ITMI990582A1 - Elemento di rete optoelettrico ottimizzato per reti di trasporto ottiche - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un elemento di rete ottica ottimizzato per reti di trasporto ottiche come, per esempio, un ADM ottico o un CROSS-CONNECT ottico. Questo elemento è in pascolar modo adatto per lunghe distanze e aree metropolitane e per l'accesso a reti ottiche per telecomunicazioni.

Alcune delle principali funzioni dello strato ottico, cioè la sezione ottica di una rete di trasporto ottica, sono l'instradamento e la protezione del canale ottico (OCH). Al fine di implementare queste funzioni si deve stabilire una certa quantità di connessioni in un diverso elemento di rete ottico (NE). Queste connessioni vengono ottenute attraverso la funzione di connessione di sottorete (sub-network) OCH della sezione del canale ottico, indicata semplicemente come Matrice di Connessione, contenuta nel Livello Ottico (Optical Layer) e definita nella Raccomandazione draft ITU-T G.872 (Architecture and functionality of the OTN).

Le proprietà desiderabili di una corretta funzione di connessione di sottorete OCH sono legate alla flessibilità di instradamento come, per esempio, intercambio del canale ottico, alia connettività completa e non bloccante, alla scalabilità, alla gestione dell'extra traffico (per l'ottimizzazione della banda totale disponibile) e alle necessità di possedere capacità di sopravvivenza, come per esempio la Protezione di Sottorete del Canale Ottico, la Protezione della Sezione Multipla e la Selezione di Canali Ottici Protetti.

Tenendo in considerazione le suddette necessità di connessione, l’implementazione di una matrice di connessione OCH utilizzante la tecnologia ottica attualmente disponibile si può realizzare con elevati costi ed utilizzando soluzioni complesse in termini di struttura e dimensioni.

Sono note diverse forme di realizzazione di elementi di rete di telecomunicazione. In particolare, i dispositivi esistenti sono:

i) OADM (Optical Add-Drop Multiplexers) fissi;

ii) OADM solo parzialmente riconfigurabili;

OADM od OXC (Optical Cross-Connect), in breve “OADM/OXC", selettivi per particolari lunghezze d'onda;

iv) OADM/OXC completi includenti conversione di lunghezza d’onda, basati su matrici ottiche (spaziali, o lambda-spaziali o spaziali pure), o su (relativamente piccole) matrici elettriche ad alta velocità tipo crosspoint.

I progettisti di elementi ottici per reti di telecomunicazioni si trovano generalmente di fronte al problema di fornire un elemento piccolo, avente un’alta flessibilità ed un costo ridotto. Nonostante che i suddetti dispositivi siano piuttosto efficienti in specifiche configurazioni di rete, ciascuno di essi mira ad utilizzare solo una caratteristica tra costo, dimensioni e flessibilità.

Alla luce della suddetta tecnica anteriore, è lo scopo principale della presente invenzione quello di progettare un elemento di rete ottico altamente flessibile, maneggevole ed economico avente ridotte dimensioni e che sia dotato di un gran numero di Ingressi/Uscite (brevemente “I/O”).

Un ulteriore scopo è quello di progettare un elemento per rete ottica (brevemente “NE”) flessibile in grado di supportare schemi di protezione di rete efficaci (reti lineari, ad anello e magliate in SDH (Synchronous Digital Hierarchy) ADM/XC).

Ancora un ulteriore scopo è di concepire un NE in grado di sostituire gii esistenti terminali WDM (Wavelength Division Multiplexer) o DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexer) o amplificatori in linea senza la necessità di riprogettare il collegamento e/o il tratto della rete.

L'idea alla base della presente invenzione è quella di fare uso di una data combinazione di matrici di commutazione ottiche e di matrici elettriche crosspoint ad alta velocità, e di fornire una separazione architetturale adatta al fine di soddisfare simultaneamente tutte le necessità di sistema di base, in special modo quelle concernenti la protezione che sono specifiche di un OADM.

