оптическое устройство коммутации для проключения оптических ячеек информации

Формула изобретения

1. Оптическое устройство коммутации для проключения оптических ячеек информации, содержащее по меньшей мере один оптический пространственный многократный соединитель, входы которого являются входами оптического устройства коммутации, а также оптическую арфу времен прохождения, выполненную в виде множества световодов с градуированными временами прохождения, равными целочисленному n-кратному, где n 0, длительности оптических ячеек информации, отличающееся тем, что введен общий оптический мультиплексор, причем выходы оптического пространственного многократного координатного соединителя через оптическую арфу времен прохождения соединены с входами общего оптического мультиплексора, выход которого является выходом оптического устройства коммутации.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что перед входами оптического пространственного многократного координатного соединителя включены введенные последовательно соединенные дополнительный пространственный многократный координатный соединитель и дополнительная оптическая арфа времен прохождения, причем входы дополнительного оптического пространственного многократного координатного соединителя являются входами оптического устройства коммутации.

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что выходы оптического пространственного многократного координатного соединителя выполнены в виде групп выходов, а арфа времен прохождения выполнена в виде группы оптических арф времен прохождения, причем входы соответствующих оптических арф времен прохождения из группы соединены с соответствующей группой выходов оптического многократного координатного соединителя, выходы группы арф времен прохождения объединены в группу выходов.

4. Устройство по любому из пп. 1 - 3, отличающееся тем, что вторая ступень коммутации выполнена рекурсивной так, что ее соответствующие выходы соединены с соответствующими входами.

5. Устройство по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью проключения оптических ячеек информации, которые поступают к входам пространственного многократного координатного соединителя, в пространственном многократном координатном соединителе к следующей арфе времен прохождения таким образом, что последовательно поступающие ячейки информации вплоть до первого одновременного поступления множества ячеек информации проходят световод с временем прохождения, равным 0-кратному длительности ячейки информации, а при первом одновременном поступлении m ячеек информации эти ячейки информации проходят другой из m световодов арфы времен прохождения с временем прохождения, равным 0-кратному до (m-1)-кратному длительности ячейки информации, затем соответственно отдельно поступающие ячейки информации проходят последовательно световод с максимальным до сих пор использованным временем прохождения, в то время как каждый раз n одновременно поступающих ячеек информации проходят другой из n световодов арфы времен прохождения с временами прохождения, равными максимальному до сих пор использованному времени прохождения и n-1 следующими по величине в градации времен прохождения временами прохождения, а при каждом непоступлении какой-либо ячейки информации вместо световода с максимальным до сих пор использованным временем прохождения в качестве теперь актуального световода с максимальным до сих пор использованным временем прохождения определяют световод с временем прохождения, укороченным на длительность одной ячейки информации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение касается оптического устройства коммутации для проключения оптических ячеек информации.

В новейших разработках техники связи - здесь при разработке широкополосных сетей с интегрированными службами связи (B-ISDN) - основывающийся на асинхронной технике с временным уплотнением асинхронный способ передачи (Asynchrone Trаnsfer Modus - ATM) играет существенную роль, согласно этому способу передача сигнала происходит в потоке битов, который разделен на - состоящие из головной части и части полезной информации - ячейки постоянной длины, например, из 53 октад, которые, при необходимости, могут быть заняты пакетированными сообщениями; если в какой-то момент нет никакой полезной информации для передачи, то передаются специальные пустые ячейки. В ATM-коммутационных узлах устанавливаются виртуальные соединения, то есть соединения, которые только тогда действительно используют участок пути, если по нему действительно должен передаваться пакет сообщений (блок), причем каждый пакет содержит в своей головной части, например охватывающий две октады адрес для однозначного придания соответствия пакета определенному виртуальному соединению. При этом каждый пакет может содержать на входе в устройство коммутации комплектную информацию с учетом информации набора для своего пути через устройство коммутации, с помощью этой информации элементы коммутации тогда сами проключают пакет на установленный путь (схема самонаведения) (см. например telcom report 11(1988)6, 210-213).

