RU2779296C1 - Method for redundancy in an optical communication network with wavelength division multiplexing systems - Google Patents

Method for redundancy in an optical communication network with wavelength division multiplexing systems Download PDF

Info

Publication number
RU2779296C1
RU2779296C1 RU2021117095A RU2021117095A RU2779296C1 RU 2779296 C1 RU2779296 C1 RU 2779296C1 RU 2021117095 A RU2021117095 A RU 2021117095A RU 2021117095 A RU2021117095 A RU 2021117095A RU 2779296 C1 RU2779296 C1 RU 2779296C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optical
routes
nodes
network
communication network
Prior art date
Application number
RU2021117095A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Иван Иванович Горай
Дмитрий Анатольевич Журавлёв
Александр Сергеевич Соколов
Сергей Федорович Буцев
Алексей Владимирович Чистяков
Original Assignee
федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная орденов Жукова и Ленина Краснознаменная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная орденов Жукова и Ленина Краснознаменная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации filed Critical федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная орденов Жукова и Ленина Краснознаменная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации
Application granted granted Critical
Publication of RU2779296C1 publication Critical patent/RU2779296C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: communication.
SUBSTANCE: invention relates to communication equipment and can be used in optical communication networks (OCN). To realise the technical result, the structure of an optical communication network is pre-formed as to provide at least three independent routes between each pair of corresponding nodes, with a minimum total consumption of the length of the optical cable; the maximum permissible value of the level of received optical signal, whereat a permissible error coefficient is provided, is set; the level of optical signal is monitored in the optical fibres of the lines of the optical communication network; if the optical power in the optical fibres of the optical cable included in the main route is reduced or lost, an automatic switch to one of the two remaining routes is performed in the fibres of optical cables with a sufficient level of the power of optical signal.
EFFECT: increase in the reliability of OSS due to the use of two other routes with a simultaneous reduction in the level of optical signal.
1 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к оптическим системам, а именно к сетям связи, и может быть использовано в существующих и создаваемых оптических сетях связи (ОСС).The invention relates to optical systems, namely to communication networks, and can be used in existing and emerging optical communication networks (OSN).

Известен способ резервирования информационных потоков (Шмалько А. В. Цифровые сети связи: основы планирования и построения. - М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2001, с. 186-188), заключающийся в установке резервных оптических волокон на каждое основное оптическое волокно сети связи и передаче оптических сигналов только по основному волокну. В оптическом волокне измеряют уровень оптической мощности и при ее потере формируют управляющий сигнал, по команде которого передача сигнала осуществляется по резервному оптическому волокну.A known method of redundant information flows (Shmalko A. V. Digital communication networks: the basics of planning and construction. - M.: ECO-TRENDS, 2001, pp. 186-188), which consists in installing backup optical fibers on each main optical fiber of the communication network and transmission of optical signals only over the main fiber. In the optical fiber, the level of optical power is measured and, when it is lost, a control signal is generated, at the command of which the signal is transmitted through the backup optical fiber.

Недостатком указанного способа резервирования является высокая стоимость его реализации за счет необходимости полного дублирования сетевых элементов.The disadvantage of this method of redundancy is the high cost of its implementation due to the need for complete duplication of network elements.

Известен способ резервирования в ОСС с системами спектрального уплотнения (см. патент US №6046832 от 04.04.2000, МПК 7 Н04В 10/20), при котором из множества колец синхронной волоконно-оптической сети связи выделяют кольцо защиты с двумя и более узлами сети связи, содержащими терминалы спектрального уплотнения. При наличии терминалов спектрального уплотнения на каждом узле кольца защиты устанавливают резервный терминал спектрального уплотнения, оптический маршрутный коммутатор, оптический многопортовый коммутатор. Соединяют выходы основного и резервного терминалов спектрального уплотнения с входами оптического маршрутного коммутатора, выходы которого соединяют с оптическими волокнами, составляющими кольцо защиты. Входы оптического многопортового коммутатора соединяют с выходами мультиплексоров ввода-вывода синхронной волоконно-оптической сети связи. Кроме того, входы резервных терминалов спектрального уплотнения соединяют с выходами оптического многопортового коммутатора.A known method of redundancy in OSS with WDM systems (see US patent No. 6046832 dated 04/04/2000, IPC 7 H04V 10/20), in which a protection ring with two or more nodes of the communication network is isolated from a plurality of rings of a synchronous fiber-optic communication network , containing WDM terminals. In the presence of WDM terminals, each node of the protection ring installs a backup WDM terminal, an optical route switch, and an optical multiport switch. The outputs of the main and backup WDM terminals are connected to the inputs of the optical route switch, the outputs of which are connected to the optical fibers that make up the protection ring. The inputs of the optical multiport switch are connected to the outputs of the input-output multiplexers of the synchronous fiber-optic communication network. In addition, the inputs of the backup WDM terminals are connected to the outputs of the optical multiport switch.

В процессе работы сети связи в оптических волокнах измеряют уровень оптической мощности и при ее потере формируют управляющий сигнал, по команде которого включают резервные терминалы спектрального уплотнения. Входы резервных терминалов спектрального уплотнения, находящихся на одном узле, соединяют между собой через оптический многопортовый коммутатор. Затем вход оптического маршрутного коммутатора, на который поступает информационный трафик с выхода терминала спектрального уплотнения, коммутируют на резервное оптическое волокно кольца защиты, по которому данный информационный трафик передают на узел сети связи, на котором установлен терминал спектрального уплотнения.During the operation of the communication network in optical fibers, the level of optical power is measured and, if it is lost, a control signal is generated, at the command of which the backup WDM terminals are turned on. The inputs of the backup WDM terminals located at the same node are interconnected through an optical multiport switch. Then the input of the optical route switch, which receives information traffic from the output of the WDM terminal, is switched to the backup optical fiber of the protection ring, through which this information traffic is transmitted to the communication network node on which the WDM terminal is installed.

