WO2006089452A1 - Équipement et système de protection de couche optique de matrice de commutation et système de transmission wdm correspondant - Google Patents

Équipement et système de protection de couche optique de matrice de commutation et système de transmission wdm correspondant Download PDF

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WO2006089452A1
WO2006089452A1 PCT/CN2005/000206 CN2005000206W WO2006089452A1 WO 2006089452 A1 WO2006089452 A1 WO 2006089452A1 CN 2005000206 W CN2005000206 W CN 2005000206W WO 2006089452 A1 WO2006089452 A1 WO 2006089452A1
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ZTE Corp
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    • H04Q2011/0081—Fault tolerance; Redundancy; Recovery; Reconfigurability

Definitions

  • the invention relates to the protection of the optical forwarding unit OTU and related services in the field of WDM wavelength division multiplexing optical fiber communication, in particular to a device for realizing WDM l:n and m:n optical layer protection by using a 2x2 optical switch cascade matrix
  • the WDM transmission system of the device is a device for realizing WDM l:n and m:n optical layer protection by using a 2x2 optical switch cascade matrix
  • WDM wavelength division multiplexing technology is to transmit multiple signals simultaneously in a single fiber through sparse or densely spaced multiple specific wavelengths, which can double the single fiber transmission capacity.
  • the WDM wavelength division multiplexing device there are a large number of optical forwarding units OTU.
  • the OTUs respectively convert the non-specific wavelength optical signals carrying the customer service into specific wavelength optical signals at the transmitting end, and after being combined and amplified, they enter the optical fiber transmission, and are repeatedly amplified and transmitted through the optical transmission, and finally reach the receiving end and then amplified. After splitting, the OTU converts the specific wavelength optical signal into a non-specific wavelength optical signal and sends it to the client device.
  • the WDM system reserves a number (for example, m) of wavelength channels in addition to a certain number (for example, n) of wavelength channels as working channels.
  • a backup protection channel If a working channel fails, the traffic carried in the channel is switched to the alternate protection channel.
  • m n channel protection.
  • l n channel protection.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to provide a low-cost, highly reliable, and scalable WDM.
  • the present invention provides a switch matrix optical layer protection device, which includes a plurality of 2x2 optical switches sequentially connected in a cascade manner, the 2x2 optical switch having a first input end and a second input end a first output end and a second output end, wherein a second output end of the 2x2 optical switch is a second independent output end, and a second input end is connected to a second output end of another 2x2 optical switch
  • the first output end of the 2x2 optical switch is a first independent output end;
  • the optical switch includes a through state and an intersecting state, and when the optical switch is in a through state, a signal input by the first input terminal is output from the first output end, When the optical switch is in the crossed state, the signal input by the first input terminal is output from the second output terminal.
  • the above-mentioned switch matrix optical layer protection device further includes a plurality of optical forwarding units, and the optical forwarding unit is connected to the independent output terminals in one-to-one correspondence.
  • the present invention further provides a switch matrix optical layer protection system, comprising: a plurality of switch matrix optical layer protection devices sequentially connected, wherein the optical switch of the switch matrix optical layer protection device
  • the first independent output is connected in one-to-one correspondence with the first input end of the optical switch in the other switch matrix optical layer protection device, the second independent output end of the switch matrix optical layer protection device and one of the switch matrix optical layer protection devices
  • the first independent output is a third independent output.
  • the above-mentioned switch matrix optical layer protection system further includes a plurality of optical forwarding units, and the optical forwarding unit is connected to the third independent output end in one-to-one correspondence.
  • the optical switch is integrally manufactured by using a MEMS process, an array waveguide process or a liquid crystal process.
  • the present invention further provides a WDM transmission system using the switch matrix optical layer protection device, including an optical multiplexer, an optical demultiplexer, connecting the optical multiplexer, and optical demultiplexing.
  • the optical fiber of the device wherein the transmission terminal switch matrix light with the transmitting end optical forwarding unit is further included a layer protection device, a receiving end switch matrix optical layer protection device with a receiving end optical forwarding unit, wherein the transmitting end switch matrix optical layer protection device is connected to the optical multiplexer through the transmitting end optical forwarding unit, the receiving end The switch matrix optical layer protection device is connected to the optical demultiplexer through the receiving end optical forwarding unit.
  • the present invention also provides a WDM transmission system using a switch matrix optical layer protection system, including an optical multiplexer, an optical demultiplexer, and the optical multiplexer and optical demultiplexer.
  • the optical fiber further comprising a transmitting end switch matrix optical layer protection system with a transmitting end optical forwarding unit and a receiving end switch matrix optical layer protection system with a receiving end optical forwarding unit, the transmitting end switch matrix optical layer protection system
  • the optical multiplexer is connected by the transmitting end optical forwarding unit, and the receiving end switch matrix optical layer protection system is connected to the optical demultiplexer through the receiving end optical forwarding unit.
  • the present invention uses n 2x2 optical switches to form a protection switch matrix as the core. After ingenious combination, the above-mentioned methods can respectively realize l:n and m:n channel protection of different scales, and can realize additional service transmission. Compared with the prior art, system cost and complexity are reduced, and system reliability and flexibility are improved.
  • Figure 1 is a switch matrix optical layer protection device consisting of n 2x2 optical switches
  • FIG. 2 is a schematic diagram of WDM 1 : n optical layer protection using a 2x2 optical switch cascade;
  • FIG. 3 is a schematic diagram of WDM 1 : mn optical layer protection using 2x2 optical switch cascade;
  • Figure 4 is a schematic diagram of WDM m: n optical layer protection using 2x2 optical switch cascade;
  • Figure 5 is a protection switch matrix device consisting of 8 2x2 optical switches
  • FIG. 6 is a schematic diagram of WDM 1:8 optical layer protection implemented by cascading 2x2 optical switches;
  • Figure 7 is a schematic diagram of WDM 1:16 optical layer protection using 2x2 optical switch cascading
  • Figure 8 is a schematic diagram of WDM 2:8 optical layer protection using 2x2 optical switch cascading.
