DE69122352T2 - Distanzmessungsverfahren und Sende-Empfangsstation zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Entfernung von einer Station eines passiven optischen Sternnetzes zum Zentralknoten des passiven optischen Sternnetzes, wenn die Station in Betrieb genommen wird, und eine Sende- und Empfangsstation, die zur Ausführung des Verfahrens geeignet ist.
• Die Erfindung geht von einem Kommunikationssystem aus, das eine Vielzahl von Sende- und Empfangsstationen umfaßt, die durch ein passives optisches Sternnetz miteinander verbunden sind. Die Sender dieser Stationen senden Informationen zum Zentralknoten dieses Sternnetzes, von wo aus die übertragenen Informationen an die Empfänger aller Stationen verteilt werden. Zur Vermeidung einer gegenseitigen Störung werden den Stationen individuelle Zeitschlitze zugewiesen. Die Art und Weise dieser Zuweisung ist nicht Teil dieser Erfindung, die ihrerseits unabhängig von der Art und Weise der Zuweisung ist. Wichtig ist, daß die Zuweisung im voraus, wenn auch nur kurz vorher, stattfindet.
• Das Netz muß bei einer so hohen Übertragungsgeschwindigkeit betrieben werden, daß die Verzögerung nicht unberücksichtigt bleiben kann. Die Verzögerung kann durch entsprechende Schutzzeitintervalle zwischen den Übertragungen der einzelnen Stationen berücksichtigt werden. Es ist wünschenswert, die Schutzzeitintervalle kürzer als die Verzögerungen zu halten. Dies kann durch das Zulassen der verschiedenen Verzögerungen erreicht werden. In einem optischen Sternnetz folgen die Übertragungen der einzelnen Stationen separaten Pfaden bis zum Zentralknoten, werden dort vereinigt und gehen danach als vollständiger Rahmen an alle beteiligten Stationen. Der Rahmen wird folglich am Zentraiknoten gebildet. Um eine korrekte Rahmenbildung zu ermöglichen, muß jede übertragende Station die Laufzeit zum Zentralknoten berücksichtigen und entsprechend früher senden. Dies macht die Kenntnis dieser Laufzeit erforderlich.
• Eine Messung der Längen der zum Zentralknoten verlegten Kabel wäre in der Praxis unbefriedigend, und das Meßergebnis könnte nicht automatisch von der an das Netzwerk angeschlossenen oder anzuschließenden Station übernommen werden.
• Vor dem Systemstart könnte an den einzelnen Stationen eine Echomessung durchgeführt werden, und ihr Ergebnis könnte direkt verwendet werden. Wird jedoch eine neue Station hinzugefügt oder eine Station nach einer Unterbrechung, z.B. für eine Reparatur, wieder in Betrieb genommen, so wäre dies nicht ohne Störung des Betriebs der anderen Stationen möglich.
• Die Trennung der messenden Station vom Zentralknoten ist aus praktischen Gründen nicht wünschenswert und macht es andererseits erforderlich, daß nur eine Station mit jedem Strahl des Sterns verbunden wird. Es muß jedoch weder die Verbindung von zwei oder mehreren Stationen mit einem Strahl, noch irgendeine Verzweigung einzelner Strahlen ausgeschlossen werden.
• In einem Artikel von C.E. Hoppitt und D.E.A. Clarke mit dem Titel "The provision of telephony over passive optical networks", Br Telecom Technol J, Band 7, Nr. 2, April 1989, Seiten 100 bis 114, wird der Vorgang zur Aufnahme einer Station in den Betrieb unter anderem für ein ähnliches Netzwerk beschrieben (Abschnitt 5.5, "BIS ranging"). Im Gegensatz zur Situation in der vorliegenden Erfindung umfaßt das dort gezeigte Netz jedoch eine Sendestation, die sich an der Stelle befindet, die im vorliegenden Fall dem Zentralknoten entspricht. Die dort beschriebene Lösung, d.h. die Steuerung der Aufnahme in den Betrieb von der Sendestation aus, kann auf die vorliegende Situation nicht angewandt werden.
• Es ist die Aufgabe der Erfindung, Entfernungsmessungen in einem optischen Kommunikationsnetz mit einem passiven Sternkoppler ohne Störung des Betriebs anderer Stationen durchzuführen.
• Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren, wie es in Anspruch 1 dargelegt wird, und durch eine Sende- und Empfangsstation, wie sie in Anspruch 9 dargelegt wird, erreicht.
• Der Grundgedanke besteht darin, während des Systemstarts der Station für die Entfernungsmessung eine andere Wellenlänge als diejenige zu verwenden, auf der die anderen Stationen Nachrichten austauschen. Dies erfordert außer der Ausrüstung zur Entfernungsmessung selbst die Möglichkeit, auf einer anderen Wellenlänge zu operieren.
• Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden in den Unteransprüchen definiert.
• Eine bevorzugte Lösung verwendet kombiniertes Wellenlängen- und Zeitmultiplexing, bei dem eine Wellenlänge (nicht unbedingt immer dieselbe) stets für Messungen freigehalten wird, falls dies möglich ist. Für die Messungen kann dasselbe Datenformat wie dasjenige, das während des Betriebs benutzt wird, verwendet werden. Dies hat den Vorteil, daß die Entfernungsmessung während des Betriebs wiederholt werden kann, um Alterungs- oder Temperatureffekte zu berücksichtigen, wann immer dies notwendig ist.
• Es wird nun eine Ausführungsform der Erfindung mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen erläutert, in denen:
• Fig. 1 schematisch die Struktur eines optischen Kommunikationsnetzes mit einem passiven Sternkoppler zeigt, und
• Fig. 2 eine Rahmenstruktur zeigt, die zur Nachrichtenübertragung und zum Messen von Entfernungen im Kommunikationsnetz von Fig. 1 gemäß der Erfindung verwendet werden kann.
• Das optische Kommunikationsnetz von Fig. 1 weist eine Anzahl von sendenden und empfangenden Stationen S1, ..., Si, ..., Sn auf. Diese sind durch Lichtwellenleiter mit einem Zentralknoten SP und folglich auch miteinander verbunden. Die Verwendung der vorliegenden Erfindung ist nicht ausgeschlossen, wenn sich mehr als eine Station an einem Ende einer Lichtwellenleiter-Verbindung fern vom Zentralknoten SP, d.h. am Ende eines Strahls, befindet. Im Beispiel von Fig. 1 wird dies auf die Stationen S1 und S2 angewandt. Die Verwendung der Erfindung ist nicht ausgeschlossen, auch nicht, falls einer (oder mehrere) der Strahlen zu zwei oder mehreren Stationen verzweigt, wie es bei den Stationen S4, S5 und Si der Fall ist.
• Vorzugsweise werden separate Lichtwellenleiter von den Stationen S1, ..., Si, ..., Sn zum Zentralknoten (Senderichtung) und vom Zentralknoten zu den Stationen (Empfangsrichtung) verwendet. In diesem Fall müssen am Zentralknoten Schritte unternommen werden, um sicherzustellen, daß das von einem Lichtwellenleiter empfangene Licht gleichmäßig oder zumindest annähernd gleichmäßig an alle vom Zentralknoten ausgehenden, Lichtwellenleiter verteilt wird.
• Grundsätzlich ist es auch möglich, eine Netzwerkkonfiguration mit nur einem Lichtwellenleiter pro Strahl zu verwenden, vorausgesetzt, daß die Sende- und Empfangsrichtungen in den Stationen getrennt werden können und daß am Knoten alles eintreffende Licht gleichmäßig in alle Lichtwellenleiter zurückreflektiert wird.
• Im Netzwerk werden verschiedene Betriebswellenlängen λ1, ..., λi, ..., λk verwendet. Jede der Stationen S1, ..., Si, ..., Sn kann mit jeder anderen Station auf einer dieser Betriebswellenlängen kommunizieren. Der Betrieb einzelner Stationen auf zwei oder mehreren Wellenlängen gleichzeitig ist nicht ausgeschlossen. In beiden Richtungen verwendet eine gegebene Verbindung, z.B. zwischen den Stationen S1 und S4, dieselbe Wellenlänge. Jede Station empfängt daher alle Informationen, die sie gesendet hat. Dies könnte jedoch auch mit verschiedenen Wellenlängen sichergestellt werden.
• In dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel werden die Wellenlängen λ1, λ2, λ3 und λk für Nachrichtenübertragungen zwischen verschiedenen Stationen verwendet.
