带有桥接光波导之间多个光信道的数据的wdm光通信网的制作方法

专利名称：带有桥接光波导之间多个光信道的数据的wdm光通信网的制作方法
技术领域：
本发明涉及光通信系统，更具体地讲，涉及光学网络，这种光学网络包括两个或多个各传送由多个光信道构成的WDM光信号的光波导，并且具有用于把在光信道上编码的选定位流从一个波导引导到另一个波导上的WDM信号中携带的多个信道的数据网桥。
背景技术：
随着对通信信号带宽需要的增大，波分多路复用(WDM)获得了长足的发展，以多路复用一个单一光纤的传输容量。在Ramaswami等人发表在Optical NetworksA Practical Perspective(Morgan Kaufman，1998)的文章中可以找到对包括WAM网在内的光学网络的评述，其披露的内容结合在此作为参考。波分多路复用光通信系统一般是在长途局际交换载波业务领域中设计和开发的。在这些长途光学系统中，包括不同波长的多个光信道的波分多路复用光通信信号以单一的方向在一个单一的光纤上传播。由于这些系统中的通信一般要传播数百公里，对各个信道的分插复用的需要是很稀少的(如果不是完全没有的话)，一般发生在远隔的分插节点上。
尽管长途WDM光学系统的光学基础设施可以容纳传统和多媒体互联网业务需求增加造成的未来业务量需要，但是局部网必须首先集中和分配这种业务量。目前，这些局部网主要是构成用于沿一个组织成各种不同环形结构的光纤网携带单波长时分多路复用(TDM)光信号的。为了路由TDM信号的不同分量，沿光纤网布置了许多电子分插复用器。在每个分插位置，将整个光信号转换成一个电信号；从而路由了预定传送到该分插点的电信号的一些部分。将电信号的剩余部分转换回到一个新的TDM光信号，并且通过电子分插复用器输出。因此，在一个用户可以接入带宽充裕的WDM长途传输网之前，他必须首先通过局部网的瓶颈。
尽管WDM光学系统适用于常用的长途局际交换载波市场，但是大城市(市内)通信系统需要定位在互联光纤环路内各节点之间的业务量的大范围的路由选择和交换。结果，较小的都市市场需要更大范围的分插复用，以便在它们的短程系统中成功地实现波分多路复用。除了频繁的分插复用信道造成的困难之外，还希望将信道从一个WDM光波导引导到另一个。例如，在一个本地城市网络中，希望在相邻环路之间转移业务量。此外，希望将一个波导携带的单一光信道的不同部分路由到另一个波导上携带的多个信道。这种装置使得能够在需要大量信号改道发送的本地城市市场中有效地实现波分多路复用，和允许建立灵活的网络布局。

发明内容
本发明涉及一种光学网络，包括用于有选择地将信息从形成携带在第一波导上的第一WDM光信号部分的一个光信道转移到形成携带在第二光波导上的第二WDM信号部分的至少两个光信道的网桥。网桥插在第一和第二双向光波导之间。网桥包括与第一光波导光通信的第一光分插复用器，所述第一光分插复用器从第一WDM信号中选择至少一个光信道。第一光信道携带在光信道上编码的第一数据位序列，和第二数据位序列。
网桥也包括第一光学网络接口，第一光学网络接口包括用于将选择的第一光信道转换到至少两个分别包括第一和第二数据位序列的电信号的光-电转换元件。多个电信号可以直接从光信号产生，或可以从包括第一第二数据位序列并且随后被分离成多个电信号的电信号得到它们。
分别用第一和第二数据位序列编码的电信号与第二光学网络接口电通信。第二光学网络接口包括至少两个电-光转换元件，以便能够把利用第一数据位序列编码的第二电信号用于调制第二光信道，并且把利用第二数据位序列编码的第三电信号用于调制第三光信道。将这些光信道发送到与第二光波导光通信的第二光分插复用器，在这个光分插复用器中，它们被加到在第二波导上传播的WDM光信号。


图1示意性地示出了其间具有一个数据网桥的两个WDM光通信波导；图2示意性地示出了在第一波导上的第一光信道上编码的、用于编码第二波导上的两个不同光信道的不同数据位序列；和图3示出了本发明的利用一系列转发器以及信元格式和TDM格式模块的数据网桥的又一个实施例。
