SE507415C2 - Våglängdsmultiplexerat optiskt nätverk med navnod - Google Patents

Description

lO 20 507 415 2 vägar från navnoden med endast en optisk fiberkabel innefattande två fibrer, så att om ett fiberavbrott irrträffar i en riktning kan trafiken omdirigeras till den andra riktningen.

Sålunda kan vid ett kabelfel navnoden mottaga de inkommande signalerna från vissa satellitnoder från ena riktningen och sända de utgående signalerna i samma riktning som de inkommande signalerna.

Beskrivning av näraliggande teknik Ett optiskt ringnät beskrivs i en artikel "Novel Optically Restorable WDM Ring Network", av B. Glance, C. Doerr, I. P. Karninow, R. Montagne, AT & Bell Laboratories, Crawford Hill Laboratory, Holmdel, New Jersey 0773 3, Published in OFC '96 Technical Digest. I detta nät är varje satellitnod försedd med ett kopplings- system for att sända och mottaga signaler på nätet.

Uppñnningens syften. Sammanställning Ett syfte med uppfinningen är att åstadkomma ett forfarande och en anordning for att upprätta ett optiskt telekommunikationsnät innefattande en navnod och ett flertal satellitnoder, vilket nät har en enkel och billig struktur.

Ett annat syfte med uppfinningen är att åstadkomma ett förfarande och en anordning for att koppla många satellitnoder och en navnod i ett optiskt, logiskt stjämnät kopp- lat i en ring och med så få kritiska komponenter, d.v.s. benägna för fel, som möjligt.

Ett annat syfte med uppfinningen är att åstadkomma ett forfarande och en anordning för att genomföra en sändande och mottagande trafik mellan navnoden och var och en av de andra noderna, även om ett kabelfel har inträffat i ett optiskt nät. 10 20 25 50 7 4 1 5 3 Ytterligare ett annat syfte med uppfinningen är att kabelfel kan vara ett dubbelt, ett enkelt fiberbrott eller skada på en fiber eller båda fibrerna, där fortfarande en del av ljuset flyter genom den skadade delen, och fortfarande använda samma våglängds- uppsättning för både uppströms och nedströms kommunikationer. Ännu ett annat syfte med uppfinningen är att åstadkomma ett förfarande och en anordning för att hålla en trafik igång i ett optiskt telekommunikationsnät innefattan- de en navnod och ett flertal satellitnoder, även när en komponent i nätet har blivit skadad. Ännu ett annat syfte med uppfinningen är att åstadkomma ett förfarande och en anordning för ett optiskt telekommunikationsnät, som normalt har ett nätavbrott endast vid navnoden. .Åtminstone några av dessa syften uppnås med ett nät med de kännetecknande egen- skaperna i lcravet 1. Ytterligare egenskaper och förbättringar av uppfinningen ges i de beroende kraven.

Enligt uppfinningen är satellitnoder kopplade till fibrerna genom passiva multi- plexorer och demultiplexorer, till exempel irmefattande fiberkopplare. All slags omkoppling i nätet åstadkommes i navenheten.

Fördelar med uppfinníngen Vid användning av tvâ fibrer för nätkommunikationen skulle det teoretiska minimi- antalet våglängdskanaler kunna användas, d.v.s. endast en våglängdskanal per satel- limod kopplad till nätet.

Inga optiska switchar används i fiberringen, de är anordnade enbart i navnoden.

Satellitnodema kan då ha en extremt enkel utformning utan att kräva någon intel- ligens.

(J\ lO l5 20 25 507 415 Kabelskyddet kan hanteras av navnoden. Åtminstone en reservnavnod för stödfunktion skulle kunna installeras vid varje till- fälle utan några modifieringar på den redan installerade maskinvaran. Översiktsbeskrivning av figurerna För en mera fullständig förståelse för uppfinningen och för ytterligare syften och fördelar med den görs nu med referens till följande beskrivning gjord i samverkan med de bifogade ritningama, i vilka fig. l schematiskt visar en första utforingsfonn av ett kommunikationsnät enligt uppfinningen; fig. 2A-2E visar schematiskt olika fortplantningar av trafiken för olika slags fel i nätet; och fig. 3 visar schematiskt en andra utföringsforrn av ett kommunikatíonsnät enligt uppfinningen.