Устройство коммутации для АТМ-ячеек информации могут быть также реализованы - если отказаться от передачи головной части или производить ее в электронных устройствах - с оптически прозрачными устройствами для функций ожидания в очереди и наведения (Queueing - und Routing).

Так, например, (из EP-A2-0 313389) известна система пакетной связи с расположенными в ступенях коммутации оптическими 2 х 2-коммутационными переключателями, в которой каждый коммутационный переключатель содержит на своих двух входах буферные накопительные устройства, которые ведут к входу оптического переключателя, оба выхода которого образуют оба выхода коммутационного переключателя, причем перед оптическим переключателем в световодном канале включен оптический демультиплексор, с помощью которого из головной части наведения выделяют только свет индивидуально заданной для ступеней коммутации длины волны; этим демультиплексором через оптоэлектрический преобразователь управляют расположенным в световодном канале далее оптическим переключателем, причем в зависимости от того, содержится ли в головной части наведения свет заданной для соответствующей ступени коммутации длины волны или нет, оптический переключатель приходит в свое одно или другое положение переключения.

Для избежания потерь ячеек при этом известно, предусматривать накопители ячеек, которые состоят из охваченной обратной связью линии поля коммутации с задержкой, по меньшей мере, на длительность одной ячейки.

Таким образом в этой известной световодной системы телекоммуникации, как функции наведения (Routing), так и связанные с этим функции ожидания в очереди (Queueing) для избежания потерь ячеек производятся оптически, последние разумеется с ограничением на ввод пакетов информации двух входных линий на общую ведущую дальше линию.

Такой же принцип ожидания в очереди может также находить применение в коммутационной матрице, в которой выходы коммутационной матрицы через световодные линии задержки с градуированными временами прохождения, равными длительности ячеек информации или соответственно кратному от нее, соединены с входами коммутационной матрицы.

Так, например, известно одно- или многоступенчатое АТМ-устройство коммутации, в котором каждый раз два последующих оптических пространственных многократных соединителя соединены друг с другом, как через световоды с пренебрежимо малым временем прохождения, так и через оптические промежуточные накопители так, что ячейки информации могут проключаться через оптическое устройство коммутации при необходимости без задержки или с различными задержками. Оптическое промежуточное накопление происходит при этом в оптической арфе времен прохождения, образованной множеством световодов с градуированными временами прохождения, равными целочисленному n-кратному длительности ячейки информации, чтобы избежать потери ячеек при занятых выходах устройства коммутации (EP-92108243.4); дополнительно или также альтернативно к этому в оптическом устройстве коммутации, в котором часть выходов оптического пространственного многократного координатного соединителя через оптическую арфу времен прохождения, образованную множеством световодов с градуированными временами прохождения, соединена с соответствующим количеством входов пространственного многократного координатного соединителя так, что ячейки информации могут проключаться через оптическое устройство коммутации при необходимости практически без задержки или с различными задержками, арфы времен прохождения для уменьшения более или менее больших случайных искажений несинхронизированно появляющихся ячеек информации имеют световоды с градуированными временами прохождения, которые меньше, чем длительность одной ячейки информации (DE-A1-4 216077).

Элементарным рабочим блоком для коммутационных устройств с функциями наведения и ожидания в очереди является концентратор, который статистически - синхронно или асинхронно - позволяет поступающим на множество входных линий ячейкам информации попадать друг за другом на выходную линию.

Задачей изобретения соответственно является указание пути выгодной реализации такой концентраторной функции оптическими средствами.

