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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein transparentes Nachrichtennetz
mit ringförmigem Aufbau
für optische
Signalübertragung,
enthaltend eine Übertragungsdoppelleitung
und Knoten, die längs
der Leitung angeordnet sind, um Signale, die sich auf einen oder
mehrere Nachrichtenkanäle
beziehen, auf den Ring zu geben bzw. davon abzuzweigen.
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In
dem Netz, im Allgemeinen längs
optischer Fasern, laufen Signale miteinander, die verschiedenen
Kanälen
entsprechen, die jeweils eine andere Wellenlänge haben, entsprechend der
sog. Wellenlängen-Multiplextechnik
(WDM-Technik). Die Komponenten eines Signals einer Wellenlänge, die
einem Kanal entspricht, werden in einer optischen Form an den Knoten
aus dem Netz abgezweigt und ihm hinzuaddiert. Das Netz ermöglicht die Übertragung
optischer Signale ohne Zwischenumwandlung in die elektrische Form
und ist daher für
die spezielle Struktur der zu übertragenden
Elementarinformation durchlässig
(gewöhnlich
elektrische Signale in einer digitalen Form).
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In
optischen Signalübertragungsnetzen
ist die Menge an ausgetauschter Information sehr hoch. Aus diesem
Grunde kann ein Ausfall sehr schwerwiegende Konsequenzen haben,
weil eine sehr hohe Zahl Teilnehmer vom Informationsfluss abgeschnitten
sein kann.
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Typische
Ausfälle
sind Bruch einer optischen Faser, weil die Faser beispielsweise
von Arbeitern versehentlich zerschnitten werden können, die
von dem Vorhandensein der Fasern nichts wissen, oder Ausfall des
Betriebs des gesamten Knotens, beispielsweise wegen Feuer, fehlender
Stromversorgung oder Ausfalls eines Bauelements.
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Um
einer solchen Situation automatisch und innerhalb ausreichend kurzer
Zeitdauer zu begegnen, damit der Informationsfluss nicht unterbrochen wird,
sind selbstheilende Ringnetze geschaffen worden.
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In
diesen Netzen sind die verschiedenen Knoten miteinander durch zwei
Optikfaserleitungen verbunden, die in sich selbst geschlossen sind,
um einen Ring zu bilden: eine primäre Ringleitung (auch als externer
oder Arbeitsring bezeichnet) und eine sekundäre Ringleitung (auch als interner
oder Schutzring bezeichnet). Unter Normalbedingungen laufen Signale
in einer Richtung allein auf der Primärleitung und werden in Abhängigkeit
von der Wellenlänge
an den verschiedenen Knoten abgezweigt und/oder zuaddiert.
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Im
Falle eines Knotenausfalls oder eines Bruchs der Optikfaser einer
Primärleitung
zwischen einem stromaufwärtigen
und einem stromabwärtigen Knoten
wird Kontinuität
wieder hergestellt, indem der Signalfluss von der Primärleitung
auf die Sekundärleitung
in jenem Knoten umgeleitet wird, der stromaufwärts des Bruchs (in Bezug auf
die Signallaufrichtung in der Primärleitung) gelege ist, und im
stromabwärts
gelegenen Knoten von der Sekundärleitung
in die Primärleitung
geleitet. In der Sekundärleitung
laufen Signale in zur Primärleitung
entgegengesetzter Richtung.
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Um
diese Umleitungen vom einen Ring zum anderen automatisch auszuführen, sind
zwei sog. Richtungsschaltungen 2 × 2 zur Verwendung in den Knoten
vorgesehen, und diese Richtungsschalter sind optische Vier-Wege-Komponenten
mit zwei Eingängen
und zwei Ausgängen;
in normaler Konfiguration ist der erste Ausgang optisch mit dem
ersten Eingang verbunden und der zweite Ausgang ist optisch mit
dem zweiten Eingang verbunden, während
in einer umgeschalteten Konfiguration der erste Ausgang mit zweiten
Eingang und der zweite Ausgang mit dem ersten Eingang verbunden
sind.
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Ein
Knoten dieser Art ist beispielsweise in einem Artikel von S. Merli,
A. Maricona, R. de Sanctis mit dem Titel "Analisi e dimensionamento di un anello ottico
trasparente per sistemi D-WDM, con funzioni di reconfigurazione
automatica in caso di rottura dell'anello e di Drop-Insert locale dei canali" (Analyse und Dimensionierung
eines durchlässigen
optischen Ringes für
D-WDM-Systeme mit
Funktionen automatischer Umschaltung im Falle eines Ringbruchs und lokalen
Drop-Insert der Kanäle),
Atti del Convegno FOTONICA'95
(FOTONICA'95 Konferenzaufzeichnungen),
Sorrent, IT, Mai 1995, beschrieben. Er ermöglicht es, Signale in die sekundäre Ringleitung
im Falle eines Bruchs der primären
Ringleitung abzuleiten; außerdem
ermöglicht
er es der optischen Verwendereinheit des Knotens (typischerweise
ein Wellenlängen-selektiver
optischer Umschalter zum Addieren und Abzweigen der Signale eines
Kanals vorbestimmter Wellenlänge),
im Falle eines Ausfalls desselben überbrückt zu werden, während die Übertragung
zwischen den verbliebenen Netzknoten aufrechterhalten bleibt.
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Netze
dieser Art erfordern eine Zentraleinheit, die in der Lage ist, einen
aufgetretenen Ausfall zu erkennen und zu lokalisieren (beispielsweise durch
Signalisierung des Signalausfalls durch den Knoten, der oberhalb
der Ausfallstelle liegt und das Umschalten des optischen Signals
auf die Service-Leitung in sich selbst verwaltender Weise ausführen kann)
und durch Senden eines Umschaltbefehls zum Knoten stromaufwärts der
Ausfallstelle, so dass er Signale von der Serviceleitung empfangen kann.
Aus diesem Grunde ist es notwendig, dass die Zentraleinheit mit
jedem der Knoten kommuniziert, auch und vor allem im Falle eines
Ausfalls der Übertragungsleitung.
