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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich allgemein auf Kommunikationssysteme und insbesondere auf fehlertolerante
faseroptische Kommunikationssysteme.
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Beschreibung
des verwandten Standes der Technik
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Faseroptische Kommunikationssysteme werden
traditionell in einer Punkt-zu-Punkt-Anschlusskonfiguration entlang eines
einzigen Pfades eingesetzt. Ein Problem tritt auf, wenn der Verbindungspfad
in irgendeiner Weise unterbrochen ist, entweder aufgrund eines Geräteausfalls
oder einer mechanischen Unterbrechung in der Verbindung.
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Selbstheilende Sonet-Ringarchitekturen können eine
Lösung
sein, die gegen Diensteunterbrechungen und Knotenausfälle entlang
eines vorgegebenen primären
Pfades schützt.
Eine Ringarchitektur wurde vorgeschlagen. Wenn eine von einem Knoten
zu einem anderen Knoten im Uhrzeigersinn entlang eines Pfades auszusendende
Nachricht aufgrund eines Ausfalls auf dem Pfad nicht abgeschlossen
werden kann, so wird die Nachricht im Gegenuhrzeigersinn entlang
eines alternativen Pfades gelenkt. Tatsächlich werden bei dieser Architektur Nachrichten
von einem Knoten, die für
irgendeinen Knoten bestimmt sind, außerdem auch im Gegenuhrzeigersinn
zu dem vorgesehenen Zielknoten gelenkt.
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Nachteile des vorstehenden Systems
schließen
die Notwendigkeit ein, dass aufwendige Einfügungs-/Abzweigungs-Multiplexer
und zugehörige Unterstützungsgeräte in jedem
Knoten vorhanden sind.
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Die meisten installierten Netzwerke
sind Punkt-zu-Punkt-Systeme. Der Ausgleich des Verkehrs um einen
Ring herum kann schwierig sein. Weiterhin ist die Verwaltung eines
vollständig
ringförmigen
Netzwerks und die Bereitstellungsanforderung über mehrere miteinander verbundene
Ringe schwieriger und aufwendiger als in einem Punkt-zu-Punkt-Netzwerk.
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Es besteht entsprechend ein Bedarf
an einem neuen Verfahren und einer neuen Vorrichtung zur wenig aufwendigen
und einfachen Umlenkung von Verkehr zwischen Knoten in einem Kommunikationsnetzwerk,
wenn ein vorgegebener Pfad betriebsuntauglich wird, um eines oder
mehrere der vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen oder
zu lindern.
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Das US-Patent 5 159 595 offenbart
eine Ringarchitektur, bei der die normale Kommunikation eine Datenausbreitung
um den Ring herum sowohl im Uhrzeigersinn als auch im Gegenuhrzeigersinn
unter Verwendung der direktesten Verbindungsstrecke zwischen Knoten
beinhaltet. Im Fall eines Fehlers vermeidet die Kommunikation um
den Ring herum den Bereich des Rings, in dem der Fehler aufgetreten ist.
Dies ergibt eine selbstheilende Ringarchitektur.
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Das EP-Patent 0 468 813 beschreibt
eine Doppelring-Architektur, bei der eine Umschalten zwischen den
Ringen im Fall von Fehlern erfolgt.
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Gemäß der Erfindung wird ein Kommunikationssystem
zur redundanten Verbindung einer Anzahl von Knoten in einer Netzwerkumgebung
geschaffen, mit:
einem ersten Knoten und einem zweiten Knoten,
wobei jedem Knoten ein optischer Kreuzverbindungsschalter zugeordnet
ist;
einem ersten Verbindungspfad der betriebsmäßig den
ersten Knoten und den zweiten Knoten verbindet;
einem zweiten
Verbindungspfad, der betriebsmäßig den
ersten Knoten und den zweiten Knoten verbindet;
einem ersten
Wellenlängen-Multiplexer
an dem ersten Knoten zur Kombination eines ersten Signals mit einer
ersten Wellenlänge
mit einem zweiten Signal einer zweiten Wellenlänge zu einem ersten zusammengesetzen
Signal,
wobei das erste zusammengesetzte Signal einem einzelnen
Port der dem ersten Knoten zugeordneten optischen Kreuzverbindung
zugeführt
wird;
wobei das zusammengesetzte Signal dem zweiten Knoten über den
ersten Verbindungspfad zugeführt und
bei Festellung eines Fehlerzustands in dem ersten Verbindungspfad
dem zweiten Knoten über
den zweiten Verbindungspfad zugeführt wird.