La presente invenzione sostanzialmente prevede la separazione tra le funzioni di protezione di rete e quelle relative al più generale intercambio della lunghezza d’onda. Ciò ha come risultato, in special modo nel caso dell’OADM, di permettere l’uso di matrici di commutazione ottiche senza nessuna funzione “multicast” all’interno.

L'invenzione diventerà sicuramente chiara dalla seguente descrizione dettagliata, fornita a titolo puramente esemplificativo e non limitativo di alcune possibili forme di realizzazione, da leggersi con riferimento alle annesse tavole di disegni in cui le varie figure mostrano:

la Fig. 1 mostra schematicamente un elemento di rete a due fibre tipo OADM; la Fig. 2 mostra schematicamente un elemento di rete a quattro fibre tipo OADM; la Fig. 3 mostra schematicamente un elemento di rete tipo OXC con quattro porte DWDM con n lunghezze d’onda e quattro porte WDM con r lunghezze d’onda;

la Fig. 4 mostra schematicamente un terminale DWDM a due fibre con protezione a livello OTS;

la Fig. 5 mostra schematicamente un terminale DWDM a quattro fibre con protezione a livello OTS;

la Fig. 6 mostra schematicamente un terminale DWDM a due fibre con protezione a livello OMS;

la Fig. 7 mostra schematicamente un terminale DWDM a quattro fibre con protezione a livello OMS;

la Fig. 8 mostra schematicamente un terminale DWDM a due fibre con protezione “mista", a livello OTS/OMS;

la Fig. 9 mostra schematicamente un terminale DWDM a quattro fibre con protezione “mista”, a livello OTS/OMS;

la Fig. 10 mostra schematicamente un esempio di blocco funzionale Xa a per esempio per un elemento di rete tipo OADM a due fibre come in Fig. 1 ;

la Fig. 11 mostra schematicamente una forma di realizzazione di configurazione con tutti i tributari aventi accesso esterno diretto per un elemento di rete tipo OADM a due fibre (Fig. 1 ); la Fig. 12 mostra schematicamente una forma di realizzazione del j-esimo blocco funzionale Xc;

la Fig. 13 mostra schematicamente la connessione e la protezione di sub-network del Canale Ottico e la protezione OMS in una rete ottica; e

la Fig. 14 è un modello funzionale che mostra i vari livelli.

Naturalmente, nelle varie figure, gli stessi segni di riferimento o segni di riferimento simili verranno utilizzati per indicare gli stessi blocchi o blocchi funzionalmente equivalenti.

Con riferimento dapprima alle Figg. 1-3, un elemento di rete optoelettrico NE secondo la presente invenzione comprende: un certo numero di terminali WDM o DWDM (da D1 a D4 e da D'1 a D’4), un certo numero di blocchi funzionali, indicati con Xa, che realizzano principalmente funzioni di protezioni di rete, un certo numero di matrici principali Xb che forniscono funzioni generali di intercambio di lunghezza d’onda, ed un certo numero t di blocchi Xc che seguono funzioni di protezione dei tributari. Nel seguito, ciascuno dei suddetti blocchi verrà descritto in modo dettagliato con riferimento alle annesse figure.

I terminali WDM o DWDM (da D1 a D4 e da D’1 a D’4) sono ben noti dalla letteratura tecnica e sono prodotti commercialmente disponibili, che possono anche essere disposti in configurazioni a due fibre o a quattro fibre, brevemente 2F o 4F. Secondo la presente invenzione, essi includono anche blocchi funzionali (indicati con E nelle Figg. 4-9) costituiti da serie di commutatori ottici (simili ai loro ben noti equivalenti elettronici) posti a livello OTS/OMS (figure 4-7) e che eseguono protezione (1+1, 1:1, OMS-spring) a livello della Optical Multiplex Section (OMS) o della Optical Transport Section (OTS).