Daher müssen
Notleitungen zur Verbindung zwischen den Knoten und der Zentraleinheit eingerichtet
werden, die unabhängig
von der Ringleitung für
die Kommunikation zwischen den Knoten sein müssen. Diese Notleitungen (die
optische, elektrische oder Funkleitungen oder Leitungen anderen Typs
sein können)
und die Zentraleinheit komplizieren das Übertragungsnetz deutlich.
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Ein
solches Netz ist in einem Artikel mit dem Titel "Multiwavelength survivable ring network
architectures",
IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON COMMUNICATIONS, 23.–26. Mai
1993, Genf, CH, Seiten 1245–1251,
ELREFAIE, beschrieben. Das Netz enthält mehrere örtliche Ämter, die zielansteuernden
Verkehrsfluss abgeben, der in einer einzigen Zentralstation zusammenläuft. Jedem der örtlichen Ämter ist
eine eigene Wellenlänge
für die
Sendung zu und für
den Empfang von der Zentralstation zugeordnet.
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Ein
weiterer Artikel beschreibt eine Ringnetzarchitektur, die aus mehreren
miteinander verbundenen selbstheilenden Ringen besteht, die jeweils
ein Zentralamt enthalten. Dieser Artikel hat den Titel "SONET ring applications
for survivable fiber loop networks", IEEE COMMUNICA-TIONS MAGAZINE, Band 29, Nr. 6, Juni
1991, US, Seiten 51–58,
SOSNOSKY et al.. Dieser Artikel betrifft hauptsächlich die Schaltung von Schutz
gegen Ausfall der Zentralämter.
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Ein
Artikel von Hersey & Soilliere
mit dem Titel "Architecture
and Applications of SONET in a Self-Healing Network" (IEEE, ICC 1991)
beschreibt eine selbstheilende SONET-Ringarichtektur für einen Weg-umgeschalteten
Ring, der mit besonderem Schutz arbeitet. Der Wegumgeschaltete Ring
ist in der Lage, zwischen den doppelten abgehenden Nebenstellen
während
eines Ringausfalls auf der Grundlage der SONET-Wegpegelanzeigen
umzuschalten.
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Außerdem ist
in Netzarchitekturen der o. g. Art die für die Übertragung der Information über den aufgetretenen
Ausfall zur Zentraleinheit, die Verarbeitung der Information durch
diese Einheit und die Aussendung des Umschaltbefehls zu dem Knoten stromaufwärts der
Fehlstelle erforderliche Zeit zu der Interventionszeit der Richtungsschalter
hinzuzuzählen,
was die Gesamtzeit zur Wiedererrichtung der Netzfunktionalität nach einem
Bruch ergibt. Diese Gesamtwiedererrichtungszeit kann sehr viel größer als
die Interventionszeit eines Richtungsschalters sein und erreicht
gegenwärtig
Werte in der Größenordnung
einiger Millisekunden in Schaltern des akustooptischen oder magnetooptischen
Typs oder einige zehn Millisekunden in Schaltern des mechanischen Typs.
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Ein
optisches selbstheilendes Ringnetz ist auch in einem Artikel "A uni-directional
self-healing ring using WDM technique", von E. Almstrom et al., ECOC'94 Conference Proceedings,
Florenz, IT, 25.–29.
September 1994, Band 2, Seiten 873–875 beschrieben. Das optische
Netz sieht die Verwendung optischer Schalter, die mehr als einen
Eingang und mehr als einen Aus gang haben, in dem Knoten vor. Das
Netz ist so gestaltet, dass die Knoten den Ring an der Schutzfaser
schließen,
sobald sie einen Bruch längs
wenigstens einer der Fasern ermitteln.
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Die
obigen Aufgaben werden durch die im Anspruch 1 angegebene Vorrichtung
gelöst.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen
sind in abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Mehr
Details gehen aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf
die begleitenden Zeichnungen hervor. Es zeigt:
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1 ein Diagramm eines optischen Übertragungsnetzes
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 ein Blockschaltbild eines
optischen Knotens gemäß der vorliegenden
Erfindung zum Addieren/Abzweigen optischer Signale an einem optischen Übertragungsnetz;
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3 ein Diagramm eines Richtkopplers;
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4 ein Graph des Durchlassbandes
eines Richtkopplers;
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5 ein Blockschaltbild eines
optischen Knotens gemäß der vorliegenden
Erfindung zum Einleiten/Abzweigen von Signalen bei zwei verschiedenen
Wellenlängen
an einem optischen Übertragungsnetz;
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6 ein Blockschaltbild eines
umschaltbaren Knotens gemäß der vorliegenden
Erfindung zum Einleiten/Abzweigen von Signalen bei unterschiedlichen
Wellenlängen
an einem optischen Übertragungsnetz.
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In 1 ist schematisch ein optisches Übertragungsnetz
nach der vorliegenden Erfindung dargestellt, das dazu eingerichtet
ist, optische Signale mit einer Wellenlänge zu übertragen, die innerhalb eines
vorbestimmten Frequenzbandes liegt, das Übertragungsband genannt wird.
Entsprechende Knoten zum Einleiten und Abzweigen optischer Signale
sind in der Zeichnung mit 1, 2, 3 und 4 gekennzeichnet worden.
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Mit 5, 6, 7 und 8 sind
Abschnitte einer Hauptübertragungsleitung
bezeichnet, die dazu eingerichtet sind, optische Signale von den
Knoten 1, 2, 3, 4 zu den Knoten 2, 3, 4 bzw. 1 in
der durch den Pfeil 13 gezeigten Richtung, genannt Hauptrichtung,
zu übertragen,
und alle zusammen bilden einen geschlossenen Übertragungsring, genannt Hauptring.