• Angenommen, die Station Si von Fig. 1 soll ihre Entfernung zum Zentralknoten SP messen, ohne irgendwelche früheren Meßergebnisse auswerten zu können. Zu diesem Zweck wird eine Echoentfernungsmessung auf der Wellenlänge λi durchgeführt, die von keiner anderen Station zur Nachrichtenübertragung verwendet wird, d.h. es wird ein Signal gesendet und die Verzögerung bis zum Auftreten des Echos gemessen. Die Umwandlung von der Verzögerung zur Entfernung und zurück wäre leicht möglich, ist hier jedoch nicht notwendig.
• Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Inbetriebnahme einer Station ohne Störung des Betriebs anderer Stationen nur, falls eine Wellenlänge, auf der diese Station arbeiten kann, gegenwärtig frei von Nachrichtenübertragungen anderer Stationen ist. Die Station muß daher auf einer von mindestens zwei Wellenlängen arbeiten können. Eine dieser Wellenlängen muß jedoch, falls dies möglich ist, frei von Nachrichtenübertagungen gehalten werden.
• Im vorliegenden Beispiel wird vorausgesetzt, daß jede Station auf irgendeiner der obigen Betriebswellenlängen arbeiten kann. Irgendeine dieser Wellenlängen kann außerdem für die Entfernungsmessung verwendet werden. Nach Durchführung der Entfernungsmessung ist die Station für den korrekten Betrieb im Netz bereit. Es sollten jedoch Versuche unternommen werden, um sicherzustellen, daß mindestens eine Wellenlänge frei bleibt oder wieder frei wird, um die Inbetriebnahme weiterer Stationen zu ermöglichen. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, könnte der Wechsel zu einer Wellenlänge sein, die bereits von anderen Stationen verwendet wurde, um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, daß stets eine freie Wellenlänge vorhanden ist. Eine Möglichkeit, die sich anbietet, ist der Wechsel zu jener Wellenlänge oder zu einer jener Wellenlängen, auf denen die Station, mit der eine Kommunikation eingerichtet werden soll, bereits arbeitet.
• Es ist jedoch ebenso möglich, eine Wellenlänge zur Verfügung zu stellen, die ausschließlich für Entfernungsmessungen und andere Funktionen dieser Art (Servicekanal, Netzverwaltung), nicht für Nachrichtenübertragung, verwendet werden kann. In diesem Fall müssen alle Stationen auf diese Wellenlänge umschaltbar sein. Auch wenn eine freie Wellenlänge für Entfernungsmessungen verwendet wird, sollte vor der ersten Entfernungsmessung ein Kollisionsvermeidungsschema erstellt werden, um sicherzustellen, daß keine andere Station dieselbe Wellenlänge verwendet. Kollisionsvermeidungsschemas sind Fachleuten bekannt. In der Regel müssen die Voraussetzungen für die Erstellung eines Kollisionsvermeidungsschemas aus anderen Gründen an jeder Station vorhanden sein.
• Eine dieser Voraussetzungen ist, daß die Station in der Lage sein muß, das Echo ihrer eigenen Übertragung von einer Übertragung einer anderen Station zu unterscheiden. Zu diesem Zweck wird vorzugsweise ein periodisches digitales Signal, das eine Kennung der Station enthält, verwendet. Falls das empfangene Signal entstellt wird oder die Kennung einer anderen Station empfangen wird, ist dies ein Hinweis, daß eine zweite Station ebenfalls versucht, diese Wellenlänge zu besetzen. In diesem Fall wird der Versuch später oder auf einer anderen Wellenlänge, die frei zu sein scheint, wiederholt.
• Auch für die Entfernungsmessung wird vorzugsweise ein periodisches digitales Signal, d.h. ein Signal mit einer Rahmenstruktur, die eine Kennung der Station enthält, verwendet. Zu diesem Zweck eignen sich sowohl das Signal zur Erstellung des Kollisionsvermeidungsschemas als auch ein Signal mit der Rahmenstruktur, die während des Betriebs verwendet werden soll. Diese Signale können trotzdem identisch sein.