Данный способ резервирования позволяет защитить информационные потоки, передаваемые по линиям спектрального уплотнения, что в целом повышает надежность сети связи.This method of redundancy allows you to protect information flows transmitted over WDM lines, which generally increases the reliability of the communication network.

Недостатком данного способа является то, что на его реализацию требуются высокие материальные затраты. Это обусловлено необходимостью использования дополнительных функциональных устройств и резервных оптических волокон на каждом участке сети связи при реализации данного способа.The disadvantage of this method is that its implementation requires high material costs. This is due to the need to use additional functional devices and redundant optical fibers in each section of the communication network when implementing this method.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению (прототипом) является способ резервирования в синхронной волоконно-оптической сети связи с системами спектрального уплотнения (см. патент РФ №2307469, С1. кл. Н04В 10/00, опубл. 27.09.2007 г.). Известный способ заключается в том, что задают для каждого отрезка оптического кабеля bm, где m=1, 2, …, М, а М - общее число отрезков оптического кабеля, объединяющих узлы сети связи, вероятность безотказной работы рm и выделяют пары корреспондирующих узлов Zij, где i=1, 2,…, N, j=1, 2,…, N, i≠j и задают предельно допустимое значение ранга γдоп пути между ними, выделяют совокупности U1, U2, …, Uλ, …, UΛ отрезков оптического кабеля сети связи, где Λ - общее число совокупностей, выход из строя каждой из которых разрывает все пути между корреспондирующими узлами сети связи и суммарный показатель структурной надежности которых Рλдоп, где Рдоп - минимально допустимое значение суммарного показателя структурной надежности совокупности отрезков оптического кабеля, причем терминалы спектрального уплотнения и оптические маршрутные коммутаторы устанавливают на узлах, инцидентных отрезкам оптического кабеля сети связи, которые составляют выделенные совокупности, измеряют уровни мощности, проходящей в оптических волокнах, при потере оптической мощности в одном из оптических волокон отрезка оптического кабеля, входящего в одну из выделенных совокупностей Uλ отрезков оптического кабеля сети связи, сформированный управляющий сигнал передают на управляющие входы терминала спектрального уплотнения оптического маршрутного коммутатора и оптического многопортового коммутатора, и по принятым управляющим сигналам включают терминал спектрального уплотнения, коммутируют вход оптического маршрутного коммутатора, на который поступает информационный трафик с мультиплексора ввода-вывода, с выходом, соединенным с входом терминала спектрального уплотнения, выход которого подключен к входу оптического многопортового коммутатора, вход которого затем коммутируют на рабочее оптическое волокно, по которому данный информационный трафик передают на узел связи, на котором установлен терминал спектрального уплотнения.The closest in technical essence to the claimed invention (prototype) is a redundancy method in a synchronous fiber-optic communication network with spectral division multiplexing systems (see RF patent No. 2307469, C1. class H04V 10/00, publ. . The known method consists in setting for each segment of the optical cable b m , where m=1, 2, ..., M, and M is the total number of segments of the optical cable that unites the nodes of the communication network, the probability of failure-free operation p m and allocate pairs of corresponding nodes Z ij , where i=1, 2,…, N, j=1, 2,…, N, i≠j and set the maximum allowable value of the rank γ of additional paths between them, allocate sets U 1 , U 2 , …, U λ , …, U Λ segments of the optical cable of the communication network, where Λ is the total number of sets, the failure of each of which breaks all paths between the corresponding nodes of the communication network and the total indicator of structural reliability of which P λ <P add , where P add - the minimum allowable value of the total indicator of the structural reliability of a set of optical cable segments, moreover, the WDM terminals and optical route switches are installed at nodes incident to the segments of the optical cable of the communication network that make up the selected sets, measure the level and the power passing in the optical fibers, with the loss of optical power in one of the optical fibers of the optical cable segment included in one of the selected sets U λ of the optical cable segments of the communication network, the generated control signal is transmitted to the control inputs of the WDM terminal of the optical route switch and the optical multiport switch, and according to the received control signals, the WDM terminal is switched on, the input of the optical route switch, which receives information traffic from the I / O multiplexer, is switched with the output connected to the input of the WDM terminal, the output of which is connected to the input of the optical multiport switch, the input which is then switched to a working optical fiber, through which this information traffic is transmitted to the communication node on which the WDM terminal is installed.

Недостатком способа-прототипа являются высокие материальные затраты на построение сети связи при сохранении ее надежности. Это объясняется тем, что узлы в сети связи Zij являются взаимно корреспондирующими и в случае потере оптической мощности в одном или нескольких оптических волокон отрезков оптического кабеля, входящего или входящих в одну или несколько из выделенных совокупностей Uλ коммутация на другое рабочее волокно может быть затруднена в виду отсутствия подключения к оптическим маршрутным коммутаторам других оптических волокон отрезков оптического кабеля, входящих в независимые маршруты доставки трафика между узлами связи. Кроме того, в случае подключения к оптическим маршрутным коммутаторам других оптических волокон отрезков оптического кабеля коммутация на другое рабочее волокно может быть затруднена в виду передачи на установленных длинах волн трафика между другими корреспондирующими узлами в сети.The disadvantage of the prototype method is the high material costs for building a communication network while maintaining its reliability. This is due to the fact that the nodes in the communication network Z ij are mutually corresponding and in the event of a loss of optical power in one or more optical fibers of the optical cable segments included or included in one or more of the selected sets U λ , switching to another working fiber may be difficult in view of the lack of connection to optical route switches of other optical fibers of optical cable segments included in independent routes for delivering traffic between communication nodes. In addition, if other optical fibers are connected to optical route switches, optical cable segments can be difficult to switch to another working fiber due to the transmission of traffic at established wavelengths between other corresponding nodes in the network.

