КОММУТАТОР ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ Российский патент 2009 года по МПК G02B6/35 

Предлагаемое изобретение относится к устройствам для кодирования, декодирования и передачи данных, представленных оптическими сигналами, в частности, к коммутаторам оптических сигналов, применяемым в компьютерных сетях.

Известен волновой фильтр-коммутатор оптических сигналов [1], содержащий первое и второе оптические волокна, образующие в некоторой ограниченной области сплавленную и растянутую витую пару. Первый вход-выход первого оптического волокна является первым мультиплексированным входом-выходом коммутатора. Второй вход-выход первого оптического волокна является первым демультиплексированным входом-выходом коммутатора. Первый вход-выход второго оптического волокна является вторым мультиплексированным входом-выходом коммутатора. Второй вход-выход второго оптического волокна является вторым демультиплексированным входом-выходом коммутатора. Волновой фильтр-коммутатор оптических сигналов [1] позволяет мультиплексировать и демультиплексировать двунаправленные оптические сигналы с разными длинами волн.

Недостатком устройства [1] являются ограниченные функциональные возможности. В частности, невозможна коммутация оптических сигналов между первым и вторым мультиплексированными или демультиплексированными входами-выходами. Это не позволяет использовать его в качестве центрального коммутирующего звена при построении компьютерной сети с топологией типа "звезда".

Известен коммутатор оптических сигналов [2], содержащий шесть логических блоков, логический блок содержит первый - шестой входы-выходы, первый вход-выход первого - шестого логических блоков является соответственно входом-выходом первого - шестого каналов коммутатора. Логический блок настраивается на передачу оптических сигналов в определенных направлениях. В частности, его можно настроить на передачу сигналов в компьютерной сети с кольцевой логической структурой и топологией типа "звезда". Возможны и иные настройки.

Недостатками коммутатора [2] являются сложность и ограниченные функциональные возможности.

Первый недостаток связан с использованием матрицы из зеркал с управляемой прозрачностью. Для компенсации затухания сигнала в цепи из зеркал необходимы усилители. Управление прозрачностью зеркал может осуществляться вручную при конфигурировании системы либо дистанционно. Последний вариант подразумевает наличие программно-доступных средств управления (например, на основе микропроцессора с соответствующим программным обеспечением); в любом случае коммутатор должен иметь средства для подачи на него напряжения питания, что приводит к его дополнительному усложнению и ухудшает эксплуатационные качества.

Второй недостаток состоит в том, что для передачи данных в каждом направлении используется только один канал.

Цель изобретения - упрощение коммутатора и расширение его функциональных возможностей.

Цель достигается тем, что в коммутаторе оптических сигналов, содержащем шесть логических блоков, логический блок содержит первый - шестой входы-выходы, первый вход-выход первого - шестого логических блоков является соответственно входом-выходом первого - шестого каналов коммутатора, второй - шестой входы-выходы первого логического блока соединены соответственно со вторым входом-выходом второго логического блока, с третьим входом-выходом шестого логического блока, с четвертым входом-выходом третьего логического блока, с пятым входом-выходом пятого логического блока и с шестым входом-выходом четвертого логического блока, третий - шестой входы-выходы второго логического блока соединены соответственно с третьим входом-выходом третьего логического блока, с четвертым входом-выходом четвертого логического блока, с пятым входом-выходом шестого логического блока и с шестым входом-выходом пятого логического блока, второй, пятый и шестой входы-выходы третьего логического блока соединены соответственно со вторым входом-выходом четвертого логического блока, с четвертым входом-выходом пятого логического блока и с шестым входом-выходом шестого логического блока, третий и пятый входы-выходы четвертого логического блока соединены соответственно с третьим входом-выходом пятого логического блока и с четвертым входом-выходом шестого логического блока, второй вход-выход пятого логического блока соединен со вторым входом-выходом шестого логического блока, первый, второй, пятый и шестой логические блоки содержат первый - четвертый волновые фильтры, мультиплексированный вход-выход первого волнового фильтра является первым входом-выходом соответствующего логического блока, первый и второй демультиплексированные входы-выходы первого волнового фильтра соединены соответственно с мультиплексированными входами-выходами второго и третьего волновых фильтров, первый демультиплексированный вход-выход второго волнового фильтра соединен с мультиплексированным входом-выходом четвертого волнового фильтра, первый и второй демультиплексированные входы-выходы которого являются соответственно шестым и пятым входами-выходами соответствующего логического блока, второй демультиплексированный вход-выход второго волнового фильтра является четвертым входом-выходом соответствующего логического блока, первый и второй демультиплексированные входы-выходы третьего волнового фильтра являются соответственно третьим и вторым входами-выходами соответствующего логического блока, третий и четвертый логические блоки содержат пятый - восьмой волновые фильтры, мультиплексированный вход-выход пятого волнового фильтра является первым входом-выходом соответствующего логического блока, первый и второй демультиплексированные входы-выходы пятого волнового фильтра соединены соответственно с мультиплексированными входами-выходами шестого и седьмого волновых фильтров, второй демультиплексированный вход-выход шестого волнового фильтра соединен с мультиплексированным входом-выходом восьмого волнового фильтра, первый и второй демультиплексированные входы-выходы которого являются соответственно пятым и четвертым входами-выходами соответствующего логического блока, первый демультиплексированный вход-выход шестого волнового фильтра является шестым входом-выходом соответствующего логического блока, первый и второй демультиплексированные входы-выходы седьмого волнового фильтра являются соответственно третьим и вторым входами-выходами соответствующего логического блока, первые волновые фильтры первого, второго, пятого и шестого логических блоков, а также пятые волновые фильтры третьего и четвертого логических блоков являются волновыми фильтрами первого типа, вторые волновые фильтры первого, второго, пятого и шестого логических блоков, а также шестые волновые фильтры третьего и четвертого логических блоков являются волновыми фильтрами второго типа, третьи волновые фильтры первого, второго, пятого и шестого логических блоков, а также седьмые волновые фильтры третьего и четвертого логических блоков являются волновыми фильтрами третьего типа, четвертые волновые фильтры первого, второго, пятого и шестого логических блоков являются волновыми фильтрами четвертого типа, четвертые волновые фильтры третьего и четвертого логических блоков являются волновыми фильтрами пятого типа.

