動態多波長分組環傳輸系統的製作方法

2023-04-28 10:32:01 1

專利名稱：動態多波長分組環傳輸系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種動態多波長分組環傳輸系統，在傳統彈性分組環系統中結合波分復用技術(WDM)增加光層子系統的波長動態旁路功能，使得彈性分組環系統具有良好的網絡擴展能力。本發明屬於寬帶通信網技術領域。
RPR定義了一個新的MAC(媒質接入控制)協議，以優化分組在LAN(區域網)、MAN(城域網)和WAN(廣域網)環拓撲中傳輸。在RPR中，採用空間重用協議(SRP)和智能保護倒換機制，不但極大提高了網絡的帶寬效率，而且能夠實現小於50ms的快速業務保護倒換。此外，RPR還提供了一個非常簡單的服務模型，使得業務提供進一步簡化。
RPR協議實際上是結合了乙太網和同步數字傳輸網(SDH)兩者的優點，試圖以乙太網的成本為用戶提供類似SDH的業務質量。因而，在當前建設寬帶城域網絡的建設高潮中，RPR受到了特有的關注。
但是，傳統彈性分組環系統中，RPR採用的雙環結構要求環中的每個節點都要在電層上終結傳輸鏈路，這意味著，對於環上的每一個邏輯環(採用WDM波分復用傳輸時，每個波長通道構成一個邏輯環，一個物理環上有多個邏輯環)，每個節點都需要相應的收發器和處理能力對該邏輯環上傳輸的數據進行處理，即便節點並不在該邏輯環上上下分組數據。
對於這種結構，當網絡只具有一個邏輯環時(使用單纖單波長鏈路)，並不會有什麼問題，然而，當網絡具有多個邏輯環時(使用單纖多波長鏈路或多纖單波長鏈路)，網絡的擴展性就受到很大的限制。當前，單波長的傳輸能力最大只有40Gbps，如果需要構建一個容量大於40G的網絡，就不得不採用多纖或多波長的傳輸方式形成一個物理環上的多個邏輯環結構。實際上，在城域核心網絡中，網絡容量經常需要數十吉甚至上百吉。
對於這種具有多個邏輯環的網絡，網絡中某些節點的業務經常是固定在某個或某幾個邏輯環上傳輸，因此，實際上，這些節點只需要在電域上終結和處理包含本節點的邏輯環即可，而不需要對所有邏輯環進行終結和處理。但是，在傳統的分組環系統中，要求環上的每個節點對所有的邏輯環都進行終結和處理。如此帶來的問題是，如果某個核心網絡必須要有N個波長的容量來支持，那麼，環網中的每個節點在每一個方向上都必須有N個光收發器和支持N個波長容量的數據處理能力，即使某個節點實際接入業務量很小(比如在HUB業務模型中)。毫無疑問，採用這種結構來構建大容量的網絡代價是相當大的，實際上已不實用。
而且，這種結構還帶來另外一個問題，當網絡具有多個邏輯環，且環中的節點數可觀時(比如數十個)，由於分組要經過每個中間節點逐點轉發，積累的轉發時延也就相當可觀，尤其是當出現網絡故障需要進行保護倒換迂迴傳輸時。
根據上面的分析，現有的分組環傳輸系統存在網絡擴展性方面的限制，當網絡規模增加時，缺點尤其明顯。
為了達到該目的，本發明根據光層網絡巨大帶寬和可重構的特點，採用波分復用技術(WDM)和波長分插復用(OADM)技術，有機地將之與傳統彈性分組環系統相結合。為此，本發明在傳統電層分組環系統的基礎上疊加了一個光層子系統，該光層子系統經過組網形成光層子網絡。在該光層子網絡中，根據業務量的分布情況，不同的波長通道將網絡節點分成不同的節點組，每個節點組共享其中的一個波長，形成一個邏輯分組環。對於每個邏輯分組環，屬於該邏輯環的節點先在光層子網絡將包含本節點的波長上下路，然後在電域上終結並進行分組轉發處理，這種處理需要完成的功能與傳統分組環系統相同。對於不是屬於該邏輯環的波長通道，節點在光層上直接對這些波長進行光旁路，而不再在電域上對它們進行終結和處理。
