专利名称：光交叉连接设备及其方法
技术领域：
本发明的技术领域一般涉及光交叉连接(Optical Cross Connects)、形成光交叉连接的方法以及相关的光纤网络架构及其方法。本发明特别涉及一种在波分复用网络中特别有用的光交换的新架构及其实现方法。
背景技术：
具有全光交叉连接(OCC)的光学网络的价值一般体现在能够选择性地通过若干网络节点发送单个信道的光波，而无需进行光电和电光转换。
从网络角度来看，大多数对OCC架构的研究都集中在光交叉连接本身的最大可能容量上。例如，具有单波颗粒及完全无阻塞(non-blocking)性能的交换机架构被认为是对于光纤网络不可缺少的，这种架构因此成为热门研究。术语“无阻塞”是指光开关在不排除(或“阻塞”)其它光谱的输入和输出的任何可能连接的情形下将光从任何光谱输入引导到任何光谱输出的能力。
典型的OCC设计包括i.每个输入光纤上的光解复用器(DEMUX)，接着所述光解复用器的是一个空间分用交换器，接着所述空间分用交换器的是一个用于引导所选择性地交换的光波到输出光纤的复用器或合成器；ii.每个输入光纤后的无源分路器，每个分路器路径(spliterpath)上的光学滤光器，空间分用交换器，接着所述空间分用交换器的是一个把被过滤和选择性地交换的光波引导到输出光纤的合成器；iii.每个输入光纤后面的无源分路器，每个分路器路径上的滤光器，以及一个用于把所过滤光波引导到输出光纤的合成器。
图1示出了一种如上面iii所述架构的现有的“广播与选择”OCC设备100。具体而言，图1示出了一种完全无阻塞的OCC。在这种OCC架构中，需要N*(N-1)个滤光器来交叉连接N个不同的路由。
OCC设备100包括多个光输入102和多个光输出104。现有OCC还包括本地交叉连接110，所述本地交叉连接用于交叉连接光输入102和光输出104，以便将流入到光输入102的光信号引导到适当的光输出104。
本地交叉连接110本身包括多个光耦合器106和多个光学地设置于每对光耦合器106之间的滤光器120。可见，视所设置的位置而定，每个光耦合器106执行下述两种功能中的一种——将光输入信号分路，以输出到其他的光耦合器；或者，合成来自其它光耦合器的光信号并输出光输出信号。
在图1所示的例子中有四个不同的路由。交叉连接这4个路由需要12个滤光器。增加一个路由使路由总数达到5就需要增加8个额外的滤光器，从而使滤光器总数达到20。简而言之，现有的OCC架构结构需要N*(N-1)个滤光器。也就是说，增加是呈二次方的。
通常，现有的OCC架构具有可以被如下描述的光信号流；1)分路光输入信号；2)进行滤光和/或交换；和3)将光信号重新合成到输出滤光器中。
在图1中，在每个分路后以及在每个合成前有一个滤光器120。
由于光处理在分路器和合成器功能之间进行的，因而这种设计必须将OCC限制在一个有效地“定位的”架构上。定位发生在所有的光交叉连接元件都需要定位在网络中的一个单一的物理位置上时。
虽然定位可能会最大化OCC节点本身的容量，但是对OCC节点只是其一部分的网络整体而言，可能并不要求或需要这种定位。而且，这可能会导致组成网络的硬件和连接不必要地复杂，从而增加其成本。
根据下面给出的详细说明并结合附图，本技术领域的人员会更全面地理解本发明的特点，附图以示例方式给出，因而其对本发明并不是限定的。在附图中图1是说明现有的光交叉连接架构的结构图；图2是说明根据本发明的一个实施例的一种光交叉连接架构的结构图；图3是说明根据本发明一个实施例的一种光交叉连接光纤环形网络的结构图；图4是说明根据本发明一个实施例的一种网状光交叉连接网络的结构图；图5是一组示意图，说明了在模型网络的传输系统容量增加时，多通带滤光器(Muti-band pass filter)的数量是如何通过应用本发明的技术的一个实施例而减少的；图6是一组示意图，说明了在实例网络的传输系统容量增加时，多通带滤光器的数量是如何通过应用本发明的技术的一个实施例而减少的；图7a-b是说明根据本发明的多通带滤光器的不同实施例的结构图。
图8是说明根据本发明的一个实施例的一种将多个光输入和输出交叉连接的方法。
具体实施例方式
为了简单而形象地说明，主要通过引用其典型实施例来描述本发明的原理。不同附图中的相同附图标号和符号表示相同或类似的元件。而且，下述详细说明内容并不构成对本发明的限定。本发明的范围是由权利要求及其等价物限定。