В предлагаемом коммутаторе оптических сигналов волновые фильтры первого - пятого типов оперируют оптическими сигналами с длинами волн, пронумерованными в виде ряда λ1, λ2, λ3, ..., длина волны равномерно возрастает по мере увеличения ее номера, мультиплексированный вход-выход волнового фильтра первого типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ1, λ2, λ3, ..., первый демультиплексированный вход-выход волнового фильтра первого типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ1, λ3, λ5, ... и непрозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ2, λ4, λ6, ..., второй демультиплексированный вход-выход волнового фильтра первого типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ2, λ4, λ6, ... и непрозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ1, λ3, λ5, ..., мультиплексированный вход-выход волнового фильтра второго типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ1, λ3, λ5, ..., первый демультиплексированный вход-выход волнового фильтра второго типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ1, λ5, λ9, ... и непрозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ3, λ7, λ11, ..., второй демультиплексированный вход-выход волнового фильтра второго типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ3, λ7, λ11, ... и непрозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ1, λ5, λ9, ..., мультиплексированный вход-выход волнового фильтра третьего типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ2, λ4, λ6, ..., первый демультиплексированный вход-выход волнового фильтра третьего типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ2, λ6, λ10, ... и непрозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ4, λ8, λ12, ..., второй демультиплексированный вход-выход волнового фильтра третьего типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ4, λ8, λ12, ... и непрозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ2, λ6, λ10, ..., мультиплексированный вход-выход волнового фильтра четвертого типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ1, λ5, λ9, ..., первый демультиплексированный вход-выход волнового фильтра четвертого типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ1, λ9, ... и непрозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ5, λ13, ..., второй демультиплексированный вход-выход волнового фильтра четвертого типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ5, λ13, ... и непрозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ1, λ9, ..., мультиплексированный вход-выход волнового фильтра пятого типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ3, λ7, λ11, ..., первый демультиплексированный вход-выход волнового фильтра пятого типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ3, λ11, ... и непрозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ7, λ15, ..., второй демультиплексированный вход-выход волнового фильтра пятого типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ7, λ15,... и непрозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ3, λ11, ...

На фиг.1 представлен упрощенный эскиз конструкции известного [1] волнового фильтра; на фиг.2а - диаграмма прозрачности волнового фильтра F1 первого типа; на фиг.2б - диаграммы прозрачности волновых фильтров F2 и F3 второго и третьего типов; на фиг.2в - диаграммы прозрачности волновых фильтров F4 и F5 четвертого и пятого типов; на фиг.3а-з и фиг.4а - примеры трасс прохождения оптических сигналов через волновой фильтр первого типа; на фиг.4б - пример включения фильтра первого типа в систему передачи данных. На фиг.5 представлены наиболее распространенные варианты топологии компьютерных сетей; на фиг.6 - функциональная схема предлагаемого шестиканального коммутатора оптических сигналов; на фиг.7-12 - функциональные схемы первого - шестого логических блоков - составных частей предлагаемого шестиканального коммутатора оптических сигналов.

