СПОСОБ, УСТРОЙСТВО И СИСТЕМА ДЛЯ КОЛЛЕКТИВНОЙ ЗАЩИТЫ ГРУППЫ ОПТИЧЕСКИХ КАНАЛОВ
METHOD, DEVICE AND SYSTEM FOR COLLECTIVE PROTECTION OF GROUP OF OPTICAL CHANNELS

Настоящая заявка притязает на приоритет китайской заявки No. 200510131991.8, поданной в патентное ведомство Китая 22 декабря 2005 г., озаглавленной "Способ и устройство для коллективной защиты группы оптических каналов», все содержание которой включено в настоящее описание посредством ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к технологии мультиплексирования с разделением по длине волны и, в частности, к способу, устройству и системе для коллективной защиты группы оптических каналов в системах с мультиплексированием с разделением по длине волны (WDM, wavelength division multiplexing).
Уровень техники
С развитием технологии оптических устройств и технологии мультиплексирования с разделением по длине волны (WDM, wavelength division multiplexing), одиночное оптическое волокно стало обладать более высокой пропускной способностью до величины порядка Тб/с. В результате авария на линии оптического волокна или повреждение оборудования, лежащего в основе оптических сетей, окажет влияние на большое число сообщений. Таким образом, то, как можно улучшить живучесть сетей, становится оживленным полем для исследований поставщиков услуг и поставщиков оборудования.
Живучесть сети определяется способностью сети гарантировать приемлемое качество обслуживания в случае сбоя сети или неисправности оборудования. Основными техническими показателями, характеризующими живучесть сети, являются избыточность, коэффициент восстановления и время восстановления. Избыточность определяется как отношение общей резервной пропускной способности к общей рабочей пропускной способности сети и может использоваться для измерения дополнительной стоимости системы при улучшении живучести сети. Коэффициент восстановления определяется как отношение числа восстановленных каналов к общему числу первоначально поврежденных каналов в случае сбоя. Время восстановления представляет собой время, требуемое сети для восстановления поврежденных сообщений.
Различные сообщения могут иметь разные требования по времени восстановления. Как правило, автоматические банковские аппараты в больших финансовых институтах и банках имеют строгие требования к времени восстановления, обычно меньше 50 мс. Обычные коммуникационные сообщения допускают большее время прерывания сообщений, но обычно не дольше, чем 30 минут. Эти сообщения передаются по оптической сети после обработки в коммутаторе или маршрутизаторе. В целом, когда время прерывания в транспортной сети между 50 и 200 мс, вероятность потери соединения коммутируемых сообщений меньше 5%. В этом случае влияние на служебные сети №7 или сотовые сети может быть проигнорировано. Когда время прерывания транспортной сети возрастает до значения между 200 мс и 2 с, вероятность потери соединения коммутируемых сообщений начинает постепенно увеличиваться. Время прерывания больше 2 с приводит к потере большинства коммутируемых цепями соединений, частных канальных сообщений и телефонных сообщений. Далее, если время прерывания транспортной сети достигает 10 с, все сеансы связи будут потеряны, в то время как время прерывания транспортной сети дольше, чем на 5 минут, может вызвать критическую блокировку в коммутаторе и даже более длительный непокрытый период сообщений верхних уровней.
В уровне технике мультиплексирование с временным разделением (TDM) является главным служебным режимом, а самовосстанавливающееся кольцо синхронной цифровой иерархии (SDH, synchronous digital hierarchy) с мощной защитной функцией стало популярным сетевым режимом. Кольцевая сеть SDH поддерживает двунаправленное кольцо с коммутацией пути (BPSR, bidirectional path switching ring), однонаправленное кольцо с коммутацией пути (UPSR, unidirectional path switching ring), однонаправленное кольцо с коммутацией линии (ULSR, unidirectional line switching ring), двухволоконное двунаправленное кольцо с коммутацией линии (2F-BLSR, two fiber bidirectional line switching ring), четырехволоконное двунаправленное кольцо с коммутацией линии (4F-BLSR, four fiber bidirectional line switching ring) и подсетевую защиту соединения (SNCP, subnetwork connection protection).
Тем не менее, с появлением в сетях мегаполисов приложений, использующих крупнопакетные широкополосные сообщения передачи данных, системы мультиплексирования с разделением длин волн (WDM) постепенно стали внедряться в этих сетях в качестве базовой транспортной сети. Системы WDM мегаполисов обычно используют режим с кольцевой топологией. По аналогии с такими защитными режимами, как UPSR, BPSR, BLSR, ULSR и SNCP, поддерживаемыми оборудованием SDH, система WDM обеспечивает следующие защитные режимы: оптическое однонаправленное кольцо с переключением пути (OUPSR, optical unidirectional path switching ring), оптический двунаправленное кольцо с переключением пути (OBPSR, optical bidirectional path switching ring), оптическое однонаправленное кольцо с переключением линий (OULSR, optical unidirectional line switching ring), оптическое двунаправленное кольцо с переключением линий (OBLSR, optical bidirectional line switching ring), оптическая подсетевая защита подключения (OSNCP, optical sub-network connection protection), кольцо коллективной защиты оптических каналов (OCh-SPRing, optical channel shared protection ring). OCh-SPRing находит широкое применение, обладая преимуществами высоких использования длин волн и прозрачности ширины полосы.
В вышеизложенных решениях коллективной защиты оптического канала двусторонние служебные соединения в различных сегментах кольца используют одну и ту же пару длин волн λ1 и λ2. Длины волн λ1 и λ2 существуют, соответственно, в двух различных оптических волокнах. Помимо этого соответствующие λ2 и λ1 в двух различных оптических волокнах служат защитными длинами волн рабочих длин волн λ2 и λ1.
Участие узлов в коллективной защите оптических каналов требуется для поддержания трех функций, таких как сквозное прохождение сообщения, введение сообщения и извлечение сообщения. Сквозное прохождение сообщения означает, что защищенное сообщение из другого узла сети может пройти напрямую через этот узел, так что защищенное сообщение может быть передано точно в узел назначения. Введение сообщения необходимо, чтобы правильно коммутировать локальное сообщение в защищенный канал, когда локальное сообщение повреждено. Извлечение сообщения означает, что если сообщение, предназначенное для локального узла, подвергается воздействию какой-либо аварии в рабочем канале (также называемом рабочим блоком), то оно может быть передано в локальный узел через защитный канал (также называемый защитным блоком), и сообщение в защитном канале может быть направлено точно к приемнику в определенном месте.
