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 четыре логических блока, логический блок содержит первый-третий входы-выходы, первый вход-выход первого-четвертого логических блоков является соответственно входом-выходом первого-четвертого 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 четыре логических блока, логический блок содержит первый-третий входы-выходы, первый вход-выход первого-четвертого логических блоков является соответственно входом-выходом первого-четвертого каналов коммутатора, в коммутатор дополнительно введены пятый и шестой логические блоки, содержащие первый-четвертый входы-выходы, второй вход-выход третьего логического блока соединен со вторым входом-выходом пятого логического блока, третий вход-выход которого соединен со вторым входом-выходом четвертого логического блока, третьи входы-выходы третьего и четвертого логических блоков являются соответственно первым и вторым входами-выходами расширения коммутатора оптических сигналов, первый и четвертый входы-выходы пятого логического блока соединены соответственно со вторыми входами-выходами первого и второго логических блоков, третьи входы-выходы первого и второго логических блоков соединены соответственно с первым и четвертым входами-выходами шестого логического блока, второй и третий входы-выходы которого являются соответственно третьим и четвертым входами-выходами расширения коммутатора оптических сигналов, первый-шестой логические блоки содержат соответственно первый-шестой волновые фильтры, в первом-шестом логических блоках первые мультиплексированные входы-выходы волновых фильтров являются первыми входами-выходами соответствующих логических блоков, первый и второй демультиплексированные входы-выходы волновых фильтров являются соответственно вторыми и третьими входами-выходами соответствующих логических блоков, в пятом и шестом логических блоках вторые мультиплексированные входы-выходы волновых фильтров являются четвертыми входами-выходами соответствующих логических блоков, первый-четвертый волновые фильтры являются волновыми фильтрами первого типа, пятый и шестой волновые фильтры являются соответственно волновыми фильтрами второго и третьего типов.

В предлагаемом коммутаторе оптических сигналов волновые фильтры первого-третьего 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, ..., первый и второй мультиплексированные входы-выходы волнового фильтра второго типа прозрачны 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, ..., первый и второй мультиплексированные входы-выходы волнового фильтра третьего типа прозрачны 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, ...

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.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 коммутатора оптических сигналов; на фиг.7, а - функциональная схема предлагаемого коммутатора оптических сигналов с их обозначениями при непосредственном включении коммутатора в сеть; на фиг.7, б - топология сети при включении коммутатора оптических сигналов согласно схеме на фиг.7, а; на фиг.8, а - функциональная схема предлагаемого коммутатора оптических сигналов с их обозначениями при включении коммутатора в сеть и наличии "прямых" перемычек между парами входов-выходов расширения; на фиг.8, б - топология сети при включении коммутатора оптических сигналов согласно схеме на фиг.8, а; на фиг.9, а - функциональная схема предлагаемого коммутатора оптических сигналов с их обозначениями при включении коммутатора в сеть и наличии "перекрестных" перемычек между парами входов-выходов расширения; на фиг.9, б - топология сети при включении коммутатора оптических сигналов согласно схеме на фиг.9, а. На фиг.10 представлен составной коммутатор оптических сигналов на основе двух предлагаемых устройств; на фиг.11 - варианты топологии сети при использовании составного коммутатора оптических сигналов согласно схеме на фиг.10. На фиг.12 представлен составной коммутатор оптических сигналов на основе трех предлагаемых устройств; на фиг.13 - один из множества вариантов топологии сети при использовании составного коммутатора оптических сигналов согласно схеме на фиг.12. На фиг.14 представлен один из множества вариантов топологии сети при использовании составного коммутатора оптических сигналов на основе четырех предлагаемых устройств.

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 и F3 (фильтр первого-третьего 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 и далее 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. Число используемых длин волн не ограничивается шестнадцатью.

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.

Примеры 10-15 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 14 (фиг.3, д), вход-выход Х фильтра F1 далее именуется мультиплексированным входом-выходом (либо первым мультиплексированным входом-выходом), вход-выход Y - первым демультиплексированным входом-выходом, вход-выход Z - вторым демультиплексированным входом-выходом фильтра. Аналогично входы-выходы Х и W фильтров F2 и F3 далее именуются соответственно первым и вторым мультиплексированными входами-выходами, вход-выход Y - первым демультиплексированным входом-выходом, вход-выход Z - вторым демультиплексированным входом-выходом.

В примерах 16-18, приведенных на фиг.3, ж, з и фиг.4, а, использованы все выводы фильтра F1.

Примеры 16 и 17 показывают возможность применения фильтра F1 для сопряжения однонаправленных линий передачи оптических сигналов с двунаправленными линиями.

В примере 16 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 17 отличается от примера 16 направлениями передачи сигналов через выводы Х и W фильтра F1.

