在没有专用硬件的情况下在dwdm网络中跟踪波长的机制的制作方法

专利名称：在没有专用硬件的情况下在dwdm网络中跟踪波长的机制的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学系统，并且更具体地涉及用于跟踪通过WDM (波分 复用)系统的波长通信信道的系统和方法。
背景技术：
在WDM系统中，具有不同波长的多个光学信号共用光纤，每个波长 限定了具体通信信道。WDM系统在实现光学通信方面具有许多优点，这 些优点包括增大的容量以及使用无源光学组件来重定向沿光纤流过的全部 或者一部分数据的能力。在严格意义上，WDM指的是包括对特定信道波 长和这些信道之间的间隔的技术规范的ITU (国际电信联盟)标准。 DWDM (密集WDM)指的是更新的ITU标准，其中信道间隔更紧密，并 且更多波长信道被装入一条光纤。这里所使用的术语WDM指的是第一种 更包含的意义，使得其包括ITU WDM和DWDM标准两者，除非另外特 别指明。当从源向目的地发送光信号时，连接的端点被确立并且己知。然而， 在诸如全球电信网络之类的大型网络中，存在将把数据从源递送到目的地 的许多个可能的路径或路由。在任何电信网络中，管理网络以便针对每个 连接来跟踪通过网络的路由是关键的。跟踪发生在物理区域中，而不依赖于由节点软件或由网络系统管理所 维持的数据。因为路由跟踪在维护电信网络的可靠性方面所扮演的关键角 色，因此跟踪必须不受配置差错、软件故障以及硬件(交换机)故障的影 响。通常，帧头部中的信息包含对通信路由中的每一个节点而言是唯一的 标识序列，沿着该路由的每个节点将该标识序列附加于帧头部。要识别该 路由，仅需提取标识序列。然而，在WDM网络中，WDM硬件不能查看在波长中编码的帧，这恶化了路由跟踪的问题，因为头部信息不可用。因此，虽然SONET/SDH或G.709帧中的路由跟踪标识可足以检测源至目的 地的错误连接，但是其不足以找出通过网络内部的路由。在WDM网络中实现路由跟踪的一种传统方式是使用快速导频音机 (fast pilot tone)制，其机制和操作在本领域是众所周知的。然而，这种 机制需要专用硬件来生成和发出音调(tone)。在对载波信号(即频率低 至足以避免干扰信号数据速率(当前是l Gbps和更高)但是高至足以通过 放大器和其他网络设备中的自动功率控制回路)进行相对快速调制的情况 下，可以跟踪通过WDM网络的路由。遗憾的是，导频音需要专用且昂贵 的硬件来生成以及通过网络进行检测。在没有这种专用硬件的情况下，也 极难将这种硬件添加到已部署的现有WDM网络。随着使用导频音而产生 的另一缺点是光学信号的恶化和抖动的引入。所需要的是一种在没有专用硬件的情况下在DWDM网络中跟踪波长 的机制。在具有功能灵活性的情况下具有最大光学性能的廉价且灵活的机 制是优选的。


通过参考附图详细描述本发明的示例性实施例，本发明的上述和其他 的特征和优点将变得愈发明显，在附图中图1图示出根据本发明实施例的示例性简化WDM光学网络；图2图示出根据本发明实施例的用于实现网状网络(mesh network) 中的节点的代表性网络设备；并且图3A和3B图示出根据本发明实施例的启动用于在整个网络中跟踪光 学信号的过程的方法。
具体实施方式
本发明涉及WDM光学网络中的路由跟踪，并且更具体地涉及用于通 过光学网络体系结构跟踪路由的机制。本发明提供了用于在DWDM网络中跟踪波长的机制。具体而言，本发明还提供了在没有在DWDM网络中使用快速导频音并且没有用于生成 和发出音调的专用硬件的情况下的连接跟踪方法。在一个实施例中，本发明包括基于软件的跟踪机制，该机制提供源节 点处信号的慢速调制。中间节点使用现有的光电二极管来确定波长路由， 从而允许在没有任何专用硬件的情况下跟踪波长。