Viene anche presentata l’idea di includere blocchi funzionali E collocati nello stadio intermedio di amplificatori ottici multistadio (Figg. 8 e 9, indicata come protezione mista, a livello OTS/OMS") in modo da limitare le disparità di trasmissione dovute a perdite di inserzione del blocco E. Nelle Figg. 4-9 viene mostrata solamente una rappresentazione schematica di un terminale WDM o Dense WDM. Fondamentalmente esso comprende blocchi Mux/Demux, indicati con M-D1, M-D21 amplificatori ottici, indicati con A e i suddetti blocchi funzionali E che eseguono protezione a livello OTS, OMS e protezione mista OTS/OMS.

I vantaggi della versione “mista” sono la capacità di sostituire gli esistenti terminali (D)WDM o amplificatori in linea che non eseguono protezione di rete senza riprogettare il tratto di rete o la connessione, e un costo inferiore rispetto a quello dell'OMS nel caso in cui siano già usati amplificatori ottici multistadio.

Con riferimento alle Figg. 1, 2 e 10, l’elemento di rete tipo OADM secondo la presente invenzione comprende una serie fino a n blocchi funzionali (Xa) tipo ADM di Rete Ottica a due fibre (o a quattro fibre), (in Fig. 10 viene mostrata la forma di realizzazione 2F (a due fibre), l’esperto del ramo concepirà facilmente la forma di realizzazione 4F (a quattro fibre)).

II blocco funzionale Xa sostanzialmente comprende porte I/O Ottiche/Elettriche a lunghezza d'onda colorate (indicate con PWDM) collegate ad una matrice elettrica M tipo crosspoint ad alta velocità (anche protetta EPS 1+1) per eseguire protezione a livello del canale ottico (selettività della protezione). Naturalmente, più di un blocco tipo ADM per rete ottica verrà preferibilmente raggruppato nello stesso scaffale, in modo da supportare facilmente una pluralità di diversi schemi di protezione di rete (1+1, 1:1, 1 :N, tipo MS-SPRING, drop & continue per interconnessione d'anello, broadcasting), ed un parziale intercambio di lunghezze d’onda.

La matrice M (Fig. 10) è ben nota dalla letteratura tecnica nelle varie configurazioni ed è anche ben nota da prodotti commercialmente disponibili.

Con riferimento nuovamente alla Fig. 10, la matrice M è collegata anche a porte I/O Ottiche/Elettriche, indicate con PZ che tipicamente sono del tipo "short reach” (per esempio S16.1 / S64.1) per fornire accesso alla matrice principale Xb da descrivere nel seguito. Come alternativa può anche essere utilizzata una qualsiasi interfaccia.

Come ulteriore alternativa, l’interconnessione diretta all’esterno dell’apparecchiatura, cioè l’accesso diretto ai tributari, può anche essere prevista per almeno una parte dei segnali, ed in questo caso, la Fig. 11 rappresentando per semplicità il caso dell’accesso completo diretto ai tributari in un OADM a 2F, tutte le diverse interfacce ottiche elencate negli standard relativi possono essere utilizzate. Queste interfacce tipicamente includeranno interfacce “short & long haul" benché possa anche essere utilizzata una qualsiasi altra interfaccia.

Il numero m di porte Pz è generalmente diverso dal numero delle porte PWDM in modo da permettere:

diverse capacità di estrazione per l’OADM;

possibili schemi di protezione EPS/APS di questi Ingressi/Uscite;

diversa separazione delle funzioni di commutazione tra le matrici M e Xb (per esempio per drop & continue per interconnessione d’anello combinata con la possibilità di cambiare la lunghezza d'onda, si veda sotto per una descrizione dettagliata della matrice Xb).

L'interconnessione tra le porte I/O PWDM e la matrice M potrebbe essere implementata sia attraverso segnali elettrici digitali ad alta velocità che in modo ottico, per esempio attraverso porte I/O di un qualsiasi tipo o tipo short reach collocate nei blocchi PWDM e M.

