專利名稱：采用光學標號交換的高信息輸出量、短等待時間的新一代互聯(lián)網(wǎng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及本發(fā)明涉及光通信系統(tǒng)，尤其涉及一種能適合于高信息輸出量、短等待時間并能進行高速標頭檢測和發(fā)生的網(wǎng)絡業(yè)務的光學系統(tǒng)。
2．背景領域的描述近年來，光學波分多路復用器(WDM)技術研究的不斷進步已經(jīng)促使網(wǎng)絡的傳輸帶寬的數(shù)量級超過了已有的商業(yè)網(wǎng)絡。盡管信息輸出量的增加就其自身意義來說是令人佩服的，但降低網(wǎng)絡的等待時間也是刻不容緩的，只有這樣才能實現(xiàn)新一代超高速網(wǎng)絡的新一代互聯(lián)網(wǎng)(NGI)，這種網(wǎng)絡能夠支持各種新的應用，包括國內啟動(national initiatives)。為此，人們目前正致力于對WDM光學分組交換技術的超短等待時間互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)的研究開發(fā)，這種技術能夠在實現(xiàn)高信息輸出量和短等待時間兩者的兩方面的目的。這種努力正象所承諾的那樣，完全能夠實現(xiàn)這兩方面的目的。
要實現(xiàn)這種IP/WDM網(wǎng)絡，必須滿足幾個先決條件。首先，NGI網(wǎng)絡必須與已有的互聯(lián)網(wǎng)一起工作，并且必須能夠避免協(xié)議之間有矛盾。第二，NGI網(wǎng)絡必須不僅能夠提供超短等待時間，并且還必須同時具有分組交換(即，突發(fā)的)IP業(yè)務和電路交換WDM網(wǎng)兩者的優(yōu)點。第三，最好NGI網(wǎng)是不依賴于信令和數(shù)據(jù)有效負載之間的精確同步的。最后，所要求的目標是NGI網(wǎng)能夠適合于各種協(xié)議和格式的數(shù)據(jù)業(yè)務，從而能夠發(fā)送和接收IP信號以及非IP信號，而無需復雜的同步轉換或格式轉換。
與其它工作的比較多波長光學網(wǎng)(MONET)系統(tǒng)(如，R.E.Wagner等人的論文“MONET:Multi-Wavelength Optical Networking”，該論文發(fā)表在1996年第14卷第6期的“光波技術學報”上)在光學網(wǎng)方面顯示出它具有幾個主要的里程碑，包括通過12個以上散布在國家標定光纖距離上的可配置網(wǎng)絡元件進行的多波長透明傳輸。然而，這種網(wǎng)絡是電路交換的，并且在提供突發(fā)業(yè)務時效率不高。從提出請求到交換典型連接的建立時間是幾秒，它受限于網(wǎng)絡控制和管理(NC＆M)以及硬件的能力。近年來，為提高效率而花在MONET項目上的努力主要集中在“適時信令(Just-in-Time signaling)”方案。這種方法采用嵌入的1510nm NC＆M信令，它使數(shù)據(jù)有效負載繼續(xù)一段估計的延遲時間。為了使信令標頭和有效負載的交換同步，對于每一波長的每一種網(wǎng)絡配置，必須精確地進行這種估計。
按照本發(fā)明，光學分組標頭與分組有效負載數(shù)據(jù)一樣地承載在同一波長上的。這種方法調節(jié)了標頭和有效負載同步地發(fā)送。另外，在每一中間光學交換機處采用合適的光學延遲，可以無需在本地交換機處通過引入光學延遲而估計初始的突發(fā)延遲。這使得與“適時信令”形成尖銳的差別，這時，沿路徑上每一交換機處的延遲必須是事先知道的，并且必須在總延遲的計算中考慮進去。最后，在請求連接時間以及實際實現(xiàn)連接方面浪費很少時間。與MONET中看到的幾秒延遲相比，本發(fā)明研究內容使延遲減小到最小，而僅受每一交換機中實際硬件交換延遲的限制。當前交換技術使延遲僅為幾個毫秒，并且在將來可以實現(xiàn)更短的延遲?？梢栽诓捎媒粨Q機的每一網(wǎng)絡元件處通過采用光纖延時線而引入這樣短的時延。本發(fā)明研究內容可以得到降低到硬件的基本極限可能最短的等待時間，并且不可能采用其他技術而得到再短的等待時間。
在由Chang等人撰寫并于1996年6月出版的“光波技術學報”第14卷第6期上刊登的論文“多波長可重配置WDM/ATM/SONET網(wǎng)試驗臺”中報告了光網(wǎng)絡技術合作(ONTC)的結果。ONTC項目的兩個階段，階段Ⅰ(155Mb/s,4-波長)和階段Ⅱ(2.5Gb/s,8-波長)是配置在基于多轉發(fā)ATM的網(wǎng)上。盡管這樣一種基于ATM的結構增加了較大的開銷，并排除了單轉發(fā)網(wǎng)的可能性，但由于采用了同步ATM單元本身而使得分組/標頭信令成為可能。這種NC&M信息的通信是通過相同的光波長進行的，它潛在地提供了與本發(fā)明技術相似的好處。然而，本發(fā)明的技術與基于ATM的信令相比還有幾個顯著的優(yōu)點。第一，本發(fā)明的技術提供了用于有效負載的單轉發(fā)連接，而無需轉換成電信號以及對分組進行緩沖。第二，通過排除過度的開銷而可以非常有效地利用帶寬。第三，允許嚴格的透明，而且連接等待時間非常短。
I.P.Kaminow等人在于1996年第14卷第5期IEEE學報選擇的通信領域中發(fā)表的論文“寬帶全光學WDM網(wǎng)”中報告了DARPA贊助的全光學網(wǎng)(AON)合作結果。實際上，AON項目有兩個部分如前述論文中報告的WDM，以及同一出版物副刊中報告的TDM。首先討論AON項目的WDM部分，隨后討論TDM部分。
AON結構是一個三級分層的子網(wǎng)結構，與計算機網(wǎng)絡中常見的LAN、MAN和WAN很象。AON在光學終端(0T)之間提供三種基本的服務A、B和C服務。A是透明的電路交換服務，B是透明的按時間排列的TDM/WDM服務，而C是用于信令的不透明的數(shù)據(jù)報服。在B服務采用的結構中，使用每幀128時隙的250毫秒幀。在一個時隙或一組時隙中，使用者可以自由地選擇調制速率和格式。按照AON結構執(zhí)行的B服務最接近于WDM上的IP，而WDM是本發(fā)明的研究內容。然而，將C服務中的NC&M信令與B服務中的有效負載分開要求仔細地使信令標頭和有效負載之間進行同步。當使用具有任意位速率的每幀128個時隙的250毫秒幀時，這種要求更加嚴格。不僅必須在位級上出現(xiàn)同步，而且這種同步必須能夠在整個網(wǎng)絡上.實現(xiàn)。由于可量測性和彼此協(xié)作性不是與網(wǎng)絡同步要求同步的，所以可量測性和彼此協(xié)作性是非常困難的。本發(fā)明研究內容僅要求有效負載和標頭是同時發(fā)送和接收的，能夠與現(xiàn)有的IP和非IP業(yè)務協(xié)調工作，并且是可測量的。
TDM研究計劃是針對100Gb/s的位速率的。原則上，這樣超高速的TDM網(wǎng)絡具有潛力來提供根據(jù)100Gb/s的突發(fā)速率要求的確實是靈活的帶寬。然而，在這樣高的位速率系統(tǒng)后面有許多重要的技術挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)主要涉及光纖的非線性、色散和偏振性能的降低。盡管光弧子技術可以減緩某些困難，但它仍然要求極精確的網(wǎng)絡同步一一下降到幾個微微秒。另外，標頭和有效負載必須具有相同的位速率，因此，很難提供位速率透明的服務。按照本發(fā)明的研究內容是不依賴于精確的同步的，不依賴于100Gb/s技術的，而是提供透明的服務的。
Cisco公司近來公布了一種基于標記交換(Tag-Switching)的產(chǎn)品，Cisco公司的標記交換的一般性描述見萬維網(wǎng)(http://www.cisco.com/warp/public/732/tag/)。Cisco(電子)標記交換向穿越由路由器和交換機組成的網(wǎng)絡的分組分配一個標號或“標記”。在傳統(tǒng)的路由器網(wǎng)絡中，每一分組必須由每一路由器來處理，以確定分組向其最終的目的地的下一個轉發(fā)。在一種(電子)標記交換網(wǎng)中，標記是分配給目的地網(wǎng)或主機的。隨后，分組通過網(wǎng)絡交換，網(wǎng)絡中的每一個節(jié)點簡單地就是一些交換標記，而不是對每一分組進行處理。一種(電子)交換網(wǎng)將由一個核心的(電子)標記交換機(傳統(tǒng)的路由器或交換機)組成，它們與網(wǎng)絡邊緣上的(電子)標記邊緣路由器相連。(電子)標記邊緣路由器和標記交換機采用標準的路由選擇協(xié)議來識別通過網(wǎng)絡的路由。隨后，這些系統(tǒng)采用由路由選擇協(xié)議產(chǎn)生的表格，通過標記分發(fā)協(xié)議來分配和分發(fā)標記信息。標記交換機和標記路由器接收標記分發(fā)協(xié)議信息，并建立起傳送數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫將特定的目的地映射到與這些目的地和端口相關的標記上，而這些標記是可以通過這些目的地和端口達到的。
當標記邊緣路由器接收用于在標記網(wǎng)絡上傳送的分組時，它分析網(wǎng)絡層標頭，并執(zhí)行可適用的網(wǎng)絡層服務。隨后，它從其路由選擇表中選擇出用于該分組的路由，附上一個標記，并將該分組傳送到下一個轉發(fā)標記交換機。
標記交換機接收具有標記的分組，并僅根據(jù)標記來切換分組，而不對網(wǎng)絡層標頭進行重新分析。分組達到網(wǎng)絡出口點處的標記邊緣路由器，而標記是在該出口點處除去，分組是在該出口點處傳遞的。在Cisco公司宣布了有關(電子)標記交換的消息以后，IETF(互聯(lián)網(wǎng)工程任務組)推薦了一種MPLS(多協(xié)議標號交換)，用來在路由器和包括ATM交換機的交換機中執(zhí)行標準化的不依賴于廠商的(電子)標記交換功能。
在Cisco(電子)標記交換中有幾個性能是與本發(fā)明的研究內容光學標記交換類似的，這些性能也是針對簡化分組路由選擇所需處理過程的目標的。其主要差別如下。第一，光學標記交換其意義就是純光學的，其標記和數(shù)據(jù)有效負載兩者都呈光學形式。盡管用每一插接和運作式模塊(本發(fā)明系統(tǒng)的一種元件)來探測光學標記，但直到實際的分組從網(wǎng)絡輸出時才進行光電轉換。Cisco公司的(電子)標記交換將全部是電子的，并進行電子檢測、處理和再傳送到位于每一路由器處的每一分組。第二，本發(fā)明的光學標記交換使得可能的等待時間為最短，并且不依賴于使用緩沖器。電子標記交換將具有大得多的等待時間，這是因為采用電子處理和電子緩沖的緣故。第三，本發(fā)明的光學標記交換采用路徑偏轉和/或波長轉換來解決由于爭用分組信息而造成的阻塞，而電子標記交換將僅采用電子緩沖作為解決爭用信息的手段，其代價是使等待時間增加，并且其性能是強烈地依賴于分組信息的多少的。本發(fā)明包括任意長度的分組信息。最后，本發(fā)明的光學標記交換實現(xiàn)了一種嚴格的透明網(wǎng)絡，在該網(wǎng)絡中，只要數(shù)據(jù)具有合適的光學標記，那么任何形式和協(xié)議的數(shù)據(jù)都可以傳送。所以，數(shù)據(jù)可以是任何位速率和調制格式的數(shù)字。電子標記交換要求數(shù)據(jù)有效負載具有與電子標記相同的給定數(shù)字位速率，這是由于路由器必須對它們進行電子緩沖。
另一種用作本發(fā)明的背景技術的代表性技術是所謂的通話偏轉虛擬電路協(xié)議(SDVC)，它是基于偏轉路由選擇方法的。N.F.Maxemchuk在1985年12月IEEE學報Globecom’85第255至261頁中的論文“曼哈頓大街網(wǎng)絡”中指出，當兩個分組信息試圖到達相同的目的地時，其中的一個分組信息將可以隨機地被選擇用于較佳的輸出鏈路，而另一分組信息將“偏轉到”非較佳鏈路。這就是說，偶然地，分組信息將選用不是最短的那些路徑。本發(fā)明采用的偏轉方法不是“隨機”地選擇分組信息使之取最佳的路徑，相反，它嘗試查看分組信息的優(yōu)先級，并使具有最高優(yōu)先級的分組信息使它選擇通往最佳路徑的路由。如果分組信息的優(yōu)先級較低，則這些分組信息將被偏轉；但將同時采用‘路徑偏轉’和‘波長偏轉’兩者。路徑偏轉與傳統(tǒng)的SDVC的相似之處是，光學分組信息將經(jīng)路由選擇通往處于同一波長下的下一個最佳的路徑。波長偏轉使得光學分組經(jīng)路由選擇通往不處于同一波長下最佳路徑。這一波長偏轉是通過在網(wǎng)絡元件處的波長轉換來實現(xiàn)的。采用部分有限波長的轉換，這就是說，對于給定的原始波長，并不是所有的波長都用于目的地波長的。波長偏轉可以解決因波長爭用而造成的阻塞，而不會增加路徑延遲。將路徑偏轉和波長偏轉組合起來為解決分組信息的爭用而提供了另外的連接性能；但是，當阻塞速率開始增大時，可以增加部分波長轉換的程度。網(wǎng)絡的這種可測量性和靈活性是傳統(tǒng)的SDVC所不能及的。
