專利名稱：高容量交換系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通信領域，并且更具體而言涉及在光傳輸網(wǎng)絡中使用的高容量網(wǎng)絡節(jié)點。
背景技術：
在光傳輸網(wǎng)絡中，需要可以在大量輸入和輸出端口之間靈活地交換大量高速數(shù)據(jù)信號的網(wǎng)絡節(jié)點。如今，光接口可用于高達40G比特/秒的信號速率，并且正在研究用于100G比特/秒的信號速率的接口。如今，大型網(wǎng)絡節(jié)點能夠處理的總業(yè)務容量的范圍高達數(shù)兆比特每秒。這種網(wǎng)絡節(jié)點是基于高速電信號交換的?？紤]到核心網(wǎng)中不斷增長的業(yè)務量需求，可以預計在未來將需要具有更高的交換容量的網(wǎng)絡節(jié)點。在電氣領域中執(zhí)行交換的網(wǎng)絡節(jié)點將根據(jù)占地面積和功耗而在尺寸上受到限制。全光交換技術正處于開發(fā)之中，但是當前允許以STS-I或分組粒度來交換100G比特/秒信號的光交換機仍然不可用，至少未用于大型交換機，而且一旦成熟之后成本也將相當高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種在傳輸網(wǎng)絡中使用的高容量交換系統(tǒng)，其包括多個輸入/輸出子系統(tǒng)和可被配置為將該輸入/輸出子系統(tǒng)互連的中央互連裝置。該子系統(tǒng)具有用于從網(wǎng)絡的傳輸線路接收數(shù)據(jù)信號并且向網(wǎng)絡的傳輸線路發(fā)送數(shù)據(jù)信號的輸入/輸出線路模塊，用于將該子系統(tǒng)連接到該互連裝置的一個或多個鏈路模塊，以及用于在子系統(tǒng)內(nèi)的輸入/輸出模塊與一個或多個鏈路模塊之間在時域和空域中交換數(shù)據(jù)信號的本地交換裝置。該鏈路模塊適用于將來自同一輸入/輸出子系統(tǒng)的不同輸入/輸出線路模塊的并且去往另一個所述輸入/輸出子系統(tǒng)的輸入/輸出線路模塊的數(shù)據(jù)信號聚合成信號突發(fā)，并且向每個信號突發(fā)添加有效載荷間隔。該交換系統(tǒng)還具有調(diào)度器，該調(diào)度器在該有效載荷間隔期間將該互連裝置配置為將信號突發(fā)交換到它們的目的地子系統(tǒng)。在具體的實施方式中，該互連裝置包括被配置為用于將所述子系統(tǒng)中的任意一個連接到任意一個的雙向光環(huán)路形式的光纖互連。每個都以唯一波長進行發(fā)射的光發(fā)射器位于鏈路模塊處，并且用于從光纖環(huán)路接收信號突發(fā)的可調(diào)諧光接收器也位于鏈路模塊處。在可選擇的實施方式中，使用光空間交換矩陣來實現(xiàn)該互連裝置。這些實施方式針對不斷增長的業(yè)務量需求提供了一種可以低成本實現(xiàn)的可擴展的并且靈活的技術方案。具體而言，該光環(huán)路實現(xiàn)在冗余、成本和功耗方面提供了優(yōu)勢。此夕卜，其使得能夠非常有效地實現(xiàn)組播連接。


現(xiàn)在將參考附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，其中圖I顯示了利用光交叉交換機的高容量網(wǎng)絡節(jié)點的第一實施方式；
圖2顯示了利用光環(huán)路的高容量網(wǎng)絡節(jié)點的第二實施方式；圖3顯示了在圖2的網(wǎng)絡節(jié)點中使用的內(nèi)部信號結(jié)構(gòu)。
具體實施方式
