SE524863C2 - Optiskt CWDM-system - Google Patents

Description

524 863 ans-za ="=-::- -"=":= . a...

Fibern är ett tunt material i citykärnornas nätverk och två tekniker eller snarare system för att överföra information från en nod till en annan används. Ett system är en ringstruktur som innehåller elektriska tidsmultiplexuppdelad (Time-Division-Multiplexing, TDM) adderings-/ avtappningsmultiplexrar och det andra systemet är DWDM-ringar med en ”hub”-försedd adderings- / avtappningsstruktur.

I en TDM adderings-/avtappningsmultiplexringstruktur delar alla noder i accessringen kapaciteten som är tillgängliggjord av masternoden. Den maximala kapaciteten definieras av nodernas linjegränssnitt och alla noder måste ha samma linjegränssnítt. A11 trafik som år transporterad på ringen avslutas i varje nod. Därvid kommunicerar varje nod med dess direkta granne. Den logiska och fysiska trafikstrukturen är en ring. Beroende på ringstrukturen är det möjligt att skydda systemet i transportprotokollet genom att utnyttja en tvåfiberrings infrastruktur. Denna typ av struktur är implementerad i SDH/ SONET, DTM, DPT och RPR-standarder.

I en DWDM adderings-/ avtappningsmultiplexringstruktur är varje accessnod ansluten via sin egen våglängd till masternoden i ringen. Således är trafikmönstret en stjärna med masternoden som ett nav. DWDM-system används som transportsystem men denna stjärntopologi passar mestadels med en Ethernet stjärnstruktur. Om antalet noder ökas i ringen måste en förstärkare användas för att kompensera för förlusterna i de optiska adderings- / avtappningsñltren.

Från den europeiska patentansökningen EP 1 063 803 A1 är ett CWDM optiskt ringnätverk tidigare känt. Ett dubbelrings, dubbelriktat optiskt iiberöverföringssystem sammankopplar en serie adderings-/avtappningsnoder med en hub (nav), så att multipla, brett isärhållna CWDM-kanaler anordnas på varje ring. I varje nod inkluderar en optisk adderings-/avtappningsmodul (OADM) bredbandsfilter, såsom dielektriska tunnfilmsfilter, Dessa filter är anordnade att (a) extrahera, för en mottagares ändamål, eller (b) införa, för en 524 ses a » . . - I . . a I u u n ~~ sändares ändamål, information i en eller flera av kanalerna. Signalerna i den ena eller flera kanaler är kopplade till OADM:erna med hjälp av en standard optisk sändare-mottagare, vilken utför modulation och demodulation. Även om den fysikaliska topologin eller strukturen hos nätverket är en ringtopologi, är den logiska topologin, även kallad virtuell topologi, en stjärna. Detta betyder att ändpunkterna i var och en av noderna kommunicerar med andra ändpunkter som är anslutna till huben (navet). Om så önskas kan huben (navet) i detta kända system konñgureras för att tillåta optisk förbikoppling (optical by-pass) för utvalda CWDM-kanaler och därigenom möjliggöra en direktanslutning mellan ett par adderings-/ avtappningsnoder i ringen. Denna anslutning är kännetecknad som en punkt-till-punkt-förbindelse. Detta betyder att endast två punkter kan vara direkt anslutna till varandra för varje våglängd som används i nätverket vid ett tillfälle. Detta orsakar en begränsning i möjligheterna att öka antalet noder och kapaciteten hos detta kända nätverk.

KORT BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Ett allmänt problem hos bredbandiga accessystem är att öka antalet accessnoder. Noderna i TDM-ringen delar den tillgängliga bandbredden. Om en minsta bandbredd per nod mäste garanteras är det maximala antalet noder begränsat. Punkt-till-punkt WDM-system är dyra och ”hub”-försedda (hubbed) WDM-system är inte optimerade för TDM-protokoll. Dessa är istället optimerade för paketswitchade nätverk. Med andra ord, ett problem som många operatörer idag möter är att uppgradera eller ändra sin existerande infrastruktur till moderna nätverk.

Den grundläggande idén är att öka överföringskapaciteten per ñber genom att kombinera ljuskanaler med olika våglängder på en ñber. En grov WDM optisk adderings-/ avtappningsnätverksstruktur och optimerad för logiska TDM- ringtopologier föreslås.

Mer i detalj hänför sig den föreliggande uppfinningen till ett system för optisk överföring av information över en multiplexerad logisk ringstruktur som 524 ses šg,üš,,g:gü_,,, 1 . - . Q - ~ - - . . - . . .o 4 omfattar ett antal noder, såsom angivits i det oberoende kravet 1. Nämnda ringstruktur är en kombination av ett antal logiska optiska ringar, var och en med en specifik våglängd, på samma fysiska fiberring. Möjliga utföringsformer anges i de beroende kraven. Till exempel kan en nod eller ett antal noder vara masternoder.