这里所用的“光通信”一词是指任何连接、耦合、联接或其类似的方式，通过这些方式，由一个光学元件载送的光信号被传递到“通信部件”。这些“光通信”设备并不必一定彼此直接相连，它们可以由中间的光学元件和/或设备分开。同样的是，这里所用的“连接”、“有效连接”以及“光学地设置”等词都是相对术语，并不必一定需要有直接的物理连接。
通常，与现有的光交叉连接设备相比较，本发明的一个方面可以描述为具有不同顺序的若干光流(optical flow)。该顺序如下所述1)以光学方式过滤一个或多个输入的光信号，同时还在一单个传输介质中继续保持所过滤的信号；2)在一个或多个光输入和一个或多个光输出之间交叉连接；3)光学地过滤一个或多个输出的光信号。
光交叉连接可以以光谱上透明的方式进行。这一过程只“定位”了光交叉连接功能，而滤光功能可以从所述交叉连接中除去。滤光可以在该设备本身执行，由该网络的其它节点执行，或者根本无需执行。由于滤光并不限于所述OCC，因而滤光功能被“分布”到网络中。因此，在提高效率和性能以及降低复杂度和成本时可以考虑整个网络。
图2是说明根据本发明的一个实施例的光交叉连接设备200的结构图。如图所示，光交叉连接设备200可以包括多个光输入202-n、多个光输出204-n，以及设置于所述光输入202-n和所述光输出204-n之间的多个OCC 210，以及设置于所述OCC 210外的多个滤光器220。在本例中，对于每个路由，n都是从1到4，但是应当理解，路由的数目并不受此限定。
通过在OCC 210外设置滤光器220，仅仅定位了上述的光交叉连接功能。图2中的例子示出，在每个光输入202-n和OCC 210之间以及每个光输出204-n和OCC 210之间光学地设置有滤光器220。因而，图2实际上是一个在光交叉连接设备200本身内进行滤光(或处理)的例子。
然而，应当理解，光交叉连接设备200并不受此限定。尽管图2是这样示出的，但是滤光器220并不必光学地连接到该设备内的每个光输入202-n和光输出204-n。实际上，设备200内部根本不需要有任何的滤光器。如上所述，滤光可以在该网络的其它节点上执行(即“分布”)或者根本无需执行。
OCC 210可以是光谱上透明的。也就是说，OCC 210本身并不执行任何光谱(波长)阻塞功能。如果希望或需要阻塞功能，可以通过在设备200内或设备200外的网络中适当地设置一个或多个滤光器220来实现该功能。
OCC 210可包括多个适当设置和连接的光耦合器206-m，所述光耦合器用于执行光分路和合成功能，以便按照预想引导光信号。一个或多个光耦合器206-m可以是无源光耦合器。需要指出的是，m的值从1到OCC 210内实际的耦合器数目(本例中为8)，用于唯一地标识每个耦合器。为了简单及便于解释，在图中并未对所有的光耦合器进行了这样的编号。
而且，一个或多个滤光器220可以是如图7a所示的多通带型滤光器700a。如图7所示，多通带滤光器(MBPF)700a接收作为光输入的一种光谱，其波长用符号λ表示。这些波长可以看作是单个光信道或若干波段的光信道，在其中，每个光信道都能够载送单独的光信息。MBPF 700a阻塞了所述光信道的一个子集并输出该光谱的信道的剩余部分(或互补子集)。图7b示出了一种可重配置的MBPF(RMBPF)700b，其中，可以用控制信号选择所阻塞的特定的一个或若干个信道。关于RMBPF一种特别类型的说明可以在临时申请60/411007中找到。该申请代理人案号4450-0403P，由与本申请相同的受让人提交于2003年8月4日，并通过参考全部结合在此。
如图2所示，当滤光功能在光交叉连接结构外进行时，交叉连接N个不同的路由需要的最大滤光器数量为2*N个。也就是说，增加是N数量级的，即线性增加。这使得用于光交叉连接的路由数目增加更为可行，从而使更经济、容量更高的网络能够被设计出。
可以对交叉连接所述多个光输入202-n和多个光输出204-n的方法作如下描述。图8示出这一方法的实施例。如图，方法800可以包括一个在多个光输入之间实现交叉连接的步骤810。方法800还可以包括对流入所述多个光输入中的至少一个的一个光信号的至少一个光信道进行滤光或者对流出所述光输出中的至少一个的一个光信号的至少一个光信道进行滤光或者对上述两者都进行滤光的步骤820。光交叉连接可以是光谱上透明的，而滤光则可以是信道滤光或通带滤光(band-passfilter)。
