DE60118654T2

DE60118654T2 - Optischer Netzwerkknoten

Info

Publication number: DE60118654T2
Application number: DE60118654T
Authority: DE
Inventors: Alan F. Kanata Graves; John G. Orleans Gruber
Original assignee: Nortel Networks Ltd
Current assignee: Nortel Networks Ltd
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2001-05-29
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2021-05-30
Also published as: EP1161117B1; JP4545349B2; EP1161117A2; JP2002044024A; EP1161117A3; DE60118654D1; CA2310293A1; US20010050790A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Knoten zum direkten Schalten und Vermitteln optischer Signale in optischen Netzwerken.
Heute erfolgt das Zusammenwirken von Produkten mehrerer Hersteller und mehrerer Betreiber am Knoten- und Übergabe-(POP-)Orten über offene elektrische Schnittstellen (beispielsweise DS3-Signale) in der elektrischen Welt und durch offene optische Schnittstellen (beispielsweise 1310 nm-Signale) in der optischen Welt. In jedem Fall erfordert dies eine relativ kostspielige Umsetzung von optisch-zu-elektrischen-zu-optischen Signalen (O/E/O). Dies ist bisher im Hinblick auf die komplexe Art der optischen Leitungs-und Vermittlungstechnologien und die weitere Kompliziertheit erforderlich, die sich aus Wechselwirkungen zwischen diesen ergibt, wenn sie optisch ohne eine O/E/O-Umwandlung verbunden werden. Beispielsweise sind optische Leitungssysteme aufgrund der Tatsache kompliziert, dass die Technologie-Umgebungen gleichzeitig in Richtung auf eine hohe Kapazität, eine große Reichweite, eine hohe Betriebsleistung und niedrige Kosten entwickelt wurden. In ähnlicher Weise ist man bestrebt, optische Schalter und Vermittlungen so zu entwickeln, dass sich eine Skalierbarkeit, geringe Verluste und eine gute Verwaltbarkeit ergibt. Aus diesen Gründen der Kompliziertheit und der Notwendigkeit zur Kontrolle von Beeinträchtigungen und vorübergehenden Wechselwirkungen und zur Erleichterung des Zusammenwirkens werden diese Systeme derzeit „isoliert" Konstruiert, das heißt nach Art eines einzigen Herstellers, und sie werden wahrscheinlich anfänglich auch in „Isolation" eingesetzt – das heißt mit O/E/O-Geräten zwischen diesen.
Im Zusammenhang mit dem Übergang auf vollständig optische Netzwerke ist es jedoch wünschenswert, schließlich in der Lage zu sein, in einer wirtschaftlicheren Weise das Zusammenwirken von Produkten von mehreren Herstellern und mehreren Betreibern durch optische Einrichtungen und ohne eine O/E/O-Umwandlung zu erleichtern. Die Weiterentwicklung der Reife der Technologie wird in gewisser Weise diese Wechselwirkungs- und Zusammenwirkungs-Schwierigkeiten erleichtern. Von größerer Bedeutung ist jedoch hier die Aussicht, dass diese Probleme weiterhin dadurch gemildert werden, dass der optische Knoten die Rolle einer Überleiteinrichtung für das Zusammenwirken von Produkten mehrerer Hersteller und mehrerer Betreiber übernimmt. Die Grundlage dieser Überleiteinrichtungs-(Gateway-)Funktion ist der Betrieb des optischen Knotens als „Master"-Betriebsverhalten-Überwachungseinrichtung und als Güteverlust- oder Beeinträchtigungs-Kompensationseinrichtung. Die Betriebsverhalten-Überwachung in einem optischen Knoten unterstützt eine netzwerkweite Betriebsverhalten- und Fehlerverwaltung und das Auslösen von netzwerkweiten Schutzumschaltungs- und Wiederherstellungsoptionen. Dies unterstützt weiterhin die Detektion und Isolation von Fehlern, die für optische Knoten spezifisch sind, und von Fehlverbindungen, wobei eine Schutzumschaltung auf redundante Module ausgelöst wird, wenn dies anwendbar ist. Schließlich, und von größter Bedeutung hier, steuert die Betriebsverhalten-Überwachung die Ausgangskanal-Leistungspegel-Kompensation von optischen Knoten und möglicherweise die Dispersions-Kompensation. Diese Kompensation erleichtert die Schaffung eines gemeinsamen transparenten optischen Überleiteinrichtungs-Raumes mit „Null-Beeinträchtigung" unter Verkettung von Leitungssystemen von mehreren Herstellern und unter Verbindung von Netzwerken mehrerer Betreiber. Ein optischer Knoten kann weiterhin eine Schnittstelle mit elektrooptischen Einrichtungen ergeben. Wenn sich beispielsweise ein optisches System in enger Nähe zu elektrooptischen Systemen befindet, so kann die Netzwerk- und Knotenüberwachung optischer Kanäle zumindest teilweise durch elektrooptische Systeme erfolgen.
Die Veröffentlichung "Scalable optical-path supervisory scheme using pilot tones and channel equalisers" von Kwang-Uk Chu et al, Electronics Letters, 27. April 2000, Band 36, Nummer 9, beschreibt ein System, bei dem Pilottöne von Kanalentzerrern beseitigt werden, um die Skalierbarkeit des Überwachungsschemas zu verbessern.
Gemäß der Erfindung wird ein optischer Netzwerk-Knoten geschaffen, der folgendes umfasst:
eine optische Vermittlungsstruktur, die ein Hauptmodul und ein oder mehrere redundante Module einschließt, zur Weiterleitung eines optischen Signals, das eine Vielzahl von Kanälen umfasst; Einrichtungen zur Überwachung des optischen Signals vor und nach der optischen Vermittlungsstruktur; Einrichtungen zum Vermitteln der Vielzahl von Kanälen des optischen Signals zwischen dem Hauptmodul und einem der redundanten Module in Abhängigkeit von den Überwachungseinrichtungen; Einrichtungen zur Verringerung einer Varianz von Signalbeeinträchtigungen, die zwischen optischen Eingangssignalen des optischen Netzwerk-Knotens existieren, durch Anwenden einer Gesamt-Kompensation der Signalcharakteristiken auf alle Kanäle des optischen Signals; Einrichtungen zum Demultiplexieren eines optischen Signals, das in die Kanäle eingegeben wird; Einrichtungen zum Kompensieren von Kanalbeeinträchtigungen für jeden einzelnen Kanal in Abhängigkeit von den Überwachungseinrichtungen; und Einrichtungen zum Multiplexieren von Kanälen in ein optisches Ausgangssignal.
Dies ergibt einen verbesserten optischen Netzwerk-Knoten.
Die hauptsächliche optische Vermittlungs- und Kreuzverbindungs-(PSX-)Anwendung dient zur Verbindungsverwaltung und zur Steuerung von Ende-zu-Ende-Wellenlängen-Diensten in vollständig optischen Langstrecken-Netzwerken, für die die PSX's den größten Wert ergeben, wobei jedoch Verlust-Beeinträchtigungen und Vermittlungs-Übergangs-Wechselwirkungen zwischen PSX-Knoten und optischen Leitungssystemen kompensiert werden müssen.
PSX-Bemessungs-Anforderungen reichen von zehn, hunderten und tausenden von Ports für Lichtleitfasern, Band- und Wellenlängen-Granular-Strukturen, wobei beispielsweise eine mittlere Größe aufweisende Band-Vermittlungen am besten in Durchgangs-Intensiven Intra-Netzwerk-Knoten Standorten geeignet sind, und große Wellenlängen-Vermittlungen am besten in Hinzufügungs-/Abzweigungs-intensiven Zwischen-Netzwerk-POP-Standorten anwendbar sind. Eine weitere Haupt-PSE-Forderung besteht in der Vielzweck-Betriebsverhalten-Überwachung für die netzwerkweite und Knoten-Betriebsverhalten- und Fehlerverwaltung, dass Auslösen von Schutz- und Wiederherstellungs-Optionen und das Ansteuern der PSX-Verlust-Kompensation.
Andere Gesichtspunkte der Erfindung schließen Kombinationen und Teil-Kombinationen der vorstehend beschriebenen Merkmale miteinander ein, die anders als die vorstehend beschriebenen Kombinationen sind.
Beispiele der Erfindung werden nunmehr ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 ein funktionelles Blockschaltbild eines optischen Netzwerkes ist, das Knoten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist;
2 ein funktionelles Blockschaltbild eines optischen Knotens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und
3 ein funktionelles Blockschaltbild ist, das einen Netzwerk-Knoten mit einem Übergang von einer vollständig elektrischen Domäne zu einer vollständig optischen Domäne zeigt.
1 ist ein funktionelles Blockschaltbild, das ein optisches Netzwerk 10 zeigt. Das optische Netzwerk 10 schließt eine Vielzahl von optischen Knoten 12, 14, 16, 18, 20, 22 und 24 ein, die über Lichtleitfasern miteinander verbunden sind. Elektrooptische Geräte 30, 32, 34 und 36 ergeben einen Zugang an das optische Netzwerk von Netzwerken mit elektrischen Signalen aus. Der Betrieb des Netzwerkes wird durch eine Netzwerk-Verwaltung 40 erleichtert.
Die elektrooptischen Einrichtungen 30–36 ergeben einen Zugang an das optische Netzwerk für Sammel-Netzwerke 42, 44, 46 und 48.
Der Knoten 16 ist mit weiteren Einzelheiten gezeigt, ist mit der Lichtleitfaser 50 gekoppelt und weist eine Eingangsleitungs-Funktion 52, eine optische Vermittlungs-Struktur 54, und eine Ausgangsleitungs-Funktion 56 auf, die mit einer Lichtleitfaser 58 gekoppelt ist. Weiterhin sind ein Signalprozessor 60, ein Inhalts-Prozessor 62 und eine OA&M 64 vorgesehen, die in der in der Figur gezeigten Weise miteinander verbunden sind. Ein analog-/digital-Lambda-(Wellenlängen-)Wandler 66 ergibt Hinzufügungs/Abzweigungs-, Wellenlängen-Umwandlungs- und elektronische Kreuzverbindungs-Funktionen.
Die Knoten 12–24 des optischen Netzwerkes 10 ergeben die folgenden Funktionen: Überwachung, Kompensation, Bereitstellung eines zentralen Punktes für OAM&P, Zusammenwirken mit optischen Leitungssystemen, Verkettung von optischen Leitungssystemen mehrerer Hersteller, Überleitung für Leitungssysteme mehrerer Hersteller, Zusammenwirken mit elektrooptischen Einrichtungen und Schnittstellenverbindung mit herkömmlichen Netzwerken. Diese Netzwerke haben kanalzugeordnete Zusatzoptionen, die für unterschiedliche Aufgaben bereitgestellt sind. Beispielsweise schnelle digitale Wrapper-Einrichtungen, hauptsächlich für Ende-Ende-Kanäle und die Bereitstellung; Signalqualitäts-und Verfolgungsfähigkeiten; langsame digitale Wrapper-Einrichtungen – für Ende-Ende-Kanäle und die Bereitstellung von Zwischen-Standorten; Signalqualitäts-, Verfolgungs- und Fehlerlokalisierungsfähigkeiten; und optische Pilottöne mit ID für die Verfolgung. Diese Optionen unterstützen weiterhin die Überwachung der Knotenintegritäts-Prüfungen und der Redundanz-Umschaltung; der Kompensation von Knoten- und Verbindungsstrecken-Beeinträchtigungen, den Netzwerk-Schutz und die Wiederherstellung; und die Information von Steuerschichten über den Status der optischen Schicht zur Erleichterung des Verbindungsaufbaus.
Die Betriebsweise wird nunmehr unter Bezugnahme auf 1 beschrieben, die eine Ansicht einer höheren Ebene eines optischen Netzwerkes zeigt. Das Netzwerk schließt Sammel-Netzwerke oder Zugangs-Netzwerke 42–48 ein, die die Teil-Wellenlängen-Aggregation in Verkehr auf der Wellenlängen-Ebene abwickeln, wobei der Verkehr auf der Wellenlängen-Ebene beispielsweise an Fernleitungs-Ports eines Routers austritt. Der Verkehr auf der Wellenlängen-Ebene wird unabhängig davon, ob er Verbund-Verkehr von einem Router oder einer Vermittlung ist oder ob er ein langfristiger oder eine höhere Bandbreite aufweisender Dienst ist, der direkt von einem Endbenutzer eingespeist oder zu diesem eingespeist wird, in einen Wellenlängen-Wrapper eingekapselt, beispielsweise an einem elektrooptischen Gerät 32 oder einer ähnlichen Lösung, um die Herstellung eines zuverlässigen Ende-zu-Ende-Pfades zu ermöglichen. Die Zwecke, die der Wellenlängen-Wrapper (ein Zusatzkanal auf der Wellenlängen-Ebene, der der Nutzinformation hinzugefügt wird) erfüllen kann, schließen folgendes ein:

– Ende-zu-Ende-Verbindungsfähigkeits-Prüfung
– Wellenlängen-Routenführungs-Information
– Zwischenknoten-Routenführungs-Information
– Anzeigen für die Dienstgüte/Diensteklasse
– Verfahren zum Validieren der Signalintegrität an Zwischenknoten wobei die Integrität sowohl als Qualität als auch korrekte Routenführung definiert ist
– Andere

Die Wellenlängen, die jeweils den in Wrappern angeordneten Verkehr und den Lambda-Wrapper enthalten, werden dann in einem optischen Wellenlängen-Multiplexer (WDM), der in 1 nicht gezeigt ist, multiplexiert, um ein optisches Multi-Träger-Signal zu erzeugen, wobei jeder Träger mit seiner eigenen Wellenlänge arbeitet und seine eigene Information überträgt. Dieses optische WDM-Signal wird über eine Lichtleitfaser zu dem erforderlichen Endziel, beispielsweise das Zugangs-Netzwerk 46, übertragen, an dem die Wellenlänge aus dem WDM-Strom demultiplexiert wird und der Wellenlängen-Wrapper verarbeitet wird, um die erforderlichen Funktionen auszuführen, die durch die vorstehende Liste von möglichen Funktionen bedingt sind. Dies schließt die Überprüfung, dass die richtige Wellenlänge, und damit die Nutzinformation, empfangen wurde, und dass die Qualität des Übertragungspfades ausreichend ist, ein.
Die einzelne Wellenlänge findet ihren Weg zu dem erforderlichen Endziel durch Herstellen von optischen Ende-zu-Ende-Pfaden auf der Wellenlängen-Ebene durch einen Prozess der Verkettung einzelner optischer Übertragungsstrecken. Dies wird durch die Verwendung durch optischen Schaltern oder Vermittlungen 14, 18, 24 erreicht, die eine Kreuzverbindung einzelner Wellenlängen von irgendeiner vorgegebenen Eingangs-Übertragungsstrecke auf die passenden Ausgangs-Übertragungsstrecken auf einer Grundlage von Wellenlänge für Wellenlänge oder alternativ Wellenlängen-Gruppe für Wellenlängen-Gruppe durchführen.
Dies erfordert, dass das optische WDM-Signal, das in den Knoten 14, 18, 24 eintritt, demultiplexiert wird, und dass jede Wellenlänge oder Gruppe von Wellenlängen passend vermittelt wird, worauf die resultierenden Wellenlängen an einem vorgegeben Vermittlungs-Ausgangsport erneut in einen neuen WDM-Strom zur Weiterübertragung multiplexiert werden müssen. Dies bedeutet, dass die Vermittlung vier Hauptaspekte hat. Diese sind wie folgt:

1. Sie ist eine Vermittlung – sie baut Pfade auf der Dienste-(Wellenlängen-)Ebene zwischen Eingängen und Ausgängen auf.
2. Sie ist ein Netzwerk-Element. Die Vermittlungsknoten müssen zusammenarbeiten, um einen Ende-zu-Ende-Pfad aufzubauen, was ein gewisse Form einer Netzwerk-Intelligenz, Signalisierung und Steuerung erfordert. Dies kann zentralisiert sein, oder es kann verteilt sein. Es gibt eine Entwicklung von einer zentralisierten zu einer verteilten Form in dem Glauben, dass dies ein Netzwerk mit höherer Betriebsleistung, ein agileres Netzwerk und ein besser ansprechendes Netzwerk ergibt. Dies bedingt weniger NM-zu-Vermittlung-Kommunikationen und mehr Vermittlungs-zu-Vermittlungs-Kommunikationen. Dies heißt mit anderen Worten, dass die Vermittlungen stärker autonome Netzwerk-Knoten werden.
3. Sie ist eine Komponente im optischem Verbindungsstrecken-Zusammenhang. Optische Verbindungsstrecken sind optische Pfade zwischen optischen Sendern und optischen Empfängern, die in diesem Netzwerk durch hunderte oder tausende von Kilometern getrennt sind, und die Vermittlungen an mehreren Stellen entlang ihrer Länge haben können. Um eine fehlerfreie Datenübertragung über die optische Verbindungsstrecke sicherzustellen, muss der optische Empfänger empfangene optische Signale innerhalb eines bestimmten Bereiches von Parametern „sehen", nachdem das Signal von dem Sender den optischen Pfad durchlaufen hat. Dieser optische Pfad hat Beeinträchtigungen, die durch die verschiedenen Elemente entlang des Pfades eingeführt werden. In einem vermittelten vollständig optischen Netzwerk ist eines der Netzwerk-Elemente die optische Vermittlung, die ähnlich wie andere Elemente verschiedene Beeinträchtigungen einführt. Einige hiervon können ähnlich den Beeinträchtigungen sein, die durch andere Elemente eingeführt werden, doch können auch einige hiervon einzigartig für die optische Vermittlung sein. Eine einzigartige Beeinträchtigung, die durch die optische Vermittlung eingeführt wird, ist die Einführung von Lambda-für-Lambda-Pegel-Änderungen sowohl aufgrund von unterschiedlichen Pfad-Verlusten in der Vermittlung (was eine Analogie zu den unterschiedlichen Port-Verlust in einem WDM darstellt) als auch aufgrund der Mischung mehrfacher unterschiedlicher Eingangssignale (Wellenlängen) von mehrfachen nicht zueinander in Beziehungen stehenden WDM-Eingangssignalen in einen gemeinsamen Ausgangs-WDM-Strom, wodurch eine große Vielfalt von nicht miteinander in Korrelation stehenden Beeinträchtigung auf einer Wellenlängen-für-Wellenlängen-Basis eingeführt werden. Diese müssen zumindest in gewisser Weise auf der Ebene pro Wellenlänge kompensiert werden. Dies wird weiter unten erläutert.
4. Der optische Schalter führt ein Verfahren einer „zufälligen" Änderung der Kombinationen von optischen Beeinträchtigungen zwischen Sendern und Empfängern und sich ändernde Sender-/Empfänger-Beziehungen ein. Entsprechend kann ein kurzer Pfad zwischen einem relativ örtlichen Sender und einem vorgegebenen Empfänger plötzlich durch einen Pfad zu diesem Empfänger ersetzt werden, der von einer großen Entfernung von einem entfernt angeordneten Sender ausgeht. Dies kann Probleme in jedem von zwei Bereichen einführen:
a) Der einzelne Empfänger kann ein außerhalb der Spezifikationen liegendes optisches Signal empfangen, sofern nicht die Verbindungsstrecken-Bilanz und die Verbindungsstrecken-Bilanz-Kompensationskomponenten schnell geändert werden.
b) Eine plötzliche insgesamt erfolgende Änderung der zusammengesetzten Trägerleistung in einem WDM-Strom kann auftreten, beispielsweise durch die plötzliche Einfügung eines eine sehr hohe Leistung aufweisenden optischen Trägers, was entweder zu Überlastungs- oder nichtlinearen Effekten in den Verstärkern und der Lichtleitfaser oder zu einer plötzlichen Verstärkungsänderung in den Verstärkern führt, was in jedem Fall andere Wellenlängen in dem Verkehr auf dem gleichen WDM-Strom beeinflussen kann.