除了上面詳述的整個系統(tǒng)的考慮以外，還有必須考慮的是如何有效地檢測和/或再插入采用相同的光學波長在網(wǎng)絡上與用于傳播的數(shù)據(jù)有效負載組合起來的標頭。上述論文中的主要側重點是將副載波標頭與基帶數(shù)據(jù)有效負載組合起來的技術。針對這一問題的開頭兩篇論文是由A.Bidman等人在1992年發(fā)表的，他們將2.56Gb/s數(shù)據(jù)有效負載與3GHz載波上的40Mb/s標頭組合[A.Budman,E.Eichen,J.Schalafer,R.Olshansky和F.McAleavey的論文“采用副載波尋址進行路由自選擇網(wǎng)絡的多吉位光學分組交換機”，Technical Digest,paper Tu04，第90-91,OFC’92]，以及W.I.Way等人將2.488Gb/s數(shù)據(jù)有效負載與可調微波導頻音(調諧在2.520與2.690GHz之間)，用來通過聲光可調諧濾波器選擇WDM環(huán)網(wǎng)中的SONET分組信息[W.I.Way,D.A.Smith,J.J.Johnson,H.Izadpanah和H.Johnson的論文“路由自選擇的WDM高容量SONET環(huán)網(wǎng)”，Technical Digest,paper Tu02,第86-87頁，OFC’92以及W.I.Way,D.A.Smith,J.J.Johnson以及H.Izadpanah的論文“一種路由自選擇的WDM高容量SONET環(huán)網(wǎng)”，IEEE光子學技術論文集，第4卷，第402-404頁，1992年4月，2,3]。二論文都采用單個的激光二極管來攜帶數(shù)據(jù)有效負載和副載波標頭。這一技術也已在局域DWDM光學分組交換網(wǎng)中進行了深入的研究[R.T.Hofmeister,L.G.Katzovsky,C.L.Lu,P.Poggiolini和F.Yang:“CORD:optical packet-switched network tested(光學分組交換網(wǎng)測試臺)”，《光纖和集成光學》，1997年，第16卷，第199-219頁]，在幾種其他的全光學網(wǎng)中也進行了深入的研究[E.Park和A.E.Willner《采用全光學波長轉換器和QPSK副載波路由選擇控制的路由自選擇波長分組的網(wǎng)絡演示》，IEEE光子學技術學報，1996年第8卷第938-940卷；以及M.Shell,M.Vaughn,A.Wang,D.J.Blumenthal,P.J.Rigole和S.Nilsson“用于多轉發(fā)波長路由選擇網(wǎng)的全光學路由選擇節(jié)點的實驗演示”，IEEE光子學技術學報，1996年第8卷，第139l-1393頁]。
他們沒有采用將副載波標頭與電學領域中的數(shù)據(jù)有效負載混合，而是采用兩個具有不同波長的激光二極管在光學領域內混合起來[B.H.Wang,K.Y.Yen和W.I.Way“采用并行處理的副載波轉發(fā)導頻音(P3)信令技術的吉位WDMA網(wǎng)演示”，IEEE光子學技術學報，1996年7月，第8卷，第933-934頁]。
然而，從下面的意義上說，采用兩個波長來分別傳送數(shù)據(jù)有效負載和標頭是不實際的在全光學DWDM網(wǎng)中，最好使可能含有網(wǎng)絡操作信息的標頭沿與數(shù)據(jù)有效負載相同的路線傳播，從而可以真實地報告數(shù)據(jù)有效負載的最新狀態(tài)。如果標頭和數(shù)據(jù)有效負載是由不同的波長傳送的，那么在網(wǎng)絡中它們將沿完全不同的路徑行進，標頭可能不會報告數(shù)據(jù)有效負載的實際經(jīng)歷。所以，盡管最好使副載波和數(shù)據(jù)有效負載由相同的波長來傳送，但沒有人建議采用這種技術和給出其原理。
Wang等人所給出的副載波導頻音的原理由Shieh等人擴展至多個導頻音[W.Shieh和A.E.Willner，“采用多功能半導體光學放大器和多個導頻音編碼副載波控制標頭的波長路由選擇節(jié)點”，《IEEE光子學技術學報》，1997年9月第9卷第1268-1270頁]，這樣做主要是為了增加網(wǎng)絡地址數(shù)。
近年來，人們已經(jīng)考慮將‘標頭替換’用于分組交換網(wǎng)中的高信息輸出量，其中，由于鏈路中斷、輸出端口競爭和變化的業(yè)務類型，會使數(shù)據(jù)路徑發(fā)生變化。另外，標頭替換可以用來在不同網(wǎng)絡之間的網(wǎng)點處保持協(xié)議的兼容性。但是，已經(jīng)報告的僅有的方法是用于時分多路復用的標頭的，并且數(shù)據(jù)有效負載要求在網(wǎng)絡節(jié)點之間的定時同步有極高的精確性[X.Jiang,X.P.Chen和A.E.Willner“采用直接從分組標志產(chǎn)生的長CW域的全光學波長獨立分組標頭替換”，IEEE光子學技術學報，1998年11月第9卷第1638-1640頁]。
通過上文有關標頭產(chǎn)生和檢測細節(jié)的概述，我們已經(jīng)能夠理解現(xiàn)有技術的原理和建議的欠缺在于，其中采用副載波多路復用分組數(shù)據(jù)有效負載和多副載波標頭(包括老的和新的)，以致通過這些副載波標頭的(順序)引導，可以通過國家全光學DWDM網(wǎng)選擇一個路由傳遞大于2.5Gbps IP分組，這里，可以寫入的副載波標頭總數(shù)在40或更多的范圍內。
發(fā)明概要發(fā)明采用適用于光學網(wǎng)絡的特有的光學信令標頭技術。把分組路由選擇信息嵌入在相同的信道或波長內作為數(shù)據(jù)有效負載，從而標頭和數(shù)據(jù)信息通過具有相同路徑和相關延遲的網(wǎng)絡傳播。然而，標頭路由選擇信息與數(shù)據(jù)有效負載具有完全不同的特征，從而信令標頭的檢測可以不受數(shù)據(jù)有效負載的影響，并且可以去除信令標頭而不影響數(shù)據(jù)有效負載。本發(fā)明的研究內容使得這種唯一的信號路由選擇方法可以以模塊方式(包括光學標頭的插入、檢測和處理)疊加在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡元件上。
按照本發(fā)明采用完整NGI系統(tǒng)的廣義方法方面，提供了這樣一種方法，它在由多個網(wǎng)絡元件組成的波分多路復用系統(tǒng)中，將數(shù)據(jù)有效負載從輸入網(wǎng)絡元件傳播到輸出網(wǎng)絡元件，并且假設數(shù)據(jù)有效負載具有已知的格式和協(xié)議。該方法包括下述步驟(a)在將數(shù)據(jù)有效負載輸入到輸入網(wǎng)絡元件之前，在數(shù)據(jù)有效負載中加入一個標頭，該標頭具有一格式和協(xié)議，并且表示通過用于數(shù)據(jù)有效負載和標頭的每一網(wǎng)絡元件的本地路由，數(shù)據(jù)有效負載的格式和協(xié)議是與標頭的格式和協(xié)議無關的；以及(b)當數(shù)據(jù)有效負載和標頭通過WDM網(wǎng)傳播時，檢測每一網(wǎng)絡元件中的標頭，其中，標頭是由一個或多個標頭信號組成的，這些標頭信號由不同的副載波頻率傳送，并且排列成使最高可檢測副載波頻率對應于工作標頭信號，多個副載波頻率占據(jù)數(shù)據(jù)有效負載以上的頻帶，從而該檢測步驟還包括下述步驟(ⅰ)同時測量標頭信號，以產(chǎn)生標頭選擇信號，(ⅱ)作為在標頭選擇信號的控制下，選擇由最高可檢測副載波頻率傳送的工作標頭信號，以及(ⅲ)處理該工作標頭信號，以產(chǎn)生交換機控制信號，從而選擇標頭和數(shù)據(jù)有效負載通過網(wǎng)絡元件的路由發(fā)送。
按照本發(fā)明用于各網(wǎng)絡元件的意義系統(tǒng)方面，提供了一種在給定的光波長下檢測與數(shù)據(jù)有效負載一起傳送的標頭的系統(tǒng)，該標頭由一個或多個標頭信號組成，每一信號由不同的副載波頻率傳送，并且排列成使最高可檢測副載波頻率對應于一個工作標頭信號，多個副載波頻率占據(jù)數(shù)據(jù)有效負載以上的頻帶。該系統(tǒng)包括下述元件(a)同時測量標頭信號以產(chǎn)生標頭選擇信號的測量裝置；(b)與測量裝置耦合用來在標頭選擇信號的控制下確定由最高可檢測副載波頻率傳送的工作標頭信號的選擇器；以及(c)與選擇器耦合用來處理工作標頭信號以產(chǎn)生交換機控制信號來選擇標頭和數(shù)據(jù)有效負載的按路由發(fā)送的處理器。
附圖簡述通過下文中結合附圖對本發(fā)明的詳細描述，讀者將會更清楚地理解本發(fā)明的原理。其中，

圖1是描述網(wǎng)絡光學層和電學層之間的耦合的總體網(wǎng)圖示；圖2描繪的是圖1的網(wǎng)絡的光學層，圖中示出了光信號標頭和數(shù)據(jù)有效負載之間的關系，并且在網(wǎng)絡建立中采用的標頭/有效負載；圖3是按照本發(fā)明用于標頭編碼的光學發(fā)射機的高級方框圖；圖4是按照本發(fā)明用于標頭解碼的光學接收機的高級方框圖；圖5描繪的是WDM電路交換的干線網(wǎng)；圖6描繪圖1中所示具有嵌入交換機并采用本地路由選擇表的網(wǎng)絡元件；圖7描繪圖3中插接和運作式模塊標頭編碼電路的實施例的方框圖；圖8描繪圖3所示插接和運作式模塊標頭去除電路的實施例的方框圖；圖9描繪圖4所示插接和運作式模塊標頭檢測電路的實施例的方框圖；圖10描繪圖4更詳細的實施例的方框圖，其中的標號交換控制器包括插入分用器和標頭檢測器以及快速存儲器；圖11是由圖10所示每一標號交換控制器實施的處理流程圖；圖12是檢測工作標頭信號和插入新的工作標頭信號而沒有局部光注入的電路方框圖；圖13是檢測所有入射標頭信號以及插入新的原始標頭信號的復位電路方框圖；圖14是用于采用局部光注入檢測工作標頭信號和插入新的工作標頭信號的電路方框圖；圖15是除去單個標頭信號并用新的標頭信號替換除去的標頭信號的電路方框圖。
為了便于理解，本說明書中采用相同的標號來表示圖中相同的元件。
詳細描述為了能夠深入理解按照本發(fā)明的基本原理，以及引入在后文中所使用術語，下面首先給出概述，然后詳細描述實施例。
概述本發(fā)明涉及一種實現(xiàn)短等待時間、高信息輸出量并且價格-效能帶寬按要求的大塊數(shù)據(jù)的可以根據(jù)要求提供有效NGI應用。采用在已有的WDM網(wǎng)絡元件上插入便攜式“接插和運作式”模塊，可以實現(xiàn)對網(wǎng)絡的價格-效能、彼此協(xié)調的升級，以實現(xiàn)所謂的“WDM光學標號切換”或稱之為“光學標號切換”。從網(wǎng)絡元件設計的觀點看，本發(fā)明主要影響NGI網(wǎng)絡的硬件。
正象所指的方法那樣，由網(wǎng)絡及實現(xiàn)網(wǎng)絡的附屬電路所采用的方法是由稱作是WDM光學標號-切換的技術所產(chǎn)生的--定義為由帶內光學信令標頭進行的突發(fā)持續(xù)時間(burst duration)的路由選擇路徑的動態(tài)發(fā)生。對于每一分組使用帶內WDM信令標頭，通過WDM網(wǎng)絡按選擇路由發(fā)送數(shù)據(jù)分組。在一個切換節(jié)點處，對信令標頭進行處理，標簽標頭和數(shù)據(jù)有效負載(1)可以立即通過已有的流程狀態(tài)連接傳遞，或者(2)可以為一突發(fā)持續(xù)時間建立起一條路徑，以處理標頭和數(shù)據(jù)有效負載。WDM標號切換使得能夠進行高效率的路由選擇和信息輸出，并減小將分組路由選擇保持在一次轉發(fā)的光學水平而減少所需的IP級轉發(fā)(hop)次數(shù)，而這是由產(chǎn)生和保持路由選擇信息的“網(wǎng)絡控制和管理(NC&M)”管理的。
圖1示出的是由耦合光學層和電學層的中間層130提供的類屬網(wǎng)絡(genericnetwork)100的光學層120和電學層110之間的相互關系。為簡單起見，示出的電學層110由兩個傳統(tǒng)的IP路由器111和112組成。示出的光學層120由網(wǎng)絡元件或節(jié)點121-125組成。中間層130給出傳統(tǒng)的ATM/SONET系統(tǒng)131，它將IP路由器112與網(wǎng)絡元件122耦合。圖中還示出了按照本發(fā)明的層130的一部分是標頭網(wǎng)132，它將IP路由器111與網(wǎng)絡元件121耦合。圖1繪出的是國家級的網(wǎng)絡132的位置，它是具有全部相互協(xié)調能力和重新配置能力的透明的基于WDM的干線網(wǎng)。這里要強調的是在這一點處，圖1所示的元件僅是為描述按照本發(fā)明的一個實施例的，所以，諸如元件111在另一種實施例中可以是一種ATM路由器，甚至是一個交換機(switch)。