可以对所述光交叉连接设备的一个实施例作如下描述。参照图2，需要指出的是，光交叉连接210在光输入202-n和光输出204-n之间形成路径。例如，光耦合器206-4和206-3在光输入202-4和光输出204-3之间形成一条路径。同样的是，光耦合器206-4和206-1在光输入202-4和光输出204-3之间形成另一条路径。在图2所示例子中，在每个光输入202-n和每个光输出204-n之间都形成了一条路径。然而，为每个及每一对光输入202-n和光输出204-n都形成一条路径是不必要的。
而且，在图2所示例子中，所述多个滤光器220设置于光交叉连接210之外，以使得滤光在每个路径的输入、输出端进行。然而，在输入、输出端都进行滤光是不必要的。实际上，根本不需要在设备200内对任何路径进行滤光。因为，滤光可以由网络中的其它节点执行或者根本无需执行。如果希望在设备200内对每条路径进行滤光，那么或者对路径的输入端进行滤光，或者对其输出端进行滤光，或对其两端都进行滤光。
图3是说明根据本发明一个实施例的光交叉连接光纤环形网络300的结构图。为了便于解释，以下说明涉及单个波长(λ1、λ2等)，但应该理解，这些说明也适用于特定波长的光束或光波段。
网络300可以包括外环302和内环304。外环302沿顺时针方向载送光信号，而内环304沿逆时针方向载送光信号，但是两者的传递方向也可以对调。网络300可以还包括图2中所示类型的光交叉连接设备310。设备310使外对外和内对内的连接能够实现。尽管未在图中示出，但应该理解的是，也可能有其它连接，诸如外对内连接及内对外连接。
如果使用现有的、如图1所示的光交叉连接设备，那么对于一个充分连接(fully populated)的OCC，这一交叉连接就会需要12个12个滤光器，从而导致硬件较为复杂。在本实施例中，设备310不需要任何滤光器。如图所示，滤光可以吸收或移到相邻环节点306上。可能有下述情形可能出于未虑及的其它目的而需要有一个或多个滤光器308，并且本实施例使现有的滤光器被有效地利用。当然，光交叉连接设备310也同样可以包括滤光器。
尽管图3中并未明确示出，但是光交叉连接设备可以包括一个控制元件。更具体而言，滤光器308可以受到控制，以便重新配置阻塞/通过所要的信道或信道组。现有的业务信道、重叠IP网络、DCC或其它的通信装置可以用于传递管理、维护和控制信息，以进一步实现这一功能。
此外，图3所示实施例支持诸如λ1和λ3的光学保护环内连接。下标“w”、“p”以及“unp”分别指工作波长信道，保护波长信道以及不受保护波长信道。应该指出的是，保护光波不能在环间复用。例如λ1p和λ3p分别仅用于上位环和下位环内。不受保护的环内连接可以复用波长。例如，λ2unp可以既在上位环内又在下位环内使用。
上述说明同样适用于环间互连，此时，本例中的全光保护需要使用2个波长(λ4和λ5)。不受保护的连接仍然能够由单个波长实现。
在具有可寻址波长的节点(即具有与其相关的唯一一组波长的节点)的网络中，例如在支持激光波长连通性的网络中，去掉了对于波长复用的上述折衷。无论对于何种特定OCC架构，带宽限制都是相同的。
图4是说明根据本发明的一个实施例的网状光交叉连接网络400的结构图。如图所示，网络400可以包括多个光输入402、多个光输出404，一个光交叉连接410，多个滤光器420和一个自带滤光器432的光分插复用模块(OADM)430。连接时，路由1是线性光子网的一部分。本例中，OADM 430包括第一和第二滤光器432，它们分别与光输入402和光输出404光学地连接。
就此而言，光传输系统所要达到的总带宽为所有连接带宽的和。现有OCC要求总带宽为每个独立路由的带宽的和的最大值。乍看起来，与现有的OCC设备比较，网络400可能是比较浪费的。但是需要注意以下几点
1.当网间流量变得越来越不对称时，分布式架构与现有架构之间的带宽利用率差减少。
2.如果每个双向连接都需要用相同波长(相同信道)，那么现有的OCC将不可用并变得和本发明的某些实施例一样。
3.OCC上不用于路由互连的带宽依然可以恢复并用于“本地”路由内连接。
4.当路由需求超出单个线性系统的容量时，可能会需要另一个并联的线性系统。这增大了所有节点通过一个节点发送的程度，因而增加了节点的复杂性。无论对于何种OCC架构，这都产生大量的波长阻塞。