  • the n 2x2 optical switches 001, 002, 003 ... 004 of the switch matrix optical layer protection device have two states of through and cross, and all 2x2 optical switches 001, 002, 003... 004 are Including a first input terminal 1, a second input terminal 4, a first output terminal 3, and a second output terminal 2, the light is turned on The second input terminal 4 is connected to the second output terminal 2 of the latter optical switch.
  • the input terminal 1 and the output terminal 3 are in communication
  • the input terminal 4 and the output terminal 2 are in communication
  • the input is Terminal 1 and output 2 are in communication
  • input 4 and output 3 are in communication.
  • the WDM l:n optical layer protection is implemented by using the above switch matrix optical layer protection device, as shown in FIG. 2, and includes the following parts:
  • the transmitting end switch matrix optical layer protection device 100 having the structure of FIG. 1 , n+1 transmitting optical forwarding Units OTUs 110, 111, 112 ... 113, one-to-one correspondingly connected n+1 independent outputs, WDM transmission system 120 including optical multiplexer, optical demultiplexing optical amplification, optical fiber line, etc., n+1 Receiver optical forwarding units OTUs 130, 131, 132 ... 133 and receiver switching matrix optical layer protection means 140 having the structure of FIG.
  • the working process of the device is as follows: When the system is normal, both the transmitting end and the receiving end switch matrix optical layer protection devices are in working state. Thus, the service 1 is transmitted through the wavelength channel 1 formed by the transmitting end switch matrix optical layer protection device 100, the transmitting end OTU1 lll, the WDM transmission system 120, the receiving end OTU1 131, and the receiving end protection switch matrix 140; The optical layer protection device 100, the transmitting end OTU2 112, the WDM transmission system 120, the receiving end OTU2 132, and the receiving end protection switch matrix 140 form a wavelength channel 2 transmission; and so on, the service n is transmitted through the transmitting end switch matrix optical layer protection device 100.
  • the transmitting end OTUn ll3, the WDM transmission system 120, the receiving end OTUn l33, and the receiving end switch matrix optical layer protection device 140 form a wavelength channel n transmission.
  • the extra service 0 is transmitted through the wavelength channel 0 formed by the transmitting end switch matrix optical layer protection device 10CX transmitting end OTU0 110, the WDM transmission system 120, the receiving end OTU0 130, and the receiving end switch matrix optical layer protection device 140. .
  • the switch matrix optical layer protection device of the transmitting end and the receiving end is switched from the working state to the protection state, and the service i Transmitted from wavelength channel i to wavelength channel 0 transmission, thus achieving 1:n channel protection.
  • the 2#2 ⁇ 2 optical switch 102 in the transmitting switch matrix optical layer protection device 100 is switched from a through state to a cross state; then, the receiving end switch matrix optical layer protection device
  • the 2#2x2 optical switch 142 in 140 is also switched from the through state to the cross state; thus, the service 2 is changed to the transmitting end 2#2x2 optical switch 102, the transmitting end 1#2 ⁇ 2 optical switch 101, the transmitting end OTU0 110, WDM
  • the transmission channel 120, the receiving end OTU0 130, the receiving end 1#2 ⁇ 2 optical switch 141, and the receiving end 2#2 ⁇ 2 optical switch 142 form a wavelength channel 0 transmission, thereby achieving 1:n channel protection.
  • Serial or parallel expansion with the protection switch matrix 000 in Figure 1 as a basic unit can achieve larger scale 1 : ⁇ or m: n channel protection, respectively.
  • the m transmitting end and the receiving end switch matrix optical layer protection devices are respectively connected in series, and the shared wavelength channel 0 can provide protection for the wavelength channel 1 to the wavelength channel mil, thereby realizing larger scale l :n channel protection. .
  • the m transmitting end and the receiving end switch matrix optical layer protection devices are respectively connected in parallel to form a switch matrix optical layer protection system, including m+n independent output ends, and the m wavelength channels can be shared as the wavelength channel 1 ⁇
  • the wavelength channel n provides protection for m : n channel protection.
  • the first output end of the optical switch in the switch matrix optical layer protection device is connected in one-to-one correspondence with the first input end of the optical switch in the latter switch matrix optical layer protection device, such as the first optical switch in the switch matrix optical layer protection device 402
  • the output end is connected in one-to-one correspondence with the first input end of the optical switch in the latter switch matrix optical layer protection device 403.
  • the finally formed switch matrix optical layer protection system includes m+n third independent output terminals, including the last switch matrix.
  • the m+n optical forwarding units are respectively connected to the independent output terminals.
  • the working process of the m:n channel protection of the device is as follows:
  • the switch matrix optical layer protection system including a plurality of switch matrix optical layer protection devices 401, 402, . . . 403, the transmitting end OTU1 411, the WDM transmission system 420, the receiving end OTU1 43 1, and the receiving end switch.
  • the wavelength channel 1 consists of the matrix optical layer protection system (441, 442, 443); the service 2 is transmitted through the switch matrix optical layer protection system (401, 402, 403), the transmitting end OTU2 412, the WDM transmission system 420, and the receiving end.
  • OTU2 432, receiving switch matrix optical layer protection system (441, 442, 443) constitutes the wavelength channel 2 transmission; and so on, the service n is transmitted through the transmitting switch matrix optical layer protection system (401, 402, 403), the transmitting end OTUn 413, the WDM transmission system 420, the receiving end OTUn 433, receiving
  • the wavelength channel ri is formed by the end switch matrix optical layer protection system (441, 442, 443).
