SE518205C2 - Metod och anordning för mätning av optisk signalkvalitet hos WDM-kanaler - Google Patents

Description

20 25 30 35 518 205 2 också i någon mån bunden till den linjekod som används vid den optiska signaleringen och tillåter inte heller en blandning av olika bithastigheter i samma våglängdskanal, vilket kan tänkas i ett klienttransparent nät.

Det är därför ett syfte med föreliggande uppfinning att tillhandahålla en altemativ metod, som beror minimalt av klientskikt (SDH, ATM, IP) och linjekod (NRZ, RZ) samt klarar att mäta det sammanlagda felet från olika slags förvrängningar av den optiska signalen (brus, dispersion, FWM etc.) och även kan lokalisera läget för källorna till förvrängningarna.

Förkortningar Teknikområdet innefattar en del termer och förkortningar. För ökad tydlighet anges här några begrepp och deras innebörd i detta dokument.

Våglängdsmultiplexering avser här WDM, Wavelength Division Multiplexing.

QOS, quality of signal, signalkvalitet, avser här de sammanlagda förvrängningarna av den signal som passerat genom ett antal heloptiska nätelement. Med SDA avses Synchronous Digital Hierarchy, den europeiska motsvarigheten till SONET. Med SON ET avses Synchronous Optical Network.

Sammanfattning av uppfinningen Uppfinningen avser metod och anordning för att i våglängdsmultiplexerade kanaler mäta optisk signalkvalitet, även under trafikering av kanalen och innefattande även uppmätning av svag eller begynnande signaldegeneration.

Metoden kan utnyttjas för att övervaka signalkvalitet (QoS) i den optiska domänen hos bland annat WDM-nät och länkar. Metoden innefattar följande steg - transmission av en testsignal genom den kanal vars optiska signalkvalitet skall mätas - generering av en referenssignal - mottagning av transmitterad testsignal samt bringande av densamma tillsammans med nämnd referenssignal till väsentligen samma plats - omvandling av testsignal och referenssignal - jämförelse mellan testsignal och referenssignal - reglering av signaleffekterna för test- och referenssignalerna till identiska nivåer - generering av en signaldifferens genom subtraktion av de reglerade test- och referenssignalerna Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer I det följande beskrivs en metod och en arkitektur för att i en optisk kanal övervaka dess QoS, dvs de sammanlagda förvrängningarna av den signal som passerat genom ett antal heloptiska nätelement. Uppmätningen av QoS görs genom 10 15 20 25 30 35 518 205 3 att en transmitterad signal jämförs med en referenssignal, i första hand skapad av en och samma ljuskälla, en laser (den ordinarie signalkällan eller en laser med avstämbar våglängd för att kunna täcka väsentligen alla kanaler hos det system som skall övervakas). Vid nämnda jämförelse regleras signaleffekterna till identiska nivåer och en subtraktion görs. Den minsta differensen utgör ett mått på QoS.

Eventuella avvikelser från normal effektnivå kan också utgöra mått på kanalens QoS.

Grundläggande egenskaper (1) Metoden grundar sig på en amplitudmodulerad signal med hög reproducerbarhet. Signalen (eller en del därav) förutsätts kunna identifieras och samtidigt jämföras med en ursprungligen identisk signal (eller del av signal), som transmitterats genom en optisk kanal vars signalpåverkan önskas studerad. En enkel signalsekvens kan vara en serie av hög-låg-hög-låg-. . .nivå, vilket förenklar synkronisering av signalerna. (2) Den transmitterade signalen respektive referenssignalen, bringas till sina respektive elektriska former via optoelektrisk omvandling före detektion i en detektor för varje signal. Vidare jämförs deras envelopper genom att den elektriska signalen från respektive detektor ansluts till var sin port på en differensförstärkare, vilken subtraherar de bägge signalerna från varandra. (Om en optisk subtraktion skall företas krävs, att reproducerbarheten inte endast avser signalenveloppen utan att även den optiska vågens fas kan hållas under kontroll). (3) Matchning av signalernas amplitud sker genom reglering av effekten, i första hand hos den elektriska referenssignalen. (4) Synkronisering av identifierade pulståg görs i första hand elektriskt. Vid ytterligare behov av tidsjustering kan den optiska referenssignalen genomlöpa en fördröjning (en lämplig längd fiber, vilken dock kan distordera signalen). Om klienten tillåter att långa tidsluckor hålls öppna kan synkroniseringen förenklas.