Техническим результатом при использовании заявленного способа резервирования в оптической сети связи с системами спектрального уплотнения, является сокращение материальных затрат на построение сети связи при сохранении ее надежности.The technical result of using the claimed redundancy method in an optical communication network with WDM systems is to reduce material costs for building a communication network while maintaining its reliability.

Технический результат достигается тем, что в известном способе резервирования связи между корреспондирующими узлами в оптической сети связи, содержащей N>4 узлов, объединенных волоконно-оптическими линиями со спектральным разделением каналов, заключающийся в том, что выделяют пары корреспондирующих узлов Zij, где i=1, 2, (,N, j=1, 2, …, N, i≠j, измеряют уровни мощности, приходящей в оптических волокнах, дополнительно предварительно формируют структуру оптической сети связи таким образом, чтобы между каждой парой корреспондирующих узлов Zij, было не менее трех независимых маршрутов при минимальном общем расходе длины оптического кабеля. Задают предельно допустимое значение уровня принимаемого оптического сигнала рсдоп, где рдоп - минимально допустимое значение уровня оптического сигнала, при котором обеспечивается допустимый коэффициент ошибок. Осуществляют мониторинг уровня оптического сигнала в оптических волокнах линий оптической сети связи. В случае снижения или потере оптической мощности в оптических волокнах оптического кабеля рсдоп, входящего в основной маршрут, осуществляют автоматическое переключение на один из двух оставшихся маршрутов, в волокнах оптических кабелей уровень мощности оптического сигнала которых обеспечивает выполнение условия Рсдоп.The technical result is achieved by the fact that in the known method of reserving communication between corresponding nodes in an optical communication network containing N> 4 nodes connected by fiber optic lines with spectral division of channels, which consists in the fact that pairs of corresponding nodes Z ij are selected, where i= 1, 2, (,N, j=1, 2, ..., N, i≠j, measure the power levels coming in optical fibers, additionally pre-form the structure of the optical communication network so that between each pair of corresponding nodes Z ij , there were at least three independent routes with a minimum total consumption of the length of the optical cable.Set the maximum allowable value of the level of the received optical signal p c >p add , where p add is the minimum allowable value of the optical signal level, at which the allowable error rate is provided.Monitor the level of the optical signal in the optical fibers of the lines of the optical communication network.In the event of a decrease or loss of op optical power in the optical fibers of the optical cable p c <p ext included in the main route, automatically switch to one of the two remaining routes, in the fibers of the optical cables the power level of the optical signal which ensures the condition P c >P ext .

Благодаря новой совокупности существенных признаков в способе реализована возможность автоматического переключения на один из двух оставшихся маршрутов доставки трафика между корреспондирующими узлами в оптической сети связи, построенной при минимальном общем расходе оптического кабеля в случае снижения или потере оптической мощности в оптических волокнах оптического кабеля, входящего в основной маршрут, чем и достигается сокращение материальных затрат на построение сети связи при сохранении ее надежности.Thanks to a new set of essential features, the method implements the possibility of automatically switching to one of the two remaining traffic delivery routes between the corresponding nodes in an optical communication network built with a minimum total consumption of the optical cable in the event of a decrease or loss of optical power in the optical fibers of the optical cable included in the main route, which achieves a reduction in material costs for building a communication network while maintaining its reliability.

Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показано: фиг.1 - типовые структуры ОСС: кольцевая и радиально-узловая; фиг.2 - структура ОСС, построенная объединением кольцевой, радиально-узловой структур и отдельного ребра ρ(i -k);The claimed method is illustrated by drawings, which show: figure 1 - typical structures of the OSS: annular and radial nodal; figure 2 - the structure of the OSS, built by the union of the annular, radial-nodal structures and a separate edge ρ(i -k);

фиг. 3 - кольцевая структура фрагмента ОСС без узлов i и k обеспечивает формирование одного независимого маршрута между каждой парой узлов; фиг. 4 - радиально-узловая структура фрагмента ОСС без узла j обеспечивает формирование двух независимых маршрутов между каждой парой узлов;fig. 3 - ring structure of the OSS fragment without nodes i and k ensures the formation of one independent route between each pair of nodes; fig. 4 - radial-nodal structure of the OSS fragment without node j provides the formation of two independent routes between each pair of nodes;

фиг. 5 - кольцевая структура фрагмента ОСС без ребра ρ(i - k) обеспечивает формирование двух маршрутов между узлом i и всеми остальными узлами i-j и j - k сформировано по одному маршруту π(i - j) и π(i-k);fig. 5 - the ring structure of the OSS fragment without the edge ρ(i - k) provides the formation of two routes between node i and all other nodes i-j and j - k formed along one route π(i - j) and π(i-k);

фиг. 6 - фрагмент ОСС обеспечивает формирование двух маршрутов между узлами i и j π1 (i - k- j) и π2 (i - (i -1) - j);fig. 6 - fragment of the OSS provides the formation of two routes between nodes i and j π 1 (i - k- j) and π 2 (i - (i -1) - j);

фиг. 7 - фрагмент ОСС обеспечивает формирование двух маршрутов между узлами j и k π1(j-i-k) и π2(j-(k+i)-k) и одного маршрута между узлами i и k ((i - j -k);fig. 7 - fragment of the OSS provides the formation of two routes between nodes j and k π 1 (jik) and π 2 (j-(k+i)-k) and one route between nodes i and k ((i - j -k);

фиг. 8 - структура ОСС, сформированная путем объединения фрагментов сети, представленных на фиг.3…фиг.7;fig. 8 - the structure of the OSS, formed by combining the fragments of the network presented in Fig.3 ... Fig.7;

фиг. 9 - пример структуры ОСС с указанием числа оптических длин волн, которое должно быть реализовано на каждом ее ребре и определенное через число узлов сети N=10;fig. 9 - an example of the structure of the OSS with an indication of the number of optical wavelengths that should be implemented on each of its edges and determined through the number of network nodes N=10;

фиг. 10 - набор фрагментов структуры результирующей ОСС поясняющий суть формирования числа оптических длин волн в каждом из составляющих.fig. 10 - a set of fragments of the structure of the resulting OSS explaining the essence of the formation of the number of optical wavelengths in each of the components.