Изобретение относится к оптическому устройству коммутации для проключения оптических ячеек информации с по меньшей мере, одним соединенным со стороны входа с входами оптического устройства коммутации оптическим пространственным многократным координатным соединителем и, по меньшей мере, одной образованной множеством световодов с градуированными временами прохождения, равными целочисленному n-кратному (с n 0) длительности ячеек информации оптической арфой времен прохождения. Такое оптическое устройство коммутации отличается согласно изобретения тем, что выходы оптической арфы времен прохождения, связанной со стороны входа с выходами пространственного многократного координатного соединителя через общий оптический мультиплексор, сведены к выходу оптического устройства коммутации; при этом в последующем развитии изобретения с учетом поступления ячеек информации на входах пространственного многократного координатного соединителя оптические ячейки информации могут проключаться в пространственном многократном координатном соединителе к последующей арфе времен прохождения таким образом, что последовательно поступающие ячейки информации вплоть до первого одновременного появления множества ячеек информации проходят световод с временем прохождения, равным 0-кратному длительности ячейки информации, при первом одновременном появлении m ячеек информации эти ячейки информации проходят другой из m световодов арфы времен прохождения с временами прохождения, равными 0-кратному до (m-1)-кратному длительности ячейки информации, после чего отдельно поступающие ячейки информации проходят последовательно световод с самым большим из использованных до сих пор временем прохождения, в то время как n одновременно поступающих ячеек информации проходят другой из n световодов арфы времен прохождения с временами прохождения, равными самому большому из использованных до сих пор времен прохождения и n - 1 следующими по величине в градации времен прохождения временами прохождения, и при каждом непоступлении какой-либо ячейки информации вместо световода с максимальным до сих пор использованным временем прохождения в качестве актуального теперь световода с максимальным до сих пор использованным временем прохождения определяют световод с укороченным на длительность одной ячейки информации временем прохождения.

Преимущество изобретения заключается в том, что оптическое устройство коммутации, например используемое также при скорости передачи битов выше 1 гигабит/сек может быть относительно просто реализовываться и эксплуатироваться с обозримыми алгоритмами управления.

Здесь следует заметить, что (см. Abstracts of Japan, реферат к заявке на патент Японии JA-A-1256846) для реализации концентраторной функции известно предусматривать в оптическом устройстве коммутации для проключения оптических ячеек информации соединенный со стороны входа с входами оптического устройства коммутации пространственный многократный координатный соединитель, а также группу из восьми световодов с одинаковым временем прохождения и каскад из семи мультиплексоров, начиная с первого мультиплексора, оба входа которого через один из названных световодов соединены с двумя первыми выходами пространственного многократного координатного соединителя, причем выход соответствующего мультиплексора соединен с входом следующего в ряду мультиплексора, второй вход которого через один из названных световодов соединен со следующим выходом пространственного многократного координатного соединителя, причем, наконец, выход последнего мультиплексора каскада мультиплексоров ведет непосредственно к выходу концентраторного устройства.

Это известное устройство со своей частью схемы, снабженной каскадом из входящих друг в друга с коническим сужением (taper) световодов, требует соответствующего количества мультиплексоров, в то время как используемая изобретением оптическая арфа времен прохождения со световодами с различными временами прохождения требует только один мультиплексор и по сравнению с известным устройством может быть реализована заметно проще.

Изобретение далее может быть выполнено таким образом, что выходы пространственного многократного координатного соединителя первой ступени коммутации соединены соответственно с входом оптической арфы времен прохождения, выходы которой сведены к входу пространственного многократного координатного соединителя второй пространственной ступени коммутации, а выходы пространственного многократного координатного соединителя последней пространственной ступени коммутации соединены с другим входом оптической арфы времен прохождения, выходы которой сведены к выходу оптического устройства коммутации.

В другом выполнении изобретения выходы пространственного многократного координатного соединителя, в частности, первой пространственной ступени коммутации могут образовывать множество групп выходов, отдельные выходы которых соединены с отдельными входами соответственно одной и той же арфы времен прохождения группы оптических арф времен прохождения, причем выходы каждой такой арфы времен прохождения сведены к одному общему выходу, в частности, к выходу, ведущему к входу пространственного многократного координатного соединителя последней пространственной ступени коммутации.