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Mit 9, 10, 11, 12 sind
Abschnitte einer sekundären Übertragungsleitung
bezeichnet, die dazu eingerichtet sind, optische Signale von den
Knoten 2, 3, 4, 1 zu den Knoten 1, 2, 3 bzw. 4 in
der durch den Pfeil 14 genannten Richtung zu übertragen,
genannt Sekundärrichtung,
und alle zusammen bilden einen geschlossenen Übertragungsring, der Sekundärring genannt
wird.
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Die
optischen Singaleinleit/Abzweigknoten werden nachfolgend im Detail
beschrieben; die Übertragungsleitungsabschnitte
bestehen vorzugsweise aus Strängen
aus optischen Einzelmodusfasern. Die optischen Faserpaare (der Haupt-
und Sekundärringe),
die die gleichen optischen Knoten verbinden, können in ein und demselben Kabel
untergebracht sein.
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Während in
der folgenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung auf den Fall
Bezug genommen wird, der in der Zeichnung gezeigt ist und vier optische
Addier/Abzweigknoten enthält,
ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese spezielle Anzahl beschränkt und
soll auch auf andere Knotenanzahlen erstreckbar angesehen werden.
Insbesondere kann ein optisches Übertragungsnetz
nach der vorliegenden Erfindung eine Anzahl Knoten enthalten, die
mit der Anzahl Wellenlängen
korreliert ist, die für
die Signalübertragung
verwendet werden. Vorzugsweise verbindet eine Wellenlänge ein
einzelnes Paar optischer Knoten, wo Signaladdierungen/Abzweigungen bei
dieser Wellenlänge
ausgeführt
werden.
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In 2 ist schematisch ein optischer
Knoten für
die Addierung/Abzweigung optischer Signale in/aus einem Übertragungsnetz
dargestellt, der zur Verwendung beispielsweise in dem unter Bezugnahme
auf 1 beschriebenen Übertragungsnetz
geeignet ist.
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Der
Knoten verwendet zwei Optiksignal-Addier/Abzweigeinheiten zu/von
einem Abschnitt der Hauptübertragungsleitung
und zu/von einem Abschnitt der Sekundärübertragungsleitung. Die zwei Einheiten,
auch als OADM (Optical Add-Drop Multiplexer) bezeichnet, sind mit
den Bezugszeichen 21 bzw. 22 in 2 versehen.
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Der
OADM 21 empfängt
an seinem einen Eingang 23 die Optiksignale von einem Abschnitt
der Hauptübertragungsleitung,
die in der Hauptrichtung längs
des Hauptrings zirkulieren.
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Der
OADM 22 empfängt
an seinem einen Eingang 24 die optischen Signale von einem
Abschnitt der Sekundärübertragungsleitung,
die in der Sekundärrichtung
längs des
Sekundärrings
zirkulieren.
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Die
OADM 21 und 21 sind optische Vorrichtungen, die
dazu eingerichtet sind, die eintaufenden optischen Signale auf der
Grundlage der jeweiligen Wellenlängen
abzutrennen, um an die Aus gänge 25 bzw. 26,
die Abzweigausgänge
genannt werden, die Signale einer Wellenlänge zu senden, die innerhalb eines
vorbestimmten Bandes liegen (das im Übertragungsband enthalten ist),
das für
jeden der Knoten verschieden ist und Abzweigband genannt wird, und um
zu den Ausgängen 27 bzw. 28,
die Überbrückungsausgänge genannt
werden, die optischen Signale einer Wellenlänge zu senden, die innerhalb
eines vorbestimmten Bandes liegen (das im Übertragungsband enthalten ist),
das für
jeden der Knoten verschieden ist und mit dem Abzweigband nicht überlappt
und Überbrückungsband
genannt wird. Die OADM 21 und 22 sind ebenfalls
dazu eingerichtet, Optiksignale einer im Abzweigband liegende Wellenlänge zu senden
und an Eingängen 29 bzw. 30 anzubieten,
die Addiereingänge
genannt werden, um die Ausgänge 27, 28 zu überspringen.
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In
der folgenden Beschreibung wird auf den optischen Knoten 1 des Übertragungsnetzes
von 1 Bezug genommen,
wobei die Beschreibung für die übrigen optischen
Knoten die gleiche ist.
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Das Übertragungsnetz
kann die Übertragung zwischen
optischen Telemetrieknoten und Servicekanälen beabsichtigen. Zu diesem
Zweck ist es möglich,
Optiksignale einer Wellenlänge
in einem Band zu verwenden, das sich vom Übertragungsband unterscheidet.
Wenn beispielsweise das Übertragungsband
dem dritten optischen Telekommunikationsfenster um die Wellenlänge von
1150 nm entspricht, dann ist es für die Übertragung von Telemetriekanälen möglich, Optiksignale
einer Wellenlänge
zu verwenden, die im zweiten Telekommunikationsfenster um die Wellenlänge um 1300
nm liegt.
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Wenn
Telemetriekanäle
vorhanden sind, können
Optiksignale, die den optischen Knoten vom Abschnitt 8 der
Hauptübertragungsleitung
erreichen, einem optischen Koppler 31 zugeführt werden,
während
Optiksignale, die den Knoten vom Abschnitt 9 der Sekundärübertragungsleitung
erreichen, einem optischen Koppler 32 zugeführt werden.
Die optischen Koppler 31 und 32 sind Wellenlängen-selektive
Koppler, die dazu eingerichtet sind, Telemetriesignale einer vorbestimmten
Telemetriewellenlänge,
die außerhalb
des Telekommunikationsbandes liegt, zu entsprechenden Ausgängen 31a, 32a abzuleiten,
die beide mit einem Telemetrieempfänger 50 verbunden sind,
und Signale mit einer Wellenlänge
innerhalb des Telekommunikationsbandes zu anderen Ausgängen 31b, 32b zu
leiten, die mit Eingängen 23 und 24 der
OADMs 21 bzw. 22 verbunden sind.
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Wie
bereits gesagt, senden die OADM 21 und 22 die
Signale mit der im Abzweigband liegenden Wellenlängen zu den entsprechenden
Abzweigausgängen 25 und 26.
