基于波分復用層的光通道保護裝置及方法
2023-12-11 16:16:07
專利名稱：基于波分復用層的光通道保護裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種基于波分復用(WDM)層的光通道保護(OchP)裝置及方法。
目前WDM系統的保護方案主要分為兩種，一為光復用段保護(OMSP)或者叫做光線路保護；另一為光通道保護(OChP)。前者主要是為了保護傳輸光纖；後者是基於設備級的保護，其工作原理是當通道信號傳輸中斷或性能劣化到一定程度後，系統倒換設備將通道信號自動倒換至保護通道進行傳輸，倒換與否是由系統接收機根據接收到的各通道信號質量的優劣來定，不需要外加檢測裝置，完全由系統內部接收機的判斷裝置決定。
隨著密集波分復用技術的飛速發展及傳輸速率的加倍提高，每個通道所承載的業務數據量越來越大，其在網絡中的位置也越來越重要，因此每個通道的安全性和可靠性成了網絡發展不得不考慮的一個因素，這就需要提出更好的光通道保護方案。
現有波分復用系統使用的光通道保護方案常用的一種方式是1+1或1:1保護方案(其中1+1表示冷備份，1:1表示熱備份，二者的區別僅在於在工作通道沒有故障時，保護通道是否也傳送業務)，即通過在所有工作OTU單元(光轉換單元)的光信號輸入端加一個功率分配裝置，其兩路輸出一路信號進OTU單元，另一路信號接入一個備份OTU單元，這樣在當前OTU單元發生故障時，可以將輸入信號倒換至備份OTU單元傳輸，保證系統工作正常。1+1典型方案如
圖1所示。也可把圖1中的耦合器用1×2的光開關代替。圖1中實線部分為工作通道路由，虛線部分為保護通道路由。這種保護方式的特點就是利用一個波長信號去保護另外一個波長信號，因此工作通道和保護通道數目是相等的。這種基於WDM層的1+1的光通道保護方案雖然可以解決通道的可靠性問題，但因此會浪費一半的波長資源，同時也使設備的初始成本加高很多。
為實現上述目的，本發明提出一種基于波分復用層的光通道保護裝置及方法，用於在傳送業務與WDM系統之間完成工作通道的信號透傳及保護通道的路由選擇。
所述光通道保護裝置包括發送端模塊和接收端模塊，所述發送端模塊和接收端模塊均包括N路工作通道，分別用於與WDM系統的N路工作通道的接收端和發送端相連，其特徵是所述發送端模塊和接收端模塊還包括M路保護通道，分別用於與WDM系統的M路保護通道的接收端和發送端相連；還包括有倒換操作裝置，用於根據WDM系統發出的倒換請求，將指定的工作通道中的信號倒換到指定的保護通道，或將指定的保護通道中的信號恢復到工作通道；其中M、N均為自然數，M＜N。
所述光通道保護方法包括如下步驟(1)、WDM系統實時監測系統內各通道信號的質量及光通道保護模塊的路由狀態；(2)、WDM系統判斷工作通道中是否有信號需要倒換到保護通道；如有，則決定倒換到保護通道的那一路；(3)、WDM系統對發送端及接收端的光通道保護模塊同時發送準確的倒換請求；(4)、發送端及接收端的光通道保護模塊根據WDM系統的倒換請求進行倒換操作。
由於採用了以上的方案，正常時工作時，在發送端，N路信號進入OChP模塊後選擇相應的工作通道接入WDM系統進行傳送；在接收端，OChP模塊同樣選擇工作通道進行接收，此時保護通道是不傳業務或者所傳業務不被接收端OChP模塊所接收(只傳低優先級業務)。如果N路中有m路(1≤m≤M)信號在WDM系統傳送中因通道因素而出現信號質量劣化或者丟失，則發送端OChP模塊會把這m路信號送入保護通道進行傳送，其它N-m路信號繼續在工作通道中傳送；在接收端，OChP模塊對這m路信號選擇相應的保護通道進行接收，其它N-m路仍然選擇工作通道進行接收。這樣就實現了基於WDM層的M:N光通道保護。由於出現信號質量劣化或者丟失的通道數量和機率都較小，保護通道的數量M就可以比工作通道的數量N小，與1+1的保護方案相比，節省了資源，節約了初始成本。當保護通道數M大於1時，相當於將系統中已有的兩個或多個保護通道的備份OTU級聯備份，還會進一步降低因備份OTU單元故障或兩個以及多個工作OTU單元發生故障時系統面臨的備份性能崩潰的風險，但是同時又不會增加系統製造成本。