Detaljerad beskrivning av utfóringsformer Såsom 'framgår av fig. 1 innefattar fysiskt kommunikationsnätet en central nod, kallad navnod H, och ett antal satellitnoder A, B, C... Alla noderna är förbundna medelst en tvåñberring, med fibrerna Fl och FZ, med åt motsatt håll fortplantande trafik på de båda fibrerna.

Fibrerna är föreuädesvis singelmodfibrer. Logiskt är nätet ett stjårnnäg eftersom varje satellitnod har en unik, bestämd våglângdskanal, på vilken den sänder och mottar. Varje satellitnod är i stånd att kommunicera direkt endast med navnoden H.

Sålunda måste trañk mellan två satellitnoder, såsom A och B, alltid gå via navnoden H. Navnoden sänder och mottar på varje våglängdskanal hörande till varje satellit- nod A, B, C... kopplad till nätet. Sålunda har varje fiber ett antal N våglängds- 10 15 20 25 507 415 5 kanaler i ett nät med ett antal N satellitnoder. Kanalerna i navnoden kan då via de elektriska gränssnitten på dess sändare Tx' och mottagare Rx' på ett i och for sig känt sätt också vara kopplade till andra kommunikationsnät antingen av samma utformning såsom de här beskrivna eller med någon i och for sig känd annan ut- formning.

Enligt uppfinningen är varje satellitnod A, B, C... kopplad till fibrema genom passiva multiplexorer och demultiplexorer for att undvika kopplingskomponenter.

Kopplingselement behöver styras individuellt och är följaktligen benägna ftir fel.

Såsom illustreras i stationen D i fig. l innefattar varje satellitriod en åtkomstpunkt l med en sändare och en mottagare (icke visat), tvâ l-till-2 fiberkopplare 2 och 3, två passiva multiplexorer 4 och 5 och två passiva demultiplexorer 6 och 7.

Funktionen för fiberkopplaren 3 är att fördela sändarsigrialen från sändaren i åt- komstpunkten 1 till de båda multiplexorerna 4 och 5. Funktionen hos fiberkopplaren 2 är att sammanföra de mottagna signalema från de båda demultiplexorerria 6 och 7 till mottagaren i åtkomstpunkten l. De sända och mottagna signalerna ligger inom samma våglängdskanal för varje station.

Multiplexorema 4 och 5 kopplar sändarsignalen till bussfibrerna Fl och FZ.

Demultiplexorerna avtappar den önskade våglängdskanalen for den i frågavarande satellimoden från bussfibrerna till mottagaren i arbetsstationen l.

Såsom framgår av stationen C, som illustrerar satellitnodutforrnningen i en förenk- lad form, kan multiplexorerna innefatta enkla fiberkopplare 4' och 5 '. Demultiplexo- rema kan ersättas med fiberkopplare 6' och 7' och ett bandpassfilter 8 anpassat till våglängdskanalen for den ifrågavarande stationen.

Navnodanordningen (H) är försedd med ett fiberavbrott för fibrerna Fl och F2 och sändnings- och mottagningsanordningarna 9, 10, 13 och ll, 12, 14 kopplade till varje ände på fibrerna Fl och F2. Därför innefattar navnoden H en ljussändare Tx', 10 15 20 25 507 415 6 såsom en vâglängdsstabiliserad, modulerad laser, och en optisk mottagare per satel- litnod kopplad till nätet. Varje fiber har en avbruten förbindelse i navnoden. En demultiplexor 10 och en multiplexor ll är kopplade till vardera änden av fibern Fl.

På samma sätt men på motsatta sidor är en demultiplexor 9 och en multiplexor 12 kopplade till fibern F2.