Für eine erfolgreiche Realisierung eines optischen Vermittungs-Knoten müssen alle vier vorstehenden Aspekte berücksichtigt werden. Wir kommen auf diese vier Punkte später zurück. Vorher werden wir eine grundlegende Architektur für einen optischen Vermittlungs-Knoten erstellen und dann überprüfen, wie diese Architektur realisiert/verfeinert/modifiziert werden kann, um die vorstehenden Punkte 1 bis 4 zu berücksichtigen.
In 2 ist ein optischer Knoten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt.
Der optische Knoten 100 schließt N Eingänge für die Lichtleitfaser 102, eine optischen Verstärker 104, einen Demultiplexer 106, eine erste Schutzfunktion 108, eine optische Vermittlungsstruktur 110, eine zweite Schutzfunktion 112, eine Kanalbeeinträchtigungs-Kompensationsfunktion 114, einen Multiplexer 116, einen optischen Verstärker 118, einen Ausgang für die Lichtleitfaser 120 und ein elektrooptisches Gerät 122 ein. Unterstützungsfunktionen schließen schnelle und langsame Leitungsabtaster, Wrapper-Einrichtungen, Leser, Verbindungs-Vergleichs-, Kanal-Betriebsverhalten-Überwachungen, einen OAM&P-Prozessor, eine Verbindungskarte 136 und einen Steuerprozessor 62 ein.
Im Betrieb stellt der zentrale optische Vermittlungskern 110 eine Gruppe oder Gruppen von optischen Koppelpunkten bereit, um die tatsächliche Vermittlung des optischen Pfades durchzuführen, die auf der Ebene der einzelnen Wellenlänge, der Ebene der Wellenlängen-Gruppe oder beidem liegen kann. Dieser Kern umfasst eine geschützte Hauptstruktur und eine 1:1- oder 1:N-Schutzstruktur, sie hat ein Steuersystem 62 zu Ihrer Steuerung, ein OAM/Integritäts-System 134 zur Überprüfung/Verwaltung des Knotens, Schutzelemente zur Milderung der Wirkungen von Fehlern, Eingangs- und Ausgangs-"Leitungskarten"-Funktionen zwischen einer einzelnen Lichtleitfasern 102, 120 und dem Vermittlungskern 110, eine Wellenlängen-Umwandlungs- und Hinzufügungs/Abzweigungs-Funktion 122 und Kompensationselemente 114 zur Korrektur von optischen Beeinträchtigungen, die auf der Vermittlung oder in den die Vermittlung erreichenden Signalen auftritt. Die Wellenlängen-Umwandlungs-Funktion ist vorgesehen, um Wellenlängen umzuwandeln, die nicht mehr weiter fort ausgebreitet werden können, und zwar auf Grund einer „Wellenlängenblockierung", zur Regeneration optischer Signale, die über zu viele Beeinträchtigungen beim Erreichen dieses Knotens ausgesandt wurden, um ihre Weiterleitung ohne „Bereinigung" zu ermöglichen. Wir „durchlaufen" nunmehr den optischen Pfad durch die Vermittlung und beschreiben dann, wie dieser optische Pfad gesteuert, verwaltet und überprüft wird. Ein ankommendes optisches Signal, das aus einer Multi-Kanal-WDM-Zuführung besteht, tritt in den Knoten bei A ein. Dieses Signal kann eine lange Strecke durch viele Verstärker, Filter und Vermittlungsknoten hindurch durchlaufen haben, so dass sich ein großer Grad an Beeinträchtigung angesammelt hat oder es kann eine relativ örtliche (und damit saubere) Quelle sein. Das Signal tritt in den Vermittlungsknoten durch geradliniges Durchlaufen durch ein Schutzumschaltungs-Element (Schutzschalter 1) ein. Der Zweck dieses Schutzumschaltungs-Elementes besteht in der Schaffung der leitungsseitigen Komponente der Pro-Faser-Unterkanal-Schutzumschaltungs-Funktion, wobei die vermittlungskernseitige Unterkanal-Vermittlungs-Funktion durch Ändern der Verbindungsumsetzung der Hauptvermittlung selbst bereitgestellt wird, um das zugeführte Signal von dem Schutz-Unterkanal-Pfad aufzunehmen.
Das ankommende Signal bei A durchläuft nach dem Durchlauf durch den Schutzschalter 1 (103) einen Gesamt-(WDM-)Kompensationsblock (105). Dieser optionale Block wendet eine Kompensation auf das Gesamt-WDM-Signal an, um die Veränderlichkeit zwischen den Beeinträchtigungen zu verringern, die an den mehrfachen Eingängen der Vermittlung bestehen. Diese Beeinträchtigungen können die mittlere optische Gesamtleistung insgesamt, Streckenabschnitt-basierte oder Verbindungsstrecken-basierte chromatische Dispersion und/oder die Polarisations-Moden-Dispersion einschließen. Weil dies eine Gesamtbehandlung von mehrfachen Wellenlängen gleichzeitig ist, kann sie keine zufälligen unterschiedlichen Korrekturen pro Wellenlänge bereitstellen, doch kann sie die Gesamt-Variationen zwischen den Eingängen verringern. Sie kann weiterhin Beeinträchtigungen nicht korrigieren, die in der Vermittlung selbst eingeführt werden. Sie kann jedoch bestimmte Beeinträchtigungen sehr effektiv korrigieren. Diese schließen die Beseitigung/Verringerung der chromatischen Dispersion und/oder der Polarisations-Moden-Dispersion ein, die auf der ankommenden Verbindungsstrecke bis zurück zur letzten optischen Vermittlung entstehen. Sie kann aufgrund der „zufälligen" Wirkung dieser letzten optischen Vermittlung nicht weiter als diese reichen, selbst wenn diese Vermittlung ebenfalls eine ähnliche Gesamt-Kompensations-Einrichtung haben würde, und zwar aufgrund der Veränderlichkeit der Toleranz bei der Einstellung der mehrfachen Kompensatoren. Ein weiterer Zweck des Kompensators besteht in der Einstellung des Gesamt-Leistungspegels jedes WDM-Stroms, so dass jeder WDD 106 die gleiche Eingangsleistung „sieht". Alternativ kann dies durch Einstellung des Verstärkergewinns erfolgen. Der Hauptpunkt besteht jedoch darin, dass der Kompensator dynamisch in einer Regelschleife gesteuert werden muss, weil die alternativen Quellen der verschiedenen Komponenten, die das WDM-Signal bilden zufällig sind und sich ändern.
Das multiplexierte optische WDM-Signal von dem Gesamt-Kompensationsblock, das nunmehr einen verringerten Bereich des chromatischen Dispersionsfehler und/oder einen verringerten Gesamtleistungs-Fehler hat, wird nun durch die WDD 106 (Wellenlängen-Demultiplexer-)Komponente der Unterkanal-Kartenfunktion geleitet. Hierdurch wird das optische WDM-Signal in seine Teil-Wellenlängen oder Wellenlängen-Gruppen zerlegt (demultiplexiert), die an die Vermittlungs-Granularität angepasst sind. Es sei bemerkt, dass dies zu einem mehrstufigen Vermittlungsprozess führen kann, obwohl ein einstufiger Prozess hier gezeigt ist.
Die optischen Signal-Komponenten, die nunmehr die Granularität aufweisen, mit der sie vermittelt werden, werden an die Haupt-Vermittlungs-Struktur von den WDD-Ausgängen 106 über einen Schutzumschaltungs-Mechanismus 108 (Schutzschalter 2) abgegeben. Dieser Schutzumschaltungs-Mechanismus 108 ergibt den Schutz gegen Fehler aller (1:1-Schutz) oder eines Teils (1:N-Schutz) Teile des Vermittlungskerns. Im allgemeinen ist, wenn die Haupt-Vermittlungs-Struktur 110 ein einstufige monolitische Struktur ist, eine 1:1-Schutzumschaltung erforderlich, während, wenn der Vermittlungskern in ähnliche bereitstellbare, nicht voneinander abhängige Baublöcke unterteilt werden kann, die 1:N-Schutzumschaltung eingesetzt werden kann. Der Schutzschalter 108 (Schutzschalter 2) arbeitet in Verbindung mit dem Schutzschalter 3 (112), um eine ausgefallene Hauptstruktur oder ein ausgefallenes Hauptstruktur-Modul dadurch zu umgehen, dass der Verkehr zu einer Schutzstruktur oder zu einem oder mehreren Schutzstruktur-Modulen umgelenkt wird. Die optischen Signale werden in der Hauptstruktur 110 vermittelt und dann von dieser Struktur abgegeben. Die optischen Ausgangssignale werden durch eine Serie von Kompensationsblöcken 111 geleitet, die den Bereich von Beeinträchtigungen auf einer Basis pro Wellenlänge oder pro Wellenlängen-Gruppe (in Abhängigkeit von der Granularität der Vermittlung) korrigieren/reduzieren, bevor sie dem Ausgangs-WDM 116 zugeführt werden. Diese Kompensatoren arbeiten unter der Steuerung eines zentralisierten Beeinträchtigungs-Steuerblockes 114, der aus einem Leistungsspektrum-Entzerrer für die Amplituden-Steuerung, einem chromatischen Dispersions-Entzerrer usw. bestehen kann, und der eine gemeinsam genutzte Funktionalität mit dem Vermittlungspfad-Integritäts-Prüfsystem haben kann.
Das Ausgangs-WDM-Modul 116 kombiniert die Ausgänge von jedem der Vermittlungs-Ports, die für eine vorgegebene Ausgangs-Lichtleitfaser bestimmt sind, und von dort wird das WDM-Signal an die Leitung 120 über einen optischen Nachverstärker 118 und einen asymmetrischen Leistungsteiler abgegeben, der typischerweise 95% des Ausgangs aus dem Knoten heraus an die Leitung abgibt und ungefähr 5% in die Beeinträchtigungs-Steuerung abgibt. Der Block 114 ist zentralisiert und steuert die pro granularen Element arbeitenden Kompensations-Gruppen sowie die optionalen Eingangs-Gesamtkompensations-Gruppen, wobei ein gemeinsam genutztes weiter entwickeltes Schema verwendet werden kann, um den größten Teil der optischen Beeinträchtigungen in dem optischen Ausgangssignal unter Einschluss des Ausgangs-WDM 114 und des Nachverstärkers 118 zu beseitigen. In dem Fall, dass die Hauptstruktur 110 betriebsfähig ist, werden die einzelnen optischen Signale mit der Vermittlungs-Granularität zu der Haupt-Vermittlungs-Struktur zur Vermittlung zugeführt. Trotz der Betriebsweise des Gesamt-(WDM-)Kompensationsblockes 105, haben diese Signale unterschiedliche Beeinträchtigungen oder eine Toleranz hinsichtlich ihrer Parameter in der Form, wie sie den Eingängen der Struktur dargeboten werden. Diese Toleranzen und/oder Beeinträchtigungen ergeben sich aus folgenden:
Amplitude eines optischen Trägers:

– Innerhalb eines Wellenlängen-Satzes von einer vorgegebenen Lichtleitfaser
– nicht ebener Verlust in dem Übertragungspfad von dem vorhergehenden Knoten
– Leitungsverstärker
– Lichtleitfaser
– ungleiche Leistung pro Träger, der von dem vorhergehenden Knoten eingeleitet wird
– unterschiedliche Verluste innerhalb dieses (örtlichen) Knotens, hauptsächlich von dem WDD.
– zwischen unterschiedlichen Eingangs-Lichtleitfasern
– Unterschiede hinsichtlich der Behandlung der optischen Signale in unterschiedlichen vorhergehenden Knoten
– Unterschiede in dem kompensierten Gesamtleistungs-Ausgang von jedem der Eingangs-Gesamt-Kompensationsblöcke
– Unterschiede zwischen den nicht ebenen Verlusten (spektral-abhängigen Verlusten) zwischen den verschiedenen ankommenden Lichtleitfaser-Routen.

Chromatische Dispersion (und PMD)

– Innerhalb eines Wellenlängen-Satzes von einer vorgegeben Lichtleitfaser
– Fehler in irgendeiner Wellenlängen-Abhängigkeit des Gesamt-Kompensators
– Chromatische Rest-Dispersion von nichtkorellierten Quellen weiter netzaufwärts als der vorhergehende Knoten, unter Einschluss der Verringerung dieser Effekte, falls vorhanden, in diesem Knoten.
– Zwischen Lichtleitfaser
– Fehler/Toleranzen zwischen dem Massen-Kompensationsblöcken.

Diese Signale werden zusammen mit den oben erwähnten Beeinträchtigungen durch die geschützte Hauptstruktur 110 vermittelt. Diese Struktur umfasst eine Gruppe von Vermittlungs-Koppelpunkten in einer einfachen oder ziemlich komplexen Topologie, die unter der Steuerung des Steuerprozessors arbeiten, um die erforderlichen Verbindungspfade aufzubauen. Dieses Steuersystem wird weiter unten näher beschrieben. Die optischen Signale werden durch die Hauptstruktur-Ausgangsports hindurch vermittelt, die dem passenden Wellenlängen-Port auf der passenden Ausgangs-Unterkanal-Karte entsprechen, um die Verbindung zu der richtigen Ausgangs-Lichtleitfaser 120 herzustellen. Diese Signale laufen jedoch nicht geradlinig durch den Ausgangs-WDM-(Wellenlängen-Multiplexer) 116 hindurch. Stattdessen durchlaufen sie einen Kompensationsblock 111 pro Wellenlänge oder pro granularen Element. Dieser Block beseitigt/verringert die optischen Beeinträchtigungen, die sich in zufälliger Weise in den einzelnen optischen Trägern angesammelt haben (oder sich ansammeln, bevor sie die Vermittlung verlassen). Es gibt mehr Elemente, die zu einzelnen (pro Wellenlänge) Änderungen der Amplitude beitragen, als diese für die chromatische Dispersion vorhanden sind (weil die chromatische Dispersion hauptsächlich in der Lichtleitfaser auftritt, in der alle Wellenlängen mehr oder weniger einer ähnlichen Verschlechterung unterworfen werden), so dass die Amplituden-Kompensation pro Wellenlänge von größtem Interesse ist. Weil sich jedoch in langen Systemen Fehler in der Weise aufbauen, wie die Gesamt-Kompensatoren eine nichtspektralebene chromatische-Dispersion behandeln, und weil Signale von unterschiedlichen chromatisch dispersiven (und unterschiedlich kompensierten) Pfaden gemischt werden, ist zu erwarten, dass eine Notwendigkeit für eine chromatische Dispersion pro Wellenlänge entsteht, insbesondere in Systemen mit extrem langen Streckenabschnitten. Die Quellen des Amplituden-Fehlers (die am Ausgang des Knotens vorliegen, an dem das optische Signal für eine Analyse abgetastet wird), und die mit dem Kompensationsblock pro Wellenlänge beseitigt werden können, schließen folgendes ein:

– Eingangsbeeinträchtigungen/Amplitudendifferenzen von entfernt angeordneten Endgeräten oder Leitungssystemen.
– Nicht ebene Verstärkung in dem Eingangsverstärker.
– Nicht ebene Verstärkungskorrektur in dem Massen-Kompensationsblock.
– Ungleichförmige Verluste des Eingangs-WDD oder Kanal-zu-Kanal-Änderungen.
– Unterschiedliche Verluste in den optischen Zwischenverbindungs-Pfaden zwischen den Unterkanälen und der Hauptstruktur (der optischen Rückwandebene), weil die WDM-Module und die Vermittlungs-Module optische Zwischenverbindungen zwischen sich erfordern werden.
– Nicht gleichförmige Verluste durch die nicht-aktivierten Schutzschalter-Elemente, insbesondere Schutzschalter 2 (108), bei dem die Signale auf unterschiedlichen Pfaden laufen.
– Vergrößerter Verlust auf dem Schutzumschaltungs-Pfad aufgrund der zusätzlichen Verluste in dem Schutzschalter 1, 2, 3, 4 (103, 108, 112, 114) bei seiner Einschaltung.
– Unterschiedliche Verluste für die verschiedenen Vermittlungspfade durch die Hauptstruktur 110 (und durch die Schutzstruktur, falls eingeschaltet).
– Unterschiedliche Verluste auf den unterschiedlichen Pfaden zwischen der Haupt-Vermittlungsstruktur (110)/pro Wellenlängen-Kompensationsblock 111 und dem Eingang an den WDM 114.
– Änderung des Verlustes pro Kanal des WDM.
– Ungleichförmige Verstärkung in dem Ausgangs-Nachverstärker.

