DE69731141T2

DE69731141T2 - ATM-Vermittlungsstelle

Info

Publication number: DE69731141T2
Application number: DE1997631141
Authority: DE
Inventors: Naoaki Kokubunji-shi Yamanaka; Kohei Iruma-shi Shiomoto; Eiji Kodaira-shi Oki; Seisho Suginami-ku Yasukawa
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1996-05-09
Filing date: 1997-05-06
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2017-05-07
Also published as: EP0808045A2; US5892604A; EP0808045A3; JP3036586B2; JPH10154986A; DE69731141D1; CA2204798A1; EP0808045B1; CA2204798C

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird für die ATM-Übertragung verwendet. Sie betrifft dabei eine Technik, mit der sich das Anlegen interner Link-Verbindungen eines ATM-Koppelfelds vereinfachen lässt. Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Technik zum Aufbau einer ATM-Vermittlung bzw. eines ATM-Koppelfeldes unter Verwendung optischer Elemente sowie eine Technik des Umgangs mit Konzentrationen (Lokalisierungen) des Verkehrs.
Die 16–18 zeigen ein herkömmliches ATM-Koppelfeld. Dabei zeigt die 16 die Anordnung eines 4 × 4-Grund-Koppelfelds (m Eingänge und n Ausgänge werden als "m × n" dargestellt), die 17 die Details der Anordnung eines Koppelpunkts im Grund-Koppelfeld und die 18 den Aufbau eines 16 × 16-ATM-Koppelfelds unter Verwendung von acht 4 × 4-Grund-Koppelfeldern. Das ATM-Koppelfeld is ausführlich in "Illustrated Standard ATM Textbook", ASCII Shuppansha beschrieben.
Der Aufbau des Grund-Koppelfelds sei anhand der 16 und 17 beschrieben und dabei auf ein Grund-Koppelfeld mit Eingangspuffer eingegangen. Dieses Grund-Koppelfeld weist die Eingangspuffer 51-1 bis 51-4 zur zeitweiligen Speicherung ankommender Pakete (Zellen), einen Controller 52 zur Abwehr der Paketkonzentration sowie Koppelpunkte 53 zur Übergabe von ATM-Paket-Ausgangssignalen von den Eingangspuffern 51-1 bis 51-4 an die Ziel-Ausgänge und die Ausgangs-Highways 54-1 bis 54-4 auf, an die die ATM-Pakete übergeben werden. Der Controller 52 kommuniziert so mit den jeweiligen Eingangspuffern 51-1 bis 51-4, dass eine Paketübertragung möglich ist, bei der Pakete aus den Eingangspuffern 51-1 bis 51-4 nie an den gleichen Ausgangs-Highway übergeben werden. Der Koppelpunkt 53 hat ein Adressfilter AF (vergl. 17) und gibt auf Grund der Information im Kopf eines Eingangspakets dieses an den entsprechenden der Ausgangs-Highways 54-1 bis 54-4 weiter.
Das herkömmliche ATM-Koppelfeld wird mit einer Vielzahl von Grundfeldern gem. 16, 17 aufgebaut. Die 18 zeigt ein 16 × 16-ATM-Koppelfeld aus acht 4 × 4-Grund-Koppelfeldern 71 bis 78. Die Grund-Koppelfelder 71 bis 74 sind über Link-Verbindungen einzeln mit den Grund-Koppelfeldern 75 bis 78 verbunden, so dass ein Paket von einer beliebigen Eingangs- auf eine beliebige Ausgangsleitung übertragbar ist.
Soll das ATM-Koppelfeld aus einer Vielzahl von Grund-Koppelfeldern aufgebaut werden, ist eine große Anzahl von Links erforderlich. Zusätzlich sind die zum Verbinden dienenden Drähte miteinander verworren, so dass der Aufbau kompliziert wird. Im Beispiel der 18 sind Links erforderlich. Ein reales ATM-Großkoppelfeld benötigt mehrere Dutzend oder mehrere hundert Grund-Koppelfelder; die Anzahl der Link-Verbindungen zwischen ihnen ist enorm.
Die Links werden mit Lichtwellenleitern ausgeführt. Das Anlegen von Drahtverbindungen ist zeitraubend. Desgl. lässt der Prüfaufwand zum Verhindern fehlerhafter Verbindungen die Kosten und die Arbeitszeit wachsen. Bei jedesmaliger Zu-/Abnahme der Anzahl der Grund-Koppelfelder müssen die Verbindungen zwischen Drahtleitungen für alle Grund-Koppelfelder geändert werden, so dass die Freiheit zum Ändern der Anzahl der Grund-Koppelfelder sehr begrenzt ist.
Konzentriert sich der Verkehr in Pfaden vom Grund-Koppelfeld 71 zum Grund-Koppelfeld 75 und vom Grund-Koppelfeld 72 zum Grund-Koppelfeld 76, werden die sie verbindenden Links überlastet. Diese Situation ist in 19 an Hand des 16 × 16-ATM-Koppelfelds dargestellt. Dabei wird der Durchsatz des Koppelfelds stark beeinträchtigt.
Der Aufsatz "A flexible terabit/s ATM switch with photonic switching" von Magnus Buhrgard in Proceedings of the International Switching Symposium Berlin, VDE Verlag, vol. Symposium 15, 1995, Seiten 442–446, enthält einen Vorschlag, bei dem die Links zwischen den Ein- und Ausgangsstufen eines ATM-Koppelfelds durch photonische Koppelfelder ersetzt werden. Das photonische Koppelfeld ist bei Bedarf umkonfigurierbar, um die Linkkonfiguration zu ändern, braucht aber keine individuellen ATM-Pakete zu schalten. Dadurch wird die niedrige Schaltgeschwindigkeit vorhandener optischer Verschaltungen (OIC, "optical interconnects") überwunden. Das in diesem Aufsatz offenbarte ATM-Koppelfeld ist dreistufig. Die erste Stufe ist ein elektronischer Schalter mit einer Vielzahl von Eingangsleitungen, die zweite Stufe das photonische Koppelfeld, das als Koppelpunkt ("crossconnect") arbeitet, und die dritte Stufe eine Vielzahl von elektronischen Schaltern, die an Ausgangsleitungen gelegt sind. Um den Hardware-Aufwand innerhalb der photonischen Schaltanordnung gering zu halten, wird vorgeschlagen, im Wellenlängenmultiplex zu arbeiten. In diesem Fall sind an den Elektronik/Optik-Schnittstellen geeignete Wellenlängenmultiplex-Sender und -Empfänger vorgesehen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist ein ATM-Koppelfeld, das einen flexiblen Umgang mit einer Zu-/Abnahme der Anzahl der Ein-/Ausgangsleitungen ermöglicht.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein ATM-Koppelfeld, das die herkömmliche komplexe Link-Verbindung aufzulösen gestattet, um den Hardware-Aufwand zu verringern.
Ein noch anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein ATM-Koppelfeld, das Verkehrskonzentrationen in den jeweiligen Leitungen auflösen kann.
Nach einem weiteren Ziel der vorliegenden Erfindung soll diese ein ATM-Koppelfeld bereit stellen, das für ATM-Koppelfeld-Großstrukturen anwendbar ist.