鑒于現(xiàn)有交換系統(tǒng)的限制和缺點，發(fā)明人已想到新的節(jié)點架構(gòu)和交換原理，以實現(xiàn)高容量高速光網(wǎng)絡節(jié)點。該交換系統(tǒng)采用多個輸入/輸出擱板(shelf)以及中央交換結(jié)構(gòu)和控制子系統(tǒng)，其中該輸入/輸出擱板攜帶多個I/O卡，諸如IP業(yè)務、S0NET/SDH/0TH業(yè)務或以太網(wǎng)業(yè)務之類的傳輸業(yè)務在I/O卡處進入該系統(tǒng)。在優(yōu)選實施方式中，該交換結(jié)構(gòu)具有基于波分復用的簡單的分路和延續(xù)架構(gòu)。如下文中將更詳細地解釋的，將使用快速可調(diào)諧接收器來選擇合適的業(yè)務信號。圖I顯示了在第一實施方式中具有通過中央空間交換矩陣M互連的多個I/O擱板Sl-Sn的大型交換系統(tǒng)I的設計。為了簡單起見，顯示了從左到右的業(yè)務流方向。但是，應該理解全部信號路徑實際上都是雙向的，并且每個I/O擱板都具有用于兩個方向的集成在同一 I/O板上的接收器和發(fā)射器。但是，在下文的描述中，對于左手邊的擱板僅顯示其用于交換系統(tǒng)I的接收器功能，而對于右手邊的擱板僅顯示其發(fā)射器功能。輸入側(cè)擱板SI、......、Sn_l中的每一個都具有多個輸入線路卡或模塊I1_I4,多個
中央級交換機CS1-CS4以及多個鏈路卡LC1-LC4。將輸入線路卡I1-I4中的每一個經(jīng)由中央級交換機CS1-CS4中的每一個連接到鏈路卡LC1-LC4中的每一個，如僅以輸入線路卡Il與鏈路卡LCl的連接為例所顯示的。在該實施方式中，顯示了四個輸入卡、四個中央級交換機和四個鏈路卡。但是，實施方式不限于該具體數(shù)目，并且輸入線路卡、中央級交換機和鏈路卡的數(shù)目可以彼此不同。該實施方式的中央級交換機是不可知的信元交換機。輸入線路卡提供接收的業(yè)務信號的適配功能以及用于將業(yè)務信號切割成長度相同的信元的分段功能，并且添加用于指示輸出端口的地址信息。對于時分復用(TDM)業(yè)務，如SDH或OTN幀，輸入線路卡還提供用于在信號進入中央級交換機之前互換時隙位置的時間交換功能。鏈路卡聚合接收到的信元，并且將它們饋送給中央交換矩陣M。鏈路卡也執(zhí)行時間交換功能，以將從中央級模塊接收的信元交換到去往中央交換矩陣M的信號中的正確的時隙位置。每個輸入擱板因此可以為TDM業(yè)務提供時間-空間-時間(TST)交換功能。具體而言，鏈路卡在其去往交換矩陣M的輸出處提供如信號BS所示意性地顯示的突發(fā)結(jié)構(gòu)的輸出信號。突發(fā)信號BS包括長度相等的信號突發(fā)B，其中每個突發(fā)去往特定的輸出擱板。信號突發(fā)B包括一個或多個信元C，并且始于有效載荷間隔G，將在下文解釋有效載荷間隔G的功能。每個鏈路卡的時間交換功能因此將來自不同的輸入端口的但是去往同一輸出擱板的信元聚合成信號突發(fā)B。通過如此操作，可以大大減少互連信道的數(shù)目。為了支持信號中的間隔G，已經(jīng)增加了信號比特速率。本質(zhì)上可以將這些突發(fā)視為內(nèi)部時分復用信號中的時隙，并且每個突發(fā)表示特定的有效載荷信道。除了有效載荷信道之外，可以向內(nèi)部信號添加下文將進一步解釋的OAM和控制信道。中央交換矩陣M是空間交換機，其具有比輸入輸出擱板中的交換機低的交換粒度和交換速度。因此，間隔G用于獲得基于每個突發(fā)來配置交換矩陣所需要的時間?？梢詫⒃摌?gòu)思應用于具有不同交換速度的交換技術的任意組合。在優(yōu)選實施方式中，中央交換矩陣M是光交換機，并且鏈路卡包括E/Ο轉(zhuǎn)換器以生成光突發(fā)信號BS?？