Волновой фильтр 1 (фиг.1) предназначен для разделения (сортировки) группы сигналов по длинам волн. Он построен на основе особым образом свитых и сплавленных с одновременным растяжением расплава оптических волокон 2 и 3 [1]. Здесь и далее в зависимости от настройки физических параметров фильтра при его изготовлении он имеет обозначения F1, F2, F3, F4 или F5 (фильтр первого - пятого типов). В любом случае фильтр симметричен в том смысле, что пары его выводов Х-W, W-X, Y-Z и Z-Y функционально равноценны.

В зависимости от параметров скрутки, плавления и растяжения оптических волокон при изготовлении фильтра он приобретает избирательную прозрачность по отношению к передаче световых сигналов определенных длин волн. Иными словами, фильтр может некоторым образом сортировать входной поток "разноцветных" световых сигналов инфракрасного диапазона, поступающих извне в произвольных сочетаниях на вывод Х (на любой из четырех выводов). Сигналы, как здесь предполагается, имеют длины волн λ1, λ2, ..., λ16, равномерно распределенные на горизонтальных числовых осях диаграмм прозрачности, показанных на фиг.2. Соседние длины волн разделены промежутками 100 нм или более.

Графики 4 и 5 (фиг.2,) отображают диаграммы прозрачности каналов Х-Y и Х-Z фильтра F1. Так как фильтр симметричен, эти же графики отображают соответственно диаграммы прозрачности каналов W-Z и W-Y, a также двух оставшихся каналов, полученных взаимно обратной заменой символов X, W символами Y, Z. Уровни 0 и 100% соответствуют непрозрачному и полностью прозрачному состояниям канала. Графики для их упрощения представлены двумя противофазными синусоидами, хотя в действительности их форма более сложная и зависит от технологии изготовления фильтра. Из графика 4 следует, что канал Х-Y (а также канал W-Z) фильтра F1 прозрачен для света с длинами волн λ1, λ3, λ5, ..., λ15 и непрозрачен для света с длинами волн λ2, λ4, λ6, ..., λ16. Если канал прозрачен, то свет соответствующих длин волн может передаваться через него в любом или одновременно в обоих направлениях. Непрозрачный канал не пропускает свет соответствующих длин волн ни в одном направлении.

График 5 показывает, что канал Х-Z (а также канал W-Y) фильтра F1 прозрачен для света с длинами волн λ2, λ4, λ6, ..., λ16 и непрозрачен для света с длинами волн λ1, λ3, λ5, ..., λ15.

Графики 6 и 7 (фиг.2, б) отображают диаграммы прозрачности каналов Х-Y и Х-Z (W-Z и W-Y) фильтра F2. Они представлены синусоидами с удвоенными периодами по сравнению с графиками 4 и 5. Из графика 6 следует, что канал Х-Y фильтра F2 прозрачен для света с длинами волн λ1, λ5, λ9, λ13 и непрозрачен для света с длинами волн λ3, λ7, λ11, λ15. График 7 противофазен графику 6 и отображает диаграмму прозрачности канала Х-Z фильтра F2. Прозрачность каналов Х-Y и Х-Z (W-Z и W-Y) фильтра F2 по отношению к световым сигналам с длинами волн λ2, λ4, λ6, ..., λ16 неопределенна, но такие сигналы не поступают на этот фильтр в процессе его работы.

Графики 8 и 9 (фиг.2, б) отображают диаграммы прозрачности каналов Х-Y и Х-Z (W-Z и W-Y) фильтра F3. Они представлены синусоидами той же частоты, что и синусоиды 6 и 7, но сдвинуты относительно них по фазе вправо на четверть периода. Из графика 8 следует, что канал Х-Y фильтра F3 прозрачен для света с длинами волн λ2, λ6, λ10, λ14 и непрозрачен для света с длинами волн λ4, λ8, λ12, λ16. График 9 противофазен графику 8 и отображает диаграмму прозрачности канала Х-Z фильтра F3. Канал Х-Z фильтра F3 прозрачен для света с длинами волн λ4, λ8, λ12, λ16 и непрозрачен для света с длинами волн λ2, λ6, λ10, λ14. Прозрачность каналов Х-Y и Х-Z (W-Z и W-Y) фильтра F3 по отношению к световым сигналам с длинами волн λ1, λ3, λ5, ..., λ15 неопределенна, но такие сигналы не поступают на этот фильтр в процессе его работы.

Графики 10 и 11 (фиг.2в) отображают диаграммы прозрачности каналов X-Y и Х-Z (W-Z и W-Y) фильтра F4. Они представлены синусоидами с удвоенными периодами по сравнению с графиками 6-9. Из графика 10 следует, что канал Х-Y фильтра F4 прозрачен для света с длинами волн λ1, λ9 и непрозрачен для света с длинами волн λ5, λ13. График 11 противофазен графику 10 и отображает диаграмму прозрачности канала Х-Z фильтра F4. Этот канал прозрачен для света с длинами волн λ5, λ13 и непрозрачен для света с длинами волн λ1, λ9. Прозрачность каналов Х-Y и Х-Z (W-Z и W-Y) фильтра F4 по отношению к световым сигналам с длинами волн λ2-λ4, λ6-λ8, λ10-λ12, λ14-λ16 неопределенна, но такие сигналы не поступают на этот фильтр в процессе его работы.