На фиг.1 проиллюстрирован традиционный способ коллективной защиты оптических каналов, который осуществляет три представленные выше функции узлов. В этом способе с оптическим мультиплексором ввода-вывода (OADM, optical add/drop multiplexor) пара длин волн (рабочая длина волны W и защитная длина волны Р) разделяется и затем обрабатывается в устройстве для коммутации коллективной защиты оптических каналов, таким образом осуществляя управление и коммутацию между рабочим каналом и защитным каналом. Недостатки этого способа видятся в том, что когда многочисленным парам длин волн необходима общая защита оптических каналов, различным парам длин волн могут потребоваться разные устройства для коммутации коллективной защиты оптических каналов. Сложность и цена сети линейно пропорциональны требованиям по защитной коммутации.
Тем не менее, все существующие способы коллективной защиты для оптических каналов используют пару длин волн как основную единицу. Пара длин волн должна быть разделена мультиплексором OADM с обоих направлений линии. После обработки коммутатором коллективной защиты оптических каналов пара длин волн снова объединяется мультиплексором OADM и посылается как в восточном, так и в западном направлениях сети. Китайская заявка на патент No. 200410034507.5, представленная заявителем в данной заявке и названная «Устройство и система коллективной защиты оптических каналов», предусматривает реализацию устройства и системы. В способе, тем не менее, каждая пара длин волн требует соответствующее устройство для коллективной защиты оптических каналов, если множественным парам длин волн необходима коллективная защита оптических каналов в кольцевой сети. В результате стоимость и сложность коллективной защиты оптических каналов значительно увеличиваются, таким образом накладывая ограничения на применение способа коллективной защиты оптических каналов.
Чтобы уменьшить недостатки в приведенном способе коллективной защиты оптических каналов, представлены новые способы, дающие возможность более эффективной защиты. Например, множество длин волн может быть связано в группу, и осуществляется коллективная защита для группы. В этом способе длины волн одной группы обрабатываются одинаковым образом, поэтому защитная коммутация становится проще. Однако различные длины волн в одной группе могут требовать одной и той же защитной коммутации. В этом случае различным длинам волн требуется иметь одни и те же передающий и приемный узлы. В то же время в реальных ситуациях существует малая вероятность того, что множество длин волн поддерживают то же самое служебное соединение с множеством сегментов в кольце. Соответственно применение этого способа ограничено.
В другом способе коллективной защиты оптических каналов, когда происходит ошибка, множество подвергшихся влиянию оптических каналов в передающем узле на контуре обрабатывается как одна группа оптических каналов. По способу с обратной связью подвергшиеся воздействию группы оптических каналов во внутреннем волокне возвращаются по обратной связи для передачи во внешнее волокно, в то время как подвергшиеся воздействию группы оптических каналов во внешнем волокне возвращаются по обратной связи для передачи во внутреннее волокно. Эти группы каналов оптических длин волн проходят в промежуточном узле. В приемном узле защитные группы каналов оптических длин волн во внутреннем волокне восстанавливаются во внешнее волокно и ликвидируются мультиплексором OADM. Вышеприведенный процесс обратен обработке групп каналов оптических длин волн во внешнем волокне. Однако существует очень малая вероятность того, что различные пары длин волн в одной группе оптических каналов формируются/ликвидируются в одном и том же приемном/передающем узле. Соответственно эти группы каналов длин волн необходимо разделять и затем объединять их в разных узлах.
Чтобы решить вышеупомянутую проблему, заявитель предложил способ коллективной защиты группы оптических каналов в китайской заявке на патент No. 200510005442.6 (озаглавленной «Общая защита оптических канальных групп»). В способе коллективная защита оптических каналов пар длин волн, имеющих разные источники и разные приемники, реализована с помощью устройств, селективных по длине волны. Все пары длин волн используют общее устройство защитной коммутации. Это препятствует росту цены, когда слишком много пар длин волн требуют коллективной канальной защиты, в то время как преимущества коллективной защиты оптических каналов сохраняются.
В данном способе каждый узел рассматривает поврежденные сообщения каналов оптических длин волн, для которых данный узел является передающим узлом, как одну группу, а поврежденные сообщения каналов оптических длин волн, для которых данный узел является приемным узлом, как вторую группу (которые временно будут называться соответственно передающей группой оптических каналов и приемной группой оптических каналов). Сообщения оптических каналов в передающей группе оптических каналов могут иметь различные приемные узлы, а сообщения оптических каналов в приемной группе оптических каналов могут иметь различные передающие узлы. В передающем узле локальное введенное сообщение отделяется от передаваемой группы оптических каналов и коммутируется из рабочего волокна в защитное волокно для передачи, в то время как в приемном узле приемная группа оптических каналов отделяется от защитных каналов в защитном волокне и коммутируется в рабочее волокно, таким образом будучи ликвидированной в узле приема (данное действие называется «Направление» и «Копирование»). В дальнейшем приемный или передающий узел может удалить передаваемую группу оптических каналов или приемную группу оптических каналов из защитного волокна так, чтобы избежать самовозбуждения по обратной связи в защитном волокне (данное действие называется «Разделение»). Кроме того, промежуточный узел может четко передать сигналы защитного канала, коммутированные в защитное волокно предыдущим узлом и переданные через защитное волокно в следующий узел (действие называется «Сквозное прохождение»), согласно служебным сигналам или результатам самотестирования.