该解决方案基于如下事实可重构光分插复用器(Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer, ROADM)和其他光学交换机经由专用光电二极管而能够看到每个波长， 这样就使得能够实现对实时流量无中断的跟踪解决方案。在对本发明实施例的以下描述中，参考了构成本发明一部分的附图， 并且在其中通过例示方式示出可用来实现本发明的特定实施例。将会明 白，在不脱离本发明范围的情况下可以利用其他实施例并且可以做出改 变。另外，在对本发明实施例的以下描述中，给出了许多具体细节以提供 对本发明实施例的透彻理解。然而本领域技术人员将认识到，在没有这些 具体细节中一个或多个或者利用其他方法、组件等的情况下也可以实现本 发明。在其他实例中，众所周知的结构或操作未被示出或详细描述以避免 遮蔽本发明实施例的各方面。在可能的情况下，在整个附图中将使用相同 的标号来指示相同或相似的组件。现在参考图1，其图示出包括节点A-P的示例性简化WDM光学网 络。在该网络中，虽然节点A-P被组织为网状网络，但是本发明可以容易 地适用于环状网络。与节点相连的用户以光学信号的形式通过网络向其他 节点处的其他用户发送用户数据。这些节点之一 (例如节点D)可以充当 控制网络操作的网络管理服务器。例如，网络管理服务器可以是思科传输 管理器(Cisco Transport Manager, CTM)，这是业界最先进的光传输域管 理器并且可从本发明的受让者思科系统公司购买到。CTM优选包括元件管 理系统(EMS)，该系统帮助电信公司管理诸如DWDM、 SONET和SDH 网络元件之类的多样技术。对于延伸数百乃至数千公里的光学网络而言，光放大器(未示出)校 正任何信号衰减并且位于每个节点处以增强信号强度。在正常操作中，自误传输问题，使得来自源节点的 光学信号不到达目的地。这是跟踪从源节点到目的地节点的波长路径的一 个原因，因为一旦发生波长误导就快速识别波长被误导处的节点以使得可 以校正该问题，这一点是关键的。图2示出用于实现网状网络100的节点的代表性网络设备200。为与 节点相连的每个链路提供网络接口 202。每个网络接口 202结合必要的光 学接口组件，这些组件包括适当的激光器和光电二极管、用于恢复数字数 据流并且用于将数字数据调制到所传输信号上的电路，以及用于将光学数 据流映射到例如OC-48信号并且用于将光学数据流从例如OC-48信号解映 射的适当电路。由网络接口 202接收和发送的各数据信号被交叉连接(cross-connect) 204互连。交叉连接204可以将接收到的数据信号连接到任何所 需的所发送光学信号。交叉连接204可以(但是优选不)需要光-电—光转 换来完成互连。在一个实施例中，交叉连接204包括MEMs交叉连接，其 接受光学输入信号、在输出处发送光学信号之前分插(add and drop)所选 择的波长。在该实施例中，交叉连接不需要光学信号被从光域转换到电域 然后转换回光域。交叉连接204的交叉连接状态通过处理器206来配置。 在一些实施例中，处理器206可以是数字信号处理器，在本领域中常称作 DSP。处理器206的功能可以在多个处理器之间分配或者可以全部或部分 通过诸如FPGA、 ASIC等的集成电路来实现。注意到，在一些实施例中， 光学交叉互联204可以完全在光学层工作，而无需将波长转换为电的和转 换回来。处理器206还接收和生成开销信息，开销信息可被与各数据信号以及 总OC-48信号包括在一起。处理器206控制信令和交换操作以实现本发明 的实施例。处理器206执行将被存储在诸如存储器208之类的计算机可读 存储介质中的软件。可以保存供处理器206执行的指令的存储介质的其他 示例例如包括固定存储装置210或可移动存储装置212，其中的任一个可以包括一个或多个CD-ROM、 DVD-ROM、软盘或通过因特网接收到的信 号等。通过总线214示出的一个或多个总线结构使组件202-212以电的方 式连接。