Графики 12 и 13 (фиг.2, в) отображают диаграммы прозрачности каналов Х-Y и Х-Z (W-Z и W-Y) фильтра F5. Из графика 12 следует, что канал Х-Y фильтра F5 прозрачен для света с длинами волн λ1, λ11 и непрозрачен для света с длинами волн λ7, λ15. График 13 противофазен графику 12 и отображает диаграмму прозрачности канала Х-Z фильтра F5. Этот канал прозрачен для света с длинами волн λ7, λ15 и непрозрачен для света с длинами волн λ3, λ11. Прозрачность каналов Х-Y и Х-Z (W-Z и W-Y) фильтра F5 по отношению к световым сигналам с длинами волн λ1, λ2, λ4-λ6, λ8-λ10, λ12-λ14, λ16 неопределенна, но такие сигналы не поступают на этот фильтр в процессе его работы.

Примеры 14-19 трасс прохождения оптических сигналов через волновой фильтр F1 (фиг.3а-е) показывают распространение группы световых сигналов через фильтр слева направо, справа налево и одновременно в обоих направлениях. В этих примерах один из выводов фильтра не используется.

В соответствии с примером 18 (фиг.3, д) вход-выход Х фильтра F1 далее именуется мультиплексированным входом-выходом, вход-выход Y - первым демультиплексированным входом-выходом, вход-выход Z - вторым демультиплексированным входом-выходом фильтра. Аналогично вход-выход Х фильтров F2-F5 далее именуется мультиплексированным входом-выходом, вход-выход Y - первым демультиплексированным входом-выходом, вход-выход Z - вторым демультиплексированным входом-выходом.

В примерах 20-22, приведенных на фиг.3ж, з и фиг.4а, использованы все выводы фильтра F1.

Примеры 20 и 21 показывают возможность применения фильтра F1 для сопряжения однонаправленных линий передачи оптических сигналов с двунаправленными.

В примере 20 оптический сигнал, поступающий на вход Х с левой стороны, содержит 16 составляющих с длинами волн λ1-λ16. Сигнал, снимаемый с выхода W фильтра, также содержит 16 составляющих с теми же длинами волн λ*1-λ*16. Знаки "*" показывают, что сигналы поступили на входы фильтра F1 с правой стороны. На входе-выходе Y сигналы с длинами волн λ1, λ3, λ5, ..., λ15 распространяются вправо, а сигналы с длинами волн λ*2, λ*4, λ*6, ..., λ*16 - влево. На входе-выходе Z сигналы с длинами волн λ2, λ4, λ6, ..., λ16 распространяются вправо, а сигналы с длинами волн λ*1, λ*3, λ*5, ..., λ*15 - влево.

Пример 21 отличается от примера 20 направлениями передачи сигналов через выводы Х и W фильтра F1.

В примере 22 (фиг.4а) все подключенные к фильтру F1 линии двунаправленные. По каждой линии передаются 16 пар противоположно направленных оптических сигналов, каждая пара имеет одинаковую длину волны. По существу, эта схема представляет собой неполносвязный коммутатор, способный транслировать данные в направлениях: Х→Y, Х→Z, W→Y, W→Z, Y→X, Y→W, Z→X, Z→W. Для выбора направления передачи (маршрутизации информационного пакета) источник данных использует длины волн с четными или нечетными номерами. Например, внешний источник сигнала, подаваемого на вход-выход Z фильтра F1, желая передать сообщение в линию связи, подключенную к входам-выходам Х или W, может использовать для этого световые импульсы с соответствующими длинами волн λ*6 или λ″15.

Непосредственная передача данных в смежных направлениях Х→W, W→X, Y→Z, Z→Y невозможна. При наличии устройства - посредника 23 (фиг.4б) такие передачи осуществимы. Например, внешний источник сигнала, подаваемого на вход-выход Z фильтра F, желая передать сообщение в линию связи 24, подключенную к входам-выходам Y, может использовать для этого световые импульсы с длиной волны λ*8. Эти импульсы проходят на вход-выход Х и принимаются устройством Q (23). По предварительной "договоренности" с этим устройством оно незамедлительно выдает полученные импульсы обратно на вход-выход X, но использует для этого свет с длиной волны λ13. Фильтр F1 передает эти импульсы на вход-выход Y, что и требуется.

