DE69500044T2 - Wiederkonfigurierbares optisches Mehrwellenlängen-Ringnetzwerk - Google Patents

Wiederkonfigurierbares optisches Mehrwellenlängen-Ringnetzwerk

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein optisches Mehrwellenlängen- Telekommunikations-Ringnetzwerk, d. h. ein optisches Ringnetzwerk mit Wellenlängen-Multiplexing. Sie kann bei jedem Typ von Telekommunikationsnetz angewendet werden, nämlich den privaten oder öffentlichen Übertragungsnetzen. Also kann sie verwendet werden für das nationale und regionale Kommunikationsnetz, die lokalen Netze, die Datenfernübertragungsnetze.
  • Unter optischem Ring versteht man auf dem Gebiet der Telekommunikationen eine Gruppe von Stationen, die miteinander verbunden sind durch eine oder mehrere Lichtleitfasern, die das Datentransportmittel von einer Station zur anderen bilden. Dieses Stationen bilden variable Verkehrsknoten. Unter optischem Mehrwellenlängen-Ring versteht man einen Datenübertragungsring, bei dem eine Station Daten an eine andere Station des Rings auf einer bestimmten Wellenlänge überträgt, die dieser Station zugeordnet ist, wobei jede Station eine vorher festgelegte Empfangswellenlänge hat.
  • Die SDH-Netzwerke (Synchronus Digital Hierarchy), die die Übertragung mittels Lichtleitfasern verwenden, sind in Ringen organisiert, die zwei Architekturtypen aufweisen können: eine Einrichtungs-Architektur, schematisch dargestellt in Figur 1a, oder eine Zweirichtungs-Architektur, schematisch dargestellt in Figur 1b.
  • Der Einrichtungs-Ring (Fig. 1a) umfaßt eine "Kopf"- Station, die in einer definierten Richtung mit mehreren Stationen verbunden ist. Jede Station kann die Daten entnehmen, die für sie bestimmt sind, und andere Daten einspeisen, die an die Kopfstation übertragen werden. Die Funktion Eingabe/Ausgabe erfüllt ein Eingabe-/Ausgabe-Multiplexer, bekannt unter der Abkürzung MIE oder ADM in der angelsächsischen Literatur (Add/Drop Multiplexing).
  • Der Zweirichtungs-Ring (Fig. 1b) unterscheidet sich vom Einrichtungs-Ring durch das Fehlen einer Kopfstation oder Zentrale, denn jede Station ist mit allen anderen Stationen des Rings verbunden (Vernetzung). Dies wird gewährleistet durch zwei verschiedene Fasern, in denen die Daten in Gegenrichtung fließen. Außerdem bietet dieser Ringtyp eine bessere Sicherung, denn es gibt außer den beiden im Einsatz befindlichen Fasern noch zwei Ersatz fasern.
  • Die Übertragung der Daten in dem Ring erfolgt nach der Hierarchie der SDH- oder SONET-Norm mittels eines Rasters STM4 oder STM16 in Abhängigkeit von der Anzahl Stationen des Rings. So ist, sobald die Anzahl der Stationen größer ist als 4, der verwendete Raster ein STM16-Raster mit 2,5 GBit/s, erhalten durch ein temporäres elektrisches Multiplexing von 16 STM1-Rastern mit 155 Mbit/s.
  • Man stellt fest, wenn die Anzahl der Stationen enthalten ist zwischen 4 und 16, also z.B. 7, daß der STM16-Raster neun leere Raster enthält. Man stellt folglich fest, daß die Verwendung eines Rasters mit 2,5 Gbit/s nicht in allen Fällen optimal ist. Außerdem sind die Geräte und besonders die Sender/Empfänger für eine Übertragung mit 2,5 Gbit/s sehr teuer.
  • Mit der kürzlichen Einführung der Mehrwellenlängen- Parallelität, d.h. des Wellenlängen-Multiplexing bei diesen Ringnetzwerk-Architekturen, erhielt man eine zusätzliche Flexibiltät, indem man ermöglicht hat, die optischen Kontinuität durch den Ring zu bewahren. Zum besseren Verständnis kann man sich beziehen auf den Artikel mit dem Titel "Multewavelength survivable ring network architectures" von A.F. Elrefaie aus der Publikation ICC 93, Genf.