圖2a是本發明OChP模塊在WDM系統中的位置示意圖。
圖2b是本發明基於WDM系統的1+N光通道保護方案示意圖。
圖3是利用耦合器及光開關組成的OChP模塊內部結構示意圖。
圖4利用光開關組成的OChP模塊內部結構示意圖。
圖5利用N×(N+M)的光開關組成的OChP模塊結構示意圖。
下面通過具體的實施例並結合附圖對本發明作進一步詳細的描述。下面的實例既可以適於熱備份(M:N)也可以適於冷備份(M+N)，以下不再區分。
見圖2a，本發明所提出的基於WDM層的光通道保護裝置包括發送端模塊和接收端模塊，所述發送端模塊和接收端模塊均包括N路工作通道(N入N出)，分別用於與WDM系統的N路工作通道的接收端和發送端相連。
所述發送端模塊和接收端模塊還包括M路保護通道，分別用於與WDM系統的M路保護通道的接收端和發送端相連。
所述發送端模塊和接收端模塊還包括有倒換操作裝置，用於根據WDM系統發出的倒換請求，將指定的工作通道中的信號倒換到指定的保護通道，或將指定的保護通道中的信號恢復到工作通道；其中M、N均為自然數，M＜N。圖2b就是當M＝1時的情形，它與1+1的保護方案相比，由於只用了一個保護通道對多個工作通道進行保護，節省了資源，節約了初始成本。
圖2b所示的1:N或1+N保護方法雖然可以減少用到的備份OTU單元，提高光波長利用率，但這種方式實現的光通道保護前提是OTU單元必須正常，如果備份OTU單元發生故障或被同一塊備份OTU保護的兩個、多個工作信道的OTU單元發生故障時，系統故障備份性能就會出現崩潰。解決這一問題的辦法是讓其中保護通道數M大於1，圖3、4、5所示方案都屬於這種情形。
上述裝置的工作原理如下正常工作時，在發送端，N路信號進入OChP模塊後選擇相應的工作通道接入WDM系統進行傳送；在接收端，OChP模塊同樣選擇工作通道進行接收，此時保護通道是不傳業務或者所傳業務不被接收端OChP模塊所接收。如果N路中有m路(1≤m≤M)信號在WDM系統傳送中因通道因素而出現信號質量劣化或者丟失，則發送端OChP模塊會把這m路信號送入保護通道進行傳送，其它N-m路信號繼續在工作通道中傳送；在接收端，OChP模塊對這m路信號選擇相應的保護通道進行接收，其它N-m路仍然選擇工作通道進行接收。如果某通道信號在保護通道傳送中其工作通道已經恢復正常，OChP模塊可以把該信號從保護通道恢復到工作通道進行傳送。
這裡判斷某一通道的信號是否需要從工作通道倒換到保護通道是以WDM系統中傳送該信號的工作通道的質量為依據的，完全是由WDM系統的接收機來判斷，不需要外加任何檢測裝置，因為WDM系統各通道的接收機都具有這個功能。信號從保護通道恢復到工作通道也是以WDM系統中的工作通道的質量為依據，因此說該保護方案是基於WDM層的。
不管是工作通道還是保護通道，OChP模塊只是對每路信號進行各自的路由選擇，不對信號本身所載的業務進行任何處理，所以OChP模塊對業務而言是透傳的。
因為OChP模塊對信號路由的選擇是以WDM系統傳送各信號的通道質量為判斷依據，所以WDM系統和OChP模塊之間需要有協議支持。該協議應完成以下功能(1)、WDM系統可實時監測系統內各通道信號的質量及OChP模塊的路由狀態；(2)、WDM系統判斷工作通道中是否有信號需要倒換到保護通道的，並決定倒換到保護通道的那一路；同樣WDM系統也要判斷保護通道中是否有信號需要恢復到工作通道的；(3)、WDM系統可對發送端及接收端的OChP模塊同時發送準確的倒換請求；(4)、OChP模塊對WDM的倒換請求能做成正確的操作。