Приведенные примеры (их можно распространить и на фильтры других типов с учетом их диаграмм прозрачности) показывают отмеченные ранее ограниченные возможности фильтра [1] при его использовании в качестве функционально-законченного коммутатора оптических сигналов в компьютерной сети.

На фиг.5 представлены наиболее распространенные варианты топологии компьютерных сетей. Топология типа "общая шина" (фиг.5а) применяется в основном в локальных сетях ранних поколений. В качестве среды передачи сигналов обычно применяют коаксиальные кабели. Использование оптоволоконных линий связи в рамках данной топологии затруднено, так как необходима установка оптических разветвителей для подключения каждого узла 25 к общей магистрали 26. Это нетехнологично, кроме того, каждый разветвитель делит энергию поступающего на него сигнала на две части, так что уровни принимаемых сигналов зависят от взаимного расположения передатчика и приемника.

Топология типа "звезда" с общим концентратором 27 (фиг.5, б) предполагает наличие радиальных связей между концентратором и узлами 28 сети. Концентратор суммирует все поступающие в него оптические сигналы, по возможности равномерно распределяет суммарный сигнал между всеми каналами и параллельно передает его в обратных направлениях. Некоторые концентраторы работают по принципу распределения входного сигнала между всеми каналами, кроме "своего", что облегчает обнаружение коллизий при одновременном обращении двух или более узлов 28 к общей среде передачи сигналов.

Основной недостаток такой структуры состоит в том, что мощность входного сигнала делится на число каналов, достигающее ста или более. Для восстановления уровней выходных сигналов применяют активные концентраторы, способные усиливать мощность выдаваемых ими световых потоков по всем направлениям. Это усложняет структуру концентратора и требует наличия источника питания.

В сети с топологией типа "кольцо" (фиг.5в) узлы 29 соединены в последовательную замкнутую цепь. Недостатки, свойственные рассмотренным ранее сетям (фиг.5, а, б), в данном случае отсутствуют. Каждый узел приостанавливает распространение адресованных ему информационных пакетов и транслирует "чужие" пакеты следующему узлу.

При отказе некоторого узла основное направление передачи пакетов можно, добравшись до ближайшего к нему узла, изменить на противоположное, так что все оставшиеся исправными узлы остаются доступными. Чтобы сохранить возможность двунаправленной передачи данных по кольцу при отказе одного из узлов, этот узел автоматически или вручную исключается из работы, а разорванные таким отказом оптические линии связи соединяются между собой "напрямую". При этом соединительный элемент вносит потери при передаче сигнала, кроме того, длина вновь созданной линии связи становится равной сумме длин линий связи, ранее соединявших отказавший узел с соседними.

Этот недостаток отсутствует в сети с комбинированной топологией (фиг.5г). Внешне она напоминает рассмотренную ранее сеть с топологией типа "звезда" (фиг.5б), но вместо концентратора 27 в ней применен коммутатор 30, соединенный с узлами 31. В отличие от концентратора коммутатор 30 способен определенным образом объединять между собой оптические волокна, соединяющие его с узлами 31. Например, внутри коммутатора можно создать соединения, при которых сеть имеет кольцевую логическую структуру, аналогичную показанной на фиг.5в. Стрелки 32 на фиг.5г соответствуют маршрутам передачи пакетов между узлами 31. Как следует из приведенной схемы, передача пакетов между узлами 31 происходит, по существу, по стрелкам 33, как в сети с кольцевой топологией.

Изоляция и обход одного или нескольких неисправных узлов 31 осуществляется соответствующей настройкой внутренних цепей коммутатора 30 и не затрагивает узлы сети и линии связи.

Коммутатор 34 [2] (фиг.5д) содержит логические блоки 35, логический блок содержит внешний 36 и внутренние 37 входы-выходы, внешний вход-выход 36 логического блока 35 является входом-выходом соответствующего канала коммутатора и соединен с соответствующим узлом 38 сети. Внутренние входы-выходы 37 логических блоков 35 подключены к оптической коммутационной матрице 39.

Логические блоки 35 могут быть настроены на передачу сигналов между узлами 38 по кольцевой схеме, как было показано на фиг.5г. Возможны настройки, обеспечивающие логическую изоляцию и обход неисправных узлов 38 или линий связи с этими узлами.

Предлагаемый коммутатор, показанный на фиг.6, содержит первый - шестой логические блоки 40-45, каждый логический блок содержит первый - шестой 46-51 входы-выходы, первый вход-выход 46 первого - шестого логических блоков 40-45 является соответственно входом-выходом первого - шестого каналов коммутатора.