梢允褂美缥⑿顽R面技術、液晶技術、平面波導線路中的波束轉(zhuǎn)向交換機或者可調(diào)諧光纖技術來實現(xiàn)光交換矩陣。輸出側(cè)擱板(如擱板S2)包括鏈路卡LC1’_LC4’，其接收來自中央交換矩陣M的信號，轉(zhuǎn)換回電域，并且通過多個中央級交換機CS1’-CS4’將信號突發(fā)B中所包括的有效載荷信元分配給合適的輸出線路卡01-04。輸出線路卡具有重組功能，用于重組有效載荷信號，以便前向傳輸接收到的信號。與輸入側(cè)類似，擱板S2執(zhí)行從在不同的鏈路卡LC1’-LC4’處接收的信號突發(fā)到輸出線路卡01-04的外出數(shù)據(jù)信號的時間-空間-時間交換功能。簡而言之，發(fā)明人提出的交換構(gòu)思采用位于入口 I/O擱板中的多個時間-空間-時間電交換機，其生成在承載實際的有效載荷信號的連續(xù)突發(fā)之間具有(關于有效載荷的)間隔的新的更高速率的TDM信號。空間交換機M定義出口 I/O擱板。出口 I/O擱板 提供第二時間-空間-時間電交換功能。輸入側(cè)I/O擱板表示第一交換級，其支持到其他I/O擱板的本地和第一級交換。對專用于不在同一 I/o擱板中的端口的全部信號進行重排，使得每個突發(fā)包括專用于一個其他擱板的信號的集合。突發(fā)自身被細分成信元，以允許保持非常精細的信號交換粒度，例如STS-I的等同形式。除了時隙重構(gòu)之外，還引入了有效載荷間隔，其產(chǎn)生了所謂的連續(xù)突發(fā)。間隔的引入增加了內(nèi)部信號的傳輸速度。然后，在中央空間級M中將突發(fā)交換到相應的目的地I/O擱板。由于中央級使用不同的技術，例如具有不同交換速度的光交叉或突發(fā)交換，所以該間隔使得能夠適應于該速度?？梢杂芍醒胝{(diào)度器(未顯示)在進入突發(fā)之前配置該光交換機。最后，在出口級以精細的粒度將該信號交換到去往的外出端口的合適的時隙。在廣播或組播的情況中，還可以將突發(fā)連接到多個出口 I/o擱板。圖2顯示了利用波分復用和快速可調(diào)諧接收器的交換系統(tǒng)的有利的實現(xiàn)的框圖。交換系統(tǒng)10具有四個I/O擱板11、12、13、14，每個I/O擱板裝配有多個I/O卡或模塊。通過中央交換結(jié)構(gòu)15將I/O擱板11-14互連。交換結(jié)構(gòu)15包括雙向的雙光纖環(huán)路16，I/O擱板11-14中的每一個連接到該環(huán)路。光環(huán)路16使用波長復用來承載從所有擱板到所有其他擱板的所有業(yè)務。向每個擱板分配不同的波長子集λ1-λ4以供傳輸。可以基于每個突發(fā)將每個擱板上的接收器調(diào)諧到這些波長中的任何一個。代替“真實”交換機，來自所有I/O擱板的所有鏈路卡的所有信號都沿著光環(huán)路16被路由，并且可以在所有其他I/o擱板處被接收。向輸入側(cè)I/O擱板的鏈路卡中的每個光發(fā)射器分配唯一波長，從而可以使用波長復用來并行發(fā)送并且在合適的接收器處分離來自不同的鏈路卡以及來自不同的I/o擱板的光突發(fā)信號。光環(huán)路16是雙光纖環(huán)路，其中將全部信號饋送到兩個環(huán)路，但是出于保護的目的，這兩個環(huán)路使用相對的方向。應該理解，光環(huán)路僅僅是用于互連I/o擱板的一種可能。也可以使用其他互連技術，如總線型、星型或集線器型光架構(gòu)。從一個突發(fā)到另一個突發(fā)即基于每個突發(fā)，將輸出側(cè)I/O擱板中的接收器調(diào)諧到合適的波長。突發(fā)信號中的有效載荷間隔使得有足夠的時間來調(diào)諧光接收器。