現(xiàn)在參見圖2，圖中更詳細地示出了圖1所示的光學層120，它包括按照本發(fā)明的基本技術，用來在光學網(wǎng)絡201中建立起快速連接，而光學網(wǎng)絡201由網(wǎng)絡元件121-125組成；建立快速連接時使用用于伴隨的數(shù)據(jù)有效負載211的光學信令標頭210。該技術同時兼有基于電路交換的WDM和基于分組交換的IP技術的優(yōu)點。新的信令信息是以光信號標頭210的形式加入的，而把光信號標頭210攜帶在多波長傳送環(huán)境中每一波長的帶內。光信令標頭210是含有路由選擇和控制信息如來源、目的地、優(yōu)先級以及分組長度的標號，它通過位于數(shù)據(jù)有效負載211之前的光學網(wǎng)201傳播。每一WDM網(wǎng)絡元件121-125感測光信令標頭210、查找連接表(在后文中討論)，并采取必要的步驟，如交叉連接、加入、除去(drop)或除去的繼續(xù)。連接表通常是由NC＆M220和WDM網(wǎng)絡元件121-125之間的連續(xù)通信更新的。光信令標頭210后的數(shù)據(jù)有效負載211是如連接所建立的那樣通過每一網(wǎng)絡元件中的路徑(將在后文中討論)來選擇路由的。采用圖2所示的結構，無需控制光信令標頭210和數(shù)據(jù)有效負載211之間的延遲(在圖2中用T表示)，這是因為每一網(wǎng)絡元件通過插入的光纖的延遲提供在每一網(wǎng)絡元件內建立連接所要求的短時間所需的光學延遲。另外，數(shù)據(jù)有效負載的格式和協(xié)議是與標頭的格式和協(xié)議無關的，即，對于標頭的格式和協(xié)議是預先確定的給定的網(wǎng)絡，數(shù)據(jù)有效負載的格式和協(xié)議可以是與標頭的格式和協(xié)議相同或不同的。
每一目的地與一較佳路徑有關，它使‘成本’為最小一在圖2中，從信號源123到目的地122的整個路徑包括串接的路徑201和202，這兩條路徑都采用波長WP。這一成本是根據(jù)總傳播距離、轉發(fā)次數(shù)以及業(yè)務負載計算的。較佳波長的缺省值為原始波長。例如，在路徑202上的較佳波長是WP。如果在缺省波長狀態(tài)處的較佳路徑已由可用的另一分組所占據(jù)，那么網(wǎng)絡元件121將快速決定是否有通過同一較佳路徑的另一波長WA。這另一波長必須是由網(wǎng)絡元件121中有限的波長轉換所提供的選項之一。如果沒有能夠通過最佳路徑傳送分組信息的波長選擇，那么就選擇下一個較佳路徑(路徑偏轉)。例如，在圖2中，串接的路徑203和204可以代表另一條路徑。在這一點上，將較佳波長的缺省設置回到原始波長WP。如果這一缺省波長也已被占據(jù)了，那么就進行尋找另一波長的相同過程。圖2中，路徑203是具有相同波長WP的另一條路徑，而路徑204是采用另一波長WA的另一條路徑。在另一種情況下，即，在沒有路徑和波長偏轉的組合可以提供用來進行傳送分組信息的時候，網(wǎng)絡元件121將決定除去更低優(yōu)先級的分組信息。換句話說，通過除去已占據(jù)較佳路徑的優(yōu)先級更低的其他分組信息，可以通過在原始波長下的較佳路徑傳送新的分組信息。
添加具有兩種所謂的‘接插和運作式’模塊類型的網(wǎng)絡元件121-125，通過使傳統(tǒng)的電路交換WDM網(wǎng)絡元件121-125具有分組交換能力，而可以有效地處理突發(fā)業(yè)務從而將信令標頭編碼到IP分組上或在必要時除去。
在圖1中用電光元件132表示的第一種類型的‘接插和運作式’模塊，現(xiàn)在示出在圖3的方框圖中。而從概念上說，模塊132是一個獨立的元件，實際上，模塊132是如圖3中所示的那樣是與網(wǎng)絡元件121集成在一起的；模塊132介于網(wǎng)絡元件121的適合用戶接口(CCI)310和IP路由器111之間，用來將光信令標頭210編碼到通過標頭編碼器321加到網(wǎng)絡內的分組信息上，并通過標頭去除器322除去從網(wǎng)絡除去的分組中的光信令標頭210。
通常，編碼/去除模塊132是置于使IP業(yè)務鏈接進入WDM網(wǎng)或從WDM網(wǎng)出來的地方，它介于網(wǎng)絡元件的用戶接口和IP路由器之間。用戶接口可以是CCI類型的，也可以是非適合用戶接口(NCI)類型的。在這些接口處，當將IP信號傳送到網(wǎng)絡201內時，標頭編碼器321將攜帶有目的地和其他信息的光標頭210置于數(shù)據(jù)有效負載211之前。由光調制器在光域中對光標頭210進行編碼(將在后文中討論)。信令標頭去除器322從通過用戶接口除去的光信號中刪除標頭210，并將電學IP分組信息提供給IP路由器111。
更具體地說，模塊132從IP路由器111接收電信號，將電信號轉換成要求的適合波長的光信號，并將光標頭210置于整個分組信息之前。模塊132與NC&M220交換信息，并且如果NC&M220請求，就在光學轉換數(shù)據(jù)前對數(shù)據(jù)進行緩沖。模塊132采用具有與用戶接口波長匹配的波長的光發(fā)射器(將在后文中討論)。(正如在后文中將指出的但值得一提的是，模塊132還與圖4所示的NCI 404兼容的，這是因為在NCI中出現(xiàn)了波長自適應的緣故；但是，必須事先建立NCI波長自適應和具有光標頭的IP信號的位速率兼容能力。)圖4描繪的是第二種類型的“插接和運作式”模塊，即，光學元件410，它與每一WDM網(wǎng)絡元件121-125相關，下面的討論中僅指元件121。把模塊410插在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡元件電路交換控制器420和傳統(tǒng)的交換裝置430之間。模塊410檢測來自在任一光纖401-403上傳播的每一信令標頭210的信息，就象由分接的光纖路徑404-406提供給模塊410的那樣。模塊410用來實現(xiàn)很快的表格查找以及到交換裝置430的快速信令。交換控制器420的功能等效于傳統(tǒng)的“技能接口(craftinterface)”，該“技能接口”用來控制網(wǎng)絡元件；然而，這時，該交換控制器420的用途是從NC&M220接受電路交換的信令，并根據(jù)優(yōu)先級判斷哪一個控制命令被傳送到標號交換控制器410。所以，標號交換控制器410從網(wǎng)絡元件電路控制器420接收電路交換控制信號以及從對每一標頭210發(fā)信令得到的信息，并在電路交換控制方案和標號交換控制方案之間作出智能選擇。包含有交換裝置430的交換機(將在后文中討論)，也實現(xiàn)快速交換功能。置于交換裝置430的輸入路徑401-403上的光纖415、416或417引入的延遲大于讀取信令標頭210、完成表格查找以及實施交換所花費的總的時間。2公里的光纖大約提供10微秒的處理時間。元件121-125所代表并且包含交換裝置430的WDM網(wǎng)絡元件的類型包括波長增加去除多路復用器(WADM)；波長選擇交叉連接器(WSXC)；以及具有有限波長轉換能力的波長互換交叉連接器(WLXC)。
工作時，模塊410抽取在路徑401-403上出現(xiàn)的一小部分的光信號以檢測每一信令標頭210中的信息，并在查找了模塊410中存儲的連接表以后確定用于交換裝置430的合適的命令。把光纖延遲置于401-403中，從而使具有標頭210和有效負載211的分組僅在出現(xiàn)實際交換以后到達交換裝置430。該光纖延遲對于與標頭檢測、表格查找和交換來說是特有的，并且在約2公里延遲的光纖415-417中通常是在約10微秒內完成的。
使用每一分組信息的信令標頭210中的信息來選擇通過網(wǎng)絡201的路由發(fā)送分組信息。當分組信息到達網(wǎng)絡元件時，讀取信令標頭210，并且(a)選擇分組信息的路由為通往按照標號路由查找表選擇的新的合適的出站端口，或者(b)分組信息被直接傳送到網(wǎng)絡元件中用于已有標號交換原始連接。后者稱為“流程交換”，并且是作為一部分的光學標號交換而受到支持的；流程交換用于大容量突發(fā)模式業(yè)務。
標號交換路由選擇查找表包括在網(wǎng)絡元件121-125中，以便無論什么時候流程交換狀態(tài)沒有建立起來時，快速地選擇光學分組信息通過網(wǎng)絡元件的路由。將光學信令標頭210傳送的連接建立請求快速地與每一網(wǎng)絡元件中的標號交換路由選擇查找表比較。有時，大多數(shù)有效信號的路由選擇的最佳連接可能已被占據(jù)。還構成可能的連接查找表，以提供另一種波長分配或另一條信號路由選擇的路徑。提供有限數(shù)量(至少一個)另一種波長大大減小了阻塞的幾率。另一波長路由選擇還實現(xiàn)了如最佳情況下相同數(shù)量的傳播延遲和轉發(fā)次數(shù)，并消除了使多個分組信息列隊時的差異。該另一路徑的路由選擇可以大大增加延遲和轉發(fā)次數(shù)，并從光學上監(jiān)視分組信息的信噪比，以排除較多次數(shù)轉發(fā)按路由選擇發(fā)送分組信息的可能性。在沒有第二條路徑或波長的情況下，可以根據(jù)先到先服務的原則以及優(yōu)先級的原則來解決出站鏈路的爭用。信息被傳送到一規(guī)則的IP路由器，隨后由更高層協(xié)議來審核(review)，必要時采用再傳輸。
路徑選擇舉例圖5中以圖示的形式示出了用來在美國某些大城市中的終端用戶之間傳送分組信息的WDM電路交換干線網(wǎng)500--首先討論網(wǎng)絡500的傳統(tǒng)運作，即，首先給出按照本發(fā)明進行WDM光學標號交換延遲前的情況。
參照圖5，圖中假設紐約域由網(wǎng)絡元件501提供服務，芝加哥由網(wǎng)絡元件502提供服務，…，洛杉磯由網(wǎng)絡元件504提供服務，…，以及明尼阿波利斯是由網(wǎng)絡元件507提供服務的。(后文中，網(wǎng)絡元件也可以稱為節(jié)點。)另外，NC&M220通過物理層光學監(jiān)視信道與所有的網(wǎng)絡元件501-507邏輯相連(用虛線表示，如與網(wǎng)絡元件501相連的信道221以及與網(wǎng)絡元件507相連的信道222)；在NC&M220和網(wǎng)絡元件501-507之間有連續(xù)的通信。NC&M220定期請求請求和接收下述信息(a)每一網(wǎng)絡元件的一般狀態(tài)(如緊急情況下是否是可使用或停機的)；(b)每一網(wǎng)絡元件提供的光學波長(如，圖中，網(wǎng)絡元件501是由具有波長W1的光纖531和具有波長W2的光纖532提供服務的，這兩條光纖分別與網(wǎng)絡元件502(芝加哥)和網(wǎng)絡元件505(波士頓)相連)；以及(c)由這些波長提供服務的端口(例如元件501的端口510與傳送分組信息的輸入用戶接口520相關，端口511與W1相關，而端口512與W2相關，但元件502的端口513與W1相關)。
所以，NC&M220在任一時刻存儲了調整路由選擇而由網(wǎng)絡元件攜帶輸入分組信息業(yè)務所必須的全球信息。因此，NC&M220周期性地以例如對表格進行全球路由選擇的形式確定路由選擇信息，并用監(jiān)測信道221、222將全球路由選擇表下載到每一元件。全球路由選擇表配置網(wǎng)絡元件的端口，以產(chǎn)生某些通信鏈路。例如，NC＆M220可以根據(jù)業(yè)務要求和統(tǒng)計確定當前需要從紐約到洛杉磯的光纖鏈路(分別是網(wǎng)絡元件501和504)，并且該鏈路是由將元件501的端口511與網(wǎng)絡元件502中的端口513耦合起來的W1；將元件502中的端口514與元件503中的端口515耦合起來的W1；以及將元件503的端口516與元件504的端口517耦合起來的W2串聯(lián)組成的。于是，進入網(wǎng)絡元件501(紐約)并具有目的地為網(wǎng)絡元件504(洛杉磯)的輸入分組信息50立即選擇該建立起來的鏈路按路由發(fā)送。網(wǎng)絡元件504處，傳送的分組信息是通過用戶接口端口518傳遞作為輸出分組信息的。
采用類似的方法，采用網(wǎng)絡元件506和502之間的W2和元件502和507之間的W3建立起元件506和507(分別是圣露易斯和明尼阿波利斯)之間的專用路徑。