При создании сетей связи различного назначения используют типовые структуры: кольцевую и радиально-узловую (фиг.1) [Гэри М., Джонсон Д. Вычислительные машины и труднорешаемые задачи: Пер. с англ. - М.: Мир, 1982. - 416 с., ил. Адельсон-Вельский Г. М., Диниц Е. А., Карзанов А. В. Потоковые алгоритмы. - М.: Наука, 1975]. Структура оптической сети связи с системами спектрального уплотнения и ее граф G(N, М), представляет собой объединение двух типовых структур кольцевой и радиально-узловой в единую сеть с добавлением отдельного ребра (фиг.2). Отдельное ребро всегда подключают между одними и теми же узлами k, i и входит в состав каждого из двух кольцевых подсетей (фиг.2). Данное ребро играет важную роль в формировании трех независимых маршрутов между любыми двумя узлами и позволяет независимую передачу оптических сигналов по каждому из маршрутов. Указанные три подсети строятся с использованием критерия минимального общего количества оптического кабеля необходимого для их построения

Figure 00000001
где М - общее число ребер сети. Расчет структуры сети начинается с составления матрицы расстояний |R|, в которой записывают измеренные расстояния между всеми узлами. Если между какими-либо узлами измерения и прокладку линии выполнить невозможно (имеются естественные или искусственные преграды), то длину такой линии в матрице расстояний принимают много больше самой длинной линии. Каждую из подсетей (кольцевая без ребра ρ(k-i) и радиально-узловая) рассчитывают с использованием отдельных оптимальных алгоритмов. Расчет кольцевой структуры выполняют с помощью алгоритма «Коммивояжер» [Гэри М., Джонсон Д. Вычислительные машины и труднорешаемые задачи: Пер. с англ. - М.: Мир, 1982. - 416 с., ил.]. Данный алгоритм относится к классу NP и позволяет выполнять расчет в рамках заданного критерия с определенной точностью, зависящей от его сложности. Радиально-узловую структуру рассчитывают с помощью алгоритма «минимальная медиана графа» [Кристофидиес Н. Теория графов. Алгоритмический подход. М.: Мир, 1978. Ху Т. Целочисленное программирование и потоки в сетях. - М.: Мир, 1974]. Он относится к классу полиномиальных алгоритмов и обеспечивает точный результат за приемлемое время работы компьютера.When creating communication networks for various purposes, typical structures are used: ring and radial-nodal (figure 1) [Gary M., Johnson D. Computers and difficult tasks: Per. from English. - M.: Mir, 1982. - 416 p., ill. Adelson-Velsky G. M., Dinits E. A., Karzanov A. V. Stream algorithms. - M.: Nauka, 1975]. The structure of an optical communication network with WDM systems and its graph G(N, M) is a combination of two typical structures, ring and radial-nodal, into a single network with the addition of a separate edge (figure 2). A separate edge is always connected between the same nodes k, i and is included in each of the two ring subnets (figure 2). This edge plays an important role in the formation of three independent routes between any two nodes and allows independent transmission of optical signals along each of the routes. These three subnets are built using the criterion of the minimum total amount of optical cable required for their construction
Figure 00000001
where M is the total number of network edges. The calculation of the network structure begins with the compilation of the distance matrix |R|, in which the measured distances between all nodes are recorded. If it is impossible to measure and lay a line between any nodes (there are natural or artificial barriers), then the length of such a line in the distance matrix is assumed to be much larger than the longest line. Each of the subnets (ring without an edge ρ(ki) and radial-nodal) is calculated using separate optimal algorithms. The calculation of the ring structure is performed using the "Traveling Salesman" algorithm [Gary M., Johnson D. Computers and difficult tasks: TRANS. from English. - M.: Mir, 1982. - 416 p., ill.]. This algorithm belongs to the NP class and allows you to perform a calculation within a given criterion with a certain accuracy depending on its complexity. The radial-nodal structure is calculated using the algorithm "the minimum median of the graph" [Christofides N. Theory of graphs. Algorithmic approach. M.: Mir, 1978. Hu T. Integer programming and flows in networks. - M.: Mir, 1974]. It belongs to the class of polynomial algorithms and provides an accurate result in an acceptable computer time.