En individuell ornkopplingsenhet 13 innefattande en PlN-diod och en Z-till-Z optisk koordinatväljarswitch är kopplad till varje ljussändare Tx' och de båda multiplexo- rerna 9 och 10. l-"uriktionen hos 2-till-2 koordinatväljarna på mottagarsidan är att välja vilken av de båda demultiplexorema 9 eller 10 som den ifrågavarande mot- tagaren bör lyssna på, d.v.s. från vilken fiberände dess tillhörande satellitnodsignal bör ges. Väljarenheten skulle naturligtvis kunna ersättas med någon annan väljar- anordning med samma funktion, men en koordinatväljarsuuktur med PIN-dioden ger en billig applikation.

En av demultiplexorerna, 9 i fig. 1, är den som är i funktion när det inte finns något ñberavbrott i fibeningen. PlN-dioden lyssnar automatiskt på den andra demulti- plexom 10 på samma våglängdskanal och åstadkommer en omkoppling för att ge signalinfonnation från demultiplexorn 10 när det finns en inkommande signalinfor- mation enbart på demultíplexom 10. Sålunda är de båda demultiplexorema koppla- de till koordinatväljarna i vâljarenheterna 13, nedan även kallade switchama, så att en viss väljare och därigenom ett visst mottagare/PIN-diodpar alltid lyssnar på samma våglängdskanal oberoende av väljarens position.

Satellitnodema sänder alltid sändarsignaler på båda fibrema F l och FZ men i olika riktningar, såsom framgår av fig. l. Satellitmottagarna är kopplade att lyssna i båda riktningarna, även om sarnrna kanal aldrig kommer att komma samtidigt på de båda fibrerna Fl och P2.

LI: 10 15 20 25 507 415 I varje kanal i navnoden är en optisk 1-till-2 distansswitch 14 kopplad mellan sända- ren, endast indikerad med referensen Tx', och de båda multiplexorerna l 1 och 12 för att sända antingen på ñbem Fl eller på ñbem F2.

Sändar/mottagarpar i navnoden arbetar på samma våglängdskanal och hanterar där- igenom den dubbelriktade kommunikationen med en viss satellitnod så att den alltid sänder till och lyssnar från samma riktning. Med andra ord, om mottagarswitchen 13 för en viss kanal ändrar sig från en första position, nedan kallad vänster, till en andra, nedan kallad höger, skall sändarswitchen 14 för samma våglängdskanal göra detsamma. Sålunda styrs varje sändarswitchenhet 14 av positionen hos den motsva- rande mottagarswitchen 13.

Om ett fiberfel inträffar, till exempel vid 15, på minst en av fibrema Fl och/eller FZ kommer navnoden att förlora de inkommande signalema från åtminstone vissa kana- ler antingen på mottagarna eller på PIN-diodema. Navnoden kommer då att verka för att rekonñgiirera sändar- och mottagarswitchama i enlighet med följande två regler. l) Ändra positionema hos switcharna för de kanaler, som har förlorats på mottagar- na. 2) Om kanaler har förlorats på PIN-diodema, ändra positionema hos alla switchama förutom de som har förlorats.

De ovan angivna reglerna förutsätter att alla switchama har samma position, till exempel till vänster. Navnoden kan naturligtvis blanda vänster- och höger-kommu- nikationeri, även om nätet är i arbetsordning. Emellertid kan de ovan beslaivna, enkla reglerna för skydd icke användas i det fallet.

Med hänvisning till ñg. 2A, om det icke finns något kabelfel för någon av kanalerna i ringarkitekturen kommer navnoden H endast att sända genom sin vänstra multi- plexor 11 genom att ha alla sändarswitcharna satta till vänster. Alla mottagar- switchama 13 är i genomkopplingsposition, så att alla kommunikationer utgår från 10 l5 20 25 507 415 8 och kommer in i navnoden H på dess vänstra sida. Varje satellitnod är normalt utformad att endast mottaga och sända på en individuell kanal. Emellertid är det ingenting som hindrar att ha satellitnoder med flera kanaler, som kommunicerar med navnoden. Varje satellimod kommer att mottaga en kanal från navnoden och sända samma (eller andra) våglängdskanaler i båda riktningar genom dess multiplexorer 4 och 5 (4' och 5'). Signalfortplantrringen hos de olika kanalema för satellitnodema A, B, C... har illustrerats med samrna nodreferens men i små bokstäver. Endast de signaler, som multiplexas på den medurs fortplantande bussfibern kommer att nå den riktiga mottagaren i navnoden, under det att de, som multiplexas på den andra fibern, kommer att nå den motsvarande, övervakande PlN-dioden i navnodens switchenhet 13.

