用於光網絡的混合開關的製作方法

2023-05-19 10:49:51 1

專利名稱：用於光網絡的混合開關的製作方法
用於光網絡的混合開關
背景技術：
光網絡包括通過光纖鏈路的網絡耦合的各種光開關或節點。光網 絡的故障或缺陷可能由許多事件或原因引起，包括損壞或切斷的光纖， 或者設備故障。由於光纖實際上可以安裝在任何位置，包括地下、地 上或水下，因此它們通過各種方式和現象遭受損壞。光纖和光設備可 能通過例如，閃電、火災、自然災害、交通事故、挖掘、建築事故等 被損壞或切斷。
由於光纖攜載遠大於用於傳送電子遠程通信信號的銅線的信息 量，因此當與銅線的損失相比時，光纖的損失可能引起多得多的用戶
中斷。例如，諸如攜載波分復用(WDM)信號的光鏈路的單個光鏈路 的損失可能導致數十萬個電話呼叫和計算機數據傳輸的損失。另外， 數十個光纖可以在單個線纜或導線管中被路由，實質上增加了與被損 壞的線纜或導線管相關聯的損失的風險。
為了減少光網絡故障的負面影響，在布置和配置中提供了光網絡 拓撲，諸如網狀或環狀拓撲，使得遠程通信業務可以使用多個光鏈路 橫越該光網絡。這允許這樣的光網絡被重新配置成繞過網絡故障點路 由。光網絡可以包括工作鏈路或路徑和備用鏈路或路徑，所述備用鏈 路或路徑可以用於協助光網絡恢復。由於光網絡攜載大量的數據或帶 寬，因此識別光網絡故障的位置所花費的時間量，以及然後重新配置 該光網絡所花費的時間量，可能導致損失大量的遠程通信業務。特別 地，如果不是有效地或最優化地完成，則光網絡的重新配置可能導致 其他遠程通信業務的損失。
已知的恢復技術和方法通常被設計成恢復在電子域而非在光域中操作的遠程通信網絡，而在光域中恢復通訊網絡提出了附加挑戰。不
幸地，在電子域中的切換和恢復儘管是快速的，但是導致了光纖資源
的相當數量的浪費，因為整個光鏈路從服務中被移除，即使是在僅需 要維護一小部分光纖的情況下。
另一技術包括使用中央控制和資料庫對網絡建模，監視網絡操作， 並且響應於故障而將指令傳送到在網絡中的每個節點或光開關。不幸 地，隨著光纖計數和網絡帶寬要求的增加，在光域中有效切換信號的 能力被顯著地降低。


附圖併入本說明書並且構成本說明書的一部分，圖示了本發明的 一個或多個示例性實施例，並且附圖連同描述一起解釋了本發明。在 附圖中
圖1是圖示其中可以實現與此處描述的示例性實施例相一致的系 統和方法的示例性通信系統100的框圖2是概念性地圖示包括許多工作光纖的光纖線纜的高數據速率
光跨接(span)的框圖3圖示了如圖2所示的高數據速率光跨接的一個示例性實現； 圖4a-4c是圖示被配置成包括混合切換組件的光纖節點的示例性 框圖；以及
圖5a和5b是圖示用於觸發圖3和4的混合開關的切換的行波觸 發器的示例性實施例的框圖。
具體實施例方式
以下與本發明相一致的實現的詳細描述參考附圖。在不同附圖中 的相同的附圖標記可以表示相同或相似的元件。而且，以下詳細描述 並不限制本發明。相反地，本發明的範圍由權利要求及等同物來限定。
與此處描述的方面相一致的系統和方法提供了一種用於使得在需要的停機時間或其他維護的情況下能夠從工作光纖迅速切換到備份光 纖的的混合光開關。在一個實現中，例如，較慢的大型開關和較快的 小型開關的組合可以用於實現切換。
示例性架構
圖1是圖示其中可以實現與此處描述的示例性實施例相一致的系 統和方法的示例性通信系統100的框圖。通信系統100可以包括通過
鏈路104和106連接在一起的多個站點102a、102b、102c、102d和102e。
鏈路104和106可以使用電子線纜、衛星、無線或微波信號或者光連 接來實現，並且可以在站點之間延伸數十或數百英裡。通過這些鏈路， 通信系統IOO攜載站點102a-102e之間的數據信號以有效地互連數據設 備108、 110、 112、 114和116(例如，計算機、遠程終端、伺服器等)。 在光纖鏈路的情況下，每個鏈路可以被配置成使用已知的WDM技術 提供許多高速(例如，10Gbps)連接。連接兩個站點的一個或多個鏈 路104和106被統稱為跨接118。
