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

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 семь логических блоков, логический блок содержит первый - седьмой входы-выходы, первый вход-выход первого - седьмого логических блоков является соответственно входом-выходом первого - седьмого 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 восемь логических блоков, логический блок содержит первый - восьмой входы-выходы, первый вход-выход первого - восьмого логических блоков является соответственно входом-выходом первого - восьмого каналов коммутатора, второй - четвертый, а также шестой - восьмой логические блоки дополнительно содержат девятый вход-выход, второй - восьмой входы-выходы первого логического блока соединены соответственно со вторым входом-выходом второго логического блока, с третьим входом-выходом восьмого логического блока, с четвертым входом-выходом третьего логического блока, с пятым входом-выходом седьмого логического блока, с шестым входом-выходом четвертого логического блока, с седьмым входом-выходом шестого логического блока и с восьмым входом-выходом пятого логического блока, третий - девятый 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 восьмого логического блока, с шестым входом-выходом пятого логического блока, с седьмым входом-выходом третьего логического блока, с восьмым входом-выходом седьмого логического блока и с девятым входом-выходом шестого логического блока, второй, пятый, шестой, восьмой и девятый входы-выходы третьего логического блока соединены соответственно со вторым входом-выходом четвертого логического блока, с пятым входом-выходом пятого логического блока, с шестым входом-выходом шестого логического блока, с восьмым входом-выходом восьмого логического блока и с девятым входом-выходом седьмого логического блока, третий, пятый, седьмой - девятый входы-выходы четвертого логического блока соединены соответственно с третьим входом-выходом пятого логического блока, с пятым входом-выходом шестого логического блока, с седьмым входом-выходом седьмого логического блока, с восьмым входом-выходом шестого логического блока и с девятым входом-выходом восьмого логического блока, второй, четвертый и седьмой входы-выходы пятого логического блока соединены соответственно со вторым входом-выходом шестого логического блока, с четвертым входом-выходом седьмого логического блока и с седьмым входом-выходом восьмого логического блока, третий и четвертый входы-выходы шестого логического блока соединены соответственно с третьим входом-выходом седьмого логического блока и с четвертым входом-выходом восьмого логического блока, второй и шестой входы-выходы седьмого логического блока соединены соответственно со вторым и шестым входами-выходами восьмого логического блока, первый - восьмой логические блоки содержат первый - шестой волновые фильтры, второй - четвертый, а также шестой - восьмой логические блоки дополнительно содержат седьмой волновой фильтр, в первом - восьмом логических блоках 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 и второй демультиплексированные входы-выходы третьего волнового фильтра соединены соответственно с мультиплексированными входами-выходами пятого и четвертого волновых фильтров, второй демультиплексированный вход-выход второго волнового фильтра соединен с мультиплексированным входом-выходом шестого волнового фильтра, первый и второй демультиплексированные входы-выходы шестого волнового фильтра соединены соответственно с седьмым и шестым входами-выходами соответствующего логического блока, первый и второй демультиплексированные входы-выходы пятого волнового фильтра соединены соответственно с пятым и четвертым входами-выходами соответствующего логического блока, первый и второй демультиплексированные входы-выходы четвертого волнового фильтра соединены соответственно с третьим и вторым входами-выходами соответствующего логического блока, в первом и пятом логических блоках первый демультиплексированный вход-выход второго волнового фильтра соединен с восьмым входом-выходом соответствующего логического блока, во втором - четвертом и шестом - восьмом логических блоках первый демультиплексированный вход-выход второго волнового фильтра соединен с мультиплексированным входом-выходом седьмого волнового фильтра, первый и второй демультиплексированные входы-выходы которого соединены соответственно с девятым и восьмым входами-выходами соответствующего логического блока, в первом - восьмом логических блоках первые - третьи волновые фильтры являются соответственно волновыми фильтрами первого - третьего типов, четвертый - шестой волновые фильтры являются соответственно волновыми фильтрами седьмого, шестого и пятого типов, во втором - четвертом и шестом - восьмом логических блоках седьмой волновой фильтр является волновым фильтром четвертого типа.