Durch Einfügen eines Kompensations-Elementes 111 pro Wellenlänge mit einer Amplituden-Regelung in einem Rückführungs-Pfad, wobei die Steuerung auf der Leistung jedes Ausgangs-Trägers in dem optischen WDM-Strom an dem Ausgang des Knotens beruht, können alle vorstehend erwähnten Quellen des Amplituden-Fehlers auf einen Pegel verringert/beseitigt werden, der durch die Empfindlichkeit und Genauigkeit des Steuersystems bestimmt ist. Der Vorteil ist, dass wir diese Beeinträchtigungen nicht beseitigen müssen, sondern sie nur dämpfen müssen, um tatsächlich ein System für eine lange Übertragungsstrecke aufzubauen. Dies ergibt sich daraus, weil irgendeine verbleibende Beeinträchtigung in diesem aktiv kompensierten System als Beeinträchtigungs-Beitrag in dem nächsten Knoten netzabwärts gesehen und weiter verringert wird.
Der in 2 gezeigte Knoten 100 hat verschiedene andere Blöcke und Funktionen, die nunmehr erläutert werden.
Die Eingangs-WDM-Signal-Anzapfungen werden zur Zuführung eines Teils des Signals an eine Gruppe von Empfängern am Eingang an den Signalisierungs-Verarbeitungsblock 60 verwendet. Dieser Signalisierungs-Verarbeitungsblock 60 leitet die Signalisierung pro Kanal in dem Wellenlängen-Wrapper ab, um es den ankommenden Signalen zu ermöglichen, ihre eigenen Pfade durch das Netzwerk anzufordern. Um die Rückgewinnung der Signalisierungs-Information ohne eine große Gruppe von einer sehr hohen Geschwindigkeit aufweisenden Empfängern an dem Signalisierungs-Ableitungspunkt zu erleichtern, werden spezielle Anordnungen in dem Format des Wellenlängen-Wrappers getroffen. Diese ermöglichen es dem Wrapper-Leser, eine Gruppe von eine eine geringere Bandbreite aufweisenden Leitungsprotokoll-/Bitraten-unabhängigen (jedoch nicht Wrapper-Datenraten-unabhängigen) Empfängern zu verwenden, die, weil sie schmalbandig sind, empfindlicher sind und die Verwendung einer asymmetrischen Aufteilung des optischen Signals an dem Eingangs-Spleiss-Punkt ermöglichen. Der Gleichspannungspegel von diesen Empfängern ergibt ein Maß der optischen Leistung pro Wellenlänge (der Wrapper-Leser besteht aus einem WDD-Gerät und einer Gruppe von eine geringe Bandbreite aufweisenden Empfängern, obwohl verschiedene Abtast-Techniken ebenfalls verwendet werden können, um die Kompliziertheit der Ausrüstung zu verringern). Dieser Gleichspannungspegel wird der PSE in der Beeinträchtigungs-Steuerung 114 zugeführt und dazu verwendet, die Verstärkung/den Verlust der Eingangs-Amplitudensteuerungen (Verstärker oder Dämpfungsglieder) einzustellen. Die abgeleitete Signalisierungs-Information wird an den Steuerprozessor 62 und/oder den OAM-Prozessor 134 weitergeleitet. In diesem Fall sei angenommen, dass der Wellenlängen-Wrapper der die Kanäle abdeckt, an den OAM-Prozessor 134 geleitet wird, wo er dekodiert/demultiplexiert wird, wobei die OAM-Information beibehalten und die Signalisierungs-Information an den Steuerprozessor 62 weitergeleitet wird, der nach einer geeigneten Entscheidung/Verarbeitung die Daten dazu verwendet, seine Verbindungskarte 136 zu aktualisieren. Es sei bemerkt, dass es eine große Anzahl von Variationen des Themas von selbst-pfadsuchenden Netzwerken und automatisch ermittelnden Vermittlungsknoten gibt, und das es nicht möglich ist, sie hier alle abzudecken. Der OAM-Prozessor 134 kommuniziert mit einer Netzwerkverwaltung (NM) 40, die eine Vielzahl von Vermittlungsknoten abdeckt und die Gesamt-Netzwerksteuerungs-, Integritäts-und Bereitstellungs-Funktionen liefert. Somit kommuniziert für Knoten-Funktionen der OAM-Prozessor 134 mit der NM 40, und die Information, die der OAM-Prozessor 134 von dem Wellenlängen-Wrapper empfängt, bezieht sich insbesondere auf die Qualität, Integrität, Diensteklasse/Art der Schaltung des Wellenlängen-Inhaltes, zusammen mit einer Routenführungs-/Ursprungs-/Ziel-Information dieser Wellenlänge. Andere Blöcke schließen den Dispersions-Kompensations-Messblock und den Kalibrierungsblock 111 ein.
Der Dispersions-Kompensations-Messblock 135 ergibt eine qualitative Messung der Dispersion des ankommenden WDM-Signals bei einer bestimmten Wellenlänge oder bestimmten Wellenlängen. Der Zweck hiervon besteht darin, eine angenäherte Größe der Dispersion und eine genaue Abschätzung des Vorzeichens/der Polarität der Dispersion („positive" oder „negative" Dispersion) festzustellen. Dies ermöglicht es dann, dass eine inkrementale „negative" oder „positive" Dispersion in dem Kompensationsblock hinzugefügt wird, bis der Dispersions-Kompensations-Messblock nicht mehr länger das Vorzeichen der Dispersion zuverlässig feststellen kann. Dieser zentralisierte Block kann gemeinsam über die verschiedenen Eingänge hinweg verwendet werden und/oder er kann auch zur Abschätzung der Dispersionsfehler pro Wellenlänge an dem Ausgang verwendet werden, um Dispersions-Kompensatoren pro Wellenlänge anzusteuern.
Der Dispersions-Kompensations-Messblock 135 besteht aus einem optischen Schalter 137, um ihn mit der passenden Lichtleitfaser (Eingang oder Ausgang) zu verbinden, wobei ein ein geringes Rauschen aufweisender optischer Verstärker mit einer Verstärkung, die angenähert gleich dem Verlust in dem Teiler und der Vermittlung ist, plus 6 bis 7 dB speist. Der Ausgang des Verstärkers wird in einen WDD 106 eingespeist, und ein Schalter wählt eine der ausgesandten Wellenlängen aus und liefert sie an einen Empfänger über drei alternative Pfade. Einer dieser Pfade ist ein geradlinig durchgehender Pfad, während die anderen zwei über dispersive Medien verlaufen. Einer der Pfade verläuft über ein „positives" dispersives Medium, mit größter Wahrscheinlichkeit eine Spule aus einer geeigneten Lichtleitfaser, während der andere Pfad über ein angenähert gleiches und entgegengesetztes „negatives" Dispersions-Medium verläuft, wahrscheinlich eine Spule aus einer anderen Form einer Lichtleitfaser (obwohl auch andere Strukturen, wie zum Beispiel optische Filter, „unterbrochene" Bragg-Gitter usw. mit einigen Beschränkungen verwendet werden könnten). Der Ausgang des Empfängers wird an zwei Bandpassfilter geliefert, von denen eines auf relativ niedrigen Frequenzen zentriert ist, während das andere auf relativ hohe Modulations-Frequenzen zentriert ist (und gegebenenfalls adaptiv sein muss – in Abhängigkeit von dem Durchsatz-Signal). Diese Anordnung ermöglicht es, die relative Signal-Spektral-Intensität bei hohen Frequenzen bezogen auf die niedrige Frequenz zu messen. Die eine hohe Frequenz aufweisende spektrale Intensität wird zu einem Maximum, wenn die Dispersion Null ist, so dass die drei Pfade eine Messung des „Vorzeichens" des Dispersionsfehlers (über die „positiven" und „negativen" Pfade) und eine Bestätigung einer tatsächlichen Kompensation (durch Packen des Mittelpfades ohne Kompensation) ermöglichen. Dies kann bei einer oder wenigen Wellenlängen an dem Eingang erfolgen, um die Eingangs-Dispersion zu einem Minimum zu machen, und/oder es kann an dem Ausgang durchgeführt werden, um die Ausgangs-Dispersion zu verringern/zu beseitigen. Der nächste Block ist der Test-/Kalibrier-Block 139. Die Beeinträchtigungs-Steuerung 114 mit ihrer zugehörigen Dispersions-Kompensations-Messeinheit, dem Leistungsspektrum-Entzerrer usw. ist ein kompliziertes Teil-System und könnte eine Quelle für Fehler/Unzuverlässigkeiten selbst sein. Daher überwacht ein Test-/Kalibrier-Block 139 seine Betriebsweise und ergibt eine automatische Kalibrierung seiner komplexen optischen Pfade.
Die Überwachungs-Abtastoptionen schließen folgendes ein:

• keine – N × M parallele Überwachungseinrichtungen, die ausschließlich für N-Leitungen und M-Kanäle pro Leitung bestimmt sind
• Leitungs-Abtastung – M parallele Überwachungseinrichtungen, die ausschließlich für alle M-Kanäle pro ausgewählter Leitung bestimmt sind
• Kanal-Abtastung – N parallele Überwachungseinrichtungen, die allen N-Leitungen pro ausgewählter Kanalnummer zugeordnet sind
• Leitungs- und Kanal-Abtastung – eine Überwachungseinrichtung die gemeinsam von allen N-Leitungen und M-Kanälen pro Leitung verwendet wird.