  • the additional service 1 is transmitted through the wavelength channel formed by the transmitting switch matrix optical layer protection device 401, the transmitting end OTUpl 414, the WDM transmission system 420, the receiving end OTUpl 434, and the receiving end switch matrix optical layer protection device 443;
  • the additional service 2 is transmitted through the wavelength channel formed by the transmitting switch matrix optical layer protection device 402, the transmitting end OTUp2 415, the WDM transmission system 420, the receiving end OTUp2 435, and the receiving end switch matrix optical layer protection device 442; and so on, additional services
  • the m is transmitted through the wavelength channel formed by the transmitting switch matrix optical layer protection device 403, the transmitting end OTUpm 416, the WDM transmission system 420, the receiving end OTUpm 436, and the receiving end switch matrix optical layer protection device 441.
  • the system can continue to transmit the service 1 in any one of the m guard wavelength channels. For example, if the protection wavelength 1 transmission is selected, the 2x2 optical switch in the transmission switch matrix optical layer protection device 401 is switched from the through state to the cross state, and the 1#2 ⁇ 2 optical switch in the receiving switch matrix optical layer protection device 443 is also directly connected. The state is switched to the cross state.
  • the service 1 is changed to the protected wavelength channel pi formed by the transmitting switch matrix optical layer protection device 401, the transmitting terminal OTUpl 414, the WDM transmission system 420, the receiving terminal OTUpl 434, and the receiving switch matrix optical layer protection device 443.
  • the system can continue to transmit service 2 in any of the remaining m-1 guard wavelength channels. For example, if the protection wavelength 2 transmission is selected, the 2#2x2 optical switch in the transmission switch matrix optical layer protection device 402 is switched from the through state to the cross state, and the 2#2x2 optical switch in the receiving end switch matrix optical layer protection device 442 is also It is switched from a through state to a cross state.
  • the service 2 is changed to the transmitting switch matrix optical layer protection system (401, 402), the transmitting end OTUp2 415, the WDM transmission system 420, the receiving end OTUpl 435, and the receiving end switch matrix optical layer protection system (442, 443).
  • Protected wavelength channel P2 transmission By analogy, the protection of up to m services can be achieved by the above method.
  • the cross matrix formed by the 2x2 optical switch cascade used in the present invention can be constructed by a discrete 2x2 optical switch, or can be realized by an integrated optical switch manufactured by MEMS, array waveguide, and liquid crystal process.
  • the internal structure of the switch matrix optical layer protection device (500) consisting of eight 2x2 optical switch cascades is shown in Figure 5:
  • the switch matrix optical layer protection device has 2x2 optical switches 001, 002, 003 ... 004, which have two states of through and cross.
  • the input terminal 1 and the output terminal 3 are in communication
  • the input terminal 4 and the output are The terminal 2 is in communication
  • the cross state the input terminal 1 and the output terminal 2 are in communication
  • the input terminal 4 and the output terminal 3 are in communication.
  • the switch matrix optical layer protection device at work status.
  • the above-mentioned switch matrix optical layer protection device is used to realize WDM 1:8 optical layer protection consisting of the following parts:
  • the transmitting end protection switch matrix 600 having the structure of FIG. 5, the nine transmitting end optical forwarding units OTU 610, 611, 612 ... 613, WDM transmission system 620 including optical multiplexer, optical demultiplexer, optical amplification, optical fiber line, etc., 9 receiving optical forwarding units OTU 630, 631, 632 ... 633 and having the structure of FIG.
  • the receiving end switches the matrix optical layer protection device 640.
  • the service 1 is transmitted through the wavelength channel 1 formed by the transmitting switch matrix optical layer protection device 600, the transmitting end OTU1 611, the WDM transmission system 620, the receiving end OTU1 631, and the receiving end switch matrix optical layer protection device 640;
  • the end channel matrix optical layer protection device 600, the transmitting end OTU2 612, the WDM transmission system 620, the receiving end OTU2 632, and the receiving end switch matrix optical layer protection device 640 form a wavelength channel 2 transmission; and so on, the service 8 is transmitted through the transmitting end
  • the switch matrix optical layer protection device 600, the transmitting end OTU8 613, the WDM transmission system 620, the receiving end OTU8 633, and the receiving end switch matrix optical layer protection device 640 form a wavelength channel 8 transmission.
  • the extra service 0 is transmitted through the wavelength channel 0 formed by the transmitting end switch matrix optical layer protection device 6 ⁇ , the transmitting end OTU0 610, the WDM transmission system 620, the receiving end OTU0 630, and the receiving end switch matrix optical layer protection device 640.
  • the switch matrix optical layer protection device at the transmitting end and the receiving end is switched from the working state to the protection state, and the service 2 is changed from the wavelength channel 2 transmission to the transmission.
  • Wavelength channel 0 is transmitted to achieve 1:8 channel protection.
  • the specific protection process is as follows: First, the 2#2x2 optical switch 602 in the transmitting end switch matrix optical layer protection device 600 is switched from the through state to the cross state; then, the 2#2x2 optical switch in the receiving end switch matrix optical layer protection device 640 642 is also switched from the through state to the cross state, so that the service 2 is changed to the transmitting end 2#2x2 optical switch 602, the transmitting end 1#2 ⁇ 2 optical switch 601, the transmitting end OTU0 610, the WDM transmission system 620, and the receiving end OTU0 630.
  • the receiving end 1#2 ⁇ 2 optical switch 641 and the receiving end 2#2x2 optical switch 642 constitute a wavelength channel 0 transmission, thereby realizing 1:8 channel protection.
  • Two transmitting end and receiving end switch matrix optical layer protection devices are respectively connected in series to share a wavelength channel
  • the two switching ends and the receiving end switch matrix optical layer protection devices are respectively connected in parallel to form a switch matrix optical layer protection system, and two wavelength channels can be shared to provide protection for the wavelength channels 1 to 8, thereby achieving 2: 8 channel protection.
  • the working process of the device to realize 2:8 channel protection is as follows: When the system is normal, the switch matrix optical layer protection system of the transmitting end and the receiving end are in working state.
