УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОПТИЧЕСКОГО КАНАЛА (ЗОК) НА ОСНОВЕ УРОВНЯ МДР Российский патент 2006 года по МПК H04J14/02 

Область применения изобретения

Настоящее изобретение относится к устройству и способу защиты оптического канала (ЗОК) на основе уровня МДР.

Предпосылки изобретения

Благодаря быстрому развитию технологии мультиплексирования по длине волны высокой плотности (МДВП), скорость передачи данных в системе МДР быстро возрастает, чтобы удовлетворять постоянно растущим требованиям сетевых услуг передачи данных и голоса/изображения, а также постоянно растущим потребностям операторов связи в повышении ширины полосы передачи; в то же время вопрос надежности систем МДР выходит на первый план. Благодаря повышенной надежности системных модулей, можно значительно повысить надежность системы, реализовав хорошее решение защиты.

В настоящее время имеется два типа решений защиты системы МДР: одно из них это защита сегмента оптического мультиплекса (ЗСОМ), которая также называется защитой оптической линии; а другое решение - это ЗОК; первое предусматривает защиту, главным образом, передающих оптических волокон, в то время как последняя предусматривает защиту на уровне оборудования и использует следующий рабочий принцип: в случае прерывания передачи сигнала по каналу или снижения производительности до определенной степени, устройство переключения системы переключает сигналы с рабочего канала на защитный канал для осуществления передачи; производить ли переключение, определяется только устройством определения в приемнике в соответствии с качеством принятых сигналов без необходимости в каком-либо дополнительном устройстве обнаружения.

Поскольку технология ЗСОМ быстро развивается и скорость передачи данных увеличивается в несколько раз, объем трафика на каждом канале возрастает, и значительно повышается роль каналов передачи в сети; в результате, безопасность и надежность каждого канала становится важным фактором для сети, что требует лучших решений ЗОК.

Одно из общих решений ЗОК для традиционных систем МДР предусматривает схему 1+1 или 1:1 (где 1+1 представляет холодное резервирование; 1:1 представляет горячее резервирование; разница между ними заключается в том, происходит ли перенос трафика по защитному каналу, когда рабочий канал действует нормально), т.е. на входе для оптического сигнала каждого рабочего блока оптического преобразования (БОП) добавлено устройство распределения мощности, и один из двух выходов сигнала устройства распределения мощности подключен к рабочему БОП, а другой выход сигнала подключен к резервному БОП; таким образом, в случае отказа рабочего БОП, входные сигналы можно переключать на резервный БОП, чтобы гарантировать нормальную работу системы. Типичное решение 1+1 показано на фиг.1. Соединитель, показанный на фиг.1, можно заменить оптическим переключателем 1×2. Сплошные линии на фиг.1 показывают маршруты рабочих каналов, а пунктирные линии показывают маршруты защитных каналов. Отличительный признак этого решения защиты состоит в том, что оно использует сигнал длины волны для защиты другого сигнала длины волны; поэтому количество рабочих каналов равно количеству защитных каналов. Хотя вышеупомянутое решение ЗОК 1+1 на основе МДР позволяет решить проблему надежности каналов, оно требует больших первоначальных затрат на оборудование, поскольку половина ресурса длины волны растрачивается.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является решение вышеозначенной проблемы и обеспечение устройства и способа ЗОК на основе уровня МДР, чтобы реализовать независимый механизм защиты для уровня МДР и, в то же время, снизить расход ресурса длины волны и первоначальной стоимости оборудования.

Для решения этой задачи, настоящее изобретение обеспечивает устройство и способ ЗОК на основе уровня МДР, чтобы добиться передачи сигнала для рабочих каналов и выбора маршрутизации для защитных каналов между переносимым трафиком и системой МДР.

Устройство ЗОК содержит передающий модуль и приемный модуль; передающий модуль, как и приемный модуль, содержит N рабочих каналов, подключенных к приемным концам и передающим концам N рабочих каналов в системе МДР соответственно, причем передающий модуль и приемный модуль также содержат М защитных каналов, которые подключены к приемным концам и передающим концам М защитных каналов в системе МДР, и устройство переключения, предназначенное для переключения сигналов на указанных рабочих каналах на указанные защитные каналы или переключения сигналов на указанных защитных каналах обратно на указанные рабочие каналы в соответствии с запросами переключения от системы МДР; где M и N являются натуральными числами, и M<N.