处理器206实现了基于软件的跟踪机制，该机制提供源节点处信号的 慢速调制。中间节点使用其现有的光电二极管来确定波长被路由到哪里， 从而允许系统在没有任何新硬件的情况下跟踪波长，这是因为诸如 ROADM之类的光交换机和其他这种光交换机经由专用光电二极管而能够 看到每个波长。本发明被实现在物理域中，而不依赖于在管理系统或节点软件中保持 的数据，并且不受错误配置、软件故障以及硬件(交换机)故障的影响。 本发明特别适合于DWDM网络，其中SONET或G.709帧中的路径跟踪 ID可足以检测端到端错误连接但是无法检测网络中的局部错误，因为当前 的DWDM技术不提供DWDM机构的如下能力，即査看在波长中编码的 数字数据的能力。因此，本发明提供了对源节点处的跟踪信号提供慢速调 制的基于软件的跟踪机制，而非需要对每个室内服务连接、服务的每个入 口 (ingress)和出口 (egress)端点和在一打或更多中间分插节点中的每一 个节点处进行手动配置。中间节点使用现有的光电二极管来获取信号并且 将检测到的信息传递给EMS或者CP。 EMS然后确定波长路由，从而允许 在没有任何专用硬件的情况下跟踪波长。图3A和3B图示出根据本发明实施例的用于通过网络跟踪光学信号的 方法。具体而言，如在302处所指示，(用户生成的或是自动的)触发到 达以启动整个网络中对波的跟踪。在304处，CTM上的元件管理系统(EMS)或控制平面(CP)协调 沿着期望连接路径的端点。EMS通过远程和集中的网络元件来降低操作的 复杂度，从而为光传输网络提供网络元件管理功能。EMS可以包括操作功 能，例如配置管理、故障管理、性能管理和安全管理功能。在306处，源节点接收通过诸如可变光衰减器(VOA)或者其他可以 递增性地调节穿过其中的光信号的功率的设备之类的入口设备生成慢速 "音调"的请求。在308处，EMS或者CP然后请求沿着路径的节点冻结其自动功率控制(APC)机制以允许音调通过。在310，慢速音调可以通 过嵌入在沿着路径的一个或多个复用/解复用设备中的光电二极管被检测
到，这些复用/解复用设备例如是静态复用器、ROADM或波长路由器。优 选地，音调将在卡上通过交换机的100ms轮询时间考虑在内。
在312处，EMS/CP询问每个站点处的出口复用器以识别信道的连 接。在解析该信息之后，EMS确定信号是否在正确方向上行进，如314处 所指示，并且确定下一节点是否是目的地节点，如316处所指示。如果信 号尚未到达目的地但是在正确方向上行进，那么过程在下一节点处重复， 如在310-312处所指示。然而，如果波长在错误方向上行进——从而识别 到故障，如318处所指示，适当的警告可被生成以通知网络管理员。
一旦跟踪过程如320处所指示完成，就如322处所指示在所有节点处 恢复APC，直到下一跟踪被启动为止。
注意到，APC的临时冻结对波长路由的成功确定而言是关键的。还注 意到，使唯一标识符与进入网络的每个光学连接相关联以便跟踪错误连接 是有用的。
可以通过引入信道键的概念来扩展该方法的能力。具体而言，唯一标 识符被专用于网络中的每个光学连接以便跟踪错误连接。
在本发明的一个实施例中，使唯一频率与每个连接相关联，以使得随 后可以基于波长来辨别每个连接。注意到，有必要使不同频率与在同一波 长上承载的多个连接相关联，然而可以在不同波长上重复使用频率。波长/ 频率耦合充当信道标识符。因为频率是模拟信号，因此其充当模拟键。然 而将认识到，模拟键实现起来较复杂并且不容易扩展。
在本发明的另一个实施例中，提供了数字信号键。根据该实施例，数 字键包括用于每个信道的比特流。当导频音被激活时(这暗示着端到端电 路跟踪不正确并且/或者错误连接已被识别出)，数字信道键被包在消息 中，这简化了对键的检测。优选地，消息可以通过波长同步或者异步地周 期性发送。