具体实施例方式
现在详细参考附图，在附图中相同的参考号指示相同或类似的元件，图1示出了根据本发明的第一实施例的波分多路复用光通信网10。光通信网10包括波导20和120，以及一个网桥200。配置每个光传输波导20，120，以便能够携带波分多路复用光通信信号，每个WDM信号是由在不同波长的多个光信道构成的。根据传统工业命名，将一个在第一方向传播的WDM信号称为西-东WDM信号，而将在相反方向上传播的WDM信号称为东-西WDM信号。为了清楚地表达，用符号λ1，λ2，λ3等表示西-东WDM光信号中的各个光信道，而用符号λa，λb，λc等代表东-西WDM光信号中的各个光信道。尽管在图1中没有示出，但是光学网络一般都包括至少两个替换光路——“工作”路径和“保护”路径。尽管在图1中仅示出了一个路径，但是应当理解，可以沿每个波导提供至少一个附加路径。每个光波导可以形成一个光学环形网的一部分，或其它网络布局的一部分，例如，网状网络、点对点网络，对向环形网络、或任何其它包括至少两个波导的网络布局。
如这里使用的，术语“波分多路复用”或“WDM”是指由多个具有不同波长的光信道构成的任何光学系统或信号，而与系统或信号中信道的数量无关。因此，术语“波分多路复用”或“WDM”包括WDM的全部范畴，例如，DWDM(密(dense)波分多路复用)和CWDM(疏(coarse)波分多路复用)。
光分插复用器220沿波导20插入，以便与接收波分多路复用光信号的波导光通信。如这里使用的，“光通信”是指两个元件之间的光路。光路可以是一个直接路径，或可以通过中间光学装置(例如，光隔离器，附加光环行器，光纤，放大器，等等)路由。光分插复用器220可以根据光学网络10的整个配置从多种装置选择。考虑的问题包括系统中光信道的数量，是否希望在同一分出点分出固定数量的固定波长的信道(或，相反，可变数量的不同波长的信道)，等等。在最简单的情况下，配置光分插复用器220以分出或插入固定波长的单一光信道。这种分插复用器可以采用三端口光环行器和带有设置在连接装置的光纤中的光纤内布拉格(Bragg)光栅的光耦合器的基本配置。单向WDM信号进入第一环行器；光栅将一个要分出的信道反射到一个分出端口，而WDM信号的其余信道则通过耦合器。一个要插入的信号进入耦合器，并且输出到传输波导，在传输波导将它与WDM光信号的其余信道结合。在OpticalNetworks中发表的题为A Practical Perspective的文章中描述了这种配置，上述文献结合在此作为参考。当然，可以通过对应于要分出的信道的波长插入附加光栅(或者其波长可以改变以选择不同波长的可变光栅)来分插附加信道。尽管这是一个本发明可以使用的单信道分插复用器的例子，但是应当知道任何能够从一个WDM信号选择一个或多个光信道和/或将一个光信道加到WDM光信号上的装置都可以在本发明的光学系统中使用。
从西-东或东-西WDM光信号分出的信道路由到光学网络接口230。光学网络接口230包括至少一个用于将光信道携带的信息转换成一个或多个电信号的电-光转换元件。在一个示例实施例中，携带在波导20上的西-东光信道λ1被光分插复用器220分出。如从图2中显示的这个光信道的示意图所见，λ1是用标为“数据位b”，“数据位c”，“数据位d”和“数据位e”的不同数据位流编码的。这里使用的术语“数据”广义地代表要通过光通信系统发送的任何类型的信息，包括，但是不限于，话音、图像、视频、音乐、文本、等等。每个数据位流可以用各种相同的或不同的“数据格式”格式化。如在电信传输系统(TelecommunicationTransmission Systems)，(Robert Winch，second edition，McGraw-Hill，N.Y.1998)定义的，协议是“控制发生在同一水平的设备或层之间的事件序列的规则集”，上述文献结合在此作为参考。