  • Für die Realisierung des Wellenlängen-Multiplexing, bekannt unter der angelsächsischen Abkürzung WDM (Wavelength- Division-Multiplexing), verwendet man optische frequenzabhängige Eingabe/Ausgabe-Multiplexer auf der Basis von akusto-optischen oder Fabry-Perot-Filtern sowie integrierte optische Leiter.
  • Dazu kann man sich beziehen auf die Artikel mit den Titeln:
  • - "Wavelength-Division-Multiplexing Add/Drop multiplexer employing a novel polarisation independent acousto-optique tunable filter" von M. FUKUTOKU u.a., veröffentlicht in ELECTRONICS LETTERS, Bd. 29, SS 905-907, 1993.
  • - "An optical EDM-Add/Drop multiplexing ring Network utilizing Fiber Fabry-Pérot Filter and optical circulators" von K. ODA u.a., veröffentlicht in IEEE Photonics Technology Letters, Bd. 5, Nr. 7, 1993.
  • - "Arrayed-waveguide grating Add/Drop multiplexer with loop-back optical paths" von Y. TACHIKAWA u.a., veröffentlicht in ELECTRONICS LETTERS, Bd.29, SS 2133-2134, 1993.
  • Eine einzige Wellenlänge pro Station wird zum Senden und Empfangen benutzt, und diese Wellenlänge ist ein für allemal festgelegt.
  • Das Prinzip dieser verschiedenen Architekturen beruht auf der Unterdrückung (der Zurückweisung) einer Wellenlänge an jeder Station während der Datenentnahmeoperation, um sie bei der Eingabeoperation zu ersetzen durch eine andere deselben Werts.
  • Der andere Nachteil, verbunden mit der Tatsache, daß man eine Wellenlänge pro Station benutzt (wobei diese Wellenlänge vorher festgelegt wird), beruht auf der Tatsache, daß es mit dieser Technik nicht möglich ist, den Datenfluß aufzuteilen unter mehreren Stationen.
  • Nun hat der Anmelder festgestellt, für den Fall, daß der Datenverkehr von zwei oder mehreren Stationen schwach ist, es dann vorteilhaft wäre, die Daten unter diesen Stationen aufzuteilen. Allgemeiner ausgedrückt wäre es vorteilhaft, der Übertragung auf solchen Netzen mehr Anpassungsfähigkeit zu verleihen. Diese Anpassungsfähigkeit kann erfindungsgemäß erhalten werden, indem je nach Datenverkehr oder je nach Ausfällen, die sich in den Ringen des Netzwerks ereignen, eine Rekonfigurierung der Ringe möglich ist.
  • Die vorliegende Erfindung hat ein rekonfigurierbares optisches Mehrwellenlängen-Ringnetzwerk zum Gegenstand.
  • Das erfindungsgemäße Netzwerk ermöglicht das Aufteilen von Daten unter zwei oder mehreren Stationen.
  • Insbesondere hat die vorliegende Erfindung ein optisches Mehrwellenlängen-Multiplexing-Ringnetzwerk zum Gegenstand, das die Datenübertragung in Form von synchronen Rastern oder nach der SDH- oder SONET-Norm ermöglicht, bei der ein optischer Ring eine Gruppe von Datenverkehrsstationen umfaßt, hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, daß jede Station Empfangseinrichtungen umfaßt, abstimmbar und abgestimmt in Abhängigkeit von der Dichte des durch diese Stationen empfangenen Datenverkehrs, so daß zwei oder mehrere Stationen Daten empfangen können, die durch eine andere Station auf ein und derselben Wellenlänge übertragen werden.
  • Nach einer anderen Charakteristik, wenn zwei oder mehrere Stationen einen schwachen Datenverkehr haben, übertragbar auf ein und demselben Raster, enthalten diese Stationen Empfangseinrichtungen, die auf eine gleiche Wellenlänge abgestimmt sind, wobei sich die Stationen dann Daten des Rasters teilen.
  • Nach einer weiteren Charakteristik umfaßt jede Station Sendeeinrichtungen, wobei diese Einrichtungen mit einer Wellenlänge senden, die sich unterscheidet von der Wellenlänge, auf die die Empfangseinrichtungen abgestimmt sind.