На фиг.2 проиллюстрирован принцип приведенной выше коллективной защиты группы оптических каналов. Как показано на фиг.2, имеются шесть узлов в сети типа "двунаправленное кольцо", включающей в себя внешнее волокно в направлении по часовой стрелке (сплошные линии на фиг.2) и внутреннее волокно в направлении против часовой стрелки (пунктирные линии на фиг.2). Узел А и узел В соединены на длине волны 1, узел А и узел Е соединены на длине волны 4, узел А и узел D соединены на двух длинах волн 2 и 3, узел В и узел Е соединены на длине волны 7, узел В и узел F соединены на двух длинах волн 5 и 6. Полагая, что все служебные соединения расположены по часовой стрелке внешнего волокна (сплошные линии представляют действительный путь, по которому проходят сообщения), когда появляется ошибка между узлами В и С, сообщения от узлов А и В к узлу D, сообщения от узла А и В к узлу Е и сообщения от узла А и В к узлу F необходимо переключить для передачи на внутреннее волокно, в то время как сообщения от узла А к узлу В не нужно переключать (потому что сбой между узлами В и С не влияет на сообщения между узлом А и узлом В). В это время узлу В требуется переключить сообщения к узлам Е и F на внутреннее волокно для передачи, то есть выполнить действие «Направление». Подобным образом узлу А требуется переключить сообщения к узлам D, E и F для передачи на внутреннее волокно, то есть скоммутировать передаваемую группу оптических каналов. Кроме того, узлу А также требуется разрешить проход сообщений от узла В к узлам Е и F через узел А. Другими словами, узел А выполняет действия «Направление» и «Сквозное прохождение». В узле F сообщения, передаваемые от узла В, затухают и ликвидируются, и сообщениям от узлов А, В к узлам D, E разрешается пройти. Другими словами, узел F выполняет действие «Копирование» и «Сквозное прохождение». Узлы D и Е выполняют те же действия. Узел С, на котором никакие сообщения не ликвидируются, не выполняет никаких действий, когда происходит ошибка на участке между узлами В и С. Тем не менее, если ошибка происходит на участке, не расположенном рядом с узлом С, узлу С требуется выполнить действие «Сквозное прохождение».
На фиг.2, только в том случае, если во внешнем волокне есть сбой, в то время как во внутреннем волокне сбоя нет, узлам на кольцевой схеме требуется установить точку ликвидации для каналов оптических длин волн, переключаемых из внешнего волокна во внутреннее волокно, потому что оптические сигналы могут вызвать самовозбуждение по обратной связи в кольце внутреннего волокна без точки ликвидации, тем самым влияя на качество оптических сигналов. Очевидно, что удаление оптических сигналов из внутреннего волокна должно осуществляться в узле, который расположен за приемным узлом и между приемным узлом приемником и передающим узлом (включая приемный узел и передающий узел). Так как приемный узел и передающий узел могут располагаться рядом друг с другом, функция удаления, как правило, производится на приемном узле и передающем узле. Если функция удаления на передающем узле, то коммутируемые оптические сигналы будут перемещаться по всему кольцу внутреннего волокна и завершаться на передающем узле. На фиг.2 действие «Разделение» выполняется узлами А и В. Если действие осуществляется на приемном узле, функция удаления выполняется узлами D, Е и F. В этом случае оптические сигналы не проходят по всему кольцу.
Вышеописанный уровень техники в дальнейшем предусматривает несколько вариантов осуществления. Один вариант осуществления в уровне техники предлагает устройство для коллективной защиты группы оптических каналов, заканчивающейся на передающем узле, как показано на фиг.3. При нормальном функционировании устройства блокирования длин волн (wavelength blocking) WB2 и WB3 находятся в полностью заблокированном режиме, а устройства WB1 и WB4 соответственно работают в режиме блокирования красного диапазона длин волн света, пропуская голубой диапазон длин волн света и в режиме пропускания голубого диапазона длин волн света, блокируя красный диапазон длин волн света (или наоборот). Сбой в смежных волокнах в восточном направлении влияет на все сообщения в восточном направлении в вышеупомянутых узлах (поскольку все сообщения восточного направления проходят через смежные волокна). В это время WB3 открывает каналы длин волн в соответствии с добавленными сообщениями восточного направления и коммутирует все добавленные сообщения восточного направления в этот узел на нижнее оптическое волокно для передачи. Сообщения, коммутируемые в нижнее оптическое волокно, не блокируются, потому что длины волн в верхнем оптическом волокне и нижнем оптическом волокне не конфликтуют друг с другом при нормальном функционировании. Так, этот узел выполняет функцию «Направление». Повреждение в оптическом волокне может повлиять только на одиночное оптическое волокно. Как показано на фиг.3, например, верхнее оптическое волокно повреждено, в то время как нижнее оптическое волокно остается в хорошем состоянии. В этом случае узлу требуется отсечь длины волн, скоммутированные от верхнего оптического волокна к нижнему оптическому волокну, от петли. Эта функция выполняется WB4 среди верхних узлов, то есть устанавливая в WB4 соответствующий канал длин волн открытым, а в WB3 в статусе блокировки, тем самым избегая обратную связь на длине волны в нижнем оптическом волокне. Таким образом, узел WB4 выполняет функцию «Разделение» узла передатчика. Очевидно, когда сбои происходят в обоих смежных, верхнем и нижнем, оптических волокнах в восточном направлении, западные сброшенные сообщения также могут подвергнуться воздействию. Соответственно, когда соответствующий передающий узел коммутирует сообщения из нижнего оптического волокна в верхнее оптическое волокно, и сообщения передаются в узел, в WB1 и WB3 также требуется открыть канал для сообщений длин волн, так что сообщения могут быть скоммутированы из верхнего оптического волокна назад в нижний оптический волокно и соответствующие длины волн могут быть демультиплексированы в мультиплексоре OADM. В этом случае выполняется функции «Копирование». Сообщения, извлекаемые на восточной стороне, коммутируются из нижнего оптического волокна в верхнее оптическое волокно в узле (который смежный или не смежный к участку, на котором произошел сбой) на противоположной стороне участка, на котором произошел сбой, и проходит через промежуточный узел (а) в направлении против часовой стрелки (полагая, что передающий узел и приемный узел извлекаемых восточных сообщений не являются смежными друг другу в западном направлении). WB1, установленный на верхнем оптическом волокне промежуточного узла, требуется для обеспечения прозрачного прохождения через этот узел длины волны, коммутированной с нижнего оптического волокна на верхнее оптическое волокно, таким образом выполняя функцию «Сквозное прохождение».