ATM(异步传送模式)、IP(网际协议)、MPLS(多协议标记交换标准)、TDM(时分多路复用)全都是用于在光学网络上携带数据的协议。在这些协议内是定义如何将各个信息位在一个信号中分组的各种不同数据格式(例如，标题位、有效载荷位、标识符位、路由信息位)。因此，对于每个协议(例如，ATM、IP、MPLS、TDM、等等)，有一个用于该协议的关联数据格式。在本发明的上下文中，使用术语ATM、IP、MPLS、TDM等指示与该协议相关联的数据格式，除非另有指示。序列号为09/688,804的本申请人的共同未决美国专利申请中说明了用不同的数据格式编码光信道的技术的进一步的讨论，该专利申请的内容结合于此作为参考。
放置在光信道λ1上的信息包括以上述任何数据格式构成的数据；在一个示例实施例中，光学系统是如此构造的，以便能够把多种数据格式同时并且独立地放置在一个单一的光信道上，而无需在放置在该信道上之前转换到另一种数据格式。但是，应当知道网桥200可以容易地用单一格式的数据或已经转换到一种单一格式的多种格式的数据实现。
光学网络接口230和250中的光-电转换元件产生包括来自对应的包括数据位流b，c，d，e的光信道的所有信息的电信号；这些数据位流可以分离成多个电信号。任何能够取得一个光信号并且产生一个或多个用来自光信号的信息编码的电信号的元件都可以在本发明中使用。这种光-电转换元件是已知的，并且可以在市场上买到，因而不在这里进行进一步的说明。对于图2中所示实施例，形成了两个电信号，一个电信号包括数据位流c和e，另一个包括数据位b和d。作为替代，可以通过光-电转换元件直接形成多个电信号，而不用形成包含来自光信道的所有信息的中间电信号。其中电信号包含希望的数据位流的方式不是关键的；因此，可以使用任何能够导致形成电信号的技术，该电信号包括在调制第二光波导携带的光信道中使用的数据位流。
为了把第一波导20携带的λ1上编码的数据位路由到第二波导120，第一光学网络接口230与第二光学网络接口250电通信。如这里使用的，术语“电通信”代表装置之间的电路径，与装置之间存在或不存在额外的电装置无关。此外，特别是在把一个单一格式的数据用于所有数据位时，可以把系统精简成一个定位在光分插复用器220和240之间的一个单一光学网络接口。单一光学网络接口将包括至少一个光-电转换元件，和至少两个电-光转换元件；以这种方式，可以仅用一个光学网络接口分离第一光信道上编码的数据位，并且放置到两个光信道上。
数据位流b，c，d和e被路由到光学网络接口250。在一个示例实施例中，光学网络接口250包括至少两个用于建立两个标为λa和λb的光信道的电-光转换元件。任何能够从一个光信号形成一个或多个电信号的装置都可以在本发明中使用。光学网络接口250用数据位流c和e编码λa，并且用数据位流b和d编码λb。可以通过各种不同的调制技术在光信道上编码数据位流，调制技术包括直接调制技术(例如，将电流原改变为激光器)，或外调制技术(例如，通过马赫-曾得(Mach-Zehnder)调制器，电子吸收调制器，等等)。调制光信号的技术不是关键；因此任何能够将数据编码到光信道上的技术都可以在本发明中使用。将光信道λa和λb路由到光分插复用器240，在光分插复用器240，它们被加到波导120携带的光信道。利用哪个数据位流编码哪个信道，是根据信息的最终目的地确定的；光学网络接口确定数据的目的地，然后决定哪个光信道应当携带该数据。
当根据SONET标准选择光信道时，数据位流被放入到光信道上SONET兼容的时隙中。作为替代，可以选择其它类型的光信道，例如，那些使用数字轮询器标准的光信道；但是，应当知道，本发明可以利用任何将数据多路复用到光信道上的技术。光学网络接口230和250中的每一个可以包括一个单一的装置，或最好是多个执行上述功能的装置。此外，如上所述，当使用单一格式的数据时，一个单一的光学网络接口可以交替地服务于波导20和120。尽管在图1中没有明确地示出，当把光信道λa和λb插入波导120中时，可以分出已经在该波导上传播的相同的信道。从那里可以把分出的信道路由到光学网络10中的其它地方；作为替代，可以把那些信道上携带的数据位流组合到一个要插入波导120上的光信道上(具体地讲，具有与分插复用器220分出的信道相同波长，λ1，的光信道)。