В предлагаемом коммутаторе оптических сигналов волновые фильтры первого - седьмого 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, ..., мультиплексированный вход-выход волнового фильтра шестого типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ2, λ6, λ10, ..., первый демультиплексированный вход-выход волнового фильтра шестого типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ2, λ10, ... и непрозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ6, λ14, ..., второй демультиплексированный вход-выход волнового фильтра шестого типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ6, λ14, ... и непрозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ2, λ10, ..., мультиплексированный вход-выход волнового фильтра седьмого типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ4, λ8, λ12, ..., первый демультиплексированный вход-выход волнового фильтра седьмого типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ4, λ12, ... и непрозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ8, λ16, ..., второй демультиплексированный вход-выход волнового фильтра седьмого типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ8, λ16, ... и непрозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ4, λ12 ...

На фиг.1 представлен упрощенный эскиз конструкции известного [1] волнового фильтра; на фиг.2, а - диаграмма прозрачности волнового фильтра F1 первого типа; на фиг.2, б - диаграммы прозрачности волновых фильтров F2 и F3 второго и третьего типов; на фиг.2, в - диаграммы прозрачности волновых фильтров F4-F7 четвертого - седьмого типов; на фиг.3, а-з и фиг.4, а - примеры трасс прохождения оптических сигналов через волновой фильтр первого типа; на фиг.4, б - 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 и 8 - функциональные схемы логических блоков - составных частей предлагаемого 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, ..., F7 (фильтр первого - седьмого 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 одинаковыми промежутками, например 100 нм или более.

Графики 4 и 5 (фиг.2, а) 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.2, б) отображают диаграммы прозрачности каналов Х-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, б) 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 λ3, 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.

Графики 14 и 15 (фиг.2, е) отображают диаграммы прозрачности каналов Х-Y и Х-Z (W-Z и W-Y) фильтра F6. Из графика 14 следует, что канал Х-Y фильтра F6 прозрачен для света с длинами волн λ2, λ10 и непрозрачен для света с длинами волн λ6, λ14. График 15 противофазен графику 14 и отображает диаграмму прозрачности канала Х-Z фильтра F6. Этот канал прозрачен для света с длинами волн λ6, λ14 и непрозрачен для света с длинами волн λ2, λ10. Прозрачность каналов Х-Y и Х-Z (W-Z и W-Y) фильтра F6 по отношению к световым сигналам с длинами волн λ1, λ3-λ5, λ7-λ9, λ11-λ13, λ15, λ16 неопределенна, но такие сигналы не поступают на этот фильтр в процессе его работы.

Графики 16 и 17 (фиг.2, в) отображают диаграммы прозрачности каналов Х-Y и Х-Z (W-Z и W-Y) фильтра F7. Из графика 16 следует, что канал Х-Y фильтра F7 прозрачен для света с длинами волн λ4, λ12 и непрозрачен для света с длинами волн λ8, λ16. График 17 противофазен графику 16 и отображает диаграмму прозрачности канала Х-Z фильтра F7. Этот канал прозрачен для света с длинами волн λ8, λ16 и непрозрачен для света с длинами волн λ4, λ12. Прозрачность каналов Х-Y и Х-Z (W-Z и W-Y) фильтра F7 по отношению к световым сигналам с длинами волн λ1-λ3, λ5-λ7, λ9-λ11, λ13-λ15 неопределенна, но такие сигналы не поступают на этот фильтр в процессе его работы.

Примеры 18-23 трасс прохождения оптических сигналов через волновой фильтр F1 (фиг.3, а-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 22 (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-F7 далее именуется мультиплексированным входом-выходом, вход-выход Y - первым демультиплексированным входом-выходом, вход-выход Z - вторым демультиплексированным входом-выходом.