Um diese Ziele der vorliegenden Erfindung zu erreichen, stellt sie ein ATM-Koppelfeld bereit, mit dem sich Pakete (Zellen) aus einer Vielzahl von Eingangsleitungen auf eine Vielzahl von Ausgangsleitungen verteilen lassen und das eine Vielzahl von Eingangseinheiten, an die die Vielzahl von Eingangsleitungen gelegt ist, eine Vielzahl von Ausgangseinheiten, an die die Vielzahl von Ausgangsleitungen gelegt ist, sowie eine Wellenlängenverschiebeeinrichtung aufweist, die zwischen die Eingangs- und die Ausgangseinheiten gelegt ist, um optische Signale unterschiedlicher Wellenlängen, die in der Vielzahl von optischen Wellenlängenmultiplexsignalen aus den Eingangseinheiten vorliegen, inden Wellenlängen zu verschieben und die optischen Signale im Wellenlängenmultiplex auszugeben, wobei jede der Eingangseinheiten ein eingangsseitiges Grund-Koppelfeld zum Verteilen von N Paketen (N eine positive ganze Zahl), die an eine Vielzahl von Eingangsanschlüssen gelegt sind, auf N Leitungen, elektrooptische Wandlereinrichtungen, mit denen die auf die N Leitungen verteilten Pakete zu optischen Signalen unterschiedlicher Wellenlängen in Leitungseinheiten umwandelbar sind, und einen Multiplexer aufweist, mit dem die in Leitungseinheiten umgewandelten optischen Signale zu einem einzigen optischen Wellenlängenmultiplexsignal umwandelbar sind, und wobei die Ausgangseinheiten jeweils einen Demultiplexer, mit dem die optischen Wellenlängenmultiplexsignale, die durch Wellenlängenmultiplexen der optischen Signale mit N Wellenlängen erhalten wurden, in Wellenlängeneinheiten demultiplexierbar sind, eine optoelektronische Wandlereinrichtung, mit der die Ausgangssignale des Demultiplexers zu elektrischen Signalen umwandelbar sind, und ein ausgangsseitiges Grund-Koppelfeld aufweisen, mit dem sich die zu elektrischen Signalen umgewandelten Pakete auf eine Vielzahl von Ausgangsanschlüssen verteilen lassen.
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Grund-Koppelfelder über im Wellenlängenmultiplex arbeitende Links so verbunden sind, dass sie über Wellenlängenverschiebeeinrichtungen zum Verteilen von Signalen aus den jeweiligen Multiplex-Links in Wellenlängeneinheiten verknüpft sind. Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich vom Stand der Technik dahingehend, dass das Wellenlängenmultiplexieren die Anzahl der Links verringert, dass das ausgangsseitige Grund-Koppelfeld in Wellenlängeneinheiten ausgewählt wird und dass jeweils ein ausgangsseitiges mit den zugehörigen eingangsseitigen Grund-Koppelfeldern über Links mit unterschiedlichen Wellenlängen verbunden wird.
Weiterhin ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass einige Ausgänge der Ausgangseinheiten mit den entsprechenden Eingängen der Eingangseinheiten verbunden werden oder dass einige Ausgänge einer bestimmten Eingangseinheit mit Eingängen einer anderen Eingangseinheit so verbunden werden, dass sich Umgehungs- bzw. Beipasspfade zum Vermeiden von Überlastungszuständen anlegen lassen.
Insbesondere ist der erste wesentliche Punkt der vorliegenden Erfindung ein ATM-Koppelfeld zum Verteilen von auf einer Vielzahl von Eingangsleitungen ankommenden Paketen auf eine Vielzahl von Ausgangsleitungen.
Erfindungsgemäß wird ein ATM-Koppelfeld bereit gestellt, das eine Vielzahl von Eingangseinheiten, die mit der Vielzahl von Eingangsleitungen verbunden sind, eine Vielzahl von Ausgangseinheiten, die mit der Vielzahl der Ausgangsleitungen verbunden sind, wobei die Eingangseinheiten jeweils ein eingangsseitiges Grund-Koppelfeld zum Verteilen von auf eine Vielzahl von Eingängen gegebenen Paketen auf N Leitungen, elektrooptische Wandlereinrichtungen, mit denen die auf die N Leitungen verteilten Pakete zu optischen Signalen unterschiedlicher Wellenlängen in Leitungseinheiten umwandelbar sind, und einen Multiplexer aufweisen, mit dem die zu Leitungs einheiten umgewandelten optischen Signale zu einem optischen Wellenlängenmultiplexsignal multiplexierbar sind, und wobei die Ausgangseinheiten jeweils einen Demultiplexer, mit dem das durch Wellenlängenmultiplexieren der optischen Signale mit N Wellenlängen erhaltenenen optischen Wellenlängenmultiplexsignals in Wellenlängeneinheiten demultiplexierbar ist, optoelektrische Wandlereinrichtungen, mit denen die Ausgangssignale des Demultiplexers zu entsprechenden elektrischen Signalen umwandelbar sind, ein ausgangsseitiges Grund-Koppelfeld, mit dem die zu elektrischen Signalen umgewandelten Pakete auf eine Vielzahl von Ausgängen verteilbar sind, sowie eine Wellenlängenverschiebeeinrichtung aufweisen, die zwischen den Ein- und den Ausgangseinheiten angeordnet ist und mit der die von den Eingangseinheiten ankommenden optischen Signale unterschiedlicher Wellenlängen in einer Vielzahl optischer Wellenlängenmultiplexsignalen in den Wellenlängen verschiebbar und die optischen Wellenlängenmultiplexsignale ausgebbar sind.
Vorzugsweise weist die Wellenlängenverschiebeeinrichtung einen Barrelshifter auf, der ein optisches Signal p-ter Wellenlänge (p = 0, 1, 2, ..., (N – 1)) in einem n-ten optischen Wellenlängenmultiplexsignal (n = 0, 1, 2, ..., (Anzahl der Eingangseinheiten – 1)) an den (n + p)-ten Ausgang und das optische Signal an den Ausgang einer Ordnungszahl gibt, die man erhält, indem man die Anzahl der Ausgangseinheiten von (n + p) subtrahiert, wenn (n + p) gleich oder größer ist als die Anzahl der Ausgangseinheiten.
Bei diese Anordnung lassen die aus der Vielzahl von Eingangsleitungen ankommenden Pakete sich auf in Wellenlängeneinheiten bestimmte Ausgangsleitungen verteilen. Durch die Anwendung einer Wellenlängenverschiebeeinrichtung wie bspw. eines Barrelshifters können komplexe Verschaltungen entfallen und lässt die Freiheit beim Vergrößern/Verkleinern der Anzahl von Leitungen sich erweitern. Insbesondere ist ein ausgangsseitiges mit den entsprechenden eingangsseitigen Grund-Koppelfeldern – von diesem ausgangsseitigen Grund-Koppelfeld aus gesehen – über Links unterschiedlicher Wellenlängen verbunden.
Die Anzahl der Eingangseinheiten lässt sich gleich der der Ausgangseinheiten machen. Die Anzahl der Ein- oder der Ausgangseinheiten ist willkürlich festlegbar. Dadurch lassen die ATM-Koppelfelder sich mit hoher Entwurfsfreiheit realisieren.
Zwischen den Multiplexer-Ausgängen und der Wellenlängenverschiebeeinrichtung und zwischen der Wellenlängenverschiebeeinrichtung und den Demultiplexer-Eingängen sind vorzugsweise Wellenlängenmultiplex-Links angeordnet. Mit dieser Anordnung lässt die Anzahl der Links zum/vom Ein-/Ausgang der Wellenlängenverschiebeeinrichtungen sich verringern und so ein ATM-Koppelfeld ohne komplexe Verbindungen realisieren. Die Anzahl der Grund-Koppelfelder lässt sich problemlos ändern, indem man die Anzahl der Links zum/vom Ein-/Ausgang der Wellenlängenverschiebbeinrichtung erhöht/vermindert. Insbesondere lässt die Anzahl der Grund-Koppelfelder sich problemlos ändern, indem man nicht die Anzahl der Ausgänge der Grund-Koppelfelder, sondern die Anzahl der Links zum/vom Ein-/Ausgang der Wellenlängenverschiebeeinrichtung entsprechend der Anzahl der Grund-Koppelfelder selbst ändert.
Mindestens einige der Eingänge der Vielzahl der Eingangseinheiten können mit den Leitungen beliebiger Pfade von anderen Eingangseinheiten zu der Vielzahl von Ausgangseinheiten verbunden sein. Bei dieser Anordnung lässt sich eine Vielzahl von Routen über Rückführpfade zur Übergabe eines Pakets von einer bestimmten Eingangs- an eine bestimmte Ausgangsleitung auswählen. Im Fall einer Verkehrskonzentration lässt sich so ein Beipasspfad herstellen, mit dem man die Konzentration auflösen kann.
