专利名称：基于波分复用层的光通道保护装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种基于波分复用(WDM)层的光通道保护(OchP)装置及方法。
目前WDM系统的保护方案主要分为两种，一为光复用段保护(OMSP)或者叫做光线路保护；另一为光通道保护(OChP)。前者主要是为了保护传输光纤；后者是基于设备级的保护，其工作原理是当通道信号传输中断或性能劣化到一定程度后，系统倒换设备将通道信号自动倒换至保护通道进行传输，倒换与否是由系统接收机根据接收到的各通道信号质量的优劣来定，不需要外加检测装置，完全由系统内部接收机的判断装置决定。
随着密集波分复用技术的飞速发展及传输速率的加倍提高，每个通道所承载的业务数据量越来越大，其在网络中的位置也越来越重要，因此每个通道的安全性和可靠性成了网络发展不得不考虑的一个因素，这就需要提出更好的光通道保护方案。
现有波分复用系统使用的光通道保护方案常用的一种方式是1+1或1:1保护方案(其中1+1表示冷备份，1:1表示热备份，二者的区别仅在于在工作通道没有故障时，保护通道是否也传送业务)，即通过在所有工作OTU单元(光转换单元)的光信号输入端加一个功率分配装置，其两路输出一路信号进OTU单元，另一路信号接入一个备份OTU单元，这样在当前OTU单元发生故障时，可以将输入信号倒换至备份OTU单元传输，保证系统工作正常。1+1典型方案如
图1所示。也可把图1中的耦合器用1×2的光开关代替。图1中实线部分为工作通道路由，虚线部分为保护通道路由。这种保护方式的特点就是利用一个波长信号去保护另外一个波长信号，因此工作通道和保护通道数目是相等的。这种基于WDM层的1+1的光通道保护方案虽然可以解决通道的可靠性问题，但因此会浪费一半的波长资源，同时也使设备的初始成本加高很多。
为实现上述目的，本发明提出一种基于波分复用层的光通道保护装置及方法，用于在传送业务与WDM系统之间完成工作通道的信号透传及保护通道的路由选择。
所述光通道保护装置包括发送端模块和接收端模块，所述发送端模块和接收端模块均包括N路工作通道，分别用于与WDM系统的N路工作通道的接收端和发送端相连，其特征是所述发送端模块和接收端模块还包括M路保护通道，分别用于与WDM系统的M路保护通道的接收端和发送端相连；还包括有倒换操作装置，用于根据WDM系统发出的倒换请求，将指定的工作通道中的信号倒换到指定的保护通道，或将指定的保护通道中的信号恢复到工作通道；其中M、N均为自然数，M＜N。
所述光通道保护方法包括如下步骤(1)、WDM系统实时监测系统内各通道信号的质量及光通道保护模块的路由状态；(2)、WDM系统判断工作通道中是否有信号需要倒换到保护通道；如有，则决定倒换到保护通道的那一路；(3)、WDM系统对发送端及接收端的光通道保护模块同时发送准确的倒换请求；(4)、发送端及接收端的光通道保护模块根据WDM系统的倒换请求进行倒换操作。
由于采用了以上的方案，正常时工作时，在发送端，N路信号进入OChP模块后选择相应的工作通道接入WDM系统进行传送；在接收端，OChP模块同样选择工作通道进行接收，此时保护通道是不传业务或者所传业务不被接收端OChP模块所接收(只传低优先级业务)。如果N路中有m路(1≤m≤M)信号在WDM系统传送中因通道因素而出现信号质量劣化或者丢失，则发送端OChP模块会把这m路信号送入保护通道进行传送，其它N-m路信号继续在工作通道中传送；在接收端，OChP模块对这m路信号选择相应的保护通道进行接收，其它N-m路仍然选择工作通道进行接收。这样就实现了基于WDM层的M:N光通道保护。由于出现信号质量劣化或者丢失的通道数量和几率都较小，保护通道的数量M就可以比工作通道的数量N小，与1+1的保护方案相比，节省了资源，节约了初始成本。当保护通道数M大于1时，相当于将系统中已有的两个或多个保护通道的备份OTU级联备份，还会进一步降低因备份OTU单元故障或两个以及多个工作OTU单元发生故障时系统面临的备份性能崩溃的风险，但是同时又不会增加系统制造成本。