В примерах 24-26, приведенных на фиг.3, ж, з и фиг.4, а, использованы все выводы фильтра F1.

Примеры 24 и 25 показывают возможность применения фильтра F1 для сопряжения однонаправленных линий передачи оптических сигналов с двунаправленными.

В примере 24 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 25 отличается от примера 24 направлениями передачи сигналов через выводы Х и W фильтра F1.

В примере 26 (фиг.4, а) 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 не полносвязный 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 27 (фиг.4, б) такие передачи осуществимы. Например, внешний источник сигнала, подаваемого на вход-выход Z фильтра F, желая передать сообщение в линию связи 28, 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 (27). 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.5, а) 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 29 к общей магистрали 30. 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 31 (фиг.5, б) предполагает наличие радиальных связей между концентратором и узлами 32 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 32 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.5, в) узлы 33 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.5, г). Внешне она напоминает рассмотренную ранее сеть с топологией типа "звезда" (фиг.5, б), но вместо концентратора 31 в ней применен коммутатор 34, соединенный с узлами 35. В отличие от концентратора, коммутатор 34 способен определенным образом объединять между собой оптические волокна, соединяющие его с узлами 35. Например, внутри коммутатора можно создать соединения, при которых сеть имеет кольцевую логическую структуру, аналогичную показанной на фиг.5, в. Стрелки 36 на фиг.5, г соответствуют маршрутам передачи пакетов между узлами 35. Как следует из приведенной схемы, передача пакетов между узлами 35 происходит, по существу, по стрелкам 37, как в сети с кольцевой топологией.

Изоляция и обход одного или нескольких неисправных или выключенных узлов 35 осуществляется соответствующей настройкой внутренних цепей коммутатора 34 и не затрагивает узлы сети и линии связи.

Коммутатор 38 [2] (фиг.5, д) содержит логические блоки 39, логический блок содержит внешний 40 и внутренние 41 входы-выходы, внешний вход-выход 40 логического блока 39 является входом-выходом соответствующего канала коммутатора и соединен с соответствующим узлом 42 сети. Внутренние входы-выходы 41 логических блоков 39 подключены к оптической коммутационной матрице 43.

Логические блоки 39 могут быть настроены на передачу сигналов между узлами 42 по кольцевой схеме, как было показано на фиг.5, г. Возможны настройки, обеспечивающие логическую изоляцию и обход неисправных или выключенных узлов 42 или линий связи с этими узлами.

Предлагаемый коммутатор, показанный на фиг.6, содержит восемь логических блоков 44-51, логический блок содержит первый - восьмой 52-59 входы-выходы, первый 52 вход-выход первого - восьмого 44-51 логических блоков является соответственно входом-выходом первого - восьмого каналов коммутатора.

Второй - четвертый 45-47, а также шестой - восьмой 49-51 логические блоки дополнительно содержат девятый вход-выход 60.

Второй - восьмой 53-59 входы-выходы первого логического блока 44 соединены соответственно со вторым входом-выходом 53 второго логического блока 45, с третьим входом-выходом 54 восьмого логического блока 51, с четвертым входом-выходом 55 третьего логического блока 46, с пятым входом-выходом 56 седьмого логического блока 50, с шестым входом-выходом 57 четвертого логического блока 47, с седьмым входом-выходом 58 шестого логического блока 49 и с восьмым входом-выходом 59 пятого логического блока 48.

Третий - девятый 54-60 входы-выходы второго логического блока 45 соединены соответственно с третьим входом-выходом 54 третьего логического блока 46, с четвертым входом-выходом 55 четвертого логического блока 47, с пятым входом-выходом 56 восьмого логического блока 51, с шестым входом-выходом 57 пятого логического блока 48, с седьмым входом-выходом 58 третьего логического блока 46, с восьмым входом-выходом 59 седьмого логического блока 50 и с девятым входом-выходом 60 шестого логического блока 49.