Другие особенности изобретения видны из последующего описания и чертежей, на которых схематически показано:

на фиг. 1 - одноступенчатое оптическое концентраторное устройство с одной арфой времен прохождения и

на фиг. 2 - подобное концентраторное устройство с несколькими арфами времен прохождения;

на фиг. 3 - проключение ячеек информации к отдельным световодам арфы времен прохождения. Далее показаны на

фиг. 4 - предпочтительный пример выполнения двухступенчатого концентраторного устройства;

на фиг. 5 - следующий пример выполнения двухступенчатого оптического концентраторного устройства и

на фиг. 6 - целесообразный пример выполнения образованного множеством оптических концентраторов более рупного устройства коммутации.

На фиг. 1 представлен в необходимом для понимания изобретения объеме пример выполнения реализующего концентраторную функцию одноступенчатого оптического устройства коммутации для проключения оптических ячеек информации. Это оптическое устройство коммутации содержит оптический пространственный многократный координатный соединитель K, входы которого являются входами e1, . . . , ee устройства коммутации; с выходами k0, ..., kz пространственного многократного координатного соединителя K соединены входы образованной множеством световодов с градуированными временами прохождения, равными целочисленному n-кратному (с n 0) длительности ячеек информации, оптической арфы времен прохождения L, выходы которой сведены к выходной линии оптического устройства коммутации.

Как видно из фиг. 2 выходы пространственного многократного координатного соединителя K могут быть подразделены также на группы выходов ka0, ..., kaz; kg0, ..., kgz, отдельные выходы которых (например, ka0, ..., kaz) связаны с отдельными входами соответственно одной и той же оптической арфы времен прохождения (например, La) группы оптических арф времен прохождения La, ..., Lg; выходы каждой такой арфы времен прохождения сведены к другому выходу концентратора aa, ..., ag.

Как далее видно из фиг. 2 входы e1, ..., ee оптического пространственного многократного координатного соединителя K (при необходимости через линии задержки) могут быть подключены к электрооптическим преобразователям e/o, которые со своей стороны следуют за соединенным с управлением многократного координатного соединителя s электрическим транслятором головной части HT. В таком трансляторе головной части головные части заменяют обычным для АТМ-техники способом и после этого формируют подлежащие электрооптическому преобразованию ячейки информации через соответствующие интервалы между ячейками; при этом также отводятся соответствующие управляющие сигналы для управления пространственным многократным координатным соединителем (K на фиг. 1 и 2). Оптические пространственные многократные координатные соединители (K на фиг. 1 и 2) могут быть выполнены, например в виде схем Бенеша-Беньена (Benes-Banyan) с электрически управляемыми, оптическими переключателями по одной из технологий интегральной оптики; оптические арфы времен прохождения (L на фиг. 1; La,...,Lg на фиг. 2) могут быть образованы множеством параллельно включенных со стороны выхода световодов с соответствующим временем прохождения или также одним снабженным множеством отводов длинным световодом.

К e входам e1, ..., ee схематически показанного на фиг. 1 концентраторного устройства могут поступать статически распределенные ячейки информации, причем поступающие последовательно на один и тот же вход ячейки информации могут иметь определенный минимальный временной интервал, достаточный для переключения в оптическом устройстве коммутации и, при необходимости, также для компенсации случайных искажений. С помощью оптической арфы времен прохождения L может быть осуществлено то, что одновременно поступающие ячейки информации - в самом неблагоприятном случае могут одновременно поступать e ячеек информации, а именно одна ячейка информации на каждом из входов e1, . . . , ee - с минимальным необходимым интервалом может последовательно появляться на выходе a арфы времен прохождения L, для этого пространственный многократный координатный соединитель К управляется электрическим управляющим устройством (s на фиг. 2), по мере поступления ячеек информации на входах e1, . . . , ee пространственного многократного координатного соединителя K соответствующие ячейки информации проключаются к соответствующим входам k0, ..., kz арфы времен прохождения L. Каким образом особенно выгодно может происходить проключение статистически поступающих на входах пространственного многократного координатного соединителя ячеек информации к отдельным световодам последующей арфы времен прохождения поясняет фиг. 3.