Um einfache und regelmäßige Verbindungen zu erhalten, sind mindestens einige Ausgänge jedes ausgangsseitigen Grund-Koppelfelds vorzugsweise mit den Eingängen eines dem ausgangsseitigen entsprechenden eingangsseitigen Grund-Koppelfeldes verbunden. Alternativ kann man mindestens einige Ausgänge jedes eingangsseitigen Grund-Koppelfeldes mit den Eingängen des eingangsseitigen Grund-Koppelfeldes einer anderen Eingangseinheit verbinden.
Alternativ kann man für eine Kombination mindestens einer Eingangseinheit und einer dieser entsprechenden Ausgangseinheit die Ausgänge der Ausgangseinheit mit den Eingängen der Eingangseinheit verbinden. Die Kombination einer Ein- mit einer dieser entsprechenden Ausgangseinheit ist für die Bildung von Beipasspfaden spezialisiert; die verbleibenden Eingangs- und Ausgangseinheiten können in der Grundanordnung vorliegen. Mit dieser Anordnung lässt die Freiheit beim Erhöhen/Verringern der Anzahl der Ein-/Ausgangsleitungen sich erweitern.
Es lassen sich elektrooptische Wandlereinrichtungen zum Umwandeln von Paketen zu optischen Signalen unterschiedlicher Wellenlängen in Eingangseinheiten sowie ein Multiplexer zum Multiplexen der zu Eingangseinheiten gewandelten optischen Signale zu einem einzigen optischen Wellenlängenmultiplexsignal anordnen. Der Multiplexer ist an den Eingang der Wellenlängenverschiebeeinrichtung gelegt. Die Vielzahl der Ausgangseinheiten kann mindestens eine Ausgangseinheit enthalten, deren Ausgänge mit den Eingängen der elektrooptischen Wandler verbunden sind. Mit dieser Anordnung lässt sich in der oben genannten spezialisierten Anordnung die den Eingangseinheiten entsprechende Anordnung vereinfachen.
Das zweite Wesentliche der vorliegenden Erfindung ist ein ATM-Großkoppelfeld, bei dem mehrere der oben genannten ATM-Koppelfelder miteinander verbunden sind.
Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein ATM-Großkoppelfeld bereit gestellt, das mehrfach verbundene ATM-Koppelfelder aufweist, wobei ein ATM-Koppelfeld in einer ersten Stufe eine Vielzahl von Ein gangseinheiten, die jeweils mit einer Vielzahl von Eingangsleitungen verbunden sind, eine Vielzahl von Ausgangseinheiten, die jeweils mit einer Vielzahl von Ausgangsleitungen verbunden sind, sowie Wellenlängenverschiebeeinrichtungen zwischen den Ein- und den Ausgangseinheiten aufweist, mit der optische Signale unterschiedlicher Wellenlängen in einer Vielzahl von optischen Wellenlängenmultiplexsignalen aus den Eingangseinheiten in den Wellenlängen verschiebbar und die optischen Wellenlängenmultiplexsignale ausgebbar sind,
wobei die Eingangseinheiten jeweils ein eingangsseitiges Grund-Koppelfeld zum Verteilen von N Paketen (N eine positive ganze Zahl), die jeweils auf eine Vielzahl von Eingangsleitungen gegeben werden, auf N Leitungen, elektrooptische Wandlereinrichtungen, mit denen die auf die N Leitungen verteilten Pakete zu optischen Signalen unterschiedlicher Wellenlängen in Leitungseinheiten umwandelbar sind, sowie einen Multiplexer aufweist, mit dem die zu Leitungseinheiten umgewandelten optischen Signale zu einem einzigen optischen Wellenlängenmultiplexsignal multiplexierbar sind,
wobei die Ausgangseinheiten jeweils einen Demultiplexer, mit dem die durch Wellenlängenmultiplexieren erhaltenen optischen Signale mit N Wellenlängen in Wellenlängeneinheiten demultiplexierbar sind, optoelektrische Wandlereinrichtungen, mit denen die Ausgangssignale des Demultiplexers zu entsprechenden elektrischen Signalen umwandelbar sind, und ein ausgangsseitiges Grundfeld aufweisen, mit dem die zu den elektrischen Signale umgewandelten Pakete auf eine Vielzahl von Ausgängen verteilbar sind,
wobei die ATM-Koppelfelder in nachfolgenden Stufen jeweils eine Vielzahl von Eingangseinheiten, die jeweils mit einer Vielzahl von Eingangsleitungen verbunden sind, eine Vielzahl von Ausgangseinheiten, die jeweils mit einer Vielzahl von Ausgangsleitungen verbunden sind, und eine zwischen den Eingangs- und den Ausgangseinheiten angeordnete Wellenlängenverschiebeeinrichtung aufweisen, mit der optische Signale unterschiedlicher Wellenlängen in einer Vielzahl von optischen Wellenlängenmultiplexsignalen aus den Eingangseinheiten in den Wellenlängen verschiebbar und die optischen Wellenlängenmultiplexsignale ausgebbar sind,
wobei die Eingangseinheiten der ATM-Koppelfelder in den nachfolgenden Stufen jeweils eine elektrooptische Wandlereinrichtung, mit der Ausgangssignale aus den Ausgangseinheiten des ATM-Koppelfeldes der vorgehenden Stufe zu optischen Signalen unterschiedlicher Wellenlängen in Leitungseinheiten umwandelbar sind, und einen Multiplexer aufweisen, mit dem die zu Leitungseinheiten umgewandelten optischen Signale zu einem optischen Wellenlängenmultiplexsignal multiplexierbar sind, und
wobei die Ausgangseinheiten der ATM-Koppelfelder der nachfolgenden Stufen jeweils einen Demultiplexer, mit dem das durch Wellenlängenmultiplexen der optischen Signale mit N Wellenlängen erhaltene optische Wellenlängenmultiplexsignal zu Wellenlängeneinheiten demultiplexierbar ist, optoelektrische Wandlereinrichtungen, mit denen die Ausgangssignale des Demultiplexers zu entsprechenden elektrischen Signalen umwandelbar sind, sowie ein ausgangsseitiges Grund-Koppelfeld aufweist, mit dem die zu den elektrischen Signalen umgewandelten Signale auf eine Vielzahl von Ausgängen verteilbar sind;
wobei die Wellelnlängenverschiebeeinrichtung einen Barrelshifter aufweist, der ein optisches Signal mit einer p-ten Wellenlänge (p = 0, 1, 2, ..., (N – 1)) in einem n-ten optischen Wellenlängenmultiplexsignal (n = 0, 1, 2, ..., (Anzahl der Eingangseinheiten – 1)) auf einen (n + p)-ten Ausgang verteilt und das optische Signal auf einen Ausgang einer Ordnungszahl verteilt, den man erhält, indem man die Anzahl der Ausgangseinheiten von (n + p) subtrahiert, wenn (n + p) nicht kleiner ist als die Anzahl der Ausgangseinheiten.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockschaltbild eines ATM-Koppelfeldes nach der ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 zeigt die Verteilung der optischen Signale durch den Barrelshifter;
3 zeigt das Konzept eines Arrayed-Waveguide Gratings;
4 zeigt die Anlage der Ein- und Ausgänge des Barrelshifters;
5 zeigt als Blockschaltbild ein ATM-Koppelfeld nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
6 erläutert die Arbeitsweise bei einer Verkehrskonzentration im ATM-Koppelfeld nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