Второй - шестой 47-51 входы-выходы первого логического блока 40 соединены соответственно со вторым входом-выходом 47 второго логического блока 41, с третьим входом-выходом 48 шестого логического блока 45, с четвертым входом-выходом 49 третьего логического блока 42, с пятым входом-выходом 50 пятого логического блока 44 и с шестым входом-выходом 51 четвертого логического блока 43, третий - шестой 48-51 входы-выходы второго логического блока 41 соединены соответственно с третьим входом-выходом 48 третьего логического блока 42, с четвертым входом-выходом 49 четвертого логического блока 43, с пятым входом-выходом 50 шестого логического блока 45 и с шестым входом-выходом 51 пятого логического блока 44, второй 47, пятый 50 и шестой 51 входы-выходы третьего логического блока 42 соединены соответственно со вторым входом-выходом 47 четвертого логического блока 43, с четвертым входом-выходом 49 пятого логического блока 44 и с шестым входом-выходом 51 шестого логического блока 45, третий 48 и пятый 50 входы-выходы четвертого логического блока 43 соединены соответственно с третьим входом-выходом 48 пятого логического блока 44 и с четвертым входом-выходом 49 шестого логического блока 45, второй вход-выход 47 пятого логического блока 44 соединен со вторым входом-выходом 47 шестого логического блока 45.

Первый 40 (фиг.6, фиг.7), второй 41 (фиг.6, фиг.8), пятый 44 (фиг.6, фиг.11) и шестой 45 (фиг.6, фиг.12) логические блоки содержат первый - четвертый 52-55 волновые фильтры, мультиплексированный вход-выход 56 первого волнового фильтра 52 является первым входом-выходом 46 соответствующего логического блока, первый 57 и второй 58 демультиплексированные входы-выходы первого волнового фильтра 52 соединены соответственно с мультиплексированными входами-выходами 59 и 60 второго 53 и третьего 54 волновых фильтров, первый 61 демультиплексированный вход-выход второго волнового фильтра 53 соединен с мультиплексированным входом-выходом 62 четвертого волнового фильтра 55, первый 63 и второй 64 демультиплексированные входы-выходы которого являются соответственно шестым 51 и пятым 50 входами-выходами соответствующего логического блока, второй демультиплексированный вход-выход 65 второго волнового фильтра 53 является четвертым входом-выходом 49 соответствующего логического блока, первый 66 и второй 67 демультиплексированные входы-выходы третьего волнового фильтра 54 являются соответственно третьим 48 и вторым 47 входами-выходами соответствующего логического блока.

Третий 42 (фиг.6, фиг.9) и четвертый 43 (фиг.6, фиг.10) логические блоки содержат пятый - восьмой 68-71 волновые фильтры, мультиплексированный вход-выход 72 пятого волнового фильтра 68 является первым входом-выходом 46 соответствующего логического блока, первый 73 и второй 74 демультиплексированные входы-выходы пятого волнового фильтра 68 соединены соответственно с мультиплексированными входами-выходами 75 и 76 шестого 69 и седьмого 70 волновых фильтров, второй 77 демультиплексированный вход-выход шестого волнового фильтра 69 соединен с мультиплексированным входом-выходом 78 восьмого волнового фильтра 71, первый 79 и второй 80 демультиплексированные входы-выходы которого являются соответственно пятым 50 и четвертым 49 входами-выходами соответствующего логического блока, первый 81 демультиплексированный вход-выход шестого 69 волнового фильтра является шестым входом-выходом 51 соответствующего логического блока, первый 82 и второй 83 демультиплексированные входы-выходы седьмого волнового фильтра 70 являются соответственно третьим 48 и вторым 47 входами-выходами соответствующего логического блока,

Первые волновые фильтры 52 первого 40, второго 41, пятого 44 и шестого 45 логических блоков, а также пятые 68 волновые фильтры третьего 42 и четвертого 43 логических блоков являются волновыми фильтрами F1 первого типа (фиг.1, фиг.2а), вторые волновые фильтры 53 первого 40, второго 41, пятого 44 и шестого 45 логических блоков, а также шестые волновые фильтры 69 третьего 42 и четвертого 43 логических блоков являются волновыми фильтрами F2 второго типа (фиг.1, фиг.2б), третьи волновые фильтры 54 первого 40, второго 41, пятого 44 и шестого 45 логических блоков, а также седьмые волновые фильтры 70 третьего 42 и четвертого 43 логических блоков являются волновыми фильтрами F3 третьего типа (фиг.1, фиг.2б), четвертые волновые фильтры 55 первого 40, второго 41, пятого 44 и шестого 45 логических блоков являются волновыми фильтрами F4 четвертого типа (фиг.1, фиг.2в), четвертые волновые фильтры 71 третьего 42 и четвертого 43 логических блоков являются волновыми фильтрами F5 пятого типа (фиг.1, фиг.2в).

При включении коммутатора в компьютерную сеть ее узлы подключаются к входам-выходам 46 первого - шестого логических блоков 40-45. Для удобства изложения на фиг.6-фиг.12 оптоволоконные каналы связи с узлами сети обозначены буквами А, В, ..., F.