消息包括锁定接收器的前同步码，并且数字信道键充当唯一信道标识 符。优选地，入口节点在再次发送键之前应当等待。数字信道键的长度通常是工程决定，其取决于网络大小以及应用。一 般而言，诸如四、八、十六等的选定数目的比特可以构成键。例如，利用
8比特键可以标识多达256个唯一信号，而利用16位键可以唯一地标识多 于65,000个信道。因此，数字信道键所具有的一个显著优点由易于扩展带 来。
前同步码锁定接收器(远端)侧并且不需要对频率的精确控制。这与 模拟键实施例形成对比，数字信道键仅需要一个频率来承载信息，而非增 大或减小频率来承载信息。
消息返回与网络本身的操作有关而非与由网络提供给网络用户的服务 有关的网络使用数据。
根据本发明实施例，提供了基于软件的波长跟踪机制，其不需要专用 的导频音硬件并且可以结合现有的放大器和MUX/DMX/ROADM/WR设备 工作。更确切地说，音调基于对载波信号的慢速调制，并且其检测需要冻 结功率控制调节。有利地，尽管现有技术需要网络的额外硬件并且因而难 于实现，但是本发明不需要任何这种额外硬件并且可以作为软件升级而实 现。本发明特别适用于在网络中不包括集成高速导频音的光学网络。
虽然已经针对本发明的特定实施例讨论了本发明，但是这些实施例仅 仅是例示本发明而非限制本发明。虽然特定协议已被用于描述实施例，但 是其他实施例可以使用其他传输协议或标准。可以使用任何适合的编程语 言来实现本发明的例程，这些编程语言包括C、 C++、 Java、汇编语言 等。可以采用不同的编程技术，例如过程化的和面向对象的。例程可以在 单独一个处理装置或多个处理器上运行。尽管步骤、操作或计算可以以特 定顺序呈现，但这种顺序可以在不同的实施例中进行改变。在某些实施例 中，在本说明中以先后顺序示出的操作可以同时执行。这里描述的操作次 序可以被中断、挂起、或者由另一个处理(例如操作系统、内核等)控 制。例程可以在操作系统环境中或作为占据系统处理全部或实质性部分的 独立例程运行。
在本文的描述中，提供了许多特定细节(例如部件和/或方法的示 例)，以便提供对本发明的实施例的彻底理解。但是，相关领域的技术人员将认识到本发明的实施例可以在没有一个或多个所述特定细节的情况下 进行实施，或者使用其它设备、系统、组件、方法、部件、材料、零件等 进行实施。在其它实例中，众所周知的结构、材料或操作没有特别地详细 示出或描述，以避免遮蔽本发明实施例的各方面。
贯穿本说明始终所提及的"一个实施例"、"实施例"或"特定实施 例"意味着联系实施例进行描述的具体特征、结构或特性包括在本发明的 至少一个实施例中，但不一定包括在所有的实施例中。这样，在整个本说 明书的不同地方分别出现的"在一个实施例中"、"在实施例中"或"在 特定实施例中"这些词语不一定指同一实施例。此外，本发明的特定实施 例的具体特征、结构或特性可以以任何适合的方式与一个或多个其它实施 例合并。应该理解，根据本文的教导，本文描述和图示的本发明实施例的 其它变体和修改是可以实现的，并且应认为是本发明的精神和范围的一部 分。
另外，本发明实施例的至少一些组件可以通过如下方式实现使用被 编程的通用数字计算机；通过使用专用集成电路、可编程逻辑装置、现场 可编程门阵列；或使用互连组件和电路的网络。连接可以是有线的、无线 的、通过调制解调器的，等等。
还将认识到，在附图中描述的一个或多个元件也可以用更分散的或更 集中的方式来实现，或者甚至在某些情况下去掉或设为不可操作，这可根 据具体应用中是否有用来设置。
另外，在附图中的任何信号箭头应当仅仅认为是示例性的，而不是限 制性的，除非另有特别的说明。部件的组合也应被认为是已经提到了的， 其中预见到所使用的术语使得其分离或者组合的能力是不清楚的。
在本文说明书和整个权利要求书中，所使用的"一种"和"所述"包 括多个引用，除非所述内容明确表示为其它含义。此外，如本文说明书和 整个权利要求书所用，"在......中"的含义包括"在......中"和"在......