Второй 53, пятый 56, шестой 57, восьмой 59 и девятый 60 входы-выходы третьего логического блока 46 соединены соответственно со вторым входом-выходом 53 четвертого логического блока 47, с пятым входом-выходом 56 пятого логического блока 48, с шестым входом-выходом 57 шестого логического блока 49, с восьмым входом-выходом 59 восьмого логического блока 51 и с девятым входом-выходом 60 седьмого логического блока 50.

Третий 54, пятый 56, седьмой - девятый 58-60 входы-выходы четвертого логического блока 47 соединены соответственно с третьим входом-выходом 54 пятого логического блока 48, с пятым входом-выходом 56 шестого логического блока 49, с седьмым входом-выходом 58 седьмого логического блока 50, с восьмым входом-выходом 59 шестого логического блока 49 и с девятым входом-выходом 60 восьмого логического блока 51.

Второй 53, четвертый 55 и седьмой 58 входы-выходы пятого логического блока 48 соединены соответственно со вторым входом-выходом 53 шестого логического блока 49, с четвертым входом-выходом 55 седьмого логического блока 50 и с седьмым входом-выходом 58 восьмого логического блока 51.

Третий 54 и четвертый 55 входы-выходы шестого логического блока 49 соединены соответственно с третьим входом-выходом 54 седьмого логического блока 50 и с четвертым входом-выходом 55 восьмого логического блока 51.

Второй 53 и шестой 57 входы-выходы седьмого логического блока 50 соединены соответственно со вторым 53 и шестым 57 входами-выходами восьмого логического блока 51.

Первый - восьмой логические блоки 44-51 содержат первый - шестой волновые фильтры 61-66, второй - четвертый 45-47, а также шестой - восьмой 49-51 логические блоки дополнительно содержат седьмой волновой фильтр 67.

В первом - восьмом логических блоках 44-51 мультиплексированный вход-выход 68 первого волнового фильтра 61 является первым входом-выходом 52 соответствующего логического блока, первый 69 и второй 70 демультиплексированные входы-выходы первого волнового фильтра 61 соединены соответственно с мультиплексированными входами-выходами 71 и 72 второго 62 и третьего 63 волновых фильтров.

В первом - восьмом логических блоках 44-51 первый 73 и второй 74 демультиплексированные входы-выходы третьего волнового фильтра 63 соединены соответственно с мультиплексированными входами-выходами 75 и 76 пятого 65 и четвертого 64 волновых фильтров, второй демультиплексированный вход-выход 77 второго волнового фильтра 62 соединен с мультиплексированным входом-выходом 78 шестого волнового фильтра 66.

В первом - восьмом логических блоках 44-51 первый 79 и второй 80 демультиплексированные входы-выходы шестого волнового фильтра 66 соединены соответственно с седьмым 58 и шестым 57 входами-выходами соответствующего логического блока, первый 81 и второй 82 демультиплексированные входы-выходы пятого волнового фильтра 65 соединены соответственно с пятым 56 и четвертым 55 входами-выходами соответствующего логического блока, первый 83 и второй 84 демультиплексированные входы-выходы четвертого волнового фильтра 64 соединены соответственно с третьим 54 и вторым 53 входами-выходами соответствующего логического блока.

В первом 44 и пятом 48 логических блоках первый демультиплексированный вход-выход 85 второго волнового фильтра 62 соединен с восьмым входом-выходом 59 соответствующего логического блока.

Во втором - четвертом 45-47 и шестом - восьмом 49-51 логических блоках первый демультиплексированный вход-выход 85 второго волнового фильтра 62 соединен с мультиплексированным входом-выходом 86 седьмого волнового фильтра 67, первый 87 и второй 88 демультиплексированные входы-выходы которого соединены соответственно с девятым 60 и восьмым 59 входами-выходами соответствующего логического блока.