Маршрутизацию в ОСС с системами спектрального уплотнения выполняют с помощью разделения сети на отдельные подсети с последующим решением задачи маршрутизации в каждой из них. В конце все подсети складывают, а маршруты суммируют на каждом ребре сети. Поскольку графы предлагаемых сетей (фиг.2) инвариантны (размерность сети разная, а структура одинаковая) то задача маршрутизации для каждой из них имеет однотипное решение, которое отличается только параметром сети N. Это позволяет для сети с произвольным значением N задачу маршрутизации не решать заново, а лишь ее видоизменить с учетом значения N заданного для данной сети. Деление ОСС с системами спектрального уплотнения происходит на две кольцевые части и радиально-узловую часть. Маршруты в каждой из подсетей находят с соблюдением следующего правила: каждый узел связывают со всеми остальными узлами независимыми маршрутами, т.е. в составе каждого маршрута не должно быть общих узлов). В конце фрагменты сети объединяют и определяют суммарное число маршрутов (S) проходящих через каждое ее ребро. Число S не может быть больше величины N(N - 1)/2, что определяют перечислительной задачей, когда каждый элемент множества связан со всеми другими его элементами. Однако с учетом наличия трех независимых маршрутов число S увеличивают в три раза. Первая кольцевая подсеть показана на фиг.3, в которой отсутствует узел у и в ее состав входит ребро ρ(i - k). На фиг.3 изображены два маршрут между узлами i и (k-1) (первый маршрут и второй маршрут). Аналогичным образом формируют два независимых маршрута между любой парой узлов сети. Их общее число определяют как (N-1)(N-2), а суммарное число маршрутов, проходящих на каждом ребре сети, будет вдвое меньше, т.е. (N-1)(N-2)/2. На фиг.4 изображена радиально- узловая подсеть, в которой отсутствуют узлы i и k. Она формирует по одному маршруту между всеми парами узлов ОСС. Маршруты формируют за счет общего узла j и двух отдельных ребер, а между центральным узлом j и всеми другими узлами с помощью одного ребра подключенного к этому узлу. Общее число маршрутов определяют как (N-2)(N-3)/2. Число маршрутов проходящих через каждое ребро подсети равно А - 3. На фиг.5 приведен фрагмент кольцевой части ОСС, в котором исключено ребро ρ(i-k). В этой части сети сформированы два маршрута между узлом j и всеми остальными узлами сети (пример, формирование двух маршрутов между узлами j и r). Число таких маршрутов равно (N-1)×2, а суммарное число маршрутов на каждом ребре в два раза меньше, т.е. (N - 1). Между узлами i, j и j, к формируют по одному маршруту вида π(i - j), π(j - k). По два других маршрута между этими узлами формируют в следующих двух фрагментах сети (фиг.6 и фиг.7) Фрагмент (фиг.6) обеспечивает формирование двух маршрутов между узлами i и j [π(i - k -j); ρ(i - (i - 1) -j)]. Фрагмент (фиг.7) обеспечивает формирование двух маршрутов между узлами j и k [π(j - i - k); π(j-(k+1) - k)] и одного маршрута между узлами i и k π[(i -j - k)], (два других маршрута между этими узлами были сформированы в подсети, фиг.3). Процесс формирования трех независимых маршрутов между всеми парами узлов исходной сети (фиг.3...фиг.7) заканчивают суммированием числа маршрутов всех подсетей на каждом ребре (фиг.8). Это позволяет решить задачу выбора параметров технологии DWDM, состава и числа оптического оборудования на каждом центре коммутации и на подключаемых к нему линиях связи. Независимые маршруты между каждыми двумя центрами коммутации позволяет передавать оптические сигналы без использования оптических преобразователей (трансформеров и трансфлюксоров). В способе резервирования в ОСС с системами спектрального уплотнения это достижимо между всеми парами сети без ограничения ее размерности с использованием лишь оптических мультиплексоров. Причем число оптических длин волн, передаваемых по трем независимым маршрутам можно увеличивать, если не ограничивать емкость оптических кабелей и возможности мультиплексоров. Принцип формирования маршрутов для структуры ОСС остается неизменным при любой ее размерности и разных величинах нагрузки.Routing in OSS with WDM systems is performed by dividing the network into separate subnets, followed by solving the routing problem in each of them. At the end, all subnets are added, and the routes are summed on each edge of the network. Since the graphs of the proposed networks (figure 2) are invariant (the network dimension is different, but the structure is the same), the routing problem for each of them has the same type of solution, which differs only in the network parameter N. This allows for a network with an arbitrary value of N, the routing problem is not solved again , but only modify it taking into account the value of N given for the given network. The division of the OSS with spectral multiplexing systems occurs into two annular parts and a radial-nodal part. Routes in each of the subnets are found in compliance with the following rule: each node is connected to all other nodes by independent routes, i.e. Each route must not contain common nodes). At the end, the network fragments are combined and the total number of routes (S) passing through each of its edges is determined. The number S cannot be greater than the value N(N - 1)/2, which is determined by the enumeration problem, when each element of the set is associated with all its other elements. However, taking into account the presence of three independent routes, the number S is tripled. The first ring subnetwork is shown in Fig.3, in which there is no node y and it includes the edge ρ(i - k). Figure 3 shows two routes between nodes i and (k-1) (the first route and the second route). Similarly, two independent routes are formed between any pair of network nodes. Their total number is defined as (N-1)(N-2), and the total number of routes passing on each edge of the network will be half as much, i.e. (N-1)(N-2)/2. Figure 4 shows a radial-nodal subnet, in which there are no nodes i and k. It forms one route between all pairs of OSS nodes. Routes are formed by a common node j and two separate edges, and between the central node j and all other nodes using one edge connected to this node. The total number of routes is defined as (N-2)(N-3)/2. The number of routes passing through each edge of the subnet is A - 3. Figure 5 shows a fragment of the annular part of the OSS, in which the edge ρ(i-k) is excluded. In this part of the network, two routes are formed between node j and all other nodes of the network (for example, the formation of two routes between nodes j and r). The number of such routes is equal to (N-1)×2, and the total number of routes on each edge is two times less, i.e. (N - 1). Between nodes i, j and j, to form one route of the form π(i - j), π(j - k). Two other routes between these nodes are formed in the next two fragments of the network (Fig.6 and Fig.7) Fragment (Fig.6) provides the formation of two routes between nodes i and j [π(i - k -j); ρ(i - (i - 1) -j)]. Fragment (Fig.7) provides the formation of two routes between nodes j and k [π(j - i - k); π(j-(k+1) - k)] and one route between nodes i and k π[(i -j - k)], (two other routes between these nodes were formed in the subnet, Fig.3). The process of forming three independent routes between all pairs of nodes of the original network (Fig.3...Fig.7) is completed by summing the number of routes of all subnets on each edge (Fig.8). This makes it possible to solve the problem of choosing the parameters of the DWDM technology, the composition and number of optical equipment at each switching center and on the communication lines connected to it. Independent routes between each two switching centers allow the transmission of optical signals without the use of optical converters (transformers and transformers). In the redundancy method in OSS with WDM systems, this is achievable between all pairs of the network without limiting its dimension using only optical multiplexers. Moreover, the number of optical wavelengths transmitted over three independent routes can be increased if the capacity of optical cables and the capabilities of multiplexers are not limited. The principle of forming routes for the OSS structure remains unchanged for any of its dimensions and different load values.