图2a是本发明OChP模块在WDM系统中的位置示意图。
图2b是本发明基于WDM系统的1+N光通道保护方案示意图。
图3是利用耦合器及光开关组成的OChP模块内部结构示意图。
图4利用光开关组成的OChP模块内部结构示意图。
图5利用N×(N+M)的光开关组成的OChP模块结构示意图。
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。下面的实例既可以适于热备份(M:N)也可以适于冷备份(M+N)，以下不再区分。
见图2a，本发明所提出的基于WDM层的光通道保护装置包括发送端模块和接收端模块，所述发送端模块和接收端模块均包括N路工作通道(N入N出)，分别用于与WDM系统的N路工作通道的接收端和发送端相连。
所述发送端模块和接收端模块还包括M路保护通道，分别用于与WDM系统的M路保护通道的接收端和发送端相连。
所述发送端模块和接收端模块还包括有倒换操作装置，用于根据WDM系统发出的倒换请求，将指定的工作通道中的信号倒换到指定的保护通道，或将指定的保护通道中的信号恢复到工作通道；其中M、N均为自然数，M＜N。图2b就是当M＝1时的情形，它与1+1的保护方案相比，由于只用了一个保护通道对多个工作通道进行保护，节省了资源，节约了初始成本。
图2b所示的1:N或1+N保护方法虽然可以减少用到的备份OTU单元，提高光波长利用率，但这种方式实现的光通道保护前提是OTU单元必须正常，如果备份OTU单元发生故障或被同一块备份OTU保护的两个、多个工作信道的OTU单元发生故障时，系统故障备份性能就会出现崩溃。解决这一问题的办法是让其中保护通道数M大于1，图3、4、5所示方案都属于这种情形。
上述装置的工作原理如下正常工作时，在发送端，N路信号进入OChP模块后选择相应的工作通道接入WDM系统进行传送；在接收端，OChP模块同样选择工作通道进行接收，此时保护通道是不传业务或者所传业务不被接收端OChP模块所接收。如果N路中有m路(1≤m≤M)信号在WDM系统传送中因通道因素而出现信号质量劣化或者丢失，则发送端OChP模块会把这m路信号送入保护通道进行传送，其它N-m路信号继续在工作通道中传送；在接收端，OChP模块对这m路信号选择相应的保护通道进行接收，其它N-m路仍然选择工作通道进行接收。如果某通道信号在保护通道传送中其工作通道已经恢复正常，OChP模块可以把该信号从保护通道恢复到工作通道进行传送。
这里判断某一通道的信号是否需要从工作通道倒换到保护通道是以WDM系统中传送该信号的工作通道的质量为依据的，完全是由WDM系统的接收机来判断，不需要外加任何检测装置，因为WDM系统各通道的接收机都具有这个功能。信号从保护通道恢复到工作通道也是以WDM系统中的工作通道的质量为依据，因此说该保护方案是基于WDM层的。
不管是工作通道还是保护通道，OChP模块只是对每路信号进行各自的路由选择，不对信号本身所载的业务进行任何处理，所以OChP模块对业务而言是透传的。
因为OChP模块对信号路由的选择是以WDM系统传送各信号的通道质量为判断依据，所以WDM系统和OChP模块之间需要有协议支持。该协议应完成以下功能(1)、WDM系统可实时监测系统内各通道信号的质量及OChP模块的路由状态；(2)、WDM系统判断工作通道中是否有信号需要倒换到保护通道的，并决定倒换到保护通道的那一路；同样WDM系统也要判断保护通道中是否有信号需要恢复到工作通道的；(3)、WDM系统可对发送端及接收端的OChP模块同时发送准确的倒换请求；(4)、OChP模块对WDM的倒换请求能做成正确的操作。