如图1中所示的，对于一个或多个从波导120分出的光信道可以发生相同的路由数据位流的处理过程。在一个示例实施例中，从每个光波导分插相同数量的具有相同波长的信道。将来自从每个波导分插的每个信道的数据位流编码到插入到其它波导的各个不同光信道上。作为替代，可以将不相等数量的光信道分插到每个波导。
转向图3，图3示出了本发明的数据网桥的又一个实施例。在图3的实施例中，光学网络接口系统330和350分别包括两个子系统光学网络接口332和352，以及转发器阵列334和354。沿光波导20和120插入光分插复用器320和340；在一个示例实施例中，每个分插复用器从每个波导光学地分插4个光信道。在这个实施例中，从波导20分出的西-东信道具有与从波导120分出的东-西信道相同的波长。用这种方式，分插复用器320和340可以包括为相同波长配置的信道选择器。应当注意，图3中示出了“工作”和“保护”系统；由于这些系统实际上是相同的，因此在本节中仅说明“工作”系统。
转发器阵列334和354都经过光路321、322、323、324、325、326、327、328和391、392、393、394、395、396、397和398接收分插复用器320和340分出的光信道，并且产生分插复用器增加的光信道。例如，这些光路可以沿一个或更多的诸如光纤之类的光波导。转发器阵列334和354包括近程光接口，并且通过这些分别由光路371、372、373、374、375、376、377、378和381、382、383、384、385、386、387、388携带的近程光信号与光学网络接口332和352交互作用。另外，这些光路也可以沿一个或多个光纤之类的光波导。
如图1所示的实施例中一样，在图3中可以看到，光学网络接口332和353通过光-电转换元件333，335将光信道上编码的信息转换成电信号；在图3所示实施例中，电信号是由从光波导20和120的每一个中选择的四个光信道形成的。在这些选定的光信道中，来自波导20的用λ1、λ2、λ3、λ4表示，来自波导120的用λa、λb、λc、λd表示。在图3所示的实施例中，选择λ1、λ2、λ3、λ4的波长分别与λa、λb、λc、λd的波长相同。当每个光信道携带具有不同数据格式的信息时，光学网络接口332和352可以通过电通信路径413，414，415，416，423，424，425，426与信元格式模块410，430和TDM格式模块420，440光通信，以便能够接收来自光学网络接口的具有信元或TDM格式的数据，并且智能地路由到其它光波导上的电-光转换元件334，354建立的光信道。尽管在图3中仅示出了单一的信元格式模块410，430，和TDM格式模块420，440，但是每个光分插复用器320，340分插的四个光信道中的每一个一般与一对信元格式和TDM格式模块相关联；为了清楚起见，删除了其它模块。但是，根据系统的特定实现，可以使用单个的模块来处理每个波导上分插的四个光信道中的每一个的信元格式或TDM格式部分。如申请序列号为09/688,804的美国专利申请中讨论的，路由通过TDM或信元格式模块分别格式化的数据位流提供了一种保证不将TDM格式的数据分割成招致标识各有效载荷的额外开销位的分组或信元的有效技术，该专利申请结合在此作为参考。还要注意，图3的实施例是在WDM网中使用了一个以上类型的数据格式时使用的。与前面的实施例一样，当用一种单一数据格式编码网络中光信道时，可以取消元件410、420、430和440。作为替代，各个光信道的每一个都可以具有单一的数据格式，不同的信道携带不同的数据格式。