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Die Erfindung ergibt weiterhin ein
Kommunikationsverfahren zwischen Knoten in einem fehlertoleranten
Netzwerk.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird ein System und ein Verfahren zur Verbindung
von Verkehr entlang eines Kommunikations-Netzwerks durch Umlenkung
von Verkehr bei Feststellung eines Fehlerzustands entlang eines
primären
Verbindungspfads erreicht.
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Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
werden die Wellenlängen
in unterschiedliche Bereiche aufgeteilt, die mit Rot bzw. Blau bezeichnet
werden. Diese Wellenlängen-Bänder zwischen
Sende- und Empfangskanälen
werden abwechselnd zwischen roten und blauen Bandbereichen weitergeleitet
und dann durch einen Wellenlängen-unspezifischen
Breitband-Wellenlängenmultiplexer
in einem einzigen Übertragungsmedium
zur Verbindung mit einem einzigen Port eines einseitig gerichteten
optischen Kreuzverbindungssystems (OCCS) kombiniert, multiplexiert
oder miteinander „gebündelt". Die unterschiedliche
Anzahl von Bereichen kann irgendeine geradzahlige Anzahl von Bereichen
sein, solange die Wellenlängen
sich abwechseln.
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Zusätzlich ist das empfangende
Ende eines einzigen Mediums mit einem Wellenlängen-Demultiplexer verbunden,
der die kombinierten Signale des roten und blauen Bandes bei Empfang
entbündelt.
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Mit anderen Worten heißt dies,
dass ein Signal des roten Bandes mit einem Signal des blauen Bandes
zur Übertragung
durch ein einziges Medium gebündelt
wird, wo es empfangen und dann in seine roten und blauen Komponenten
durch einen Wellenlängen-Multiplexer
an dem Empfänger
entbündelt wird.
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Ein analoges Verfahren und eine analoge Vorrichtung
wird zur Aussendung eines Signals in der entgegengesetzten Richtung
verwendet, wenn und sofern dies für einen Voll-Duplex-Betrieb
erforderlich ist.
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Weitere Merkmale der vorstehend beschriebenen
Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung ersichtlich.
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Die vorstehenden Merkmale ermöglichen
es zusammen mit bestimmten anderen nachfolgend beschriebenen Merkmalen,
dass das Gesamtsystem Eigenschaften hat, die nicht nur graduell
von irgendeinem Stand der Technik abweichen, sondern einen um eine
Größenordnung
effizienteren Gebrauch der Verarbeitungszeit und der Resourcen bieten.
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Zusätzliche Merkmale und Vorteile
der Erfindung werden teilweise in der folgenden Beschreibung angegeben
und sind teilweise aus der Beschreibung ersichtlich, oder sie können durch
eine Ausführung
der Erfindung gelernt werden. Die Vorteile der Erfindung werden
mit Hilfe der Elemente und Kombinationen verwirklicht und erreicht,
die speziell in den beigefügten
Ansprüchen
angegeben sind.
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Es ist verständlich, dass sowohl die vorstehende
allgemeine Beschreibung als auch die nachfolgende ausführliche
Beschreibung Beispiele darstellen und nur zu Erläuterungszwecken dienen und keine
Beschränkung
der Erfindung darstellen, wie sie beansprucht wird.
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Die beigefügten Zeichnungen, die in diese Beschreibung
eingefügt
sind und einen Teil dieser Beschreibung bilden, zeigen bevorzugte
Ausführungsformen
der Vorrichtung und des Verfahrens gemäß der Erfindung und dienen
zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien der
Erfindung.
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Ausführliche
Beschreibung
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Es wird nunmehr auf 2 Bezug genommen, in der ein Kommunikationssystem 200 gemäß der Erfindung
gezeigt ist, das einen Knoten1 210 und einen Knoten2 212 einschließt, die über eine
Kommunikations-Verbindungsstrecke 244 verbunden sind, die
bei der bevorzugten Ausführungsform
eine faseroptische oder Lichtwellenleiter-Verbindung mit ihren zugehörigen Schaltkomponenten
(nicht gezeigt) ist.