Diese Ausgänge
sind optisch mit Signalanwesenheitssignalisierungsvorrichtungen 32 und 34 verbunden,
die bei spielsweise Fotodioden enthalten und optisch mit den entsprechenden Abzweigausgängen 25, 26 über Optikkoppler
verbunden sind und von dort zu Eingängen 35 und 36 eines
optischen Schalters 37 vom Typ 2 × 1, der zwei Eingänge und
einen Ausgang aufweist, gelangen.
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Insbesondere
hat der optische Schalter 37 einen Ausgang 38,
der optisch mit einem der Eingänge 35 und 36 verbunden
wird, je nach einem Signal von einer Steuereinheit 51,
die an ihrem Eingang das Signal Anwesenheitssignal von Signalisierungsvorrichtungen 33 und 34 empfängt.
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Die
Steuereinheit 51 enthält
eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Mikroprozessor,
die dazu eingerichtet ist, Steuersignale für den Schalter 37 in
Abhängigkeit
von gegebenen Bedingungen zu erzeugen; diese Einheit kann von einer
in der Technik bekannten Art sein und wird daher nicht weiter beschrieben.
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Der
Ausgang 38 des optischen Schalters 37 ist mit
einem Leitungsanschluss 39 verbunden. Der Leitungsanschluss 39 enthält eine
Schnittstelle zwischen dem optischen Übertragungsnetz und den damit
verbundenen Benutzern. Insbesondere enthält er einen oder mehrere optische
Empfänger
für die Nachrichtensignale,
die aus dem Netz abgezweigt werden, und einen oder mehrere Sender,
die dazu eingerichtet sind, Optiksignale zu erzeugen, die in das
Netz zu addieren sind, mit Wellenlängen, die jenen der Signale
entsprechen, die aus dem Netz abgezweigt werden. Der Leitungsanschluss 39 kann bekannter
Art sein und wird nicht weiter beschrieben.
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Die
vom Leitungsanschluss 39 erzeugten optischen Signale werden,
möglicherweise über ein einstellbares
Dämpfungsglied 49 (das
dazu eingerichtet ist, die Leistung der abgegebenen Signale des Leitungsanschlusses
an die Leistung der durch die OADM-Einheit vorbeigeleiteten Signale,
die wieder in das Netz eingegeben werden, anzupassen), zu einem
optischen Koppler 40 geleitet, der dazu eingerichtet ist,
die optische Strahlung gleichmäßig in zwei Ausgänge aufzuteilen,
die mit den Addiereingängen 29 und 30 der
OADMs 21 bzw. 22 verbunden sind.
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Als
eine alternative Lösung
kann anstelle des einzelnen Leitungsanschlusses 39 und
des damit verbundenen optischen Kopplers 40 ein Paar identischer
optischer Sender dazu verwendet werden, die Signaltrennung in die
zwei Ausgänge 29, 30 auszuführen, wobei
einer der Sender für
die Erzeugung von Signalen verwendet wird, die in den Hauptring
gesandt werden sollen, und der andere für die Erzeugung der gleichen
Signale verwendet wird, die in den Sekundärring zu senden sind; in diesem
Falle wird die Verwendung von Sendern geringerer Ausgangsleistung
möglich,
und die Sender werden direkt mit den Addiereingängen 29 und 30 der
OADM 21 und 22 verbunden, und den optischen Koppler 40 kann man
weglassen.
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Im
Folgenden werden der Leitungsanschluss 39, das einstellbare
Dämpfungsglied 49,
falls vorhanden, und der optische Koppler 40, oder die
alternative Ausführungsform
mit zwei Sendern für
die gleichen Signale, zur Vereinfachung als Anschlussleitungseinheit 39' bezeichnet.
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Die Überbrückungsausgänge 27 und 29 der OADM 21 und 22 sind
mit den optischen Verstärkern 41 bzw. 42 verbunden,
die am Eingang der Wellenlänge-selektiven
Koppler 43 und 44 enden können. Letztere sind dazu bestimmt,
die Signale einer im Telekommunikationsband liegenden Wellenlänge, die von
den optischen Verstärkern
kommen, jeweils mit Telemetriesignalen bei der Telemetriewellenlänge, die
von einem Telemetriesender 52 kommen, zu kombinieren.
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Der
Wellenlängen-selektive
Koppler 43 ist mit dem Hauptübertragungsleitungsabschnitt 5 verbunden.
Der Wellenlängen-selektive
Koppler 44 ist mit dem Sekundärübertragungsleitungsabschnitt 12 verbunden.
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Das Übertragungsnetz,
das unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben wurde, ermöglicht eine Übertragung
zwischen Paaren optischer Knoten in der WDM-Technik; die Optiksignale
(die eine oder mehrere Wellenlängen
haben, die im Übertragungsband
liegen), die von einem der Knoten erzeugt werden, nachfolgend als
Startknoten bezeichnet, die den in 2 gezeigten
Aufbau haben, werden in das Netz am Knoten selbst auf den Hauptring in
der Hauptrichtung und auf den Sekundärring in der Sekundärrichtung
eingegeben. Mögliche
optische Zwischenknoten können
in einer Weise eingerichtet sein, dass im Wesentlichen eine Signaldurchleitung erreicht
wird, ohne dass Signale bei den gleichen Wellenlängen vom Ring abgezweigt oder
in ihn eingeleitet werden, und mittels einer geeigneten optischen
Verstärkung
kann ggf. die Dämpfung
kompensiert werden, die die Signale aufgrund des Einflusses passiver
Bauelemente erfahren.
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Wenn
Signale einen Bestimmungsknoten erreichen, der ebenfalls den in 2 gezeigten Aufbau hat,
dann werden sie durch die entsprechenden OADM-Einheiten, die in
dem Knoten vorhanden sind, aus dem Netz abgezweigt. Unter normalen
Betriebsbedingungen des Netzes sind Signale vom Startknoten an den
Abzweigausgängen
beider OADM-Einheiten im Knoten vorhanden, nachdem sie über die
betreffenden Ringe in entgegengesetzten Richtungen gelaufen sind;
in diesem Falle betreibt die in dem Knoten vorhandene Steuereinheit
den optischen Schalter in einer solchen Weise, dass der Ausgang des
OADM, der sich auf den Hauptring bezieht (Ausgang 25 in 2), mit dem Empfänger verbunden wird.