代替“真實”間隔，即代替信號暫停，有效載荷間隔可以包括訓練信號，以在調(diào)諧階段將接收器訓練到正確的波長。這可以顯著加速調(diào)諧。在操作中，將接收器調(diào)諧到第一波長以接收第一信號突發(fā)，然后將其調(diào)諧到來自不同I/o擱板的第二波長以接收第二信號突發(fā)，諸如此類。因此，通過接收器的調(diào)諧來實現(xiàn)該實施方式中的光交換。中央調(diào)度器21控制I/O擱板，使得輸入側(cè)擱板將用于特定輸出側(cè)擱板的信元映射到合適的信號突發(fā)，并且在正確的時間將輸出側(cè)擱板中的可調(diào)諧接收器調(diào)諧到正確的波長，以接收去往該擱板的信號突發(fā)。原則上，同樣有可能向接收器分配固定的波長，并且基于每個突發(fā)調(diào)諧發(fā)射器。但是，這將使組播互連的實現(xiàn)復雜化，因為發(fā)射器隨后將必須在突發(fā)應該去往的每個接收器波長上復制該突發(fā)。此外，與固定波長發(fā)射器和可調(diào)諧接收器相比，可調(diào)諧發(fā)射器將更昂貴。調(diào)度還可以由與有效載荷信道一起被發(fā)送但是被電氣處理以控制光交換的單獨的OAM和控制信道來支持。提供了用于中央控制和調(diào)度的中央控制系統(tǒng)20。其包括調(diào)度器21以及性能監(jiān)視(PM)和警報處理及保護交換控制器功能?？刂?、OAM和調(diào)度信息被并行發(fā)送到中央控制系統(tǒng)20，并且調(diào)度器21使用交換控制信息來配置光交換功能。調(diào)度器21的功能在于協(xié)調(diào)在發(fā)射器處發(fā)送突發(fā)時的定時以及目的地I/O擱板中的接收器將被調(diào)諧到發(fā)射器波長以接收該突發(fā)時的定時。當所有鏈路卡被同步以在同一時刻發(fā)送它們的突發(fā)時，該協(xié)調(diào)得以簡化，使得調(diào)度器僅在沒有兩個發(fā)射器在同一時間發(fā)送用于同一接收器的突發(fā)時才必須進行協(xié)調(diào)。作為中央控制和調(diào)度系統(tǒng)的替換，可以實現(xiàn)具有彼此通信的輸入調(diào)度器和輸出調(diào)度器的分布式調(diào)度系統(tǒng)。可以用請求和許可消息來實現(xiàn)輸入調(diào)度器和輸出調(diào)度器之間的通信。另外，可以使用中央調(diào)度器來解決擁塞。允許插入有效載荷間隔來配置光交換機的超速因子可以通過非常有效的調(diào)制格式來實現(xiàn)，如使用64QAM調(diào)制的光OFDM (正交頻分復用)。圖3顯示了具有第一突發(fā)BI和第二突發(fā)B2的光突發(fā)信號BS。用訓練信號T來填充在每個信號突發(fā)B1、B2開頭的有效載荷間隔。突發(fā)的有效載荷部分承載信號信元C。訓練信號具有已知的信號模式，其使得能夠有效地找到最佳波長。其可以具有光信號中的最大數(shù)目的信號轉(zhuǎn)換。信號模式的選擇可以取決于實際使用的調(diào)制方案。對于簡單的開-關鍵控，模式10101010…將表示例如良好的選擇。上述交換結(jié)構(gòu)將允許以成本、功率和尺寸非常有效的方式建立10T/100T或者甚至更高的交換和路由系統(tǒng)。對于I/o級，可以復用現(xiàn)有的交換系統(tǒng)，如阿爾卡特朗訊的光交叉連接器1870TTS?？梢詫/O擱板中的本地中央級交換機實現(xiàn)為如EP1699257和EP1641191中所述的或者如申請?zhí)枮?8172422的歐洲專利申請“Network Element forSwitching Time Division Multiplex Signals”中所述的不可知信元交換機,其通過引用的方式并入本文。