Optisches Vermittlungs und Kreuzverbindungs-(PSX-)Schutzoptionen:

• 1:N
• Dupliziert, Knoten mit Lastverteilung
• Netzwerk-Wiederherstellung um einen ausgefallenen Knoten herum.

PSX-Kompensations-Optionen:

• keine, PSX-spezifisch, PSX- und Leitungs-spezifisch
• Pegel, Pegel und Dispersion
• Transienten, statisch und Transienten
• integriert oder nicht

PSX-Integrations-Optionen:

• Struktur
• redundante Struktur
• redundante Struktur + Kompensation
• redundante Struktur + Kompensation + Filter
• redundante Struktur + Kompensation + Filter + Verstärker
• redundante Struktur + Kompensation + Filter + Verstärker + Überwachung

Überwachungsoptionen pro Kanal:

• Verfolgung – Verbindungsüberprüfung pro Kanal
– digitale Wrapper (schnell, langsam), Pilot-Töne, Korrelation
• Grobe Signal-Qualität für Ende-Ende- & Zwischen-Stellen für die Fehlerlokalisierung
– optische Signal-Analysatoren
– Kanalleistung, Drift, OSNR, PDL
• genaue Signalqualität, Diagnose + Dispersions-Kompensation
– Q-Überwachung.

Eine Knotenkosten-Verringerung wird durch die PSX's in Ausdrücken des Kapitals von einer weniger umfangreichen optisch/elektrisch/optischen (O/E/O-)Umwandlung und von Diensteplattform-Zwischenverbindungen mit festgelegten Wellenlängen erreicht, die zwischenliegende Diensteplattformen umgehen. Eine PSX-Knotenkosten-Verringerung wird weiterhin hinsichtlich des Betriebs durch Verbesserungen der Dichte (weniger Raum, Leistung und Kühlung) und aus weniger Inventar und weniger Verwaltungsschichten erzielt. Verbunden mit den Betriebskosten-Verringerungen ist die Dienstegeschwindigkeits-Beschleunigung, die sich aus weniger O/E/O-Wandlungen ergibt, was zu einer geringeren vorhergehenden Bereitstellung pro Wellenlänge und damit zu einem schnelleren Verbindungsaufbau führt. Weiterhin ist mit der Betriebskosten-Verringerung ein Diensteflexibilitäts-Vorteil verbunden, der sich aus der Bitraten- und Protokoll-Unabhängigkeit ergibt. Diese PSX-Charakteristik führt zu einer Toleranz gegenüber Unsicherheiten dadurch, dass sehr einfach zunehmende Dienste- und Leitungsraten und eine Protokoll-Vielzahl berücksichtigt werden.
Optische Langstrecken-Systeme, die bis zu 3000 km erreichen können, gelangen bald zum kommerziellen Einsatz. In dieser Langstrecken-Umgebung sind PSX's erforderlich, um die Verbindungs-Verfügbarkeit zu verbessern und eine Wellenlängen-Hinzufügungs/Abzweigungs-Flexibilität und eine verwaltete Durchleitung mit niedrigen Kosten zu schaffen und um die Lichtleitfaser-Effizienz zu verbessern. Die optische Vermittlungstechnologie als solche erreicht sehr schnell eine gewisse Reife, weist eine größere Skalierbarkeit und Zuverlässigkeit auf. PSX's werden weiterhin zunehmend besser verwaltbar, insbesondere wenn sie als Ergänzung zu EXC's verwendet werden. Zusätzlich werden erhebliche Anstrengungen bezüglich der Steuerschicht in Form von Vorschlägen in verschiedenen öffentlichen Foren für Steuerarchitekturen und für die Wellenlängen-Signalisierungs- und Routenführungs-Protokolle gemacht, um eine flexible Maschen-Vernetzung für einen schnellen Verbindungsaufbau und eine Wiederherstellung zu ermöglichen.
Wenn er mit EXC's verwendet wird, besteht der Vorteil darin, dass der PSX-Knoten eine große und verlustlose Struktur haben kann und Wellenlängen nichtblockierend sein kann. Er kann weiterhin eine elektrische Betriebs-, Verwaltungs-, Wartungs- und Bereitstellung (OAM&P) für die Verwaltung innerhalb der elektro-optischen Domäne haben und er hat keine Zwischenwirkungs-Auswirkung auf optische Leitungssysteme.
PSX-Anwendungen können bezüglich der Vermittlungs-Granularität ausgedrückt werden, das heißt die Vermittlung auf der Lichtleitfaser-, Wellenlängen-Band- und Wellenlängen-Ebene.
Die Band- und Lichtleitfaser-Vermittlung beinhaltet das Vermitteln von Gruppen von Wellenlängen über einzelne PSX-Ports. In der Lichtleitfaser-Vermittlung besteht eine Gruppe aus allen verfügbaren Wellenlängen in einem bestimmten WDM-System. Bei der Band-Vermittlung sind die Gruppen Teilmengen der verfügbaren Wellenlängen, die als Bänder bekannt sind. Bänder werden in WDM-Systemen verwendet, um eine optische Filter-Modularität zu ermöglichen, was zu Betriebsleistungs-Verbesserungen aufgrund geringerer Verluste und von Kostenvorteilen führt. Es ist die vollständig optische Eigenart der PSX, die das Vermitteln einer Gruppe von Wellenlängen als eine einzelne Einheit ermöglicht, eine Funktion, die mit EXC's nicht möglich ist.
Die Vermittlungs-Vorteile der Band- und Lichtleitfaser-Vermittlung sind die Skalierbarkeit, die Kostenverringerung und eine geringere Verwaltungs-Kompliziertheit, all dies durch Begrenzen der Anzahl von Ports und Verbindungen. Wenn der Netzwerk-Verkehr ansteigt, ist es möglich, von einem Wellenlängen-Vermittlungs-Szenarium zum Vermitteln von Bändern und dann von Lichtleitfasern überzugehen. Dies ermöglicht es einem PSX-Knoten, skaliert zu werden, um einen zunehmenden Verkehrsbedarf ohne die Notwendigkeit einer Aufrüstung er PSX-Vermittlungsstruktur zu erfüllen. Gleichzeitig ergibt diese eine dramatische Verringerung der Kosten pro Bit des Verkehrs durch die Vermittlung. Es ergibt sich weiterhin die Möglichkeit erheblicher Kosteneinsparungen für optische Multiplexer und Demultiplexer durch Beseitigen der Notwendigkeit einer Wellenlängen- Zerlegung an zwischenliegenden PSX-Knoten. Weiterhin ergibt sich die Möglichkeit einer Verringerung der Verwaltungs-Kompliziertheit durch die Verwaltung von mehrfachen Wellenlängen zwischen Knotenpaaren als eine einzige Einheit.
Der Einsatz von PSX's in optischen Netzwerken muss mögliche Wechselwirkungen zwischen PSX-Knoten und optischen Leitungssystemen berücksichtigen. Eine Wechselwirkung betrifft die Beeinträchtigungen, die durch PSX's eingeführt werden. Die Haupt-PSX-Beeinträchigung ist ein erheblicher ebener Verlust sowie Verluständerungen über die Kanäle hinweg (Wellenlängen oder Wellenlängen-Bänder), die von der PSX vermittelt werden. Der ebene PSX- (beispielsweise Struktur-)Verlust sollte begrenzt sein, so dass er durch eine ebene Verstärkung kompensiert werden kann (beispielsweise durch die PSX-Eingangsleitungs-Vorverstärker in 2). Diese ebene Verstärkung sollte weder zu einer erheblichen Betriebsleistungs-Verschlechterung hinsichtlich des SNR und der Nichtlinearität noch zu Sicherheitsproblemen oder zu PSX-Bauteilschäden aufgrund einer hohen Leistung führen.
Die Verluständerungen der PSX über Kanäle hinweg ergeben sich aus zwei Quellen. Die erste besteht in PSX-Perfektions-Mängeln, beispielsweise Pfadlängen-Änderungen in der Struktur. Die zweite Quelle ergibt sich aus der Eigenart der PSX-Funktion (selbst wenn die PSX perfekt sein würde) des Vermittelns von Kanälen von nicht in identischer Weise verlustkompensierten Eingangsleitungs-Systemen sowie aufgrund von örtlich hinzugefügten Signalen mit nicht identischen Sendepegeln (beispielsweise von der elektrooptischen Einrichtung in 2). Diese Verluständerungen erscheinen alle an dem PSX-Ausgang, und sie müssen kompensiert werden, bevor das Signal in Leitungs-Systeme abgesandt wird, um ein beeinträchtigtes Leitungs-System-Betriebsverhalten zu vermeiden. Dies führt zu einer möglichen Beeinträchtigungs-Kompensations-Strategie, bei der alle Leitungs-Systeme gegen Beeinträchtigungen (Verlust und Dispersion) an (zumindest) ihrem letzten Verstärker vor der Verbindung mit einem PSX-Eingang kompensiert sind und wobei die PSX's spezifische PSX-induzierte Pegeländerungen kompensieren, wie dies weiter oben erläutert wurde.