7 zeigt als Blockschaltbild ein ATM-Koppelfeld nach der dritten Ausführungsform der Erfindung;
8 zeigt die Arbeitsweise bei Verkehrskonzentration im ATM-Koppelfeld nach der dritten Ausführungsform der Erfindung;
9 zeigt als Blockschaltbild ein ATM-Koppelfeld nach der vierten Ausführungsform der Erfindung;
10 zeigt die Arbeitsweise bei Verkehrskonzentration im Koppelfeld nach der vierten Ausführungsform der Erfindung;
11 zeigt als Blockschaltbild ein ATM-Koppelfeld nach der fünften Ausführungsform der Erfindung;
12 erläutert die Arbeitsweise bei Verkehrskonzentration im ATM-Koppelfeld nach der fünften Ausführungsform der Erfindung;
13 zeigt als Blockschaltbild die sechste Ausführungsform der Erfindung;
14 zeigt als Blockschaltbild die Siebte Ausführungsform der Erfindung;
15 zeigt als Blockschaltbild ein Mehrfach-ATM-Koppelfeld nach der achten Ausführungsform der Erfindung;
16 zeigt die Anordnung eines 4 × 4-Grund-Koppelfeldes;
17 zeigt die Einzelheiten eines Koppelpunkts;
18 zeigt ein 16 × 16-ATM-Koppelfeld mit acht 4 × 4-Grund-Koppelfeldern; und
19 zeigt eine Link-Überlastungssituation.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
(Erste Ausführungsform)
Die erste Ausführungsform der Erfindung ist unten anhand der 1 beschrieben. Die 1 zeigt ein ATM-Koppelfeld nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Hierzu wird ein ATM-Koppelfeld beschrieben, das auf 64 Eingangsleitungen ankommende Zellen auf 64 Ausgangsleitungen verteilt.
Die vorliegende Erfindung hat folgende charakteristischen Eigenschaften. Das ATM-Koppelfeld weist Eingangseinheiten 2-1 bis 2-8 (2-2 bis 2-7 nicht gezeigt), an die jeweils acht von insgesamt 64 Eingangsleitungen gelegt sind, sowie Ausgangseinheiten 4-1 bis 4-8 (4-2 bis 4-7 nicht gezeigt), an die jeweils acht von insgesamt 64 Ausgangsleitungen gelegt sind. Die Eingangseinheiten 2-1 bis 2-8 weisen jeweils ein eingangsseitiges 8 × 8-Grund-Koppelfeld 6, um an den acht Eingängen 1-11 bis 1-18, ... oder 1-81 bis 1-88 liegende Pakete auf die acht Leitungen zu verteilen, elektrooptische Wandler 7-1 bis 7-8 zum Umwandeln der auf die acht Leitungen verteilten Pakete zu optischen Signalen unterschiedlicher Wellenlängen in Leitungseinheiten sowie einen Multiplexer 8 auf, der die zu Leitungseinheiten umgewandelten optischen Signale zu einem einzigen optischen Wellenlängenmultiplexsignal multiplexiert. Die Ausgangseinheiten 4-1 bis 4-8 weisen jeweils einen Demultiplexer 9 zum Demultiplexieren des durch Wellenlängenmultiplexieren von acht optischen Signalen gebildeten optischen Wellenlängenmultiplexsignals zu optischen Signalen unterschiedlicher Wellenlänge, optoelektrische Wandler 10-1 bis 10-8 zum Umwandeln der Ausgangssignale der Demultiplexer 9 zu elektrischen Signalen sowie ein ausgangsseitiges 8 × 8-Grund-Koppelfeld 11 auf, mit dem die zu den elektrischen Signalen umgewandelten Pakete auf acht Ausgänge 5-11 bis 5-18, ..., oder 5-81 bis 5-88 verteibar sind. Ein Barrelshifter 3, der zwischen den Eingangseinheiten 2-1 bis 2-8 und den Ausgangseinheiten 4-1 bis 4-8 angeordnet ist, dient als Wellenlängenverschiebeeinrichtung, mit der die optischen Signale unterschiedlicher Wellenlänge in einer Vielzahl von aus den Eingangseinheiten 2-1 bis 2-8 ankommenden optischen Wellenlängenmultiplexsignalen in den Wellenlängen verschieb- und ausgebbar sind.
Der Barrelshifter 3 verteilt ein optisches Signal der p-ten Wellenlänge (p = 0, ..., N – 1) im n-ten optischen Wellenlängenmultiplexsignal (n = 0, 1, ..., (Anzahl der Eingangseinheiten – 1)) auf den (n + p)-ten Ausgang. Ist (n + p) gleich der oder größer als die Anzahl der Ausgangseinheiten, wird das optische Signal auf den Ausgang mit einer Ordnungszahl verteilt, die man durch Subtrahieren der Anzahl der Ausgangseinheiten von (n + p) erhält.
In der ersten Ausführungsform der Erfindung ist die Anzahl der Eingangseinheiten 2-1 bis 2-8 gleich der der Ausgangseinheiten 4-1 bis 4-8.
Die Wellenlängenmultiplex-Links 15-1 bis 15-8 und die Wellenlängenmultiplex-Links 16-1 bis 16-8 sind zwischen den Ausgängen der Multiplexer 8 und dem Barrelshifter 3 bzw. zwischen dem Barrelshifter 3 und den Eingängen der Multiplexer 9 angeordnet.
Die elektrooptischen Wandler 7-1 bis 7-8 erzeugen optische Signale der Wellenlängen λ₀ bis λ₇. Die Suffizes A bis H sind hinzugefügt, um die Eingangseinheiten 2-1 bis 2-8 anzugeben, in denen die Umwandlung der optischen Signale stattfindet. Insbesondere sind die Wellenlängen der optischen Signale in der Eingangseinheit 2-1 mit λ_0A bis λ_7A und die der Eingangseinheit 2-8 mit λ_0H bis λ_7H bezeichnet.
Der Barrelshifter wird anhand der 2 beschrieben. Die 2 zeigt, wie der Barrelshifter die optische Signale verteilt. Es seien zwei Eingangsleitungen #0 und #1 sowie vier Ausgangsleitungen #0 bis #3 angenommen. Optische Signale jeweils der Wellenlängen λ₀ bis λ₃ werden auf die Eingangsleitungen #0, #1 gegeben. Die Ausgangsleitungen #0, #1, #2, #3 sind als Ausgangsleitungen der optischen Signale der Wellenlängen λ₀, λ₁, λ₂ und λ₃ auf der Eingangsleitung #0, die Ausgangsleitungen #1, #2, #3, #0 als Ausgangsleitungen der optischen Signale der Wellenlängen λ₀, λ₁, λ₂ und λ₃ auf der Eingangsleitung #1 festgelegt. Die Ausgangsleitung #1 dient zur Ausgabe der Wellenlänge λ₁ der auf der Eingangsleitung #0 übertragenen sowie auch der Wellenlänge λ₀ der auf der Eingangsleitung #1 übertragenen optischen Signale. Im ATM-Koppelfeld der
1 kann ein für Ausgangseinheit 4-1 bestimmtes Paket auf den elektrooptischen Wandler 7-1 gegeben werden, um zu einem optischen Signal der Wellenlänge λ_0A umgesetzt zu werden. Das auf den elektrooptischen Wandler 7-1 gegebene Paket wird in das optische Signal der Wellenlänge λ_0A umgesetzt und über das Wellenlängenmultiplex-Link auf den Barrelshifter 3 gegeben. Das Paket wird dann auf das Wellenlängenmultiplex-Link 16-1 gegeben und erreicht die Ausgangseinheit 4-1.
Der Barrelshifter und seine Technik sind bekannt. Er ist kein direkter Teil der vorliegenden Erfindung und daher hier nicht ausführlich beschrieben; vergl. jedoch Hiroshi Takahashi u. a., "Polarization-insensitive arranged waveguide grating wavelength multiplexer on silicon", OPTICS LETTERS, Vol. 17, No. 7,1. April 1992, 499–501.
Die in der vorliegenden Erfindung eingesetzte optische Komponente, d. h. der Barrelshifter, gehört zu den allgemein als "Arrayed-Waveguide Gratings" (AWG) bezeichneten Bauelementen. Die 3 zeigt deren Konzept. Normalerweise ist das AWG auf einem Substrat gemeinsam mit Ein- und Ausgangs- sowie mit zwei Schichtwellenleitern ("slab waveguides") integriert, die jeweils als Kollimator/Kondensorlinse arbeiten und als Multiplexer/Demultiplexer hergestellt werden.