  • the service 1 is configured by the transmitting end switch matrix optical layer protection system (801, 802), the transmitting end OTU1 811, the WDM transmission system 820, the receiving end OTU1 831, and the receiving end switch matrix optical layer protection system (842, 843).
  • service 2 consists of the transmitting switch matrix optical layer protection system (801, 802), the transmitting end OTU2 812, the WDM transmission system 820, the receiving end OTU2 832, and the receiving end switch matrix optical layer protection system (842, 843) Wavelength channel 2 transmission; and so on, service 8 is transmitted through the switch matrix optical layer protection system (801, 802 X transmitter OTU8 813, WDM transmission system 820, receiver OTU8 833, receiver switch matrix optical layer protection system ( 842, 843) The wavelength channel 8 is constructed for transmission.
  • the extra service 1 is sent to the switch matrix optical layer protection device 801,
  • the transmitting end OTUpl 814, the WDM transmission system 820, the receiving end OTUpl 834, and the receiving end switch matrix optical layer protection device 843 form a wavelength channel pi transmission;
  • the additional service 2 is sent through the transmitting end switch matrix optical layer protection device 802, the transmitting end OTUp2 815,
  • the wavelength channel p2 formed by the WDM transmission system 420, the receiving end OTUp2 835, and the receiving end switch matrix optical layer protection device 842 is transmitted.
  • the corresponding switch matrix optical layer protection devices at the transmitting end and the receiving end are switched from the working state to the protection state, and the services are changed from the working wavelength channel transmission to the protection wavelength channel transmission.
  • the system can select the protection wavelength channel pi to continue to transmit the service 1 . That is, the 1#2 ⁇ 2 optical switch in the transmitting end switch matrix optical layer protection device 801 is switched from the through state to the cross state, and the 1#2 ⁇ 2 optical switch in the receiving end switch matrix optical layer protection device 843 is also switched from the through state to the cross state. .
  • the service 1 is changed to the protected wavelength channel pi transmission formed by the transmitting end switch matrix optical layer protection device 801, the transmitting end OTUpl 814, the WDM transmission system 820, the receiving end OTUpl 834, and the receiving switch matrix optical layer protection device 843.
  • the system can choose to protect the wavelength channel p2 to continue to transmit traffic 2 . That is, the 2#2 ⁇ 2 optical switch in the transmitting switch matrix optical layer protection device 802 is switched from the through state to the cross state.
