DE602004011599T2

DE602004011599T2 - Hybrides, optisches Netzwerk und Verfahren zum Datenpaketrouting in einem hybriden, optischen Netzwerk

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Publication number: DE602004011599T2
Application number: DE602004011599T
Authority: DE
Inventors: Martin Maier
Original assignee: Technische Universitaet Berlin
Current assignee: Technische Universitaet Berlin
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2009-02-05
Anticipated expiration: 2024-01-31
Also published as: EP1560457A1; ATE385393T1; WO2005076658A1; EP1560457B1; US20080232803A1; DE602004011599D1

Description

Die Erfindung betrifft ein hybrides optisches Netzwerk mit einem einkanaligen optischen Ringnetzwerk und einem Sternnetzwerk sowie ein Verfahren zum Routen von Datenpaketen in einem hybriden optischen Netzwerk. Genauer gesagt betrifft die Erfindung eine evolutionäre mehrkanalige Aufrüstung eines optischen einkanaligen paketvermittelten städtischen Ringnetzwerks und ein Verfahren zum Routen von Verkehr in einem solchen aufgerüsteten Netzwerk.
Die Schrift WO 99/37050 A und die Schrift WO 98/33287 A beschreiben Kommunikationssysteme, die ein optisches Netzwerk mit Sterntopologie enthalten, wobei alle Netzwerkknoten mit einem zentralen Verteiler verbunden sind. Zusätzlich sind eine Teilmenge oder alle Netzwerkknoten über ein peripheres Ringnetzwerk verbunden. Der zentrale Verteiler besteht aus mehreren WDM-Routern (Wellenlängenmultiplex). Verkehr für einen anderen Knoten wird abhängig von der kürzesten Route über das Sternnetzwerk oder das periphere Ringnetzwerk geleitet.
Der Standard Resilient Packet Ring IEEE 802.17 umfaßt Regeln für Kanalnutzung, Durchsatzeffizienz, Dienstdifferenzierung und Ausfallsicherheit optischer einkanaliger paketvermittelter städtischer Ringnetzwerke (MAN). IEEE 802.17 betrifft ein bidirektionales Doppelfaser-Ringnetzwerk mit Signalumsetzung von optisch in elektrisch in optisch in jedem Knoten. Jeder Knoten ist mit zwei fest abgestimmten Sendern und zwei fest abgestimmten Empfängern (einer für jeden Faserring) ausgestattet.
Es wurden Ringnetzwerke besprochen, die Wellenlängenmultiplex auf dem Ring als Aufrüstung implementieren. Eine solche Aufrüstung erfordert jedoch hohe Investitionskosten, da jeder Knoten des Rings für WDM aufgerüstet werden muß.
Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem ist die Schaffung eines hybriden optischen Netzwerks, das eine evolutionäre kostensensitive Aufrüstung eines bekannten einkanaligen optischen Ringnetzwerks ermöglicht, und eines Verfahrens zum effizienten Routen von Datenpaketen in einem hybriden optischen Netzwerk.
Dieses Problem wird durch ein hybrides optisches Netzwerk mit den Merkmalen von Anspruch 1 und ein Verfahren zum effizienten Routen von Datenpaketen mit den Merkmalen von Anspruch 15 gelöst. Bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen identifiziert.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Idee, ein einkanaliges optisches Ringnetzwerk, in dem alle Ringknoten durch den Ring verbunden werden, mit einem Stern-Teilnetzwerk, zu dem nur bestimmte der Ringknoten zusätzlich gehören, zu verbessern. Dies ermöglicht eine evolutionäre Aufrüstung des Netzwerks. Investitionskosten in dem Stern-Teilnetzwerk hängen von der Anzahl der Knoten ab, die zu dem Stern-Teilnetzwerk hinzugefügt werden. Um einen Knoten aufzurüsten, müssen nur ein Sender und ein Empfänger zu dem Knoten hinzugefügt werden. Zusätzlich reduziert die Verwendung von Kombinierern, mit denen die Knoten des Stern-Teilnetzwerk verbunden sind, die Anzahl der Eingangsports und Ausgangsports des zentralen Wellenlängenrouters. Auf diese Weise wird die Anzahl der Kosten für den zentralen Wellenlängenrouter beträchtlich reduziert, da solche Kosten proportional zu der Anzahl der Ports sind.
Außerdem dienen die Kombinierer als Konzentratoren von Netzwerkknoten und ermöglichen eine Reduktion der Menge an in dem Stern-Teilnetzwerk erforderlichen optischen Fasern sowie der Kosten zum Installieren solcher Fasern. Durch Verwendung von Kombinierern ist es unnötig, jeden Knoten des Stern-Teilnetzwerks mit einem Port des zentralen Wellenlängenrouters zu verbinden. Falls optische Verstärker zwischen jedem Kombinierer und dem zentralen Wellenlängenrouter angeordnet sind, werden solche Verstärker ferner von mehreren Knoten des Stern-Teilnetzwerks gemeinsam benutzt, was zu einer reduzierten Anzahl erforderlicher Verstärker führt.
Die vorliegende Erfindung wendet wellenlängenmultiplex nur auf das auf dem zentralen Wellenlängenrouter basierende Stern-Teilnetzwerk an, während das Ringnetzwerk unverändert gelassen wird.
Als ein weiterer Vorteil, ermöglicht die vorliegende Erfindung einen großen räumlichen Wiederverwendungsfaktor, da die mittlere Sprungdistanz des Netzwerks durch Bereitstellung von Abkürzungen über das Stern-Teilnetzwerk reduziert werden kann. Aufgrund der Abkürzungen über das Stern-Teilnetzwerk hinweg werden insbesondere die Sprungdistanzen in dem Ringnetzwerk vermindert, und der räumliche Wiederverwendungsfaktor in dem Ringnetzwerk wird vergrößert. Darüber hinaus ermöglicht der zentrale Wellenlängenrouter als Wellenlängen-Routing-Einrichtung eine gleichzeitige räumliche Wiederverwendung aller Wellenlängen an jedem Port.
Es wird angemerkt, daß die Ausdrücke "abstimmbarer Sender" und "abstimmbarer Empfänger" im Kontext der vorliegenden Erfindung sowohl einen Sender oder Empfänger, der abstimmbar ist, als auch ein Array fest abgestimmter Sender oder fest abgestimmter Empfänger bedeutet, wobei "Abstimmen" bedeutet, einen Sender oder Empfänger dieses Arrays, der eine gewünschte Wellenlänge emittiert oder erfaßt, zu aktivieren. Außerdem kann ein Sender/Empfänger aus einer Kombination aus einem Array fest abgestimmter Sender/Empfänger und eines abstimmbaren Senders/Empfängers bestehen. Ferner wird angemerkt, daß der abstimmbare Sender oder abstimmbare Empfänger in einem abstimmbaren Sender/Empfänger kombiniert werden kann.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der zentrale Wellenlängenrouter ein einziges Array-Wellenleitergitter (AWG). Es gibt nur einen einzigen zentralen Router. Das Array-Wellenleitergitter ist ein passiver Router. Aufgrund seiner passiven Beschaffenheit ist der Router sehr zuverlässig.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Stern-Teilnetzwerk zusätzlich mehrere wellenlängenunabhängige Verzweigungen jeweils mit einem Eingangsport und mehreren Ausgangsports, wobei die Eingangsports der Verzweigungen mit den Ausgangsports des zentralen Wellenlängenrouters verbunden sind und die Ausgangsports der Verzweigungen jeweils mit einem abstimmbaren Empfänger eines der Knoten der Teilmenge verbunden sind. Die Verwendung von Verzweigungen ermöglicht Multicasting. Bei Multicasting können alle mit einer Verzweigung verbundenen Netzwerkknoten ein Datenpaket empfangen, das aus einem Ausgangsport des zentralen Routers austritt. Folglich muß ein Datenpaket weniger häufig gesendet werden, um mehrere Knoten zu erreichen, so daß Netzwerkressourcen gespart werden. Durch Verwendung von Verzweigungen (und Kombinierern) ist es ferner möglich, bei einer gegebenen Anzahl von Eingangsports und Ausgangsports des zentralen Wellenlängenrouters mehr Knoten des Stern-Teilnetzwerks hinzufügen.
Vorzugsweise sind die Knoten der Teilmenge gleichmäßig unter den Ringknoten verteilt. Dies ist vorteilhaft, um gleichförmigen Verkehr in dem Ringnetzwerk und dem Stern-Teilnetzwerk zu erzielen.