Wie die 3 zeigt, setzt sich das AWG aus einer Vielzahl von Wellenleitern unterschiedlicher Länge zusammen, die in gleichen Intervallen angeordnet sind. Die Phasenverschiebungen zwischen den Wellenleitern führen zu den gleichen Dispersionseigenschaften wie denen eines Beugungsgitter. Daher wird Wellenlängenmultiplex-Licht aus dem Eingangswellenleiter demultiplexiert und aus den verschiedenen Ausgangswellenleitern extrahiert. Dieses Bauelement dient als Multiplexer in umgekehrter Richtung. Der Schichtwellenleiter hat eine Sektorgestalt ("sectorial shape"), deren Krümmungsmittelpunkt sich am Ende des Ein- oder Ausgangswellenleiters befindet. Der Schichtwellenleiter arbeitet auch als Kondensor (wie ein konkaver Spiegel), da die Achse des Wellenleiters des AWGs zum Krümmungsmittelpunkt hin gerichtet ist. Um die Verbindungsverluste zu verringern, wird im allgemeinen zwischen den Kanal- und den Schichtwellenleiter, die das AWG ausmachen, ein verjüngter Wellenleiter eingefügt.
Als einer der wichtigsten Parameter des mit einem AWG arbeitenden Multiplexers/Demultiplexers stellt sich ein in Wellenlängenintervall Δλ dar wie folgt: Δλ = Δx/(f·m/nx·d) (1) m = (nc·ΔL)/λ0 (2)mit ΔL als Differenz zwischen der Teilung d des AWG und der Länge der Wellenleiter, die das AWG ausmachen, f als Brennweite (= Krümmungsradius) des Schichtwellenleiters, Δx als Intervall der Ein- und Ausgangswellenleiter und n_x als effektiver Brechungsindex des Schichtwellenleiters. Der Nenner (f·m/n_x· d) auf der rechten Seite der Gl. (1) stellt eine lineare Dispersion und die Proportionalkonstante des Zusammenhangs zwischen der Wellenlänge und der Kondensorposition, n_c den effektiven Brechungsindex des Wellenleiters, λ₀ die Mittenwellenlänge des AWG, d. h. die Wellenlänge des zentralen Ausgangswellenleiters, und m den Beugungsgrad des AWG, d. h. einen Zahlenwert dar, der der Phasenverschiebung von Licht zwischen nebeneinander liegenden Wellenleitern entspricht. Mit wachsendem m wächst auch die Winkeldispersion. Daher lassen sich Wellenlängen in kleinen Intervallen multiplexieren bzw. demultiplexieren (die Wellenlängenauflösung ist hoch). Bei herkömmlichen Beugungsgittern muss die Teilung verringert werden, um die Auflösung zu steigern, obgleich dort eine verfahrenstechnische Grenze vorliegt. Bei einem AWG lässt der Wellenleiter sich verlängern, um die Beugung zu verstärken, so dass sich eine hohe Auflösung leicht realisieren lässt. Hier liegt der größte Unterschied zwischen dem AWG und einem herkömmlichen Beugungsgitter.
Da m eine willkürliche ganze Zahl ist, liegt, wie Gl. (2) zeigt, in einem einzigen AWG eine Vielzahl von Mittenwellenlängen λ₀ vor. Ist bspw. der Unterschied der optische Weglänge ΔL = 126 μm und n_c = 1,45, gilt λ₀ = 1548,3 nm für m = 118 und λ₀ = 1535,3 nm für m = 119. Es wird also Licht einer Vielzahl von Wellenlängen λ₀ einschließlich 1548,3 nm und 1535,3 nm am zentralen Ausgang ausgegeben. Daher ist das ohne Überlappung der Wellenlängen nutzbare Band 13 nm breit. Für das Wellenlängenmultiplexen bei einem Wellenlängenintervall von 0,8 nm ist die maximale Anzahl der Wellenlängen gleich 16. Mit zunehmendem m nimmt auch die Wellenlängenauflösung zu, wird jedoch das ohne Überlappung von Wellenlängen nutzbare Band schmaler, so dass der Wert m sorgfältig einzustellen ist.
Der in der vorliegenden Erfindung eingesetzte Barrelshifter ist ein AWG, das zwangsweise die Zirkulationseigenschaften dahingehend ausnutzt, dass Lichtkomponenten der gleichen Wellenlänge wiederholt in Bandeinheiten ausgegeben werden, die sich ohne Wellenlängenüberlappung verwenden lassen, wie in der Tabelle 1 gezeigt:
Tabelle 1
Die 4 zeigt die Situation der Ein-/Ausgänge des Barrelshifters 3 der 1. Ein ausgangsseitiges Grund-Koppelfeld ist wird mit den entsprechenden ein gangsseitigen Grund-Koppelfeldern über Links unterschiedlicher Wellenlänge (von diesem ausgangsseitigen Grund-Koppelfeld her gesehen) verbunden.
Es sei nun die Arbeitsweise der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Auf die Eingangseinheiten 2-1 bis 2-8 gegebene Pakete werden von den eingangsseitigen Grund-Koppelfeldern 6 durchgeschaltet. Die Ausgangseinheiten 4-1 bis 4-8 als Ziele werden entsprechend den von den eingangsseitigen Grund-Koppelfeldern 6 geschalteten Ausgangsleitungen bestimmt. Soll bspw. eines der Pakete an der Eingangseinheit 2-1 als Ausgang die Ausgangseinheit 4-1 benutzen, kann es auf den elektrooptischen Wandler 7-1 gegeben werden, um zu einem optischen Signal der Wellenlänge λ_0A umgesetzt zu werden. Das an den elektrooptischen Wandler 7-1 gegebene Paket wird auf das optische Signal der Wellenlänge λ_0A umgesetzt, über das Wellenlängenmultiplex-Link 15-1 auf den Barrelshifter 3 gegeben und erreicht über das Wellenlängemultiplex-Link 16-1 die Ausgangseinheit 4-1.
Es sei nun die Arbeitsweise der Eingangseinheit 2-1 ausführlicher beschrieben. Pakete aus dem eingangsseitigen Grund-Koppelfeld 6 werden von den elektrooptischen Wandlern 7-1 bis 7-8 zu optischen Signalen der Wellenlängen λ_0A bis λ_7A umgewandelt. Der Multiplexer 8 fügt diese optischen Signale zu einem seriellen Multiplexsignal zusammen und gibt dieses auf das Wellenlängenmultiplex-Link 15-1. Der Barrelshifter 3 teilt die optischen Signale der Wellenlängen λ_0A bis λ_7A selektiv auf die Wellenlängenmultiplex-Links 16-1 bis 16-8 auf. Betrachtet man andererseits ein einzelnes Wellenlängenmultiplex-Link wie bspw. das Link 16-1, werden optische Signale aus den Eingangseinheiten 2-1 bis 2-8 wellenlängenmultiplexiert und auf dieses Link 16-1 gegeben.
Der Demultiplexer 9 demultiplexiert das optische Wellenlängenmultiplexsignal aus den Eingangseinheiten 2-1 bis 2-8. Die optoelektrischen Wandler 10-1 bis 10-8 setzen die optischen Signale zu Paketen elektrischer Signale um. Das aus gangssitige Grund-Koppelfeld 11 schaltet die Pakete über die Soll-Ausgänge 5-11 bis 5-18 auf die Ausgangsleitungen durch.
Auf dem Weg zwischen dem Eingang 1-12 des eingangsseitigen Grund-Koppelfeld 6 der Eingangseinheit 2-1 und dem Ausgang 5-14 des ausgangsseitigen Grund-Koppelfeld 11 der Ausgangseinheit 4-1 wird der elektrooptische Wandler 7-1 der obersten Stufe vom eingangsseitigen Grund-Koppelfeld 6 ausgewählt. Das optische Signal der Wellenlänge λ_0A wird über den Barrelshifter 3 an die Ausgangseinheit 4-1 übergeben, vom Demultiplexer 9 auf das ausgangsseitigen Grund-Koppelfeld 11 demultiplexiert und von letzterem auf den Ausgang 5-14 geschaltet.
Wie oben festgestellt, lassen auf der Vielzahl von Eingangsleitungen ankommende Pakete sich auf die Ausgangsleitungen verteilen, die in Wellenlängeneinheiten bestimmt werden. Wird der Barrelshifter 3 angewandt, lassen die internen Links des ATM-Koppelfelds sich vereinfachen.