以這種方式產(chǎn)生的鏈路--就象根據(jù)全球路由選擇表的那樣--其特征是穩(wěn)定性，即，NC＆M220需要幾秒鐘的時間來確定建立起鏈路的連接、下載鏈路的連接信息，和建立起每一網(wǎng)絡元件的輸入和輸出端口。每一鏈路具有電路交換連接的特征，即，它基本上是一個永久的連接，或者是一個長時間的專用路徑或“管道(pipe)”，并且只有NC&M220可以在正常操作時斷開或重新建立起一條鏈路。這樣一條專用路徑的好處是可以立即選擇具有一起始點和映射進入已經(jīng)建立起的專用鏈路的目的地的業(yè)務的路由而無需任何設置(set-up)。另一方面，從可以僅在很少時間里(例如，20％-50％的設立時間)采用專用路徑這一意義上講，專用路徑可能是并且通常是效率不高的。另外，嵌入在互連輸入端口和輸出端口的每一網(wǎng)絡元件中的交換裝置430(見圖4)僅具有有限數(shù)量的輸入/輸出端口。如果上述情況改變，從而需要從洛杉磯到圣露易斯的鏈路，并待采用已經(jīng)分配給紐約到洛杉磯的端口(例如，網(wǎng)絡元件502的端口514)，那么，存在一時間延遲，直到NC＆M220可以響應全球路由選擇表并因此改變全球路由選擇表。
下面將這一例子擴展，使得本發(fā)明原理的研究內容可以覆蓋上述描述。首先，引入“標號交換狀態(tài)”的參數(shù)，并討論其在路由選擇中的應用；接著，在下面的篇幅中詳述產(chǎn)生標號交換狀態(tài)的方法。標號交換狀態(tài)產(chǎn)生光學標號交換。
進一步安排NC&M220，從而可以將標號交換狀態(tài)賦予從用戶接口輸入到網(wǎng)絡元件的每一分組信息--由接插和運作式模塊132附加(appended)標號交換狀態(tài)，并且為了進行討論，標號交換狀態(tài)是與標頭210等同的(見圖2)。標號交換狀態(tài)由NC＆M220計算，并以本地路由選擇表的形式下載到每一網(wǎng)絡元件501-507。參照圖6，圖中示出了網(wǎng)絡元件501及其以圖示形式的嵌入的交換機601。圖中還示出了輸入光纖602，它帶有延遲環(huán)路603，攜帶由標頭210和有效負載211組成的分組信息620，在圖5中，該有效負載211是分組信息520。光纖6022將延遲形式的分組信息620傳遞到網(wǎng)絡元件501。同時，在光纖602上出現(xiàn)的一部分光能量通過光纖6021分接，并輸入到光學模塊410內，光學模塊410對輸入分組信息620進行處理以檢測標頭210--圖中示出的分組信息620的標頭210是由標號交換狀態(tài)‘11101011000’組成的，用標號是615來識別。在圖6中還示出了本地查找表610，它是由兩列組成的，即，“標號交換狀態(tài)”(列611)和“本地地址”(列612)。分組信息620的特定標號交換狀態(tài)在查找表610中是交叉相關的，用以確定輸入分組信息的路由選擇。這時，分組信息620的標號交換狀態(tài)是查找表610中第四行中的入口。與該標號交換狀態(tài)對應的本地交換地址是“0111”，其意義如下開頭的兩個二進制數(shù)表示輸入端口，后面的兩個二進制數(shù)表示輸出端口。這時，對于示例的四輸入端、四輸出端交換機，輸入分組信息是從輸入端口“01”到輸出端口“11”按路由選擇發(fā)送的，從而交換機601作出相應的交換(如圖所示)。在由光纖延遲603提供的延遲以后，在光纖6022上傳送的輸入分組信息通過交換機601傳送到光纖604上。
上面的說明描述了標號交換狀態(tài)是如何使用的?，F(xiàn)在考慮產(chǎn)生標號交換狀態(tài)的方法。NC&M220仍然定期地編制一組本地查找表，通過相應的網(wǎng)絡元件對分組信息進行路由選擇/交換(如用于網(wǎng)絡元件501的表格610)，并且每一查找表接著被下載到相應的網(wǎng)絡元件。每一查找表的產(chǎn)生考慮了網(wǎng)絡500的NC&M220的全球資料。例如，如果通往網(wǎng)絡501的輸入分組信息的目的地是網(wǎng)絡504(再一次是紐約至洛杉磯)，如果端口510是與輸入端口“01”相關，并向光纖602提供服務的，并且如果輸出端口511是與輸出端口“11”相關并向光纖604提供服務的，那么NC&M220能夠產(chǎn)生查找表610中合適的入口(即第四行)，并將表格610下載到網(wǎng)絡元件510?，F(xiàn)在，當由電光模塊132來處理分組信息520從而在分組信息520中加入了標頭210以產(chǎn)生增大的分組信息620時，NC&M220中有關下載本地路由選擇表的知識以及通過模塊132得到的在分組信息520中嵌入的目的地地址的知識使NC&M220能夠指令模塊132加入合適的標號交換狀態(tài)作為標頭210--本例中為‘11101011000’。
讀者應當已經(jīng)理解了，采用標號交換狀態(tài)參數(shù)對分組信息進行處理本質上是突發(fā)的，即，在交換機601建立起來對輸入標號交換狀態(tài)進行處理以后，交換機601可以回到對流程狀態(tài)進行處理以前的狀態(tài)。例如，交換機601可以在分組信息620到達以前已經(jīng)將輸入端口‘01’與輸出端口‘10’互相連接了起來，并且在處理以后回到‘0110’狀態(tài)(就象如由分組信息尾標所確定的那樣)。當然，也可以是這樣的情況，即，電路交換的路徑與標號交換狀態(tài)路徑是相同的，這時，甚至無需修改通過交換機601對標號交換狀態(tài)進行處理的本地路由選擇。但是，如果必須臨時改變交換機601，那么如果有任何基礎(underlying)電路交換業(yè)務時，可以對基礎交換業(yè)務進行路由的重新選擇和重新發(fā)送。
正象至此已經(jīng)討論過的那樣，標號交換使得可以對分組信息進行指向目的地的路徑選擇，而無需網(wǎng)絡元件來檢查整個數(shù)據(jù)分組。以光信號標頭210的形式--標號--加入新的信令信息，該信息可以是在多波長傳送環(huán)境中在每一波長內的帶內攜帶的。該標號交換通常是根據(jù)逐一分組信息而出現(xiàn)的。然而通常大量的分組信息將順序地傳送到相同的目的地。當有突發(fā)數(shù)據(jù)的時候尤其是這樣，這時，為了傳輸在許多分組信息中把大數(shù)據(jù)塊分段。在這樣的情況下，每一特定網(wǎng)絡元件就無法有效地仔細檢查每一標號和決定路由選擇路徑。然而，更有效的是建立起從源到目的地的“虛擬電路”。每一分組信息的標頭210將只能通知虛擬電路的繼續(xù)和結束，稱為流程狀態(tài)連接。建立起這樣一條端對端的流程狀態(tài)路徑，并且直到需要斷開的時候網(wǎng)絡元件中接插和運作式模塊才會中斷流程狀態(tài)連接。如果這樣的分組信息序列已經(jīng)結束，或者另一優(yōu)先級高得多的分組信息請求中斷這一流程狀態(tài)連接的時候，就會發(fā)生中斷。
圖6中還示出了本發(fā)明的優(yōu)先級方面。本地查找表有一個“優(yōu)先級別”(列613)，它設置了賦予標號交換狀態(tài)的優(yōu)先級。同時，標頭210附上了一個示出為數(shù)字‘2’的優(yōu)先級數(shù)據(jù)(標號616)。在查找表“標號交換狀態(tài)”列611中的第四和第五行兩行中有一個本地地址‘0111’。例如，如果使用第五行中的入口的早期數(shù)據(jù)分組建立虛擬電路或流交換狀態(tài)，而現(xiàn)在另一個分組作為列611的第四行而進行處理，則較高的優(yōu)先級數(shù)據(jù)(“2”對于“4”,“1”是最高優(yōu)先級)已經(jīng)領先，而將使虛擬電路終止。
示例實施例詳述為了得到在WDM標號交換上的極短等待時間IP，在光分組的實際傳輸期間，必須使在每個光學交換機處的光學標頭的處理保持最小。為了達到這個結果，引入執(zhí)行光WDM標號交換的新信令結構和分組傳輸協(xié)議。
信令和分組傳輸協(xié)議使慢而且復雜的IP路由選擇功能從極快WDM交換和傳遞功能中消除。通過設置不需經(jīng)常執(zhí)行的終端-到-終端路由選擇路徑來實現(xiàn)這種消除。為了把IP分組從源發(fā)送到目的地，按照本發(fā)明執(zhí)行下列步驟光學分組傳輸，這里，光學分組信息的到達啟動了本地標頭處理，這種處理在諸多的其它事件中是要根據(jù)光學標頭中的光學標號來查找在下一個轉發(fā)上傳送分組信息的輸出端口。
盡管路由選擇設置包含調用路由選擇功能并且該功能通常是慢而復雜的過程，但這一過程是在分組傳輸處理前進行的，因此它不是位于決定傳輸?shù)却龝r間的臨界路徑上的。
路由選擇路徑設置在路由選擇路徑設置期間，將用標號交換查找表來增大WDM分組交換機的內部連接表，并包含有關的分組傳遞信息。尤其，感興趣于得到極短等待時間和硬件簡單化，本發(fā)明的方案產(chǎn)生沿流路徑保持恒定的標號交換狀態(tài)。例如，標號交換分配包括下列技術(1)基于目的地的流標號分配--在該方案中，可以使用目的地(例如，合適的目的地IP地址前綴)作為在下一個轉發(fā)查找中的標號交換狀態(tài)。除了無需修改光學標頭之外，可以在偏轉路由選擇的場合中使用相同的標頭。
(2)基于路由選擇的流標號分配--在該方案中，所分配的標號交換狀態(tài)涉及在標號交換狀態(tài)設置階段處動態(tài)地計算的終端-到-終端路由選擇。該方案的優(yōu)點是可以使它專門符合每個獨立的標號交換狀態(tài)的服務質量要求。
交換沖突解決方案當今，可行的光學緩沖器技術的缺乏意味著不能使用傳統(tǒng)的緩沖技術來處理交換沖突。如上所述，本發(fā)明實施例利用由光纖實現(xiàn)的固定延遲，以允許在該時間延遲期間發(fā)生交換，但是不能象電子緩沖器在傳統(tǒng)IP路由器中那樣得到爭用的解決辦法。為了解決交換的爭用，根據(jù)本發(fā)明，采用下列三種方法(a)有限的波長互換--當通過相同的路徑但是不同的波長按選擇路由發(fā)送分組時。由于利用這種波長轉換正好避開爭用，所以無需使網(wǎng)絡元件必須具有轉換到整個波長信道的任何一個的能力。而，如果它們可以轉換整個波長信道中的某一些，則就足夠了。這種波長轉換可以轉換信令標頭和數(shù)據(jù)有效負載兩者。必須仔細防止分組進行過多的波長轉換，這會造成較差的信號保真度。一種可能的方針是僅允許一次轉換，可以容易地對在光學標頭中的原始波長進行編碼而強制實現(xiàn)。這樣，如果，而且僅如果把它承載在它的原始波長上，則中間WDM交換機將允許轉換。
(b)有限的偏轉路由選擇--當可以把分組偏轉到一個相鄰的交換節(jié)點，并把它從該交換節(jié)點傳遞到它的目的地時。必需再次仔細防止重復地使分組偏轉，從而引起信號降低以及浪費網(wǎng)絡帶寬。一種解決方案是在光學標頭中記錄一個“時間戳”字段，如果，并且僅如果所記錄的時間戳不比最大極限更舊，則允許進行偏轉。
(c)優(yōu)先化的分組優(yōu)先權--如果到達的分組具有較高的優(yōu)先級，當新到達的分組可以對當前發(fā)送的分組搶先時。目的是為了保證公平對待所有的分組，以致偶然可以保證傳遞再發(fā)送的分組。在這種方案中，每個分組再次具有記錄在它的光學標頭中的時間戳字段，并且與較新的分組相比，較舊的分組有較高的優(yōu)先級。此外，再發(fā)送分組假設原始分組的時間戳。這樣，分組“年令”按優(yōu)先級而增加，如果需要，偶然能夠在傳遞到它的目的地的路途中搶先。
要注意，在所有這些方案中，當光學標頭在網(wǎng)絡中移動時，它可以保持恒定。這與希望保持光學交換硬件快速和簡單是吻合的。也可以考慮這些方案的組合。
路由選擇協(xié)議對于一個網(wǎng)絡，NGI的尺寸、中央化的路由選擇判定是十分辦不到的，因此需要把方法統(tǒng)一到配置所作出的判定。如在IP路由選擇情況中那樣采用分層尋址和路由選擇。當請求新的連接時，NC&M220判定是否為在基于WDM網(wǎng)絡中的這一對(源、目的地)準備WDM路徑。如果準備，則立即在那個(一次轉發(fā)IP電平)路徑上發(fā)送分組。如果沒有準備這種路徑，則NC&M220決定在用于第一WDM網(wǎng)絡元件和波長的初始輸出鏈路上攜帶該新業(yè)務。根據(jù)在請求新連接的時刻在網(wǎng)絡中的其余連接而作出該判定。然后，NC&M220使用信令，通過一個合適的協(xié)議把有關信息傳遞到待放置在信令標頭中的初始WDM網(wǎng)絡元件。在確定初始輸出鏈路之后，根據(jù)光學信令標頭信息在獨立的NE處取得其余路由選擇的判定。該方法保證使在每個節(jié)點處的路由選擇表以及信令標頭處理要求相當?shù)匦?。該方法還可以使網(wǎng)絡按交換節(jié)點和網(wǎng)絡用戶而方便地進行標定。還要注意，可以使多個WDM子網(wǎng)互連在一起，而且每個子網(wǎng)具有它自己的NC&M。
當判定在WDM NE中的路徑時，可以在那個狀態(tài)設置光學交換(ⅰ)用于每個分組通過節(jié)點然后返回默認狀態(tài)的持續(xù)期(所謂的光學標號交換)；或(ⅱ)用于有限的、小時間量(所謂的流交換)。前面一種情況在有規(guī)則的一個分組一個分組的基礎上執(zhí)行路由選擇。系統(tǒng)資源是專用的，只有當有待發(fā)送的信息而且在分組的結束處時，才可用這些資源分配給其它分組。后面一種情況用于大容量突發(fā)模式業(yè)務。既然是這樣，WDM NE只需要從到達NE處的接著的分組的光學信令標頭讀出流狀態(tài)標號，確定這些分組是限定到相同的目的地的，不需要對交換裝置進行交換，并且把有效負載通過已經(jīng)存在的連接(所述連接通過NE，由光學標號交換建立如上)傳遞。