针对以上OChP模块的功能，我们进行了设计，现对比较典型的设计描述如下实施例一、利用50:50的耦合器(也称分路器)及M:N(或称M×N或N×M，表示有M或N个输入端N或M个输出端)的光开关组成，参看图3，所述发送端模块中的倒换操作装置包括N个50:50耦合器和一个N×M光开关，每个耦合器的两路输出中一路接到WDM系统的一个工作通道，另一路接到N×M光开关的一个输入端，N×M光开关的M个输出端则分别接到WDM系统中的M个保护通道上；所述接收端模块中的倒换操作装置包括N个50:50耦合器和一个M×N光开关，每个耦合器的两路输入中一路接到WDM系统的一个工作通道，另一路接到N×M光开关的一个输出端，M×N光开关的M个输入端则分别接到WDM系统中的M个保护通道上。
这种情况下需要控制M:N的光开关，而且对于WDM系统的接收端，工作通道和保护通道的激光器不能同时打开，二者只能有一个处于工作状态，对于发送端激光器不作要求。
实施例二、利用1×2的光开关及M:N的光开关组成，参看图4。所述发送端模块中的倒换操作装置包括N个1×2的光开关和一个N×M光开关，每个1×2的光开关的两路输出中一路接到WDM系统的一个工作通道，另一路接到N×M光开关的一个输入端，N×M光开关的M个输出端则分别接到WDM系统中的M个保护通道上；所述接收端模块中的倒换操作装置包括N个1×2的光开关和一个M×N光开关，每个1×2的光开关的两路输入中一路接到WDM系统的一个工作通道，另一路接到N×M光开关的一个输出端，M×N光开关的M个输入端则分别接到WDM系统中的M个保护通道上。
这种方案对于M:N及各1×2的光开关状态要求严格的协议控制，要做到两边同时倒换光开关到相应路由，对WDM系统发送端和接收端的激光器状态不作要求。
实施例三、利用N×(N+M)的光开关，参看图5。所述发送端模块中的倒换操作装置包括一个N×(N+M)光开关，该光开关的N+M个输出端分别接到WDM系统的N个工作通道和M个保护通道；所述接收端模块中的倒换操作装置包括一个(N+M)×N光开关，该光开关的N+M个输入端分别接到WDM系统的N个工作通道和M个保护通道。
这种方案对于要求两边的光开关能同时倒换到相应的路由，对WDM系统发送端和接收端的激光器状态不作要求。
下面的计算可以说明当M大于1时能增加可靠性。
对于上述任一实施例，当采用2+16波长保护时(相当于只采取双OTU单元级联，即把两个独立的1+8保护装置级联成一个2+16保护装置，所用设备并没有增加)，根据计算，系统MTBF(平均故障间隔时间)会延长k/30倍(与原来的两个独立的1+8保护方式相比而言)，其中k是系统可用时间和故障间隔时间之比，如单板可用性为99.99％，则其值大约在10＾4左右，单板可用性小数点后每增加一个9，k值增长一个数量级。如果采取M+N方案(即M个OTU单元级联备份)，则系统的MTBF会延长KM-1P82/P8MM+1倍(P表示是阶乘函数)。可见采用本专利发明光波长通道保护方式，在M＞1时，不仅可以节省成本，而且级联保护方式还可以大大提高了系统的可靠性。
权利要求
1.一种基于波分复用层的光通道保护装置，用于在传送业务与波分复用系统之间完成工作通道的信号透传及保护通道的路由选择，它包括发送端模块和接收端模块，所述发送端模块和接收端模块均包括N路工作通道，分别用于与波分复用系统的N路工作通道的接收端和发送端相连，其特征是所述发送端模块和接收端模块还包括M路保护通道，分别用于与波分复用系统的M路保护通道的接收端和发送端相连；还包括有倒换操作装置，用于根据波分复用系统发出的倒换请求，将指定的工作通道中的信号倒换到指定的保护通道，或将指定的保护通道中的信号恢复到工作通道；其中M、N均为自然数，M＜N。