Verschaltet man eine Vielzahl von erfindungsgemäßen ATM-Koppelfeldern, lässt sich ein – bspw. drei- oder fünfstufiges – ATM-Großkoppelfeld aufbauen.
Zweite Ausführungsform
Die Anordnung de zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand der 5 und 6 beschrieben. Die 5 zeigt ein ATM-Koppelfeld nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung. In dieser sind die Ausgänge 5-11 bis 5-18, ..., 5-81 bis 5-88 der ausgangsseitigen Grund-Koppelfelder 11 der Ausgangseinheiten 4-1 bis 4-8 über Leitungen 12-1 bis 12-8 an die Eingänge 1-11 bis 1-18, ..., 1-81 bis 1-88 der eingangsseitigen Grund-Koppelfelder 6 der Eingangseinheiten 2-1 bis 2-8 gelegt. In dieser Anordnung lässt sich bei Teilüberlastung des ATM-Koppelfeldes ein Umgehungs- bzw. Beipasspfad legen, mit dem sich der überlastete Weg vermeiden lässt.
Die 6 zeigt die Vorgänge bei Verkehrskonzentration im ATM-Koppelfeld nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung für den Fall, dass der Verkehr auf der Eingangseinheit 2-1 sich auf die Ausgangseinheit 4-1 konzentriert. Um ein Paket von der Eingangseinheit 2-1 auf die Ausgangseinheit 4-1 zu übertragen, wird eine Wellenlänge λ_0A ausgewählt und das Paket selbsttätig vom Barrelshifter 3 übertragen. Ist jedoch die Übergaberate der Eingänge 1-11 bis 1-18, ..., 1-81 bis 1-88 gleich 1 GBits/s, kann sich im Maximum ein Verkehrsstrom von 8 GBits/s zwischen der Eingangs- und der Ausgangs-Einheit 2-1, 4-1 konzentrieren. Es sei angenommen, dass der Durchsatz, mit dem ein Paket mit einer einzelnen Wellenlänge über die Wellenlängenmultiplex-Links 15-1 bis 15-8 oder 16-1 bis 16-8 weiter gegeben wird, 1 GBit/s beträgt. Soll ein Paket von der Ein- zur Ausgangseinheit 2-1, 4-1 direkt übertragen werden, lassen sich aus den 8-GBit/s-Paketen nur Pakete mit 1 GBit/s weiter geben; die übrigen Pakete mit 7 GBits/s werden als Verlust behandelt. Um dies zu vermeiden, wird ein Rückführpfad angewandt. Im Beispiel der 6 wird zusätzlich zu einem Pfad A zur direkten Übergabe eines Pakets von der Eingangs- zur Ausgangseinheit 2-1, 4-1 ein Pfad B angelegt, um für einige der auf die Ausgangseinheit 4-1 zu übertragenden Pakete die Wellenlänge λ_1A zu wählen und sie an die Ausgangseinheit 4-2 weiter zu geben. Das Paket aus der Ausgangseinheit 4-2 läuft auf dem Rückführzweig zur Eingangseinheit 2-2 zurück und wird von dieser auf die Ausgangseinheit 4-1 gegeben. So lassen sich Staus zwischen der Eingangseinheit 2-1 und der Ausgangseinheit 4-1 vermeiden.
Obgleich oben als Beispiel ein einzelner Beipasspfad angegeben ist, lassen sich zwischen der Eingangseinheit 2-1 und der Ausgangseinheit 4-1 sieben weitere Beipasspfade anlegen und damit insgesamt acht Pfade benutzen. Weiterhin lassen sich nicht nur ein, sondern mehrere Rückführpfade zwischen den Eingangseinheiten 2-1 bis 2-8 und den Ausgangseinheiten 4-1 bis 4-8 anlegen.
Dritte Ausführungsform
Die dritte Ausführungsform der Erfindung wird anhand der 7 und 8 beschrieben. Die 7 zeigt ein ATM-Koppelfeld nach der dritten Ausführungs form der Erfindung. Die dritte Ausführungsform der Erfindung weist eine Schaltung auf, bei der jede Eingangseinheit 2-1 bis 2-8 ein eingangsseitiges 9 × 9-Grund-Koppelfeld 13 aufweist, mit dem an jeweils neun Eingänge 1-11 bis 1-19, 1-21 bis 1-29, ... oder 1-81 bis 1-89 gelegte Pakete verteilt werden; einer der Ausgänge jedes eingangsseitigen Grund-Koppelfeldes 13 ist ohne Zwischenschaltung der elektrooptischen Wandler 7-1 bis 7-8 mit dem Eingang 1-19, 1-29, ... oder 1-89 der entsprechenden der Eingangseinheiten 2-1 bis 2-8 verbunden.
Nach der dritten Ausführungsform braucht für die nachfolgenden Pfade kein Beipasszweig angelegt zu werden. Durch einfaches Vermehren der Ein-/Ausgänge des eingangsseitigen Grund-Koppelfeldes 13 um einen lässt sich ein ATM-Koppelfeld in einer 64 × 64-Anordnung aufbauen.
Insbesondere sind in der dritten Ausführungsform der Erfindung acht Eingangsleitungen an jede der Eingangseinheiten 2-1 bis 2-8 sowie acht Ausgangsleitungen an jede der Ausgangseinheiten 4-1 bis 4-8 gelegt. Anstatt des eingangsseitigen 8 × 8-Grund-Koppelfeldes 6 in der ersten und der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die Eingangseinheiten 2-1 bis 2-8 jeweils das 9 × 9-Grund-Koppelfeld auf, d. h. das eingangsseitig Grund-Koppelfeld 13 verteilt an neun Eingänge gelegte Pakete auf neun Ausgänge. Von diesen neun Leitungen sind acht an elektrooptischer Wandler 7-1 bis 7-8 gelegt; vergl. die erste und zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die verbleibende Leitung jedes eingangsseitigen Grund-Koppelfeld 13 ist so verschaltet, dass die Leitung des eingangsseitigen Grund-Koppelfelds 13 der Eingangseinheit 2-(8 – k) (k = 1, 2, ..., 8) auf einen Eingang des eingangsseitigen Grund-Koppelfeldes 13 der Eingangseinheit 2(8 – (k + 1)) (bei k = 8 also die Eingangseinheit 2-1) geführt ist. Der Rest der Anordnung in jeder Eingangseinheit 2-1 bis 2-8 sowie die eines Barrelshifters 3 und der Ausgangseinheiten 4-1 bis 4-8 entsprechen denen der ersten Ausführungsform der Erfindung.
Die 8 erläutert die Vorgehensweise bei Verkehrskonzentration im ATM-Koppelfeld nach der dritten Ausführungform der vorliegenden Erfindung. Es sei wie in der Beschreibung zur 6 eine Verkehrskonzentration zwischen der Ein- und der Ausgangseinheit 2-1, 4-1 angenommen. In diesem Fall wird zusätzlich zum Pfad A zur direkten Übergabe eines Pakets von der Ein- an die Ausgangseinheit 2-1, 4-1 ein Pfad B angelegt. Der Pfad B führt einige für die Ausgangseinheit 4-1 bestimmte Pakete mittels der Leitung 14-1 auf die Eingangseinheit 2-2; zur Übergabe der Pakete auf die Ausgangseinheit 4-1 wird die Wellenlänge λ_7B gewählt. Konzentriert sich der Verkehr auch zwischen der Eingangseinheit 2-2 und der Ausgangseinheit 4-1, lassen sich einige Pakete aus der Eingangseinheit 2-1 weiter an die Eingangseinheit 2-3 legen. Mit dieser Anordnung kann eine Vielzahl von Pfaden dazu dienen, Pakete von der Eingangseinheit 3-1 auf die Ausgangseinheit 4-1 umzulegen. Darüber hinaus lässt sich nicht nur ein, sondern eine Vielzahl von Pfaden zwischen den Eingangseinheiten 2-1 bis 2-8 anlegen.
Zur dritten Ausführungsform der Erfindung ist eine Anordnung beschrieben, die einen regelmäßigen Drahtaufbau aufweist und sich problemlos realisieren lässt. Die vorliegende Erfindung ermöglicht jedoch eine weitere Verbindungsform. Bspw. kann man Ausgangssignale einiger optoelektrischen Wandler 10-k der Ausgangseinheiten 4-1 bis 4-8 mit den Eingangseinheiten 2-1 bis 2-8 verbinden, alternativ auch einige Ausgangssignale des eingangsseitigen Grund-Koppelfeldes 13 mit einer gemeinsamen Eingangseinheit 2-k.
Vierte Ausführungsform