針對以上OChP模塊的功能，我們進行了設計，現對比較典型的設計描述如下實施例一、利用50:50的耦合器(也稱分路器)及M:N(或稱M×N或N×M，表示有M或N個輸入端N或M個輸出端)的光開關組成，參看圖3，所述發送端模塊中的倒換操作裝置包括N個50:50耦合器和一個N×M光開關，每個耦合器的兩路輸出中一路接到WDM系統的一個工作通道，另一路接到N×M光開關的一個輸入端，N×M光開關的M個輸出端則分別接到WDM系統中的M個保護通道上；所述接收端模塊中的倒換操作裝置包括N個50:50耦合器和一個M×N光開關，每個耦合器的兩路輸入中一路接到WDM系統的一個工作通道，另一路接到N×M光開關的一個輸出端，M×N光開關的M個輸入端則分別接到WDM系統中的M個保護通道上。
這種情況下需要控制M:N的光開關，而且對於WDM系統的接收端，工作通道和保護通道的雷射器不能同時打開，二者只能有一個處於工作狀態，對於發送端雷射器不作要求。
實施例二、利用1×2的光開關及M:N的光開關組成，參看圖4。所述發送端模塊中的倒換操作裝置包括N個1×2的光開關和一個N×M光開關，每個1×2的光開關的兩路輸出中一路接到WDM系統的一個工作通道，另一路接到N×M光開關的一個輸入端，N×M光開關的M個輸出端則分別接到WDM系統中的M個保護通道上；所述接收端模塊中的倒換操作裝置包括N個1×2的光開關和一個M×N光開關，每個1×2的光開關的兩路輸入中一路接到WDM系統的一個工作通道，另一路接到N×M光開關的一個輸出端，M×N光開關的M個輸入端則分別接到WDM系統中的M個保護通道上。
這種方案對於M:N及各1×2的光開關狀態要求嚴格的協議控制，要做到兩邊同時倒換光開關到相應路由，對WDM系統發送端和接收端的雷射器狀態不作要求。
實施例三、利用N×(N+M)的光開關，參看圖5。所述發送端模塊中的倒換操作裝置包括一個N×(N+M)光開關，該光開關的N+M個輸出端分別接到WDM系統的N個工作通道和M個保護通道；所述接收端模塊中的倒換操作裝置包括一個(N+M)×N光開關，該光開關的N+M個輸入端分別接到WDM系統的N個工作通道和M個保護通道。
這種方案對於要求兩邊的光開關能同時倒換到相應的路由，對WDM系統發送端和接收端的雷射器狀態不作要求。
下面的計算可以說明當M大於1時能增加可靠性。
對於上述任一實施例，當採用2+16波長保護時(相當於只採取雙OTU單元級聯，即把兩個獨立的1+8保護裝置級聯成一個2+16保護裝置，所用設備並沒有增加)，根據計算，系統MTBF(平均故障間隔時間)會延長k/30倍(與原來的兩個獨立的1+8保護方式相比而言)，其中k是系統可用時間和故障間隔時間之比，如單板可用性為99.99％，則其值大約在10＾4左右，單板可用性小數點後每增加一個9，k值增長一個數量級。如果採取M+N方案(即M個OTU單元級聯備份)，則系統的MTBF會延長KM-1P82/P8MM+1倍(P表示是階乘函數)。可見採用本專利發明光波長通道保護方式，在M＞1時，不僅可以節省成本，而且級聯保護方式還可以大大提高了系統的可靠性。
權利要求
1.一種基于波分復用層的光通道保護裝置，用於在傳送業務與波分復用系統之間完成工作通道的信號透傳及保護通道的路由選擇，它包括發送端模塊和接收端模塊，所述發送端模塊和接收端模塊均包括N路工作通道，分別用於與波分復用系統的N路工作通道的接收端和發送端相連，其特徵是所述發送端模塊和接收端模塊還包括M路保護通道，分別用於與波分復用系統的M路保護通道的接收端和發送端相連；還包括有倒換操作裝置，用於根據波分復用系統發出的倒換請求，將指定的工作通道中的信號倒換到指定的保護通道，或將指定的保護通道中的信號恢復到工作通道；其中M、N均為自然數，M＜N。