跨接118常常包括多個平行的鏈路以增加工作和備用容量。如上 文討論的，為了防止由於光纖鏈路或其他設備故障引起的數據損失， 通常在站點之間添加冗餘的備用鏈路，目的在於，它們通常不攜載數 據業務，但是在部分網絡故障而影響工作鏈路的情況下可用作替代路 由。如果網絡檢測到鏈路故障，諸如光纖故障、線纜切斷、或者發射 機/接收機節點故障，則可以自動地將業務從故障鏈路切換到可用的備 用鏈路。
圖2是概念性地圖示包括四個工作光纖202a-202d的光纖線纜的 高數據速率光跨接200的框圖。跨接200可以包括許多發射線路終端 (LTE)204a-204d、許多光放大器206a-206h、上遊開關、下遊開關210、 許多接收LTE212a-212d、和備份光纖214。根據下述實施例，在光放 大器206之間的光纖長度可以被稱為節點。通過針對每個節點併入上 遊和下遊開關208和210，業務可以在光域中從需要維護的工作光纖(例如，光纖202a-202d中的一個光纖)切換到備份光纖214。儘管圖2中 僅圖示了三個工作光纖202a-202c和一個備份光纖202d，但是應當理 解，根據此處描述的實施例可以切換任何適當數目的光纖。
圖3圖示了高數據速率光跨接的一個示例性實現。在圖3中，給 定站點A通過由兩個光纖302和304組成的跨接(跨接A-B)連接到 另一站點B。另外，每個跨接可以包括上遊和下遊數字交叉連接開關 (DCS) 312和313;發射LTE 314和315;光放大器316、 317、 318 和319;上遊混合開關320;備份光纖322;下遊混合開關324;接收 LTE 326和327;和控制器350。
兩個電子數據信號經由輸入328和330呈現在站點A處。在正常 操作中，這些信號可以通過網絡跨接攜載並且在站點B處分別復原為 電子信號輸出332和334。例如，這些數據信號可以是STM-64同步數 據信號，每個信號以約10Gbps或者與128,000個電話質量語音信道等 同的速率負載數字數據。如上文簡要提及的，每個光纖302和304可 以被配置成使用不同的波長攜載多個信號。
在站點A處，呈現在輸入328處的信號進入DCS 312，並且在正 常條件下表現為沿連接329的電子信號。在連接329處的信號進入LTE 314，該LTE 314被顯示成包括光發射機340，諸如半導體雷射器。由 發射機340發射的光可以由沿連接329進入的電子數據信號波分復用， 以在光纖302上遞送調製的光輸出信號。
如圖所示，光纖長度302可以包括數個光放大器316和318，以 有利於光纖的長距離長度。在引入WDM之前，現有的光網絡每60至 100公裡需要分立的電子再生器。在每個光纖上的業務將從光域轉換到 電子域，並且然後被再生成用於下一個跨接。相反地，光放大器316 和318可以重新放大在光域中的WDM光纖上的所有信道，而不需要 解復用、轉換到電子域以及單獨地處理所包括的信號。在一個實現中，光放大器316和318可以大致每IOOO公裡左右被分隔。儘管對於每個 光纖302和304僅公開了一對光放大器(即，光放大器316、 317、 318 和319)，但是應當注意，可以支持任何數目的光放大器以有利於從站 點A到站點B的光信號的傳送。根據此處描述的示例性實施例，每個 光放大器可以被連接到上遊和下遊混合開關，以在停電或需要維護的 情況下有利於從工作光纖到備份光纖的切換。
在正常操作中，每個光信號將通過上遊混合開關320，沿光纖302， 通過下遊混合開關324前進到位於站點B處的接收LTE 326。接收LTE 326可以包括用於接收來自光纖302的光信號並且輸出其電子版本的接 收機342。在一個實現中，接收機342可以包括光電二極體。在所圖示 的實現中，接收機342被顯示成接收LTE 326的一部分，該LTE 326 放大和調節信號，以在輸出344處提供可靠的電子重現。