Die Funktions-, Betriebsvehalten- und Bemessungsanforderungen der PSX schließen die Verbindungsverwaltung und Steuerung, optische Schutz- und Wiederherstellungs-Optionen, die Betriebsverhalten- und Fehlerverwaltung und die Kompensation von optischen Beeinträchtigungen ein. Einige dieser Anforderungen sind in 2 enthalten. Weiterhin wurden die PSX-Beeinträchtigungs-Kompensation und die Bemessungs-Anforderungen in den vorstehenden Abschnitten umrissen. Im folgenden werden einige weitere Schlüssel-Anforderungen mit weiteren Einzelheiten erläutert.
Die Betriebsverhalten-Überwachung in einem PSX-Knoten hat viele Zwecke, unter Einschluss der Unterstützung einer netzwerkweiten Betriebsverhalten- und Fehlerverwaltung und die Auslösung von netzwerkweiten Schutz und Wiederherstellungs-Optionen. Die Betriebsverhalten-Überwachung in einem PSX-Knoten hat weiterhin stärker örtliche Zwecke, unter Einschluss der Detektion und Isolation von PSX-Knoten-spezifischen Fehlern und Fehlverbindungen, die Auslösung der Schutzumschaltung auf redundante Module, falls anwendbar, und möglicherweise die Ansteuerung der PSX-Ausgangskanal-Leistungspegel-Kompensation. Die in dem Knoten enthaltene Detektion und Isolation von Fehlern und Fehlverbindungen über einen PSX-Knoten hinweg erfordert die Überwachung der Kanalidentifikation (ID) und der Signalqualität sowohl an den Eingängen als auch den Ausgängen der PSX. Wenn lediglich PSX-Eingänge oder -Ausgänge überwacht werden, ergibt sich eine Abhängigkeit von netzaufwärts oder netzabwärts gelegenen Knoten zur Feststellung und Isolation von Fehlern und Fehlverbindungen längs eines vorgegebenen PSX-Knotens. In dem Ausmaß, in dem sich eine PSX in enger Nähe zu elektrooptischen Systemen befindet (siehe beispielsweise 1 und 2), kann eine in sich abgeschlossene Knoten-Überwachung zumindest teilweise durch elektrooptische Systeme erfolgen. Schließlich sind jedoch optische Überwachungsfähigkeiten erforderlich, und sie entwickeln sich für Parameter, wie Kanal-Drift, Leistung und optisches SNR.
Zusätzlich zu den vorstehend umrissenen Betriebsverhalten-Überwachungsanforderungen bestehen daraus folgende Anforderungen darin, dass auf Knoten-Schutzmodule, soweit anwendbar, umgeschaltet wird und dass dem Verwaltungssystem für Wartungszwecke die Fehler und Fehlverbindungen berichtet werden und ob irgendeine Schutzaktivität das Problem gelöst hat. Weitere verwandte Anforderungen sind Berichte an das Verwaltungssystem über die Isolations-Information für Reparaturzwecke, die Bereitstellung einer im Betrieb erfolgenden (nahezu unterbrechungsfreien) Reparatur-(Modulersatz-)Prozedur und die Rückkehr – nach der Reparatur, auf arbeitende Knotenmodule, soweit anwendbar.
Diese Anforderungen bedingen ein Ausmaß an knotenbasierter Redundanz für eine verbesserte Knotenzuverlässigkeit, falls erforderlich, für Dienste, die eine Ende-zu-Ende-Verfügbarkeit von 99,999% benötigen. Alternativ ist die Verwendung einer Reservekapazität in dem Netzwerk eine Knoten-Zuverlässigkeits-Option, sobald eine Steuerebene eingesetzt ist, was für manche Dienste ausreichend sein kann, beispielsweise für einen überlagerten Dienst besten Bemühens. Eine verbesserte Knotenzuverlässigkeit, falls erforderlich, kann 1:N, anderen 1:1 sein, das heißt eine volle Größe aufweisende redundante PSX-Strukturen. Die Schutzumschaltung zwischen Strukturen kann auf der Lichtleitfaser-Band- oder Wellenlängen-Ebene in Abhängigkeit von der PSX-Granularität erfolgen und kann über Kombinationen von Teilern und/oder Kopplern und kleine Vermittlungen (2 × 2 oder 1 × 2) erfolgen. Wie dies weiter oben erwähnt wurde, kann die PSX-Eingangsverstärkung dazu ausgenutzt werden, die Verluste dieser Komponenten zu kompensieren. Es besteht weiterhin die Möglichkeit der Integration oder der gemeinsamen Nutzung dieser Komponenten für die zugehörige Überwachung, die Schutzumschaltung und Brücken- und Überführungsfunktionen.
Die Brücken- und Überführungsfunktion beinhaltet die Überführung von Verkehr von einem Satz von Eingangs-/Ausgangs-PSX-Ports zu einem anderen Satz. Beispiele sind die Umschaltung auf eine Schutzstruktur zur Erleichterung der Struktur-Wartung und -Reparatur, zur Aufrüstung – das heißt zur Überführung von vorhandenem Verkehr auf eine neue Struktur, und zur Konsolidierung – das heißt zur Überführung von Wellenlängen in ein Wellenlängen-Band oder zur Überführung von Wellenlängen-Bändern in Lichtleitfasern. Eine Überbrückung und Überführung muss im Betrieb (das heißt nahezu unterbrechungsfrei, analog zu der derzeitigen Schutzumschaltung unterhalb von 50 ms) erfolgen – und im wesentlichen die Dienste anderen Verkehrs nicht beeinflussen.
Digitale Wrapper und optische Dienstekanäle (OSC's) in der optischen Welt sind analog zu den Zusatz- und Betriebskanälen in der elektrischen SONET/SDH-Welt. Die SONET-Benutzer- (oder Verbindungsfähigkeits)Ebene beinhaltet geschichtete Abschnitts-Leitungs- und Pfad-Zusatzdaten zur Überwachung von Pfad-ID's, Fehlern und Wartungsanzeigen zur Unterstützung von Verbindungsverfolgungs-, Betriebsüberwachungs- und Fehlerlokalisierungs-Funktionen. Weiterhin ermöglicht in der Verwaltungsebene der SONET-Abschnitts-Datenkommunikations-Kanal (DCC) das Herunterladen von Software von entfernten Stellen aus, den Fernstart und die Bereitstellung von Netzwerkelementen (NE's) von entfernten Stellen aus.
In der optischen Welt schließt die Verbindungsfähigkeits-Ebene geschichtete optische Abschlüsse, Multiplex-Abschnitte und Kanäle ein, wobei sich Kanäle mit Wellenlängen und Wellenlängen-Bändern befassen. Digitale Wrapper stellen eine sich entwickelnde Normlösung auf der Kanalebene dar, die eine Überwachung über eine O/E-Umwandlung zur Feststellung von Kanal-ID's, Fehlern und dergleichen analog zu SONET/SDH ermöglicht. Diese ausführliche Ebene der Kanalüberwachung ist mit größter Wahrscheinlichkeit an POP-(Zwischen-Netzwerk-, Überleiteinrichtungs-Verwaltungs-Übergabe-)PSX-Standorten erforderlich und kann dadurch erfolgen, dass elektrooptische Einrichtungen (beispielsweise EXC's in den 1 bis 2) erstreckt werden. Dies gilt insbesondere für Abschluss-(Hinzufügung/Abzweig-)Verkehr an diesem Standorten, jedoch auch für Verkehr, der diese Standorte durchläuft, weil die Übergabe wahrscheinlich über eine O/E/O-Umwandlung erfolgt, bis ein optisches Schicht-Zusammenwirken zwischen unterschiedlichen Verwaltungen möglich gemacht wird. Für den optischen Durchgangsverkehr an einen Intra-Netzwerk-Knoten darstellenden PSX-Standorten besteht eine einfachere Alternative in optischen Pilotsignalen mit Kanal-ID's zur Verbindungsmöglichkeits-Überwachung und einer optischen Spektrum-Analysator-OSA-ähnlichen Signalqualitäts-Überwachung der Kanaldrift, der Leistung, des optischen SNR und der Güte Q zur Unterstützung der Betriebsverhalten-Überwachung und der Fehler-Lokalisierung. Es könnte jedoch auch eine gemeinsam genutzte digitale Wrapper-Überwachungs-Einrichtung an diesen Standorten verwendet werden.
In der optischen Welt erfordert die Verwaltungs- und Steuerebene OSC's, die an allen Leitungsverstärker- und PSX-Standorten abgeschlossen sind und dazu verwendet werden, das optische Netzwerk zu verwalten und zu steuern. Weitere Funktionen können das Herunterladen von entfernten Stellen, den Start und die Bereitstellung von NE's und auch die Kommunikationskanal-Routenführung und Signalisierungs-Information einschließen. Wie bei SONET/SDH ist eine Steuer-Redundanz sowohl an dem optischen Knoten als auch auf der Netzwerkebene erforderlich, weil hier noch mehr Intelligenz- und Netzwerk-Auswirkungen mit einer höheren Kapazität aufweisenden optischen Netzwerken mit Steuerebenen-Funktionen betroffen sind.
In 3 ist ein Netzwerk-Knoten gezeigt, der von einer vollständig elektrischen Domäne über eine gemischte elektrooptische Domäne auf eine vollständig optische Domäne oder einen optischen Knoten übergeht.
Der optischen Knoten ergibt eine optische Überleiteinrichtungs-Alternative für folgendes:

– Verkettung von Leitungssystemen meherer Hersteller
– Verbinden von Multi-Betreiber-Netzwerken

Das heutige Multi-Hersteller- und Multi-Betreiber-Zusammenwirken in Knoten und Übergabepunkten (POP) erfolgt über offene elektrische Schnittstellen (beispielsweise DS3-Signale) in der elektrischen Welt (3(a)) und durch offene optische Schnittstellen (beispielsweise Signale mit 1310 nm) in der optischen Welt (3(b)). In jedem Fall erfordert dies die relativ kostspielige Umsetzung von optisch auf elektrisch auf optisch (O/E/O). Dies ist bis heute aufgrund der komplizierten Art der optischen Leitungs- und Vermittlungstechnologien erforderlich, sowie aufgrund der Kompliziertheit, die sich aus Wechselwirkung zwischen diesen ergeben würden, wenn sie optisch ohne O/E/O-Umwandlung miteinander Verbunden würden. Beispielsweise sind optische Leitungssysteme deshalb kompliziert, weil die Technologie-Umgebungen gleichzeitig in Richtung auf eine hohe Kapazität, eine große Reichweite, eine große Betriebsleistung und niedrige Kosten pro Bit weiterentwickelt werden. In ähnlicher Weise wird versucht, bei optischen Vermittlungen eine Skalierbarkeit, niedrige Verluste und eine Wartungsfähigkeit zu erzielen. Aus diesen Gründen der Kompliziertheit und der Notwendigkeit, Beeinträchtigungen und vorübergehende Wechselwirkungen zu kontrollieren und das Zusammenwirken zu erleichtern, werden diese Systeme häufig „isoliert" entwickelt, das heißt nach Art eines einzigen Herstellers, und sie werden mit großer Wahrscheinlichkeit anfänglich „isoliert" eingesetzt, das heißt mit O/E/O-Einrichtungen zwischen diesen.
Im Zusammenhang mit dem Übergang auf vollständig optische Netzwerke (3(c)) ist es wünschenswert, schließlich in der Lage zu sein, in wirtschaftlicherer Weise das Zusammenwirken von Geräten mehrerer Hersteller und mehrerer Betreiber durch optische Einrichtungen und ohne eine O/E/O-Umwandlung zu erleichtern. Im weiteren Verlauf wird die Entwicklung der Technologie in gewisser Weise diese Wechselwirkungs- und Zusammenwirkungs-Schwierigkeiten erleichtern. Von größerer Bedeutung ist jedoch hier die Aussicht, dass diese Fragen weiter dadurch gelöst werden können, wie ein optischer Knoten die Aufgabe einer Überleiteinrichtungs-Funktion für das Zusammenwirken von Einrichtungen mehrerer Hersteller und mehrerer Betreiber übernimmt. Die Grundlage für diese Überleiteinrichtungs-Funktion ist der optische Knoten als „Master"-Betriebsverhalten-Überwachungs- und Beeinträchtigungs-Kompensationseinrichtung. Die Betriebsverhalten-Überwachung in einem optischen Knoten unterstützt eine netzwerkweite Betriebsverhalten- und Fehlerverwaltung und das Auslösen von netzwerkweiten Schutz- und Wiederherstellungs-Optionen. Dies unterstützt die Feststellung und Isolation von für optische Knoten spezifischen Fehlern und Fehlverbindungen und die Auslösung einer Schutzumschaltung auf redundante Module, falls anwendbar. Schließlich, und von größter Bedeutung ist hier, das die Betriebsverhalten-Überwachung optische Knotenausgangs-Kanal-Leistungspegel-Kompensationen und möglicherweise die Dispersions-Kompensation ansteuert. Diese Kompensation erleichtert einen gemeinsamen transparenten „beeinträchtigungsfreien" optischen Überleiteinrichtungs-Raum, der in der Lage ist, Leitungssysteme mehrerer Hersteller zu Verketten und Netzwerke mehrerer Betreiber miteinander zu verbinden. Ein optischer Knoten schließt weiterhin eine Schnittstellen-Verbindung mit der herkömmlichen und elektrooptischen Welt und eine Förderung hiervon ein. Beispielsweise kann, wenn ein optischer Knoten in enger Nähe zur elektrooptischen Systemen angeordnet ist, die Netzwerk und Knotenüberwachung optischer Kanäle zumindest teilweise durch elektrooptische Systeme erfolgen.
Modifikationen, Abänderungen und Anpassungen der Ausführungsformen der beschriebenen Erfindung sind innerhalb des Schutzumfanges möglich, der durch die Ansprüche definiert ist.

Claims

Optischer Netzwerk-Knoten mit: einer optischen Vermittlungsstruktur (110), die ein Hauptmodul und ein oder mehrere redundante Module einschließt, zum Weiterleiten eines optischen Signals, das eine Vielzahl von Kanälen umfasst; Einrichtungen zur Überwachung (137, 135, 114) des optischen Signals vor und nach der optischen Vermittlungsstruktur (110); Einrichtungen (108) zum Vermitteln einer Vielzahl von Kanälen des optischen Signals zwischen dem Hauptmodul und einem der redundanten Module in Abhängigkeit von den Überwachungseinrichtungen; Einrichtungen (105) zur Verringerung einer Veränderlichkeit von Signalbeeinträchtigungen, die zwischen optischen Eingangssignalen des optischen Netzwerk-Knoten existieren, durch Anwenden einer Summen-Kompensation der Signal-Charakteristiken auf alle Kanäle des optischen Signals; Einrichtungen (106) zum Demultiplexieren eines optischen Signaleingangs in Kanäle; Einrichtungen (111) zum Kompensieren von Kanalbeeinträchtigungen für jeden einzelnen Kanal in Abhängigkeit von den Überwachungseinrichtungen; und Einrichtungen (116) zum Multiplexieren von Kanälen in ein optisches Ausgangssignal.
Knoten nach Anspruch 1, bei dem die optische Vermittlungsstruktur (110) eine Mehrzahl von optischen Vermittlungsebenen einschließt.
Knoten nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Einrichtung zum Demultiplexieren (106) einen 1:M Demultiplexer einschließt.
Knoten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Einrichtung zur Überwachung schnelle Leitungsabtasteinrichtungen einschließt.
Knoten nach Anspruch 4, bei dem die schnellen Leitungsabtasteinrichtungen vor den Einrichtungen zum Demultiplexieren angekoppelt sind.
Knoten nach Anspruch 4, bei dem die schnellen Leitungsabtasteinrichtungen nach den Einrichtungen zum Multiplexieren angekoppelt sind.
Knoten nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Einrichtungen zur Überwachung langsame Leitungsabtasteinrichtungen einschließt.
Knoten nach Anspruch 7, bei dem die langsamen Leitungsabtasteinrichtungen vor den Einrichtungen zum Demultiplexieren angekoppelt sind.
Knoten nach Anspruch 7, bei dem die langsamen Leitungsabtasteinrichtungen nach den Einrichtungen zum Multiplexieren angekoppelt sind.
Knoten nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, bei dem die Einrichtung zur Überwachung Wrapper-Leser einschließt.
Knoten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Einrichtung zur Überwachung Kanal-Betriebsverhalten-Überwachungseinrichtungen einschließt.
Knoten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Einrichtung zum Multiplexieren (116) einen 1:M Multiplexer einschließt.
Optischer Knoten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Einrichtung zur Überwachung eine netzwerkweite Betriebsverhalten- und Fehlerverwaltung und das Auslösen von netzwerkweiten Schutz und Wiederherstellungs-Optionen unterstützt.
Optischer Knoten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Einrichtung zur Überwachung Einrichtungen zum Auslösen eines netzwerkweiten Schutzes und einer Wiederherstellung einschließt.
Optischer Knoten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Einrichtung zur Überwachung Einrichtungen zur Feststellung und Isolation von für den optischen Knoten spezifischen Fehlern und Fehlverbindungen und Einrichtungen zum Auslösen einer Schutzumschaltung auf redundante Module, falls passend, einschließt.
Optischer Knoten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Einrichtung zur Überwachung eine Ausgangskanal-Leistungspegel-Kompensation des optischen Knotens in Abhängigkeit hiervon einschließt.
Optischer Knoten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Einrichtung zur Überwachung eine Dispersionskompensation des Ausgangskanals des optischen Knotens in Abhängigkeit hiervon einschließt.
Optischer Knoten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der weiterhin Einrichtungen zur Schnittstellenverbindung mit elektrischen Signalisierungs-Netzwerk-Knoten einschließt.