Способ ЗОК содержит следующие этапы:

(1) Система МДР отслеживает качество сигналов на каждом канале и состояние маршрутизации модулей ЗОК в системе в режиме реального времени;

(2) Система МДР определяет наличие сигналов на рабочих каналах, которые нужно переключить на защитные каналы;

Если таковые имеются, система МДР выбирает защитные каналы;

(3) Система МДР отправляет запросы точного переключения на передающий модуль ЗОК и приемный модуль ЗОК;

(4) Передающий модуль ЗОК и приемный модуль ЗОК осуществляют переключение в соответствии с запросами переключения от системы МДР.

Согласно вышеописанному решению, в нормальных случаях, модуль ЗОК выбирает соответствующие рабочие каналы для сигналов N трактов, поступающих в модуль ЗОК для доступа в систему МДР для передачи; на приемном конце, модуль ЗОК аналогично выбирает рабочие каналы для приема сигналов; при этом никакой трафик не передается по защитным каналам, или трафик, передаваемый по защитным каналам, не принимается приемным модулем ЗОК (предается только трафик с низким приоритетом). В случае ухудшения качества или потери сигнала на m каналах вследствие нарушения передачи в канале, или снижение производительности передачи в канале (1<m<M), модуль ЗОК на приемном конце переключает сигналы на защитные каналы для передачи; тогда как сигналы остальных N-m трактов передаются по рабочим каналам; на приемном конце, модуль ЗОК выбирает соответствующие защитные каналы для приема сигналов m трактов, а сигналы остальных N-m трактов принимаются по рабочим каналам. Таким образом, реализуется решение ЗОК M:N на основе уровня МДР. В силу того, что количество каналов и вероятность ухудшения или потери сигналов являются тривиальными, количество М защитных каналов может быть меньше количества N рабочих каналов; по сравнению с решением защиты 1+1, это способствует экономии ресурсов и первоначальных затрат. В случае, когда количество М защитных каналов больше 1, это говорит о наличии двух или более каскадов резервных БОП, что дополнительно уменьшает опасность нарушения резервирования по причине отказов резервных БОП или отказов двух или более рабочих БОП без увеличения затрат на построение системы.

Краткое содержание чертежей

Фиг.1 - схема традиционного решения ЗОК 1+1 на основе МДР.

Фиг.2а - позиции модулей ЗОК в системе МДР согласно настоящему изобретению.

Фиг.2b - схема решения ЗОК 1+N на основе МДР согласно настоящему изобретению.

Фиг.3 - внутренняя структура модуля ЗОК, состоящего из соединителей и оптических переключателей.

Фиг.4 - внутренняя структура модуля ЗОК, состоящего из оптических переключателей.

Фиг.5 - структура модуля ОЗК, состоящего из Nx(N+M) оптических переключателей.

Подробное описание вариантов осуществления

Настоящее изобретение будет описано ниже со ссылкой на следующие варианты осуществления и чертежи. Варианты осуществления пригодны как для горячего резервирования (M:N), так и для холодного резервирования (M+N).

Согласно фиг.2а устройство ЗОК на основе уровня МДР, отвечающее настоящему изобретению, содержит передающий модуль и приемный модуль; передающий модуль, как и приемный модуль, содержит N рабочих каналов (N входов и N выходов), подключенных к приемным концам и передающим концам N рабочих каналов в системе МДР, соответственно.

Передающий модуль и приемный модуль также содержат М защитных каналов, которые подключены к приемным концам и передающим концам М защитных каналов в системе МДР, соответственно.

Передающий модуль и приемный модуль также содержат устройство переключения, предназначенное для переключения сигналов в указанных рабочих каналах на указанные защитные каналы или переключения сигналов в указанных защитных каналах обратно на указанные рабочие каналы в соответствии с запросами переключения от системы МДР; где количество M и N являются натуральными числами, и M<N. Согласно фиг.2b, (когда М=1), по сравнению с решением защиты 1+1, это способствует экономии ресурсов и первоначальных затрат благодаря использованию только одного защитного канала для защиты рабочих каналов.