På den moturs fortplantande bussfibern kommer det att ackumuleras fler och fler "onödig kanalsigrialering". Dessa är emellertid skilda från den användbara genom våglängdsfiltrering i bandpassñltret 8 i satellitnodema.

Också skulle samma information från samma satellitnoder kunna åstadkommas två gånger i fortplantningsriktrringen på fibrema Fl och FZ, när den når navnoden på dess högra sida. Emellertid kommer detta icke att orsaka några problem, eftersom navnoden är justerad att mottaga endast iriforrnationssigrraler, som kommer från den vänstra sidan.

Eig. 2B illustrerar att ett dubbelt kabelavbrott har inträtïat mellan satellitnodema C och D. I detta fall förlorar navnoden H de inkommande kanalema för satellitnodema A, B och C. Verkan hos navnoden är att ändra mottagarswitcharna för dessa kanaler från genomkopplings- till korskopplingstillstånd, och sändarswitcharna hos samma kanaler från den vänstra till den högra positionen.

Full kommunikation återupprättas, vilket enligt ñg. 2B betyder att navnoden kom- municerar med nodema E och D på de vänstra inkommande och utgående bussfib- rema liksom tidigare och med satellitnodema A, B och C på de högra bussfibrema, Ut 10 15 20 25 507 415 9 såsom illustreras av nodreferenserna i små bokstäver. (Även utan ett kabelavbrott skulle detta naturligtvis kunna vara ett normalt sätt att manövrera nätet.) Vid ett enkelt ñberavbrott på fibern medurs mellan satellitnodema C och D förlorar navnoden de inkommande kanalema a, b och c. Verkan hos navnoden kommer att vara densamma som för det dubbla kabelavbrottet, såsom illustreras i fig. ZC.

Vid ett enkelt fiberavbrott på fibem moturs mellan satellitnodema C och D kommer navnoden icke att förlora några inkommande trafikkanaler, såsom framgår av fig. 2D som visar tillståndet i nätet just när felet har inträffat.

Emellertid kommer den att förlora kanalerna d och e på PlN-dioderna i mottagar- switchanordriingarna 13, vilka övervakar fibem med moturs fortplantning. Den kommer därför att ändra alla switchama förutom dem, som icke har förlorats på PlN-diodema. Verkan kommer att vara densamma som i tig. 2B, d.v.s. ändring av mottagarswitchama 13 for kanalema a, b och c från genomkopplings- till korskopp- lingstillstånd och sändarswitchania 14 hos samma kanaler fiån den vänstra till den högra positionen. Kanalsignalfortplantningen efter denna omkoppling visas i ñg. 2E.

Eftersom all trafik passerar genom navnoden H är denna en mycket känslig del av nätet. Därför skulle, enligt en andra uttöringsforrn visad i ñg. 3 där elementen i fig. 1 med samma funktion har fått sarnma referensbeteckningar, en reservnavnod SH vara placerad var som helst utmed bussfibeningen och visas insatt mellan satellit- noderna D och E. Denna teservnavnod SH illustreras såsom ett enkelt slag av nav- nod med samma slags koppling till de båda fibrema Fl och FZ som satellitnoderna A, B, C..., d.v.s. fiberkedjan bör icke brytas av reservnavnoden SH, endast av nav- noden H.

Liksom i den ordinarie navnoden H har reservnavnoden SH lika många sändare och mottagare som det finns satellitsändarmottagare (normalt lika med antalet satellit- noder) kopplade till fiberringen. Emellertid har den endast en multiplexor 17 och en 10 15 25 507 415 10 demultiplexor 18, vilka var och en är kopplade till båda fibrerna Fl och FZ medelst fiberkopplare 4" och 5" på samma sätt som för varje satellitnod. l det normala fallet, när den ordinarie navnoden H är ftinktionsduglig, är sändarna Tx" i reservnavnoden SH frånslagria. Reservnavnoden är då helt transparent och påverkar icke den trafik, som passerar på nätet, förutom för vissa effektförluster orsakade av fiberkopplama 4", 5", 6" och 7"_ Optiska förstärkare skulle naturligtvis kunna installeras var som helst i nätet (icke visat).