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Wenn
ein Ausfall, oder selbst mehrere gleichzeitige Ausfälle, längs des
Netzes in dem Strang zwischen dem Startknoten und dem Bestimmungsknoten
in der Hauptrichtung beispielsweise aufgrund eines Bruchs der optischen
Faser im Hauptring oder eines Ausfalls eines optischen Zwischenknotens
auftritt, dann erkennt die Steuereinheit 51 im Bestimmungsknoten
das Fehlen des optischen Signals, das von dem OADM ankommt, der
sich auf den Hauptring bezieht, und steuert den optischen Schalter
auf Empfang von der OADM-Einheit, die sich auf den Sekundärring bezieht,
wo die Signale vorhanden sind, die von der Startstation ausgesandt
wurden und über
das Netz in der entgegengesetzten Richtung gelaufen sind, d. h.
längs des
von dem Ausfall nicht betroffenen Abschnitts.
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Im
Falle eines Ausfalls kann daher der Betrieb des Netzes selbsttätig durch
den Knoten selbst wieder hergestellt werden, indem der Schaltzustand des
optischen Schalters verändert
wird, ohne dass es notwendig ist, Befehle von einer entfernten Zentraleinheit
zu empfangen, und ohne dass es notwendig ist, ein Verbindungsnetz
zwischen der Zentraleinheit und den Knoten einzurichten. Die für die Wiederherstellung
des Netzbetriebes notwendige Zeit entspricht im Wesentlichen der
Umschaltzeit eines jeden optischen Schalters, da die zum Erfassen
der Abwesenheit des Signals im Hauptring erforderliche Zeit im Allgemeinen
vernachlässigbar
im Vergleich zu der Umschaltzeit ist, und da keine Übertragung
zwischen entfernten Einheiten erforderlich ist.
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Die
Wellenlängen,
die sich auf Signale beziehen, die aus dem Bestimmungsknoten abgezweigt werden,
können
stromabwärts
des Knotens wieder verwendet werden, indem neue Signale bei den
gleichen Wellenlängen
im Netz am Knoten selbst eingeleitet werden. Diese Signale werden
ebenfalls gleichzeitig in den Hauptring in Hauptrichtung und in
den Sekundärring
in Sekundärrichtung
eingegeben. Die Zwischenknoten in der Hauptrichtung zwischen dem Bestimmungsknoten
und dem Startknoten müssen so
eingerichtet sein, dass Signale bei jenen Wellenlängen weder
aus dem Netz abgezweigt noch in das Netz eingeleitet werden. Somit
findet eine Übertragung
zwischen den Bestimmungsknoten und dem Startknoten statt, die vollständig symmetrisch
in der Weise, wie zuvor erläutert,
automatisch aktiv gehalten wird, selbst wenn längs des Netzes ein Ausfall auftritt;
insgesamt findet also eine bidirektionale Übertragung zwischen dem Startknoten
und dem Bestimmungsknoten statt, wobei eine einzige Wellenlänge des
Netzübertragungsbandes
für jeden
bidirektionalen Kanal reserviert ist.
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Außerdem ist
es möglich,
Wellenlängen
zu verwenden, die sich von jenen für die Übertragung zwischen dem Startknoten
und dem Bestimmungsknoten unterscheiden, um weitere bidirektionale Übertragungen
zwischen anderen Knotenpaaren auszuführen.
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Die
beschriebenen möglichen
Betriebskonfigurationen sind nur beispielhaft erläutert worden,
da es in dem Netz möglich
ist, eine Signalübertragung zwischen
verschiedenen Knoten auszuführen,
mit dem einzigen Vorbehalt, dass es nicht möglich ist, in einen Knoten
des Netzes Signale einer Wellenlänge einzuleiten,
die einem Signal entspricht, das im Netz an den (Haupt- und Sekundär-) Ausgängen jenes Knotens
bereits vorhanden ist, und es ist daher notwendig, dass die Signale
bei der fraglichen Wellenlänge
durch den Knoten selbst aus dem Netz abgezweigt werden.
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Der
optische Schalter 37 kann beispielsweise je nach der erforderlichen
Interventionszeit das Modell YS-111, hergestellt von FDK, sein,
das eine maximale Schaltzeit von 1 ms hat, oder das Modell S-12-L-9,
hergestellt von DiCon, das eine maximale Schaltzeit von 20 ms hat.
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Optische
Verstärker
41 und
42,
die zur Verstärkung
der Strahlung bei den Signalwellenlängen und zur Kompensation der
Dämpfung
geeignet sind, die die Signale längs
der Fasern des optischen Rings und in den optischen Knoten erfahren,
ohne Zwischenumwandlungen in elektrische Form, sind vorzugsweise
von der Art, die eine optische Faser mit fluoreszierender Dotierung
enthalten, beispielsweise des Typs, der in der Patentanmeldung
EP 677 902 im Namen der Anmelderin
beschrieben ist, veröffentlicht am
18. Oktober 1995.
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Zur
Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignet sind beispielsweise
optische Verstärker
Modell OLA/E-MW, hergestellt von der Anmelderin, die im Wellenlängenband
1534 bis 1560 nm arbeiten, mit einer Ausgangsleitung im Bereich
zwischen 12 dBm und 14 dBm bei Vorliegen einer Gesamtleistung der
einlaufenden Signale im Bereich zwischen –20 dBm und –9 dBm.