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Der Knoten1 210 und der
Knoten2 212 sind weiterhin über redundante Kommunikations-Verbindungsstrecken 235, 236 betriebsmäßig miteinander verbunden.
Optische Kreuzverbindungsschalter (OCCS) 238, 240 sind
in dem Verbindungspfad angeordnet. Der OCCS 238 ist dem
Knoten1 210 zugeordnet, und der OCCS 240 ist dem
Knoten2 212 zugeordnet. Die OCCS's 238, 240, typischerweise
mechanische 16 × 16
Lichtleitfaser-Schalter bei einer bevorzugten Ausführungsform,
dienen zum Schalten von Verkehr zwischen einer Anzahl von gewünschten Routen über verschiedene
Lichtleitfaser-Pfade, die physikalisch mit jedem OCCS-Ausgangs-Port
verbunden sind (nicht gezeigt). Die OCCS's müssen nicht
mechanisch sein, und sie können
eine Größe von M × N aufweisen.
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Zwischen den Knoten 210, 212 und
den OCCS's 238, 240 sind
Wellenlängen-Multiplexer 224, 234 angeschlossen.
Die Wellenlängen-Multiplexer 224, 234 dienen
zum Bündeln
von zwei oder mehr Signalen von unterschiedlichen Lichtleiterfaser-Kabeln zu einem einzigen
Kabel vor dem Eintritt in den OCCS. Weil der OCCS ein aufwendiges
Bauteil mit begrenzter Kapazität
ist, ist eine Bündelung
wünschenswert,
weil dies zumindest die Kapazität
eines Ports des OCCS verdoppelt. Die Wellenlängen-Multiplexer 224, 234 sind
bidirektionale Bauteile, die in entgegengesetzten Richtungen entlang
getrennter Lichtleitfaser-Kabel senden und empfangen. Vorwärts-Signale
mit einer vorgegebenen Wellenlänge λ, (rot) und λ2 (blau)
werden von dem Knoten 1 210 zu dem Wellenlängen-Multiplexer 224 ausgesandt, an
dem sie miteinander zur Übertragung
an den OCCS 238 gebündelt
und an den OCCS 240 über
ein Lichtleitfaser-Kabel 236 ausgesandt werden. Das gebündelte Signal
wird dann zu einem Wellenlängen-Multiplexer 234 gelenkt,
an dem es in seine Bestandteile λ1 222 (rot) und λ2 228 (blau)
zur Übertragung
zum Knoten 2 212 entbündelt
wird.
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Lediglich zwei Knoten und ein einziges
angepasstes Paar von OCCS's
sind aus Gründen
der Einfachheit gezeigt. Eine beliebige Anzahl von Knoten, Wellenlängen-Multiplexern und
OCSS's mit zugehörigen Verkabelungen
kann verwendet werden.
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Eine Leitweglenkungs-Steuerinformation wird
an jedes Bauteil über
eine Datensteuerungs-Verbindungsstrecke von einer externen Steuerquelle
geliefert, oder sie kann von einer In-Band-Signalisierung geliefert
werden. Die Verbindungsstrecke kann irgendeine Art einer zentralen
oder verteilten Steuer-Architektur
sein. Bei der beschriebenen Ausführungsform
wird eine verteilte X.25-Verbindungsstrecke
zur Verringerung der Möglichkeit
von katastrophalen Einzelpunkt-Ausfällen verwendet. Es ist jedoch
möglich,
die Steuerquelle an der gleichen Stelle wie das einzelne zu steuernde
Bauteil anzuordnen.
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Das Rückwärts-Kommunikationsprozess-System
wird nunmehr beschrieben. Ein derartiger Prozess würde beispielsweise
in einem Voll-Duplex-Kommunikationssystem enthalten sein, sowie
bei anderen Arten von Kommunikationssystemen.