說明書和附圖僅僅示出了本發(fā)明的原理，因此應理解本領域技術人員將能夠想到雖然本文沒有明確描述或顯示但是體現(xiàn)了本發(fā)明的原理的各種配置。此外，本文所述的所有示例原則上明確地僅用于教學的目的，以輔助讀者理解本發(fā)明的原理和發(fā)明人對于推進本領域所貢獻的構(gòu)思。為了給出優(yōu)選實現(xiàn)的更具體的示例，I/O擱板可以具有32個線路卡，每個線路卡 具有100G的信號容量。對于該矩陣，I/O擱板將具有用于攜帶在四個不同的波長上進行操作的四個發(fā)射器的單個鏈路卡。可以通過中央交換功能15連接15 (或25)個I/O擱板，因此承載60 (或100)個不同的波長。每個波長將承載信號速率大約為IT比特/秒的突發(fā)信號?？偣怄溌烽L度將低于300米。在I/O擱板中，將在多個大約53M比特/秒(STS-1的等同形式)的時隙中交換TDM業(yè)務。每個有效載荷突發(fā)可以具有9. 6μ s的長度?？梢栽诖蠹s20ns中實現(xiàn)接收器中的調(diào)諧。每個突發(fā)的訓練序列可以具有例如80ns 的長度。
權利要求
1.一種在傳輸網(wǎng)絡中使用的交換系統(tǒng)，包括多個輸入/輸出子系統(tǒng)(Sl-Sn和可被配置為將所述輸入/輸出子系統(tǒng)互連的中央互連裝置(M;15，LC1’-LC4’)，其中，所述子系統(tǒng)包括 輸入/輸出線路模塊(11-14,01-04)，其用于從所述網(wǎng)絡的傳輸線路接收數(shù)據(jù)信號，并且向所述網(wǎng)絡的傳輸線路發(fā)送數(shù)據(jù)信號； 一個或多個鏈路模塊(LC1-LC4，LC1’ -LC4’)，其用于將所述子系統(tǒng)(Sl-Sn ;11_14)連接到所述互連裝置(M;15);以及 本地交換裝置(CSl-CS4，Csl’-CS4’)，其用于在所述子系統(tǒng)(Sl-Sn ;11_14)內(nèi)的所述輸入/輸出模塊(11-14,01-04)與所述一個或多個鏈路模塊(LC1-LC4，LC1’ -LC4’ )之間在時域和空域中交換數(shù)據(jù)信號； 其中所述鏈路模塊(LC1-LC4, LCT -LC4’ )適用于將來自同一輸入/輸出子系統(tǒng)的不同輸入/輸出線路模塊(11-14)的并且去往另一個所述輸入/輸出子系統(tǒng)的輸入/輸出線路模塊(01-04)的數(shù)據(jù)信號聚合成信號突發(fā)(B ；B1, B2)，并且向所述信號突發(fā)(B ；B1, B2)提供有效載荷間隔(G ；T);并且 其中所述交換系統(tǒng)還包括調(diào)度器(21)，所述調(diào)度器用于在所述有效載荷間隔(G ；Τ)期間將所述互連裝置(M;15，LC1’ -LC4’ )配置為將所述信號突發(fā)交換到它們的目的地子系統(tǒng)。
2.根據(jù)權利要求I所述的交換系統(tǒng)，其中所述互連裝置包括 用于將所述子系統(tǒng)(11-14)中的任意一個連接到任意一個的光纖互連(16)； 位于所述鏈路模塊(LC1-LC4)處的光發(fā)射器，其中，每個光發(fā)射器適用于以與任意其他的所述光發(fā)射器的波長不同的唯一波長(λ 1-λ4)進行發(fā)射；以及 位于所述鏈路模塊(LC1’-LC4’)處的可調(diào)諧光接收器，其用于接收來自所述光纖互連(16)的信號突發(fā)(B1，B2)。
3.根據(jù)權利要求2所述的交換系統(tǒng)，其中，所述光纖互連(16)被配置為雙向光環(huán)路形式。