电通信路径411、412、421和422使得能够将数据跨越网桥从一个波导发送到另一个波导。这些路径中图示的间断处指出了可以根据系统实现在模块之间插入其它装置。例如，可以把一些数据位流路由到用于不同波导的模块；同样地，可以在系统中的这一点，从其它波导上的其它光信道接收数据位流。作为替代，可以把对应于每种类型的数据格式(例如，IP、MPLS、ATM、GbE等等)的一系列线路卡插在两个模块410、430、420、440之间。在本申请人的序列号为09/688,804的共同未决美国专利申请中，对这种卡进行的更详细的说明，该申请结合在此作为参考。
在另一个替代实施例中，可以在光学网络接口332和352之间提供一个单一的信元格式模块和TDM格式模块(或每个光信道一对模块)。应当配置好这种模块以将业务量从一个波导路由到其它波导，或从每个波导到相反的波导往复路由。
为了在万一发生设备或传输线路故障(例如，光纤切断)时提供保护切换，可以选择提供一个电交叉连接，以使工作系统的信元和TDM格式模块与保护系统的光学网络络接口相互连接，和使保护系统的信元和TDM格式模块与工作系统的光学网络接口相互连接。以这种方式，可以有效地将数据路由到继续存在的光路，以防止业务中断。也可以使用其它电交叉连接，例如在删除信元和TDM格式模块时在光学网络接口之间的配置，以便能够进行保护切换。
如前面结合图1所述的，在图3的光学网络中，对于从波导120分出的一个或多个光信道可以发生相同的路由数据位流的处理过程。在一个示例实施例中，从每个光波导分插相同数量的具有相同波长的信道。将来自从每个波导分出的每个信道的数据位流编码到插入其它波导的不同光信道上。作为替代，可以对每个波导分插不相等数量的光信道。
尽管上面参考特定示例实施例说明了本发明，但是可以替换许多修改和功能等价的元件，而不脱离本发明的精神和贡献。因此，可以认为上述提出的，但是并不限于上述提出的，那些修改和功能等价的元件是在下面的权利要求的范围内。
权利要求
1.一种光学网络，包括用于将信息有选择地从携带在第一波分多路复用光波导上的光信道转移到第二波分多路复用光波导上的至少两个光信道的网桥，该光学网络包括携带第一波分多路复用光通信信号的第一光波导，第一波分多路复用光通信信号包括多个第一光信道；携带第二波分多路复用光通信信号的第二光波导，第二波分多路复用光通信信号包括多个第二光信道；插在第一光波导与第二光波导之间的网桥，该网桥包括与第一光波导光通信的、用于从第一波分多路复用光信号选择至少一个第一光信道的第一光分插复用器，第一光信道至少包括在光信道上编码的第一数据位序列和第二数据位序列；与第一光分插复用器光通信的第一光学网络接口，第一光学网络接口包括用于从第一选择的第一光信道取得信息，并且生成至少第一和第二电信号的光-电转换装置，第一电信号包括第一数据位序列，和第二电信号包括第二数据位序列；至少两个配置的电-光转换元件，以便能够将利用第一数据位序列编码的第一电信号用于调制第二光信道，和将利用第二数据位序列编码的第二电信号用于调制第三光信道的；一个或多个用于将第一和第二电信号路由到电-光转换元件的电通信路径；与第二光波导光通信的第二光分插复用器；在第二光分插复用器与至少两个电-光转换元件之间第二光路，用于接收第二和第三光信道并且将它们提供到第二光分插复用器，从而能够将它们插入到第二光波导。
2.根据权利要求1所述的光学网络，其中至少两个电-光转换元件是第一光学网络接口的部件。
3.根据权利要求1所述的光学网络，其中至少两个电-光转换元件是与第二光分插复用器光通信的第二光学网络接口的部件。
4.根据权利要求3所述的光学网络，进一步包括插在第一和第二光学网络接口之间的信元格式模块和TDM格式模块。