• Falls die während des Betriebs verwendete Rahmenstruktur auch zur Entfernungsmessung verwendet wird, wird vorzugsweise ein Zeitschlitz davon ausgewählt, der dieser Station auch während des Betriebs zugewiesen wird. Dies hat außerdem den Vorteil, daß Entfernungsmessungen sogar während des Betriebs durchgeführt werden können und folglich die zuvor gemessenen Werte überwachen, so daß Änderungen aufgrund von Alterungs- oder Temperaturveränderungen oder verschiedene Ausbreitungsbedingungen auf den verschiedenen Wellenlängen festgestellt und kompensiert werden können.
• Falls die für das Kollisionsvermeidungsschema und die für den normalen Betrieb verwendeten Rahmenstrukturen verschieden sind, ist es vorteilhaft, wenn beide für Entfernungsmessungen verwendet werden können.
• Fig. 2 zeigt eine Rahmenstruktur, die für den normalen Betrieb verwendet werden kann. Die obere Zeile zeigt ein Signal mit drei aufeinanderfolgenden Rahmen, T-1, T und T+1. Die Struktur eines Rahmens wird in der mittleren Zeile dargestellt. Der Rahmen hat einen Vorsatz H, einen Statusteil St und einen Informationsteil I. Während des Betriebs sendet eine Station den Vorsatz H, und im Statusteil St wird jeder Station ständig ein Zeitschlitz Q1, ..., Qi, ..., Qn zugewiesen. Der Informationsteil I wird fortwährend neu an die Stationen verteilt. Der Station Si, die eine Entfernungsmessung durchführen soll, wird der Zeitschlitz Qi zugewiesen, der in der unteren Zeile ausführlicher gezeigt wird. Worauf es in dieser Verbindung ankommt, ist, daß dieser Zeitschlitz mit einem Synchronisierungsteil Synch beginnt. Außerdem werden die Schutzzeitintervalle GT am Ende der Übertragung von jeder Station gezeigt.
• In dieser Ausführungsform ist die Kennung der Station Si die Entfernung zwischen dem Vorsatz H und dem zugeordneten Zeitschlitz Qi.
• Zur Entfernungsmessung wird die Zeit von der Übertragung des Synchronisierungteils Synch bis zu seinem Wiedererscheinen gemessen. Auf jeden Fall müssen Einrichtungen zur Bestimmung der genauen Zeit des Auftretens eines Synchronisierungsteils vorhanden sein.
• Eine Sende- und Empfangsstation, die zur Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung geeignet ist, benötigt einen optischen Sender und einen optischen Empfänger, die beide zwischen mindestens zwei Betriebswellenlängen, d.h. zwischen mindestens zwei Wellenlängenbereichen, umschaltbar sein müssen. Es ist ohne Belang, ob die Umschaltung durch Abstimmung von ein und derselben Funktionseinheit auf eine geeignete Weise oder durch Umschaltung zwischen zwei gleichen Funktionseinheiten, die unterschiedliche Betriebswellenlängen haben, erfolgt. Eine solche Station muß außerdem eine Vergleichseinrichtung umfassen, die eine Meldung der Übereinstimmung oder Nichtübereinstimmung zwischen vom Empfänger empfangenen Daten und zuvor vom Sender gesendeten Daten liefert. Digitale Vergleichseinrichtungen sind allgemein bekannt. Desweiteren muß eine Meßeinrichtung vorhanden sein, die die Verzögerung von der Sendung von Daten bis zum Empfang übereinstimmender Daten, d.h. bis zur Antwort der Vergleichseinrichtung, mißt. Es ist ausreichend, wenn die Vergleichseinrichtung und die Meßeinrichtung nur arbeiten, wenn ein bestimmtes Datenwort, beispielsweise ein Synchronisierungswort, verwendet wird.
• In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Sende- und Empfangsstation einen Rahmengenerator, und ihr Sender kann einen vom Rahmengenerator erzeugten Rahmen senden. Zu diesem Zweck muß mindestens ein Rahmenvorsatz, im Beispiel der Vorsatz H, periodisch gesendet werden. Vorteilhafterweise wird jedoch zusätzlich eine Stationskennung gesendet und von der Vergleichseinrichtung erkannt. Dies kann beispielsweise eine im Vorsatz enthaltene Ziffer sein, die die Station angibt, die gegenwärtig den Vorsatz sendet. Solche Einrichtungen sind Fachleuten vertraut.