上"，除非所述内容明确表示为其它含义。
上述对本发明示例性实施例的描述(包括摘要中所描述的内容)并非 旨在详尽无遗或者将本发明局限于本文所公开的确切形式。虽然仅仅为了示例性的目的在本文中描述本发明的特定实施例以及用于本发明的示例， 但是在本发明的精神和范围内，各种等同形式的修改都是可能的，如相关 领域中的技术人员将认识和理解的那样。如同上文指示的那样，根据前面 对本发明的示例性实施例的描述，可以对本发明进行这些修改，并且这些 修改被包括在本发明的精神和范围之内。
因此，虽然本文就本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是修 改、各种改变、和替代的范围应当包括在前面的公开内容中，并且，应该 理解，在一些实例中，在不脱离所阐述的本发明的范围和精神的情况下， 可以利用本发明的实施例的一些特征，而无需对应地使用其它特征。因 此，虽然上面的描述提供了对本发明优选实施例的充分和完整的公开，但 是各种修改、可替代构造和等同物对本领域技术人员而言将会是显而易见 的。因而本发明的范围仅受所附权利要求书的界限限制。
权利要求
1. 一种具有多个互连节点的WDM网络，这些节点彼此之间沿着波长路径发送数据，所述节点中的至少一部分具有在正常操作时在自动功率和增益控制下操作的一个或多个光学放大器，所述WDM网络包括沿着该WDM网络中的发送节点和接收节点之间的预期路由的、适用于暂停自动功率控制并且检测载波信号上的慢速音调的至少一个节点，所述慢速音调指示出波长的路由信息。
2. 如权利要求1所述的WDM网络，其中，所述慢速音调包括信道键。
3. 如权利要求2所述的WDM网络，其中，所检测到的信道键使得 所述至少一个节点返回与网络操作有关的网络使用数据。
4. 如权利要求1所述的WDM网络，其中，所述节点中的至少一部 分还适用于暂停自动功率控制。
5. —种具有多个互连节点的WDM网络，这些节点彼此之间沿着波 长路径发送数据，所述节点中的至少一些具有在正常操作时在自动功率和 增益控制下操作的一个或多个光学放大器，所述WDM网络包括适用于向 该WDM网络中的接收节点发送光学信号的发送节点，该发送节点还包括 用于生成载波信号上的慢速音调并且用于将所述载波信号与所述光学信号 中的至少一个相结合的机构，所述慢速音调指示出波长的路由信息。
6. 如权利要求6所述的WDM网络，其中，所述慢速声调包括数字 信道键。
7. 如权利要求7所述的WDM网络，其中，所检测到的信道键使得 至少一个中间节点向网络管理节点发送与网络操作有关的网络使用数据。
8. 在具有多个互连节点的WDM网络中，这些节点彼此之间沿着波 长路径发送数据，至少一个中间节点具有在正常操作时在自动功率和增益 控制下操作的一个或多个光学放大器，方法包括在所述至少一个中间节点处暂停自动功率控制；以及 检测载波信号上的慢速音调，所述慢速音调指示所选择波长的路由信息；以及提供所述路由信息，以使得能够对沿着发送节点和接收节点之间的波 长路径的所述所选择波长进行跟踪。
9. 如权利要求8所述的方法，还包括接收启动触发。
10. 如权利要求8所述的方法，还包括向管理设备发送所述路由信息 以便识别波长路径。