使用在每個分組的信令標頭中的信息，使分組通過網(wǎng)絡自己-選擇路由而發(fā)送。當一個分組到達交換節(jié)點處時，讀出信令標頭，根據(jù)路由選擇表，或是通過已經(jīng)存在的流狀態(tài)連接立即傳遞分組，或是選擇新的合適的輸出端口。對于每個波長，存在在每個節(jié)點中的路由選擇表。如果由于與其它分組爭用(所選擇的輸出光纖沒有空)而分組不能跟隨所選擇的輸出端口，則路由選擇方案將嘗試對同一個輸出端口分配一個不同的波長(結果，信號將進行在交換節(jié)點內的波長變換)。如果對所選擇的輸出端口沒有可采用的其它合適波長，則可以從另一個表選擇一個不同的輸出端口，所述另一個表列出第二級(術語為優(yōu)先)輸出鏈路。
本發(fā)明技術的這個路由選擇協(xié)議相似于偏轉路由選擇方案(回憶背景部分)，其中，如果不能跟隨較佳路徑，則使會話(session)偏轉到某些其它的輸出鏈路(術語為優(yōu)先)。不允許連續(xù)地偏轉分組。在傳統(tǒng)的路由選擇協(xié)議中，使用轉發(fā)計數(shù)，在規(guī)定次數(shù)的轉發(fā)之后就阻塞會話。在新的方案中，如果在交換節(jié)點處不允許產(chǎn)生標頭，則不能使用轉發(fā)計數(shù)技術。另一方面，可以尋找光學信令標頭特征(即，信令標頭的SNR)來判定是否應該除去一個分組。
在WDM層中的IP路由選擇算法NC&M220使用來確定路由選擇表的該技術是根據(jù)最短路徑算法的，它使分組在代價最低的路徑上從源到目的地按選擇路由發(fā)送。對于不同網(wǎng)絡可以使用在每個路由選擇(諸如長度、容量利用、轉發(fā)計數(shù)或平均分組延遲)上的特殊價格準則。路由選擇功能的目的是得到優(yōu)良的性能(例如，術語為通過網(wǎng)絡的短平均延遲)，同時維持高信息輸出量。產(chǎn)生最小價格生成樹，在每個時刻具有作為根的不同節(jié)點，而且從這些樹得到的信息可以用來設置在每個交換節(jié)點處的路由選擇表。如果執(zhí)行如上所述的偏轉路由選擇，則可以使用k-最短路徑方法來利用潛在的路由選擇路徑的多重性。該技術發(fā)現(xiàn)一個以上的最短路徑，而根據(jù)價格的次序使路徑分等級。可以把這個信息輸入交換節(jié)點路由選擇表，以致首先考慮相應于最小價格路徑的輸出鏈路，并把相應于較大價格路徑的鏈路輸入第二級路由選擇表，使用所述第二級路由選擇表來執(zhí)行偏轉路由選擇。
插接和運作式模塊的描述本發(fā)明是基于兩類待附加到WDM網(wǎng)絡元件上的插接和運作式模塊的。這些插接和運作式模塊的引入使現(xiàn)有的電路交換網(wǎng)絡元件增加了光學標號交換能力。
在圖3中，以高級方框圖的形式示出標頭編碼器321和標頭去除器322兩者；圖7和8分別示出編碼器321和去除器322兩者更詳細的示意圖。
在圖7中，在微處理器710中處理IP分組或數(shù)據(jù)報，所述微處理器對于標號交換產(chǎn)生每個光學信令標頭210。在基帶處，從微處理器傳播光學信令標頭210和原始IP分組211。利用本地振蕩器730在RF混頻器720中使信令標頭210進行混頻。在組合器740中組合來自混頻器720的經(jīng)混頻的標頭和原始分組211兩者，接著，通過具有激光器750作為調制源的光調制器760把組合器740的輸出編碼到一個光波長信道。
在圖8中，通過光檢測器810檢測從網(wǎng)絡元件除去的光信道，并通過放大器820電氣地進行放大。一般，光檢測器810和放大器820兩者具有的頻率響應僅覆蓋數(shù)據(jù)有效負載，但是不覆蓋本地振蕩器730提供的光學信令標頭RF載波頻率。低通濾波器830進一步濾除任何殘余的RF載波?；旧?，濾波器830的輸出是通過原始網(wǎng)絡元件的原始IP路由器發(fā)送的原始IP分組，它已經(jīng)通過網(wǎng)絡傳送，并由在其它網(wǎng)絡元件處的其它IP路由器接收。
圖9的方框圖900描繪一種元件，所述元件用于由圖4的插接和運作式模塊410實現(xiàn)的檢測過程以把光信號901轉換到基帶電信號標頭902，所述光信號承載標號交換信令標頭210和數(shù)據(jù)有效負載211兩者。起初，通過光檢測器910檢測光信號901；由放大器920放大光檢測器910的輸出，并通過高通濾波器930濾波，只保留承載光信令標頭210的高頻分量。RF分離器940把信號提供給包括反饋鎖定的本地振蕩器950。在混頻器960中混合來自本地振蕩器950的信號和來自分離器940的信號，即，從濾波器920的輸出減除高頻載波，只留下在標號交換信令標頭210上的信息。在該過程中，利用帶反饋鎖定的本地振蕩器950來產(chǎn)生具有正確頻率、相位和幅度的本地振蕩，以致在這個本地振蕩信號和帶高頻載波的標號交換信令標頭的混合期間高頻分量為零。耦合到混頻器960的輸出的低通濾波器970傳送基帶信令標頭210作為輸出電信號902。
在圖10的電路圖中示出圖4的更詳細的實施例的例子。在圖10中，每個標頭檢測器1010、1020、…、1030、…、或1040處理來自每個波長的信息，所述每個波長包括分別通過分用器1005、1006、1007和1008處理的，在路徑1001、1002、1003和1004上到達的光輸入；圖9的電路900是每個分用器的例子。對每個波長組合經(jīng)處理的信息。因此，例如，對于給定的波長，快速存儲器1021接收來自標頭檢測器1010的引線1011上出現(xiàn)的信號、…、以及來自標頭檢測器1030的引線1034的信號作為輸入。每個快速存儲器1021-1024(諸如內容可尋址的存儲器)的作用如同到相應的標號交換控制器1031-1034的輸入。每個標號交換控制器1031-1034也接收來自圖4的網(wǎng)絡元件交換控制器420的電路交換控制信號。每個標號交換控制器智能地在控制器420提供的電路交換控制和由它的相應的快速存儲器提供的標記交換信息之間選擇，以把合適的控制信號提供給圖4的交換裝置430。
圖11的流程圖1100表示通過每個標號交換控制器1031-1034實現(xiàn)的處理。使用標號交換控制器1031作為例子，對來自電路交換控制器420的輸入和來自快速存儲器1021的輸入進行監(jiān)視，如同通過處理塊1110所進行的那樣。如果沒有接收到來自快速存儲器1021的輸入，則通過電路交換控制器420對輸入分組進行電路交換。使用判定塊1120來確定是否有來自快速存儲器1021的任何輸入。如果有輸入，則引用處理塊1130，以致標號交換控制器1031可以從快速存儲器輸入確定交換裝置430所要求的狀態(tài)。然后引用處理塊1160把控制信號從標號交換控制器1031發(fā)送到控制交換裝置430。如果沒有快速存儲器輸入，則引用判定塊1140來確定是否有來自電路交換控制器1140的任何輸入。如果有來自電路交換控制器420的輸入，則進行通過塊1150的處理，以致標號交換控制器1031從電路交換控制器420的輸入確定交換裝置430所要求的狀態(tài)。由處理塊1150的結果再次引用處理塊1160。如果沒有出現(xiàn)來自電路交換控制器1140的輸入或當處理塊1160完成時，則使控制返回到處理塊1110。
通過反復的方法，光學標號交換靈活地處理所有類型的業(yè)務高容量突發(fā)、低容量突發(fā)以及電路交換業(yè)務。這在標號交換網(wǎng)絡控制的兩一層協(xié)議的互相配合下實現(xiàn)。因此，所配置的交換控制快速地檢測信令標頭和把分組按選擇路由發(fā)送到合適的目的地。當長分組流到達具有相同目的地的網(wǎng)絡元件時，所配置的交換控制建立一個流交換連接，并通過新建立的連接傳遞整個分組流。
用波長數(shù)目和節(jié)點數(shù)目來適度地度量標號交換方法。這是從所配置的節(jié)點并行地處理多波長信令信息以及這些節(jié)點結合光纖延遲線形式的預測交換延遲這樣的事實所得的結果。此外，為了解決爭用，標號交換利用路徑偏轉和波長轉換。
光學標頭處理前述描述是在這樣一個水平上針對光學標頭處理而進行的，即，相當于描述了配置有覆蓋接插和運作式模塊的整個NGI系統(tǒng)。現(xiàn)在適合對標頭處理進行更詳細水平上的討論了，從而可以舉例說明在電路細節(jié)水平上是如何實現(xiàn)短等待時間的。為此，下面考慮圖12所示的安排，該圖中的更詳細的方框圖是包含在先前說明過的圖9和圖10中的。從圖12中可以看到，光信號1001用作分用器1005的輸入端，二者都是根據(jù)圖10重新繪制的。另外，圖10中所示標頭檢測器1010的詳細實施例描述現(xiàn)在如圖12所示。特別要指出的是，在本實施例中的標頭檢測器1010包括(a)對從分用器1005發(fā)出的光波長為λ1的光信號中的色散進行校正的色散補償器1205；(b)從離開補償器1205的光信號產(chǎn)生電輸出信號1211的光電轉換器1210(如光電檢測器)；(c)分別饋送乘法器1221,1231,…,1241的具有頻率f1,f2,…,fN的本地振蕩器組，用來使電信號1211的頻率分量頻移至中間頻率(IF)；(d)分別響應于乘法器1221,1231,…,1241的中頻(IF)帶通濾波器(IF-BPF)組1222,1232,…,1242，用來對圖12的左上方所示的標頭信號1213,…,1215中的頻域能量進行濾波；(e)串聯(lián)連接的包絡檢測器/判定電路對1223/1224,1233/1234,…,1243/1244，其中，中心位于f1,f2,…,fN處的頻帶中的任何一個中存在的頻域能量在判定電路1224,1234,…,1244的輸出處表示為邏輯‘1’，而不存在在f1,f2,…,fN處的頻域能量則表示為邏輯‘0’；(f)邏輯電路1250,它在選擇線1260上提供交換選擇信號，其功能將在下面的操作說明中作更詳細的描述；(g)與BPF濾波器1222,…,1242耦合的延遲電路1225,1235,…,1245；(h)與延遲電路1225,…,1245耦合作為輸入并受引線1260上的信號控制的交換機1261,1262,…,1263；(g)與交換機1261,…,1263相連的輸入引線1265，它用作解調器1291的輸入端；(h)響應于解調器1291的檢測器1292；以及(ⅰ)輸出圖10所示信號1011的讀出電路。
下面是圖12中所示標頭檢測器的運作。假設圖4中所示第二種類型的‘接插和運作式’模塊輸入2.5Gbps的IP數(shù)據(jù)分組(例如，它是用QPSK/QAM調制的)，該IP數(shù)據(jù)分組是與155Mbps標頭分組(例如，它是用QAM調制的)在中心頻率f1下多路復用的副載波；與以前一樣，標頭在時間上在數(shù)據(jù)有效負載的前面，并且二者都由光波長λ1所攜帶。在波長λ1下接收混合的標頭和有效負載的每一網(wǎng)絡節(jié)點中，由包絡檢測器1212檢測f1下的副載波標頭。因為由于標頭信號存在時中心位于f1的頻帶中有能量存在，所以，判定電路1224檢測到邏輯‘1’，而所有其他的判定電路檢測到邏輯‘0’。這樣在輸入到邏輯電路1250處并行的邏輯信號的組合(‘100…0’)產(chǎn)生只影響交換機1261關閉的選擇信號。(重要的是要注意輸入的邏輯信號是同時并且并行而不是串行產(chǎn)生的，從而可以顯著地加快標頭檢測過程。)在延遲電路1225引起延遲之后，IF-BPF1222的輸出處提供的實際標頭信號用作通過引線1265對解調器1291的輸入。電路1225的延遲不是要求很嚴格的，而要求延遲大于通過包絡檢測器1223和判定電路1224產(chǎn)生邏輯信號所需的時間，加上計算在邏輯電路1250中的選擇信號引線1260上的控制信號所需的時間和關閉變換機1216所需的時間。(延遲可以是數(shù)字形式的，例如，通過用解調器和數(shù)字延遲器串聯(lián)來取代圖12中的每一模擬延遲器。)，所以，在λ1處的標頭信號是將由解調器1291(如QAM解調器)解調的唯一的標頭信號，并且隨后由檢測器1292(例如，一個155Mbps的突發(fā)方式接收機)檢測經(jīng)解調的基帶數(shù)據(jù)突發(fā)，并由電路1293(例如微處理器)讀取。
前文中的描述針對的僅是光學標頭檢測，以控制通過圖4所示的交換裝置的路由選擇路徑。正如在背景部分中詳述的那樣，對于當今的NGI技術來說，現(xiàn)在認為標頭替換是重要的，從而可以實現(xiàn)在分組交換網(wǎng)中的高數(shù)據(jù)輸出操作，而在該分組交換網(wǎng)中，數(shù)據(jù)路徑因例如鏈路變化和變化的業(yè)務方式而變化。另外，標頭替換對于保持協(xié)議的兼容性是有用的。至此還未描述過的圖12中的元件在標頭替換中起著中心的作用。實際上，標頭替換具有更寬的含義，即，標頭可以是由各字段如“標號”字段和“離開時間”字段組成的。對這一點的描述已經(jīng)采用了標頭與標號是可互換的；然而，現(xiàn)在清楚的是，標頭實際上可以具有多個字段，因此在任一節(jié)點處任一或所有的都是可以替換的。