В примере 18 (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 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. Однако при наличии устройства-посредника 19 (фиг.4, б) такие передачи осуществимы. Например, внешний источник сигнала, подаваемого на вход-выход Z фильтра F, желая передать сообщение в линию связи 20, 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 (19). 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 21 к общей магистрали 22. 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 23 (фиг.5, б) предполагает наличие радиальных связей между концентратором и узлами 24 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 24 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 25 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, однако, 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 23 в ней применен коммутатор 26, соединенный с узлами 27. В отличие от концентратора, коммутатор способен определенным образом объединять между собой оптические волокна, соединяющие его с узлами 27. Например, внутри коммутатора можно создать соединения, при которых сеть имеет кольцевую логическую структуру, аналогичную показанной на фиг.5, в. Стрелки 28 на фиг.5, г соответствуют маршрутам передачи пакетов между узлами 27. Как следует из приведенной схемы, передача пакетов между узлами 27 происходит, по существу, по стрелкам 39, как в сети с кольцевой топологией.

Изоляция и обход одного или нескольких неисправных или выключенных узлов 27 осуществляется соответствующей настройкой внутренних цепей коммутатора 26 и не затрагивает узлы сети и линии связи.

Коммутатор 30 [2] (фиг.5, д) содержит логические блоки 31, логический блок содержит внешний 32 и внутренние 33 входы-выходы, внешний вход-выход 32 логического блока 31 является входом-выходом соответствующего канала коммутатора и соединен с соответствующим узлом 34 сети. Внутренние входы-выходы 33 логических блоков 31 подключены к оптической коммутационной матрице 35.

Логические блоки 31 могут быть настроены на передачу сигналов между узлами 34 по кольцевой схеме, как было показано на фиг.5, г. Возможны настройки, обеспечивающие логическую изоляцию и обход неисправных или выключенных узлов 34 или линий связи с этими узлами.

Предлагаемый коммутатор 36 оптических сигналов, показанный на фиг.6, содержит четыре логических блока 37-40, логический блок содержит первый-третий 41-43 входы-выходы, первый вход-выход 41 первого-четвертого 37-40 логических блоков является соответственно входом-выходом первого-четвертого каналов 44-47 коммутатора.

Коммутатор 36 содержит также пятый 48 и шестой 49 логические блоки, содержащие первый-четвертый 50-53 входы-выходы, второй вход-выход 42 третьего логического блока 39 соединен со вторым входом-выходом 51 пятого логического блока 48, третий вход-выход 52 которого соединен со вторым входом-выходом 42 четвертого логического блока 40. Третьи входы-выходы 43 третьего 39 и четвертого 40 логических блоков являются соответственно первым 54 и вторым 55 входами-выходами расширения коммутатора 36 оптических сигналов. Первый 50 и четвертый 53 входы-выходы пятого логического блока 48 соединены соответственно со вторыми входами-выходами 42 первого 37 и второго 38 логических блоков, третьи входы-выходы 43 первого 37 и второго 38 логических блоков соединены соответственно с первым 50 и четвертым 53 входами-выходами шестого логического блока 49, второй 51 и третий 52 входы-выходы которого являются соответственно третьим 56 и четвертым 57 входами-выходами расширения коммутатора 36 оптических сигналов.

Все внутренние и внешние соединения коммутатора 36 выполнены оптическими (например, оптоволоконными) связями.

Первый-шестой 37-40, 48, 49 логические блоки содержат соответственно первый-шестой волновые фильтры, в первом-шестом логических блоках первые мультиплексированные входы-выходы Х волновых фильтров являются первыми входами-выходами 41, 50 соответствующих логических блоков, первый Y и второй Z демультиплексированные входы-выходы этих волновых фильтров являются соответственно вторыми 42, 51 и третьими 43, 52 входами-выходами соответствующих логических блоков, в пятом 48 и шестом 49 логических блоках вторые мультиплексированные входы-выходы W волновых фильтров являются четвертыми входами-выходами 53 соответствующих логических блоков, первый-четвертый волновые фильтры, размещенные соответственно в логических блоках 37-40, являются волновыми фильтрами F1 первого типа (см. фиг.2, а), пятый и шестой волновые фильтры, размещенные соответственно в логических блоках 48 и 49, являются волновыми фильтрами F2 и F3 второго и третьего типов (см. фиг.2, б).

В коммутаторе 36 направления передачи оптических сигналов между его внешними входами-выходами зависят от длин волн этих сигналов. Коммутатор 36 представляет собой наращиваемый модуль, на основе которого можно строить более сложные коммутирующие устройства с числом каналов, ограниченным только их конструктивными особенностями. Например, число каналов может достигать нескольких сотен.

Для удобства описания функционирования коммутатора 36 и более сложных структур на его основе далее приняты сокращенные обозначения подмножеств группы сигналов λ1, λ2, λ3, ..., λ16, поступающих в заданную точку устройства из канала J (J - обобщенное обозначение имени канала) в соответствии со следующей таблицей.