Очевидно, вышеприведенный вариант осуществления не обеспечивает решения проблемы модернизации мультиплексора OADM в режиме реального времени. Другими словами, для непрерывной модернизации мультиплексора OADM требуется дополнительный вариант осуществления. На фиг.4 проиллюстрирована коллективная защита отсеченной от передатчика группы оптических каналов с поперечной связью. Как показано на фиг.4, WB4 подключен между двумя мультиплексорами OADM рабочего волокна, а WB1 подключен между двумя мультиплексорами OADM защитного волокна. Добавленные/извлеченные сообщения из локального мультиплексора OADM могут быть одновременно переданы через порт передачи данных в рабочее волокно и защитное волокно. WB2 и WB3, подключенные между рабочим и защитным волокнами, могут блокировать сообщения длин волн, чтобы избежать конфликта длин волн при нормальном функционировании. Когда происходит сбой, WB2 и WB3 на соответствующем защитном волоконном канале останавливает блокирование сообщений длин волн, чтобы коммутировать сообщения с рабочего волокна на защитное волокно. В приемном узле сообщения открываются соответствующими WB5 и WB6, подключенными между рабочим и защитным волокнами, так что сообщения коммутируются с защитного волокна на рабочее. Тем не менее, сообщения длин волн могут продолжить проходить по защитному волокну до тех пор, пока сообщения не достигнут передающий узел и не заблокируются WB1, подключенным к защитному волокну. На фиг.5 проиллюстрирована коллективная защита группы оптических каналов с обратной связью. Как показано на фиг.5, коммутация обратной связи отличается в том, что в восточном направлении добавлен оптический коммутатор 1, а в западном направлении добавлен оптический коммутатор 2 для того, чтобы предотвратить нештатную работу в случае одноволоконного сбоя. Когда в оптическом волокне обнаруживается сбой, немедленно размыкается соответствующий коммутатор так, что сбой в сети становится сбоем в двунаправленном волокне. В этом случае самовозбуждение длин волн может быть предотвращено, когда сообщения поврежденной длины (длин) волн коммутируются в защитное волокно. Можно сослаться на китайскую заявку на патент No. 200510005442.6 для подробного алгоритма осуществления вышеприведенного способа.
Как видно, решения из уровня техники берут в расчет только устройства блокирования длин волн, игнорируя механизм внедрения других устройств. Соответственно для коллективной защиты оптических каналов необходимо большое количество устройств, блокирующих длину волны, поскольку каждое устройство, блокирующее длину волны, обеспечивает поддержку только двух направлений, что приводит в результате к высоким начальным стоимостным затратам.
Раскрытие изобретения
Техническая задача изобретения заключается в создании способа, устройства и системы для коллективной защиты группы оптических каналов, позволяющих решить проблему высоких начальных затрат в результате большого количества блокирующих устройств, свойственную известным решениям.
Чтобы решить эту задачу, изобретение предлагает способ коллективной защиты группы оптических каналов, в котором разделяют поврежденные сообщения канала оптических длин волн на группу оптических каналов передатчика, группу оптических каналов приемника и группу промежуточных оптических каналов, принимая узлы сети как передающий узел, промежуточный узел и/или приемный узел; селективно выделяют группу оптических каналов передатчика из указанных узлов и коммутируют группу оптических каналов передатчика из рабочего волокна в защитное волокно для передачи; селективно выделяют группу оптических каналов приемника из защитного канала защитного волокна, так что группа оптических каналов приемника ликвидируется в приемном узле, и осуществляют прозрачную передачу группы промежуточных оптических каналов на следующий узел.
В другом аспекте изобретения предлагается устройство для коллективной защиты группы оптических каналов. Устройство включает в себя распределитель, рабочий блок передачи и защитный блок передачи, причем распределитель выполнен с возможностью передачи локально введенного сообщения рабочему блоку передачи и защитному блоку передачи, рабочий блок передачи выполнен с возможностью передачи локально введенного сообщения в рабочий канал, если рабочий канал исправен, а защитный блок передачи выполнен с возможностью передачи локально введенного сообщения в резервный канал, если в рабочем канале произошел сбой.
В следующем аспекте изобретения предлагается устройство для коллективной защиты группы оптических каналов. Устройство включает рабочий блок приема, защитный блок приема и сумматор, причем рабочий блок приема выполнен с возможностью приема локально извлекаемого сообщения из рабочего канала, если рабочий канал исправен; защитный блок приема выполнен с возможностью приема локально извлекаемого сообщения из резервного канала, если в рабочем канале произошел сбой; а сумматор выполнен с возможностью объединения сообщений рабочего блока приема и защитного блока приема для извлечения.
В еще одном аспекте изобретения предлагается система коллективной защиты группы оптических каналов. Система включает в себя распределитель, рабочий блок передачи, защитный блок передачи, рабочий блок приема, защитный блок приема и сумматор, причем распределитель выполнен с возможностью передачи локально введенного сообщения рабочему блоку передачи и защитному блоку передачи; рабочий блок передачи выполнен с возможностью передачи локально введенного сообщения в рабочий канал, если рабочий канал исправен; защитный блок передачи выполнен с возможностью передачи локально введенного сообщения в резервный канал, если в рабочем канале произошел сбой; рабочий блок приема выполнен с возможностью приема локально извлекаемого сообщения из рабочего канала, если рабочий канал исправен; защитный блок приема выполнен с возможностью приема локально извлекаемого сообщения из резервного канала, если в рабочем канале произошел сбой; а сумматор выполнен с возможностью объединения сообщений рабочего блока приема и защитного блока приема для извлечения, при этом между защитным блоком приема и рабочим блоком передачи и между рабочим блоком приема и защитным блоком передачи предусмотрены оптоволоконные соединения для обеспечения прозрачной передачи группы промежуточных оптических каналов.