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Die
Anzahl und Merkmale der optischen Verstärker sowohl im Hauptring als
auch im Sekundärring
kann nach bekannten Techniken ausgewählt werden, beispielsweise
je nach den Längen
der verschiedenen optischen Leitungsabschnitte, die die beiden Ringe
bilden, je nach Dämpfung
der zur Herstellung derselben verwendeten Faser und der von den
Signalen an den Addier/Abzweigknoten durchlaufenen optischen Komponenten,
und in solcher Weise, dass das Auftreten von Schwingungen aufgrund
der Strahlung, die durch die geschlossenen optischen Wege eines
jeden Rings verläuft,
vermieden ist. Optische Fasern, die zur Sperrung von Strahlung bei
Wellenlängen
geeignet sind, die sich von den Signalwellenlängen unterscheiden, können an den
optischen Verstärkern
vorgesehen sein, um die umlaufenden, spontanen Emissionen zu dämpfen.
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Die
OADM-Einheiten können
beispielsweise unter Verwendung eines Paares Wellenlängenselektiver
Koppler für
jede von ihnen hergestellt sein. In 2 sind
die selektiven Koppler, die Teil des OADM 21 sind, mit 45 und 46 bezeichnet,
und jene die Teil des OADM 22 sind, tragen die Bezugszeichen 47 und 48.
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Mit
Wellenlängen-selektiven
Kopplern sind optische Komponenten gemeint, die dazu geeignet sind,
optische Signale unterschiedlicher Wellenlängen, die in zwei Eingangsfasern
vorhanden sind, zu einer einzigen Ausgangsfaser zu leiten und jeweils Signale,
die auf einer einzigen Faser einander überlagert sind, in zwei optische
Ausgangsfasern in Abhängigkeit
von den jeweiligen Wellenlängen
zu trennen. Diese selektiven Koppler müssen eine Durchlassbandbreite
haben, die dazu eingerichtet ist, die Trennung der Signale in den
zwei Richtungen ohne Übersprechen
zu ermöglichen.
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Die
selektiven Koppler, 45, 46, 47, 48 können vorzugsweise
von der Art sein, die schematisch im Detail in 3 gezeigt ist, mit vier optischen Zugangsfasern
(Eingangs- oder Ausgangsanschlüsse), die
mit 101, 102, 103 bzw. 104 bezeichnet
sind und ein selektiv reflektierendes Bauelement 105 im
mittleren Abschnitt derselben enthalten, das sich wie ein Durchlassbandelement
bei Sendung und als ein Bandsperrenelement bei Reflexion verhält und daher dazu
geeignet ist, die Signale mit Wellenlängen innerhalb eines vorbestimmten
Bandes durchzulassen und die Signale mit Wellenlängen außerhalb dieses Bandes zu reflektieren.
Ein Eingangssignal an der Faser 101 des selektiven Kopplers
mit der Wellenlänge λp im
Durchlassband des Bauelements 105 wird beispielsweise ohne
wesentliche Dämpfung
zur Faser 103 übertragen,
und in gleicher Weise werden Signal der Wellenlänge λp von
der Faser 104 zur Faser 102 übertragen, oder, symmetrisch
von der Faser 103 zur Faser 101 und von der Faser 102 zur
Faser 104. Ein Eingangssignal an der Faser 101 mit
einer Wellenlänge λr,
die außerhalb
dieses Bandes liegt, wird hingegen zur Faser 104 reflektiert,
und in gleicher Weise laufen Signale einer Wellenlänge λr von der
Faser 102 zur Faser 103, und, symmetrisch, von der
Faser 104 zur Faser 101 und von der Faser 103 zur
Faser 102.
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Es
wird nun auf 4 Bezug
genommen. Im Folgenden ist als Durchlassband des selektiv reflektierenden
Bauteils 105 oder, in weiterem Sinne, als Durchlassband
des selektiven Kopplers das Wellenlängenband nahe einer Sendewellenlänge minimaler Dämpfung gezeigt,
der bei Aussendung durch das selektiv reflektierende Bauteil 105 einer
Dämpfung entspricht,
die 0,5 dB zusätzlich
zur minimalen Dämpfung
nicht übersteigt.
Die Breite dieses Durchlassbandes ist in 4 als "–0,5
dB BW" bezeichnet.
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Nachfolgend
ist in gleicher Weise als das reflektierte Band des selektiv reflektierenden
Bauteils 105 oder in weiterem Sinne als das reflektierte
Band des selektiven Kopplers das Wellenlängenband nahe einer Wellenlänge minimaler
Dämpfung
gezeigt, der bei der Reflexion durch das selektiv reflektierende Bauteil 105 eine
Dämpfung
entspricht, die 0,5 dB zusätzlich
zur minimalen Dämpfung
nicht überschreitet.
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Eine
Konfiguration einer OADM-Einheit bezüglich eines Addier/Abzweigknotens
eines Signals einer Wellenlänge λ1 in
einem Übertragungsnetz,
das für
Signale bei den vier Wellenlängen λ1, λ2, λ3, λ4 vorgesehen
ist, wird nun beispielhaft erläutert.
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Die
selektiven Koppler sind derart gewählt, dass die Wellenlänge λ1 im
Durchlassband liegt und die Wellenlängen λ2, λ3, λ4 im
reflektierten Band liegen.
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Während die
selektiven Koppler mit vier Zugangsfasern beschrieben worden sind,
können
solche, die für
die obige Verwendung geeignet sind, nur drei Zugangsfasern haben,
während
die vierte (beispielsweise jene, die mit 104 bezeichnet ist) unbenutzt
bleibt.
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Unter
Bezugnahme auf 2 wird
der Betrieb einer OADM-Einheit, beispielsweise der hier gezeigten
Einheit 21, unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Diese Einheit besteht
aus zwei selektiven Kopplern 45 und 46, die so
angeschlossen sind, dass eine Zugangsfaser des ersten Kopplers optisch
mit einer Zugangsfaser des zweiten Kopplers optisch verbunden ist.
Der Aufbau und der Betrieb der entsprechenden OADM-Einheit 22 sind
vollkommen identisch.
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Von
den Signalen mit den Wellenlängen λ1, λ2, λ3, λ4,
die am Eingang 23 des selektiven Kopplers 45 anliegen,
wird das Signal der Wellenlänge λ1 zum Ausgang 25 des
selektiven Kopplers selbst übertragen,
welcher Ausgang mit dem Ausgang 25 des OADM 21 übereinstimmt.