En fördel med den föreliggande uppfinningen är att den tillhandahåller en protokolltransparent lösning och därför är lätt att tillämpa på ett befintligt system. Våglängdskanaler, såsom virtuella ñberpar, kan adderas en och en utan att den befintliga trafiken avbryts.

Ytterligare en fördel med den föreliggande uppfinningen år att olika våglängdskanaler inte interfererar med närmast liggande kanaler och således inte utbyter information.

Dessutom är en fördel att det föreslagna systemet erbjuder en avsevärd kostnadsminskning i jämförelse med DWDM-system.

Ytterligare en fördel är att våglängderna inte längre är avsedda för särskilda accessnoder. Samma våglängd adderas och avtappas flera gånger genom nätverket som bildar logiska våglängdsringar.

En annan fördel är att logiska ringar behöver färre våglängder för att ansluta ett större antal accessnoder. Till exempel krävs det bara två våglängder för att anknyta fem Sammanhörande accesställen.

En annan fördel är att ett antal dyra routergränssnítt i masternoden reduceras och genom detta den totala kostnaden för lösningen.

Genom att använda logiska våglängdsringar utnyttjas slutligen multicastfunktionen fullt ut.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA n- v.. f . .. n. n .. - - - - av u nu u. . o. o 1 o; n - n n n o; nu o. a - c c n I U »nu u u . nu u - .u n. v I . . . . - n n . ~ n- u n a u u n u. n- - » « ~ u Fig. 1 är en schematisk illustration av ett system för optisk överföring av information; Fig. 2 visar ett spektrumdiagram för ett CWDM-system; Fig. 3 är en schematisk illustration av en multiplexerad ringstruktur i enlighet med den föreliggande uppfinningen; Fig. 4 är en illustration av en logisk ringstruktur i enlighet med den föreliggande uppfinningen; F ig. 5 är ett blockdiagram som illustrerar en optisk adderings- /avtappningsmultiplexer (OADM) i en nod av den föreliggande uppfinningen; Fig. 6 illustrerar dataflödet i den elektriska domänen hos ett CWDM-ringelement med nätverksmanagementkanal/nätverkshanteringskanal (Network Management Channel).

Fig. 7 är en illustration av en logisk ringstruktur hos ett hybrid DWDM-DWDM- system, vilket är ytterligare en utföringsform av den föreliggande uppfinningen; Fig. 8 är ett spektrumdiagram till ett överföringssystem som är baserat på hybrid CWDM-DWDM-systemteknologin i enlighet med en annan utföringsform av den föreliggande uppfinningen.

Fig. 9 visar ett utförande av en utsändningsavtappningsnod i enlighet med en utföringsform av den föreliggande uppfinningen.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Fig. 1 är en schematisk illustration av ett system för optisk överföring av information, vari nämnda system omfattar ett optiskt ñbernätverk lO. Detta 5 2 4 s e z . . . . .- 6 nätverk 10 är anordnat mellan två geografiska platser 12, 14, t.ex. Göteborg och Stockholm. Denna fiärravståndsdel av systemet kallas ett stamnät 16, ibland även kallat för backbone (ryggrad). Stamnätet 16 inkluderar en trunkkabel med optiska fibrer för överföring av information. Från stamnätet 16 leds informationen in i en stadsaccessnätverksring (MAN) 18. Åtminstone en masternod 20 är ansluten till nämnda MAN. Masternoden är en gemensam nod för MAN och en accessring 22. Accessringen omfattar ett optiskt fiberpar (ej visat). Anslutna till nämnda fiberpar är en rad OADM-noder 24.

Abonnent/kundanordningar för att mottaga och / eller sända information är anslutna till varje OADM-mod via abonnent/ kundanslutningar 26.

Fig. 2 visar ett diagram vari abskissan är den optiska våglängden Å, och ordinatan är optisk effekt, Popt. I ett transmissionssystem baserat på CWDM- (coarse-wavelength-division-multiplexing)teknologi sprids ett antal optiska överföringsband över ett band av det optiska spektrat. Fig. 2 visar fyra optiska transmissionsband, vart och ett innefattande en kanal, An (n = 1, 2, 3, 4, ...).

Olika våglängdskanaler är separerade för att inte interferera med varandra. En vanlig kanaldelning är 20 nm (motsvarande till 2400 GHz i frekvensbandet).