5.一种光学网络，包括用于将信息有选择地从携带在第一波分多路复用光波导上的光信道转移到第二波分多路复用光波导上的至少两个光信道的网桥，该光学网络包括携带第一波分多路复用光通信信号的第一光波导，第一波分多路复用光通信信号包括多个第一光信道；携带第二波分多路复用光通信信号的第二光波导，第二波分多路复用光通信信号包括多个第二光信道；插在第一光波导与第二光波导之间的网桥，该网桥包括与第一光波导光通信的、用于从第一波分多路复用光信号选择至少第一光信道的第一光分插复用器，第一光信道至少包括在光信道上编码的第一数据位序列，和第二数据位序列；与第一光分插复用器光通信的第一光学网络接口，第一光学网络接口包括用于将选择的第一光信道转换到包括第一和第二数据位序列的第一电信号的光-电转换元件；用于将第一数据位序列从第二数据位序列分离，并且用第一数据位序列编码第二电信号，和用第二数据位序列编码第三电信号的装置；一个或多个定位在分离装置与第二光学网络接口之间，以便使第二电信号和第三电信号与第二光学网络接口电通信的电通信路径，第二光学网络接口包括至少两个电-光转换元件，以便将利用第一数据位序列编码的第二电信号用于调制第二光信道，和将利用第二数据位序列编码的第三电信号用于调制第三光信道；与第二光波导光通信的第二光分插复用器；在第二光分插复用器与第二光学网络接口之间的第二光路，用于接收第二和第三光信道并且把它们提供到第二光分插复用器，从而能够把它们加到第二光波导。
6.根据权利要求5所述的光学网络，进一步包括插在第一和第二光学网络接口之间的信元格式模块和TDM格式模块。
7.一种光学网络，包括用于将信息有选择地从携带在第一波分多路复用光波导上的光信道转移到第二波分多路复用光波导上的至少两个光信道的网桥，该光学网络包括携带第一波分多路复用光通信信号的第一光波导，第一波分多路复用光通信信号包括多个第一光信道；携带第二波分多路复用光通信信号的第二光波导，第二波分多路复用光通信信号包括多个第二光信道；插在第一光波导与第二光波导之间的网桥，该网桥包括与第一光波导光通信的、用于从第一波分多路复用光信号选择至少一个第一光信道的第一光分插复用器，第一光信道至少包括在光信道上编码的第一数据位序列，和第二数据位序列；与第一光分插复用器光通信的第一转发器接口，用于接收从分插复用器分出的第一光信道并且产生相应的第一近程光信号以从转发器输出到第一光路上；与第一转发器接口光通信的第一光学网络接口，第一光学网络接口包括用于将从第一转发器接口接收的光信号转换成包括第一和第二数据位序列的第一电信号的光-电转换元件；用于将第一数据位序列从第二数据位序列分离，并且用第一数据位序列编码第二电信号，和用第二数据位序列编码第三电信号的装置；一个或多个定位在分离装置与第二光学网络接口之间的电通信路径，从而使第二电信号和第三电信号与第二光学网络接口电通信，第二光学网络接口包括至少两个电-光转换元件，以便能够将利用第一数据位序列编码的第二电信号用于调制第二近程光信号，并把利用第二数据位序列编码的第三电信号用于调制第三近程光信号；与第二光学网络接口光通信的第二转发器接口，用于接收第二和第三近程光信号并且把它们转换成第二和第三光信道；与第二光波导光通信的第二光分插复用器；在第二光分插复用器与第二转发器接口之间的第二光路，用于接收第二和第三光信道，并把它们提供到第二光分插复用器，从而能够把它们插入第二光波导。
8.根据权利要求7所述的光学网络，进一步包括插在第一和第二光学网络接口之间的信元格式模块和TDM格式模块。
全文摘要
本发明涉及一种包括用于有选择地将信息从携带在第一WDM光波导上的光信道转移到第二WDM光波导上的至少两个光信道的网桥的光学网络。第一和第二光波导携带各具有多个信道的WDM光信号。一个插在第一和第二光波导之间的网桥，网桥包括与每个波导光通信的光分插复用器。将至少一个具有第一和第二数据位流的光信道从第一波导分出。第一和第二数据位流分别在两个不同光信道上编码，然后把它们插入第二光波导。
文档编号H04J14/02GK1483256SQ01820143
公开日2004年3月17日 申请日期2001年12月7日 优先权日2000年12月8日
发明者利昂·力峰·蒋, 劳尔·B·蒙塔尔沃, 约翰·利安·Ⅲ·尚敦, 俞文理, B 蒙塔尔沃, 利安 Ⅲ 尚敦, 利昂 力峰 蒋 申请人:光讯网络公司