Задача распределение нагрузки в способе резервирования в ОСС с системами спектрального уплотнения определяют в зависимости от назначения сети, числа ее центров коммутации и других параметров. При распределении нагрузки составляют матрицу нагрузки |Z|h, в которой прописывают, какое число оптических длин волн и между какими узлами должно быть установлено (реализовано). Задача распределения нагрузки в теории алгоритмов относится к NP-кассу и может иметь лишь приближенное решение. При ее решении для получения приемлемого результата оно может повторяться несколько раз. В способе резервирования в ОСС с системами спектрального уплотнения, с учетом структуры сети и особенностей формирования маршрутов (фиг.3…фиг.7) величина нагрузки между любыми двумя центрами определяют лишь изменением величины потока между этими центрами по одному из трех независимых маршрутов. Отличительным свойством структуры сети является то, что не требуется каждый раз решать задачу маршрутизации и распределения нагрузки. Задача маршрутизации всегда имеет одно и то же решение, зависящее только от числа узлов сети N, а нагрузка распределяется по трем маршрутам не зависимо от ее величины и способов передачи.The task of load distribution in the redundancy method in OSS with WDM systems is determined depending on the purpose of the network, the number of its switching centers and other parameters. When distributing the load, the load matrix |Z| h , which prescribes how many optical wavelengths and between which nodes should be installed (implemented). The task of load distribution in the theory of algorithms refers to the NP cash register and can only have an approximate solution. When solving it, to obtain an acceptable result, it can be repeated several times. In the redundancy method in OSS with WDM systems, taking into account the network structure and route formation features (Fig.3...Fig.7), the load between any two centers is determined only by changing the flow between these centers along one of three independent routes. A distinctive feature of the network structure is that it is not required to solve the problem of routing and load distribution every time. The routing problem always has the same solution, depending only on the number of network nodes N, and the load is distributed over three routes, regardless of its size and transmission methods.

Расчет числа длин волн, образуемых на каждом ребре оптической сети обеспечивающих реализацию заданного трафика. При числе узлов в сети N число маршрутов равно А=[N ((N-1)/2]×3. Суммарное число маршрутов проходящих на каждом ребре сети разное и находят путем сложения подсетей и числа их маршрутов. На фиг.8 показан результат объединения подсетей (фиг.3…фиг.6) и суммарная величина маршрутов на каждом ребре предлагаемой сетиCalculation of the number of wavelengths formed on each edge of the optical network providing the implementation of a given traffic. With the number of nodes in the network N, the number of routes is A=[N ((N-1)/2]×3. The total number of routes passing on each edge of the network is different and is found by adding the subnets and the number of their routes. Figure 8 shows the result combining subnets (fig.3...fig.6) and the total value of routes on each edge of the proposed network

В кольцевой части реализуют два независимых маршрута и один в радиально-узловой. Различия в их формировании заключается в том, что в радиально-узловой части образуют один маршрут (передается одна длина волны), а в кольцевой из двух маршрутов (передают две длины волны). Длины волн всех маршрутов объединяют, что происходит в рамках одного волновода, одного кабеля или кабелей, проложенных на данном ребре сети. Требуемое число длин волн в радиальной части сети, необходимое для формирования матрицы нагрузки |z| при числе узлов N, определяют как D=N(N-1)/2. Соотношение меду требуемым числом волн, числом волокон и выбранной технологией (числом длин волн реализуемых в каждом волокне) следующее D≤L×S, где L - число волокон в оптическом кабеле (кабелях), S - число длин волн реализуемых в каждом оптическом волноводе. В радиально-узловой части сети между любыми двумя узлами проложены отдельные две линии, соединяемые в узле у, которые и обеспечивают формирование третьей длины волны (в качестве примера принято, что между любыми двумя узлами сети реализуется три длины оптического сигнала). Кроме того, увеличивая число длин волн в каждом оптическом волокне этой части сети достигается существенное повышение ее надежности и пропускной способности направлений связи.In the annular part, two independent routes are implemented and one in the radial-nodal one. The differences in their formation lies in the fact that in the radial nodal part they form one route (one wavelength is transmitted), and in the annular part of two routes (two wavelengths are transmitted). The wavelengths of all routes combine what happens within one waveguide, one cable or cables laid on a given edge of the network. The required number of wavelengths in the radial part of the network required to form the load matrix |z| when the number of nodes N, is defined as D=N(N-1)/2. The ratio between the required number of waves, the number of fibers and the selected technology (the number of wavelengths implemented in each fiber) is D≤L×S, where L is the number of fibers in the optical cable(s), S is the number of wavelengths implemented in each optical waveguide. In the radial-nodal part of the network, two separate lines are laid between any two nodes, connected at the node y, which provide the formation of the third wavelength (as an example, it is assumed that between any two network nodes three optical signal lengths are realized). In addition, by increasing the number of wavelengths in each optical fiber of this part of the network, a significant increase in its reliability and throughput of communication directions is achieved.