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Signale λ3 und λ4 werden
vom Knoten2 212 zum Wellenlängen-Multiplexer 234 ausgesandt,
wo sie zu einem zusammengesetzten Signal gebündelt und über das Lichtwellenleiter-Kabel
zum OCCS 240 ausgesandt werden, wo sie auf das Kabel 235 geschaltet
werden. Das Kabel 235 wird zum OCCS 238 geführt, an
dem das Signal geschaltet und zum Wellenlängen-Multiplexer 224 gelenkt
und in seine Bestandteile λ3 und λ4 entbündelt
wird, bevor es zum Knoten1 gesandt wird.
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Die Steuer- und Leitweglenkungs-Information
wird wiederum in einer analogen Weise wie bei dem Vorwärts-Verbindungspfad
geliefert.
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Die Struktur eines Wellenlängen-Multiplexers
wird nunmehr beschrieben. Signale, die in einer Vorwärts-Richtung
ausgesandt werden sollen, werden in Lichtleitfaser-Eingänge ausgesandt.
Die Lichtleitfaser-Eingänge
werden in ersten und zweiten Wellenlängen-Wandlern hinsichtlich
ihrer Wellenlänge umgesetzt,
bzw. auf eine vorgegebene Wellenlänge (Frequenz) eingestellt.
Wenn bei irgendeinem Eingang die Wellenlänge nicht umgesetzt werden
muss, so wird der Wellenlängen-Wandler
entsprechend eingestellt. Die umgesetzten Eingangssignale werden zu
einem optischen Kombinieren ausgesandt, in dem die Signale summiert
werden. Das resultierende gebündelte
Signal wird von dem Wellenlängen-Multiplexer
entlang eines Lichtleitfaser-Pfads ausgesandt.
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Weil der Wellenlängen-Multiplexer ein bidirektionales
Gerät ist,
ist er in der Lage, Kommunikationssignale entlang eines Zweiweg-Pfads
abzuwickeln. In einer analogen Weise werden zur Aussendung in einer
Rückwärtsrichtung
bestimmte Signale als Eingänge
Lichtleitfaser-Eingängen
zugeführt. Diese
Lichtleitfaser-Eingänge werden
hinsichtlich ihrer Wellenlänge
in dritten und vierten Wellenlängen-Wandlern umgesetzt,
bzw. auf eine vorbestimmte Wellenlänge (Frequenz) eingestellt.
Wenn bei irgendeinem Eingang die Wellenlänge nicht umgesetzt werden
muss, so wird der Wellenlängen-Wandler passend
eingestellt. Die umgesetzten Eingangssignale werden zu einem optischen
Kombinierer gesandt, an dem die Signale summiert werden. Das resultierende
gebündelte
Signal wird von dem Wellenlängen-Multiplexer
entlang eines Lichtleitfaser-Pfads abgegeben.
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Das Verfahren des Betriebs der vorliegenden Erfindung
wird nunmehr beschrieben. Im Schritt 1 wurde ein Fehler entlang
des Haupt-Kommunikations-Pfads 244 ( 2) durch eine externe Detektions-Einrichtung
festgestellt, und ein die Notwendigkeit einer Umlenkung anzeigendes
Signal wird wahlweise an den Knoten 210 und an die Wellenlängen-Multiplexer
ausgesandt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung muss die Umlenkungs-Information jedoch lediglich zu den OCCS's 238, 240 gesandt
werden. Ein geeigneter Kommunikations-Leitweglenkungs-Pfad wird dann gemäß einem
vorgegebenen Algorithmus konfiguriert, der von einer externen Quelle
entlang der Kommunikations-Pfade geliefert wird.
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Im Schritt 2 werden Vorwärtssignale
mit einer vorgegebenen Wellenlänge λ, (rot) und λ2 (blau)
von dem Knoten 210 zum Wellenlängen-Multiplexer 224 gesandt,
an dem sie im Schritt 3 miteinander zur Übertragung an den OCCS 238 gebündelt und
zum OCCS 240 im Schritt 4 über das Lichtleitfaser-Kabel 236 ausgesandt
werden. Im Schritt 5 wird das gebündelte Signal dann zu dem Wellenlängen-Multiplexer 234 gelenkt,
an dem es in seine Bestandteile λ1 222 (rot) und λ2 228 (blau)
zur Aussendung an den Knoten 2 212 entbündelt wird.