На фиг. 3 показаны одновременно или соответственно последовательно поступающие ячейки информации Z, которые при этом могут поступать на любых входах (e1, ..., ee на фиг. 1) оптического пространственного многократного координатного соединителя (K на фиг. 1); моменты времени, в которые на никаком из входов (е1, ..., ee на фиг. 1) оптического пространственного многократного координатного соединителя (K на фиг. 1) не поступает ячейка информации, обозначены на фиг. 3 буквой N. Ячейка информации Z представлены на фиг. 3 в зависимости от времени так, как они поступают по мере их появления на входах (e1, ..., ee на фиг. 1) оптического пространственного многократного координатного соединителя (K на фиг. 1) на его выходах (k0, ..., kz на фиг. 1); в последующей арфе времен прохождения (L на фиг. 1) они претерпевают времена прохождения ячеек, обозначенные затем на фиг. 3 справа как 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, ..., z. При этом последовательно поступающие ячейки информации до первого одновременного появления множества ячеек информации проходят световод с временем прохождения 0, равным 0-кратному длительности ячейки информации.

При первом одновременном появлении m (= 3 на фиг. 3) ячеек информации эти ячейки информации проходят другой из m (= 3) световодов арфы времен прохождения с временами прохождения (0, 1, 2 на фиг. 3), равными 0-кратному до (m - 1) - кратному длительности ячейки информации.

В примере согласно фиг. 3 соответственно по отдельности поступили три ячейки информации; такие соответственно по отдельности поступившие ячейки информации проходят последовательно световод с максимальным использованным до сих пор временем прохождения, а именно в примере световод со временем прохождения ячейки 2.

Если, как это показано на фиг. 3 для следующих четырех ячеек информации, одновременно поступают n ячеек информации, то эти ячейки информации проходят другой из n световой арфы времен прохождения с временами прохождения, с временами прохождения, равными максимально до сих пор использованному времени прохождения и n - 1 следующими по величине в градации времен прохождения временами прохождения; в схематично показанном на фиг. 3 примере это световоды с временами прохождения ячеек 2, 3, 4 и 5.

В примере согласно фиг. 3 затем поступают снова по отдельности две ячейки информации, которые таким образом проходят последовательно световод с максимально до сих пор использованным временем прохождения, то есть световод с временем прохождения ячейки 5.

В заключение в примере на фиг. 3 снова одновременно поступили две ячейки информации, из которых таким образом одна проходит световод с максимальным до сих пор использованным временем прохождения, а другая световод со следующим по величине временем прохождения; в примере выполнения согласно фиг. 3 при этом речь идет о временах прохождения ячеек 5 и 6.

При каждом непоступлении какой-либо ячейки информации, то есть если ни на один из входов e1, .... ee (на фиг. 1) не поступает ячейка информации, вместо световода с максимальным до сих пор использованным временем прохождения в качестве теперь актуального световода с максимальным как раз использованным временем прохождения определяют световод со временем прохождения, короче на длительность одной ячейки информации. В примере согласно фиг. 3 поэтому появляющаяся после однократного непоступления какой-либо ячейки информации отдельно поступающая ячейка информации проходит световод, длиной в 5 времен прохождения ячейки, а две следующие отдельно поступившие после последующего трехкратного непоступления каких-либо ячеек информации ячейки информации проходят световод с временем прохождения ячейки 2, которое короче на время прохождения трех ячеек информации.

Если, как это обозначено на фиг. 3, затем снова имеет место двукратное непоступление каких-либо ячеек информации, то после этого отдельно поступающие ячейки информации снова проключаются к световоду с временем прохождения ячейки 0.