儘管上文僅參考光纖302進行了描述，但是可以相似地處理沿光 纖304的業務，呈現在輸入330處的電子數據信號從DCS 312通過連 接331，經由發射機341通過發射LTE 315，通過光放大器317、上遊 混合開關320、光纖304、下遊混合開關324、光放大器319、經由接 收機343通過接收LTE 327，傳送到輸出埠345。
在正常操作下，上遊和下遊混合開關320和324簡單地將光纖302 和304的上遊部分連接到光纖302和304的下遊部分，以分別完成輸 入328和330到輸出332和334的端到端連接。
在圖3中，光纖302和304被稱為工作光纖，因為當所有網絡元 件適當地起作用時它們都攜載數據業務。相反地，光纖322可以被稱 為備用或備份光纖，因為它僅在工作光纖302和304或者相關聯的LTE 314、 315、 326和327中的一個出故障的情況下才攜載數據業務。在正 常環境下，備份光纖322不攜載光數據信號。應當理解，儘管圖3中 僅公開了兩個工作光纖302和304，但是該數目僅是示例性的並且僅出於簡要和簡單的目的而提供。真實世界的光纖網絡可以根據網絡要求， 針對每個備份光纖併入顯著更高數目的工作光纖。另外，真實世界的 光纖網絡可以併入不止一個備份光纖。
當需要對工作光纖302和304中的一個維護時，混合開關320和 324將數據業務切換到備份光纖322上。例如，如果光纖302需要維護， 則上遊混合開關320可以將來自光放大器316的輸出連接到備份光纖 322。同時，下遊混合開關324可以將備份光纖322連接到光放大器318 的輸入。該切換動作在針對工作光纖302的維護期間中恢復了在輸入 328和輸出332之間的端到端連接性。下文另外詳細地闡述與上遊和下 遊混合開關320和324的配置有關的細節。
通過在光域中的光放大器之間提供高速切換，在需要將工作光纖 302或304解除運轉的情況下，可以實現針對備份光纖322的迅速切換。
為了成功執行備份光纖切換，控制器350可以被配置成引導上遊 混合開關320和下遊混合開關324以將光放大器316或317的輸出切 換到備份光纖322。如下文將另外詳細描述的，可以在沒有控制器引導 的情況下完成下遊混合開關324的最終切換，使得可以將在切換時由 於在光纖302或304中"捕獲"的數據導致的損失最小化。更具體地， 下遊混合開關324的最終切換可以通過使用如下所述的光檢測技術直 接響應於上遊混合開關320的切換而執行。控制器350可以包括嵌入 式微處理器、計算機、工作站、或者用於控制上遊混合開關320的切 換的其他類型的處理器。
圖4a-4c是圖示在切換的多種階段中分別位於光放大器316和318 以及317和319之間的光纖302和304的節點的框圖。如圖4a所示， 上遊混合開關320可以包括分別與工作光纖302和304相關聯的兩個 小型切換組件405a和405b。上遊混合開關320還可以包括位於小型切 換組件405a和405b的下遊的大型切換組件410。相似地，下遊混合開關324可以包括大型切換組件415以及小型切換組件420a和420b。
在一個實現中，小型切換組件405a可以包括快速開關，所述快速 開關被配置成將來自光放大器316的輸出從兩個輸入中的一個切換到 大型切換組件410。在一個示例性實現中，小型切換組件405a-405b和 420a-420b可以包括能夠在約20微秒內切換輸出的2X2光開關。
大型切換組件410可以包括能夠在大量的輸出埠之間切換大量 的輸入信號的NXN開關，其中N可以是10和1000之間的數。在一 個示例性實現中，大型切換組件410和415可以包括能夠在約20毫秒 內切換輸入的320X320光開關。如圖所示，大型切換組件410可以輸 出到工作光纖302和304或者備份光纖322。
本質上，大型切換組件410比小型切換組件405a和405b明顯更