В первом - восьмом 44-51 логических блоках первые - третьи 61-63 волновые фильтры являются соответственно волновыми фильтрами F1-F3 первого - третьего типов, четвертый - шестой 64-66 волновые фильтры являются соответственно волновыми фильтрами F7 седьмого, F6 шестого и F5 пятого типов, во втором - четвертом 45-47 и шестом - восьмом 49-51 логических блоках седьмой волновой фильтр 67 является волновым фильтром F4 четвертого типа.

При включении коммутатора в компьютерную сеть ее узлы подключаются к входам-выходам 52 первого - восьмого логических блоков 44-51. Для удобства изложения на фиг.6 - 8 оптоволоконные каналы связи с узлами сети обозначены буквами А, В, С, ..., Н.

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. В общем случае число используемых длин волн не ограничивается шестнадцатью.

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

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

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

ТаблицаМаршрут передачи данныхДлины волн оптических сигналовА↔Вλ8, λ16А↔Сλ6, λ14A↔Dλ7, λ15А↔Еλ1, λ5, λ9, λ13A↔Fλ3, λ11A↔Gλ2, λ10А↔Нλ4, λ12В↔Сλ3, λ4, λ11, λ12B↔Dλ6, λ14В↔Еλ7, λ15B↔Fλ1, λ9B↔Gλ5, λ13В↔Нλ2, λ10C↔Dλ8, λ16С↔Еλ2, λ10C↔Fλ7, λ15C↔Gλ1, λ9С↔Нλ5, λ13D↔Eλ4, λ12D↔Fλ2, λ5, λ10, λ13D↔Gλ3, λ11D↔Hλ1, λ9E↔Fλ8, λ16E↔Gλ6, λ14E↔Hλ3, λ11F↔Gλ4, λ12F↔Hλ6, λ14G↔Hλ7, λ8, λ15, λ16