2.如權利要求1所述的基于波分復用層的光通道保護裝置，其特徵是保護通道數M大於1。
3.如權利要求1所述的基于波分復用層的光通道保護裝置，其特徵是所述發送端模塊中的倒換操作裝置包括N個50:50耦合器和一個N×M光開關，每個耦合器的兩路輸出中一路接到波分復用系統的一個工作通道，另一路接到N×M光開關的一個輸入端，N×M光開關的M個輸出端則分別接到波分復用系統中的M個保護通道上；所述接收端模塊中的倒換操作裝置包括N個50:50耦合器和一個M×N光開關，每個耦合器的兩路輸入中一路接到波分復用系統的一個工作通道，另一路接到N×M光開關的一個輸出端，M×N光開關的M個輸入端則分別接到波分復用系統中的M個保護通道上。
4.如權利要求1所述的基于波分復用層的光通道保護裝置，其特徵是所述發送端模塊中的倒換操作裝置包括N個1×2的光開關和一個N×M光開關，每個1×2的光開關的兩路輸出中一路接到波分復用系統的一個工作通道，另一路接到N×M光開關的一個輸入端，N×M光開關的M個輸出端則分別接到波分復用系統中的M個保護通道上；所述接收端模塊中的倒換操作裝置包括N個1×2的光開關和一個M×N光開關，每個1×2的光開關的兩路輸入中一路接到波分復用系統的一個工作通道，另一路接到N×M光開關的一個輸出端，M×N光開關的M個輸入端則分別接到波分復用系統中的M個保護通道上。
5.如權利要求1所述的基于波分復用層的光通道保護裝置，其特徵是所述發送端模塊中的倒換操作裝置包括一個N×(N+M)光開關，該光開關的N+M個輸出端分別接到波分復用系統的N個工作通道和M個保護通道；所述接收端模塊中的倒換操作裝置包括一個(N+M)×N光開關，該光開關的N+M個輸入端分別接到波分復用系統的N個工作通道和M個保護通道。
6.一種基于波分復用層的光通道保護方法，用於在傳送業務與波分復用系統之間完成工作通道的信號透傳及保護通道的路由選擇，其特徵是包括如下步驟(1)波分復用系統實時監測系統內各通道信號的質量及光通道保護模塊的路由狀態；(2)波分復用系統判斷工作通道中是否有信號需要倒換到保護通道；如有，則決定倒換到保護通道的那一路；(3)波分復用系統對發送端及接收端的光通道保護模塊同時發送準確的倒換請求；(4)發送端及接收端的光通道保護模塊根據波分復用系統的倒換請求進行倒換操作；其中工作通道有N路，保護通道有M路，其中M、N均為自然數，M＜N。
7.如權利要求6所述的基于波分復用層的光通道保護方法，其特徵是保護通道數M大於1。
8.如權利要求6所述的基于波分復用層的光通道保護方法，其特徵是波分復用系統也判斷保護通道中是否有信號需要恢復到工作通道，如有，則決定倒換到工作通道的那一路，並對發送端及接收端的光通道保護模塊同時發送準確的倒換請求。
9.如權利要求6所述的基于波分復用層的光通道保護方法，其特徵是在沒有信號需要倒換到保護通道時，備份通道可以承載低優先級業務。
全文摘要
本發明公開一種基于波分復用層的光通道保護裝置及方法，在發送端模塊和接收端模塊中增設M路保護通道，分別用於與WDM系統的M路保護通道的接收端和發送端相連；增設有倒換操作裝置，用於根據WDM系統發出的倒換請求，將指定的工作通道中的信號倒換到指定的保護通道，或將指定的保護通道中的信號恢復到工作通道；其中M、N均為自然數，M＜N。由於保護通道的數量M比工作通道的數量N小，與1+1或1∶1的保護方案相比，節省了光波長資源，並節約了初始成本。同時，在M＞1時，與1+1或1∶1的保護方案相比，大大降低了上述故障發生時系統面臨的備份性能崩潰的風險卻不增加成本。
文檔編號H04B10/08GK1466302SQ02125068
公開日2004年1月7日 申請日期2002年7月1日 優先權日2002年7月1日
發明者李唯實, 薛由道, 肖典軍, 劉延明, 雒文斌, 張士尹 申請人:華為技術有限公司