Reservnavnoden SH aktiveras så snart som ett fel på navnoden H inträffar. När den har aktiverats, sänds signalerna från sändarna Tx" ut i båda riktningama genom fiberkopplarna 4" och 5". Mottagama Rx" lyssnar samtidigt på båda bussñbrema F l och F2. Om inget annat fel i nätet har inträffat vid samma tidpunkt som felet hos navnoden H, vilket torde vara sällsynt, har alla satellimoderna full kommunikation med referensnavnoden SH. Signalema från satellitnoderna anländer till reservnav- noden SH antingen från vänster eller från höger. Alla signalerna från reservnavno- den SH sänds ut i båda riktningama. Några av dem, som sänts ut åt höger, mottas av satellimoderna, och resten mottas från de signaler, som sänts ut åt vänster. Signaler- na hindras fiån att cirkulera helt runt fiberringen på grund av utformningen av den ordinarie navnoden H, som har ett fiberavbrott.

Om ett fiberavbrott iriträffar, när reservnavnoden SH är i arbetstillstånd, då kan den kommunicera med alla satellitnoderna förutom dem, som är placerade mellan brottet och den ordinarie navnoden H. Även om det anges ovan att varje satellimod använder samma våglängdskanal för både dess utsända och mottagna trafik, ligger det inom ramen för uppfinningen att ha separata våglängdskanaler för båda, utan att nätet behöver ändras. Det är då möj- ligt att ändra nätet så, att endast en fiber för både den utsända och den mottagna trafiken används. Emellertid medför användning av samma fiber för både nedströms och uppströms trafik, att realiserade optiska förstärkare behöver arbeta i båda rikt- 507 415 11 ningarna. Detta är ganska besvärligt, och därför kommer en tillämpning av detta slag endast att användas vid mycket sällsynta tillfällen.

Fastän uppfinningen har beskrivits med referens till speciella utföiingsforrner är det underförstått av fackmannen att olika ändringar kan utföras och ekvivalenter kan substitueras för element därav utan att man avviker från uppfinningsidén såsom den definieras i de åtföljande kraven. Dessutom kan modifieringar göras utan att man avviker från lärdomarna enligt uppfinningen såsom de definieras i kraven.

Claims (14)

th 10 15 20 30 507 415 17 a.. Patentkrav

1. Ett våglängdsdingerat optiskt kommunikationsnät i en konfiguration med navnod, innefattande en navnodanordning (H) och ett antal satellitnodanordningar (A, B, C...) kopplade till optikfiberorgan (Fl, FZ) i en optisk ringarkitektur, kännetecknat av att satellitnodanordningarna (A, B, C...) är kopplade till nämnda fiberorgan (Fl, P2) genom passiva multiplexorer och demultiplexorer (4'-7'), och all slags kabel- skyddsomkoppling i nätet är åstadkommen i navnodanordningen (H).

2. Nåt enligt krav l, kännetecknat av att i satellitnodanordníngen multiplexorema innefattar två ñberkopplare (4' och 5'), genom vilka den är kopplad till nämnda ñberrnedel (Fl, 1:2).

3. Nät enligt krav 1 eller 2, kännetecknat av att i satellitnodanordningen demulti- plexorema innefattar två fiberkopplare (6' och 7'), genom vilka den är kopplad till nämnda fiberrnedel (Fl, P2), och ett bandpassfilter (8) anordnat för våglängdskana- len for den ifrågavarande satellitnodanordningen.

4. Nät enligt något av föregående lcrav, kännetecknat av att varje satellitnodanord- ning innefattar en åtkomstpunkt (l) med en satellitnodsändare och en satellitnod- mottagare, de båda passiva multiplexorerna (4 och 5), de båda passiva demulti- plexorerna (6 och 7), en kopplare (3), som distribuerar sändarsigrialen från satellit- nodsändaren till de båda multiplexorerna, och en kopplare (2), som sammanför de mottagna signalerna från de båda multiplexorerna (4 och 5) till satellimodmottaga- ren i arbetsstationen (1).