В описанных аспектах изобретения требуется, по меньшей мере, одна пара многонаправленных устройств, селективных по длине волны, для того чтобы обеспечить возможность коллективной защиты всех каналов оптических длин волн в одном узле, не предоставляя отдельный коммутационный блок защиты длин волн для каждой пары каналов длин волн. Таким образом, требования для коммутации с коллективной защитой каналов оптических длин волн не оказывают влияния на стоимость и сложность реализации. Другими словами, сложность реализации может быть уменьшена. Кроме того, способ наследует преимущества коллективной защиты оптических каналов, то есть относительно высокую эффективность использования длин волн.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлена схема, иллюстрирующая внутренние соединения узла коллективной защиты оптических каналов согласно уровню техники;
На фиг.2 представлена схема, иллюстрирующая принцип коллективной защиты оптических каналов согласно уровню техники;
На фиг.3 представлена схема, иллюстрирующая источник-узел-приемник коллективной защиты группы оптических каналов согласно уровню техники;
На фиг.4 представлена схема, иллюстрирующая коллективную защиту группы оптических каналов с поперечной связью с отсечением передатчика согласно уровню техники;
На фиг.5 представлена схема, иллюстрирующая контур обратной связи коллективной защиты группы оптических каналов согласно уровню техники;
На фиг.6 представлена схема, иллюстрирующая базовый принцип устройства, селективного по длине волны, согласно варианту осуществления изобретения;
На фиг.7 представлена схема, иллюстрирующая предпочтительный вариант осуществления изобретения;
На фиг.8 представлена схема, иллюстрирующая связь сообщениями одного передатчика с разными приемниками и связь сообщениями одного приемника с разными передатчиками согласно варианту осуществления изобретения;
На фиг.9 представлена схема, иллюстрирующая другой вариант осуществления, в котором разделение и объединение выполняются посредством разветвителя и демультиплексора/мультиплексора согласно варианту осуществления изобретения;
На фиг.10 представлена схема, иллюстрирующая вариант осуществления, в котором настроен порт расширения другого рабочего режима согласно варианту осуществления изобретения;
На фиг.11 представлена схема, иллюстрирующая коллективную защиту группы оптических каналов, основанную на взаимной передаче и отбирающем приеме оптического мультиплексора ввода/вывода (OADM) согласно варианту осуществления изобретения;
На фиг.12 представлена схема, иллюстрирующая коллективную защиту группы оптических каналов без мультиплексора/демультиплексора согласно варианту осуществления изобретения.
Осуществление изобретения
Некоторые предпочтительные варианты осуществления изобретения детально описаны со ссылкой на чертежи.
В варианте осуществления изобретения устройство, селективное по длине волны, используется для осуществления коллективной защиты группы оптических каналов. В некоторых конструкциях устройство селективной коммутации по длине волны (WSS, wavelength selective switching) используется как пример устройства, селективного по длине волны. Тем не менее, следует понимать, что изобретение им не ограничивается. Устройство WSS может быть выполнено в различных формах. Несмотря на форму выполнения WSS устройства, WSS устройство обладает функцией вывода каждой отличной длины волны или детали входного сигнала белого света отдельно из любого из множества портов, как показано на фиг.6. Поэтому порт вывода устройства WSS может работать как порт извлечения сигналов группы длин волн на стороне, включающей WSS устройство. Сигнал вывода затем обрабатывается платой демультиплексора (DMUX) в оптическом мультиплексоре ввода/вывода (OADM, optical add/drop multiplexor) для того, чтобы извлечь одиночную длину волны. Конечно, устройство WSS может также работать, как мультиплексор, объединяя множество сигналов, так что каналы с различными длинами волн в множестве входных сигналов могут быть объединены для того, чтобы сформировать один мультиплексированный оптический сигнал.
Способ коллективной защиты группы оптических каналов, предлагаемый изобретением, может осуществлять коллективную защиту группы оптических каналов без какого-либо действия «Разделение». Способ включает в себя разделение поврежденных сообщений канала оптических длин волн на группу оптических каналов передатчика, группу оптических каналов приемника и группу промежуточных оптических каналов, принимая сетевые узлы за передающий узел, промежуточный узел и/или приемный узел; селективное отделение группы оптических каналов передатчика от узлов и переключение группы оптических каналов передатчика с рабочего волокна на защитное волокно для передачи; селективное отделение группы оптических каналов приемника от защитного канала защитного волокна так, что группа оптических каналов ликвидируется в приемном узле; и прозрачную (сквозную) передачу промежуточной группы оптических каналов к следующему узлу.
Другими словами, поврежденные сообщения канала оптических длин волн передающего узла и поврежденные сообщения канала оптических длин волн приемного узла соответственно сортируются на группы, называемые передающей группой оптических каналов и приемной группой оптических каналов. Приемные узлы группы оптических каналов передатчика могут быть полностью или частично похожи друг на друга или полностью отличаться друг от друга. Передающие узлы группы оптических каналов приемника могут быть полностью идентичными, немного похожими или полностью отличаться друг от друга. В передающем узле группа оптических каналов передатчика отделена от локальных сообщений и переключена с рабочего волокна на защитное волокно (например, резервное волокно) для передачи. В приемном узле группа оптических каналов приемника отделена от защитного канала в защитном волокне и подключена к рабочему волокну для того, чтобы быть ликвидированной в приемном узле (это действие называется «Направление» и «Копирование»). Кроме того, промежуточный узел может передавать сквозным образом защитный канальный сигнал, скоммутированный предыдущим узлом к защитному волокну и переданный через защитное волокно к следующему узлу в соответствии со служебными данными или результатом самотестирования (это действие называется «Сквозное прохождение»).
Соответственно устройство для коллективной защиты группы оптических каналов, предлагаемое изобретением, может быть выполнено различными способами. Например, устройство может включать в себя распределитель, рабочий блок передачи и защитный блок передачи. Распределитель настроен так, чтобы передавать локально добавленные сообщения в рабочий блок передачи и защитный блок передачи соответственно. Рабочий блок передачи настроен так, чтобы передавать локально введенное сообщение, рабочий канал которого исправен, к исправному рабочему каналу. Защитный блок передачи настроен так, чтобы передавать локально введенное сообщение, локальный канал которого содержит сбой, в запасной канал.
Другими словами, устройство расположено в направлении передачи сообщений от передающего узла и включает в себя рабочий блок передачи (то есть рабочий канал на передачу) и защитный блок передачи (то есть защитный канал на передачу). Коммутация по длине волны организуется в каждом рабочем блоке передачи и защитном блоке передачи соответственно. Устройство селективной коммутации по длине волны настроено так, чтобы селективно переключать сообщения, переданные передающим узлом, с рабочего блока передачи на защитный блок передачи. В дальнейшем устройство может включать в себя, по крайней мере, разветвитель, настроенный на передачу локально добавленного сообщения к рабочему блоку передачи и защитному блоку передачи соответственно. Если есть множество введенных сообщений, устройство может в дальнейшем включать в себя, по меньшей мере, один мультиплексор, настроенный на объединение множества введенных сообщений в соответствующий разветвитель. Кроме того, устройство в дальнейшем может включать в себя оптический мультиплексор ввода-вывода, требуемый для каналов без защиты или каналов, использующих 1+1 канальную защиту, или каналов, использующих 1:1 канальную защиту, или каналов, использующих n:1 канальную защиту. Оптический мультиплексор ввода-вывода может вводить сообщения, используя интерфейс ввода или интерфейс расширения устройства селективной коммутации по длине волны в рабочем блоке передачи или устройства селективной коммутации по длине волны в защитном блоке передачи.