CWDM är en teknik som använder okylda laserdioder för att generera de olika kanalerna. Kanalvåglängden kan ändras med temperaturen hos laserdioden, men eftersom den ursprungliga våglängden är centrerad i bandet och mellanrummet är tillräckligt, kommer driften hos laserdioden inte att orsaka några problem. Detta kommer att reducera priset på systemet och också reducera antalet möjliga kanaler per våglängdsintervall.

Fig. 3 är en schematisk illustration av en multiplexerad ringstrukturutformning av uppfinningen. En fysisk accessring 30 omfattar två optiska fibrer 32, 34 utgörande ett fiberpar. Ett antal noder 38, av vilken en är en masternod 36, är anslutna till nämnda ring och ñberpar. Masternoden 36 ansluter accessringen till ett storstadsområdesnätverk, MAN. Emellertid är det inte nödvändigt att ringen måste omfatta en masternod. Såsom visas i fig. 1 är alla noder fysiskt anslutna till fiberparet, men logiskt är noderna 38 anslutna till olika logiska våglängdsringar/ kanaler An (n = 1, 2, 3, 4, ...). Detta betyder att fysiskt 524 ses ,,,,,,,,,fl,,,, n.. 7 närliggande OADM-noder, med andra ord grannoder 38, inte behöver vara logiska grannar 381; 382; 383; 384 Noder 38fl är logiska noder och tillhör samma logiska ring Än. En masternod 36 år kännetecknad som en gemensam punkt för alla logiska ringar och den tillåter därför övergångar av information från en logisk ring till en annan. Masternoden omfattar ett antal masternodelement 35fl (n = 1, 2, 3, 4, ...), var och en Sammanhörande med en logisk ring.

Fig. 4 är en illustration av en logisk ringstruktur 40 i enlighet med den föreliggande uppfinningen. Uppfinningen tillhandahåller en multiplexerad ringstruktur 40 som kombinerar ett antal logiska optiska ringar 42fl (n = 1, 2, 3, 4, ...) på samma fysiska fiberring som omfattar ett fiberpar (32, 34 i fig. 3). Varje logisk ring 4211 arbetar på ett avvikande våglängdsband Än. Mellanrummet mellan varje band är sådant, att det inte finns någon överhörning mellan de logiska ringarna 42fl. Varje ring är inrättad med en rad OADM-noder 44, logiska grannoder, så att en våglängd avtappas och/ eller adderas, medan de andra våglängderna passerar genom med minimal överhörning. Varje nod 44 erhåller all trafik på våglängden An som definierar den logiska ringen 42” som den tillhör. Beroende på situationen kan trafiken då antingen avslutas eller helt återskapas och/ eller behandlas och därpå skickas tillbaka in i den logiska ringen. En masternod 43 genomkorsar alla logiska ringar och tillåter överföring av trafik från en ring till de andra genom att konvertera våglängden. Den fungerar dessutom som en gateway mellan de multiplexerade logiska ringarna och ett större stamsystem, t.ex. ett Wide Area Network (WAN) eller ett storstadsområdesnätverk (MAN). En masternod skapas genom att kaskadera ett antal noder 43” (n = 1, 2, 3, 4, ...), var och en tillhörande en av ringarna som genomkorsar masternoden. Varje masternodelement matar en våglängd in i nästa masternodelement, vilket adderar en ny våglängd, till dess alla önskade våglängder är multiplexade.

Skillnaden mellan denna och andra nätverksstrukturer är följande. I jämförelse med endast TDM-ringar är det maximala antalet accessnoder nu utökat med en 5 2 4 s 6 3 . | u o .n 8 multipel av antalet våglängder som används i nätverket. Varje våglängdsaccessnod kommunicerar med sin granne på samma våglängd, inte med den fysiska/ geografiska grannen. I jämförelse med WDM ”hub”-försedda ringar är det logiska trafikmönsterflödet fortfarande befintligt. Ringprotokoll som SDH/SONET, DTM, DPT och RPR baseras på antagandet att den logiska ringinfrastrukturen är tillgänglig. Även Gigabit Ethernet-nätverk kan konfigureras som ringar med hjälp av moderna växlar och routrar. "Hub"- förseclda våglängdsystem uppfyller inte detta antagande eftersom de representerar en logisk stjärntopologi.

Konceptet med logiska ringar ger frihet att använda nya teknologier vid sidan av de befintliga, med minimala ändringar av de befintliga, med minimala ändringar av infrastrukturen, exempelvis: - Addera en DTM-ring (DTM är ett varumärke tillhörande Cisco System Inc.) till en befintlig SDH/SONET stadsnätverk.