Tiden beror bl a av det optiska spårets omfattning, se punkt 6.2. (5) För att returnera signalen till platsen för mätningen finns en mängd altemativa utföringsfonner av uppfinningen, se nedan. (5.1) Hos ett nätelement av routertyp kan dess forwarding-funktionalitet tillämpas vilken realiserar en så kallat fast path, på så sätt att ur ett skickat IP-paket löses ett fåtal uppgifter såsom destination, nätmask och TTL, vilka styr nämnda paket till en bestämd port för retur till referenskällan genom lämplig fysisk kanal.

Genom förfarandet kan paketets fördröjning minimeras och en ”återstuds” erhållas inom mycket kort tid, något tiotal nanosekunder beroende av routerkonfiguration.

Så kallade ICMP-paketformat kan användas för att garantera att paketet ej går förlorat. 10 15 20 25 30 35 518 205 4 (5. l .1) Eftersom signalen ej tillåts genomgå optoelektrisk omvandling, kan signalen efter identifiering i routem få styra en optisk switch mellan inkommande port och utgående port till returkanalen. Paketets header går förlorad, men dess payload innehåller den för jämförelse med referenssignalen viktiga sekvensen (1).

Routern kan sedan hålla kvar paket i kö på utgående buffert så länge övervakningssignalen behöver returkanalen. (5.2) I synkrona nät av SDH-typ kan systemklockan få styra tillåtna tidsluckor för signalretur, vilka öppnas genom att under ett kort ögonblick sluta en optisk switch, för att returnera signalen i lämplig fysisk kanal. (6) För att kunna lokalisera degradation utmed godtyckliga delar av det optiska spåret krävs att signalen behandlas enligt något av följande altemativ. (6.1) Signalen returneras i valbara punkter motsvarande nämnda godtyckliga delar av det optiska spåret. (6.2) Signalen kan sändas från respektive avsnitt utmed det optiska spåret och returneras i endast en punkt.

I båda fallen kan jämförelsen mellan signalerna göras på ett och samma ställe i nätet.

Ett optiskt spår med den fysiska längden 600 km tur och retur orsakar en fördröjning av signalen med 2,8 millisekunder. Om spåret skall övervakas i sin helhet krävs att referenskällan först sänder ett paket med testsignalen, därefter ännu en testsignal för jämförelse när retursignalen anländer. Genom att laborera med tidsluckomas varaktighet och förekomst kan man finna betingelser där testsignalerna ej stör trafiken. Hänsyn kan behöva tas till trafiktyp, paketlängd och fördröjningar orsakade av länkavstånd mellan nätelement respektive placering av optiska switchpunkter. Som exempel gäller för IP-trafik med paketlängden 1500 bitar och bithastigheten 10 Gbps att ett ensamt paket rymmer en testsignal med tidsluckan 150 nanosekunder. När längre tider än så behövs för den optiska switchningen av kanalerna kan antalet paket ökas, upp till begränsningar som ges av fördröjningskänsliga tjänster (några tiotals millisekunder). Är kanalen ej trafiksatt kan mätningen i stället pågå kontinuerligt. (7) Identifiering av signalpulsen enligt uppfinningen kan möjliggöras på olika sätt. I en utföringsform läggs tidpunkt och mätsignal i samma optiska paket (IP-paket i förekommande fall). En detektor D., för transmitterad signal identifierar paketet och sänder en synksignal att subtraktion med referenssignalen skall påbörjas i subtraktionsenhet E. Paketen kan läggas i fördefinierade tidsluckor hos sändande nätelement.