Zwischen dem Ausgangsport eines Kombinierers und dem entsprechenden Eingangsport des zentralen Wellenlängenrouters und/oder zwischen einem Ausgangsport des zentralen Wellenlängenrouters und dem Eingangsport der entsprechenden Verzweigung kann ein optischer Verstärker angeordnet werden. Ein solcher optischer Verstärker kompensiert Faserverluste, Verzweigungsverluste und Einfügungsverluste in dem Stern-Teilnetzwerk. Der Verstärker ist z. B. ein erbiumdotierter Faserverstärker.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt jeder Knoten der Teilmenge Umsetzungsmittel zur Umsetzung von optisch zu elektrisch zu optisch der optischen Signale. Der abstimmbare Sender und der abstimmbare Empfänger eines Knotens führen Signalumsetzung von elektrisch zu optisch bzw. optisch zu elektrisch durch.
Vorzugsweise umfaßt jeder Knoten der Teilmenge Transitwarteschlangen und Stationswarteschlangen, wobei die Stationswarteschlangen zwei Empfangswarteschlangen und zwei Sendewarteschlangen umfassen, wobei eine Empfangswarteschlange mit dem Ring verbunden ist, eine Empfangswarteschlange mit dem abstimmbaren Empfänger verbunden ist, eine Sendewarteschlange mit dem Ring verbunden ist und eine Sendewarteschlange mit dem abstimmbaren Sender verbunden ist. In einer Transitwarteschlange gespeicherte Datenpakete werden zu einem anderen Ringknoten transferiert (speichern und weiterleiten). Datenpakete, die in einer Stationswarteschlange gespeichert sind, werden durch den Knoten empfangen oder durch den Knoten gesendet, und wenn der Knoten nicht der Zielknoten ist, werden sie durch das Stern-Teilnetzwerk hindurchgesendet oder empfangen.
Das hybride Netzwerk umfaßt vorzugsweise ferner Protokollmittel zum Routen von von einem gegebenen Quellenringknoten zu einem gegebenen Zielringknoten zu sendenden optischen Datenpaketen über den kürzesten Netzwerkpfad, einschließlich des Routens der Datenpakete über das einkanalige Ringnetzwerk und über das Stern-Netzwerk. Der kürzeste Netzwerkpfad wird z. B. durch ein Netzwerkverwaltungssystem bestimmt, das ein zentrales Verwaltungssystem oder ein dezentralisiertes Verwaltungssystem sein kann. Das Verwaltungssystem modifiziert z. B. Nachschlage-Routingtabellen in den Netzwerkknoten. Ein MAC-Protokoll (Media Access Control), das zu der Datensicherungsschicht gehört (Schicht zwei des OSI-Referenzmodells), dient zur Kontrolle des Zugangs zu dem hybriden Netzwerk. Das MAC-Protokoll versucht, die Kapazität des Netzwerks zu maximieren.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt das hybride Netzwerk zusätzlich folgendes: Mittel zum Zuweisen einer Wellenlänge zu Datenpaketen, die über das Stern-Teilnetzwerk von einem gegebenen Quellenteilmengenknoten der Teilmenge zu einem gegebenen Zielteilmengenknoten der Teilmenge gesendet werden, wobei die Wellenlänge die Route der Datenpakete durch das Stern-Teilnetzwerk bestimmt; Mittel zum Abstimmen des abstimmbaren Senders des Quellenteilmengenknotens auf die zugewiesene Wellenlänge und Mittel zum Abstimmen des abstimmbaren Empfängers des Zielteilmengenknotens auf die zugewiesene Wellenlänge. Dies ermöglicht das Senden von Daten von einem gegebenen Quellenteilmengenknoten des Stern-Teilnetzwerks zu einem gegebenen Zielteilmengenknoten des Stern-Teilnetzwerks.
Die Mittel zum Zuweisen einer Wellenlänge umfassen vorzugsweise folgendes: Mittel zum Bestimmen der kürzesten Route für von einem gegebenen Quellenringknoten zu einem Zielringknoten zu sendende Datenpakete; Mittel zum Bestimmen eines Quellenteilmengenknoten und eines Zielteilmengenknotens innerhalb der kürzesten Route, wodurch die Datenpakete in einer Abkürzung über das Stern-Teilnetzwerk geroutet werden; und Mittel zum Bestimmen einer Wellenlänge zum Routen der Datenpakete von dem Quellenteilmengenknoten zu dem Zielteilmengenknoten. Die kürzeste Route kann dann berechnet werden, indem man einfach die kürzeste Anzahl von Sprüngen von einem Knoten zum anderen für die Datenpakete zum Erreichen ihres Ziels bestimmt. Die Verwendung einer Abkürzung über das Stern-Teilnetzwerk zählt als ein Sprung. Wenn Datenpakete über das Stern-Teilnetzwerk geroutet werden, d. h. wenn ein Pfad über das Teilnetzwerk weniger Sprünge als ein Pfad nur über den optischen Ring erfordert, wird eine Wellenlänge zum Routen der Datenpakete über das Stern-Teilnetzwerk, d. h. von einem Quellenteilmengenknoten zu einem Zielteilmengenknoten, zugewiesen. Der abstimmbare Sender und der abstimmbare Empfänger des jeweiligen Teilmengenknotens werden auf diese Wellenlänge abgestimmt.
Das Netzwerk umfaßt Mittel zum Legen der an dem Zielteilmengenknoten empfangenen Datenpakete auf das einkanalige optische Ringnetzwerk, falls der Zielteilmengenknoten von dem Zielknoten verschieden ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das einkanalige optische Ringnetzwerk ein bidirektionales Doppelfaser-Ringnetzwerk. In einem peripheren Faserring werden Datenpakete in einer ersten Richtung gesendet, in einem anderen peripheren Faserring werden Datenpakete in der entgegengesetzten Richtung gesendet. Es sind elektrische Transit- und Stationswarteschlangen für jeden Faserring vorgesehen. Die Verwendung eines bidirektionalen Rings ist vorteilhaft, da Daten in beiden Richtungen auf dem einkanaligen optischen Ring gesendet werden können. Der räumliche Wiederverwendungsfaktor wird verbessert. Die vorliegende Erfindung kann jedoch genauso gut mit einem einkanaligen unidirektionalen optischen Ringnetzwerk implementiert werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist parallel mit dem zentralen Wellenlängenrouter ein passiver Sternkoppler angeordnet, wobei jeder Knoten der Teilmenge sowohl mit dem zentralen Wellenlängenrouter als auch mit dem passiven Sternkoppler gekoppelt ist. Der zentrale Wellenlängenrouter routet Datenpakete, die Wellenlängen eines ersten Wellenbands zugewiesen sind, und der passive Sternkoppler sendet Datenpakete rund, die Wellenlängen eines zweiten Wellenbands zugewiesen sind. Diese Ausführungsform ermöglicht das Routen von zusätzlichen Daten über den passiven Sternkoppler des Stern-Teilnetzwerks.
In einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Routen von Datenpaketen zwischen einem Quellenringknoten und einem Zielringknoten eines hybriden optischen Netzwerks bereitgestellt, das ein peripheres optisches Ringnetzwerk mit mehreren Ringknoten und einem Stern-Netzwerk mit einem zentralen Wellenlängenrouter und einer Teilmenge der Ringknoten umfaßt, wobei jeder Knoten der Teilmenge Mittel zum Übermitteln optischer Datenpakete über das Stern-Teilnetzwerk enthält. Vorzugsweise wird das in Anspruch 1 definierte hybride Netzwerk zum Ausführen des Verfahrens verwendet.
Das Verfahren basiert auf der Idee, eine dritte Art von Datenentfernung zu den wohlbekannten Techniken der Quellenentfernung (der Quellenknoten nimmt Datenpakete aus dem Ring) und Zielentfernung (der Zielknoten nimmt Datenpakete aus dem Ring) hinzuzufügen. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Daten durch einen Knoten, der weder ein Quellenknoten noch ein Zielknoten ist, aus dem Ring genommen. Der Knoten, der die Daten aus dem Ring nimmt, gehört zu dem Stern-Teilnetzwerk und wird als Quellenteilmengenknoten bezeichnet. Die herausgenommenen Datenpakete werden über das Stern-Teilnetzwerk zu einem Zielteilmengenknoten des Stern-Teilnetzwerks übertragen. Die Datenpakete werden dann von dem Zielteilmengenknoten wieder über das optische Ringnetzwerk zu dem Zielringknoten gesendet, wenn der Zielringknoten nicht gleich dem Zielteilmengenknoten ist. Die Datenpakete werden schließlich durch den Zielringknoten aus dem optischen Ringnetzwerk genommen (Zielentfernung).