图5和图6示出两个根据本发明不同实施例的示例网络，它们说明滤光可以以“分布”的方式进行。滤光器位置基于整个网络拓扑结构和流量需求确定，而不是孤立地考虑每个OCC节点。因此，滤光就分布式地实现。这些
了OCC节点的可观简化，因而减少了网络成本。需要指出的是，随着线性系统的容量增加，网络对波长复用的需求减少，从而相应地减少了所需MBPF模块的数量。
参照附图5和图6，网络中的每个节点都具有唯一编号，并在图中以“*”表示。路径列出了彼此之间具有物理连接的节点对，所述物理连接在网络图中以实线表示。需求列出了两个节点编号以及这两个节点之间的总流量信道需求。需要指出的是，物理路径和需求都是独立的。附图中的圆圈表示具有滤光器(MBPF)的节点。
了随着光传输系统容量的增加，网络所需要的滤光器数目大幅度地减少。通常，滤光器允许在网络中光谱复用，光谱复用仅在总的网络流量需求超出传输系统容量时才是需要的。
尽管已结合本发明的示例实施例对其进行了说明，但应该理解的是，在不背离本发明的精髓及范围的情况下，可以对所述实施例做出不同的修改。所述说明书中的术语仅以示例的方式阐释，而不是对于本发明的限定。
权利要求
1.一种光交叉连接设备(200)，其包括多个光输入(202-n)；多个光输出(204-n)；光交叉连接(210)，其设置于所述多个光输入(208)和所述多个光输出(210)之间；至少一个滤光器(220)，其设置于所述光交叉连接(210)外，所述至少一个滤光器(220)过滤流入所述多个光输入(208)中的至少一个的光信号的至少一条光信道，或过滤从所述多个光输出(210)中的至少一个流出的光信号的至少一条光信道，或者对两条所述信道都进行过滤。
2.根据权利要求1所述的光交叉连接设备(200)，其特征在于，所述光交叉连接(210)包括若干光分路器(206-m)，其光学地耦合到所述光输入(202-n)；和若干光合成器(206-m)，其光学地耦合到所述光输出(204-n)，其特征在于，所述光分路器(206-m)以广播和合成的排列方式与所述光合成器(206-m)光学地耦合。
3.根据权利要求2所述的光交叉连接设备(200)，其特征在于，每个光输入(202-n)与所述光分路器(206-m)中相应的一个光学地耦合，而每个光输出(204-n)与所述光合成器(206-m)中相应的一个光学地耦合。
4.根据权利要求1所述的光交叉连接设备(200)，其特征在于，所述光交叉连接(210)内部不包括滤光器。
5.根据权利要求1所述的光交叉连接设备(200)，其特征在于，所述光交叉连接(210)是光谱上透明的。
6.根据权利要求1所述的光交叉连接设备(200)，其特征在于，所述滤光(220)中的至少一个是多通带滤光(700a)。
7.根据权利要求1所述的光交叉连接设备(200)，其特征在于，所述多个滤光器(202-n，212)中的至少一个是可重配置的多通带滤光器(700b)。
8.根据权利要求1所述的光交叉连接设备(200)，其特征在于，所述光交叉连接机(210)包括多个光耦合器(206)。
9.根据权利要求1所述的光交叉连接设备(200)，其特征在于，所述多个光耦合器(206)中的至少一个是无源光耦合器。
10.一种用于把多个光输入(202-n)与多个光输出(204-n)交叉连接的方法，所述方法包括在所述多个光输入(202-n)和所述多个光输出(204-n)之间设置光交叉连接(210)；并且对流入所述多个光输入(202-n)中的至少一个的光信号的至少一条光信道进行滤光，或者对从所述多个光输出(204-n)中的至少一个流出的光信号的至少一条光信道进行滤光，或对两者都进行滤光。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述光交叉连接(210)是光谱上透明的。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述滤光步骤包括对流入所述多个光输入(202-n)中的至少一个的光信号的至少一个光信道进行多通带滤波，或者对从所述多个光输出(204-n)中的至少一个流出的光信号的至少一个光信道进行多通带滤波，或者对两者都进行多通带滤波。