ТаблицаПодмножество группы сигналов λ1, λ2, λ3,..., λ16, поступающих в заданную точку устройства из канала JКраткое обозначение подмножестваλ1, λ2, λ3, ..., λ16J123λ1, λ3, λ5, ..., λ15J135λ1, λ5, λ9, λ13J15λ3, λ7, λ11, λ15J37λ2, λ4, λ6, ..., λ16J246λ2, λ6, λ10, λ14J26λ4, λ8, λ12, λ16J48

Коммутатор оптических сигналов 36 в простейшем случае можно рассматривать как функционально законченное устройство (фиг.7, а). При его использовании в компьютерной сети ее узлы А-D подключаются к входам-выходам соответствующих каналов 44-47. Узлы К и L, а также узлы М и N подключаются соответственно к входам-выходам расширения 56, 57 и 54, 55.

Граф двунаправленных соединений между узлами сети представлен на фиг.7, б. Цифры, помеченные символами "#", показывают число длин волн, на которых может осуществляться связь между соответствующими узлами сети. Так, для связи между узлами А и К используются четыре длины волны: λ2, λ6, λ10, λ14. В этом можно убедиться, прослеживая путь от канала А к каналу К или в обратном направлении.

Проследим путь сигналов из канала А в канал К. Из канала (узла сети) А на вход Х фильтра F1 логического блока 37 поступают сигналы с длинами волн λ1-λ16, что соответствует краткому обозначению А123. Половина этих сигналов, имеющих длины волн λ2, λ4, λ6, ... λ16 (см. обозначение А246) проходит с выхода 43 фильтра F1 на вход Х 50 фильтра F3. В свою очередь, половина сигналов λ2, λ4, λ6, ... λ16, а именно сигналы λ2, λ6, λ10, λ14 (см. обозначение А26) проходит в канал К.

Канал К оперирует восемью двунаправленными сигналами. Группа сигналов К246 поступает из узла сети на вход 56 блока 36, ее часть К26 проходит через фильтры F3 и F1 логических блоков 49 и 37 в канал А (вход-выход 44).

В структурах, приведенных на последующих рисунках, прослеживание прохождения сигналов выполняется аналогично в соответствии с указателями-транспарантами, на которых приведены сокращенные обозначения подмножеств имеющихся в данных точках сигналов.

В схеме, показанной на фиг.8, а, входы-выходы расширения 54 и 56, а также 55 и 57 попарно объединены. Узлы сети, подключенные к каналам А-D, образуют кольцо (фиг.8, б). Для передачи данных между любыми двумя соседними узлами кольца используются 8 двунаправленных (16 однонаправленных) сигналов.

Схема, приведенная на фиг.9, а, отличается от предыдущей (фиг.8, а) тем, что входы-выходы расширения коммутатора 36 соединены между собой по-иному: точка 54 соединена с точкой 57, а точка 55 - с точкой 56. Топология сети осталась неизменной (сравните фиг.9, б с фиг.8, б), однако распределение длин волн по связям между узлами стало иным. Например, в схеме, показанной на фиг.8, а, для двунаправленной передачи данных между узлами (каналами) А и D использовался, в частности, сигнал с длиной волны λ12. В схеме, показанной на фиг.9, а, эта длина волны используется для двунаправленной передачи данных между узлами (каналами) А и С.

В схеме, показанной на фиг.10, два коммутатора 36 объединены по входам-выходам расширения (точки 54 и 55 каждого коммутатора 36 соединены соответственно с точками 56 и 57 соседнего коммутатора), в результате получен составной 8-канальный коммутатор.

Этот составной коммутатор реализует несколько десятков различных вариантов соединений между восемью узлами (каналами): А-D; А*-D*. Примеры соединений приведены на фиг.11 в виде последовательностей символов в столбцах таблицы. Так, левый верхний левый столбец 58 отображает следующий двунаправленный замкнутый в кольцо путь между узлами сети: А-С-А*-С*-В-D-В*-D*-А. Этот путь соответствует кольцевой структуре 59.

В равной мере с помощью составного 8-канального коммутатора (фиг.10) реализуются все остальные перечисленные в таблице кольцевые структуры, в частности приведенные для наглядности структуры 60-62, соответствующие столбцам 63-65.

Обилие вариантов возможных кольцевых структур позволит строить адаптивные сети, в которых на основе мониторинга графика структура выбранного в текущем интервале времени кольца оптимальна по отношению к имеющимся на данный момент потокам данных.