Для обмена данными между узлами сети используются оптические сигналы с длинами волн λ1-λ16, равномерно распределенными на горизонтальных числовых осях диаграмм, показанных на фиг.2.

С помощью предлагаемого коммутатора реализуется полный граф двунаправленных соединений между узлами сети, подключенными к оптоволоконным каналам А-F:

А↔В, А↔С, А↔D, А↔Е, А↔F, В↔С, В↔D, В↔Е, В↔F, С↔D, С↔Е, С↔F, D↔Е, D↔F, Е↔F.

В таблице приведены длины волн оптических сигналов, соответствующие маршрутам передачи данных между разными парами оптоволоконных каналов коммутатора.

ТаблицаМаршрут передачи данныхДлины волн оптических сигналовА↔Вλ4, λ8, λ12, λ16А↔Сλ7, λ15A↔Dλ1, λ9А↔Еλ5, λ13A↔Fλ2, λ6, λ10, λ14В↔Сλ2, λ6, λ10, λ14B↔Dλ7, λ15В↔Еλ1, λ9B↔Fλ5, λ13C↔Dλ4, λ8, λ12, λ16С↔Еλ3, λ11C↔Fλ1, λ9D↔Eλ2, λ6, λ10, λ14D↔Fλ3, λ11E↔Fλ4, λ8, λ12, λ16

Из таблицы следует, что, например, для двунаправленной передачи пакетов данных между узлами сети, подключенными к каналам А и F коммутатора, можно воспользоваться сигналами с длинами волн λ2, λ6, λ10, λ14 - одним из этих сигналов либо для распараллеливания передачи одновременно двумя, тремя или четырьмя сигналами.

Применение предлагаемого коммутатора оптических сигналов позволяет упростить построение сетей с полносвязным графом соединений между ее узлами или с логической структурой типа "кольцо" и топологией типа "звезда". Благодаря возможности связи каждого канала с каждым, реализуется распараллеливание потоков данных и логическая изоляция неисправных узлов сети. Коммутатор функционирует без источника питания. Маршрут передаваемого узлом сети пакета данных задается на физическом (а не на сетевом) уровне выбором длины волны линейного сигнала.

Источники информации

1. Патент США № 5809190 (Fig.5).

2. Патент США №6134357 (Fig.4) (прототип).

Изобретение относится к устройствам для кодирования, декодирования и передачи данных, представленных оптическими сигналами, в частности, к коммутаторам оптических сигналов, применяемым в компьютерных сетях. Коммутатор содержит шесть логических блоков. Логический блок содержит первый - шестой входы-выходы, первый вход-выход первого - шестого логических блоков является соответственно входом-выходом первого - шестого каналов коммутатора. Второй - шестой входы-выходы первого логического блока соединены соответственно со вторым входом-выходом второго логического блока, с третьим входом-выходом шестого логического блока, с четвертым входом-выходом третьего логического блока, с пятым входом-выходом пятого логического блока и с шестым входом-выходом четвертого логического блока. Третий - шестой входы-выходы второго логического блока соединены соответственно с третьим входом-выходом третьего логического блока, с четвертым входом-выходом четвертого логического блока, с пятым входом-выходом шестого логического блока и с шестым входом-выходом пятого логического блока. Второй, пятый и шестой входы-выходы третьего логического блока соединены соответственно со вторым входом-выходом четвертого логического блока, с четвертым входом-выходом пятого логического блока и с шестым входом-выходом шестого логического блока. Технический результат - упрощение коммутатора оптических сигналов и расширение его функциональных возможностей. 1 з.п. ф-лы, 12 ил., 1 табл.