  • the 2#2x2 optical switch in the receiving terminal switch matrix optical layer protection device 842 is also switched from the through state to the cross state.
  • the service 2 is changed to the transmitting switch matrix optical layer protection system (801, 802), the transmitting end OTUp2 815, the WDM transmission system 820, the receiving end OTUpl 835, and the receiving end switch matrix optical layer protection system (842, 843).
  • the constructed protection wavelength channel p2 is transmitted.
  • the invention provides a device for using a 2x2 optical switch cascade protection matrix as a basic unit, which can realize WDM l:n and nr.n optical layer protection of different scales, the device has good expandability, low cost and structure. Simple, reliable, and capable of transmitting additional services.

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Description

一种开关矩阵光层保护装置和系统及相应 WDM传输系统 技术领域
本发明涉及 WDM波分复用光纤通讯领域的光转发单元 OTU及其相关业 务的保护， 尤其涉及一种采用 2x2光开关级联矩阵实现 WDM l:n和 m:n光层 保护的装置及利用该装置的 WDM传输系统。 背景技术
WDM 波分复用技术是在一根光纤中通过稀疏或密集间隔的多个特定波 长同时传输多路信号， 可将单纤传输容量成倍地提高。
在 WDM波分复用设备中， 有大量的光转发单元 OTU。 这些 OTU在发送 端分别将承载客户业务的非特定波长光信号转换为特定波长光信号， 经合波、 放大后进入光纤传输， 中途经过重复的光放大和传输， 最后到达接收端再经放 大、 分波后， OTU又将特定波长光信号转换为非特定波长光信号送至客户设 备。
为防止由于 OTU损坏、 光信噪比下降等波长通道故障造成相关业务中 断， WDM系统除将一定数量 （例如 n个） 的波长通道作为工作通道外， 还预 留若干 （例如 m个） 波长通道作为备用保护通道。 如果某一工作通道发生故 障时， 则将承载在该通道的业务倒换到备用保护通道上传输， 我们称此种保护 为 m： n通道保护。 当 m=l时， 则称为 l:n通道保护。
目前实现 l :n和 m : n通道保护的方案比较多， 但在 WDM系统中均存在 一定的不足。 例如， 采用电开关作为倒换开关方案需要进行光电转换增加系统 成本， 另外电开关存在信号速率限制无法实现较大规模的 10G信号交叉， 同 时电连接距离也是限制系统交叉容量的因素之一； 采用 MEMS、 液晶技术实 现大规模光开关矩阵成品率低、 价格昂贵， 无法在实际工程中应用； 采用小规 模光开关和耦合器组合的方案则存在集成度低、 内部光纤连接复杂、 可靠性低 等问题。 发明公开
本发明所要解决的技术问题是提供一种低成本、 高可靠、 可扩展的 WDM l :n和 m:n光层保护的装置， 以克服了现有技术在成本、 可靠性以及速率透明 性等方面不足。
为了实现上述目的， 本发明提供了一种开关矩阵光层保护装置， 其中， 包 括通过级联方式依次连接的多个 2x2光开关， 所述 2x2光开关带有第一输入 端、第二输入端、第一输出端和第二输出端， 其中一个所述 2x2光开关的第二 输出端为第二独立输出端且第二输入端连接另一个所述 2x2 光开关的第二输 出端，所述 2x2光开关的第一输出端为第一独立输出端；所述光开关包括直通 状态和交叉状态，所述光开关处于直通状态时， 由第一输入端输入的信号从第 一输出端输出， 所述光开关处于交叉状态时， 由第一输入端输入的信号从第二 输出端输出。
上述的开关矩阵光层保护装置， 其中， 还包括多个光转发单元， 所述光转 发单元与所述独立输出端一一对应连接。
上述的开关矩阵光层保护装置，其中，所述光开关由单独的 2x2光开关连 接组成。
上述的开关矩阵光层保护装置， 其中， 所述光开关利用 MEMS工艺、 阵 列波导工艺或液晶工艺集成制造。
为了更好的实现上述目的， 本发明还提供了一种开关矩阵光层保护系统， 其中，包括依次连接的多个开关矩阵光层保护装置，其中所述开关矩阵光层保 护装置中光开关的第一独立输出端与另一开关矩阵光层保护装置中光开关的 第一输入端一一对应连接，所述开关矩阵光层保护装置的第二独立输出端和其 中一个开关矩阵光层保护装置的第一独立输出端为第三独立输出端。
上述的开关矩阵光层保护系统， 其中， 还包括多个光转发单元， 所述光转 发单元与所述第三独立输出端一一对应连接。
上述的开关矩阵光层保护系统，其中，所述光开关由单独的 2x2光开关连 接组成。
上述的开关矩阵光层保护系统， 其中， 所述光开关利用 MEMS工艺、 阵 列波导工艺或液晶工艺集成制造。
为了更好的实现上述目的，本发明还提供了一种釆用所述开关矩阵光层保 护装置的 WDM传输系统， 包括光复用器、光解复用器、连接所述光复用器和 光解复用器的光纤， 其中， 还包括带有发送端光转发单元的发送端开关矩阵光 层保护装置、带有接收端光转发单元的接收端开关矩阵光层保护装置，所述发 送端开关矩阵光层保护装置通过所述发送端光转发单元连接所述光复用器，所 述接收端开关矩阵光层保护装置通过所述接收端光转发单元连接所述光解复 用器。 .
为了更好的实现上述目的，本发明还提供了一种采用开关矩阵光层保护系 统的 WDM传输系统， 包括光复用器、光解复用器、连接所述光复用器和光解 复用器的光纤，其中， 还包括带有发送端光转发单元的发送端开关矩阵光层保 护系统和带有接收端光转发单元的接收端开关矩阵光层保护系统，所述发送端 开关矩阵光层保护系统通过所述发送端光转发单元连接所述光复用器，所述接 收端开关矩阵光层保护系统通过所述接收端光转发单元连接所述光解复用器。