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im Gegensatz zu den bekannten Verfahren der Quellenentfernung und der Zielentfernung auch als "Proxy-Entfernung" bezeichnet.
Vorzugsweise sind der Quellenteilmengenknoten und der Zielteilmengenknoten Knoten der kürzesten Route für Datenpakete von dem Quellenringknoten zu dem Zielringknoten über das hybride Netzwerk. Kürzester-Pfad-Routing einschließlich Abkürzungen über das Stern-Teilnetzwerk wird ausgeführt, um die Kapazität des Netzwerks zu vergrößern. Die mittlere Anzahl der Sprünge (mittlere Sprungdistanz) wird verkleinert.
Es wird jedoch angemerkt, daß "Proxy-Entfernung" beim Kürzester-Pfad-Routing oder als Alternative in jeder beliebigen Routing-Methodik implementiert werden kann. Beim Kürzester-Pfad-Routing müssen die Ringknoten "wissen", welcher Teilmengenknoten dem eigenen Standort am nächsten ist. Diese Kenntnis ist z. B. in einer Routingtabelle in jedem Ringknoten enthalten. Als Alternative müssen bei einer transparenten Form von Proxy-Entfernung die Ringknoten nichts über die Position der Teilmengenknoten in dem Ring wissen.
Proxy-Entfernung wird immer noch ausgeführt, aber die Datenpakete nehmen möglicherweise nicht die kürzeste Route von einem Ringknoten zu einem Teilmengenknoten. Der Vorteil besteht darin, daß die Ringknoten keine Informationen über die Position der Teilmengenknoten benötigen. Dies ist insbesondere dann ein Vorteil, wenn ein existierendes Ringnetzwerk auf evolutionäre Weise mit einem Stern-Teilnetzwerk aufgerüstet wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die optischen Datensignale in dem optischen Ringnetzwerk beim Nehmen aus dem Ring in elektrische Datensignale umgesetzt. Die elektrischen Datensignale werden dann in optische Datensignale einer spezifischen Wellenlänge umgesetzt, die das Routing der Datensignale über das Stern-Teilnetzwerk bestimmt. Bei einer Ausführungsform werden die optischen Datensignale in eine Sendewarteschlange eingereiht, wenn sie aus dem optischen Ringnetzwerk genommen werden, und aus der Sendewarteschlange zu einem abstimmbaren Sender des Quellenteilmengenknotens gesendet.
Das Verfahren umfaßt vorzugsweise zusätzlich den Schritt des Regenerierens des Signals nach der Umsetzung in ein elektrisches Signal. Eine solche Regeneration kann eine 3R-Signalregeneration (Neuverstärkung, Neuformung, Neutiming) sein, die Fachleuten wohlbekannt ist.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sendet der Quellenteilmengenknoten Steuerdaten mit Knotenreservierungsinformationen zu den anderen Knoten der Teilmenge vor dem Senden der Daten über das Stern-Teilnetzwerk. Die Knotenreservierungsinformationen können Daten über die Quellenadresse des Quellenteilmengenknotens, Daten über die Zieladresse des Zielteilmengenknotens und Daten über die Länge des entsprechenden Datenpakets umfassen. Die Reservierungsprotokoll- und Steuerdaten können zu der MAC-Ebene (Media Access Control) des Netzwerks gehören.
Die Erfindung wird nachfolgend auf der Grundlage einer beispielhaften Ausführungsform mit Bezug auf die Figuren ausführlicher erläutert. Es zeigen:
1 ein hybrides optisches Netzwerk, das ein einkanaliges optisches Ringnetzwerk und ein Stern-Teilnetzwerk mit einem Array-Wellenleitergitter als zentralem Wellenlängenrouter enthält;
2 die Hauptkomponenten eines Ringknotens des einkanaligen optischen Ringnetzwerks von 1;
3 die Hauptkomponenten eines Ringknotens des einkanaligen optischen Ringnetzwerks von 1, der auch ein Netzwerkknoten des Stern-Teilnetzwerks ist;
4 ausführlich die Anordnung mehrerer Kombinierer eines zentralen Array-Wellenleitergitters und mehrerer Verzweigungen in dem Stern-Teilnetzwerk von 1;
5 eine alternative Ausführungsform eines hybriden optischen Netzwerks mit einem einkanaligen optischen Ringnetzwerk und einem Stern-Teilnetzwerk, wobei das Stern-Teilnetzwerk sowohl ein zentrales Array-Wellenleitergitter als auch einen zentralen passiven Sternkoppler umfaßt; und
6 die Hauptkomponenten eines Ringknotens des hybriden optischen Netzwerks von 5, der auch ein Netzwerkknoten des Stern-Teilnetzwerks ist.
1 zeigt die Netzwerkarchitektur eines hybriden optischen Netzwerks. Das hybride optische Netzwerk enthält einen bidirektionalen Doppelfaser-Ring, der aus zwei peripheren Fasern 11, 12 und mehreren Ringknoten 2 besteht. Jeder der Ringknoten 2 ist dafür ausgelegt, einkanalige optische Datenpakete über das einkanalige Ringnetzwerk 1 zu übermitteln. Zu diesem Zweck umfassen die Ringknoten 2 jeweils zwei fest abgestimmte Sender/Empfänger (einen für jede einkanalige Faser 11, 12), wie nachfolgend ausführlicher mit Bezug auf 2 beschrieben werden wird.
Das hybride Netzwerk enthält zusätzlich ein Stern-Teilnetzwerk 3. Das Stern-Teilnetzwerk 3 umfaßt mehrere Teilmengenknoten 4, die eine Teilmenge der Ringknoten 2 des einkanaligen Ringnetzwerks 1 sind. Wie ausführlicher mit Bezug auf 3 erläutert werden wird, umfaßt jeder Teilmengenknoten 4 des Stern-Teilnetzwerks 3 einen abstimmbaren Sender und einen abstimmbaren Empfänger zum Übermitteln optischer Datenpakete über das Stern-Teilnetzwerk 3.
Das Stern-Teilnetzwerk 3 umfaßt zusätzlich einen zentralen Wellenlängenrouter 5, der vorzugsweise ein einziges Array-Wellenleitergitter (AWG) ist. Das AWG 5 umfaßt D Eingangsports und D Ausgangsports (D ≥ 2). Zusätzlich sind mehrere wellenlängenunempfindliche Kombinierer 6 und mehrere wellenlängenunempfindliche Verzweiger 7 vorgesehen. Die Kombinierer 6 enthalten S Eingangsports und einen Ausgangsport (S ≥ 1). Die Verzweiger 7 enthalten einen Eingangsport und S Ausgangsports. Bei der Ausführungsform von 1 ist S = D = 2.
Im Fall S = 1 würden keine Kombinierer verwendet. In diesem Fall würde jeder Knoten des Stern-Teilnetzwerks mit einem separaten Eingangsport des AWG 5 verbunden.
Der abstimmbare Sender eines gegebenen Teilmengenknotens 4 wird durch Verwendung einer Faser mit einem Kombinierer 6 verbunden. Sein abstimmbarer Empfänger wird durch Verwendung einer Faser mit dem gegenüberliegenden Ausgangspaar der Verzweigung 7 verbunden. Der Ausgangsport der Kombinierer 6 wird mit den Eingangsports des AWG 5 verbunden. Die Eingangsports der Verzweigungen 7 werden mit den Ausgangsports des AWG verbunden. Folglich gibt es D Kombinierer 6 und D Verzweigungen 7.
Gegebenenfalls werden zwischen den Kombinierern 6 und dem AWG 5 sowie zwischen dem AWG 5 und den Verzweigungen 7 optische Verstärker 8 wie etwa erbiumdotierte Faserverstärker angeordnet, um Faserverluste, Verzweigungsverluste und Einfügungsverluste zu kompensieren.
2 zeigt in Diagrammform die Hauptkomponenten eines Ringknotens 2 des einkanaligen optischen Ringnetzwerks 1. Der Ringknoten 2 umfaßt einen fest abgestimmten Empfänger FR21, der die ankommenden optischen Daten in elektrische Daten umsetzt. Abhängig davon, ob die empfangenen Daten zu einem anderen Ringknoten 2 geroutet oder in dem gegebenen Ringknoten 2 empfangen werden, werden die Daten zu den Transitwarteschlangen 23 oder den Stationswarteschlangen 24 gesendet.