1. Коммутатор оптических сигналов, содержащий шесть логических блоков, логический блок содержит первый-шестой входы-выходы, первый вход-выход первого - шестого логических блоков является соответственно входом-выходом первого - шестого каналов коммутатора, отличающийся тем, что второй - шестой входы-выходы первого логического блока соединены соответственно со вторым входом-выходом второго логического блока, с третьим входом-выходом шестого логического блока, с четвертым входом-выходом третьего логического блока, с пятым входом-выходом пятого логического блока и с шестым входом-выходом четвертого логического блока, третий - шестой входы-выходы второго логического блока соединены соответственно с третьим входом-выходом третьего логического блока, с четвертым входом-выходом четвертого логического блока, с пятым входом-выходом шестого логического блока и с шестым входом-выходом пятого логического блока, второй, пятый и шестой входы-выходы третьего логического блока соединены соответственно со вторым входом-выходом четвертого логического блока, с четвертым входом-выходом пятого логического блока и с шестым входом-выходом шестого логического блока, третий и пятый входы-выходы четвертого логического блока соединены соответственно с третьим входом-выходом пятого логического блока и с четвертым входом-выходом шестого логического блока, второй вход-выход пятого логического блока соединен со вторым входом-выходом шестого логического блока, первый, второй, пятый и шестой логические блоки содержат первый - четвертый волновые фильтры, мультиплексированный вход-выход первого волнового фильтра является первым входом-выходом соответствующего логического блока, первый и второй демультиплексированные входы-выходы первого волнового фильтра соединены соответственно с мультиплексированными входами-выходами второго и третьего волновых фильтров, первый демультиплексированный вход-выход второго волнового фильтра соединен с мультиплексированным входом-выходом четвертого волнового фильтра, первый и второй демультиплексированные входы-выходы которого являются соответственно шестым и пятым входами-выходами соответствующего логического блока, второй демультиплексированный вход-выход второго волнового фильтра является четвертым входом-выходом соответствующего логического блока, первый и второй демультиплексированные входы-выходы третьего волнового фильтра являются соответственно третьим и вторым входами-выходами соответствующего логического блока, третий и четвертый логические блоки содержат пятый - восьмой волновые фильтры, мультиплексированный вход-выход пятого волнового фильтра является первым входом-выходом соответствующего логического блока, первый и второй демультиплексированные входы-выходы пятого волнового фильтра соединены соответственно с мультиплексированными входами-выходами шестого и седьмого волновых фильтров, второй демультиплексированный вход-выход шестого волнового фильтра соединен с мультиплексированным входом-выходом восьмого волнового фильтра, первый и второй демультиплексированные входы-выходы которого являются соответственно пятым и четвертым входами-выходами соответствующего логического блока, первый демультиплексированный вход-выход шестого волнового фильтра является шестым входом-выходом соответствующего логического блока, первый и второй демультиплексированные входы-выходы седьмого волнового фильтра являются соответственно третьим и вторым входами-выходами соответствующего логического блока, первые волновые фильтры первого, второго, пятого и шестого логических блоков, а также пятые волновые фильтры третьего и четвертого логических блоков являются волновыми фильтрами первого типа, вторые волновые фильтры первого, второго, пятого и шестого логических блоков, а также шестые волновые фильтры третьего и четвертого логических блоков являются волновыми фильтрами второго типа, третьи волновые фильтры первого, второго, пятого и шестого логических блоков, а также седьмые волновые фильтры третьего и четвертого логических блоков являются волновыми фильтрами третьего типа, четвертые волновые фильтры первого, второго, пятого и шестого логических блоков являются волновыми фильтрами четвертого типа, четвертые волновые фильтры третьего и четвертого логических блоков являются волновыми фильтрами пятого типа.2. Коммутатор оптических сигналов по п.1, отличающийся тем, что волновые фильтры первого - пятого типов оперируют оптическими сигналами с длинами волн, пронумерованными в виде ряда λ1, λ2, λ3, ..., длина волны равномерно возрастает по мере увеличения ее номера, мультиплексированный вход-выход волнового фильтра первого типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ1, λ2, λ3, ..., первый демультиплексированный вход-выход волнового фильтра первого типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ1, λ3, λ5, ... и непрозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ2, λ4, λ6, ..., второй демультиплексированный вход-выход волнового фильтра первого типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ2, λ4, λ6, ... и непрозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ1, λ3, λ5, ..., мультиплексированный вход-выход волнового фильтра второго типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ1, λ3, λ5, ..., первый демультиплексированный вход-выход волнового фильтра второго типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ1, λ5, λ9, ... и непрозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ3, λ7, λ11, ..., второй демультиплексированный вход-выход волнового фильтра второго типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ3, λ7, λ11, ... и непрозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ1, λ5, λ9, ..., мультиплексированный вход-выход волнового фильтра третьего типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ2, λ4, λ6, ..., первый демультиплексированный вход-выход волнового фильтра третьего типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ2, λ6, λ10, ... и непрозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ4, λ8, λ12, ..., второй демультиплексированный вход-выход волнового фильтра третьего типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ4, λ8, λ12, ... и непрозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ2, λ6, λ10, ..., мультиплексированный вход-выход волнового фильтра четвертого типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ1, λ5, λ9, ..., первый демультиплексированный вход-выход волнового фильтра четвертого типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ1, λ9, ... и непрозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ5, λ13, ..., второй демультиплексированный вход-выход волнового фильтра четвертого типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ5, λ13, ... и непрозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ1, λ9, ..., мультиплексированный вход-выход волнового фильтра пятого типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ3, λ7, λ11, ..., первый демультиплексированный вход-выход волнового фильтра пятого типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ3, λ11, ... и непрозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ7, λ15, ..., второй демультиплексированный вход-выход волнового фильтра пятого типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ7, λ15, ... и непрозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ3, λ11, ...