11. 在具有多个互连节点的WDM网络中，这些节点彼此之间沿着波 长路径发送数据，至少一个中间节点具有在正常操作时在自动功率和增益 控制下操作的一个或多个光学放大器，方法包括请求在所述至少一个中间节点处暂停自动功率控制； 生成慢速音调，以生成所选择波长的路由信息；以及 将所述慢速音调与载波信号相结合，以使得能够对在发送节点和接收 节点之间的所选择波长进行跟踪。
12. 如权利要求11所述的方法，其中，所述慢速音调是由入口可变 光衰减器生成的。
13. 如权利要求11所述的方法，还包括询问出口设备以确定所述所 选择波长的路由路径。
14. 如权利要求13所述的方法，还包括确定所述所选择波长是否是 沿着正确路径来路由的。
15. 如权利要求13所述的方法，还包括 确定所述所选择波长是否是沿着错误路径来路由的；以及 识别局部故障。
16. 如权利要求11所述的方法，还包括在所述所选择波长到达所述 接收节点时恢复自动功率控制。
17. 在具有多个节点的WDM网络中，这些节点彼此之间沿着波长路 径发送用户数据，所述WDM网络能够对从第一节点到第二节点的波长路 径进行跟踪，所述多个节点中的至少一个包括一个或多个处理器；包含指令的存储器，这些指令在被所述一个或多个处理器执行时使得所述多个节点中的至少一个执行一组操作，这些操作包括使得沿着第一波长路径的光学放大器解除自动功率控制； 检测所述波长路径的经调制光学信号；所述经调制光学信号被调制到载波音调上，以确定所述多个节点中的至少一个是否在所述波长路径中；以及在通过所述WDM网络跟踪到所述波长路径之后，使得所述光学放大 器恢复在自动功率控制下放大用户数据的正常操作。
18. 如权利要求17所述的WDM网络，其中，所述指令是响应于触发信号而执行的。
19. 如权利要求17所述的WDM网络，其中，所述指令还包括确定 所述多个节点中的至少一个是否与沿着第一和第二节点之间的所述波长路 径的另一个中间节点相连。
20. 如权利要求17所述的WDM网络，其中，所述指令还包括 确定所述多个节点中的至少一个是否与沿着第一和第二节点之间的所述波长路径的另一个中间节点不相连；以及 识别所述波长路径中的故障。
21. 在具有多个互连节点的WDM网络中，所述节点彼此之间沿着波 长路径发送用户数据， 一种被配置为对通过所述网络的波长进行跟踪的装 置包括用于在第一节点处利用一音调来调制所述波长路径的光学信号的装置；用于解除沿着所述波长路径的光学放大器处的自动功率控制以使得所 述音调与所述信号一起通过所述光学放大器的装置；以及用于在沿着所述波长路径的每个节点处顺序地检测所述音调并且确定 所述节点是否与沿着所述波长路径的下一节点相连以由此通过所述WDM 网络跟踪所述波长路径的装置。
全文摘要
在一个实施例中，技术提供了用于在DWDM网络中跟踪波长的机制。具体而言，本发明的实施例还提供了在没有用于生成和发出音调的专用硬件的情况下利用DWDM网络中的快速导频音进行连接跟踪。
文档编号H04J14/02GK101548495SQ200780044490
公开日2009年9月30日 申请日期2007年11月30日 优先权日2006年12月4日
发明者加布里埃尔·加里贝瑞缇, 斯特凡诺·皮卡西亚, 欧南·格斯塔尔, 瓦莱里奥·维斯卡尔迪, 莫罗·鲁弟·卡斯诺瓦 申请人:思科技术公司