Die Transitwarteschlangen 23 umfassen zwei Warteschlangen, eine für garantierten Klasse-A-Verkehr (primäre Transitwarteschlange – PTQ) 232 und eine sekundäre Transitwarteschlange STQ für Verkehr der Klasse B (vereinbarte Rate) und Klasse C (Best Effort). Wenn beide Warteschlangen PTQ 232 und STQ 231 nicht voll sind, wird MAC-Verkehr des bekannten MAC-Protokolls die höchste Priorität gegeben. Wenn kein lokaler Steuerverkehr besteht, wird PTQ-Verkehr immer zuerst versorgt. Wenn die PTQ 232 leer ist, wird die lokale Übertragungswarteschlange (Stufenwarteschlange) versorgt, bis STQ 231 eine bestimmte Warteschlangenschwelle erreicht. Wenn STQ 231 diese Schwelle erreicht, wird STQ-in-Transit-Ringverkehr Priorität gegenüber Stationsverkehr gegeben, so daß keine In-Transit-Pakete aufgrund von Pufferüberlauf verlorengehen. Dies entspricht dem Standard RPR (Resilient Packet Ring) von IEEE 802.17.
Es wird angemerkt, daß diese Ausführungsform der Transitwarteschlangen 23 nur beispielhaft ist. Bei einer alternativen Ausführungsform wird eine einzige Warteschlange mit einer einzigen FIFO-Warteschlange verwendet.
Die Stationswarteschlangen 24 umfassen eine Empfangswarteschlange 241 und eine Sendewarteschlange 242. Die Empfangswarteschlange 241 umfaßt Datenpakete, die zur weiteren Verarbeitung in dem gegebenen Ringknoten 2 empfangen werden. Die Sendewarteschlange 242 umfaßt Datenpakete, die in dem Ringknoten 2 auf das optische Ringnetzwerk gelegt werden.
Da das optische Ringnetzwerk ein einkanaliges Netzwerk ist, d. h. ein Netzwerk mit einer einzigen Wellenlänge, sind der Empfänger 21 und der Sender 22 fest abgestimmte Empfänger bzw. Sender. Der Sender 22 setzt die elektrischen Daten in optische Daten um und legt die optischen Daten auf den Ring. Zusätzlich kann Signalregeneration in dem elektrischen Teil des Knotens 2 ausgeführt werden, wie zum Beispiel 3R-Signalregeneration einschließlich Neuverstärkung, Neuformung und Neutiming.
3 zeigt in Diagrammform einen Teilmengenknoten 4, der sowohl zu dem einkanaligen optischen Ringnetzwerk 1 als auch dem Stern-Teilnetzwerk 3 gehört. Der Teilmengenknoten 4 umfaßt die mit Bezug auf 2 beschriebenen Elemente eines Ringknotens 2, so daß in dieser Hinsicht auf 2 verwiesen wird. Zusätzlich sind ein abstimmbarer Empfänger 25 und ein abstimmbarer Sender 26 vorgesehen. Der abstimmbare Empfänger 25 ist mit den Empfangswarteschlangen 241 verbunden. Der abstimmbare Sender 26 ist mit den Sendewarteschlangen 242 verbunden. Mittels des abstimmbaren Senders 26 können optische Daten aus den gegebenen Teilmengenknoten 4 über das Stern-Teilnetzwerk 3 gesendet werden. Der abtimmbare Empfänger 25 dient zum Detektieren von aus dem Stern-Teilnetzwerk 3 empfangenen optischen Signalen und zum Umsetzen dieser in elektrische Signale.
Vorzugsweise werden alle Warteschlangen als FIFO-Warteschlangen implementiert.
Es ist zu beachten, daß jeder Teilmengenknoten 4 mit zwei Transitwarteschlangen 23 und zwei Stationswarteschlangen 24 (Empfangs- und Sendewarteschlangen) ausgestattet ist (eine für jeden Faserring des bidirektionalen Rings 1), und mit zwei zusätzlichen Stationswarteschlangen (Empfangs- und Sendewarteschlangen) für das Stern-Teilnetzwerk. In 3 ist jedoch nur eine Menge von PTQ- und STQ-Warteschlangen 23 gezeigt. Dasselbe gilt für die Ringknoten 2 von 2.
4 zeigt die Netzwerkstruktur des Stern-Teilnetzwerks 3. Das einzige zentrale AWG 5 ist ein frequenzzyklisches D×D-Array-Wellenleitergitter mit D Eingangsports und D Ausgangsports, wobei D ≥ 2 ist.
Die Teilmengenknoten 4 des Stern-Teilnetzwerks 3 enthalten jeweils einen abstimmbaren Sender TT und einen abstimmbaren Empfänger TR, wie mit Bezug auf 3 erläutert. Die Gesamtzahl der Teilmengenknoten 4 und folglich der abstimmbaren Sender TT und abstimmbaren Empfänger TR beträgt S×D, wobei S die Anzahl der Eingangsports der Kombinierer 6-1, 6-2, ..., 6-D ist. S ist auch die Anzahl der Ausgangsports der Verzweigungen 7-1, 7-2, ..., 7-D.
Mit den Eingangsports eines ersten S×1-Kombinierers 6-1 sind S abstimmbare Sender TT₁. ..., TT_S verbunden. Mit den Eingangsports eines zweiten Kombinierers 6-2 sind auch S abstimmbare Sender TT verbunden usw.. Jeder Kombinierer 6-1, 6-2, ..., 6-D sammelt Daten aus S angeschlossenen abstimmbaren Sendern TT und führt diese einem AWG-Eingangsport zu.
Die Ausgangsports einer ersten 1×S-Verzweigung 7-1 sind mit S abstimmbaren Empfängern TR₁, ..., TR_S verbunden. Dasselbe gilt für die weiteren Verzweigungen 7-2, ..., 7-D, die jeweils mit einem Ausgangsport des AWG 5 verbunden sind. Durch Verwendung der Verzweigungen 7-1, 7-2, ..., 7-D werden die AWG-Ausgangsportsignale eines gegebenen Ausgangsports durch die wellenlängenunempfindlichen 1×S-Verzweigungen gleichmäßig auf die S angeschlossenen abstimmbaren Empfänger TR verteilt. Diese wellenlängenunempfindlichen Verzweigungen ermöglichen auch optisches Multicasting.
Die Wellenlänge λ1, λ2, ... λ_D der abstimmbaren Sender TT und der abstimmbaren Empfänger TR bestimmt die Route von durch Signale dieser Wellenlänge λ1, λ2, ... λ_D codierten Datenpaketen durch das AWG 5 und folglich durch das Stern-Teilnetzwerk 3. Das AWG 5 routet verschiedene Wellenlängen λ1, λ2, ... λ_D aus den abstimmbaren Sendern TT₁ ... TT_S und kombinierte in dem Kombinierer 6-1 zu verschiedenen Ausgangsports des AWG 5. Dasselbe gilt für Wellenlängen, die durch die anderen Kombinierer 6-2 ... 6-D an das AWG angelegt werden. Das AWG 5 routet Wellenlängen dergestalt, daß an den AWG-Ausgangsports keine Kollisionen auftreten, d. h. jede Wellenlänge kann gleichzeitig an alle AWG-Eingangsports angelegt werden. Anders ausgedrückt, kann bei einem D×D-AWG jede Wellenlänge D mal räumlich wiederverwendet werden.
Zusätzliche Wellenlängen können verwendet werden, wenn mehrere freie Spektralbereiche (FSR) des AWG 5 verwendet werden. Der freie Spektralbereich ist auch als die Demultiplexer-Periodizität bekannt. Diese Periodizität ist auf den Umstand zurückzuführen, daß für eine Anzahl von Wellenlängen konstruktive Interferenz an den Ausgangsports auftritt. Man kann den freien Spektralbereich auch als die spektrale Distanz zu der in der nächsten Beugungsordnung des Gitters des AWG beschreiben.
Die Verwendung von R FSR, R ≥ 1, erlaubt R gleichzeitige Übertragungen zwischen jedem AWG-Eingangsport- und -Ausgangsportpaar. Die Gesamtzahl von zum Routen an jedem AWG-Port verfügbaren Wellenlängenkanälen beträgt somit D mal R, wobei R ≥ 1 ist.
