Paket-Schnittstelle 14 oder
zu dem Paket-Weiterleitungsmodul 15 weitergesendet, von
wo aus sie zu der Client-Vorrichtung 33 oder zu der Paket-Routing-Einrichtung 34 übertragen
werden.
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Die
obige Funktionsweise des Netzes ist in 5 schematisch
dargestellt, wobei nur drei Knoten detaillierter dargestellt sind,
und nur im Hinblick auf die speziellen Blöcke, die erforderlich sind,
um die unterschiedliche Verarbeitung von Steuersignalen (deren Übertragung
durch gestrichelte Linien dargestellt ist, welche die Paket- und
optischen Steuerebene-POCP-20
aller Knoten durchlaufen, und die, falls erforderlich, an dieser
verarbeitet werden) und von (Paket- und Nicht-Paket-)Datensignalen
(deren optischer Weg durch Strichpunktlinien dargestellt ist, welche
durch alle entlang des Weges befindlichen Knoten verlaufen, die
jedoch nur am Quell- und am Zielknoten 2 verarbeitet werden)
zu zeigen. Hierbei wurden die optische Weiterleitungs- und Multiplex-Einheit 10,
die WDM-Schnittstelleneinheit 12 und die elektrische Schalteinheit 13 als
ein einziger (Weiterleitungs- und Schalt-)Block 37 dargestellt.
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Entsprechend
einer Besonderheit des vorliegenden Netzes kann die Konnektivität von Datenpaket-Signalen
auf eine flexible Weise implementiert werden. Dabei wird, wenn der
Datenpaket-Verkehr unter einem gewissen Schwellenwert liegt, eine
Basis-Konnektivität
aufgebaut, indem der Steuerkanal auch für Paket-Kommunikation verwendet
wird. Diese Vorgehensweise ermöglicht,
dass eine Wellenlänge
eingespart wird, solange der Verkehr geringer ist als ein gewisser
Schwellenwert. In diesem Falle werden Datenpaket-Signale bei allen
Knoten 2 verarbeitet, einschließlich der Zwischenknoten 2,
wo Pakete die jeweiligen Paket-Weiterleitungs-Module 15 erreichen
und durch diese zu dem entsprechenden nächsten Knoten 2 geroutet
werden. Wenn der Verkehr stärker
wird und den Schwellenwert überschreitet,
werden Datenpakete auf einem optischen Weg geroutet, der zu diesem
Zweck eingerichtet wurde, wie oben unter Bezugnahme auf die 1–4 beschrieben,
mit direkter Verbindung zwischen dem Quell- und dem Zielknoten 2 und
ohne eine Verarbeitung an den Zwischenknoten 2. Falls sich
danach der Verkehr auf dem optischen Weg bis unter den Schwellenwert
(oder einen anderen Schwellenwert) verringert, wird wieder die Basis-Konnektivität verwendet,
um Datenpaket-Signale
zu übertragen,
wie oben erläutert.
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Gemäß einer
Lösung
wird im Falle von Verkehr mit geringem Volumen eine Basis-Konnektivität von Paket-(z.
B. IP-)Datenverkehr unter Verwendung des optischen Weges implementiert,
der zuvor für Steuersignale
eingerichtet wurde, wie oben beschrieben; gemäß einer anderen Alternative
wird eine Basis-Konnektivität
unter Verwendung einer speziellen Wellenlänge implementiert, die zu denjenigen
gehört, die
zur Übertragung
von Daten verwendet werden.
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6 zeigt
das vereinfachte Blockschaltbild eines Knotens 200, der
für ein
optisches Netz geeignet ist, das ein Wellenlängenmultiplexing-(Wavelength
Division Multiplexing, WDM-)Verfahren implementiert und eine einem
Maschennetz ähnliche
Konfiguration aufweist. Der Grundaufbau des Knotens 200 ist
derselbe wie derjenige des in 2 dargestellten
Knoten 2, und daher wurden ähnliche Teile mit denselben
Bezugszeichen gekennzeichnet und werden nicht nochmals beschrieben.
Der Knoten 200 von 6 unterscheidet
sich vom Knoten 2 der 2, 4 hauptsächlich in
Bezug auf den optischen Weiterleitungs- und Multiplex-Teil, wie
unten erläutert.