Le porte I/O PWDM saranno del tipo “3R” (Regeneration, Reshaping e Retiming) con terminazione/monitoraggio SDH/SONET delle sezioni RS o MS (Regeneration Section o Multiplex Section), e anche sincronizzazione SDH/SONET o saranno del tipo “3R” con “trama TDM perfezionata”) in modo da permettere funzionalità più avanzate RS/MS-ADM/DXC, o eventualmente anche del tipo “2R” (Regeneration e Reshaping). Le stesse alternative si applicano alle porte PZ. A questo proposito ci si deve riferire alla domanda di brevetto Italiana No MI 98A 001366, depositata a nome della stessa richiedente di questa domanda ed il cui contenuto si ritiene qui incorporato.

Come alternativa esse possono anche essere del tipo 2R per terminali OADM per un uso regionale o per aree metropolitane (brevemente “metro”), dove si ha la necessità di adeguarsi ad una varietà di velocità e di trame nei livelli cliente e per reti di dimensioni limitate.

Come menzionato sopra, l'elemento di rete OADM secondo la presente invenzione comprende una (o anche due, protette EPS 1+1) matrici principali Xb basate sulla tecnologia elettrica crosspoint ad alta velocità o sulla tecnologia ottica al fine di supportare un più generale intercambio di lunghezze d’onda (ed anche per supportare il broadcasting ed il drop & continue per l'interconnessione d’anello con generale intercambio di lunghezze d'onda).

Si dovrebbe notare che la scelta di separare le funzioni di protezioni di rete (blocchi Xa) dalle funzioni più generali di intercambio di lunghezze d'onda (blocchi Xb) ha il grande vantaggio, in particolare nel caso degli OADM, di permettere l’uso per Xb di matrici di commutazione ottiche senza nessuna funzione multicast all’interno.

Questo ha come risultato la possibilità di utilizzare matrici spaziali ottiche per Xb con basse perdite di inserzione intrinsiche e conseguente semplicità hardware; nello stesso tempo vengono mantenute le funzionalità OADM, incluso l’intercambio di lunghezza d’onda (grazie a Xb) e (parziale) multicasting (grazie alle corrispondenti proprietà di Xa e Xc come descritto sopra) naturalmente, in aggiunta alle funzioni di protezione di rete (Xa e Xc). Inoltre, nell’ipotesi precedente, potrebbero essere supportati il drop & continue per interconnessioni d'anello assieme alla possibilità generale di intercambiare le lunghezze d'onda purché le dimensioni delle matrici Xa, Xb (e Xc) siano sufficienti.

Nel caso della tecnologia crosspoint, la matrice preferibilmente sarà del tipo “2R", al fine di permettere un'ampia trasparenza del segnale cliente.

Per le interfacce I/O tra ciascuna matrice Xa e Xb, potrebbero essere utilizzate m porte tipo PZ (2m porte tipo PZ nel caso di protezione EPS 1+1) (si vedano le Figg. 1-3).

Con riferimento alle Figg. 1 e 2 (caso OADM) viene prevista un'ulteriore serie di t blocchi Xc, collegati alle matrici principali Xb che eseguono funzioni di protezione dei tributari. Ciascuno di essi sarà un blocco funzionale a due o a quattro fibre tipo ADM, tipo SDH/SONET, tipo ADM/DXC-RS/MS, tipo 2R, tipo IP router o tipo ATM, costituito sostanzialmente (Fig. 12) da f (o 2f) porte I/O Ottiche/Elettriche, tipicamente di un qualsiasi tipo, o preferibilmente del tipo short reach, verso la matrice principale, una matrice elettrica N tipo crosspoint ad alta velocità (eventualmente protetta 1+1), e k porte di uscita PY, dello stesso tipo utilizzate per PZ.

Per le altre f interfacce I/O (2f nel caso di protezione EPS 1+1) tra Xb e ciascuna Xc, si può scegliere una qualsiasi interfaccia standard I/O a seconda delle prestazioni delle matrici principali Xb per la protezione e la commutazione nelle diverse tecnologie e a seconda delle necessità del sistema (in particolare a seconda del tipo di protezione dei tributari).