Folglich muß jeder Sender TT und jeder Empfänger TR über R×D zusammenhängende Wellenlängenkanäle abstimmbar sein, um volle Konnektivität in einem einzigen Sprung über den zentralen Router 5 bereitzustellen. Als Alternative ist nur eine Teilmenge der abstimmbaren Sender TT und der abstimmbaren Empfänger TR über die zusammenhängende Wellenlängenkanäle abstimmbar, wobei verschiedene abstimmbare Sender TT und abstimmbare Empfänger TR über Wellenlängen verschiedener freier Spektralbereiche des AWG 5 abstimmbar sind. Auf diese Weise entsteht jedoch eine Einschränkung bezüglich welche Teilmengenknoten des Stern-Teilnetzwerks kommunizieren können. Im Fall R = 1 reicht es aus, daß die Sender und Empfänger über D zusammenhängende Wellenlängenkanale abstimmbar sind, um volle Konnektivität in einem einzigen Sprung bereitzustellen.
Um Datenpakete von einem ersten gegebenen Teilmengenknoten und seinem abstimmbaren Sender TT zu einem zweiten gegebenen Teilmengenknoten und seinem abstimmbaren Empfänger TR zu routen, muß eine Wellenlänge der Anzahl der Wellenlängen R×D bestimmt werden, und der jeweilige abstimmbare Sender und abstimmbare Empfänger muß auf diese Wellenlänge abgestimmt werden. Sobald dies ausgeführt ist, ist die Route der Datenpakete durch das AWG 5 und somit durch das Stern-Teilnetzwerk 3 bestimmt.
Der Wellenlängenkanalzugang der abstimmbaren Sender und Empfänger wird mittels eines Reservierungsprotokolls mit Vorübertragungskoordination arbitriert wie später beschrieben werden wird.
Wieder mit Bezug auf 1 wird nun der Transport von Datenpaten zwischen einem gegebenen Quellenringknoten A und einem gegebenen Zielringknoten B des hybriden Netzwerks besprochen. Beide Knoten A und B sind nur Ringknoten 2 und nicht Teil des Stern-Teilnetzwerks 3.
Die von Knoten A zu Knoten B zu sendenden Datenpakete werden zuerst an dem Quellenringknoten A auf das optische Ringnetzwerk 1 gelegt. Dann wird eine Route für die von dem Quellenknoten A zu dem Zielknoten B gesendeten Datenpakete bestimmt. Diese Bestimmung erfolgt z. B. durch ein Netzwerkverwaltungssystem und/oder Routing-Protokolle. Vorzugsweise wird der kürzeste Pfad durch das Netzwerk von Knoten A zu Knoten B bestimmt, um eine hohe Netzwerkkapazität für neuerzeugten Verkehr zu behalten.
Die kürzeste Route ist die Route, die die kleinste Anzahl von Sprüngen von einem Knoten zu einem benachbarten Sprung auf dem Weg erfordert, den ein Paket von dem Quellenknoten A zu dem Zielknoten B nimmt. Bei dem in 1 besprochenen Beispiel würde ein Datenpaket sieben Sprünge brauchen, um sich über das Ringnetzwerk zu dem Knoten B auszubreiten, und vier Sprünge, um sich zu dem Knoten B auszubreiten, indem die Abkürzung zwischen dem Teilmengenknoten 4 über das Stern-Teilnetzwerk 3 genommen wird. Folglich ist die Route über das Stern-Teilnetzwerk 3 die kürzeste Route.
Es wird bestimmt, welcher Quellenteilmengenknoten 4 und Zielteilmengenknoten 4 der Teilmenge Teil der kürzesten Route sind. Diese Teilmengenknoten erhalten Informationen zum Routen von Datenpaketen von dem Quellenknoten A über das Stern-Teilnetzwerk 3 zu dem Zielteilmengenknoten. Zu diesem Zweck werden z. B. die Routing-Tabellen des Teilmengenknotens 4 mittels Steuerpaketen entsprechend aktualisiert.
Die von Knoten A gesendeten Datenpakete werden dann an dem dem Quellenknoten A nächsten Quellenteilmengenknoten 4 aus dem optischen Ring 1 genommen. Die Daten werden dann über das Stern-Teilnetzwerk 3 zu dem dem Zielknoten B nächsten Zielteilmengenknoten 4 gesendet. Zu diesem Zweck wird in den Knoten eine Umsetzung von optisch-elektrisch-optisch der Daten ausgeführt, und es wird den Datenpaketen, die über das Stern-Teilnetzwerk 3 gesendet werden, eine spezifische Wellenlänge zugewiesen. Die zugewiesene Wellenlänge bestimmt die Route der Datenpakete durch das Stern-Teilnetzwerk 3. Der abstimmbare Sender 26 und der abstimmbare Empfänger 25 der jeweiligen Teilmengenknoten 4 sind auf diese Wellenlänge abgestimmt.
Nachdem die durch das Stern-Teilnetzwerk 3 gerouteten Datenpakete an dem Zielringknoten 4 empfangen werden, werden die Datenpakete von dem Zielteilmengenknoten 4 über das optische Ringnetzwerk 1 zu dem Zielknoten B gesendet. Der Zielknoten B nimmt die Datenpakete aus dem optischen Ringnetzwerk 1 (Zielentfernung).
Nachdem ein Datenpaket sicher in dem Zielknoten B empfangen wurde, wird ein Bestätigungs-ACK-Steuerpaket zu dem Quellenknoten A gesendet. Dies geschieht vorzugsweise nur über das Ringnetzwerk 1. Die Bestätigungssteuerpakete sowie Reservierungssteuerpakete werden auf der MAC-Ebene (Media Access Control) des Netzwerks implementiert.
Die Erfindung führt das neuartige Konzept der "Proxy-Entfernung" ein, wie das oben beschriebene Routing von Datenpaketen bezeichnet wird.
Mit Proxy-Entfernung nimmt anders als bei der Quellenentfernung oder der Zielentfernung ein Teilmengenknoten (der auch als Ring- und- Stern-Heimat-Knoten bezeichnet werden kann), der weder ein Quellenknoten noch ein Zielknoten ist, ankommende Daten aus dem Ringnetzwerk und sendet sie in einer Einsprung-Abkürzung durch das Stern-Teilnetzwerk 3 über das AWG 5.
Wenn die kürzeste Route zwischen einem gegebenen Quellen- und Zielknoten das Stern-Teilnetzwerk 3 nicht enthält, wird Zielentfernung ohne Proxy-Entfernung verwendet. Wenn zum Beispiel in 1 Daten von einem Quellenknoten A zu einem Zielknoten B' gesendet werden, wäre die kürzeste Route die über das periphere Ringnetzwerk 1. In diesem Fall würde keine Proxy-Entfernung ausgeführt.
Bei Verwendung von Proxy-Entfernung und zusätzlich mit Bezug auf 3 nimmt ein Teilmengenknoten 4 die entsprechenden Datenpakete aus dem Ring und legt die Datenpakete in seiner Stern-Sendewarteschlange 242 ab. Wie bereits erwähnt, nimmt ein Teilmengenknoten 4 Datenpakete nur dann aus dem Ring, wenn die minimale Sprungdistanz zwischen einem gegebenen Quellenknoten 2 und einem gegebenen Zielknoten 2 in dem Ring 1 größer als die minimale Sprungdistanz zwischen einem gegebenen Quellenknoten 2 und einem gegebenen Zielknoten 2 über Abkürzungen über das Stern-Teilnetzwerk 3 ist.
Pakete in der Stern-Sendewarteschlange 242 werden unter Verwendung eines Reservierungsprotokolls mit Vorübertragungs-Koordination gesendet. Vor dem Senden eines Datenpakets sendet der entsprechende Teilmengenknoten 4 mittels Quellen-Entfernung oder über ein wellenlängenunempfindliches PSC (siehe 5) ein Steuerpaket auf einem der Faserringe rund. Das Steuerpaket besteht vorzugsweise aus drei Feldern: erstens der Quellenadresse des Proxy-Entfernungs-Quellenteilmengenknotens, zweitens der Zieladresse des Zielteilmengenknotens, der dem Zielknoten am nächsten ist, und drittens der Länge des entsprechenden Datenpakets. Jeder Teilmengenknoten 4 empfängt das rundgesendete Steuerpaket und kann somit globale Kenntnis aller Reservierungsanforderungen von Teilmengenknoten 4 beschaffen und aufrechterhalten. Auf der Basis dieser globalen Kenntnis teilen alle Teilmengenknoten 4 das Senden und Empfangen der entsprechenden Datenpakete über das Stern-Teilnetzwerk 3 auf verteilte Weise ein. Zum Beispiel wird ein deterministischer First-Come-First-Served- und First-Fit-Scheduling-Algorithmus verwendet.