釆用本发明以 n个 2x2光开关构成保护开关矩阵为核心，经巧妙组合，按 上述方法可分别实现不同规模的 l :n和 m:n通道保护，并可实现额外业务传输。 与现有技术相比， 降低了系统成本和复杂度， 提高了系统可靠性和灵活性。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的 限定。 附图简要说明
图 1 是由 n个 2x2光开关组成的开关矩阵光层保护装置；
图 2 是采用 2x2光开关级联实现 WDM 1 : n光层保护示意图；
图 3 是采用 2x2光开关级联实现 WDM 1 : mn光层保护示意图； 图 4 是釆用 2x2光开关级联实现 WDM m： n光层保护示意图；
图 5 是由 8个 2x2光开关组成的保护开关矩阵装置；
图 6 是釆用 2x2光开关级联实现 WDM 1： 8光层保护示意图；
图 7 是采用 2x2光开关级联实现 WDM 1 : 16光层保护示意图； 及 图 8 是采用 2x2光开关级联实现 WDM 2： 8光层保护示意图。 实现本发明的最佳方式
如图 1所示， 开关矩阵光层保护装置的 n个 2x2光开关 001、 002、 003 ... 004， 有直通和交叉两种状态， 且所有的 2x2光开关 001、 002、 003… 004均 包括第一输入端 1、 第二输入端 4、 第一输出端 3和第二输出端 2， 所述光开 关的第二输入端 4连接后一光开关的第二输出端 2， 当处于直通态时， 输入端 1和输出端 3相通、 输入端 4和输出端 2相通； 当处于交叉态时， 输入端 1和 输出端 2相通、 输入端 4和输出端 3相通。 这样， 当所有 2x2光开关均处于直 通态时， 输入 0、 1、 2. . .I1分别对应输出 0、 1、 2...n, 此时我们称开关矩阵光 层保护装置处于工作状态。 而如果其中某一个光开关 i 003由直通态转换为交 叉态， 其它光开关保持直通态不变， 则输入 0与输出 0的连接、 输入 i与输出 i的连接被断开， 输入 i对应输出 0， 此时我们称开关矩阵光层保护装置处于保 护状态且光开关 i发生倒换。连接后的开关矩阵光层保护装置包括 n+1个独立 输出端， 包括由 n个第一输出端组成的第一独立输出端和第一个光开关 001 的第二输出端组成的第二独立输出端。
采用上述开关矩阵光层保护装置实现 WDM l:n光层保护如图 2所示， 包 括以下几部分： 具有图 1结构的发送端开关矩阵光层保护装置 100， n+1个发 送端光转发单元 OTU 110、 111、 112 ... 113，一一对应连接 n+1个独立输出端， 包含光复用器、光解复用 光放大、光纤线路等在内的 WDM传输系统 120， n+1个接收端光转发单元 OTU 130、 131、 132 ... 133及具有图 1结构的的接 收端开关矩阵光层保护装置 140。
本装置工作过程如下： 当系统正常时， 发送端和接收端开关矩阵光层保护 装置均处于工作状态。 这样， 业务 1经发送端开关矩阵光层保护装置 100、 发 送端 OTUl lll、 WDM传输系统 120、 接收端 OTU1 131、 接收端保护开关矩 阵 140构成的波长通道 1传输； 业务 2经发送端开关矩阵光层保护装置 100、 发送端 OTU2 112、 WDM传输系统 120、 接收端 OTU2 132、 接收端保护开关 矩阵 140构成的波长通道 2传输； 依此类推， 业务 n经发送端开关矩阵光层保 护装置 100、 发送端 OTUn ll3、 WDM传输系统 120、 接收端 OTUn l33、 接 收端开关矩阵光层保护装置 140构成的波长通道 n传输。
如果存在额外业务 0，则额外业务 0经发送端开关矩阵光层保护装置 10CX 发送端 OTU0 110、 WDM传输系统 120、 接收端 OTU0 130、 接收端开关矩阵 光层保护装置 140构成的波长通道 0传输。
当由于某种原因造成某波长通道 i ( l≤i≤n) 故障造成业务 i中断并被检测 到后， 发送端和接收端的开关矩阵光层保护装置由工作状态倒换为保护状态， 将业务 i由波长通道 i传输变为波长通道 0传输， 从而实现 l:n通道保护。 下 文以波长通道 2为例进一步说明具体保护过程： 首先， 发送端开关矩阵光层保 护装置 100中的 2#2χ2光开关 102由直通态倒换为交叉态； 然后， 接收端开关 矩阵光层保护装置 140中的 2#2x2光开关 142也由直通态倒换为交叉态； 这 样， 业务 2就改变为经发送端 2#2x2光开关 102、 发送端 1#2χ2光开关 101、 发送端 OTU0 110、 WDM传输系统 120、 接收端 OTU0 130、 接收端 1#2χ2光 开关 141、 接收端 2#2χ2光开关 142构成的波长通道 0传输， 从而实现了 1 :η 通道保护。
需要说明的是， 如果已经在波长通道 0传递额外业务， 执行 1 : η保护后 将导致额外业务中断。
以图 1中的保护开关矩阵 000为基本单元进行串行或并行扩展 可分别实 现更大规模的 1 :η或 m:n通道保护。
如图 3所示， 将 m个发送端和接收端开关矩阵光层保护装置分别串联， 可共用波长通道 0为波长通道 1〜波长通道 mil提供保护， 从而实现更大规模 的 l :n通道保护。
如图 4所示， 将 m个发送端和接收端开关矩阵光层保护装置分别并联形 成开关矩阵光层保护系统， 包括 m+n个独立输出端， 可共用 m个波长通道为 波长通道 1〜波长通道 n提供保护， 从而实现 m:n通道保护。 开关矩阵光层保 护装置中光开关的第一输出端与后一开关矩阵光层保护装置中光开关的第一 输入端一一对应连接，如开关矩阵光层保护装置 402中光开关的第一输出端与 后一开关矩阵光层保护装置 403中光开关的第一输入端一一对应连接，最后形 成的开关矩阵光层保护系统包括 m+n个第三独立输出端， 包括最后一个开关 矩阵光层保护装置 403的 n个第一独立输出端和 m个光开关的第二输出端。 m+n个光转发单元分别连接独立输出端。
本装置实现 m:n通道保护的工作过程如下： 当系统正常时， 开关矩阵光层 保护系统发送端和接收端的 m个开关矩阵光层保护装置均处于工作状态。 这 样， 业务 1经发送端开关矩阵光层保护系统，包括多个开关矩阵光层保护装置 401、 402 . . . 403、 发送端 OTU1 411、 WDM传输系统 420、 接收端 OTU1 43 1、 接收端开关矩阵光层保护系统 （441、 442、 443 ) 构成的波长通道 1传输； 业 务 2经发送端开关矩阵光层保护系统 （401、 402、 403 )、 发送端 OTU2 412、 WDM传输系统 420、 接收端 OTU2 432、接收端开关矩阵光层保护系统（441、 442、 443 )构成的波长通道 2传输； 依此类推， 业务 n经发送端开关矩阵光层 保护系统（401、 402、 403 )、 发送端 OTUn 413、 WDM传输系统 420、 接收端 OTUn 433、 接收端开关矩阵光层保护系统 （441、 442、 443 ) 构成的波长通道 ri传输。