Preferibilmente, più di un blocco Xc verrà raggruppato nello stesso scaffale in modo da condividere una matrice più grossa al fine di supportare facilmente una varietà di diversi schemi di protezione e diverse configurazioni di rete (1+1, 1:1, 1:N, tipo MS-SPRING, drop & continue per interconnessione d’anello, broadcasting, tributario-tributarìo), e parziale intercambio dì lunghezza d’onda dei tributari. Un diagramma a blocchi schematico del blocco funzionale Xc viene mostrato in Fig. 12.

In special modo nel caso di applicazioni “metro", potrebbero anche essere utilizzate più porte e porte del tipo misto, basate sulla multiplazione/demultiplazione eletrica sincrona o asincrona.

Tutti i blocchi che compongono Xc, sono già stati descritti nei precedenti paragrafi o sono commercialmente noti e quindi non verranno descriti ulteriormente in maggiore detaglio.

Con riferimento alla Fig. 3 verrà ora discusso nel seguito il caso di un OXC (Optical Cross-Connect). In questo caso ci potranno essere quattro, o anche più di quattro, porte WDM o DWDM.

Potrebbero essere utilizzati gli stessi blocchi funzionali Xa e D come quelli descritti sopra per le due porte DWDM aggiuntive ma verranno indicate come X’a e D' per permettere una diversa dimensione di matrice e un diverso numero di lunghezze d'onda per porta DWDM (r lunghezze d’onda nella forma di realizzazione della Fig. 3).

Potrebbero anche essere previste architetture più complesse, poste in una sequenza a cascata, secondo gli stessi principi generali e le stesse regole, blocchi tipo Xa, Xb, Xc, X’b, X'a, per ottenere un OXC con cuore SDH o ATM o IP, sempre possibilmente con porte I/O integrate DWDM.

I vantaggi fomiti dalla presente invenzione saranno ora chiari alla luce della descrizione di cui sopra ed in particolare:

simultaneo supporto in modo ottimizzato da un punto di vista costi/dimensioni, il dispositivo ottico ed elettrico misto è più malleabile ed economico della versione elettrica;

riduzione delle necessarie conversioni Elettriche/Ottiche;

viene fornita protezione OMS/OTS;

protezione del Canale Ottico (sono disponibili in modo flessibile diversi schemi); drop & continue per interconnessione d'anello e, almeno parzialmente, broadcast; aumento del numero di porte I/O, anche attraverso incremento delle matrici principali ottiche trasparenti;

sostituisce i terminali WDM/in linea senza riprogettazione delle connessioni; e possibilità di ottenere reti ottiche (trasparenti) per aree metropolitane di dimensioni limitate attraverso I/O tipo 2R.

In aggiunta a quanto sopra, l’esecuzione della connessione di sub-network nel dominio elettrico permette di fornire protezione del canale ottico senza nessun vincolo e in accordo con la sopra menzionata Raccomandazione. G.872.

Il meccanismo di protezione utilizza le informazioni di supervisione delle connessioni associate all’OCH, trasportate elettricamente nell’OTN e monitorate attraverso informazioni di trail associate all'OCH, trasportate elettricamente nell’OTN e monitorate attraverso funzioni di monitoraggio non intrusivo nelle terminazioni di trail (Fig. 13). Inoltre, la protezione della sezione di trail viene implementata nel dominio ottico utilizzando una funzione di protezione della funzione ottica che deve essere introdotta, attraverso un substrato della protezione di trail, nello strato OMS. Un modello funzionale viene mostrato in Fig. 14. La matrice elettrica secondo la presente invenzione, può perciò essere utilizzata nei nodi ottici (OADM/OXC) e può operare nel dominio ottico secondo i principi indicati nelle attuali Raccomandazioni ITU-T.

La sopra proposta architettura OADM/OXC, essendo basata su un approccio di lunghezza d’onda, è aperta e completamente compatibile con un certo numero di diverse funzionalità per ciascuna lunghezza d’onda o per ciascun gruppo di lunghezze d'onda. In particolare è possibile usarla per alcuni gruppi di dispositivi con certe lunghezze d’onda con un costo ridotto e/o funzionalità e gestione ridotte come, per esempio, pass-through fisso, o ADM fisso e OADM parzialmente riconfigurabile.