  • Nach einer weiteren Charakteristik ist der Ring ein Einrichtungs-Ring, wobei eine der Stationen die Kopfstation des Netzwerks ist; diese Station umfaßt dann Einrichtungen, die auf N Wellenlängen senden können, wenn N die Anzahl der Stationen des Rings ist, mit denen sie kommuniziert; diese Station umfaßt Empfangseinrichtungen, die auf N Wellenlängen empfangen können, die sich unterscheiden von den Sendewellenlängen.
  • Die Sende- und Empfangseinrichtungen jeder Station des Rings umfassen einen optischen frequenzabhängigen Eingabe/Ausgabe- Multiplexer, der einen optischen 2x2-Koppler enthält, angebracht auf einer Faser, ein optisches Filter zum Wählen der Information, verbunden mit dem Koppler, und einen Eingabe-Laser, ebenfalls verbunden mit dem Koppler.
  • Nach einer weiteren Charakteristik ist der Ring ein Zweirichtungs-Ring, wobei jede Station Sendeeinrichtungen umfaßt, die auf (N-1)/2 Wellenlängen senden können, wenn N die Anzahl der Stationen in dem Ring ist, und Empfangseinrichtungen, die auf (N- 2)/2 von den Sendewellenlängen unterschiedlichen Wellenlängen empfangen können.
  • Die Sende- und Empfangseinrichtungen umfassen einen optischen frequenzabhängigen Multiplexer zur Eingabe/Ausgabe mittels Faser, wobei jeder Multiplexer einen optischen Koppler, (N-1)/2 Ausgabefilter und (N-2)/2 Eingabelaser umfaßt, also insgesamt für die beiden Fasern (N-1) Filter und (N-1) Laser, wobei N die Anzahl der Stationen in dem Ring ist.
  • Weitere besondere Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die beispielhaft und nicht einschränkend ist und sich auf die beigefügten Zeichnungen bezieht:
  • - die Figuren 1a und 1b zeigen jeweils das Schema eines Einrichtungsrings und eines Zweirichtungsrings,
  • - die Figur 2a stellt ein Grundschema eines Netzes R dar,
  • - die Figur 2b zeigt das Ausführungsschema eines erfindungsgemäßen Einrichtungsrings BO,
  • - die Figur 3 zeigt ein Diagramm der benutzten Wellenlängen,
  • - die Figuren 4a und 4b stellen jeweils das Schema eines Einrichtungsrings ohne Datenverteilung und mit Datenverteilung unter den Stationen dar,
  • - die Figur 5 zeigt ein Ausführungsschema eines erfindungsgemäßen Zweirichtungsrings.
  • Die Figur 2a zeigt ein Grundschema eines Netzes R, organisiert in optischen Zweirichtungs- und Einrichtungsringen, jeweils BO und B1-B3. Die Stationen T sind Kopfstationen für die Schleifen B1, B2, B3. Die anderen Stationen tragen die Referenz S.
  • Diese Ringe sind von der Art jener, die hinsichtlich der Figuren 2b und 5 beschrieben werden.
  • Der Mehrwellenlängen-Einrichtungsring der Figur 2b wird gebildet durch eine Kopfstation T und mehrere Stationen S1 bis S4, jede einen optischen frequenzabhängigen Eingabe/Ausgabe-Multiplexer MIE-FO umfassend. Die Kopfstation oder "Zentrale" wird gebildet durch mehrere Laser 1, 2, 3, 4, die mit verschiedenen Wellenlängen λ1, λ2, λ3, λ4 die zu sendenden Informationen bzw. Daten emittieren in Form von STM1, 155 Mbit/s oder STM4, 622 Mbit/s (im Falle der SDH-Norm) an die anderen Stationen, die jede dieser Wellenlängen filtrieren.
  • In den Figuren 2b dient die zweite Faser F2 zur Sicherung der Übertragungen und die erste F1 dient zum Transportieren der Daten von der Station T zu den anderen Stationen S1 bis S4.
  • Jede Station umfaßt einen optischen frequenzabhängigen Eingabe/Ausgabe-Multiplexer (MIE-FO) M1, M2, M4 und ganz und gar klassische elektronische Verarbeitungseinrichtungen E1-E4, die die Verarbeitung der Daten gewährleisten.