Signale mit den übrigen Wellenlängen λ2, λ3, λ4 werden
in Richtung auf den Ausgang 53 des selektiven Kopplers 45 reflektiert, der
optisch mit Eingang 54 des selektiven Kopplers 46 verbunden
ist; dieselben Signale werden dann zum Ausgang 27 desselben
Kopplers reflektiert, der mit dem Ausgang 27 des OADM 21 übereinstimmt. Ein
Signal der Wellenlänge λ1,
das am Eingang 29 des selektiven Kopplers 46 (oder
des OADM 21) anliegt, wird zum Ausgang 27 reflektiert,
um den Signalen der anderen Wellenlängen überlagert zu werden, die vom Übertragungsnetz
kommen.
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Wenn
zwei am Netz gelegene Knoten OADM-Einheiten der beschriebenen Art
enthalten, die entsprechende selektive Koppler der gleichen Wellenlänge haben,
dann ermöglicht
das Netz gemäß der vorliegenden
Erfindung eine bidirektionale Übertragung
zwischen diesen Knoten mittels Signalen bei jener Wellenlänge, welche Übertragung
im Falle eines Ausfalls im Netz schnell wieder aktiviert wird. Die
anderen Wellenlängen
sind für
andere bidirektionale Verbindung zwischen verschiedenen Knoten im
Netz verfügbar,
die ebenfalls selbstheilend sind.
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Beispielsweise
ist ein geeigneter selektiver Koppler das Modell BWDM xTF1, das
von E-TEK DYNAMICS Inc., 1885 Lundy Ave., San Jose, CA (USA) vertrieben
wird, dessen Aufbau der unter Bezugnahme auf 3 gegebenen Beschreibung entspricht,
mit der einzigen Abweichung, dass nur drei Zugangsfasern 101, 102, 130 vorhanden
sind. Für den
selektiven Koppler des obigen Modells ist die Durchlassbandbreite,
wie zuvor definiert, etwa 4 nm.
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Während sich
die obige Beschreibung auf eine bevorzugte Ausführungsform bezieht, die Wellenlängenselektive
Koppler enthält,
die mit Reflexion arbeiten, können
innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung OADM-Einheiten
hergestellt werden, die planate akusto-optische Vorrichtungen, andere
Vorrichtungen in planarer Optik oder andere, diesen äquivalente
Vorrichtungen verwenden, bei denen beispielsweise optische Fasern
eingesetzt werden.
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Der
beschriebene Knotenaufbau kann auch so ausgeweitet werden, dass
er Addierung/Abzweigung von zwei (oder mehr) Signalen unterschiedlicher
Wellenlängen
in ein und demselben Knoten ermöglicht.
Um dieses auszuführen,
ist es gemäß dem, was
in 5 gezeigt ist, ausreichend,
die Optikknotenstruktur, so weit beschrieben, durch Hinzufügen einer
(oder mehrerer) Vorrichtungen 60' ähnlich dem im Kasten 60 von 2 umschlossenen Teil zu
modifizieren, wo die OADM-Einheiten in geeigneter Weise je nach
zu addierenden/abzuzweigenden Wellenlängen ausgewählt sind.
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Zahlen
mit Apostroph werden zur Bezeichnung der Komponenten der zusätzlichen
Vorrichtung 60' verwendet,
die den betreffenden Bauelementen entsprechen, die bei der Beschreibung
der 2 mit denselben
Bezugszeichen, jedoch ohne Apostroph bezeichnet wurden.
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Die
Ausgänge 53, 55 der
selektiven Koppler 45, 47 sind optisch mit Eingängen 23', 24' selektiver Koppler 45', 47' verbunden,
und Eingänge 54, 56 selektiver
Koppler 46, 48 sind optisch mit Ausgängen 27', 28' selektiver
Koppler 46', 48' verbunden.
In dieser Vorrichtung wird ein Signal der Wellenlänge λ2, das
am Ausgang 53 des selektiven Kopplers 45 anliegt,
vom selektiven Koppler 45' zum
Ausgang 25' übertragen
und dann in der gleichen Weise verarbeitet, wie im Falle der Vorrichtung
von 2 beschrieben wurde.
Ein Signal mit der Wellenlänge λ2,
das vom Leitungsanschluss 39' erzeugt
wurde und am Eingang 29' des
selektiven Koppler 46' anliegt,
wird seinerseits über
den Ausgang 27' desselben
zum Eingang 54 des selektiven Kopplers 46 übertragen. Signale
mit den übrigen
Wellenlängen λ3, λ4 folgen hingegen
einem optischen Weg, der über
den Ausgang 53 des selektiven Kopplers 45, den
Eingang 23' des
selektiven Kopplers 45',
den Ausgang 53' desselben,
der mit dem Eingang 54' des
selektiven Kopplers 46' verbunden
ist, und dann zum Ausgang 27' desselben
und zum Eingang 54 des selektiven Kopplers 46 verläuft, wo
eine Überlagerung
mit den Signalen der anderen Wellenlängen stattfindet. Der Signalweg
in den entsprechenden OADM-Einheiten 22, 22', die mit dem
Sekundärring
verbunden sind, ist mit der oben beschriebenen vollständig symmetrisch.
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Der
Fall des Addierens/Abzweigens von Signalen zweier unterschiedlicher
Wellenlängen
an einem einzelnen Knoten kann auf eine größere Anzahl Signalen unterschiedler
Wellenlängen
durch Hinzufügung
entsprechender Vorrichtungen 60'', 60''' usw. verallgemeinert
werden.
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Ein
weiterer, konfigurierbarer optischer Knoten zum Addieren/Abzweigen
von Signalen an einem optischen Netz gemäß der vorliegenden Erfindung wird
nun unter Bezugnahme auf 6 beschrieben, die
einen Teil eines optischen Knotens zeigt, der dem Block 60 in 2 entspricht; bezüglich der übrigen Teile
des optischen Knotens wird auf dasjenige Bezug genommen, was in
Verbindung mit jenem Fall bereits erläutert wurde.