慢地完成它的切換功能。由於該因素，單獨使用大型切換組件實現在 工作光纖302和304中的一個和備份光纖322之間的切換將導致不可 接受的數據損失。同時，由於每個工作光纖將需要基於一對一地或者 可能二對一地與備份光纖相關聯，因此僅使用小型開關執行備份將導 致在光網絡中的數百或數千個備份光纖的部署和構造。對於成功的光 網絡配置而言這些替換方案均不現實。
不同於這些方法，所描述的混合開關對320和324在不需要部署 大量的備份光纖的情況下使得能夠快速切換到備份光纖。如圖4b所示， 一旦接收到來自控制器350 (未示出)的將工作光纖302切換到備份光 纖322的命令，則大型切換組件410可以在來自與備份光纖302相關 聯的小型切換組件405a的第二輸出之間建立光交叉連接425。
在配置大型切換組件410之後，可以將備份光纖322配置成接收 來自小型切換組件405a的輸出。相似地，下遊的大型切換組件415可 以被配置成在備份光纖322和與小型切換組件420a相關聯的第二輸出之間建立光交叉連接430。在一個示例性實現中，交叉連接425和430 的成功配置可以由測試設備435監視，以確保信號將在切換之後適當 路由。
在分別配置在上遊和下遊大型切換組件410和415中的交叉連接 425和430期間，工作光纖302可以繼續經由先前建立的小型切換組件 405a中的交叉連接440和小型切換組件420a中的交叉連接445以及大 型切換組件410中的交叉連接450和大型切換組件415中的交叉連接 455來傳送數據。
一旦已經建立了交叉連接425和430的配置，則可以執行從工作 光纖302到備份光纖322的切換。如圖4c所示，在光纖302和備份光 纖322之間的切換可以通過使小型切換組件405a在與工作光纖302相 關聯的第一輸出和與交叉連接425相關聯的第二輸出之間切換而實現。 由於先前己經建立交叉連接425，因此小型切換組件405的切換使得來 自光放大器316的輸出能夠到達備份光纖322。
在下遊側，小型切換組件420b可以以各種方式觸發。在一個實現 中，控制器350 (未示出)可以觸發小型切換組件420b的切換。然而， 由於在觸發小型切換組件405a時出現在光纖302中的光"數據"應當 在小型切換組件420b的切換之前由光放大器318接收，因此控制器350 可能需要考慮與在光放大器316和318之間的光纖節點長度相關的傳 輸延遲以及其他因素。
在另一實現中，行波同步可以用於觸發小型切換組件420a。圖5a 是圖示用於觸發小型切換組件420a從第一輸入切換到第二輸入的行波 觸發器500的一個示例性實施例的框圖。如圖所示，觸發器500可以 包括開關控制505、光抽頭510和光電檢測器515。
在操作中，光抽頭510可以被配置成將小型切換組件420a的輸出經由光抽頭510連接到光電檢測器515。 一旦小型切換組件405a已經 實現了光纖302的上遊端的切換，則在光纖302中傳送的光將停止。 光電檢測器515可以監視小型切換組件420a的輸出以確定該情況何時 發生。在一個實現中，光電檢測器515可以包括光電二極體。 一旦光 電檢測器515觀察到光損失，則指示該情況的信號可以被發送到開關 控制505。然後，開關控制505可以進而實現小型切換組件420a從與 工作光纖302相關聯的第一輸入到與備份光纖322相關聯的第二輸入 的切換。
在又一實現中，行波同步的相反的原理可以用於觸發小型切換組 件420a。圖5b是圖示用於觸發小型切換組件420a從第一輸入切換到 第二輸入的行波觸發器520的另一示例性實施例。如圖所示，觸發器 520可以包括開關控制525、光抽頭530和光電檢測器535。然而，不 同於將抽頭安置在小型切換組件420a的下遊，抽頭530可以被安置在 大型切換組件415的下遊和小型切換組件420a的上遊。