下面繼續(xù)圖12的說明，圖中示出的邏輯電路1250還在選擇引線1270上提供第二選擇信號；該選擇引線控制交換機1271,1272,…,1273，這些交換機都與引線1295相連。介于引線1295和標頭輸出線1011之間的是寫電路1294，它是與調制器1296串聯(lián)的。寫電路1294負責提供新的標頭信號。到達分用器1005的輸入處的標頭信號稱為有效標頭信號-在第一節(jié)點處用來處理標頭信號，有效標頭信號和原始的標頭信號是相結合的。把新標頭信號(而不是實際上重寫的有效標頭信號)，放在有效標頭信號的頻帶以上的頻帶上，即，從組f1、f2、…、fN利用可用的下一個最高的中心頻率來傳播新標頭信號。為了選擇可用的下一個最高中心頻率，配置邏輯電路1250，以致如果判定電路1224、1234、…、1244產(chǎn)生有效中心頻率fi，則選擇信號1270將只關閉來自組1271、1271、…、1273的，把連接引線1295連接到中心頻率fi+1的交換機。即，將把引線1295連接到來自組1281、1282、…、1283的相應于頻率fi+1的乘法器。把乘法器1281、1282、…、1283的輸出連接到引線1284，該引線的作用是作為光交換機/增加-去除多路復用器1207的第二輸入；通過在引線1011上的標頭信號提供其它輸入?，F(xiàn)在電路1207具有雙功能，即，它作為圖4的交換裝置430而工作，但是還把它配置成可以使輸入電信號(諸如在引線1284上的電信號)轉換成光信號，用于通過在電路1207的輸入處出現(xiàn)的相同的光波長傳播(既然是這樣，波長λ1)。相應地，使在引線1284上的新標頭信號頻率偏移到數(shù)據(jù)有效負載和到達引線1208的所有其它現(xiàn)有標頭的頻率之上；這在圖12右上角處的頻率域波形圖中示出，它和左上角的波形圖是相對應的。因此，在時間上是把新標頭信號放在數(shù)據(jù)有效負載的前面，通過光纖環(huán)路1206引入延遲。
圖12的配置的標頭更換操作如下。再次使用相同的例子，以致光學標頭加上數(shù)據(jù)有效負載輸入到網(wǎng)絡節(jié)點，所述網(wǎng)絡節(jié)點是緊跟輸入分組的節(jié)點的。要求寫入新標頭信號，在圖12的實施例中，讀出電路1293的輸出的作用是作為到寫入電路1294的輸入；在這種形式中，可以把有效標頭信號作為計算新標頭信號的輔助。由于輸入有效標頭信號的中心頻率約為f1，所以通過中心頻率f2來傳遞新標頭信號。實際上，在原始光上寫入新標頭信號，所述原始光包括數(shù)據(jù)分組和舊副載波或在f1處的有效標頭信號。因此，離開給定節(jié)點的經(jīng)調制的光包括數(shù)據(jù)分組和兩個副載波標頭信號。(兩個示例寫入技術，它們兩者都使用高速(～10GHz)基于LiNbO3的調制器/交換機，將在后面說明。)對于155Mbps數(shù)據(jù)，載波頻率f1比f2高約200MHz，但是如果采用諸如M-QAM之類的更有效的光譜調制方法，則可以使f1和f2之間的頻率差較小。注意，通過邏輯電路1250，這個節(jié)點具有智能，可以知道有效標頭信號使用副載波f1以及在副載波f2上寫入新標頭信號。
在一個相似的方法中，沿選擇路由的第三網(wǎng)絡節(jié)點將讀出在副載波f2上的有效標頭信號，并把新標頭信息寫入副載波f3上，過程繼續(xù)直到耗盡光交換機/ADM1207的調制帶寬。例如，典型的10GHz外部基于LiNbO3的調制器/交換機可以寫入約40((10-2)/0.2)個新標頭信號，其中已經(jīng)假設2.5Gbps的數(shù)據(jù)占據(jù)2Ghz的帶寬。
實際上，圖12示出沿分組行進的路由的第四節(jié)點的實施細則。把在λ1上的三個副載波標頭同時下變頻到IF頻帶，而且由于它們的存在，判定電路1224、1234、…、1244產(chǎn)生以圖形“111000…000”的到邏輯電路1250的邏輯“1”信號。注意，如果在該例子中有40個下變頻，則37個判定電路將產(chǎn)生邏輯“0”，因為在f4、f5、…、f40上沒有副載波。邏輯電路1250使用輸出“1110000…0”(3個1和37個0)來控制40個微波開關1261、1262、…、1263，致使只有第3微波開關是閉合的，所有其它39個開關都是開路的。因此，在f3上的標頭信息變成有效標頭信號，然后通過解調器1291對該信號進行解調。緊接“讀出”過程之后，寫電路1294產(chǎn)生新標頭信號，然后把它施加到在IF處的調制器1296。如在圖12中所描繪，新標頭信號到達由選擇信號1270接通的第四微波開關。然后通過f4對新標頭信號進行上變頻，并用來對在光路徑1208(它起初只包含3個副載波標頭)上的經(jīng)延遲的主-路徑信號進行調制。如所描述，所產(chǎn)生的經(jīng)調制的光因而包含4個副載波標頭。
要注意，在目前可用的元件中，包絡檢測器(1223、…)、判定電路(1224、…)、邏輯電路(1250)以及特定微波開關(1261、…)的接通的處理時間應取小于30ns。另一方面，如果假設在每個分組標頭信號中有15位，則對于155Mbps的突發(fā)，讀出15位、寫入15位以及加10個前置碼位的時間可以取260ns左右。因此，允許某些變化，使每個標頭信號約為300ns。這意味著在主光學路徑1208中的延遲線1206的長度應為60米左右。
在圖12所建議的副載波標頭插入技術上存在幾個上限(a)由于在確定傳輸距離(通常為幾十公里)以后的光纖色散，使高達10GHz載波頻率處的副載波變得嚴重地衰減。幸運地，通過重復地使用色散補償光纖(諸如補償器1205)，或在每個網(wǎng)絡節(jié)點處使用線性調頻脈沖(chirped)光纖光柵可以解決該問題；(b)在每個中間網(wǎng)絡節(jié)點處，它的調制器1296(例如，基于LiNbOs的調制器)調制通過新的副載波標頭信號“調制的”輸入光，而這會引起新的互調失真產(chǎn)物。然而，本技術是如此的，致使在40次寫入連續(xù)副載波標頭信號之后，非線性失真性能惡化尚未大到足以降低距離遠達2000公里的數(shù)據(jù)有效負載和副載波標頭信號兩者的誤碼率(BER)；以及(c)由于使用10GHz調制器的最大可插入副載波標頭信號數(shù)目約為40，在網(wǎng)絡的某些點必將擦除完整的副載波標頭信號，以致可以把新的副載波標頭信號組再次寫入所接收的光的各處。保守一些，可以確定使用圖12的配置的最大傳輸距離約為2000公里。因此，可以做得到的是實現(xiàn)如圖13的配置所示的數(shù)個“復位”網(wǎng)絡節(jié)點，把這些節(jié)點稀疏地放置在國內各處以保證決不會超過40次-寫入極限。然而要注意，不是每個節(jié)點會插入新標頭信號(回憶一般由于慢變化網(wǎng)絡停止運轉或由于協(xié)議兼容性才插入新標頭信號)。如果情況確實是這樣，則可以預料以40個標頭信號插入來覆蓋光學分組的任何跨越全國的傳送是足足有余的。
然而，的確，當需要時可以插入新標頭信號，最好把某些或甚至全部網(wǎng)絡節(jié)點都配置成圖13的電路1300。圖12和13之間的主要區(qū)別在于圖12上部的路徑，其中，通過光-電轉換器1210把出現(xiàn)在補償器1205輸出處的主-路徑光信號轉換回到電域，通過使用低通濾波器(LPF)1311把其中的舊副載波標頭信號都擦除。在電加法器1313中把中心頻率為f1的、新的單個副載波標頭信號加到經(jīng)再產(chǎn)生的數(shù)據(jù)有效負載；通過定時恢復-和-判定電路1312以傳統(tǒng)的電氣方式再產(chǎn)生數(shù)據(jù)有效負載。數(shù)據(jù)有效負載和新標頭信號一起調制具有相同波長λ1的光發(fā)射器1314。因此，從這個復位節(jié)點以后，在需要再次復位之前(可能性不大的)可以寫入其它的40個副載波標頭信號。
標頭插入技術的其它示例實施例可以實現(xiàn)圖12和13的電路配置而無需本地光射入。為了使傳輸距離增加到超過預期的2000公里極限，需要另外的節(jié)點標頭處理配置，如現(xiàn)在在圖14中所描繪的；該配置利用在波長λ1處的本地光的射入。示出圖12和圖14之間的主要區(qū)別在于處理路徑，包括下列元件(a)光-電轉換器1410；(b)響應于轉換器1410的判定電路1440；(c)串聯(lián)配置的延遲線1441和光選通門1420，延遲線1441響應于補償器1205的輸出；(d)響應于選通門1420的耦合器1430；(e)光反饋路徑，用于把來自耦合器的輸出光反饋到它的輸入，由摻鉺光纖放大器(EDFA)1432和光交換機1433構成路徑1431；(f)響應于出現(xiàn)在路徑1284上的電信號的光調制器1450，如前所述；以及(g)響應于光調制器1450和光交換機/ADM1207兩者的光加法器1460。具有如圖14的左下角所示形式的增大的光學分組1470現(xiàn)在通過光路徑1001到達圖14的網(wǎng)絡節(jié)點處。在光-電轉換器1410中經(jīng)光電轉換之后，在光學分組標頭1470中的前置碼1471指使檢測電路1440使光選通門1420導通，并讓在λ1處的短CW光突發(fā)1472(持續(xù)期約30ns)通過耦合器1430。然后CW光突發(fā)1472通過反饋路徑1431循環(huán)數(shù)次以增長CW光持續(xù)期到約300ns；把這個經(jīng)擴展持續(xù)期的CW突發(fā)作為從耦合器1430通過輸出路徑1451到光調制器1450的輸入。然后，出現(xiàn)在引線1284上的新的副載波標頭信號通過光調制器1450(例如通過LiNbO3調制器)在引線1452上調制該本地再產(chǎn)生的CW光突發(fā)。然后，把在光調制器1450的輸出引線1452上出現(xiàn)的經(jīng)調制的光(它僅包含新的有效副載波標頭信號)與主-路徑光(它包含由交換機1207發(fā)送的數(shù)據(jù)有效負載和舊的副載波標頭信號)一起在光加法器1460中組合。在光加法器1460處新副載波標頭信號出現(xiàn)的時間基本上與原始光學分組1470同時到達。(在一個中間網(wǎng)絡節(jié)點中，節(jié)點把新標頭再調制到與數(shù)據(jù)有效負載相同的時間幀中的原始波長上是很重要的。)因此，傳遞新有效標頭信號的光脈沖占據(jù)與輸入標頭信號1473的時間間隔相同的時間間隔，差別在于由于舊標頭信號和新有效標頭信號的相應的副載波頻率，它們在頻率域中是分開的。即，每次加入新標頭信號，使傳遞在給定波長λ1處的光疊在傳遞舊標頭信號的輸入光信號的上面，但是由副載波頻率來確定它們的頻率域特征。
采用這種技術，不會由于對已經(jīng)是調制光的光進行調制而產(chǎn)生其他的非線性失真。只要來自交換機1270的主路徑光與來自光調制器1450的本地注入光之間的光功率比是最佳的，并且副載波標頭和數(shù)據(jù)有效負載的調制深度是最佳的，那么就可以實現(xiàn)2000公里以上的傳輸。
另一種標頭替換技術也有可能使用具有極高精度的光學陷波濾波器來濾除舊副載波標頭信號。在圖15中示出網(wǎng)絡節(jié)點配置1500；可以容易地理解，與圖12的實施相比，配置1500是大大地簡化了。有目的地把在中心頻率fN處的副載波標頭信號放在高頻載波(例如，9GHz)上，以致傳遞fN的標頭信號將不影響在低頻范圍的數(shù)據(jù)有效負載。把補償器1205的輸出饋送到光學環(huán)形器1510，所述環(huán)形器是耦合到串聯(lián)的法布里-珀羅光纖傳感器(FFP)陷波濾波器1515和衰減器1520的。這些元件的組合效果是濾除中心頻率在fN處的標頭信號；在圖的左上角示出到光學環(huán)形器1510的輸入的光譜，而在圖的中上部分示出環(huán)形器1510的輸出的光譜。通過串聯(lián)組合提供新插入的標頭信號，這些串聯(lián)組合是寫電路1294、調制器1296、由副載波fN驅動的上變頻器1281，比圖12的方法要簡單得多。
光學技術光學技術覆蓋實現(xiàn)本發(fā)明的許多重要方面。這包括光學標頭技術、光學多路復用技術、光學交換技術以及波長轉換技術。
(a)光學標頭技術光學標頭技術包括光學標頭編碼和光學標頭去除，如相應于圖3和4所討論。事實上，光學標頭210的作用是到網(wǎng)絡元件把目的地、源以及分組長度通知網(wǎng)絡元件的投遞員。由實際的數(shù)據(jù)有效負載相比較，光學標頭210在時間上有移動。這允許數(shù)據(jù)有效負載可以有任何數(shù)據(jù)速率/協(xié)議或格式。
(b)光學多路復用技術采用已知的二氧化硅陣列波導光柵結構可以實施示例的光學多路復用。波導光柵結構具有許多獨特的優(yōu)點，包括低成本、可量測性、低損耗、一致性以及小型化。