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Die
dargestellte, allgemein mit 160 bezeichnete Vorrichtung
enthält
zwei umkonfigurierbare OADM-Einheiten 121 und 122.
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Jede
dieser Einheiten enthält
eine Demultiplexiereinheit, die mit 145 bzw. 147 bezeichnet
und dazu eingerichtet ist, die zwei Eingangssignale bei den betreffenden
Wellenlängen
in eine Anzahl Ausgänge
zu teilen, die gleich der Anzahl der für die Sendung auf dem Netz
verwendeten Wellenlängen
ist.
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Die
OADM-Einheiten 121 und 122 enthalten weiterhin
jeweils eine Multiplexiereinheit 146, 148, die
dazu bestimmt ist, die Signale der verschiedenen Wellenlängen, die
eine Anzahl entsprechender Einheiten zugeführt sind, die gleich der Anzahl
der für die Übertragung
auf dem Netz verwendeten Wellenlängen
ist, zu einer einzigen Ausgabe zu kombinieren.
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Die
Ausgänge
der Demulitplexiereinheiten 145, 147 entsprechend
der Wellenlängen,
die aus dem optischen Knoten nicht abgezweigt werden sollen, sind
optisch mit den entsprechenden Eingängen von Multiplexiereinheiten 146, 148 beispielsweise mittels
optischer Fasern 150 verbunden.
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Die übrigen Ausgänge der
Demultiplexiereinheiten 145, 147 entsprechend
den aus dem Netz im optischen Knoten abzuzweigenden Signale sind stattdessen
mit jeweiligen optischen Schaltern 37a, 37b, 37c verbunden,
die jeweils mit einem Leitungsanschluss 39a, 39b, 39c verbunden
sind, der seinerseits dazu bestimmt ist, optische Signale mit den Wellenlängen der
abge zweigten Signale auszugeben, die durch Koppler 40a, 40b, 40c den
jeweiligen Eingängen
von Multiplexiereinheiten 146, 147 zugeführt werden.
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Ein
optischer Knoten dieses Typs ist ohne Unterbrechung des Betriebs
desselben umkonfigurierbar, indem die Verbindung eines oder mehrerer Paare
der Ausgänge
der Multiplexiereinheiten 146, 147 mit den entsprechenden
Eingängen
der Multiplexiereinheiten 146, 148 verändert wird.
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Auf
diese Weise ist es möglich,
den optischen Knoten in eine Addier/Abzweigeinheit für eine spezifische
Wellenlänge
umzuwandeln, indem ein Schalter 37, ein Leitungsanschluss 39 und
ein Koppler 40 zwischen die entsprechenden Ausgänge der Demultiplexiereinheiten 145, 147 und
die entsprechenden Eingänge
der Multiplexiereinheiten 146, 148 eingefügt werden.
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In
gleicher Weise kann der optische Knoten in eine Überbrückungseinheit für eine gegebene
Wellenlänge
umgewandelt werden, indem die entsprechenden Ausgänge von
Demultiplexiereinheiten 145, 147 und die entsprechenden
Eingänge
von Multiplexiereinheiten 145 optisch miteinander verbunden werden.
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Die
Umkonfiguration eines Netzes mit optischen Knoten dieses Typs kann
ohne Unterbrechung des Betriebs der Knoten selbst ausgeführt werden.
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Außerdem ist
es möglich,
die unter Bezugnahme auf die 2, 5 und 6 beschriebenen optischen Knoten zur
Ausführung
einer Addierung/Abzweigung eines oder mehrerer Signale zu und von
einem zweiten Übertragungsringnetz
entsprechend der vorliegenden Erfindung auszuführen, unabhängig von einem ersten Netz
des insoweit beschriebenen Typs. Das zweite Netz kann in diesem
Falle optische Knoten vergleichbar jenen des ersten Übertragungsnetzes
haben.
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In
jedem der zwei Netze sind eine oder mehrere Wellenlängen für Signale
reserviert, die zwischen den zwei Netzen ausgetauscht werden; eines oder
mehrere optische Signale, die von einem Knoten am ersten Netz abgezweigt
werden, werden in das zweite Netz an einem Knoten desselben addiert, und über dieselben
optischen Knoten werden Signale derselben Wellenlängen vom
zweiten optischen Netz abgezweigt und in das erste optische Netz
addiert.
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Der
Signalaustausch zwischen den zwei optischen Knoten der zwei Netze
kann mittels optischer Verbindungen zwischen den entsprechenden OADM-Einheiten
stattfinden; der Eingang und der Ausgang des OADM, der am Hauptring
des ersten Netzes liegt, sind mit dem Eingang bzw. dem Ausgang des
OADM verbunden, der am Hauptring des zweiten Netzes liegt, während der
Ausgang und der Eingang des OADM, der am Sekundärring des ersten Netzes liegt,
sind mit dem Eingang bzw. dem Ausgang des OADM verbunden, der am
Sekundärring des
zweiten Netzes liegt.
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Auf
diese Weise wird bei den Wellenlängen der
zwischen den zwei Netzen ausgetauschten Signale ein optisches, ringförmiges Obernetz
gebildet, das beide verbundenen Netze enthält, und es kann eine bidirektionale Übertragung
durch Signale geeigneter Wellenlängen
eingerichtet werden, die durch beide Netze laufen, zwischen jedem
Knoten des ersten Netzes und jedem Knoten des zweiten Netzes. Bei
den übrigen
Wellenlängen,
die zwischen den zwei Netzen nicht gemeinsam sind, arbeiten die
zwei Netze wie beschrieben, unabhängig voneinander.
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Auch
das durch die Verbindung geschaffene Obernetz ist selbstheilend
im Falle eines Ausfalls in irgendeinem der zwei verbundenen Netze,
und auch in diesem Falle findet eine Wiedererrichtung nach dem Ausfall
statt, ohne dass eine Steuerung durch eine Zentraleinheit notwendig
ist.