Пример расчета параметров ОСС с технологией DWDM при исходных данных: число узлов (центров коммутации) сети N=10; нагрузка в сети - между каждой парой узлов должно быть передано три длины волны оптического сигнала; сигналы по одной длине волны передаются по трем независимым маршрутам.An example of calculating the parameters of the OSS with DWDM technology with the initial data: the number of nodes (switching centers) of the network N=10; network load - three wavelengths of an optical signal must be transmitted between each pair of nodes; Signals of the same wavelength are transmitted over three independent paths.

Требуется определить: маршруты между каждой парой коммутационных центров; распределение потребного числа оптических сигналов (длин волн) проходящих по данным маршрутам; требуемые суммарные емкости сигналов на каждом ребре сети; число оптических волноводов, входящих в состав кабеля, а также разновидность технологии DWDM позволяющей обеспечить требуемое число длин волн на каждом участке сети. Определение маршрутов в сети может быть выполнено с помощью алгоритмов маршрутизации. Однако поскольку граф предлагаемой сети инвариантный и решение маршрутизации найдено (фиг.8), то имеет смысл привести граф сети (фиг.9) с указанием суммарных величин длин волн на каждом ребре сети. Анализ распределения длин волн по ребрам показывает, что оно не равномерное и существенно различается по своей величине (7-минимальное, 46- максимальное). Выбор емкости оптического кабеля (числа его волокон), а также особенностей технологии DWDM определяют с использованием соотношения D≤L (S. Оно показывает, что кабель может содержать лишь один оптический волновод (L) и этого достаточно для построения сети (технология DWDM допускает формирование (S>46)). Возможен вариант, когда L=5, a S>10. Тогда на разных участках сети будет проложен кабель с разным числом волокон. Кроме того, для построения ОСС потребуется иметь по три оптических мультиплексора на каждом центре коммутации (определяется числом направлений связи). При этом в узле 1 число направлений связи равно 9, что потребует в данном центре иметь такое же число оптических мультиплексоров. Таблица маршрутизации в виде набора составных подсетей приведена на фиг.10.It is required to define: routes between each pair of switching centers; distribution of the required number of optical signals (wavelengths) passing along these routes; required total signal capacities on each edge of the network; the number of optical waveguides that make up the cable, as well as a type of DWDM technology that allows you to provide the required number of wavelengths in each section of the network. Determining routes in a network can be done using routing algorithms. However, since the graph of the proposed network is invariant and the routing solution is found (Fig.8), it makes sense to bring the network graph (Fig.9) indicating the total wavelengths on each edge of the network. An analysis of the distribution of wavelengths along the edges shows that it is not uniform and differs significantly in its value (7 is the minimum, 46 is the maximum). The choice of the capacity of the optical cable (the number of its fibers), as well as the features of the DWDM technology, is determined using the ratio D≤L (S. It shows that the cable can contain only one optical waveguide (L) and this is enough to build a network (DWDM technology allows the formation (S>46)) It is possible when L=5, and S>10. Then a cable with a different number of fibers will be laid in different sections of the network. In addition, to build an OSS, you will need to have three optical multiplexers at each switching center ( The number of communication directions in node 1 is 9, which will require the center to have the same number of optical multiplexers.

Мониторинг уровня оптического сигнала в оптических волокнах линий ОСС и оценка качества связи может осуществляться различными способами, например, как описано в «Способе мониторинга канала связи и передающее устройство» (см. патент РФ №2460223, С1. кл. H04L 12/56, опубл. 27.08.2012 г. ), при этом каждый раз при выборе нового канала измерения первое передающее устройство и второе передающее устройство последовательно передают множество тестовых сигналов с разной длиной оптической волны в новый канал измерения.Monitoring the level of the optical signal in the optical fibers of the OSS lines and assessing the quality of communication can be carried out in various ways, for example, as described in the "Method for monitoring a communication channel and a transmitting device" (see RF patent No. 2460223, C1. class H04L 12/56, publ. . 27.08.2012), and each time a new measurement channel is selected, the first transmitter and the second transmitter sequentially transmit a plurality of test signals with different optical wavelengths to a new measurement channel.

Использование предлагаемого способа обеспечивает формирование не менее трех независимых маршрутов между всеми узлами связи, что существенно повышает надежность ОСС при сокращении материальных затрат на ее построение за счет использования двух других маршрутах если в первом по каким-либо причинам снизился уровень оптического сигнала или пропал вовсе.The use of the proposed method ensures the formation of at least three independent routes between all communication nodes, which significantly increases the reliability of the OSS while reducing the material costs of its construction by using two other routes if the first one for some reason has reduced the level of the optical signal or disappeared altogether.