Die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand der 9 und 10 beschrieben. Die 9 zeigt ein ATM-Koppelfeld nach der vierten Ausführungsform der Erfindung. In der vierten Ausführungsform der Erfindung sind die Ausgänge 5-81 bis 5-88 eines ausgangsseitigen Grund-Koppelfeldes 11 einer Ausgangseinheit 4-8 über Leitungen 18-1 bis 18-8, die einen Rückkoppelzweig bilden, mit Eingängen 1-81 bis 1-88 eines eingangsseitigen Grund-Koppelfeldes 6 einer Eingangseinheit 2-8 verbunden; dadurch wird der Eingangseinheit 2-8 und der Ausgangseinheit 4-8 auf das Anlegen von Beipasspfaden spezialisiert.
Nach der vierten Ausführungsform der Erfindung können die verbleibenden Eingangseinheiten 2-1 bis 2-7 und Ausgangseinheiten 4-1 bis 4-7 in der Grundanordnung der ersten Ausführungsform der Erfindung vorliegen. Daher lässt die Anzahl der Eingang- und der Ausgangseinheiten sich problemlos vergrößern/vermindern.
Die 10 erläutert die Vorgehensweise, wenn im ATM-Koppelfeld nach der vierten Ausführungsform der Erfindung eine Verkehrskonzentration auftritt. Es sei angenommen, dass der Verkehr sich zwischen der Eingangseinheit 2-1 und der Ausgangseinheit 4-1 konzentriert, wie in der Beschreibung zur 6. In diesem Fall wird zusätzlich zum Pfad A für die direkte Übergabe von Paketen von der Eingangseinheit 2-1 an die Ausgangseinheit 4-1 ein Pfad B angelegt, um einige für die Ausgangseinheit 4-1 bestimmte Pakete an die Ausgangseinheit 4-8 umzuleiten. Die Pakete werden weiter an die Eingangseinheit 2-8 und dann von dieser an die Ausgangseinheit 4-2 geführt. Wie oben beschrieben, lässt sich eine Vielzahl von Pfaden zwischen der Eingangseinheit 2-1 und der Ausgangseinheit 4-1 benutzen.
Fünfte Ausführungsform
Die fünfte Ausgangseinheit der vorliegenden Erfindung wird anhand der 11 und 12 beschrieben. Die 11 zeigt ein ATM-Koppelfeld nach der fünften Ausführungsform der Erfindung. Die fünfte Ausführungsform der Erfindung enthält einen Block ohne eingangsseitiges Grund-Koppelfeld 6 als Eingangseinheit 2-8' und die Ausgänge 5-81 bis 5-88 eines ausgangsseitigen Grund-Koppelfeldes 11 einer Ausgangseinheit 4-8 sind über Leitungen 18-1 bis 18-8, die einen Rückführpfad bilden, an die Eingänge von elektrooptischer Wandlern 7-1 bis 7-8 geführt; dadurch ist der Eingangseinheit 2-8' und der Ausgangseinheit 4-8 das Anlegen von Beipasspfaden zugewiesen.
Nach der fünften Ausführungsform der Erfindung können die verbleibenden Eingangseinheiten 2-1 bis 2-7 und Ausgangseinheiten 4-1 bis 4-7 in der Grund anordnung nach der ersten Ausführungsform der Erfindung vorliegen. Daher lässt die Anzahl der Ein- und der Ausgangseinheiten sich problemlos vergrößern/verkleinern.
Zusätzlich kann nach der fünften Ausführungsform der Erfindung die Eingangseinheit 2-8' einfacher aufgebaut sein als in der vierten Ausführungsform. Die Eingangseinheit 2-8' enthält kein eingangsseitiges Grund-Koppelfeld 6. Gewünschte Pfade lassen sich jedoch auf der Seite des ausgangsseitigen Grund-Koppelfeldes 11 der Ausgangseinheit 4-8 anlegen.
Die 12 zeigt die Vorgehensweise, wenn im ATM-Koppfelfeld nach der fünften Ausführungsform der Erfindung eine Verkehrskonzentration auftritt. Es sei angenommen, dass der Verkehr sich zwischen der Eingangseinheit 2-1 und der Ausgangseinheit 4-1 konzentriert, wie zur 6 beschrieben. In diesem Fall wird zusätzlich zu einem Pfad für die direkte Übergabe von Paketen von der Eingangseinheit 2-1 auf die Ausgangseinheit 4-1 ein Pfad B angelegt, um einige für die Ausgangseinheit 4-1 bestimmte Pakete an die Ausgangseinheit 4-8 umzulenken. Die Pakete werden weiter an die Eingangseinheit 2-8' und von dieser an die Ausgangseinheit 4-2 geleitet. Wie oben beschrieben, lässt sich eine Vielzahl von Pfaden zwischen der Eingangseinheit 2-1 und der Ausgangseinheit 4-1 benutzen.
Sechste Ausführungsform
Die sechste Ausführungsform der Erfindung wird anhand der 13 beschrieben. Die 13 zeigt die sechste Ausführungsform der Erfindung, die die zweite mit der dritten Ausführungsform der Erfindung kombiniert.
Tritt im ATM-Koppelfeld nach der sechsten Ausführungsform der Erfindung eine Verkehrskonzentration auf, ist nicht nur der Beipasspfad der 6, sondern auch der der 8 anlegbar. Mit dieser Anordnung erhält man eine größere Freiheit für das Anlegen von Beipasspfaden.
Siebte Ausführungsform
Die siebte Ausführungsform der Erfindung wird anhand der 14 beschrieben. Die 14 zeigt die siebte Ausführungsform der Erfindung, die die dritte mit der der vierten Ausführungsform der Erfindung kombiniert.
Tritt im ATM-Koppelfeld der siebten Ausführungsform der Erfindung eine Verkehrskonzentration auf, ist nicht nur der Beipasspfad der 6, sondern auch der der 19 anlegbar. Mit dieser Anordnung erhält man eine größere Freiheit für das Anlegen von Beipasspfaden.
Die gleiche Beschreibung gilt für eine Kombination der dritten mit der fünften Ausführungsform der Erfindung.
Wie oben festgestellt, lassen sich mit der vorliegenden Erfindung komplexe Link-Anordnungen auflösen und Verkehrskonzentrationen bewältigen. Weiterhin werden auch sehr umfangreiche ATM-Koppelfelder bei minimalem Hardware-Aufwand möglich. Schließlich lässt sich ein ATM-Koppelfeld realisieren, mit dem eine Vermehrung/Verminderung der Anzahl der Ein-/Ausgangsleitungen problemlos möglich ist.
Achte Ausführungsform
Die achte Ausführungsform der Erfindung wird anhand der 15 beschrieben. Die 15 zeigt die Anordnung nach der achten Ausführungsform der Erfindung, in der die vorliegende Erfindung auf ein ATM-Großkoppelfeld angewandt ist.
In dieser Ausführungsform entspricht in der ersten Stufe ein ATM-Koppelfeld SW1 der Anordnung des Blockschaltbilds in 1. In der zweiten Stufe liegt ein ATM-Koppelfeld SW2 vor, aus dem die eingangsseitigen Grund-Koppelfelder 6 in den Eingangseinheiten 2-1 bis 2-8 der 1 entfallen und die Eingänge der elektrooptischer Wandler 7-1 bis 7-8 an die Ausgänge der ausgangsseitigen Grund-Koppelfelder 11 in den Ausgangseinheiten 4-1 bis 4-8 des ATM-Kop pelfelds SW1 der ersten Stufe geführt sind. Sind die dritte und weitere Stufen hinzuzufügen, wird die gleiche Anordnung wie die des ATM-Koppelfeldes SW 2 der zweiten Stufe angeschlossen. Die Einzelheiten des Aufbaus, der Funktionen und der Arbeitsweise der Komponenten sind zur Ausführungsform nach 1 beschrieben und brauchen hier nicht wiederholt zu werden.
Diese Anordnung lässt auf flexible Weise den Aufbau von ATM-Großkoppelfeldern bei gegenüber dem Stand der Technik erheblich verringertem Hardware-Aufwand zu. Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Ausführungsformen lassen sich mit einer solchen Mehrfachanordnung Verkehrskonzentrationen ohne Rückführpfade auflösen. FIGURENBESCHRIFTUNG Fig. 1, 5, 7, 9, 11, 13, 14