- Addera en andra DPT-ring (DPT är ett varumärke tillhörande Dynarc Inc) till en befintlig DPT-ring.

- Dela upp en Gigabite Ethernet ring i ett flertal ringar.

- Mata distribuerade HFC koaxöar.

Fig. 5 är ett blockdiagram som illustrerar en optisk adderings- /avtappningsmultiplexer (OADM) 50 i en nod enligt den föreliggande uppfinningen. Multiplexern är ansluten till ñberparet, 52 och 53, i accessringen via kontaktgränssnitten, öst 54 och väst 55. Information transporteras i båda riktningarna på paret. Funktionen hos OADM är följande. Den föreliggande noden tappar av Åg-kanalinformation med hjälp av ett avtappningsñlter 51.

Nämnda information mottas med användning av en CWDM-mottagare 56 som vidarebefordrar informationen till en lägkostnadssändar-mottagare 57. Sändar- 524 863 vara; fæ-:z- -"=":§ , , , , . . . . 4 . - . u mottagaren är en optisk anslutning eller ett elektriskt gränssnitt till en informationsbehandlande enhet 58 som innefattar en informationsprocessor.

Den behandlade informationen returneras via lägkostnadssåndär-mottagaren till en CWDM-sändare 59 som sänder den behandlade informationen på en A2- kanal. Sändaren är ansluten till ett additionsfilter 60 som adderar informationen pä samma fiber.

Fig. 6 illustrerar dataflödet i den elektriska domänen hos ett CWDM-ringelement med en nätverksmanagementkanal, vilken är en utföringsform av den föreliggande uppfinningen. En nätverksmanagementkanal kan moduleras på en överton i den elektriska frekvensdomänen på transmissionssignalkanalen.

Genom att göra detta kan information från en nod spridas ut i systemet.

Nämnda CWDM-ringelement omfattar en anordning för att addera/ ta bort pilottonen/övertonen. Distribuerad information kan vara t.ex. förbindelseförluster mellan noder eller information som är insamlad i varje nod från annan utrustning.

Fig. 7 är en illustration av en logisk ringstruktur i ett hybrid CWDM-DWDM- system 70, vilket är ytterligare en utföringsform av den föreliggande uppfinningen. Denna struktur överensstämmer med den logiska ringstrukturen i fig. 4, och därför används motsvarande hänvisningsbeteckningar för samma detaljer. Beroende på det faktum att CWDM-kanaler använder ett våglängdsband med en bandbredd på ungefär 13 nm är det möjligt att bygga ett hybridsystem. Ett av kanalbanden används för ett flerkanals DWDM-system, i detta fall 16 (A5 - A20). Denna adderings-/avtappníngskonfiguration hos DWDM- systemet skulle då vara en ”hub”försedda (hubbed) konfiguration, även kallad stjärntopologi/struktur, och därför skulle några noder 73 med ett särskilt behov av bredbandsaccess kunna försörjas med detta system. DWDM-systemet har ingen logisk ringstruktur och fungerar som en punkt-till-punkt-struktur från masternoden till varje nod 73. Detta kommer att utgöra ett hybridsystem som kan ha ett spektrumdiagram som är illustrerat i ñg. 8. 5 2 I 8 6 3 .nu en. u u en av en .a e ~ n v en f nu on c nu s u nu n n c u n oo oo o n u o v o :o o n uvø 0 v u o 0 u o I n n s u v o . . u . n. n z . a Q u ø | q n « o : nu 10 Fig. 8 är ett liknande spektrumdiagram såsom tidigare visats i fig. 1, vari abskissan utgör den optiska våglängden, Å, och ordinatan utgör den optiska effekten Pom. Transmissionssystemet som är baserat på hybrid CWDM-DWDM- systemteknologi har ett antal optiska överföringsband som är utspridda i ett band av det optiska spektrumet. Den tredje CWDM-kanalen A3 är ersatt med ett antal DWDM-kanaler Ås - A20.

Fig. 9 visar en utsändníngsavtappningsnodkonstruktion 90. En sådan konstruktion kan implementeras i CWDM-ringen. Till exempel är det intressant att utsända kabel-TV via optiska signaler på kanaler Ill-M. I detta fall avdelas 5% av den optiska effekten hos alla signalerna på de olika kanalerna Å1-Å4 med användning av en optisk kopplare 92 som är ansluten till nätverksfibern 91. De resterande 95% av den optiska effekten hos signalerna fortsätter genom nätverksfibern 91. Ett filter 94 är anslutet till den optiska kopplaren 92 med användning av en fiber 93 och de avtappade signalerna leds till nämnda ñlter.