Claims (11)

1. Verfahren zur Messung der Entfernung von einer Station (Si) eines passiven optischen Sternnetzes zum Zentralknoten (SP) des passiven optischen Sternnetzes wenn die Station in Betrieb genommen wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Signal von der Station auf einer Wellenlänge (λi) übertragen wird, die nicht zur Nachrichtenübertragung verwendet wird, und daß die Verzögerung bis zum Empfang eines Echosignals von der Station (Si) gemessen wird.

2. Verfahren, wie es in Anspruch 1 beansprucht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete Wellenlänge eine Wellenlänge ist, die nicht zur Nachrichtenübertragung bestimmt ist.

3. Verfahren, wie es in Anspruch 1 beansprucht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete Wellenlänge eine aus einer Vielzahl von Wellenlängen (λ1, ..., λk) ist, die zur Nachrichtenübertragung bestimmt sind.

4. Verfahren, wie es in Anspruch 3 beansprucht wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Durchführung der Entfernungsmessung Versuche zum Wechseln auf eine bereits von anderen Stationen verwendete Wellenlänge unternommen werden.

5. Verfahren, wie es in Anspruch 1 beansprucht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das zum Messen der Entfernung übertragene Signal eine Rahmenstruktur aufweist, die eine Kennung der Station enthält.

6. Verfahren, wie es in Anspruch 1 beansprucht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die während des Betriebes verwendete Rahmenstruktur für die Entfernungsmessung verwendet wird und daß zur Entfernungsmessung in dieser Rahmenstruktur ein Schlitz ausgewählt wird, der während des Betriebs ebenfalls der Station zugewiesen wird.

7. Verfahren, wie es in Anspruch 6 beansprucht wird, dadurch gekennzeichnet, daß Entfernungsmessungen während des Betriebes wiederholt werden.

8. Verfahren, wie es in Anspruch 1 beansprucht wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor der ersten Entfernungsmessung ein Kollisionsvermeidungsschema erstellt wird, um sicherzustellen, daß keine andere Station dieselbe Wellenlänge verwendet.

9. Sende- und Empfangsstation (Si) für ein passives optisches Sternnetz, die einen optischen Sender zur Übertragung von Nachrichten auf einer ersten Wellenlänge (λ1, λ2, λ3, ..., λk) und einen optischen Empfänger zum Empfang von Nachrichten auf der ersten Wellenlänge umfaßt und die zur Ausführung des in Anspruch 1 beanspruchten Verfahrens geeignet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß der Sender und der Empfänger auf den Bereich einer zweiten Wellenlänge (λi) umgeschaltet werden können, daß die Station eine Vergleichseinrichtung umfaßt, die eine Meldung der Übereinstimmung oder Nichtübereinstimmung von Daten, die vom Empfänger empfangen wurden, und Daten, die zuvor vom Sender gesendet wurden, liefert, und daß die Station eine Meßeinrichtung zur Messung der Verzögerung vom Senden von Daten bis zum Empfang von Daten, die mit den übertragenen Daten übereinstimmen, umfaßt.

10. Station, wie sie in Anspruch 9 beansprucht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender einen vom Rahmengenerator erzeugten Rahmen übertragen kann.

11. Station, wie sie in Anspruch 10 beansprucht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung das Auftreten einer im Rahmen enthaltenen Kennzeichnung der eigenen Station erkennt.