Om det retumerade paketet ej finner en tillåten tidslucka stör det trafiken och går förlorat. Detta problem kan uppstå med variabelt antal genomlöpta nätelement.

Problemet med att undvika kollision med returtrafiken vid olika placeringar av en 10 15 20 25 30 35 518 205 5 switch B kan lösas enligt (5. 1.1) med lämplig management, förutsatt att länklängder och fördröjningar är kända.

Principer Fig. 1 visar principen för att mäta QoS hos retumerad signal i en optisk kanal hos den dubbelriktade förbindelsen A-B-C. Testsignalen påförs vid kopplaren A, genomlöper ett antal nätelement, NE, och genom temporär inkoppling av en switch, B, i lämplig tidslucka returneras signalen till kopplaren C där en ny signal från kopplaren A möter för elektrisk detektion i detektorenheterna Ds respektive Dd.

Efter nivåutjämning i en justeringsenhet VA med variabel justering och subtraktion av signalema i subtraktionsenheten E registreras på utgången, Out, den resulterande skillnad vilken är grundläggande för kanalens QoS. Genom att förlägga signallasrar S, i flera nätelement NE, kan degradationer lokaliseras inom kanalen.

I justeringsenheten VA utförs justering av variablerna amplitud och tid (jitterkorrektion) så att signalernas differens i förgreningsenheten G minimeras genom att signalen återkopplas från nämnda förgreningsenhet G till justeringsenheten VA. I en föredragen utföringsform innefattar justeringsenheten VA en dämpsats med variabel signalfördröjning. Nämnda fördröjning styrs så att pulsflankerna synkroniseras i subtraktionsenheten E.

I en altemativ utföringsform sker tidsjusteringen genom att en signal från förgreningsenheten G får styra signalen i signallasern S.

Utenheten Out innefattar medel för resultatlagring av QoS mätvärden för jämförelse mot referensvärlden och signalering till nätets managementsystem.

Ovanstående princip fungerar på både ett enkanalsystem, vid vilket inget behov av utfiltrering av en speciell våglängd föreligger, samt på WDM-system då ett dylikt behov tillgodoses genom att en specifik våglängd som utgör en ”optisk kanal” skiljes ut via optisk filtrering. I en utföringsform utgörs kopplama A och C av 1:2-kopplare/splitter med företrädesvis asymmetrisk kopplingsgrad (10/90) i fallet enkanalsystem. I fallet gles WDM, CWDM utgörs nämnda kopplare företrädesvis av våglängdsselektiva kopplare. I fallet förtätad WDM, DWDM krävs noggrannare filtrering.

I figur 2 är utritat filtreringselementet F 1 i den optiska signalvägen från kopplaren A till detektorn Ds respektive filtreringselementet F2 i den optiska signalvägen från kopplaren C till Detektom Dd.