Другое устройство может включать в себя рабочий блок приема, защитный блок приема и сумматор. Рабочий блок приема настроен так, чтобы принимать локально извлеченные сообщения, рабочий канал которого исправен, из рабочего канала. Защитный блок приема настроен так, чтобы принимать локально извлеченные сообщения, рабочий канал которого имеет сбой, из запасного канала. Сумматор настроен так, чтобы объединять сообщения рабочего блока приема и защитного блока приема для извлечения.
Другими словами, другое устройство располагается на приемном узле в направлении приема сообщений и состоит из рабочего блока приема и защитного блока приема. Рабочий блок приема и защитный блок приема настроены таким образом, чтобы селективно перенаправлять сообщения, полученные приемным узлом, от рабочего блока приема к защитному блоку приема. В каждом из рабочих блоков приема и защитных блоков приема устанавливается устройство селективной коммутации по длине волны или разветвитель соответственно. Рабочий блок приема исполняет роль рабочего канала приема, а защитный блок приема представляет защитный блок приема. Далее другое устройство может также включать в себя, по меньшей мере, один сумматор, настроенный так, чтобы извлекать сообщение, принятое от рабочего блока приема и защитного блока приема. Если необходимо извлекать множество сообщений, то устройство также может включать в себя, по меньшей мере, один демультиплексор, настроенный, чтобы принимать и демультиплексировать множество извлеченных сообщений. Также устройство может включать в себя оптический мультиплексор ввода-вывода, чтобы обеспечить непосредственное мультиплексирование ввода-вывода для незащищенных каналов, или каналов с защитой типа 1+1, или с защитой типа 1:1, или с защитой типа n+1. Мультиплексор ввода-вывода может извлекать сообщения, используя интерфейс ввода или интерфейс расширения устройства селективной коммутации по длине волны в рабочем блоке приема или устройства селективной коммутации по длине волны в защитном блоке приема.
В двух приведенных выше способах осуществления оптоволоконные соединения могут существовать между защитным блоком приема и рабочим блоком передачи и между рабочим блоком приема и защитным блоком передачи, так чтобы обеспечить сквозную передачу промежуточной группы оптических каналов.
В данном изобретении, несмотря на то, что рабочий блок передачи и защитный блок передачи отделены друг от друга, это не означает, что конкретный физический блок передачи является одним из этих двух блоков. Локальное введенное сообщение может выбирать между восточным и западным направлениями. Для сообщения, передаваемого в восточном направлении, физический передающий блок в восточном направлении является рабочим блоком передачи, а физический передающий блок в западном направлении является защитным блоком передачи. И наоборот, для сообщения, передаваемого в западном направлении, физический передающий блок в западном направлении является рабочим блоком передачи, а физический передающий блок в восточном направлении является защитным блоком передачи. Другими словами, физический передающий блок может работать как рабочий блок передачи или как защитный блок передачи. Рабочий блок приема и защитный блок приема имеют аналогичные свойства и потому не будут повторно здесь описываться.
Кроме того, данное изобретение предлагает систему коллективной защиты группы оптических каналов. Такая система может включать в себя распределитель, рабочий блок передачи, защитный блок передачи, рабочий блок приема, защитный блок приема и сумматор. Распределитель настроен для передачи локального введенного сообщения в рабочий блок передачи и защитный блок передачи соответственно. Рабочий блок передачи настроен для передачи локального введенного сообщения, рабочий канал которого исправен, в основной рабочий канал. Защитный блок передачи настроен для передачи локального введенного сообщения, рабочий канал которого неисправен, в резервный канал. Рабочий блок приема настроен для приема локального извлеченного сообщения, рабочий канал которого исправен, из рабочего канала. Защитный блок приема настроен для приема локального извлеченного сообщения, рабочий канал которого неисправен, из резервного канала. Сумматор настроен так, чтобы объединять сообщения, поступающие от рабочего блока приема и защитного блока приема, для их извлечения. Оптоволоконное соединение может быть установлено между защитным блоком приема и передающим рабочим блоком и между рабочим блоком приема и защитным блоком передачи, так чтобы обеспечить сквозную передачу группы промежуточных оптических каналов.
Изобретение описывается далее детально со ссылками на некоторые конкретные варианты осуществления.
На фиг.7 проиллюстрирован предпочтительный вариант осуществления коллективной защиты группы оптических каналов, основанной на двойной передаче и селективном приеме оптическим мультиплексором ввода-вывода (OADM). Предположим, что повреждение западного волокна на узле влияет на некоторую группу сообщений в западной части узла. У каждого устройства WSS есть порт, работающий как сквозной порт, в то время как остальные порты устройства WSS функционируют как направленные порты расширения или как порты извлечения сообщений. Локальные введенные сообщения в узле объединяются мультиплексором (MUX) и передаются одновременно и в WSS2, и в WSS4 распределителем. При нормальной работе все сообщения западной стороны передаются через WSS4 в западное волокно/волокна. Другими словами, WSS4 открывает каналы длин волн локальных западных вводимых сообщений, в то время как WSS2 закрывает каналы длин волн локальных западных вводимых сообщений, чтобы избежать блокировки в соответствующем защитном канале (каналах). Для восточных сообщений WSS2 открывает каналы длин волн, соответствующие восточным сообщениям, в то время как WSS4 закрывает каналы длин волн, обеспечивая тем самым передачу по восточным спектральным каналам. В такой двунаправленной коммуникационной системе сообщение, принятое узлом на западном направлении, извлекается через соответствующий канал длины волны, открытый WSS1, и затем передается на демультиплексор (DMUX) через сумматор для демультиплексирования на канальные сигналы. Таким образом обеспечивается процесс извлечения длины волны. Кроме того, WSS3 закрывает соответствующий канал (каналы) длины волны, чтобы не допустить интерференцию между сигналом в защитном канале и сигналом в рабочем канале. Более того, все сквозные порты между WSS1 и WSS3 и между WSS2 и WSS4 закрывают защитный канал/каналы во избежание петлевого самовозбуждения защитного канала/каналов.