如果存在额外业务， 则额外业务 1经发送端开关矩阵光层保护装置 401、 发送端 OTUpl 414、 WDM传输系统 420、 接收端 OTUpl 434、 接收端开关矩 阵光层保护装置 443构成的波长通道传输； 额外业务 2经发送端开关矩阵光层 保护装置 402、 发送端 OTUp2 415、 WDM传输系统 420、 接收端 OTUp2 435、 接收端开关矩阵光层保护装置 442构成的波长通道传输； 依此类推， 额外业务 m经发送端开关矩阵光层保护装置 403、 发送端 OTUpm 416、 WDM传输系统 420、 接收端 OTUpm 436、 接收端开关矩阵光层保护装置 441构成的波长通道 传输。
当由于某种原因造成某些波长通道（m个）先后出现故障并造成相应业务 中断。 当系统检测到后， 发送端和接收端的各相应开关矩阵光层保护装置先后 由工作状态倒换为保护状态，将这些业务由工作波长通道传输变为由保护波长 通道传输。 即 n个业务能够共享 m个保护波长通道， 从而实现 m:n通道保护。
下面以波长通道 1和 2故障为例进一步说明具体保护过程： 当传输业务 1 的波长通道 1发生故障并被检测到后， 系统可在 m个保护波长通道中任选一 个继续传输业务 1。 例如选择保护波长 1传输， 则发送端开关矩阵光层保护装 置 401中的 2x2光开关由直通态倒换为交叉态， 同时接收端开关矩阵光层保 护装置 443中的 1#2χ2光开关也由直通态倒换为交叉态。 这样， 业务 1就改变 为经发送端开关矩阵光层保护装置 401、 发送端 OTUpl 414、 WDM传输系统 420、 接收端 OTUpl 434、 接收端开关矩阵光层保护装置 443构成的保护波长 通道 pi传输。 如果在波长通道 1故障未恢复， 波长通道 2也发生故障并被检 测到后， 系统可在剩余的 m-1个保护波长通道中任选一个继续传输业务 2。 例 如选择保护波长 2传输，则发送端开关矩阵光层保护装置 402中的 2#2x2光开 关由直通态倒换为交叉态， 同时接收端开关矩阵光层保护装置 442中的 2#2x2 光开关也由直通态倒换为交叉态。 这样， 业务 2就改变为经发送端开关矩阵光 层保护系统 （401、 402)、 发送端 OTUp2 415、 WDM传输系统 420、 接收端 OTUpl 435、 接收端开关矩阵光层保护系统 （442、 443 )构成的保护波长通道 p2传输。 依此类推， 采用上述方法可实现最多 m个业务的保护。
在具体实现方面，本发明采用的由 2x2光开关级联构成的交叉矩阵可以由 分立的 2x2光开关搭建， 也可以由 MEMS、 阵列波导、 液晶工艺制造的集成 光开关实现。
下面结合附图， 以由 8个 2x2光开关组成的为基本单元， 对 WDM 1 : 8、
1:16、 2:8光层保护方案的实施作进一步的详细描述。
由 8个 2x2光开关级联组成开关矩阵光层保护装置（500) 的内部结构如 图 5所示：
该开关矩阵光层保护装置所有的 2x2光开关 001、 002、 003 ... 004, 有直 通和交叉两种状态， 当处于直通态时， 输入端 1 和输出端 3相通、 输入端 4 和输出端 2相通； 当处于交叉态时， 输入端 1和输出端 2相通、 输入端 4和输 出端 3相通。 这样， 当所有 2x2光开关均处于直通态时， 输入 0、 1、 2 ... 8 与输出 0、 1、 2 ... 8一一对应， 此时我们称开关矩阵光层保护装置处于工作状 态。 而如果其中某一个光开关 i由直通态转换为交叉态， 其它光开关保持直通 态不变， 则输入 0与输出 0的连接、 输入 i与输出 i的连接被断开， 输入 i与 输出 0相连， 此时我们称开关矩阵光层保护装置处于保护状态且光开关 i发生 倒换。
采用上述开关矩阵光层保护装置实现 WDM 1 :8光层保护由以下几部分组 成： 具有图 5 结构的发送端保护开关矩阵 600， 9个发送端光转发单元 OTU 610、 611、 612 ... 613, 包含光复用器、 光解复用器、 光放大、 光纤线路等在 内的 WDM传输系统 620， 9个接收端光转发单元 OTU 630、 631、 632 ... 633 及具有图 5结构的的接收端开关矩阵光层保护装置 640。
当系统正常时， 发送端和接收端开关矩阵光层保护装置均处于工作状态。 这样， 业务 1经发送端开关矩阵光层保护装置 600、 发送端 OTU1 611、 WDM 传输系统 620、 接收端 OTU1 631、 接收端开关矩阵光层保护装置 640构成的 波长通道 1传输； 业务 2经发送端幵关矩阵光层保护装置 600、 发送端 OTU2 612、 WDM传输系统 620、 接收端 OTU2 632、 接收端开关矩阵光层保护装置 640构成的波长通道 2传输； 依此类推， 业务 8经发送端开关矩阵光层保护装 置 600、 发送端 OTU8 613、 WDM传输系统 620、 接收端 OTU8 633、 接收端 开关矩阵光层保护装置 640构成的波长通道 8传输。 如果存在额外业务 α 则额外业务 0经发送端开关矩阵光层保护装置 6ο 发送端 OTU0 610、 WDM传输系统 620、 接收端 OTU0 630、 接收端开关矩阵 光层保护装置 640构成的波长通道 0传输。
当由于某种原因造成某波长通道 2故障造成业务 2中断并被检测到后， 发 送端和接收端的开关矩阵光层保护装置由工作状态倒换为保护状态， 将业务 2 由波长通道 2传输变为波长通道 0传输， 从而实现 1 :8通道保护。 具体保护过 程如下： 首先， 发送端开关矩阵光层保护装置 600中的 2#2x2光开关 602由直 通态倒换为交叉态； 然后， 接收端开关矩阵光层保护装置 640中的 2#2x2光开 关 642也由直通态倒换为交叉态，这样，业务 2就改变为经发送端 2#2x2光开 关 602、 发送端 1#2χ2光开关 601、 发送端 OTU0 610、 WDM传输系统 620、 接收端 OTU0 630、 接收端 1#2χ2光开关 641、 接收端 2#2x2光开关 642构成 的波长通道 0传输， 从而实现了 1:8通道保护。
需要说明的是， 如果已经在波长通道 0传递额外业务， 执行 1 :8保护后将 导致额外业务中断。
将 2个发送端和接收端开关矩阵光层保护装置分别串联，可共用波长通道
0为波长通道 1〜波长通道 16提供保护， 从而实现 1 : 16通道保护。 具体连接 如图 7所示， 保护过程与上述 1 :8通道保护相同。