  • Der Multiplexer der Station 1 wird gebildet durch einen optischen 2x2-Koppler C1, angeordnet auf den Fasern F1, F2, einen Laser zur Eingabe der Informationen in den üblichen Raster, und ein abstimmbares optisches Filter D1, gefolgt von einem Empfänger P1 zur Ausgabe des für die Station bestimmten Datenflusses. Jedes dieser Elemente ist vom Typ her bekannt. Das Filter ist ein Filter des Typs Fabry-Pérot. Das Filter D1 ist verbunden mit einem Zweig des Kopplers C1, während der Laser A1 mit dem anderen Zweig verbunden ist.
  • Die Multiplexer der anderen Stationen S1 bis S4 sind identisch. Die Laser dieser Stationen emittieren mit Wellenlängen, die man unterscheiden kann, wie dargestellt in Figur 3 (Eingabewellenlängen zur Eingabe in das Netz λ'1, λ'2, - λ'4).
  • Die Kopfstation T umfaßt Empfangseinrichtungen, die ebensoviele optische Ausgabe-Filter DO enthalten wie der Ring Sendestationen umfaßt. Diese Einrichtungen umfassen außerdem ebensoviele Detektoren DO wie Filter.
  • Erfindungsgemäß sind die optischen Filter abstimmbar, wobei der Durchlaßbereich z.B. manuell verändert werden kann, wenn der Verkehr von zwei Stationen schwach ist.
  • Erfindungsgemäß weist der Multiplexer einer Station nicht die Wellenlänge zurück, die für die Station bestimmt ist, wobei die eingespeisten Wellenlängen in einem Spektralfenster enthalten sind, das sich von dem für die Emission benutzten unterscheidet (s. Fig. 3). Dies ermöglicht, daß sich mehrere Stationen eine Wellenlänge teilen.
  • Die Anzahl der emittierten Wellenlängen hängt ab vom Verkehrsfluß sowie der Anzahl der Stationen in dem Ring.
  • Wenn man den Fall von 7 Stationen a, b, ... g annimmt, wie z.B. dargestellt in der Figur 4a, wenn der Verkehrsfluß groß ist und jede Station einen STM1 ausgeben soll, so ist die Kapazität des Rings 7 STM1. Bei Anwendung des optischen Multiplexing emittiert die Zentralstation auf 7 Wellenlängen 155 Mbit/s, eine pro Station, anstatt einen STM16 zu emittieren, also 9 "leere" STM1 (was gegenwärtig der Fall ist). Wenn hingegen der Verkehrsfluß gering ist und eine Kapazität von 5 STM1 für 7 Stationen genügt, Fig. 4b, emittiert die Zentralstation nur 5 Wellenlängen und zwei Stationen teilen sich einen STM1. Man kann also erfindungsgemäß die Anzahl der Laserquellen reduzieren.
  • Im Falle der Figur 4b sind die in den Stationen c und e enthaltenen optischen Filter beide eingestellt auf λ4 und erhalten folglich dieselben Daten. Somit kann der Ring rekonfiguriert werden, indem man die optischen Filtern in jeder Station abstimmt entsprechend der Dichte des für jede Station bestimmten Verkehrs. Die verwendeten Filter sind z.B. Filter des Typs Fabry-Pérot.
  • Es wird nun ein erfindungsgemäßer optischer Zweirichtungs-Ring beschrieben. Ein solcher Ring ist in Figur 5 dargestellt.
  • Bei diesem zweiten Architekturtyp fließt der Verkehr über zwei Fasern F1, F2 in entgegengesetzten Richtungen. Diese Konfiguration ermöglicht eine vollständige Vernetzung zwischen allen Stationen. Die Station S1 kommuniziert mit den Stationen S2 und S3 über die Faser F1 mittels der Wellenlängen λ12 und λ13, und die Wellenlängen λ14 und λ15, verwendet für die Stationen 4 und 5, laufen über die andere Faser F2. So kann man dieselben Wellenlängen wiederverwenden (z.B. λ12 = λ14), da die Transportfaser verschieden ist.
  • Der Wellenlängenplan für einen Ring mit 5 Stationen wird in der unten angefügten Tabelle 1 präsentiert. Nach dieser Tabelle und um ein vollständiges Netz zwischen den Stationen zu gewährleisten, braucht man 4 Laserquellen pro Station, also 20 Laser insgesamt. Wie bei dem ersten Ringtyp verwendet jede Station 2 MIE-FO, M1, M11, jeder jeweils zusammengesetzt aus optischen Filtern D21, D31, D41 und D51, im Falle der Figur 5 einem 2x2- Koppier (C1, C2) zugeordnet und man verfügt über zwei Filter pro Faser.