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Gemäß 6 umfasst
die optische Weiterleitungs- und Multiplex-Einheit 10 eine
Multiplex-/Demultiplex-Einheit 201,
die Eingänge 10a und
Ausgänge 10b aufweist,
welche mit mehreren Lichtwellenleitern verbunden sind, die mit den
anderen Knoten des Netzes verbunden sind und optische Signale zu
und von dem Knoten 200 transportieren. Die Multiplex-/Demultiplex-Einheit 201,
die in 7 detaillierter dargestellt ist und im Folgenden
beschrieben wird, ist mit der WDM-Schnittstelle 12 über eine
optische Schalteinheit 202 verbunden, welche die optischen Signale
entsprechend ihrem Ziel routet.
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Im
Einzelnen umfasst, wie in 7 dargestellt,
die Multiplex-/Demultiplex-Einheit 201 einen Satz von Demultiplex-Elementen 204 und
einen Satz von Multiplex-Elementen 205. Jedes Demultiplex-Element 204 hat
einen Eingang, der mit einem eigenen Lichtwellenleiter 3 verbunden
ist, der eintretende Signale trägt,
und mehrere Ausgänge,
die mit der optischen Schalteinheit 202 verbunden sind.
Jeder Ausgang jedes Demultiplex-Elementes 204 liefert daher
ein einziges Signal mit einer vorgegebenen Wellenlänge. Jedes
Multiplex-Element 205 hat mehrere Eingänge, die mit der optischen
Schalteinheit 202 verbunden sind und ein eigenes Signal
mit einer vorgegebenen Wellenlänge
empfangen, und einen Ausgang, der mit einem eigenen Lichtwellenleiter 3 verbunden
ist und mehrere austretende Signale liefert.
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Die
optische Schalteinheit 202 ist mit allen Ausgängen der
Demultiplex-Elemente 204, allen Eingängen der Multiplex-Elemente 205 und
allen Ein-/Ausgängen
der Sende-/Empfangseinrichtungen 28 verbunden
und verbindet sie entsprechend dem gewünschten Routing der optischen
Signale. Insbesondere kann die optische Schalteinheit 202 einen speziellen
Ausgang eines Demultiplex-Elementes 204 mit dem Empfänger einer
der Sende-/Empfangseinrichtungen 28 der
WDM-Schnittstelle 12 oder mit einem Eingang eines Multiplex-Elements 205,
entsprechend dem Ziel des optischen Signals, verbinden, analog zu
dem, was für
die OADMs 27 unter Bezugnahme auf 5 beschrieben
wurde. Ferner kann die optische Schalteinheit 202 einen
Ausgang der Sende-/Empfangseinrichtungen 28 der WDM-Schnittstelle 12 mit
einem Eingang eines Multiplex-Elements 205 verbinden; jedes
Multiplex-Element 205 addiert dann die optischen Signale
an seinen Eingängen
(die entweder von einem eintretenden Lichtwellenleiter 3 über ein
Demultiplex-Element 204 kommen, oder von der WDM-Schnittstelle 12) und
führt sie
zusammen einem eigenen Ausgangs-Lichtwellenleiter 3 zu.
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Die
tatsächlichen
Verbindungen, die durch die optische Schalteinheit 202 zwischen
den Demultiplex-Elementen 204, den Multiplex-Elementen 205 und
der WDM-Schnittstelle 12 implementiert werden, werden durch
die Paket- und optische Steuerebene 20 gemäß den Einstellungen
gesteuert, die entsprechend den Anforderungen optischer Wege und
dem Netzzustand vorgenommen werden, analog zu dem, was oben für ein Netz
vom Ring-Typ beschrieben wurde.
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Die
elektrische Schalteinheit 13 wickelt dann das Routing von
Signalen, die in den Knoten 200 eintreten und der WDM-Schnittstelle 12 zugeführt werden,
zu dem Paket-Weiterleitungsmodul 15 und der Nicht-Paket-Schnittstelle 14 ab,
sowie das Routing von Signalen von dem Paket-Weiterleitungsmodul 15 und
der Nicht-Paket-Schnittstelle 14 zu der WDM-Schnittstelle 12, wodurch
eine hohe Schaltungs-Flexibilität
entsprechend den Verbindungsanforderungen der Paket- und der Nicht-Paket-Signale gewährleistet
wird, wie oben beschrieben.
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Schließlich ist
klar, dass zahlreiche Modifikationen und Varianten der Einrichtung,
des Netzes und des Verfahrens, die hier beschrieben und dargestellt wurden,
vorgenommen bzw. hergestellt werden können, die alle in den Schutzbereich
der Erfindung fallen, der in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.