È evidente che l’esperto del ramo prevederà alcune altre forme di realizzazione e varianti che sono tutte coperte dalle seguenti annesse rivendicazioni, il vero ambito dell’invenzione essendo delimitato solo da esse.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Elemento di rete (NE) ottico per telecomunicazioni comprendente terminali WDM o DWDM (D1-D4; D’1-D’4), mezzi di protezione di rete e mezzi che forniscono intercambio di lunghezze d'onda, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di protezione di rete includono almeno un blocco funzionale (Xa), e detti mezzi che forniscono ['intercambio di lunghezze d'onda comprendono almeno una matrice principale (Xb), l’almeno un blocco funzionale (Xa) e l’almeno una matrice (Xb) essendo fisicamente separai l'uno dall'altra.
2. 2. Elemento di rete (NE) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto almeno un blocco funzionale (Xa) fornisce inoltre almeno un parziale intercambio di lunghezze d’onda.
3. 3. Elemento di rete (NE) secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che comprende inoltre mezzi (Xc) che eseguono protezione dei tributari connessi a detti mezzi (Xb) attraverso porte I/O ottiche / elettriche (PZ).
4. 4. Elemento di rete (NE) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende inoltre ulteriori blocchi funzionali (X’a, D’) in modo da avere un OXC con diverse dimensioni di matrice e un diverso numero di lunghezze d'onda per ciascuna porta DWDM.
5. 5. Elemento di rete (NE) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato da) fatto che i terminali WDM o DWDM (D1-D4; D’1-D’4) comprendono anche blocchi funzionali (E) composti da una serie di commutatori ottici e che eseguono protezione a livello OMS, OTS od OTS/OMS, che sono posti a livello delle sezioni OTS/OMS, cioè in uno stadio intermedio di amplificatori ottici a più stadi per ottenere una protezione mista a livello OTS ed OMS.
6. 6. Elemento di rete (NE) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzato dal fatto che detto almeno un blocco funzionale (Xa) comprende sostanzialmente porte I/O Ottiche/Elettriche di lunghezze d’onda colorate (PWDM) collegate ad una matrice elettrica ad alta velocità crosspoìnt (M), preferibilmente protetta EPS 1+1, per eseguire protezione a livello del canale ottico.
7. 7. Elemento di rete (NE) secondo la rivendicazione 6 caratterizzato dal fatto che la matrice elettrica cross-point ad alta velocità (M) è collegata anche a porte I/O Ottiche/Elettriche (PZ), preferibilmente del tipo short reach, o ad altre interfacce, per fornire accesso alla matrice principale (Xb), dette porte I/O (PZ) coincidendo con interfacce di uscita dal sistema.
8. 8. Elemento di rete (NE) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 3-7, caratterizzato dal fatto che le porte I/O (PZ, PWDM) sono del tipo “3R” con terminazione SDH/SONET delle sezioni RS/MS e preferibilmente sincronizzazione SDH/SONET, del tipo “3R” con trama SDH/SONET in modo da permettere funzionalità RS/MS-ADM/DXC più avanzate, la sigla “3R” essendo per Regeneration, Resheping e Retiming.
9. 9. Elemento di rete (NE) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-8 caratterizzato dal fatto che detta almeno una matrice (Xb) è basata su tecnologia elettrica cross-point ad alta velocità o su tecnologia ottica al fine di supportare un più generale intercambio di lunghezze d’onda.
10. 10. Elemento di rete (NE) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-9 caratterizzato dal fatto che detti mezzi (Xc) che eseguono protezione dei tributari comprendono almeno un blocco funzionale tipo ADM ottico o un SDH/SONET/ADM, o un RS/MS-ADM/DXC, o un IP router o un commutatore ATM, ciascuno costituito sostanzialmente da f (o 2f) porte I/O Ottiche/Elettriche (PZ), preferibilmente del tipo short reach verso la matrice principale, una matrice (N) elettrica cross-point ad alta velocità e un certo numero (k) di porte di uscita.
11. 11. Rete ottica comprendente uno o più egli elementi di rete (NE) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-10