此外，本發明還考慮到當出現光纖鏈路故障或節點故障時，受影響的業務和節點都要進行保護倒換處理，如果有多個邏輯分組環，每個邏輯環都要進行單獨的保護倒換操作，網絡性能將受到極大影響。為此，本發明提供了光層上的保護倒換功能，實現對光層群路信號的快速保護倒換，當發生單個鏈路或節點故障時，只需要在兩個節點執行保護倒換操作，而不必每個邏輯分組環都進行單獨的保護倒換。
根據上述思想，本發明的技術方案將所提出的動態多波長分組環系統分成兩個子系統光層子系統和電層子系統。其中，光層子系統包括光層保護倒換模塊、光放大器和光分插復用器，電層子系統包括線路接收模塊、線路發送模塊和分組交換模塊，光層保護倒換模塊通過內部光層複合信號與光分插復用器相連，光分插復用器通過下路波長信號與電層子系統的線路接收模塊相連，線路接收模塊經內部接口與分組交換模塊相連，分組交換模塊的輸出連至線路發送模塊，線路發送模塊的輸出經上路波長信號與光分插復用器相連，光分插復用器經內部光層複合信號連至光放大器的輸入端，光放大器的輸出端與光層保護倒換模塊相連。
光層群路信號從接收鏈路首先進入到光層保護倒換模塊，然後與光分插復用器相連，從分插復用器下路的下路波長信號經線路接收模塊進入到電層子系統，來自各線路接收單元的分組隨後進入分組交換單元進行交換，交換後的分組經線路發送模塊處理後形成上路波長信號與光分插復用器相連，並被插入到光層複合信號中去，光分插復用器輸出的光層複合信號進入光放大器放大，放大後的輸出信號連至光層保護倒換模塊，光層保護倒換模塊輸出光層群路信號至發送鏈路。
光層子系統和電層子系統之間通過內部的波長上下路接口相連。光層保護倒換模塊實現對光層群路信號的快速保護倒換。來自接收鏈路的光層群路信號在經過光層保護倒換模塊後進入到光分插復用器模塊，光分插復用模塊對每個波長通道實現動態的分插功能和旁路功能。在某個邏輯環上，屬於該邏輯環的網絡節點通過光分插復用模塊將該波長通道取出，並在電域上終結該波長，然後對該波長承載的分組業務進行轉發處理。同時，節點將處理後的要傳送到邏輯環上下一節點的業務調製到該波長通道上，通過光分插模塊將波長通道插入到波分復用信號中去。對於不屬於該邏輯環的其他波長通道，節點通過光分插模塊直接將他們旁路。線路接收/發送模塊象傳統分組環系統一樣實現IEEE802.17所規定的功能，同時完成電層信號和光層信號的適配和轉換。分組交換模塊對來自線路接收模塊的分組進行二層或三層交換，並將交換後的數據傳送至線路發送模塊。
根據本發明，對於某個特定的波長通道而言，由於它在某些中間節點在光層上直接被旁路，因此由該波長通道構成的虛彈性分組環子網絡實際上只由少數節點組成，該子網絡的網絡規模得以減小，因而網絡時延和吞吐量等性能得以提高。而對於只有較少業務量的節點，只需要終結傳輸本地節點業務的波長通道即可，其他波長通道則直接經過光層旁路，因而網絡中的各節點可以根據自身的業務量需求配置線路接口卡和交換容量，從而網絡成本得以降低。
綜上所述，本發明將光層網絡的大容量和可動態重構的特點融合到傳統的分組環系統中去，使分組環系統具有更好的網絡擴展性，以適應大規模的網絡應用。相比傳統的分組環系統，具有顯著的特點和進步，具體體現在●動態的邏輯分組環構建功能。通過疊加光層子系統，多個節點可以動態地選擇某個波長組成邏輯環，以適應網絡業務分布的變化。●快速的群路信號保護倒換功能。由於在光層上實現了對光層群路信號的快速保護倒換，使之在發生鏈路或節點故障時，各個邏輯分組環不必執行單獨的保護倒換操作，從而故障的影響力減小。●經濟的網絡建設成本。由於實現了在光層上動態波長旁路，節點不需要對每個波長在電域上進行終結和轉發處理，減少了線路卡的數量和網絡的交換容量。●更小的轉發時延。經過光層的動態旁路，分組只需經過邏輯環上源宿節點間中間節點的轉發處理，而不是物理環上源宿間所有中間節點的轉發處理，因而具有更短的轉發延時。