Das beschriebene hybride Netzwerk ermöglicht eine evolutionäre WDM-Aufrüstung in einem optischen einkanaligen Ringnetzwerk insofern, als es in die einkanalige Knotenstruktur einbaut, während das Ringnetzwerk unverändert gelassen wird. Es muß nur eine Teilmenge der Ringknoten des einkanaligen Ringnetzwerks aufgerüstet werden. Folglich können Knoten über dunkle Fasern einzeln in einem Pay-As-You-Grow-Verfahren aufgerüstet und mit dem Stern-Teilnetzwerk verbunden werden. Das beschriebene hybride Netzwerk erfordert nur einen einzigen Router, der ausreicht, um Einsprung-Verbindung zwischen allen Teilmengenknoten bereitzustellen. Der zentrale Wellenlängenrouter ist aufgrund seiner passiven Beschaffenheit hochzuverlässig.
Bei einer alternativen Ausführungsform des Stern-Teilnetzwerks implementiert das Stern-Teilnetzwerk keine Verzweigungen 7. Stattdessen werden die Ausgangsports des AWG 5 direkt über Fasern mit abstimmbaren Empfängern der Teilmengenknoten 4 verbunden. Obwohl bei dieser Ausführungsform kein Multicasting möglich ist, ist eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung weiterhin möglich.
Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform ist das einkanalige optische Ringnetzwerk ein unidirektionales Ringnetzwerk mit nur einer peripheren Faser, dergestalt, daß Daten nur in einer Richtung über das Ringnetzwerk gesendet werden können. Durch Verwendung eines bidirektionalen Netzwerks wird die räumliche Wiederverwendung von Bandbreite vergrößert. Ferner ist es möglich, ein bidirektionales einfaseriges Ringnetzwerk zu verwenden.
5 zeigt ein hybrides optisches Netzwerk, das im Vergleich mit dem hybriden optischen Netzwerk von 1 zusätzlich einen passiven Sternkoppler (PSC) 15 enthält, der parallel mit dem zentralen AWG 5 angeordnet ist. Im folgenden werden nur die Merkmale des hybriden optischen Netzwerks beschrieben, die zusätzlich zu den Merkmalen des hybriden optischen Netzwerks von 1 sind. Die in 1 besprochenen Komponenten sind auch in dem hybriden optischen Netzwerk von 5 präsent.
Der passive Sternkoppler 15 besitzt D Eingangsports und D Ausgangsports, wobei D ≥ 2 ist. Der passive Sternkoppler 15 besitzt somit dieselbe Anzahl von Eingangsports und Ausgangsports wie das zentrale AWG 5. Der passive Sternkoppler 15 arbeitet wie ein D×1-Kombinierer und eine 1×D-Verzweigung in Reihe geschaltet. Folglich sammelt er Wellenlängenkanäle aus allen D Eingangsports und verteilt diese gleichmäßig auf alle D Ausgangsports. Ähnlich wie bei den Verzweigungen 7 kann an allen D-Ausgangsports ein gegebener Wellenlängenkanal empfangen werden. Ähnlich wie bei den Kombinierern 6 kann zur Vermeidung von Kanalkollisionen an den Ausgangsports ein gegebener Wellenlängenkanal nur an einem der D Eingangsports auf einmal verwendet werden.
Die Eingangsports des passiven Sternkopplers 15 sind jeweils mit einem Wellenbandaufteiler 91 verbunden.
Jeder Wellenbandaufteiler 91 befindet sich zwischen dem Ausgangsport eines Kombinierers 6 und einem Eingangsport des AWG 5 und des PSC 15. Falls die Signale durch einen optischen Verstärker 8 verstärkt werden, wird der Wellenbandaufteiler 91 vorzugsweise zwischen einem solchen optischen Verstärker 8 und dem AWG 5 und PSC 15 angeordnet.
Der Wellenbandaufteiler 91 besitzt einen Eingangsport und zwei Ausgangsports. Er teilt eine ankommende Menge zusammenhängender Wellenlängenkanäle Λ in zwei Wellenbänder (Teilbänder Λ_AWG und Λ_PSC) auf, mit 1 = Λ_AWG + Λ_PSC. Jedes Wellenband Λ_AWG, Λ_PSC wird durch einen anderen Ausgangsport geroutet. Ein Ausgangsport des Wellenbandaufteilers 91 ist mit einem Eingangsport des AWG 5 verbunden, und ein Ausgangsport des Wellenbandaufteilers 91 ist mit einem Eingangsport des PSC 15 verbunden.
Auf symmetrische Weise sind auch Wellenband-Departitionierer 92 vorgesehen. Jeder Wellenband-Departitionierer 92 besitzt zwei Eingangsports und einen Ausgangsport, wobei die Eingangsports mit dem AWG 5 bzw. dem PSC 15 verbunden sind und der Ausgangsport mit dem Eingangsport einer Verzweigung 7 oder gegebenenfalls einem zwischen dem Wellenband-Departitionierer 92 und der Verzweigung 7 angeordneten optischen Verstärker 8 verbunden ist. Der Wellenband-Departitionierer 92 sammelt die beiden verschiedenen Wellenbänder Λ_AWG und Λ_PSC zusammenhängender Wellenlängenkanäle aus den beiden Eingangsports. Die kombinierte Menge von A Wellenlängenkanälen wird in den gemeinsamen Ausgangsport eingespeist, mit Λ = Λ_AWG + Λ_PSC.
Das Wellenband Λ_AWG umfaßt D×R zusammenhängende Wellenlängenkanäle, d. h. Λ_AWG = D × R. R bedeutet wie oben erläutert die Anzahl verwendeter FSR des zugrundeliegenden AWG 5. Das zweite Wellenband Λ_PSC umfaßt 1 + D × S zusammenhängende Wellenlängenkanäle, d. h. Λ_PSC = 1 + D × S. In dem Wellenband Λ_PSC sind ein Steuerkanal mit der Wellenlänge λ_C und D×S Datenkanäle (einer für jeden Teilmengenknoten 4 des Stern-Teilnetzwerks) vorgesehen. Mittels des S×1-Kombinierers 6, der individuelle Wellenlängenkanäle aus S Teilmengenknoten sammelt, mit S ≥ 1, wird wie mit Bezug auf 1 erläutert eine Menge von A Wellenlängenkanälen kombiniert. Die Wellenlängenkanäle werden durch den Wellenbandaufteiler 91 in zwei Wellenbänder aufgeteilt. Der Wellenband-Departionierer 92 sammelt die beiden Wellenbänder Λ_AWG und Λ_PSC aus jedem Paar von Ausgangsports sowohl des AWG 5 als auch des PSC 15. Die kombinierte Menge von Wellenlängenkanälen wird mittels der 1×S-Verzweigung 7, mit S ≥ 1, gleichmäßig auf die S angeschlossenen Teilmengenknoten verteilt.
Der Zusatz eines passiven Sternkopplers 15 zu dem hybriden optischen Netzwerk erfordert eine modifizierte Struktur der Teilmengenknoten 4, die sowohl Teil des Ringnetzwerks 1 als auch des Stern-Teilnetzwerks 3 sind. Eine solche modifizierte Struktur eines Teilmengenknotens 4 ist in 6 abgebildet.
Der Teilmengenknoten 4 des hybriden Netzwerks von 5 umfaßt die Elemente eines wie mit Bezug auf 3 beschriebenen Teilmengenknotens, dergestalt, daß in dieser Hinsicht auf 3 verwiesen wird. Zusätzlich sind ein festabgestimmter Sender 27 zum zusätzlichen Senden von Steuer- und Datensignalen in das Stern-Teilnetzwerk und zwei fest abgestimmte Empfänger 28, 29 zum zusätzlichen Empfangen von Signalen aus dem Stern-Teilnetzwerk vorgesehen.
Der zusätzliche fest abgestimmte Sender 27 ist auf einen Steuerwellenlängenkanal λ_C des Wellenbands λ_PSC abgestimmt. Wie bereits erwähnt ist Λ_PSC = 1 + D × S. Auf die übrigen D×S Wellenlängenkanäle des Wellenbands Λ_PSC und alle Wellenlängenkanäle des Wellenbands Λ_AWG wird zur Datenübertragung durch den abstimmbaren Sender 26 zugegriffen, dessen Abstimmbereich der folgende ist: D × S + ΛAWG = D (S + R).