Число выходов пространственного многократного координатного соединения K (на фиг. 1) или соответственно входов арфы времен прохождения L (на фиг. 1) и максимальное время задержки в арфе времен прохождения выбирают согласно допустимой вероятности потери ячеек при необходимой максимальной нагрузке. Если в качестве ориентировочного значения для минимального количества световодов арфы времен прохождения привлечь известные значения для так называемого knock-out-switch, то при нагрузке 80% на выходе достаточно двенадцать линий для достижения вероятности потери ячеек меньше, чем 10^-11; с другой стороны в арфе времен прохождения необходимо максимальное время задержки, которое по порядку величины длительности 60 ячеек информации. При таких краевых условиях одноступенчатая арфа времен прохождения (с 60 входами) была бы не оптимальной. Целесообразным при таких обстоятельствах является двухступенчатое устройство коммутации, так как оно схематически показано на фиг. 4. Согласно фиг. 4 входные линии e1, ..., ee оптического устройства коммутации ведут к пространственному многократному координатному соединителю K1 первой пространственной ступени коммутации, например двенадцать выходов которой образуют две группы выходов 10, ...,15; 20, ..., 25, отдельные выходы которых соединены с отдельными входами двух арф времен прохождения L11; L12; выходы каждой такой арфы времен прохождения сведены вместе к общему выходу, который согласно фиг. 2 ведет к входу оптического пространственного многократного соединителя K2 второй пространственной ступени коммутации. Этот оптический пространственный многократный соединитель K2 содержит, например десять выходов, которые ведут к соответствующим входам последующей арфы времен прохождения L2; выходы арфы времен прохождения L2 наконец сведены к выходу a устройства коммутации согласно фиг. 4. При этом обе арфы времен прохождения L11, L12 содержат каждая в примере по шесть световодов, время прохождения которых равно длительности ячеек информации в примере 0, 1, 2, 3, 4 или соответственно 5, а арфа времен прохождения L2 содержит в примере десять световодов, время прохождения которых равно в примере длительности 0, ..., 6, 12, 18, ..., 42, 48 или соответственно 54 ячеек информации.

Здесь следует отметить, что при более низком (как в вышеуказанном численном примере) количестве (в примере 2) проходящих между первой ступенью и второй ступенью линий вторая ступень может быть реализована также рекурсивно, так что соответствующие выходы первой ступени подключены известным образом к соответствующим входам первой ступени и приняты меры, чтобы арфы время прохождения первой ступени содержали также световоды с временами прохождения, необходимыми в арфе времен прохождения второй ступени.

Следующий пример многоступенчатого концентратора с несколькими или соответственно одной арфой (арфами) времен прохождения на каждый пространственный многократный координатный соединитель схематически показан на фиг. 5 без необходимости дальнейших пояснений этого примера.

Чтобы получить оптическое устройство коммутации с множеством входов и множеством выходов, возможно включить параллельно со стороны входа множество концентраторов, как показывают, например фиг. 1, 2, 4 и 5 и при этом ввести в каждое ведущее от многократной точки коммутации к входу концентратора соединение селективный элемент, например фильтр или переключатель. При этом тогда получается, например, устройство, которое схематически показано на фиг. 6.

В оптическом устройстве коммутации согласно фиг. 6 предусмотрено N концентраторных устройств K1, L1; K2, L2; K3, L3; ..., KN, LN, которые каждый раз ведут к одному из N выходов a1, a2, a3, ..., aN устройства коммутации. Каждый концентратор содержит e входов, которые оптически соединены с одним из e входов устройства коммутации e1, ..., ee; при этом в каждое такое соединение введен селективный элемент S. Эти селективные элементы управляются индивидуальными по выходам характеристиками пакетов информации так, что каждый появляющийся на одном из входов e1, ..., ee пакет информации попадает именно к тому из выходов a1, ..., aN концентраторного устройства и тем самым и устройства коммутации, для которого он предназначен. При этом при соответствующем выполнении и управлении селективных элементов S возможен также multicasting-режим.

В качестве селективного элемента может быть предусмотрен оптический фильтр для индивидуальной по выходам оптической длины волны, причем исходя из того, что предназначенные для определенного выхода a1, ..., aN устройства коммутации оптические пакеты информации вводят в оптическое устройство коммутации с индивидуальной по выходам оптической длиной волны.

В качестве селективного элемента S может быть предусмотрен также электрически управляемый оптический переключатель, который управляется соответствующим принадлежащим ячейке информации управляющим сигналом.

В заключение следует еще заметить, что выше описанные концентраторные устройства могут находить применение также в оптических полях связи с другими известными из электрической техники связи структурами без необходимости более подробного пояснения, так как это не является необходимым для понимания изобретения.