Хотя решение защиты 1:N или 1+1, показанное на фиг.2b, может способствовать уменьшению количества используемых резервных БОП и повышению коэффициента использования оптической длины волны, оно основано на предположении о том, что БОП работает нормально; в случае отказа резервного БОП или БОП на двух или более рабочих каналах, защищенных одним и тем же БОП, резервирование системы нарушается. Решение состоит в использовании более одного защитного канала, как показано на фиг.3, фиг.4 и фиг.5.

Упомянутое устройство работает следующим образом: в нормальных случаях, модуль ЗОК выбирает соответствующие рабочие каналы для сигналов N трактов, поступающих в модуль ЗОК для доступа в систему МДР для передачи; на приемном конце, модуль ЗОК аналогично выбирает рабочие каналы для приема сигналов; при этом никакой трафик не передается по защитным каналам, или трафик, передаваемый по защитным каналам, не принимается приемным модулем ЗОК. В случае ухудшения качества или потери сигнала на m каналах вследствие нарушения канала (1≤m≤M), модуль ЗОК на приемном конце переключает сигналы на защитные каналы для передачи; тогда как сигналы остальных N-m трактов передаются по рабочим каналам; на приемном конце, модуль ЗОК выбирает соответствующие защитные каналы для приема сигналов m трактов, а сигналы остальных N-m трактов принимаются по рабочим каналам. Если рабочий канал для сигналов, передаваемых в данный момент по защитному каналу, восстанавливается, модуль ЗОК переключает сигналы обратно на рабочий канал.

В данном случае, необходимость переключения сигнала на рабочем канале на защитный канал определяется производительностью рабочего канала и определяется исключительно соответствующим приемником в системе МДР без какого-либо дополнительного устройства определения, поскольку все приемники в системе МДР характеризуются этой функцией. Кроме того, переключение сигналов, передаваемых по защитному каналу, обратно на рабочий канал также определяется производительностью рабочего канала; поэтому решение защиты опирается на уровень МДР.

Как для рабочих каналов, так и для защитных каналов, модули ЗОК только выбирают соответствующие маршруты для сигналов вместо того, чтобы осуществлять какую-либо обработку трафика, передаваемого посредством сигналов; поэтому модули ЗОК прозрачны для трафика.

Поскольку выбор маршрутов сигналов, осуществляемый модулями ЗОК, зависит от производительности каналов в системе МДР, это требует поддержки со стороны соответствующего протокола между системой МДР и модулями ЗОК. Протокол должен поддерживать следующие функции:

(1) Система МДР отслеживает качество сигналов в каждом канале и состояние маршрутизации модулей ЗОК в системе в режиме реального времени;

(2) Система МДР определяет наличие сигналов на рабочих каналах, которые нужно переключить на защитные каналы, и выбирает защитные каналы; аналогично, система МДР определяет наличие сигналов на защитных каналах, которые нужно переключать обратно на рабочие каналы;

(3) Система МДР отправляет запросы точного переключения на передающий модуль ЗОК и приемный модуль ЗОК одновременно;

(4) Модули ЗОК осуществляют переключение в соответствии с запросами переключения от системы МДР.

С учетом вышеуказанных необходимых признаков модулей ЗОК, авторы изобретения осуществляли выполнение конструкций. Типичные варианты осуществления описаны ниже.

Вариант осуществления изобретения 1.

Модули ЗОК содержат соединители 50:50 (также именуемые шунтами) и оптические переключатели M:N (или M×N или N×M, указывающие M или N входных портов и N или M выходных портов); согласно фиг.3 устройство переключения передающего модуля содержит N соединителей 50:50 и оптический переключатель N×M, один из двух выходных портов каждого соединителя подключен к рабочему каналу, а другой подключен ко входному порту оптического переключателя N×M; М выходных портов оптического переключателя N×M подключены к М защитным каналам в системе МДР, соответственно; устройство переключения приемного модуля содержит соединители 50:50 и оптический переключатель M×N, причем один из двух входных портов каждого соединителя подключен к рабочему каналу в системе МДР, а другой подключен к выходному порту оптического переключателя N×M; М входных портов оптического переключателя M×N подключены к М защитным каналам в системе МДР, соответственно.