一旦小型切換組件405a已經實現了在光纖302的上遊端針對備份 光纖322的切換，則在光纖322中傳送的光將開始。光電檢測器535 可以經由抽頭520監視與備份光纖322相關聯的大型切換組件415的 輸出，以確定光何時呈現在備份光纖322上。 一旦光電檢測器535觀 察到在該輸出處呈現光，則指示該情況的信號可以被發送到開關控制 525。然後，開關控制525可以進而實現小型切換組件420a從與工作光 纖302相關聯的第一輸入到與備份光纖322相關聯的第二輸入的切換。
通過使用在工作光纖302中的光缺失或者在備份光纖322中的光 呈現，觸發器505和520可以以最小的延遲和在工作光纖302上先前 傳送的數據的零損失，執行小型切換組件420a的切換。更具體地，不 僅消除了先前傳送的數據的損失，而且可以在與小型切換組件405a (Tl) +小型切換組件420& (T2) +開關控制505或525的處理(Tp) 的切換時間相一致的時間量中完成從工作光纖302到備份光纖322的切換。
結論
與此處描述的方面相一致的實現使得能夠從工作光纖迅速並有效 切換到備份光纖。更具體地，在一個實現中，較慢的大型光開關和較 快的小型光開關的組合可以用於實現切換。此外，行波同步技術可以 用於減少切換延遲和數據損失。
前面的本發明的示例性實施例的描述提供了說明和描述，但是並 不意在窮舉或者將本發明限於所公開的確切形式。修改和變化鑑於以 上教導是可行的，或者可以從實踐本發明而獲得。
對於本領域的普通技術人員將顯而易見的是，在附圖中圖示的實 現中，如上所述的本發明的特徵可以以硬體、軟體或者固件的許多不 同的形式實現。用於實現所描述的特徵的實際的硬體或控制軟體不是 本發明的限制。因此，在沒有參考具體的硬體或控制軟體的情況下描 述了這些特徵的操作和行為，應當理解，本領域的普通技術人員將能 夠基於此處的描述設計用於實現這些方面的硬體和軟體。
而且，本發明的特定部分可以被實現為執行一個或多個功能的"邏 輯"。該邏輯可以包括諸如專用集成電路或現場可編程門陣列的硬體、 軟體、或者硬體和軟體的組合。
除非明確地如此描述，否則本申請的描述中使用的元件、動作或 指令不應當被解釋為對於本發明是關鍵的或必要的。而且，如此處所 使用的，不加數量詞限定的項意在包括一個或多個項。在僅意在包括 一個項的情況下，使用術語"一個"或相似的語言。而且，除非另外 明確說明，否則短語"基於"意在表示"至少部分基於"。本發明的 範圍由權利要求及其等同物限定。
權利要求
1.一種用於實現從第一光纖到第二光纖的切換的光開關，包括第一切換組件；以及第二切換組件，其中，所述第一切換組件被配置成在所述第二光纖和所述第二切換組件之間建立交叉連接，並且其中，所述第二切換組件被配置成在建立所述交叉連接之後選擇所述交叉連接。
2. 根據權利要求1所述的光開關，其中，所述交叉連接是在所述第二切換組件的第二輸出和所述第二光纖之間建立的；並且其中，所述第二切換組件被配置成在建立所述交叉連接之後從與 所述第一光纖相關聯的第一輸出切換到與所述交叉連接相關聯的所述第二輸出。
3. 根據權利要求1所述的光開關，其中，所述交叉連接是在所述第二切換組件的第二輸入和所述第 二光纖之間建立的；並且其中，所述第二切換組件被配置成在建立所述交叉連接之後從與 所述第一光纖相關聯的第一輸入切換到與所述交叉連接相關聯的所述 第二輸入。
4. 根據權利要求1所述的光開關，其中，所述第一切換組件包括 大型切換組件，並且所述第二切換組件包括小型切換組件。
5. 根據權利要求4所述的光開關，其中，所述第二切換組件包括 2X2光開關。
6. 根據權利要求4所述的光開關，其中，所述第一切換組件包括 NXN光開關，其中N包括在10和1000之間的整數。
7. 根據權利要求6所述的光開關，其中，所述第一切換組件是具 有320個輸入埠和320個輸出埠的320X320光開關。
8. 根據權利要求l所述的光開關，其中，所述第一光纖包括工作 光纖，並且其中所述第二光纖包括備份光纖。