圖1中，λ1..λi..λj..λn表示多波長群路信號，OPSM表示光層保護倒換模塊，OA表示光放大器，OADM表示光分插復用器，Tx表示線路發送模塊，Rx表示線路接收模塊，PSM表示分組交換模塊，λi表示單個的波長通道下路信號，λj表示單個的波長通道上路信號。
圖2為應用本發明組成的一個網絡結構框圖。
圖3為本發明一個實施例的節點結構框圖。
圖3中，OSW為2x2的光開關，MUX為波分復用器，DEMUX為波分解復用器。
圖1為本發明系統的節點結構原理框圖。節點由光層子系統和電層子系統組成，光層子系統包括光層保護倒換模塊(OPSM)、光放大器(OA)和光分插復用器(OADM)，電層子系統包括線路接收模塊(Rx)、線路發送模塊(Tx)和分組交換模塊(PSM)。光層群路信號(λ1..λi..λj..λn)從接收鏈路首先進入到光層保護倒換模塊(OPSM)，然後與光分插復用器(OADM)相連，從分插復用器下路的下路波長信號(λi)經線路接收模塊(Rx)進入到電層子系統，來自各線路接收模塊(Rx)的分組隨後進入分組交換單元(PSM)進行交換，交換後的分組經線路發送模塊(Tx)處理後形成上路波長信號(λj)，λj與光分插復用器(OADM)相連，並被插入到光層複合信號中去，光分插復用器(OADM)輸出的光層複合信號進入光放大器(OA)放大，經光放大器(OA)放大後的輸出信號連至光層保護倒換模塊(OPSM)，光層保護倒換模塊(OPSM)輸出光層群路信號(λ1..λi..λj..λn)至發送鏈路。
圖2為應用本發明組成的一個網絡結構框圖。圖中，多個節點經光纖互聯形成兩纖雙向環網，波分復用鏈路中的每個波長通道形成一個邏輯分組環，不同的節點組分屬於不同的邏輯分組環，形成動態的多波長分組環傳輸系統。
圖3為本發明一個實施例的節點結構框圖。節點由光層子系統和電層子系統組成，光層子系統包括光層保護倒換模塊(OPSM)、光放大器(OA)和光分插復用器(OADM)，電層子系統包括線路接收模塊(Rx)、線路發送模塊(Tx)和分組交換模塊(PSM)。光層保護倒換模塊(OPSM)採用兩個2x2的光開關OSW將光層群路信號如圖示連接實現。光分插復用器(OADM)採用波分復用(MUX)/解復用器(DEMUX)和2x2的光開關(OSW)陣列實現。
圖3中，光層群路信號(λ1..λi..λj..λn)從接收鏈路首先進入到光層保護倒換模塊(OPSM)中2x2光開關(OSW)的一個輸入端，然後在光開關(OSW)的一個輸出端與光分插復用器(OADM)中的波分解復用器(DEMUX)相連，由波分解復用器(DEMUX)分解出來的多個波長通道信號分別連至屬於自己的2x2光開關(OSW)中的一個輸入端，該2x2光開關(OSW)的一個輸出端將旁路信號連至波分復用器(MUX)，另一個輸出端則將下路波長信號(λi)連至電層子系統中的線路接收模塊(Rx)，來自各線路接收模塊(Rx)的分組隨後進入分組交換單元(PSM)進行交換，交換後的分組經線路發送模塊(Tx)處理後形成上路波長信號(λj)，上路波長信號(λj)與光分插復用器(OADM)中的2x2光開關(OSW)的一個輸入端相連，波分復用器(MUX)輸出的光層複合信號進入光放大器(OA)放大，經光放大器(OA)放大後的輸出信號連至光層保護倒換模塊(OPSM)中2x2光開關(OSW)的一個輸入端，光層保護倒換模塊(OPSM)輸出光層群路信號(λ1..λi..λj..λn)至發送鏈路。