Когда в западном волокне происходит сбой, и он повреждает часть локальных западных сообщений, WSS2 открывает каналы длин волн поврежденных локальных западных сообщений, и таким образом на передающем узле выполняется операция «Направление». Кроме того, по причине аварии в западном волокне, WSS1, являющийся западным, не может получать сигналы соответствующих длин волн. Тем не менее, указанный передающий узел может обнаружить сбой в восточном волокне и, в таком случае, выполнить соответствующую операцию «Направление», чтобы переключить соответствующие поврежденные сообщения на западное направление. На промежуточном узле защитного пути WSS1 и WSS2, WSS3 и WSS4 могут открывать защитные каналы для поврежденных сообщений, так что поврежденные сообщения могут проходить сквозь промежуточный узел, то есть промежуточный узел осуществляет соответствующую операцию «Сквозное прохождение». После того, как поврежденные сообщения проходят через промежуточный узел по защитному каналу и достигают приемного узла, WSS3 на приемном узле открывает соответствующие каналы длин волн в порту, подключенном к объединителю, так что сигналы из защищенного канала могли бы быть извлечены в демультиплексор (DMUX), т.е. на приемном узле осуществляется операция «Копирование». При нормальной работе для предотвращения сквозного самовозбуждения канала все защитные каналы между WSS1 и WSS2 и между WSS3 и WSS4 на передающем и приемном узлах блокируются. На защитном пути только промежуточный узел, через который проходят поврежденные сообщения, может открывать соответствующие поврежденным сообщениям защитные каналы, в то время как передающий и приемный узлы блокируют защитные каналы в сквозном пути на восточном направлении. Таким образом, защитные каналы не могут образовывать петлю, и потому не требуется проводить операцию «Разделение».
В качестве описанных выше сумматора или распределителя могут использоваться разветвитель либо другой оптический разделительный/объединительный элемент, например оптический коммутатор, и фильтр.
Процесс такой коллективной защиты групп оптических каналов описан далее со ссылками на конфигурации узлов, описанные выше, и распределение сообщений, как показано на фиг.8. На фиг.8 изображена схема, иллюстрирующая соединение сообщениями с одним передатчиком, но разными приемниками, и соединение сообщениями с одним приемником, но разными передатчиками.
Предположим, что в кольце имеются четыре узла - А, В, С и D, - причем между А и D установлено соединение с длиной 1 волны, между А и С соединение с длиной 2 волны, между В и С соединение с длиной 3 волны, а между В и D соединение с длиной 4 волны. Все соединения с длинами волн проходят через участок волокна между узлами В и С. Предполагается, что внутреннее волокно ориентировано против часовой стрелки, что соответствует верхнему оптическому волокну, изображенному на фиг.7, а внешнее волокно против часовой стрелки, что соответствует нижнему оптическому волокну, изображенному на фиг.7. Когда происходит сбой в оптическом волокне в направлении от узла С к узлу В, узел С открывает канал длины волны, соответствующей сообщениям от узла С к узлу А и от узла С к узлу В, в WSS2, чтобы таким образом выполнить операцию «Направление» по отношению к поврежденному сообщению, т.е. переключить сообщения, первоначально передававшиеся по внешнему волокну к узлам А и В, на передачу по внутреннему волокну (верхнему оптическому волокну). Когда сигналы оптических длин волн из узла С к узлу А и из узла С к узлу В достигают узла А, WSS1 и WSS2 на узле А открывают каналы длин волн на сквозном порту, соответствующие сообщениям от узла С к узлу В, поскольку узел А является промежуточным узлом для сообщений от узла С к узлу В, и таким образом на промежуточном узле выполняется операция «Сквозное прохождение». Для сообщений, идущих от узла С к узлу А, узел А, являясь приемным узлом, открывает каналы длин волн, соответствующие сообщениям от узла С к узлу А, на порту извлечения сообщений, соединенном с WSS1 и демультиплексором (DMUX), таким образом осуществляя над сообщениями операцию «Копирование». При нормальном функционировании каналы длин волн, соответствующие сообщениям от узла С к узлу А, блокируются узлами А и С, поэтому прохождение сообщений от узла С к узлу А через WSS2 посредством сквозного порта WSS1 и их передача в нисходящем потоке невозможны. Узел А блокирует сообщения от узла С к узлу А на WSS1 и WSS2 без дополнительного выполнения операции «Разделение». Когда оптические сигналы длин волн от узла С к узлу В достигают узла В, предварительно подвергнувшись операции «Сквозное прохождение» на узле А, WSS1 на узле В также открывает каналы длин волн, соответствующие сообщениям от узла С к узлу В, между WSS1 и демультиплексором (DMUX), выполняя таким образом над сообщениями от узла С к узлу В операцию «Копирование». Аналогично, поскольку узел В при нормальном функционировании может заблокировать защитный канал длины волны, соответствующей сообщениям от узла С к узлу В через WSS1 и WSS2, то не требуется выполнять никакие дополнительные операции, и сообщения от узла С к узлу В не могут пройти через узел В и не будут передаваться в нисходящий поток. Другими словами, на узле В не требуется выполнять операцию «Разделение». Фактически, поскольку все узлы при нормальном функционировании настроены так, чтобы блокировать защитные каналы, то в реализации данного изобретения операция «Разделение» не задействована вовсе.
Когда в оптическом волокне в направлении от узла В к узлу С происходит сбой, WSS3 и WSS4 выполняют защитное переключение на противоположное направление, используя те же способы, что и WSS1 и WSS2. Все так же будет аналогичным, если вместо узла А взять узел В, а вместо узла С узел D, потому это не будет повторно здесь рассматриваться.
На практике, общая защита оптических каналов может применяться не ко всем каналам. К некоторым каналам защита может вообще не применяться, в то время как к другим каналам могут применяться другие способы защиты, например защита каналов по принципу 1+1, по принципу 1:1 и по принципу n:1. В этом случае для приема и для передачи используется одна и та же длина волны. Кроме того, один и тот же узел связи может вводить и извлекать сигналы одной и той же длины волны как в восточном, так и в западном направлениях. Ввиду этого данное изобретение также предоставляет две схемы, отображающие два варианта осуществления для работы в других режимах.