  • Wenn hingegen der Verkehrsfluß zwischen den Stationen wenig dicht ist, kann die Anzahl an Lasern pro Station verringert werden und eine einzige Wellenlänge kann an zwei Stationen gesendet werden. Die MIE-FO in den beiden empfangenden Stationen haben dann jeder einen ihrer Filter eingestellt auf dieselbe Wellenlänge. Die Daten werden also geteilt und die Anzahl der Laser wird durch zwei dividiert.
  • Im Falle eines Bruchs der beiden im Einsatz befindlichen Fasern sind zwei Ersatzfasern vorgesehen, um sie zu ersetzen.
  • In Figur 5 stellen D21 und D31 die Empfänger dar, die durch den Koppler C2 mit der Faser F2 verbunden sind. D41 und D51 stellen die Empfänger dar, die durch den Koppler C1 mit der Faser F1 verbunden sind. A12 und A13 sind durch den Koppler C1 mit der Faser F1 verbunden. A14 und A15 sind durch den Koppler C2 mit der Faser F2 verbunden. Die Empfangseinrichtungen der anderen Stationen sind mit den Kopplern C1, C2 verbunden, die in derselben Weise auf den Fasern F1 und F2 angebracht sind, wie beschrieben hinsichtlich der Station 1. TABELLE 1
  • λ ij: i für die Sendestation;
  • j für die Empfangsstation.

Claims (7)

1. Optisches Mehrwellenlängen-Telekommunikations-Ringnetzwerk für die Informationsübertragung in Form von synchronen Rastern oder gemäß der Norm SDH oder SONET, bei dem ein optischer Ring eine Gruppe von Verkehrsstationen (T, S) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Ring jede Station optische frequenzabhängige Empfangseinrichtungen (M1, M2, ...) umfaßt, abstimmbar und abgestimmt in Abhängigkeit von der Dichte des durch diese Stationen empfangenen Verkehrs, so daß zwei oder mehrere Stationen Daten empfangen können, die durch eine andere Station auf derselben Wellenlänge übertragen werden.
2. Telekommunikationsnetzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Stationen (c, e) einen schwachen, auf ein und demselben Raster übertragbaren Verkehr haben, wobei diese Stationen Empfangseinrichtungen umfassen, die abgestimmt sind auf dieselbe Wellenlänge und diese Stationen sich dann die Daten des Rasters teilen.
3. Telekommunikationsnetzwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Station Sendeeinrichtungen umfaßt, und dadurch, daß diese Sendeeinrichtungen mit einer Wellenlänge senden, die verschieden ist von der Wellenlänge, auf die die Empfangseinrichtungen abgestimmt sind.
4. Netzwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Ring unidirektionell ist und bei dem eine der Stationen die Kopfstation ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese Station Einrichtungen umfaßt, die auf N Wellenlängen senden können, wenn N die Anzahl der Stationen des Rings ist, mit denen sie kommuniziert, und dadurch, daß sie Empfangseinrichtungen umfaßt, die empfangen können auf N sich von den Sendewellenlängen unterscheidenden Wellenlängen.
5. Telekommunikationsnetzwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende- und Empfangseinrichtungen jeder Station des Rings einen optischen frequenzabhängigen Insertions-/Extraktions-Multiplexer enthalten, der einen an einer Faser angebrachten optischen Koppler 2x2 umfaßt, ein optisches Filter, um die Information zu selektionieren, verbunden mit dem Koppler, und einen Insertions-Laser, ebenfalls verbunden mit dem Koppler.
6. Netzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Ring bidirektionell ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Station Sendeeinrichtungen umfaßt, die senden können auf (N-1)/2 Wellenlängen, wenn N die Anzahl der Stationen in dem Ring ist, und Empfangseinrichtungen, die empfangen können auf (N-1)/2 Wellenlängen, die sich von den Sendewellenlängen unterscheiden.
7. Telekommunikationsnetzwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende- und Empfangseinrichtungen einen Multiplexer mit optischer frequenzabhängiger Insertion/Extraktion mittels Faser enhalten, wobei jeder Multiplexer einen optischen Koppler, (N-1)/2 Extraktions-Filter und (N-1)/2 Insertions-Laser umfaßt, also N-1 Filter und N-1 Laser für die beiden Fasern des Rings.
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