Zum Empfang von Signalen aus dem Stern-Teilnetzwerk wird der zusätzliche fest abgestimmte Empfänger 29 auf den Steuerwellenkanel λ_C des Wellenbands Λ_PSC abgestimmt. Zusätzlich ist ein weiterer zusätzlicher fest abgestimmter Empfänger 28 zum Datenempfang auf dem passiven Sternkoppler 15 vorgesehen. Der weitere fest abgestimmte Empfänger 28 wird auf seinem eigenen speziellen Heimatkanal λ₁ betrieben, der einer der Wellenlängenkanäle von ist. Folglich ist jeder Datenwellenlängenkanal des Wellenbands jeweils fest einem verschiedenen Teilmengenknoten 4 für Signalempfang zugeordnet. Folglich tritt bei auf Datenwellenlängenkanälen von PSC 15 gesendeten Datenpaketen keine Empfängerkollision auf. In dieser Hinsicht wird angemerkt, daß eine Empfängerkollision auftritt, wenn der Empfänger des beabsichtigten Zielknotens nicht auf den Wellenlängenkanal abgestimmt ist, auf dem das Datenpaket von dem entsprechenden Quellenknoten gesendet wurde.
Zusätzlich empfängt der abstimmbare Empfänger 25 wie mit Bezug auf 1 bis 4 erläutert auf den Wellenlängenkanälen des Wellenbands Λ_AWG Datenpakete.
Es ist zu beachten, daß die Transitwarteschlangen 231, 232 in 6 nur für eine Einkanalfaser des bidirektionalen Doppelfaserrings, der aus zwei peripheren Fasern 11, 12, die jeweils eine Wellenlänge führen, besteht, abgebildet sind. Transitwarteschlangen sowie eine Sende- und eine Empfangswarteschlange werden auch für den anderen Ring vorgesehen. Zusätzlich zu diesen Transitwarteschlangen und Stationswarteschlangen besitzt jeder Teilmengenknoten eine separate Sendewarteschlange für jeden Sender (entweder fest abgestimmt oder abstimmbar) und eine separate Empfangswarteschlange für jeden Empfänger (entweder fest abgestimmt oder abstimmbar). Neben den vier Transitwarteschlangen (zwei für jeden Ring) besitzt jeder Teilmengenknoten folglich insgesamt vier Sendewarteschlangen und fünf Empfangswarteschlangen. Vorzugsweise sind alle Warteschlangen FIFO-Warteschlangen.
Es werden nun die Vorteile des Hinzufügens eines passiven Sternkopplers 15 wie mit Bezug auf 5 und 8 erläutert zu dem hybriden optischen Netzwerk von 1 besprochen.
Erstens ermöglicht der Wellenlängenkanal λ_C fester Wellenlänge das Rundsenden von Steuerinformationen zu allen anderen Teilmengenknoten 4. Es ist somit möglich, Steuerdaten über das Stern-Teilnetzwerk 3 zu allen anderen Teilmengenknoten 4 zu senden, ohne Bandbreite in dem Ringnetzwerk 1 zu belegen und ohne daß sich Ringknoten 2, die nicht Teilmengenknoten sind, mit dem Routen solcher Steuerdaten zu belasten. Ein Beispiel für solche Steuerdaten sind Steuerdaten, die in einem Reservierungsprotokoll mit Vorübertragungskoordination verwendet werden, z. B. beim Informieren der Teilmengenknoten über Reservierungsanforderungen beim Senden von Datenpaketen über das AWG 5.
Durch Verwendung des Wellenlängenkanals λ_C wird außerdem ein Multicasten großer Datenmengen zu mehreren Empfängern möglich, ohne das Ringnetzwerk 1 zu benutzen.
Zweitens können die weiteren D×S Wellenlängenkanäle des Wellenbands Λ_PSC zum Senden von Daten über das PSC 15 zu einem spezifischen Zielknoten 4 verwendet werden, der Teil des Stern-Teilnetzwerks ist. Zu diesem Zweck wird sich ein abstimmbarer Sender 26 eines Quellenteilmengenknotens auf eine spezifische Wellenlänge λ₁ abstimmen, auf die der fest abgestimmte Empfänger 28 eines der Zielteilmengenknoten fest abgestimmt ist. Obwohl die aus dem abstimmbaren Sender 26 herausgesendeten Datenpakete durch das PSC 15 zu allen anderen Teilmengenknoten 4 rundgesendet werden, wird nur der eine Teilmengenknoten mit seinem auf die Wellenlänge λ₁ abgestimmten fest abgestimmten Empfänger 28 in der Lage sein, diese Signale zu detektieren. Im Vergleich mit der Übertragung der Daten über das AWG 5 ist es nicht erforderlich, in dem Zielknoten Wellenlängenabstimmung durchzuführen. Der Empfänger des beabsichtigten Ziels ist immer auf seinen fest zugeordneten Wellenlängenkanal λ₁ abgestimmt. In dem Teilmengenknoten 4 ist jedoch ein zusätzlicher fest abgestimmter Empfänger 28 erforderlich.
Bei der Ergänzung des Stern-Teilnetzwerks von 1 mit einem passiven Sternkoppler 15 werden zusätzliche Möglichkeiten und Flexibilität beim Routen von Datenpaketen zu einem Zielknoten geschaffen.
Es ist zu beachten, daß das neuartige Konzept der "Proxy-Entfernung", das mit Bezug auf 1 bis 4 erläutert wurde, auch für das hybride optische Netzwerk von 5 gilt. Offensichtlich können über das AWG 5 oder das PSC 15 Abkürzungen über das Stern-Teilnetzwerk geroutet werden.

Claims

Hybrides optisches Netzwerk, umfassend: – ein einkanaliges optisches Ringnetzwerk (1), – mehrere Ringknoten (2) des einkanaligen optischen Ringnetzwerks (1), wobei jeder der Ringknoten (2) dafür ausgelegt ist, einkanalige optische Datenpakete über das einkanalige Ringnetzwerk (1) zu übermitteln, – ein Stern-Teilnetzwerk (3), umfassend: • einen zentralen Wellenlängenrouter (5) mit mehreren Eingangsports und mehreren Ausgangsports, • mehrere Kombinierer (6) jeweils mit mehreren Eingangsports und einem Ausgangsport, wobei die Ausgangsports der Kombinierer (6) mit den Eingangsports des zentralen Wellenlängenrouters (5) verbunden sind, • eine Teilmenge der Ringknoten (4) des Ringnetzwerks, wobei jeder Knoten (4) der Teilmenge einen abstimmbaren Sender (26) und einen abstimmbaren Empfänger (25) zum Übermitteln von optischen Datenpaketen über das Stern-Teilnetzwerk (3) enthält, wobei die abstimmbaren Sender (26) jeweils mit einem Eingangsport eines der Kombinierer (6) verbunden sind, – Mittel zum Routen optischer Datenpakete zwischen zwei Ringknoten (2, A; 2, B), nämlich einem Quellenringknoten (2, A) und einem Zielringknoten (2, B) des optischen Ringnetzwerks (1) über das Stern-Teilnetzwerk (3), wobei den optischen Datenpaketen eine spezifische Wellenlänge zugewiesen wird, die das Routen der Datenpakete durch den zentralen Wellenlängenrouter (5) bestimmt, wobei die Mittel zum Routen von optischen Datenpakten zwischen zwei Ringknoten (2, A; 2, B) folgendes umfassen: – Mittel zum Legen von zu übertragenden Datenpaketen auf das optische Ringnetzwerk (1) an den Quellenringknoten (2, A), – Mittel zum Bestimmen eines Quellenteilmengenknotens (4) und eines Zielteilmengenknotens (4) der Teilmenge, die Teil einer Route für von dem Quellenringknoten (2, A) zu dem Zielringknoten (2, B) gesendete Datenpakete sind, – Mittel zum Herausziehen ankommender Quellenringknotendatenpakete aus dem optischen Ringnetzwerk (1) an den Quellenteilmengenknoten (4) – Mittel zum Übertragen der herausgezogenen Datenpakete über das Stern-Teilnetzwerk (3) zu dem Zielteilmengenknoten (4), – Mittel zum Senden der Datenpakete aus dem Zielteilmengenknoten (4) zu dem Zielringknoten (2, B) über das optische Ringnetzwerk (1), wenn der Zielringknoten (2, B) nicht gleich dem Zielteilmengenknoten (4) ist und – Mittel zum Herausnehmen der Datenpakete aus dem optischen Ringnetzwerk (1) an dem Zielringknoten (2, B).