Из таблицы следует, что, например, для двунаправленной передачи пакетов данных между узлами сети, подключенными к каналам D и F коммутатора, можно воспользоваться сигналами с длинами волн λ2, λ5, λ10, λ13 - 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 или выключенных 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 восемь логических блоков. Логический блок содержит первый - восьмой входы-выходы. Первый вход-выход первого - восьмого логических блоков является соответственно входом-выходом первого - восьмого каналов коммутатора. Второй - четвертый, а также шестой - восьмой логические блоки дополнительно содержат девятый вход-выход. Второй - восьмой входы-выходы первого логического блока соединены соответственно со вторым входом-выходом второго логического блока, с третьим, с четвертым, с пятым, с шестым, с седьмым и с восьмым входами-выходамм пятого логического блока. Третий - девятый входы-выходы второго логического блока соединены соответственно с третьим, с четвертым, с пятым, с шестым, с седьмым, с восьмым и с девятым входами-выходами шестого логического блока. Технический результат - упрощение коммутатора оптических сигналов и расширение его функциональных возможностей. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Коммутатор оптических сигналов, содержащий восемь логических блоков, логический блок содержит первый - восьмой входы-выходы, первый вход-выход первого - восьмого логических блоков является соответственно входом-выходом первого - восьмого каналов коммутатора, отличающийся тем, что второй - четвертый, а также шестой - восьмой логические блоки дополнительно содержат девятый вход-выход, второй - восьмой входы-выходы первого логического блока соединены соответственно со вторым входом-выходом второго логического блока, с третьим входом-выходом восьмого логического блока, с четвертым входом-выходом третьего логического блока, с пятым входом-выходом седьмого логического блока, с шестым входом-выходом четвертого логического блока, с седьмым входом-выходом шестого логического блока и с восьмым входом-выходом пятого логического блока, третий - девятый 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 восьмого логического блока, с шестым входом-выходом пятого логического блока, с седьмым входом-выходом третьего логического блока, с восьмым входом-выходом седьмого логического блока и с девятым входом-выходом шестого логического блока, второй, пятый, шестой, восьмой и девятый входы-выходы третьего логического блока соединены соответственно со вторым входом-выходом четвертого логического блока, с пятым входом-выходом пятого логического блока, с шестым входом-выходом шестого логического блока, с восьмым входом-выходом восьмого логического блока и с девятым входом-выходом седьмого логического блока, третий, пятый, седьмой - девятый входы-выходы четвертого логического блока соединены соответственно с третьим входом-выходом пятого логического блока, с пятым входом-выходом шестого логического блока, с седьмым входом-выходом седьмого логического блока, с восьмым входом-выходом шестого логического блока и с девятым входом-выходом восьмого логического блока, второй, четвертый и седьмой входы-выходы пятого логического блока соединены соответственно со вторым входом-выходом шестого логического блока, с четвертым входом-выходом седьмого логического блока и с седьмым входом-выходом восьмого логического блока, третий и четвертый входы-выходы шестого логического блока соединены соответственно с третьим входом-выходом седьмого логического блока и с четвертым входом-выходом восьмого логического блока, второй и шестой входы-выходы седьмого логического блока соединены соответственно со вторым и шестым входами-выходами восьмого логического блока, первый - восьмой логические блоки содержат первый - шестой волновые фильтры, второй - четвертый, а также шестой - восьмой логические блоки дополнительно содержат седьмой волновой фильтр, в первом - восьмом логических блоках 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 и второй демультиплексированные входы-выходы третьего волнового фильтра соединены соответственно с мультиплексированными входами-выходами пятого и четвертого волновых фильтров, второй демультиплексированный вход-выход второго волнового фильтра соединен с мультиплексированным входом-выходом шестого волнового фильтра, первый и второй демультиплексированные входы-выходы шестого волнового фильтра соединены соответственно с седьмым и шестым входами-выходами соответствующего логического блока, первый и второй демультиплексированные входы-выходы пятого волнового фильтра соединены соответственно с пятым и четвертым входами-выходами соответствующего логического блока, первый и второй демультиплексированные входы-выходы четвертого волнового фильтра соединены соответственно с третьим и вторым входами-выходами соответствующего логического блока, в первом и пятом логических блоках первый демультиплексированный вход-выход второго волнового фильтра соединен с восьмым входом-выходом соответствующего логического блока, во втором - четвертом и шестом - восьмом логических блоках первый демультиплексированный вход-выход второго волнового фильтра соединен с мультиплексированным входом-выходом седьмого волнового фильтра, первый и второй демультиплексированные входы-выходы которого соединены соответственно с девятым и восьмым входами-выходами соответствующего логического блока, в первом - восьмом логических блоках первые - третьи волновые фильтры являются соответственно волновыми фильтрами первого - третьего типов, четвертый - шестой волновые фильтры являются соответственно волновыми фильтрами седьмого, шестого и пятого типов, во втором - четвертом и шестом - восьмом логических блоках седьмой волновой фильтр является волновым фильтром четвертого типа.2. Коммутатор оптических сигналов по п.1, отличающийся тем, что волновые фильтры первого - седьмого 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, ..., мультиплексированный вход-выход волнового фильтра шестого типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ2, λ6, λ10, ..., первый демультиплексированный вход-выход волнового фильтра шестого типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ2, λ10, ... и непрозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ6, λ14, ..., второй демультиплексированный вход-выход волнового фильтра шестого типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ6, λ14, ... и непрозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ2, λ10, ..., мультиплексированный вход-выход волнового фильтра седьмого типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ4, λ8, λ12, ..., первый демультиплексированный вход-выход волнового фильтра седьмого типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ4, λ12, ... и непрозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ8, λ16, ..., второй демультиплексированный вход-выход волнового фильтра седьмого типа прозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ8, λ16, ... и непрозрачен для оптических сигналов с длинами волн с номерами λ4, λ12 ...