5. Nät enligt något av föregående krav, kännetecknat av att navnodanordníngen (H) är forsedd med ett fiberavbrott och med sändande och mottagande organ (9, 10, 13 och 11, 12, 14) kopplade till varje ände på nämnda fibermedel. 10 15 20 25 507 415 13

6. Nät enligt något av föregående krav, kânnetecknat av att navnodanordningen (H) innefattar minst en optisk sändare (Tx'), till exempel en våglängdsstabiliserad laser, och minst en optisk mottagare (Rx') per satellitnodanordning (A, B, C ...) kopplad till nätet.

7. Nät enligt krav 6, kännetecknat av att fiberringen innefattar två fibrer, och varje fiber har en avkoppling i navnodanordningen, varvid navnodanordningen har en demultiplexor (9 eller 10) kopplad till ena änden på varje fiber (Fl eller P2) och en multiplexor (ll eller 12) kopplad till den andra änden, varvid demultiplexorn för en av fibrerna hos de två är kopplad till samma sida av flbern som multiplexorn hos den andra fibern av de två.

8. Nät enligt krav 6 eller 7, kännetecknat av att för varje ljusmottagare (Rx') i nav- anordningen (H) en individuell omkopplingsenhet (13) är kopplad till den och styr- bart kopplad till den ena eller den andra av de båda demultiplexorema (9 eller 10) och normalt kopplad till en forbestämd av demulliplexorerna (9 eller 10), när fiber- ringen är i arbetsordning, och ändrad över till den andra av demultiplexorerna (10 eller 9) vid förekomst av ett fel i fiberringen, som påverkar signaleringen till den ifiågavarande ljusmottagaren (Rx).

9. Nät enligt krav 6 eller 7, kännetecknat av att for varje ljussändare (Tx') i navnod- anordningen (H) en individuell omkopplingsenhet (14) är kopplad till ljussändaren och styrbart kopplad till den ena eller den andra av de båda multiplexorerna (1 1 eller 12) och normalt kopplad till en iörbestämd av multliplexorema (11 eller 12) när fiberringen är i arbetsordning och kopplad till den andra av multiplexorema (12 eller 11) vid uppkomst av ett fel på fiberringen, som påverkar signaleringen av den ifrågavarande ljussändaren (Tx').

10. Nät enligt krav 6 och 8 eller 9, kännetecknat av att ornkopplingsenheterna hos ljussändaren och ljusmottagaren i navnodanordningen avseende på signaleringen av 10 15 20 507 415 14 samma satellimodanordning är kopplade på samma vis och far sina tillstånd ändrade vid samma tillfälle.

11. ll. Nät enligt något av kraven 8-10, kännetecknat av att mottagaromkopplings- anordningama i navnodanordningen lyssnar automatiskt på en andra av navnod- anordningens demultiplexorer (10), och vid fall av fiberfel navnodanordningen rekonfigiirerar sändar- och mottagaranordningama enligt följande regler: 1) ändring av positionerna hos omkopplingsanordningama i navnodanordníngen för de kanaler, som har förlorats på navnodmottagama, 2) om kanaler har förlorats på de kanaler, till vilka de omkopplande enheterna är automatiskt övervakande, ändring av positionema hos alla navnodomkopplings- anordningar-na förutom dem, som hara förlorats.

12. Nät enligt något av föregående lcrav, kännetecknat av att de utsända och de mottagna signalerna ligger inom samma våglängdskanal för varje satellimodanord- ning.

13. Nät enligt något av föregående krav, kännetecknat av att en reservnavnod (SH) kan vara kopplad var som helst utrned en bussfiberriiig och styrbar till funktion genom ett fel av navnodanordningen (H).

14. Nät enligt krav 13, kännetecknat av att reservnavnodanordningen (SH) innefat- tar endast en multiplexor (17) och en demultiplexor (18), vilka var och en är kopp- lad till nämnda fibermedel (Fl och FZ) genom fiberkopplare (4"-7").