4.根據(jù)權利要求2所述的交換系統(tǒng)，其中，所述有效載荷間隔(T)包括用于所述可調(diào)諧接收器的快速調(diào)諧的訓練信號。
5.根據(jù)權利要求I所述的交換系統(tǒng)，其中，所述互連裝置包括光空間交換矩陣(M)。
6.根據(jù)權利要求I所述的交換系統(tǒng)，其中，所述本地交換裝置(CS1-CS4，Csr-CS4’ )適用于執(zhí)行時間-空間-時間交換功能。
7.根據(jù)權利要求6所述的交換系統(tǒng)，其中，所述本地交換裝置(CS1-CS4，Csr-CS4’ )包括 位于所述輸入/輸出線路模塊(11-14，01-04)處的第一時間交換裝置，其用于將接收的數(shù)據(jù)信號與將要發(fā)送的數(shù)據(jù)信號中的時隙互換； 本地中央級模塊(LC1-LC4，LC1’ -LC4’)，其用于在所述輸入/輸出線路模塊(11-14，01-04)與所述一個或多個鏈路模塊(LC1-LC4，LC1’ -LC4’ )之間執(zhí)行空間交換功能；以及位于所述一個或多個鏈路模塊(LC1-LC4，LC1’-LC4’)處的第二時間交換裝置，其用于交換去往和來自所述信號突發(fā)(B1，B2)的有效載荷信號。
8.根據(jù)權利要求I所述的交換系統(tǒng)，其中，所述本地交換裝置(LC1-LC4，LC1’-LC4’ )包括信元交換機，并且其中所述輸入/輸出線路模塊包括分段和重組設備，所述分段和重組設備用于將接收的數(shù)據(jù)信號分段成長度相等的信元，并且添加用于所述信元交換機的地址信息，以及用于重組信元以形成將要發(fā)送的數(shù)據(jù)信號。
9.根據(jù)權利要求I所述的交換系統(tǒng)，其中，所述鏈路模塊(LC1-LC4，LC1’-LC4’ )用比所述輸入/輸出線路模塊(11-14,01-04)高得多的數(shù)據(jù)速率進行發(fā)送。
10.根據(jù)任意一項前述權利要求所述的交換系統(tǒng)，其中，將所有輸入/輸出子系統(tǒng)(Sl-Sn ; 11-14)的所述鏈路模塊(LC1-LC4，LC1’ -LC4’ )同步，以同步地發(fā)送所述突發(fā)(B ；BI, B2)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種在傳輸網(wǎng)絡中使用的高容量交換系統(tǒng)，其包括多個輸入/輸出子系統(tǒng)和可被配置為將該輸入/輸出子系統(tǒng)互連的中央互連裝置。該子系統(tǒng)具有用于從網(wǎng)絡的傳輸線路接收并且向網(wǎng)絡的傳輸線路發(fā)送數(shù)據(jù)信號的輸入/輸出線路模塊，將該子系統(tǒng)連接到該互連裝置的一個或多個鏈路模塊，以及用于在子系統(tǒng)內(nèi)的輸入/輸出模塊與一個或多個鏈路模塊之間在時域和空域中交換數(shù)據(jù)信號的本地交換裝置。該鏈路模塊適用于將來自同一輸入/輸出子系統(tǒng)的不同輸入/輸出線路模塊的并且去往另一個所述輸入/輸出子系統(tǒng)的輸入/輸出線路模塊的數(shù)據(jù)信號聚合成信號突發(fā)，并且向每個信號突發(fā)添加有效載荷間隔。該交換系統(tǒng)還具有調(diào)度器，該調(diào)度器在該有效載荷間隔期間將該互連裝置配置為將該信號突發(fā)交換到它們的目的地子系統(tǒng)。
文檔編號H04Q11/00GK102656900SQ201080057543
公開日2012年9月5日 申請日期2010年11月26日 優(yōu)先權日2009年12月18日
發(fā)明者G·邁爾, H·豪恩施泰因 申請人:阿爾卡特朗訊