В вышеописанном случае, оптический переключатель M:N должен быть управляемым, и лазеры для рабочих каналов и защитных каналов на приемном конце системе МДР не должны открываться одновременно; вместо этого, только некоторые из них могут быть в рабочем состоянии; однако к лазерам на передающем конце никакого требования не предъявляется.

Вариант осуществления изобретения 2.

Модули ЗОК содержат оптические переключатели 1х2 и оптические переключатели M:N. Согласно фиг.4 устройство переключения передающего модуля содержит N оптических переключателей 1х2 и оптический переключатель N×M, один из двух выходных портов каждого оптического переключателя 1×2 подключен к рабочему каналу в системе МДР, а другой подключен ко второму порту оптического переключателя N×M, и М входных портов оптического переключателя N×M подключены к М защитным каналам в системе МДР, соответственно; устройство переключения приемного модуля содержит N оптических переключателей 1×2 и оптический переключатель M×N, один из двух входных портов каждого оптического переключателя 1×2 подключен к рабочему каналу в системе МДР, а другой подключен к выходному порту оптического переключателя N×M, и М входных портов оптического переключателя M×N подключены к М защитным каналам системы МДР соответственно.

Вышеописанное решение требует строгого протокольного управления для оптического переключателя M:N и оптических переключателей 1×2, т.е. оптические переключатели на обоих концах должны переключаться на соответствующие маршруты одновременно; однако к лазерам на приемном конце и передающем конце никакого требования не предъявляется.

Вариант осуществления изобретения 3.

Модули ЗОК содержат оптические переключатели N×(N+M). Согласно фиг.5 устройство переключения передающего модуля содержит оптический переключатель N×(N+M), N+M выходных портов которого подключены к N рабочим каналам и М защитным каналам в системе МДР соответственно; устройство переключения приемного модуля содержит оптический переключатель (N+M)×N, N+M входных портов которого подключены к N рабочим каналам и М защитным каналам в системе МДР.

Вышеописанное решение требует, чтобы оптические переключатели на обоих концах переключались на соответствующие маршруты одновременно; однако к лазерам на передающем и приемном конце никакого требования не предъявляется.

Следующий расчет показывает, что надежность системы можно повысить, при условии M>1.

Для любого из вышеописанных вариантов осуществления изобретения, в случае защиты длины волны 2+16 (эквивалентно двум каскадированным БОП, т.е. два независимых устройства защиты 1+8 каскадированы к виду устройства защиты 2+16), согласно расчету, среднее время между отказами (СВМО) продлевается в k/30 раз (по сравнению с первоначальным решением двух независимых устройств защиты 1+8), где k это отношение времени, доступного системе, ко времени между отказами (ВМО), например, если доступность единичной платы равна 99.99%, то значение k составляет около 10⁴; в случае добавления 9 после десятичной точки в значении доступности, значение k возрастает на порядок величины. Если используется решение M+N (т.е. М каскадированных БОП), то СВМО продлевается в раз (Р представляет факториальную функцию).

Очевидно, что способ ЗОК, отвечающий настоящему изобретению, способствует снижению затрат и повышению надежности системы при M>1.