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Im Schritt 6 wird der Prozess in
einer anlogen Weise mit ähnlichen
Bezugnahmen auf den Rückwärtskanal
gemäß 2 wiederholt, wenn entschieden
wird, dass ein Voll-Duplex- oder Rücklaufkanal erwünscht ist.
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Das rote Band ist so definiert, dass
es angenähert
bei 1547,5 – 1561,0
nm liegt, während
das blaue Band so definiert ist, dass es angenähert bei 1527,5 – 1542,5
nm liegt.
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Leitungsabschlussgeräte 502, 504 (LTE), beispielsweise
Nortel S/DMS OC-12, OC-48 oder OC-192 können mit dem Haupt-Verbindungspfad verbunden
werden, der Wellenlängen-Multiplexer und
OCCS's in einer
Weise verwendet, die ähnlich der
ist, die vorstehend anhand der 2 beschrieben
wurde. Der Hauptunterschied besteht darin, dass das LTE bereits
die Signale in den roten und blauen Wellenlängen-Bändern geliefert hat, so dass keine
Signal-Umsetzung erforderlich ist. An einem LTE werden rote und
blaue Vorwärts-Übertragungssignale
miteinander durch einen Wellenlängen-Multiplexer
gebündelt
und in dem OCCS zur Übertragung über die
Verbindungsstrecke geschaltet, an dem anderen OCCS geschaltet und
durch einen Wellenlängen-Multiplexer
zum Empfang an dem anderen LTE entbündelt.
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In ähnlicher Weise überträgt das andere
LTE rote und blaue Rücklauf-Sendesignale, die
von einem Wellenlängen-Multiplexer
gebündelt,
durch den OCCS geschaltet, auf ein Verbindungsstrecken-Paar ausgesandt,
von dem OCCS geschaltet und durch einen Wellenlängen-Multiplexer entbündelt werden, bevor
sie an das eine LTE ausgesandt werden.
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Wenn ein Ausfall für irgendeinen
Teil des Verbindungsstrecken-Paares berichtet wird, so wird der
Verkehr zwischen den LTE's über die
OCCS's umgelenkt.
Es sei bemerkt, dass die Hinzufügung von
einem weiteren OCCS eine alternative Leitweglenkung durch andere
Teile des Netzwerks und die erneute Verwendung von abwechselnden
Pfaden für unterschiedliche
Knoten in dem Netzwerk ermöglicht, die
nicht gezeigt sind.
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Steuer- und vorgegebene Leitweglenkungs-Informationen
werden wiederum von einer externen Quelle über Steuer-Verbindungsstrecken
geliefert, die mit C bezeichnet sind.
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Es sei bemerkt, dass Wellenlängen-Multiplexer
zusammen mit optischen Zwischenverstärkern verwendet werden, wenn
eine Signalregeneration entlang einer großen Entfernung erforderlich
ist. Derartige Bauteile können
fortgelassen oder durch aufwendigere optische Breitband-Zwischenverstärker ersetzt
werden, wenn dies machbar ist.
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Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind
für den
Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und der darin beschriebenen
Ausführung
der Erfindung ersichtlich. Es ist ohne weiteres zu erkennen, dass
die vorstehend beschriebene Erfindung in irgendeiner Art von Lichtleitfaser-Kommunikationssystem realisiert
werden kann, das sowohl eine asynchrone als auch synchrone optische
Netzwerk- (SONET-) Konfiguration mit irgendeiner Anzahl von unterliegenden Übertragungsprotokollen
einschließt,
wie zum Beispiel eine asynchrone Übertragungsbetriebsart (ATM).
Es ist jedoch vorgesehen, dass die vorstehend beschriebene Erfindung
Anwendungen bei anderen Arten von Kommunikationssystemen über irgendeine
Art von Kombinationen von Übertragungsmedien
oder mit irgendeinem kompatiblen Protokoll hat. Es ist weiterhin
vorgesehen, dass die Beschreibung und die Beispiele lediglich als
Beispiele betrachtet werden sollten, wobei der tatsächliche
Schutzumfang der Erfindung durch die nachfolgenden Ansprüche definiert
ist.