(c)光學交換技術對于獲得分組路由選擇而不需要作為緩沖器的過長的光纖延遲，快速光學交換是很重要的。
Micromachined Electro Mechanical Switches提供所要求的特征(可量測性、低損耗、偏振不靈敏度，快速交換以及加強操作)的組合。最近，基于MEM的光學增加-除去交換機報告成果達到9微秒的交換時間。
(d)波長轉換技術波長轉換解決分組爭用而無需路徑偏轉或分組緩沖。路徑偏轉和分組緩沖兩者會鑄成-系列分組序列變型的危害。此外，分組緩沖的持續(xù)期以及容量受到限制，并經(jīng)常要求不-透明方法。另一方面，波長轉換使另一個波長通過相同的路徑發(fā)送，得到相等延遲的結果，但是解決了阻塞。示例地，推廣應用帶有有限波長轉換能力的WSXC。
雖然這里詳細地示出并描述了結合本發(fā)明的原理的各種實施例，但是熟悉本技術領域的人員可以容易地發(fā)明許多其它經(jīng)改變而仍結合這些原理的實施例。
權利要求
1．一種用于把在由多個網(wǎng)絡元件組成的波分多路復用(WDM)網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)有效負載從輸入網(wǎng)絡元件傳播到輸出網(wǎng)絡元件的方法，所述數(shù)據(jù)有效負載具有給定的格式和協(xié)議，其特征在于，所述方法包括下列步驟在每個網(wǎng)絡元件中產(chǎn)生和存儲本地路由選擇查找表，每條本地路由選擇表確定通過相關聯(lián)的一個網(wǎng)絡元件的另一些本地路由；在把數(shù)據(jù)有效負載輸入到輸入網(wǎng)絡元件之前，把標頭加到數(shù)據(jù)有效負載上以產(chǎn)生一個光信號，所述標頭具有一種格式和協(xié)議，并指示數(shù)據(jù)有效負載和標頭通過每個網(wǎng)絡元件的本地路由，所述數(shù)據(jù)有效負載的格式和協(xié)議與所述標頭的格式和協(xié)議無關；當數(shù)據(jù)有效負載和標頭通過WDM網(wǎng)絡傳播時，檢測在網(wǎng)絡元件處的標頭以產(chǎn)生交換控制信號；選擇本地路由中的一條路由，用于使光信號通過由查詢相應的本地路由選擇表中的交換控制信號而確定的每個網(wǎng)絡元件按選擇路由發(fā)送；以及根據(jù)所選擇的路由，使光信號通過網(wǎng)絡元件按選擇路由發(fā)送，其中，所述標頭由一個或多個標頭信號組成，每個標頭信號通過不同的副載波頻率傳遞，并且排列成使最高可檢測的副載波頻率相應于有效標頭信號，多個副載波頻率占據(jù)數(shù)據(jù)有效負載頻帶以上的頻帶，所述檢測步驟包括下列步驟同時測量標頭信號以產(chǎn)生標頭選擇信號；當在標頭選擇信號的控制下通過最高可檢測副載波頻率傳遞時，選擇有效標頭信號；以及處理有效標頭信號，以得到用于選擇光信號路由的交換控制信號。
2．如權利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括下列步驟，在同時測量的步驟之前，把光信號光電轉換成傳遞有效標頭信號的電子標頭的步驟。
3．如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述處理的步驟包括解調電子標頭以得到經(jīng)解調的有效標頭信號的步驟。
4．如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述處理步驟進一步包括在解調步驟之后，檢測經(jīng)解調的有效標頭信號中的標頭信息的步驟。
5．如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述處理步驟進一步包括在檢測經(jīng)解調的有效標頭信號中的標頭信息的步驟之后，讀出標頭信息以產(chǎn)生交換控制信號的步驟。
6．如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述讀出步驟包括把標頭信息輸入到可對內容尋址的存儲器中以產(chǎn)生交換控制信號的步驟。
7．如權利要求1所述的方法，其特征在于，它進一步包括這樣一個步驟，即，在同時測量步驟之前把光信號光-電轉換成電子標頭，并且其中的同時測量步驟包括把電子標頭下變頻到表示標頭信號的多個中頻信號的步驟。
8．如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述下變頻步驟包括本地產(chǎn)生多個副載波頻率，并把電子標頭乘以多個本地副載波頻率以產(chǎn)生多個中頻信號的步驟。
9．如權利要求8所述的方法，其特征在于，它進一步包括在相乘步驟之后，對每個中頻信號進行包絡檢測以同時產(chǎn)生多個經(jīng)包絡檢測的信號的步驟。
10．如權利要求9所述的方法，其特征在于，它進一步包括在包絡檢測步驟之后同時對每個經(jīng)包絡檢測的信號進行門限檢測以產(chǎn)生多個判定信號的步驟。
11．如權利要求10所述的方法，其特征在于，它進一步包括在門限檢測步驟之后把多個判定信號輸入到邏輯電路以產(chǎn)生標頭選擇信號的步驟。
12．一種用于檢測在以給定波長下傳播的光信號中的標頭的方法，所述光信號包括標頭和數(shù)據(jù)有效負載，標頭由一個或多個標頭信號組成，每個標頭信號通過不同的副載波頻率傳遞，并排列成使最高可檢測的副載波頻率相應于有效標頭信號，多個副載波頻率占據(jù)在數(shù)據(jù)有效負載的頻帶以上的頻帶，所述標頭包括標頭信息，所述標頭信息用于選擇光信號通過交換機的路由，所述方法包括下列步驟同時測量標頭信號以產(chǎn)生標頭選擇信號；當在標頭選擇信號的控制下通過最高可檢測副載波頻率傳遞時，選擇有效標頭信號；以及處理有效標頭信號，以產(chǎn)生交換控制信號來控制交換機。
13．如權利要求12所述的方法，其特征在于，它進一步包括在同時測量步驟之前，把光信號光電轉換成傳遞有效標頭信號的電子標頭的步驟。
14．如權利要求13所述的方法，其特征在于，所述處理的步驟包括解調電子標頭以產(chǎn)生經(jīng)解調的有效標頭信號的步驟。
15．如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述處理步驟進一步包括在解調步驟之后，檢測經(jīng)解調的有效標頭信號中的標頭信息的步驟。
16．如權利要求15所述的方法，其特征在于，所述處理步驟進一步包括在檢測標頭信息的步驟之后，讀出標頭信息以產(chǎn)生交換控制信號的步驟。
17．如權利要求16所述的方法，其特征在于，所述讀出步驟包括把標頭信息輸入到可對內容尋址的存儲器內以產(chǎn)生交換控制信號的步驟。
18．如權利要求12所述的方法，其特征在于，它進一步包括這樣一個步驟，即，在同時測量步驟之前把光信號光-電轉換成電子標頭，并且其中的同時測量步驟包括把電子標頭下變頻到表示標頭信號的多個中頻信號。
19．如權利要求18所述的方法，其特征在于，所述下變頻步驟包括本地產(chǎn)生多個副載波頻率，并把電子標頭乘以多個本地副載波頻率以產(chǎn)生多個中頻信號的步驟。
20．如權利要求19所述的方法，其特征在于，它進一步包括在相乘步驟之后，對每個中頻信號進行包絡檢測以同時產(chǎn)生多個經(jīng)包絡檢測的信號的步驟。
21．如權利要求20所述的方法，其特征在于，它進一步包括在包絡檢測步驟之后同時對每個經(jīng)包絡檢測的信號進行門限檢測以產(chǎn)生多個判定信號的步驟。
22．如權利要求21所述的方法，其特征在于，它進一步包括在門限檢測步驟之后把多個判定信號輸入到邏輯電路內以產(chǎn)生標頭選擇信號的步驟。
23．一種用于插入標頭以與數(shù)據(jù)有效負載一起傳播的方法，兩者都通過給定光波長下的光信號傳播，其特征在于，所述方法包括下列步驟在具有預定頻譜的基帶處產(chǎn)生標頭信號，所述標頭信號表示標頭；使用載波頻率使標頭信號頻移，以致標頭信號經(jīng)頻移的頻譜位于數(shù)據(jù)有效負載的頻譜上面；使經(jīng)頻移的標頭信號和數(shù)據(jù)有效負載相加以產(chǎn)生組合信號；以及使組合信號經(jīng)電-光轉換以產(chǎn)生在給定波長處的光信號。
24．一種用于檢測在以給定的光波長傳播的光信號中的標頭的系統(tǒng)，所述光信號包括標頭和數(shù)據(jù)有效負載兩者，標頭由一個或多個標頭信號組成，每個標頭信號通過不同的副載波頻率傳遞，并排列成使最高可檢測的副載波頻率相應于有效標頭信號，多個副載波頻率占據(jù)在數(shù)據(jù)有效負載的基帶譜以上的頻帶，所述標頭包括標頭信息，所述標頭信息用于選擇光信號通過交換機的路由，所述系統(tǒng)包括測量裝置，用于同時測量標頭信號以產(chǎn)生標頭選擇信號；耦合到測量裝置的選擇器，用于確定在標頭選擇信號控制下通過最高可檢測的副載波頻率傳遞的有效標頭信號；以及耦合到選擇器的處理器，用于處理有效標頭信號以產(chǎn)生交換控制信號來控制交換機。
25．一種用于替換在以給定的光波長傳播的光信號中的標頭的系統(tǒng)，所述光信號包括標頭和數(shù)據(jù)有效負載，所述標頭由一個或多個標頭信號組成，每個標頭信號通過不同的副載波頻率傳遞，并排列成使最高可檢測的副載波頻率相應于有效標頭信號，所述多個副載波頻率占據(jù)在數(shù)據(jù)有效負載的基帶譜以上的頻帶，其特征在于，所述系統(tǒng)包括測量裝置，用于同時測量標頭信號以產(chǎn)生標頭選擇信號；耦合到測量裝置的選擇器，用于確定在標頭選擇信號控制下通過最高可檢測的副載波頻率傳遞的有效標頭信號；以及耦合到選擇器的處理器，用于處理有效標頭信號以產(chǎn)生用于選擇光信號路由的交換控制信號；響應于處理器的標頭產(chǎn)生器，用于確定新的有效標頭信號；以及響應于標頭發(fā)生器的裝置，用于當通過超過最高可檢測副載波頻率的下一個最高副載波頻率傳遞時，把新的有效標頭信號插入到所述標頭內。
26．一種用于把在由多個網(wǎng)絡元件組成的波分多路復用(WDM)網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)有效負載從輸入網(wǎng)絡元件傳播到輸出網(wǎng)絡元件的系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)有效負載具有給定的格式和協(xié)議，其特征在于，所述系統(tǒng)包括路由發(fā)生器，用于在每個網(wǎng)絡元件中產(chǎn)生和存儲本地路由選擇查找表，每個本地路由選擇表確定通過相關聯(lián)的一個網(wǎng)絡元件的另一些本地路由選擇；加法器，用于在把數(shù)據(jù)有效負載輸入到輸入網(wǎng)絡元件之前把標頭加到數(shù)據(jù)有效負載上以產(chǎn)生光信號，所述標頭具有一種格式和協(xié)議，并指示數(shù)據(jù)有效負載和標頭通過每個網(wǎng)絡元件的本地路由，所述數(shù)據(jù)有效負載的格式和協(xié)議與標頭的格式和協(xié)議無關；檢測器，用于當數(shù)據(jù)有效負載和標頭通過WDM網(wǎng)絡傳播時，檢測在網(wǎng)絡元件處的標頭以產(chǎn)生交換控制信號；路由器，用于選擇本地路由中的一條路由，所述路由用于使光信號通過由查詢相應的本地路由選擇表中的交換控制信號而確定的每個網(wǎng)絡元件按選擇路由發(fā)送；以及交換機，用于根據(jù)所選擇的路由，選擇光信號通過網(wǎng)絡元件的路由，其中，所述標頭由一個或多個標頭信號組成，每個標頭信號通過不同的副載波頻率傳遞，并且排列成使最高可檢測的副載波頻率相應于有效標頭信號，多個副載波頻率占據(jù)數(shù)據(jù)有效負載基帶頻譜以上的頻帶；所述檢測器進一步包括測量裝置，用于同時測量標頭信號以產(chǎn)生標頭選擇信號；以及耦合到測量裝置的選擇器，用來當在標頭選擇信號的控制下通過最高可檢測副載波頻率傳遞時，確定有效標頭信號耦合到選擇器的處理器，用于處理有效標頭信號以產(chǎn)生交換控制信號，所述系統(tǒng)進一步包括響應于處理器的標頭發(fā)生器，用于確定新有效標頭信號；以及響應于標頭發(fā)生器的裝置，用于當通過超過最高可檢測副載波頻率的下一個最高副載波頻率傳遞時，把新的有效標頭信號插入所述光信號內。