13.一种光交叉连接设备(200)，包括多个光输入(202-n)；多个光输出(204-n)；光交叉连接(202-n)，其设置于所述多个光输入(202-n)和所述多个光输出(204-n)之间，以使得若干路径形成于所述多个光输入(202-n)的一个子集和所述多个光输出(204-n)的一个子集之间，其中，路径由特定光输入(202-n)和特定光输出(204-n)之间的一个连接限定；至少一个滤光器(220)，其设置于所述光交叉连接外，以使得对于存在于特定光输入(202-n)和特定光输出(204-n)之间的至少一条路径，该路径的输入或该路径的输出或其输入输出能够被过滤。
14.根据权利要求13所述的光交叉连接设备(200)，其特征在于，所述光交叉连接(210)包括光分路器(206-m)，其光学地耦合到所述光输入(202-n)；光合成器(206-m)，其光学地耦合到所述光输出(204-n)，其特征在于，所述光分路器(206-m)以广播和合成的排列方式与所述光合成器(206-m)光学地耦合。
15.根据权利要求14所述的光交叉连接设备(200)，其特征在于，每个光输入(202-n)与所述光分路器(206-m)中相应的一个光学地耦合，而每个光输出(204-n)与所述光合成器(206-m)中相应的一个光学地耦合。
16.根据权利要求13所述的光交叉连接设备(200)，其特征在于，所述光交叉连接(210)内部不包括滤光器。
17.根据权利要求13所述的光交叉连接设备(200)，其特征在于，对于每条路径，该路径的输入或该路径的输出被滤光器过滤，或两者都被滤光器过滤。
18.根据权利要求13所述的光交叉连接设备(200)，其特征在于，所述滤光器(220)中的至少一个是多通带滤光器(700a)。
19.根据权利要求13所述的光交叉连接设备(200)，其特征在于，所述光输入和光输出滤光器(220)中的至少一个是可重配置多通带滤光器(700b)。
20.一种光纤环形网络(300)，其包括第一和第二外环(302)，它们沿第一方向载送光信号；第一和第二内环(304)，它们沿与第一方向相反的第二方向载送光信号；以及根据权利要求1所述的光交叉连接设备(200)，其用于在第一和第二外环(302)之间设置至少一个外对外连接，并在第一和第二内环(304)之间设置内对内连接。
21.根据权利要求20所述的光纤环形网络(300)，其特征在于，所述光交叉连接设备(200)内没有滤光器，所述网络(300)还包括至少一个相邻的环节点(306)，所述节点光学地设置于由所述第一和第二外环(302)以及第一和第二内环(304)的一个或多个组成的路径上，以使得所述相邻环节点执行滤光器的功能。
22.根据权利要求21所述的光纤环形网(300)，其特征在于，所述相邻环节点包括多通带滤光器(700a、700b)。
23.一种网状网络(400)，其包括根据权利要求1所述的光交叉连接设备(200)；以及光分插复用模块(430)，其光学地连接到所述多个光输入(402)中的一个以及所述多个光输出(404)中的一个。
24.根据权利要求23所述的网状网络(400)，其特征在于，光分插复用模块(430)包括第一和第二多通带滤光器(432)。
25.根据权利要求24所述的网状网络(400)，其特征在于，所述第一和第二多通带滤光器(432)分别光学地连接到所述多个光输入(402)中的一个以及所述多个光输出(404)中的一个。
26.一种用于将多个光输入(202-n)与多个光输入(204-n)交叉连接的方法，该方法包括将光交叉连接(210)的光交叉连接功能定位，该功能用于交叉连接多个光输入(202-n)和多个光输出(204-n)；以及使用光交叉连接(210)外部的可重配置滤光器(220)进行外部滤光。
全文摘要
本发明涉及一种用于在波分复用网络中进行光交叉连接的新架构。全光交叉连接(OCC)的光纤网络的价值体现在其特有地有选择性地发送单个信道的光波穿过几个网络节点，而无需进行光电和电光转换。从光纤网络角度来看，大多数对于OCC架构的研究一直以来都集中在光交叉连接本身潜在的高容量上。目前的研究只单独考虑光交叉连接的架构问题而不注意网络的其它部分，这可能会导致该交叉连接上的硬件过分复杂。本发明提出的架构将网络作为一个整体考虑，从而显著降低了光交叉连接设备的成本和复杂性。
文档编号H04J14/00GK1688909SQ03824271
公开日2005年10月26日 申请日期2003年9月16日 优先权日2002年9月16日
发明者迈克尔·Y·弗兰克尔, 约瑟夫·贝托尔德 申请人:Ciena 公司