Идея оптимизации в общем виде состоит в следующем. Предположим, что в структуре 59 (фиг.11) в некоторый период времени наблюдается пересылка значительного объема данных между узлами А и D. Эти узлы расположены достаточно далеко друг от друга, поэтому поток данных вынужден проходить через узлы D* и В*, как показано на рисунке утолщенной линией. Если "мгновенно" перейти к структуре 60, то узлы А и D оказываются расположенными рядом, что повышает эффективность передачи данных по сети, так как исключаются "бесполезная" пересылка потока данных через узлы D* и В*. Переход от одной структуры к другой происходит "без ведома" коммутатора на уровне программного обеспечения сети.

В схеме, показанной на фиг.12, применены три предлагаемых оптических коммутатора 36. Для объединения этих коммутаторов, как и на предыдущей схеме (фиг.10), использованы соответствующие связи между входами-выходами расширения 54-57. Здесь также имеется множество альтернативных вариантов построения кольцевых структур, один из которых показан на фиг.13.

Число объединяемых коммутаторов 36 можно увеличивать и далее. При этом не происходит накопления затухания сигнала, так как независимо от общей конфигурации сети каждый узел (канал) связан только с четырьмя другими, а регенерация сигнала осуществляется в каждом узле сети.

На фиг.14 представлен один из множества вариантов структуры сети на основе составного оптического коммутатора, содержащего четыре предлагаемых устройства 36, объединенных по входам расширения 54-57 (схема составного 16-канального коммутатора строится по аналогии с рассмотренными ранее, см. фиг.10, фиг.12, и здесь не приводится).

Возможны и иные схемы составных коммутаторов на основе предлагаемого коммутатора 36, что дополнительно расширяет функциональные возможности сетей, где они применяются.

Применение предлагаемого коммутатора оптических сигналов позволяет упростить построение сетей с логической структурой типа "кольцо" и топологией типа "звезда". Благодаря значительному числу альтернативных вариантов построения кольцевых структур, появляется возможность построения сетей с возможностью адаптации к трафику. 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 (фиг.5).

2. Патент США №6134357 (фиг.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 четыре логических блока, логический блок содержит первый-третий входы-выходы. Первый вход-выход первого-четвертого логических блоков является соответственно входом-выходом первого-четвертого каналов коммутатора. Пятый и шестой логические блоки содержат первый-четвертый входы-выходы. Второй вход-выход третьего логического блока соединен со вторым входом-выходом пятого логического блока. Третий вход-выход которого соединен со вторым входом-выходом четвертого логического блока. Третьи входы-выходы третьего и четвертого логических блоков являются соответственно первым и вторым входами-выходами расширения коммутатора оптических сигналов. Первый и четвертый входы-выходы пятого логического блока соединены соответственно со вторыми входами-выходами первого и второго логических блоков. Третьи входы-выходы первого и второго логических блоков соединены соответственно с первым и четвертым входами-выходами шестого логического блока. Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, - упрощение коммутатора оптических сигналов и расширение его функциональных возможностей. 1 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Коммутатор оптических сигналов, содержащий четыре логических блока, логический блок содержит первый - третий входы-выходы, первый вход-выход первого - четвертого логических блоков является соответственно входом-выходом первого - четвертого каналов коммутатора, отличающийся тем, что в него дополнительно введены пятый и шестой логические блоки, содержащие первый - четвертый входы-выходы, второй вход-выход третьего логического блока соединен со вторым входом-выходом пятого логического блока, третий вход-выход которого соединен со вторым входом-выходом четвертого логического блока, третьи входы-выходы третьего и четвертого логических блоков являются соответственно первым и вторым входами-выходами расширения коммутатора оптических сигналов, первый и четвертый входы-выходы пятого логического блока соединены соответственно со вторыми входами-выходами первого и второго логических блоков, третьи входы-выходы первого и второго логических блоков соединены соответственно с первым и четвертым входами-выходами шестого логического блока, второй и третий входы-выходы которого являются соответственно третьим и четвертым входами-выходами расширения коммутатора оптических сигналов, первый - шестой логические блоки содержат соответственно первый - шестой волновые фильтры, в первом - шестом логических блоках первые мультиплексированные входы-выходы волновых фильтров являются первыми входами-выходами соответствующих логических блоков, первый и второй демультиплексированные входы-выходы волновых фильтров являются соответственно вторыми и третьими входами-выходами соответствующих логических блоков, в пятом и шестом логических блоках вторые мультиплексированные входы-выходы волновых фильтров являются четвертыми входами-выходами соответствующих логических блоков, первый - четвертый волновые фильтры являются волновыми фильтрами первого типа, пятый и шестой волновые фильтры являются соответственно волновыми фильтрами второго и третьего типов.2. Коммутатор оптических сигналов по п.1, отличающийся тем, что волновые фильтры первого - третьего 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, ..., первый и второй мультиплексированные входы-выходы волнового фильтра второго типа прозрачны 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, ..., первый и второй мультиплексированные входы-выходы волнового фильтра третьего типа прозрачны 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, ....