2.如权利要求1所述的基于波分复用层的光通道保护装置，其特征是保护通道数M大于1。
3.如权利要求1所述的基于波分复用层的光通道保护装置，其特征是所述发送端模块中的倒换操作装置包括N个50:50耦合器和一个N×M光开关，每个耦合器的两路输出中一路接到波分复用系统的一个工作通道，另一路接到N×M光开关的一个输入端，N×M光开关的M个输出端则分别接到波分复用系统中的M个保护通道上；所述接收端模块中的倒换操作装置包括N个50:50耦合器和一个M×N光开关，每个耦合器的两路输入中一路接到波分复用系统的一个工作通道，另一路接到N×M光开关的一个输出端，M×N光开关的M个输入端则分别接到波分复用系统中的M个保护通道上。
4.如权利要求1所述的基于波分复用层的光通道保护装置，其特征是所述发送端模块中的倒换操作装置包括N个1×2的光开关和一个N×M光开关，每个1×2的光开关的两路输出中一路接到波分复用系统的一个工作通道，另一路接到N×M光开关的一个输入端，N×M光开关的M个输出端则分别接到波分复用系统中的M个保护通道上；所述接收端模块中的倒换操作装置包括N个1×2的光开关和一个M×N光开关，每个1×2的光开关的两路输入中一路接到波分复用系统的一个工作通道，另一路接到N×M光开关的一个输出端，M×N光开关的M个输入端则分别接到波分复用系统中的M个保护通道上。
5.如权利要求1所述的基于波分复用层的光通道保护装置，其特征是所述发送端模块中的倒换操作装置包括一个N×(N+M)光开关，该光开关的N+M个输出端分别接到波分复用系统的N个工作通道和M个保护通道；所述接收端模块中的倒换操作装置包括一个(N+M)×N光开关，该光开关的N+M个输入端分别接到波分复用系统的N个工作通道和M个保护通道。
6.一种基于波分复用层的光通道保护方法，用于在传送业务与波分复用系统之间完成工作通道的信号透传及保护通道的路由选择，其特征是包括如下步骤(1)波分复用系统实时监测系统内各通道信号的质量及光通道保护模块的路由状态；(2)波分复用系统判断工作通道中是否有信号需要倒换到保护通道；如有，则决定倒换到保护通道的那一路；(3)波分复用系统对发送端及接收端的光通道保护模块同时发送准确的倒换请求；(4)发送端及接收端的光通道保护模块根据波分复用系统的倒换请求进行倒换操作；其中工作通道有N路，保护通道有M路，其中M、N均为自然数，M＜N。
7.如权利要求6所述的基于波分复用层的光通道保护方法，其特征是保护通道数M大于1。
8.如权利要求6所述的基于波分复用层的光通道保护方法，其特征是波分复用系统也判断保护通道中是否有信号需要恢复到工作通道，如有，则决定倒换到工作通道的那一路，并对发送端及接收端的光通道保护模块同时发送准确的倒换请求。
9.如权利要求6所述的基于波分复用层的光通道保护方法，其特征是在没有信号需要倒换到保护通道时，备份通道可以承载低优先级业务。
全文摘要
本发明公开一种基于波分复用层的光通道保护装置及方法，在发送端模块和接收端模块中增设M路保护通道，分别用于与WDM系统的M路保护通道的接收端和发送端相连；增设有倒换操作装置，用于根据WDM系统发出的倒换请求，将指定的工作通道中的信号倒换到指定的保护通道，或将指定的保护通道中的信号恢复到工作通道；其中M、N均为自然数，M＜N。由于保护通道的数量M比工作通道的数量N小，与1+1或1∶1的保护方案相比，节省了光波长资源，并节约了初始成本。同时，在M＞1时，与1+1或1∶1的保护方案相比，大大降低了上述故障发生时系统面临的备份性能崩溃的风险却不增加成本。
文档编号H04B10/08GK1466302SQ02125068
公开日2004年1月7日 申请日期2002年7月1日 优先权日2002年7月1日
发明者李唯实, 薛由道, 肖典军, 刘延明, 雒文斌, 张士尹 申请人:华为技术有限公司