Netzwerk nach Anspruch 1, wobei der zentrale Wellenlängenrouter (5) ein einziges Array-Wellenleitergitter ist.
Netzwerk nach Anspruch 1 oder 2, zusätzlich mit mehreren wellenlängenunabhängigen Verteilern (7) jeweils mit einem Eingangsport und mehreren Ausgangsports, wobei die Eingangsports der Verteiler (7) mit den Ausgangsports des zentralen Wellenlängenrouters (5) verbunden sind und die Ausgangsports der Verteiler (7) jeweils mit einem abstimmbaren Empfänger (25) eines der Knoten (4) der Teilmenge verbunden sind.
Netzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Knoten (4) der Teilmenge gleichmäßig unter den Ringknoten (2) verteilt sind.
Netzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Ausgangsport eines Kombinierers (6) und dem entsprechenden Eingangsport des zentralen Wellenlängenrouters (5) ein optischer Verstärker (8) angeordnet ist.
Netzwerk nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei zwischen einem Ausgangsport des zentralen Wellenlängenrouters (5) und dem Eingangsport des entsprechenden Verteilers (7) ein optischer Verstärker (8) angeordnet ist.
Netzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Knoten (4) der Teilmenge Umsetzungsmittel (21, 22) zur Umsetzung der Signale von optisch zu elektrisch zu optisch umfasst und wobei der abstimmbare Sender (26) und der abstimmbare Empfänger (25) eines Knotens (4) Signalumsetzung von elektrisch zu optisch bzw. optisch zu elektrisch durchführen.
Netzwerk nach Anspruch 7, wobei jeder Knoten (4) der Teilmenge Transitwarteschlangen (23) und Stationswarteschlangen (24) umfaßt, wobei die Stationswarteschlangen (24) Empfangswarteschlangen (241) und Sendewarteschlangen (242) umfassen, wobei eine Empfangswarteschlange (241) mit dem abstimmbaren Empfänger (25) und eine Sendewarteschlange (242) mit dem abstimmbaren Sender (26) verbunden ist.
Netzwerk nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner mit Protokollmitteln zum Routen von von einem gegebenen Quellenringknoten (2, A) zu einem gegebenen Zielringknoten (2, B) zu sendenden optischen Datenpaketen über den kürzesten Netzwerkpfad, einschließlich des Routens der Datenpakete über das einkanalige Ringnetzwerk (1) und über das Stern-Teilnetzwerk (3).
Netzwerk nach einem der vorherigen Ansprüche, zusätzlich umfassend: – Mittel zum Zuweisen einer Wellenlänge zu Datenpaketen, die über das Stern-Teilnetzwerk (3) von einem gegebenen Quellenteilmengenknoten (4) der Teilmenge zu einem gegebenen Zielteilmengenknoten (4) der Teilmenge gesendet werden, wobei die Wellenlänge die Route der Datenpakete durch das Stern-Teilnetzwerk (3) bestimmt, – Mittel zum Abstimmen des abstimmbaren Senders (26) des Quellenteilmengenknotens (4) auf die zugewiesene Wellenlänge und – Mittel zum Abstimmen des abstimmbaren Empfängers (25) des Zielteilmengenknotens (4) auf die zugewiesene Wellenlänge.
Netzwerk nach Anspruch 10, wobei die Mittel zum Zuweisen einer Wellenlänge folgendes umfassen: – Mittel zum Bestimmen der kürzesten Route für von einem gegebenen Quellenringknoten (2, A) zu einem Zielringknoten (2, B) zu sendende Datenpakete, – Mittel zum Bestimmen eines Quellenteilmengenknotens (4) und eines Zielteilmengenknotens (4) innerhalb der kürzesten Route, wodurch die Datenpakete in einer Abkürzung über das Stern-Teilnetzwerk (3) geroutet werden, – Mittel zum Bestimmen einer Wellenlänge zum Routen der Datenpakete von dem Quellenteilmengenknoten (4) zu dem Zielteilmengenknoten (4).
Netzwerk nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das einkanalige optische Ringnetzwerk (1) ein bidirektionales Doppelfaser-Ringnetzwerk oder ein bidirektionales Einfaser-Ringnetzwerk ist.
Netzwerk nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das hybride optische Netzwerk ein paketvermitteltes städtisches Netzwerk ist.
Netzwerk nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei parallel mit dem zentralen Wellenlängenrouter (5) ein passiver Sternkoppler (15) angeordnet ist, wobei jeder Knoten (4) der Teilmenge sowohl an den zentralen Wellenlängenrouter (5) als auch an den passiven Sternkoppler (15) angekoppelt wird, und wobei der zentrale Wellenlängenrouter (5) Datenpakete routet, die Wellenlängen eines ersten Wellenbands zugewiesen sind, und der passive Sternkoppler (15) Datenpakete routet, die Wellenlängen eines zweiten Wellenbands zugewiesen sind.
Verfahren zum Routen von Datenpaketen zwischen einem Quellenringknoten (2, A) und einem Zielringknoten (2, B) eines hybriden optischen Netzwerks, das ein peripheres optisches Ringnetzwerk (1) mit mehreren Ringknoten (2) und ein Stern-Netzwerk (3) mit einem zentralen Wellenlängenrouter (5) und einer Teilmenge der Ringknoten (2) umfaßt, wobei jeder Knoten (4) der Teilmenge Mittel (25, 26) zum Übermitteln von optischen Datenpaketen über das Stern-Teilnetzwerk (3) enthält, mit den folgenden Schritten: – Legen von zu übertragenden Datenpaketen auf das optische Ringnetzwerk (1) an den Quellenringknoten (2, A), – Bestimmen eines Quellenteilmengenknotens (4) und eines Zielteilmengenknotens (4) der Teilmenge, die Teil einer Route für von dem Quellenringknoten (2, A) zu dem Zielringknoten (2, B) gesendete Datenpakete sind, – Herausziehen ankommender Quellenringknotendatenpakete aus dem optischen Ringnetzwerk (1) an den Quellenteilmengenknoten (4), – Übertragen der herausgezogenen Datenpakete über das Stern-Teilnetzwerk (3) zu dem Zielteilmengenknoten (4), – Senden der Datenpakete von dem Zielteilmengenknoten (4) zu dem Zielringknoten (2, B) über das optische Ringnetzwerk (1), wenn der Zielringknoten (2, B) nicht gleich dem Zielteilmengenknoten (4) ist, und – Herausnehmen der Datenpakete aus dem optischen Ringnetzwerk (1) an dem Zielringknoten (2, B).
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Quellenteilmengenknoten (4) und der Zielteilmengenknoten (4) Knoten der kürzesten Route für Datenpakete von dem Quellenringknoten (2, A) zu dem Zielringknoten (2, B) über das hybride Netzwerk sind.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei das optische Ringnetzwerk (1) ein einkanaliges optisches Ringnetzwerk ist, wobei die aus dem einkanaligen optischen Ringnetzwerk (1) herausgezogenen optischen Datenpakete in dem Quellenteilmengenknoten (4) in eine optische Wellenlänge umgesetzt werden, die ein Routen der Datenpakete zu dem Zielteilmengenknoten (4) über das Stern-Teilnetzwerk (3) erlaubt.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die optischen Datensignale auf dem optischen Ringnetzwerk (1) beim Herausnehmen aus dem Ring in elektrische Datensignale umgesetzt werden und wobei die elektrischen Datensignale in optische Datensignale einer spezifischen Wellenlänge umgesetzt werden, die das Routen der Datensignale über das Stern-Teilnetzwerk (3) bestimmt.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die optischen Datensignale beim Herausnehmen aus dem optischen Ringnetzwerk (1) in einer Sendewarteschlange (242) abgelegt werden und von der Sendewarteschlange (242) zu einem abstimmbaren Sender (26) des Quellenteilmengenknotens (4) übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, zusätzlich mit dem Schritt des Regenerierens des Signals nach der Umsetzung in ein elektrisches Signal.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, zusätzlich mit dem Schritt, daß der Quellenteilmengenknoten (4) vor dem Übertragen der Datenpakete über das Stern-Teilnetzwerk (4) Steuerdaten mit Knotenreservierungsinformationen zu den anderen Knoten (4) überträgt.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Knotenreservierungsinformationen Daten über die Quellenadresse des Quellenteilmengenknotens (4), Daten über die Zieladresse des Zielteilmengenknotens (4) und Daten über die Länge des entsprechenden Datenpakets umfassen.