Claims (1)

Способ резервирования связи между корреспондирующими узлами в оптической сети связи, содержащей N≥4 узлов, объединенных волоконно-оптическими линиями со спектральным разделением каналов, заключающийся в том, что выделяют пары корреспондирующих узлов Zij, где i=1, 2,…, N, j=1, 2,…, N, i≠j, измеряют уровни мощности, приходящей в оптических волокнах, отличающийся тем, что предварительно формируют структуру оптической сети связи таким образом, чтобы между каждой парой корреспондирующих узлов Zij было не менее трех независимых маршрутов при минимальном общем расходе длины оптического кабеля, задают предельно допустимое значение уровня принимаемого оптического сигнала pc>pдоп, где рдоп - минимально допустимое значение уровня оптического сигнала, при котором обеспечивается допустимый коэффициент ошибок, осуществляют мониторинг уровня оптического сигнала в оптических волокнах линий оптической сети связи, в случае снижения или потери оптической мощности в оптических волокнах оптического кабеля рсдоп, входящего в основной маршрут, осуществляют автоматическое переключение на один из двух оставшихся маршрутов, в волокнах оптических кабелей, уровень мощности оптического сигнала которых обеспечивает выполнение условия рс>pдоп.A method for reserving communication between corresponding nodes in an optical communication network containing N≥4 nodes connected by fiber-optic lines with spectral division of channels, which consists in the fact that pairs of corresponding nodes Z ij are selected, where i=1, 2, ..., N, j=1, 2,…, N, i≠j, measure the power levels coming in the optical fibers, characterized in that the structure of the optical communication network is preliminarily formed in such a way that there are at least three independent routes between each pair of corresponding nodes Z ij at the minimum total consumption of the length of the optical cable, set the maximum allowable value of the level of the received optical signal p c >p add , where p add is the minimum allowable value of the optical signal level at which the allowable error rate is ensured, monitor the level of the optical signal in the optical fibers of the optical lines communication networks, in the event of a decrease or loss of optical power in the optical fibers of the optical cable p with <p ext included in the main route, carry out automatic switching to one of the two remaining routes, in the fibers of optical cables, the power level of the optical signal which ensures the condition p with >p ext .
RU2021117095A 2021-06-10 Method for redundancy in an optical communication network with wavelength division multiplexing systems RU2779296C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2779296C1 true RU2779296C1 (en) 2022-09-05

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2812146C1 (en) * 2023-04-20 2024-01-23 федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная орденов Жукова и Ленина Краснознаменная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Method for reservation in fiber optic communication network with spectral division of channels

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5576875A (en) * 1994-04-13 1996-11-19 France Telecom Telecommunications network organized in reconfigurable wavelength-division-multiplexed optical loops
RU2146418C1 (en) * 1993-12-06 2000-03-10 Моторола, Инк. Method for limiting access of userts devices to communication system and the latter to users; communication center operation in system; method for controlling access of userтs devices to communication system; communication system and its access limiting device
US6046832A (en) * 1997-12-04 2000-04-04 Fishman; Ilya M. System and method for protection of WDM/SONET networks
RU2307469C1 (en) * 2005-12-19 2007-09-27 Военная академия связи Reserving method for synchronous fiber-optic communication network with spectral packing systems
RU2310278C1 (en) * 2006-01-27 2007-11-10 Александр Геннадьевич Попов Passive fiber-optic network
WO2008091823A2 (en) * 2007-01-22 2008-07-31 Qualcomm Incorporated Multi-link support for network based mobility management systems

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2146418C1 (en) * 1993-12-06 2000-03-10 Моторола, Инк. Method for limiting access of userts devices to communication system and the latter to users; communication center operation in system; method for controlling access of userтs devices to communication system; communication system and its access limiting device
US5576875A (en) * 1994-04-13 1996-11-19 France Telecom Telecommunications network organized in reconfigurable wavelength-division-multiplexed optical loops
US6046832A (en) * 1997-12-04 2000-04-04 Fishman; Ilya M. System and method for protection of WDM/SONET networks
RU2307469C1 (en) * 2005-12-19 2007-09-27 Военная академия связи Reserving method for synchronous fiber-optic communication network with spectral packing systems
RU2310278C1 (en) * 2006-01-27 2007-11-10 Александр Геннадьевич Попов Passive fiber-optic network
WO2008091823A2 (en) * 2007-01-22 2008-07-31 Qualcomm Incorporated Multi-link support for network based mobility management systems

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2812146C1 (en) * 2023-04-20 2024-01-23 федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная орденов Жукова и Ленина Краснознаменная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Method for reservation in fiber optic communication network with spectral division of channels

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10439709B1 (en) Handling channel holder failures in channel holder equipped optical links
US20190158940A1 (en) Procedures, apparatuses, systems, and computer programs for providing optical network channel protection
CN1998172A (en) Wavelength selection
KR20120057644A (en) Route search and wavelength allocation method in optical network and device thereof
US20030018812A1 (en) Method and apparatus for provisioning working paths in shared protection mesh network
US20050074236A1 (en) Optical network monitoring system
US11115318B2 (en) Optical network control devices and optical path setting method
JP5994589B2 (en) Optical transmission system and node device
CN111385052B (en) Optical switching device, system and power calculation method
JP3795079B2 (en) Optical node of optical bus network
Yousefi et al. Novel crosstalk, fragmentation-aware algorithms in space division multiplexed-Elastic Optical Networks (SDM-EON) with considering physical layer security
RU2779296C1 (en) Method for redundancy in an optical communication network with wavelength division multiplexing systems
CN110780388A (en) Wavelength switching device and system
US4775210A (en) Voice and data distribution system with fiber optic multinode star network
US9609401B2 (en) Optical switch, optical transmission device, and optical switching method
Janz et al. Digital twin for the optical network: Key technologies and enabled automation applications
US11700165B2 (en) Device and method for controlling network
US20150071635A1 (en) Apparatus and method for effective design of a communication network enabling large-capacity transmission
US20220149968A1 (en) Optical branch insertion device and optical transmission system using optical branch insertion device
RU2812146C1 (en) Method for reservation in fiber optic communication network with spectral division of channels
US6937821B1 (en) Optical power transient monitor
Ab-Rahman et al. Development of optical multifunctional switch
RU2794918C1 (en) Method for dynamic reconfiguration of fiber-optical communication network with spectral complexing systems
WO2019220613A1 (en) Management device, communication system, control method and control program
US20220014301A1 (en) Optical communication node