如图 8所示， 将 2个发送端和接收端开关矩阵光层保护装置分别并联可形 成开关矩阵光层保护系统， 可共用 2个波长通道为波长通道 1〜8提供保护， 从而实现 2:8通道保护。
本装置实现 2:8通道保护的工作过程如下： 当系统正常时， 发送端和接收 端的开关矩阵光层保护系统均处于工作状态。 这样， 业务 1经发送端开关矩阵 光层保护系统 （801、 802)、 发送端 OTU1 811、 WDM传输系统 820、 接收端 OTU1 831、 接收端开关矩阵光层保护系统 （842、 843 ) 构成的波长通道 1传 输； 业务 2经发送端开关矩阵光层保护系统（801、 802)、 发送端 OTU2 812、 WDM传输系统 820、 接收端 OTU2 832、接收端开关矩阵光层保护系统（842、 843 ) 构成的波长通道 2传输； 依此类推， 业务 8经发送端开关矩阵光层保护 系统（801、 802 X 发送端 OTU8 813、 WDM传输系统 820、接收端 OTU8 833、 接收端开关矩阵光层保护系统 （842、 843 ) 构成的波长通道 8传输。
如果存在额外业务， 则额外业务 1经发送端开关矩阵光层保护装置 801、 发送端 OTUpl 814、 WDM传输系统 820、 接收端 OTUpl 834、 接收端开关矩 阵光层保护装置 843构成的波长通道 pi传输； 额外业务 2经发送端开关矩阵 光层保护装置 802、 发送端 OTUp2 815、 WDM传输系统 420、 接收端 OTUp2 835、 接收端开关矩阵光层保护装置 842构成的波长通道 p2传输。
当由于某种原因造成某些工作波长通道先后出现故障并造成相应业务中 断。 当系统检测到后， 发送端和接收端的各相应开关矩阵光层保护装置先后由 工作状态倒换为保护状态， 将这些业务由工作波长通道传输变为由保护波长通 道传输。 例如， 当传输业务 1的波长通道 1发生故障并被检测到后， 系统可选 择保护波长通道 pi继续传输业务 1。 即发送端开关矩阵光层保护装置 801中 的 1#2χ2 光开关由直通态倒换为交叉态， 同时接收端开关矩阵光层保护装置 843中的 1#2χ2光开关也由直通态倒换为交叉态。 这样， 业务 1就改变为经发 送端开关矩阵光层保护装置 801、 发送端 OTUpl 814、 WDM传输系统 820、 接收端 OTUpl 834、 收端开关矩阵光层保护装置 843构成的保护波长通道 pi 传输。 如果在波长通道 1故障未恢复， 波长通道 2也发生故障并被检测到后， 系统可选择保护波长通道 p2继续传输业务 2。 即发送端开关矩阵光层保护装 置 802中的 2#2χ2光开关由直通态倒换为交叉态 同时接收端开关矩阵光层保 护装置 842中的 2#2x2光开关也由直通态倒换为交叉态。 这样， 业务 2就改变 为经发送端开关矩阵光层保护系统 （801、 802)、 发送端 OTUp2 815、 WDM 传输系统 820、 接收端 OTUpl 835、 接收端开关矩阵光层保护系统（842、 843 ) 构成的保护波长通道 p2传输。
当然， 本发明还可有其他多种实施例， 在不背离本发明精神及其实质的情 况下， 熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形， 但 这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。 工业应用性
本发明给出了一种釆用 2x2光开关级联保护矩阵为基本单元，可实现不同 规模的 WDM l :n和 nr.n光层保护的装置， 该装置具有扩展性好、 成本低、 结 构简单、 可靠性高、 可传输额外业务等特点。

Claims

权利要求书
1. 一种开关矩阵光层保护装置， 其特征在于， 包括通过级联方式依次连 接的多个 2x2光开关， 所述 2x2光开关带有第一输入端、 第二输入端、 第一 输出端和第二输出端，其中一个所述 2x2光开关的第二输出端为第二独立输出 端且第二输入端连接另一个所述 2x2光开关的第二输出端， 所述 2x2光开关 的第一输出端为第一独立输出端；所述光开关包括直通状态和交叉状态，所述 光开关处于直通状态时， 由第一输入端输入的信号从第一输出端输出， 所述光 开关处于交叉状态时， 由第一输入端输入的信号从第二输出端输出。
2. 根据权利要求 1 所述的开关矩阵光层保护装置， 其特征在于， 还包括 多个光转发单元， 所述光转发单元与所述独立输出端一一对应连接。
3. 根据权利要求 1或 2所述的开关矩阵光层保护装置， 其特征在于， 所 述通过级联方式依次连接的多个 2x2光开关由多个单一独立的 2x2光开关连 接组成。
4. 根据权利要求 1或 2所述的开关矩阵光层保护装置， 其特征在于， 所 述通过级联方式依次连接的多个 2x2光开关利用 MEMS工艺、 阵列波导工艺 或液晶工艺集成在一起。
5. 一种采用权利要求 1 所述的开关矩阵光层保护装置的开关矩阵光层保 护系统， 其特征在于， 包括依次连接的多个开关矩阵光层保护装置， 其中所述 开关矩阵光层保护装置中光开关的第一独立输出端与另一幵关矩阵光层保护 装置中光开关的第一输入端一一对应连接，所述开关矩阵光层保护装置的第二 独立输出端和其中一个开关矩阵光层保护装置的第一独立输出端为第三独立 输出端。
6. 根据权利要求 5所述的开关矩阵光层保护系统， 其特征在于， 还包括 多个光转发单元， 所述光转发单元与所述第三独立输出端一一对应连接。
7. 根据权利要求 5或 6所述的开关矩阵光层保护系统， 其特征在于， 所 述光开关由单独的 2x2光开关连接组成。
8. 根据权利要求 5或 6所述的开关矩阵光层保护系统， 其特征在于， 所 述光开关利用 MEMS工艺、 阵列波导工艺或液晶工艺集成制造。
9. 一种采用权利要求 1所述的开关矩阵光层保护装置的 WDM传输系统， 包括光复用器、光解复用器、连接所述光复用器和光解复用器的光纤， 其特征 在于，还包括带有发送端光转发单元的发送端开关矩阵光层保护装置、带有接 收端光转发单元的接收端开关矩阵光层保护装置，所述发送端开关矩阵光层保 护装置通过所述发送端光转发单元连接所述光复用器，所述接收端开关矩阵光 层保护装置通过所述接收端光转发单元连接所述光解复用器。
10. 一种釆用权利要求 5 所述的开关矩阵光层保护系统的 WDM传输系 统， 包括光复用器、 光解复用器、 连接所述光复用器和光解复用器的光纤， 其 特征在于，还包括带有发送端光转发单元的发送端开关矩阵光层保护系统和带 有接收端光转发单元的接收端开关矩阵光层保护系统，所述发送端开关矩阵光 层保护系统通过所述发送端光转发单元连接所述光复用器，所述接收端开关矩 阵光层保护系统通过所述接收端光转发单元连接所述光解复用器。
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