27．一種把在由多個網(wǎng)絡元件組成的波分多路復用(WDM)網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)有效負載從輸入網(wǎng)絡元件傳播到輸出網(wǎng)絡元件的方法，所述數(shù)據(jù)有效負載具有給定的格式和協(xié)議，其特征在于，所述方法包括下列步驟在每個網(wǎng)絡元件中產(chǎn)生和存儲本地路由選擇查找表，每個本地路由選擇表確定通過相關聯(lián)的一個網(wǎng)絡元件的另一些本地路由；在把數(shù)據(jù)有效負載輸入到輸入網(wǎng)絡元件之前，把所述標頭加到所述數(shù)據(jù)有效負載上以產(chǎn)生一個光信號，所述標頭具有一種格式和協(xié)議，并指示數(shù)據(jù)有效負載和標頭通過每個網(wǎng)絡元件的本地路由，所述數(shù)據(jù)有效負載的格式和協(xié)議與所述標頭的格式和協(xié)議無關；當數(shù)據(jù)有效負載和標頭通過WDM網(wǎng)絡傳播時，檢測在網(wǎng)絡元件處的標頭以產(chǎn)生交換控制信號；選擇本地路由中的一條路由，用于使光信號通過由查詢相應的本地路由選擇表中的交換控制信號而確定的每個網(wǎng)絡元件按選擇路由發(fā)送；以及根據(jù)所選擇的路由，使光信號通過網(wǎng)絡元件按選擇路由發(fā)送，其中，所述標頭由一個或多個標頭信號組成，每個標頭信號通過不同的副載波頻率傳遞，并且如此地安排，使最高可檢測的副載波頻率相應于有效標頭信號，多個副載波頻率占據(jù)數(shù)據(jù)有效負載頻帶以上的頻帶，所述檢測步驟包括下列步驟同時測量通過標頭傳遞的標頭信號以產(chǎn)生標頭選擇信號；當在標頭選擇信號的控制下通過最高可檢測副載波頻率傳遞時，選擇有效標頭信號；以及處理光信號以刪除標頭信號而僅恢復數(shù)據(jù)有效負載，所述方法進一步包括在路由選擇步驟之前確定新有效標頭信號的步驟；以及把新有效標頭信號插入光信號內以替換所刪除的標頭信號的步驟。
28．一種把在由多個網(wǎng)絡元件組成的波分多路復用(WDM)網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)有效負載從輸入網(wǎng)絡元件傳播到輸出網(wǎng)絡元件的系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)有效負載具有給定的格式和協(xié)議，其特征在于，所述系統(tǒng)包括路由選擇發(fā)生器，用于在每個網(wǎng)絡元件中產(chǎn)生和存儲本地路由選擇查找表，每個本地路由選擇表確定通過相關聯(lián)的一個網(wǎng)絡元件的另一寫本地路由；加法器，用于在把數(shù)據(jù)有效負載輸入到輸入網(wǎng)絡元件之前把標頭加到數(shù)據(jù)有效負載上以產(chǎn)生光信號，所述標頭具有一種格式和協(xié)議，并指示數(shù)據(jù)有效負載和標頭通過每個網(wǎng)絡元件的本地路由，所述數(shù)據(jù)有效負載的格式和協(xié)議與標頭的格式和協(xié)議無關；檢測器，用于當數(shù)據(jù)有效負載和標頭通過WDM網(wǎng)絡傳播時，檢測網(wǎng)絡元件處的標頭以產(chǎn)生交換控制信號；選擇器，用于選擇本地路由中的一條路由，通過由查詢相應的本地路由選擇表中的交換控制信號而確定的每個網(wǎng)絡元件，按選擇的路由發(fā)送光信號；以及交換機，用于根據(jù)所選擇的路由，通過網(wǎng)絡元件按選擇的路由發(fā)送數(shù)據(jù)有效負載和標頭；其中，所述標頭由一個或多個標頭信號組成，每個標頭信號通過不同的副載波頻率傳遞，并且排列成使最高可檢測的副載波頻率相應于有效標頭信號，多個副載波頻率占據(jù)數(shù)據(jù)有效負載基帶頻譜以上的頻帶；所述檢測器進一步包括測量裝置，用于同時測量標頭信號以產(chǎn)生標頭選擇信號；耦合到測量裝置的選擇器，用當在標頭選擇信號的控制下通過最高可檢測副載波頻率傳遞時，確定有效標頭信號；響應于輸入光信號的處理器，用于刪除標頭信號和僅恢復數(shù)據(jù)有效負載，所述系統(tǒng)進一步包括響應于選擇器的標頭發(fā)生器，用于確定新的有效標頭信號；以及響應于標頭發(fā)生器的裝置，用于把新的有效標頭信號插入光信號內以替換所刪除的標頭信號。
29．一種把在由多個網(wǎng)絡元件組成的波分多路復用(WDM)網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)有效負載從輸入網(wǎng)絡元件傳播到輸出網(wǎng)絡元件的方法，所述數(shù)據(jù)有效負載具有給定的格式和協(xié)議，其特征在于，所述方法包括下列步驟在每個網(wǎng)絡元件中產(chǎn)生和存儲本地路由選擇查找表，每個本地路由選擇表確定通過相關聯(lián)的一個網(wǎng)絡元件的另一些本地路由選擇；在把數(shù)據(jù)有效負載輸入到輸入網(wǎng)絡元件之前，把標頭加到數(shù)據(jù)有效負載上以產(chǎn)生一個光信號，所述光信號進一步包括前置碼和光脈沖(preamble andlight burst)，所述標頭具有一種格式和協(xié)議，并指示數(shù)據(jù)有效負載和標頭通過每個網(wǎng)絡元件的本地路由，所述數(shù)據(jù)有效負載的格式和協(xié)議與所述標頭的格式和協(xié)議無關；當光信號通過WDM網(wǎng)絡傳播時，檢測在網(wǎng)絡元件處的標頭以產(chǎn)生交換控制信號；選擇本地路由中的一條路由，用于使光信號通過由查詢相應的本地路由選擇表中的交換控制信號而確定的網(wǎng)絡元件按選擇路由發(fā)送；以及根據(jù)所選擇的路由，使光信號通過網(wǎng)絡元件按選擇路由發(fā)送，其中，所述標頭由一個或多個標頭信號組成，每個標頭信號通過不同的副載波頻率傳遞，并且排列成使最高可檢測的副載波頻率相應于有效標頭信號，多個副載波頻率占據(jù)數(shù)據(jù)有效負載頻帶以上的頻帶，所述檢測步驟包括下列步驟同時測量標頭信號以產(chǎn)生標頭選擇信號；當在標頭選擇信號的控制下通過最高可檢測副載波頻率傳遞時，選擇有效標頭信號；以及處理有效標頭信號以產(chǎn)生用于選擇發(fā)送光信號路由的交換控制信號，所述方法進一步包括在路由選擇發(fā)送步驟之前確定新的有效標頭信號的步驟；使光脈沖進行光學循環(huán)以在前置碼的控制下產(chǎn)生時間一延長的光脈沖；用通過超過最高可檢測副載波頻率的下一個最高副載波頻率傳遞的新有效標頭信號對時間延長的光脈沖進行光調制以產(chǎn)生輸出光學標頭；以及把輸出光學標頭插入光信號以增大光信號。
30．一種檢測和替換在以給定光波長傳播的輸入光信號中的標頭以產(chǎn)生輸出光信號的系統(tǒng)，所述輸入光信號包括標頭和數(shù)據(jù)有效負載，所述標頭由一個或多個標頭信號組成，每個標頭信號通過不同的副載波頻率傳遞，并且排列成使最高可檢測的副載波頻率相應于有效標頭信號，多個副載波頻率占據(jù)數(shù)據(jù)有效負載頻帶以上的頻帶，傳遞標頭信息的標頭用于選擇輸入光信號通過交換機的路由，所述光信號進一步包括前置碼和光脈沖，所述系統(tǒng)包括測量裝置，用于同時測量標頭信號以產(chǎn)生標頭選擇信號；耦合到測量裝置的選擇器，用于確定在標頭選擇信號控制下通過最高可檢測的副載波頻率傳遞的有效標頭信號；耦合到選擇器的處理器，用于處理有效標頭信號以產(chǎn)生交換控制信號，以選擇輸出光信號通過交換機的路由以及產(chǎn)生新有效標頭信號；響應于輸入光信號的光學循環(huán)器，用于使光脈沖循環(huán)以在前置碼的控制下產(chǎn)生時間延長的光脈沖；響應于光學循環(huán)器和新有效標頭信號的光調制器，用通過超過最高可檢測副載波頻率的下一個最高副載波頻率傳遞的新有效標頭信號對時間-延長的光脈沖進行調制，以產(chǎn)生輸出光學標頭；以及響應于光調制器而用于把輸出光學標頭插入輸入光信號內以產(chǎn)生輸出光信號的裝置。
31．一種把在由多個網(wǎng)絡元件組成的波分多路復用(WDM)網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)有效負載從輸入網(wǎng)絡元件傳播到輸出網(wǎng)絡元件的方法，所述數(shù)據(jù)有效負載具有給定的格式和協(xié)議，其特征在于，所述方法包括下列步驟在每個網(wǎng)絡元件中產(chǎn)生和存儲本地路由選擇查找表，每個本地路由選擇表確定通過相關聯(lián)的一個網(wǎng)絡元件的另一些本地路由；在把數(shù)據(jù)有效負載輸入到輸入網(wǎng)絡元件之前，把標頭加到數(shù)據(jù)有效負載上以產(chǎn)生一個光信號，所述標頭具有一種格式和協(xié)議，并指示數(shù)據(jù)有效負載和標頭通過每個網(wǎng)絡元件的本地路由，所述數(shù)據(jù)有效負載的格式和協(xié)議與所述標頭的格式和協(xié)議無關；當數(shù)據(jù)有效負載和標頭通過WDM網(wǎng)絡傳播時，檢測在網(wǎng)絡元件處的標頭以產(chǎn)生交換控制信號；選擇本地路由中的一條路由，用于使光信號通過由查詢相應的本地路由選擇表中的交換控制信號而確定的網(wǎng)絡元件按選擇路由發(fā)送；以及根據(jù)所選擇的路由，使光信號通過網(wǎng)絡元件按選擇路由發(fā)送，其中，所述標頭由一個或多個標頭信號組成，每個標頭信號通過不同的副載波頻率傳遞，致使標頭信號的頻譜占據(jù)數(shù)據(jù)有效負載頻帶以上的頻帶；所述檢測步驟包括下列步驟光-電轉換所述光信號以檢測在標頭信號中的標頭信息；以及讀出標頭信息以產(chǎn)生交換控制信號，從而選擇輸入光信號的路由；所述方法進一步包括在路由選擇步驟之前，用光學方法處理光信號以刪除標頭信號而僅恢復數(shù)據(jù)有效負載；以及把新標頭信號插入光信號以替換所刪除的標頭信號。
32．一種把在由多個網(wǎng)絡元件組成的波分多路復用(WDM)網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)有效負載從輸入網(wǎng)絡元件傳播到輸出網(wǎng)絡元件的系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)有效負載具有給定的格式和協(xié)議，其特征在于，所述系統(tǒng)包括路由選擇發(fā)生器，用于在每個網(wǎng)絡元件中產(chǎn)生和存儲本地路由選擇查找表，每個本地路由選擇表確定通過相關聯(lián)的一個網(wǎng)絡元件的另一些本地路由；加法器，用于在把數(shù)據(jù)有效負載輸入到輸入網(wǎng)絡元件之前，把標頭加到數(shù)據(jù)有效負載上以產(chǎn)生光信號，所述標頭具有一種格式和協(xié)議，并指示數(shù)據(jù)有效負載和標頭通過每個網(wǎng)絡元件的本地路由，所述數(shù)據(jù)有效負載的格式和協(xié)議與所述標頭的格式和協(xié)議無關；檢測器，用于當數(shù)據(jù)有效負載和標頭通過WDM網(wǎng)絡傳播時，檢測在網(wǎng)絡元件處的標頭以產(chǎn)生交換控制信號；用于選擇本地路由中的一條路由的路由器，用于使光信號通過由查詢相應的本地路由選擇表中的交換控制信號而確定的每個網(wǎng)絡元件按選擇路由發(fā)送；以及交換機，用于根據(jù)所選擇的路由，使光信號通過網(wǎng)絡元件按選擇路由發(fā)送，其中，所述標頭由標頭信號組成，所述標頭信號通過不同的副載波頻率傳遞，致使標頭信號的頻譜占據(jù)數(shù)據(jù)有效負載頻帶以上的頻帶；所述檢測器進一步包括光-電轉換器，用于對光信號進行檢測，以檢測在標頭信號中的標頭信息；以及讀出器，用于讀出標頭信息以產(chǎn)生交換控制信號，以選擇輸入光信號的路由，所述系統(tǒng)進一步包括響應于光信號的光學處理器，用于處理光信號以刪除標頭信號而僅恢復數(shù)據(jù)有效負載；以及響應于光學處理器的裝置，用于把新標頭信號插入光信號內以替換所刪除的標頭信號。
全文摘要
一種可應用于光學網(wǎng)絡的光學信令標頭技術,其中在相同的信道或波長中嵌入分組路由選擇信息作為數(shù)據(jù)有效負載(211),以致標頭(210)和數(shù)據(jù)(211)有效負載兩者通過網(wǎng)絡元件以相同的路徑和相關的延遲傳播。標頭(210)路由選擇信息對于數(shù)據(jù)有效負載(211)具有充分不同的特征,以致還可以除去信令標頭而不影響數(shù)據(jù)有效負載?？梢砸阅K的方式使用兩類鑲嵌模塊把信號路由選擇技術覆蓋到傳統(tǒng)網(wǎng)絡元件上。第一類在數(shù)據(jù)有效負載進入和輸出網(wǎng)絡的入口點和出口點處實現(xiàn)標頭編碼和解碼;第二類在每個網(wǎng)絡元件處實現(xiàn)標頭檢測。
文檔編號H04J14/02GK1309853SQ9980878
公開日2001年8月22日 申請日期1999年7月15日 優(yōu)先權日1998年7月17日
發(fā)明者張繼昆, W·韋 申請人:特爾科迪亞技術股份有限公司