Altemativa utföringsformer innefattar att utfiltrera kanalen med testsignal på multiplexerad sektion med antingen linjära OADM (Optical Add/Drop Multiplexer) eller med AWG (Arrayed Waveguide Grating). Men filtrering kan också åstadkommas genom att lägga ett passbandfilter vid detektom av typen braggitter eller avstämbara akustooptiska filter. 518 205 6 I ytterligare alternativa utföringsformer utförs nämnda filtrering genom att anordna ett partiellt reflekterande (ca 10% för att ej störa trafiken) braggitter med cirkulator vid kopplaren A och vid kopplaren C, alternativt genom att anordna kopplaren A i en punkt före multiplexerad sektion i ett DE/MUX försett nätelement NE. 5 I en utföringsforrn åstadkommes in- resp urkoppling av switchen B via hårdvara i tex en router eller korskopplare vilken styrs mjukvarumässigt på grundval av signalens innehåll. Alternativt kan i den optiska kanalen en av de häri TDM- multiplexerade (Time Division Multiplexing) kanalerna avdelas att väsentligen användas för teständamål, och nämnda switch B är försedd med hårdvarustöd för 10 synkroniserad in- och urkoppling av testkanalen.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 35 1. 5 1 8 2 Û 5 7 PATENTKRAV En metod för mätning av optisk signalkvalitet i våglängdsmultiplexerade kommunikationskanaler, kännetecknad av följande steg: transmission av en testsignal genom den kanal vars optiska signalkvalitet skall mätas generering av en referenssignal avtappning av transmitterad testsignal samt bringande av densamma tillsammans med nämnd referenssignal till väsentligen samma plats omvandling av testsignal och referenssignal detektering av jämförbara signalavsnitt i respektive signaler synkronisering av signalerna jämförelse mellan testsignal och referenssignal anpassning av signaleffektema för test- och referenssignalema generering av en signaldifferens genom subtraktion av de anpassade test- och referenssignalerna avgivande av ett utvärde representativt för kanalens påverkan på signalkvaliteten En metod enligt krav 1, kännetecknad av att mätningen utförs under pågående trafik i nämnda kanaler. En metod enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av att genereringen av en referenssignal innefattar att nämnda referenssignal är bildad av laserljus av en avstämbar våglängd En metod enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av att nämnda omvandling av testsignal och referenssignal utgörs av en optoelektrisk omvandling En metod enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av att nämnda anpassning innefattar att si gnaleffekterna för test- och referenssignalerna bringas till identiska nivåer En metod enligt krav 5, kännetecknad av att signaldifferensen återkopplas för styrning av nämnda signaleffekter, att testsignalen synkroniseras med transmitterad signal i samband med att signaldifferensen bestäms. En metod enligt krav 1 eller 2, där identifiering av en signalpuls sker genom att förlägga tidpunkt och mätsignal i samma optiska paket (IP-paket i 10 15 20 25 30 35 518 205 s förekommande fall), samt att en detektor (Dd) för transmitterad signal identifierar paketet och sänder en synksignal till en subtraktionsenhet (E)att subtraktion med referenssignalen skall påbörjas. 8. En metod enligt krav l eller 2, där nämnda optiska paket förlagts i fördefinierade tidsluckor hos sändande nätelement. 9. En anordning för mätning av optisk signalkvalitet i våglängdsmultiplexerade kommunikationskanaler, kännetecknad av en första kopplare (A) och en andra kopplare (C) på olika platser längs en optisk kommunikationskanal och lokaliserade på väsentligen samma fysiska plats avsedda att avtappa en referenssignal, dels väsentligen oförvrängd, dels påverkad av sin transmission i nämnda kanal=testsignal, samt en första detektorenhet (Ds) och en andra detektorenhet (Dd) innefattande var sin respektive optoelektrisk omvandlare avsedd för omvandling av respektive avtappade signaler, varvid nämnda detektorenheter vidare innefattar på nämnda omvandlare följande en första detektor och en andra detektor avsedda att synkronisera signalema, samt en effektregulator avsedd att anpassa signaleffekten för den otransmitterade signalen så att nämnda signaleffekt stämmer överens med den transmitterade signaleffekten, vidare en subtraktionsenhet som subtraherar den otransmitterade signalen från den transmitterade, samt en utenhet visande ett utvärde. 10. En anordning enligt krav 9, kännetecknad av att nämnda första optiska avtappningsenhet befinner sig på en första fiber för kommunikation i en riktning och att nämnda andra optiska avtappningsenhet befinner sig på en andra fiber för kommunikation i motsatt riktning. l1.En anordning enligt krav 10, kännetecknad av att transmission av signalen från den första fibem till den andra sker via en router. 12. En anordning enligt krav 10, kännetecknad av att transmission av signalen från den första fibem till den andra sker via en optisk switch (B) som styres via en router. 13. En anordning enligt krav 9, kännetecknad av en återkopplingslänk avsedd att reglera in nämnda effektregulator till det värde som ger minsta signalskillnaden. 14. En anordning enligt krav 9, kännetecknad av att första detektorn är en jitterkompensator alternativt jitterutsläckare.