9. 一種光切換系統，包括第一上遊切換設備，所述第一上遊切換設備具有與第一光纖的上 遊端相關聯的第一輸出；第二上遊切換設備，所述第二上遊切換設備操作地連接到第二光 纖的上遊端；以及控制器，所述控制器被配置成在所述第一上遊切換設備的第二輸 出和所述第二光纖的所述上遊端之間建立在所述第二上遊切換設備中 的第一交叉連接，其中，所述控制器進一步被配置成在建立在所述第二上遊切換設 備中的所述第一交叉連接之後將所述第一上遊切換設備從所述第一輸 出切換到所述第二輸出。
10. 根據權利要求9所述的光切換系統，其中，所述第一光纖包 括工作光纖，並且所述第二光纖包括備份光纖。
11. 根據權利要求9所述的光切換系統，其中，所述第一上遊切 換設備比所述第二上遊切換設備更快地操作。
12. 根據權利要求9所述的光切換系統，進一步包括 第一下遊切換設備；以及第二下遊切換設備，所述第二下遊切換設備具有與所述第一光纖的下遊端相關聯的第一輸入，其中，所述控制器被配置成在所述第二光纖的下遊端和所述第二 下遊切換設備的第二輸入之間建立在所述第一下遊切換設備中的第二 交叉連接，並且其中，所述第二下遊切換設備被配置成一旦建立了在所述第一下 遊切換設備中的所述第二交叉連接則從所述第一輸入切換到所述第二 輸入。
13. 根據權利要求12所述的光切換系統，進一步包括 光觸發器，所述光觸發器與所述第二下遊切換設備相關聯， 所述光觸發器被配置成將所述第一輸入切換到所述第二輸入。
14. 根據權利要求13所述的光切換系統，其中，所述光觸發器包括光電檢測器，所述光電檢測器操作地耦合到所述第二下遊切換設 備的輸出，所述光電檢測器被配置成識別在所述第二下遊切換設備的所述輸 出處的光損失；以及開關控制，所述開關控制被配置成當所述光電檢測器識別出所述 光損失時將所述第一輸入切換到所述第二輸入。
15. 根據權利要求13所述的光切換系統，其中，所述光觸發器包括光電檢測器，所述光電檢測器操作地耦合到所述第二交叉連接， 所述光電檢測器被配置成識別來自所述第二交叉連接的光呈現；以及開關控制，所述開關控制被配置成當所述光電檢測器識別出所述 光呈現時將所述第一輸入切換到所述第二輸入。
16. 根據權利要求9所述的光切換系統，其中，所述第一上遊切換設備位於與所述第一光纖相關聯的光放大器的下遊。
17. —種方法，包括通過與工作光纖相關聯的第一輸出傳送來自小型切換組件的數據；在所述小型切換組件的第二輸出和備份光纖之間建立在大型切換 組件中的交叉連接；在建立所述交叉連接之後將所述小型切換組件從所述第一輸出切 換到所述第二輸出；以及將來自所述小型切換組件的所述輸入的數據傳送到與所述交叉連 接相關聯的所述第二輸出。
18. 根據權利要求17所述的方法，進一步包括 在將所述小型切換組件從所述第一輸出切換到所述第二輸出之前確認所述交叉連接的所述建立。
19. 根據權利要求17所述的方法，其中，所述大型切換組件包括 NXN光開關，其中N至少是IO。
20. —種光切換設備，包括傳送裝置，該傳送裝置用於通過與工作光纖相關聯的第一輸出傳 送來自小型切換組件的輸入的數據；建立裝置，該建立裝置用於在所述小型切換組件的第二輸出和備 份光纖之間建立在大型切換組件中的交叉連接；切換裝置，該切換裝置用於在建立所述交叉連接之後將所述小型 切換組件從所述第一輸出切換到所述第二輸出；以及傳送裝置，該傳送裝置用於將來自所述小型切換組件的所述輸入 的數據傳送到與所述交叉連接相關聯的所述第二輸出。
全文摘要
提供了一種用於實現從第一光纖到第二光纖的切換的光開關和切換系統，包括第一大型切換組件和第二小型切換組件。第一大型切換組件被配置成在第二光纖和第二小型切換組件之間建立交叉連接。然後，第二小型切換組件可以被配置成在建立交叉連接之後選擇該交叉連接，由此確保從第一光纖到第二光纖的迅速切換，而與第一大型切換組件的速度無關。
文檔編號G02B6/42GK101589322SQ200780046331
公開日2009年11月25日 申請日期2007年12月13日 優先權日2006年12月14日
發明者夏鐵君, 格倫·A·韋爾布羅克 申請人:維裡遜服務機構有限公司