Изобретение относится к технике многоканальной оптической связи и может использоваться для передачи и приема сигналов. Достигаемый технический результат - реализация независимого механизма защиты для уровня МДР и экономия ресурса оптической длины волны. В устройстве система МДР дополнена передающим модулем и приемным модулем, которые содержат М защитных каналов для связи передающей стороны и приемной стороны, N рабочих каналов, устройством переключения, которое в соответствии с запросом переключения от системы МДР переключает сигнал либо с указанного рабочего канала на указанный защитный канал, либо переключает сигнал на указанном защитном канале обратно на указанный рабочий канал, при этом М и N являются натуральными числами и М<N. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство защиты оптического канала (ЗОК) на основе уровня МДР, предназначенное для достижения передачи сигнала для рабочих каналов и выбора маршрутизации для защитных каналов между переносимым трафиком и системой МДР, содержащее передающий модуль и приемный модуль, причем передающий модуль, как и приемный модуль, содержит N рабочих каналов, подключенных к приемным концам и передающим концам N рабочих каналов в системе МДР соответственно, причем передающий модуль и приемный модуль также содержат М защитных каналов, которые подключены к приемным концам и передающим концам М защитных каналов в системе МДР, и устройство переключения, предназначенное для переключения сигналов на указанных рабочих каналах на указанные защитные каналы или переключения сигналов на указанных защитных каналах обратно на указанные рабочие каналы в соответствии с запросами переключения от системы МДР, где М и N являются натуральными числами, и М<N.2. Устройство защиты оптического канала на основе уровня МДР по п.1, в котором количество М защитных каналов больше 1.3. Устройство защиты оптического канала на основе уровня МДР по п.1, в котором устройство переключения передающего модуля содержит N соединителей 50:50 и оптический переключатель N×M, причем один из двух выходных портов каждого соединителя подключен к рабочему каналу в системе МДР, а другой подключен ко входному порту оптического переключателя N×M, M выходных портов оптического переключателя N×M подключены к М защитным каналам в системе МДР соответственно, устройство переключения приемного модуля содержит соединители 50:50 и оптический переключатель M×N, причем один из двух входных портов каждого соединителя подключен к рабочему каналу в системе МДР, а другой подключен к выходному порту оптического переключателя N×M, М входных портов оптического переключателя M×N подключены к М защитным каналам в системе МДР соответственно.4. Устройство защиты оптического канала на основе уровня МДР по п.1, в котором устройство переключения передающего модуля содержит N оптических переключателей 1×2 и оптический переключатель N×M, причем один из двух выходных портов каждого оптического переключателя 1×2 подключен к рабочему каналу в системе МДР, а другой подключен к одному порту оптического переключателя N×M, и М входных портов оптического переключателя N×M подключены к М защитным каналам в системе МДР соответственно, устройство переключения приемного модуля содержит N оптических переключателей 1×2 и оптический переключатель M×N, причем один из двух входных портов каждого оптического переключателя 1×2 подключен к рабочему каналу в системе МДР, а другой подключен к выходному порту оптического переключателя N×M, и М входных портов оптического переключателя M×N подключены к М защитным каналам системы МДР соответственно.5. Устройство защиты оптического канала на основе уровня МДР по п.1, в котором устройство переключения передающего модуля содержит оптический переключатель N×(N+M), N+M выходных портов которого подключены к N рабочим каналам и М защитным каналам в системе МДР соответственно, устройство переключения приемного модуля содержит оптический переключатель (N+M)×N, N+M входных портов которого подключены к N рабочим каналам и М защитным каналам в системе МДР.6. Способ защиты оптического канала на основе уровня МДР, предназначенный для достижения передачи сигнала по рабочим каналам и выбора маршрутизации для защитных каналов между переносимым трафиком и системой МДР, содержащий этапы, на которых (1) отслеживают качество сигналов на каждом канале и состояние маршрутизации модулей ЗОК в системе в режиме реального времени системой МДР, (2) определяют наличие сигналов на рабочих каналах, которые нужно переключить на защитные каналы, системой МДР, если таковые имеются система МДР выбирает защитные каналы, (3) отправляют запросы точного переключения на передающий модуль ЗОК и приемный модуль ЗОК системой МДР, (4) осуществляют переключение в соответствии с запросами переключения от системы МДР, передающим модулем ЗОК и приемным модулем ЗОК, имеется N рабочих каналов и М защитных каналов, причем М и N являются натуральными числами и M<N.7. Способ защиты оптического канала на основе уровня МДР по п.6, в котором количество М защитных каналов больше 1.8. Способ защиты оптического канала на основе уровня МДР по п.6, в котором также определяют посредством системы МДР, нужно ли переключать сигналы, передаваемые по защитным каналам, обратно на рабочий канал, и, если да, определяют рабочий канал для приема сигналов и отправляют запросы точного переключения на передающий модуль ЗОК и приемный модуль ЗОК одновременно.9. Способ защиты оптического канала на основе уровня МДР по п.6, в котором, когда никакие сигналы не переключаются на защитные каналы, защитные каналы переносят трафик с низким приоритетом.