Как показано на фиг.9, оптический мультиплексор ввода-вывода (OADM) вводит/извлекает сообщение, используя интерфейс ввода-вывода сообщений устройства селективной коммутации по длине волны в передающем рабочем блоке или устройства селективной коммутации по длине волны в передающем защитном блоке. В другом режиме работы OADM может производить демультиплексирование или мультиплексирование, используя разветвитель, а также DMUX и MUX, спроектированные для коллективной защиты группы оптических каналов. В таком случае оптические сигналы, изымаемые на западном направлении через WSS1, и оптические сигналы, изымаемые на восточном направлении через WSS3, не смешиваются при вхождении в обычный OADM. Иными словами, сигналы в западном направлении и сигналы в восточном направлении независимы друг от друга. Поэтому, как показано на фиг.9, в OADM на восточной и западной сторонах не может произойти интерференции оптических сигналов на общей частоте.
С другой стороны, как показано на фиг.10, оптический мультиплексор ввода-вывода (OADM) вводит/извлекает сообщения, используя интерфейс ввода-вывода сообщений устройства селективной коммутации по длине волны в рабочем блоке приема или устройства селективной коммутации по длине волны в защитном блоке приема. В другом режиме работы OADM может использовать другие порты расширения и обеспечивать гораздо более надежную изоляцию за счет еще более строгого распределения каналов длин волн между портами извлечения сообщений или портами расширения в WSS2 и WSS4.
На фиг.7 используются четыре сравнительно дорогостоящие устройства WSS. В данном изобретении допустимо использовать всего одно устройство селективной коммутации по длине волны на одном направлении, в то время как на другом направлении использовать разветвитель для разделения и смешения сигналов, как показано на фиг.11.
Когда в западном волокне появляется сбой и поврежденная часть локальных западных сообщений, WSS1 открывает каналы длин волн поврежденных локальных западных сообщений, выполняя таким образом операцию «Направление» на передающем узле. Кроме того, по причине аварии в западном волокне, разветвитель 1, являющийся западным, не может принимать соответствующие сигналы длин волн. Тем не менее, указанный передающий узел может зафиксировать сбой в восточном волокне и, в таком случае, выполнять соответствующую операцию «Направление», чтобы переключить соответствующие поврежденные сообщения на западное волокно. В промежуточном узле на защитном пути разветвитель 1 и WSS1, разветвитель 2 и WSS2 могут открыть защитные каналы для использования их поврежденными сообщениями, чтобы поврежденные сообщения могли пройти сквозь промежуточный узел, т.е. промежуточный узел выполняет операцию «Сквозное прохождение». После того, как поврежденные сообщения проходят сквозь промежуточный узел по защитным каналам и достигают приемного узла, разветвитель 2 на приемном узле открывает соответствующие каналы длин волн на порту, соединенном с объединителем, чтобы сигналы из защитного канала могли быть извлечены в демультиплексор, т.е. на приемном узле выполняется действие «Копирование». При нормальном функционировании для предотвращения сквозного самовозбуждения канала все защитные каналы между разветвителем 1 и WSS1 и между разветвителем 2 и WSS2 на передающем и приемном узлах блокируются. На защитном пути только промежуточный узел, через который проходят поврежденные сообщения, может открывать соответствующие поврежденным сообщениям защитные каналы, в то время как передающий и приемный узлы блокируют защитные каналы в сквозном пути на восточном направлении. Таким образом, защитные каналы не могут образовывать петлю, и потому не требуется проводить операцию «Разделение». На защитном пути только промежуточный узел, через который проходят поврежденные сообщения, может открывать соответствующие поврежденным сообщениям защитные каналы, в то время как передающий и приемный узлы блокируют защитные каналы в сквозном пути на восточном направлении. Таким образом, защитные каналы не могут образовывать петлю, и потому не требуется проводить операцию «Разделение».
На фиг.12 проиллюстрирован еще один предпочтительный вариант осуществления для данного изобретения. Как показано на фиг.12, введенное сообщение, переданное от блока преобразования оптических длин волн, непосредственно разделяется и направляется в WSS2 и WSS4. WSS2 на защитном пути блокирует передающий канал длины волны, в то время как WSS4 на рабочем пути открывает передающий канал длины волны, чтобы обеспечить нормальную передачу На приемной стороне WSS3 на защитном пути блокирует соответствующий приемный канал длины волны, в то время как WSS1 на рабочем пути открывает соответствующий приемный канал длины волны, чтобы убедиться, что сообщение может быть нормально введено/извлечено. Когда сбой на сети повреждает сообщение, WSS4 может заблокировать передающий канал длины волны, WSS2 может открыть соответствующий передающий канал длины волны, WSS1 может заблокировать соответствующий приемный канал длины волны, а WSS3 может открыть соответствующий приемный канал длины волны, тем самым обеспечивая защитное переключение длины волны. Как можно видеть, общая защита группы оптических каналов может выполняться без использования мультиплексоров/демультиплексоров. Если WSS2 и WSS3 выбираются в качестве рабочего пути, то WSS2 и WSS4, а также WSS1 и WSS3, будут просто выполнять все действия наоборот, по сравнению с описанными выше, а потому это не будет здесь повторно рассматриваться.
Даже в том случае, когда присутствуют и сообщения, участвующие в коллективной защите групп оптических каналов, и сообщения, не участвующие в этой защите, мультиплексоры/демультиплексоры все равно могут не понадобиться. Для сообщений, использующих коллективную защиту групп оптических каналов, оптические сигналы, полученные из OUT, могут быть напрямую переданы на выход определенного WSS. Конечно, OTU может быть подключен к WSS и через мультиплексор/демультиплексор, о чем здесь уже не будет повторно рассказываться.
Как можно видеть, в данном изобретении в комплектацию входят только три операции, а именно «Направление», «Копирование» и «Сквозное прохождение», в то время как блокирование защитного канала игнорируется. Это ведет к упрощению и при этом сохраняет преимущества коллективной защиты группы оптических каналов, т.е. сравнительно высокий уровень использования длины волны. Далее, благодаря изобретению, в любом режиме работы и направлении модернизации может осуществляться смешанное использование мультиплексирования ввода-вывода.
Выше описаны только некоторые предпочтительные варианты изобретения, тем не менее для специалиста в данной области очевидна возможность модификаций или улучшений без отступления от базового принципа изобретения. Эти модификации или улучшения должны расцениваться как попадающие в область данного изобретения.