在光層保護倒換模塊(OPSM)中，平時，兩個光開關都處在「直通」狀態，當上遊光纖鏈路或節點出現故障時，相應的光開關被設置成「交叉」狀態，從而實現對發送信號迴環，達到保護倒換的目的。
在光分插復用器(OADM)中，來自光層保護倒換模塊的光層群路信號首先進入波分解復用器(DEMUX)，由波分解復用器(DEMUX)將複合信號分解成單個的波長通道信號，被分解出的波長通道信號與上下路波長通道信號如圖示與2x2光開關(OSW)相連。若本節點不屬於某個波長通道的邏輯分組環，則光開關(OSW)處在「直通」狀態，該波長通道直接在光層上被旁路，不再進入到電層交換；若本節點屬於某個波長通道的邏輯分組環，則光開關(OSW)處在「交叉」狀態，該波長通道被下路到電層子系統中去作進一步處理，同時，來自電層子系統的上路波長通道信號被上路。被旁路和上路的波長通道經過波分復用器(MUX)複合成光層群路信號進入到光放大器(OA)。
光放大器(OA)對來自光分插復用器的光層群路信號進行全光放大，以補償線路傳輸和節點分插操作引起的光功率損耗。光放大器(OA)的輸出信號進入到光層保護倒換模塊(OPSM)，然後輸出至發送鏈路。
線路接收模塊Rx終結來自光分插復用器(OADM)的下路波長通道信號(λi)，並根據IEEE802.17規範進行處理，數據分組進入分組交換模塊(PSM)與來自其他埠的分組進行交換，交換後的分組經過線路發送模塊(Tx)根據IEEE802.17規範進行處理後形成上路波長通道信號(λj)，隨後進入到光層子系統中。
權利要求
1.一種動態多波長分組環傳輸系統，包括電層子系統中的線路接收模塊(Rx)、線路發送模塊(Tx)和分組交換模塊(PSM)，其特徵在於在電層子系統基礎上疊加一個光層子系統，光層子系統包括光層保護倒換模塊(OPSM)、光放大器(OA)和光分插復用器(OADM)，光層保護倒換模塊(OPSM)通過內部光層複合信號與光分插復用器(OADM)相連，光分插復用器(OADM)通過下路波長信號(λi)與電層子系統的線路接收模塊(Rx)相連，線路接收模塊(Rx)經內部接口與分組交換模塊(PSM)相連，分組交換模塊的輸出連至線路發送模塊(Tx)，線路發送模塊(Tx)的輸出經上路波長信號(λj)與光分插復用器(OADM)相連，光分插復用器(OADM)經內部光層複合信號連至光放大器(OA)的輸入端，光放大器(OA)的輸出端與光層保護倒換模塊(OPSM)相連。
2.根據權利要求1所述的動態多波長分組環傳輸系統，其特徵在於所述的電層子系統和光層子系統之間的上下路波長通過光層子系統動態配置，環上的每個波長通道構成一個邏輯分組環，對該波長通道進行上下路的節點屬於該邏輯分組環的一部分，不同的節點組構成多個不同的邏輯分組環，每個邏輯分組環工作原理遵循IEEE802.17標準。
全文摘要
一種動態多波長分組環傳輸系統，由電層子系統和光層子系統組成，電層子系統包括線路接收模塊、線路發送模塊和分組交換模塊，通過內部的波長上下路接口與光層子系統相連，光層子系統包括光層保護倒換模塊、光放大器和光分插復用/解復用器。線路接收/發送模塊完成電層和光層信號的適配和轉換，由分組交換模塊進行二層或三層交換後將數據傳送至線路發送模塊，光層保護倒換模塊實現對光層群路信號的快速保護倒換，光分插復用模塊對每個波長通道實現動態的分插功能和旁路功能。本發明將光層網絡的大容量和可動態重構的特點融合到傳統的分組環系統中去，使分組環系統具有更好的網絡擴展性，以適應大規模的網絡應用。
文檔編號H04L12/40GK1445956SQ0311567
公開日2003年10月1日 申請日期2003年3月6日 優先權日2003年3月6日
發明者歐陽勇, 曾慶濟, 魏威 申請人:上海交通大學