Filtret extraherar en förutbestämd kabel-TV-signal (i detta fall A3) och stoppar de återstående signalerna (Å1-A2 ochÅ4) från att passera genom filtret. Den förutbestämda kabel-TV-signalen leds via en fiber 96 till den anslutna mottagaren Rx 95, i vilken den optiska signalen kan omvandlas till den elektriska domänen. I de nästföljande utsändningsnoderna genomförs en överensstärnmande procedur. Den enda skillnaden är hur mycket av den optiska effekten som avdelats och vilken kanalsignal som tillåts att passera nämnda filter.

Fördelen med att använda denna typ av system är att trafiken (t.ex. kabel-TV) är på en våglängd och dubbelriktad trafik (Lex. röst, data, __.) ñnns på en annan våglängd. Olika slutanvändarutrustningar kan användas tillsammans med olika våglängder. 5 2 i 8 6 3 nnn nnn n n nn nn nn nn n n n n nn n nn nn n nn n n nn n n n n n nn nn nn o n n n :n n n nnn n n n n n o n nn on n n n n n nn n n n nnn nn nn ll Den föreliggande uppfinningen är inte begränsad till ovan beskrivna föredragna utföringsforrner. Olika alternativ, modifikationer och ekvivalenser kan användas. Därför bör inte utföringsformerna ovan tas som begränsning av uppfinningens skyddsomfång, vilket definieras av de bifogade patentkraven. _ J*

Claims (10)

nnn nnnn nnnn n n n n nn nnn nn n nn n nn n nu in n» nnn n n-n- .n n nn n n n nn nnn .nn n n n nn nnnnn n n n n n n n n n n n n n n P.ans.nr. 0101416-6 2004-05-10 Patentkrav

1. Ett system för optisk överföring av information över en multiplexerad logisk ringstruktur, omfattande ett antal noder, nämnda ringstruktur är en kombination av ett antal logiska optiska ringar, var och en med en specifik våglängd, på samma fysiska fiberring, vari varje logisk ring sammanlänkar ett antal OADM-noder, kännetecknat av att varje logisk ring är försedd med en serie OADM-noder, så att våglängden som definierar nämnda ring adderas eller avtappas, medan de andra våglängderna kan passera.

2. Ett system i enlighet med krav 1, kännetecknat av att nämnda fysiska fiberring är sammansatt av två ñbrer till ett fiberpar.

3. Ett system enligt krav 1 eller 2, kännetecknat av att varje logisk ring arbetar på ett annat våglängdsband, vaije logisk ring omfattar och stöder åtminstone två noder, varvid varje nod kan utbyta information med sin direkta granne på sagda logiska ring.

4. Ett system enligt krav 3, kännetecknat av att mellanrummet mellan varje närliggande par av band är sådant att det inte finns någon överhörning mellan de logiska ringarna.

5. Ett system enligt krav 3 eller 4, kännetecknat av att varje nod får all trafik på det våglängdsband som definierar den logiska ring som den tillhör.

6. Ett system enligt något av de föregående kraven, kännetecknat av att åtminstone en av nodema är en mastemod som är en gemensam punkt för alla logiska ringar och varje sådan masternod genomkorsas av alla logiska ringar och tillåter överföring av trafik från en logisk ring till en annan genom att omvandla våglängden.

7. Ett system enligt något av de föregående kraven, kännetecknat av att nämnda system omfattar åtminstone en CWDM-ring som inkluderar åtminstone 524 863 vara: 2:22. ="=:::' v v: :u 1 u t s u u uu u u o nu aualut c oo u u c 13 u - . . - u v . u u - . - u u n u u u n »u nu »uu »a en nätverksmanagementkanal, vari nätverksmanagementkanalen multiplexas elektriskt i frekvensdomänen innan den överförs optiskt på fibrerna.

8. Ett system enligt något av de föregående kraven, kännetecknat av att systemet är ett CWDM-system vari åtminstone ett av kanalbanden används för ett multikanal-DWDM-system.

9. Ett system enligt något av de föregående kraven, kännetecknat av att systemet omfattar åtminstone en CWDM-ring som har åtminstone en utsändningsavtappningsnod.

10. Metod för optisk överföring av information över en multiplexad logisk ringstruktur som omfattar ett antal noder, metoden omfattar steget att kombinera ett antal logiska optiska ringar, var och en på en specifik våglängd, på samma fysiska fiberring, varvid varje logisk ring förbinder ett antal OADM- noder för att skapa nämnda ringstruktur, kännetecknat av att varje logisk ring är försedd med en serie OADM-noder, så att våglängden som definierar nämnda ring adderas eller avtappas, medan de andra våglängderna kan passera.