Input line corresponding unit Eingangseinheit

Output line corresponding unit Ausgangseinheit

EO Elektrooptischer Wandler

OE Optoelektrischer Wandler

Barrel shifter Barrelshifter

Fig. 2

From Highway #... Vom highway Nr. ...

Barrel shifter Barrelshifter

Fig. 3

Input waveguide Eingangswellenleiter

Output waveguide Ausgangswellenleiter

Slab waveguide Schichtwellenleiter

Arrayed-waveguide grating Arrayed-Waveguide Grating (AWG)

Fig. 4, 15

Barrel shifter Barrelshifter

Fig. 17

Header information Paketkopf

Next cross point Nächster Koppelpunkt

Fig. 19

Congestion Paketstau

Claims

ATM-Koppelfeld, mit dem von einer Vielzahl von Eingangsleitungen ankommende Pakete auf eine Vielzahl von Ausgangsleitungen verteilbar sind, mit einer Vielzahl von Eingangseinheiten (2-1, ..., 2-8), die jeweils mit einer der Eingangsleitungen verbunden sind; einer Vielzahl von Ausgangseinheiten (4-1, ..., 4-8), die jeweils mit einer der Ausgangsleitungen verbunden sind; Wellenlängenverschiebungseinrichtungen (3), die zwischen den Eingangseinheiten (2-1, ..., 2-8) und den Ausgangseinheiten (4-1, ..., 4-8) angeordnet sind, um optische Signale unterschiedlicher Wellenlänge in einer Vielzahl von aus den Eingangseinheiten (2-1, ..., 2-8) ankommenden optischen Wellenlängenmultiplexsignalen in der Wellenlänge zu verschieben und auszugeben; wobei die Eingangseinheiten (2-1, ..., 2-8) jeweils ein eingangsseitiges Grund-Koppelfeld (6), mit dem N an eine Vielzahl von Eingängen gelegte Pakete auf N Leitungen verteilbar sind (N eine positive ganze Zahl), elektrooptische Umwandungseinrichtungen (7-1, ..., 7-8), mit denen die auf die N Leitungen verteilten Pakete zu optischen Signalen unterschiedlicher Wellenlängen in Leitungseinheiten umwandelbar sind, und einen Multiplexer (8) aufweist, mit dem die zu Leitungseinheiten umgesetzten optischen Signale zu einem optischen Wellenlängenmultiplexsignal multiplexierbar sind, wobei die Ausgangseinheiten (4-1, ..., 4-8) jeweils einen Demultiplexer (9), mit dem die durch Wellenlängenmultiplexieren der optischen Signale mit N Wellenlängen erhaltenen optischen Wellenlängenmultiplexsignale in Wellenlängeneinheiten demultiplexierbar sind, optoelektrische Wandlereinrichtungen (10-1, ..., 10-8), mit denen die Ausgangsignale des Demultiplexers zu elektrischen Signalen umwandelbar sind, sowie ein ausgangsseitiges Grund-Koppelfeld (11) aufweist, mit dem die zu elektrischen Signalen umgewandelten Pakete auf eine Vielzahl von Ausgängen verteilbar sind; und wobei die Wellenlängenverschiebeeinrichtung (3) ein Barrelshifter (3) ist, der ein optisches Signal p-ter Wellenlänge (p = 0, 1, 2, ..., (N – 1)) in einem n-ten optischen Wellenlängenmultiplexsignal (n = 0,1, 2, ..., (Anzahl der Eingangseinheiten – 1)) auf einen (n + p)-ten Ausgang verteilt und das optische Signal auf einen Ausgang einer Ordnungszahl verteilt, die man durch substrahieren der Anzahl der Ausgangseinheiten von (n + p) erhält, wenn (n + p) nicht kleiner ist als die Anzahl de Ausgangseinheiten.
Koppelfeld nach Anspruch 1, bei dem mindestens einige Eingangsanschlüsse der Eingangseinheit (2-1, ..., 2-8) mit einer Schaltung verbunden sind, der einige von einer anderen Eingangseinheit bearbeitete Signale zugeführt sind.
Koppelfeld nach Anspruch 1, bei dem mindestens einige Eingangsanschlüsse der Eingangseinheit (2-1, ..., 2-8) mit einem Rückkoppelkreis verbunden sind, dem einige von der Ausgangseinheit bearbeitete Signale zugeführt sind.
Koppelfeld nach Anspruch 1, bei dem mindestens einige der Ausgangsanschlüsse des ausgangsseitigen Grund-Koppelfelds (11) der Ausgangseinheit (4-1, ..., 4-8) mit einem Rückkoppelkreis verbunden sind, der mit Eingangsanschlüssen derjenigen Eingangseinheit (2-1, ..., 2-8) verbunden ist, die dem einen ausgangsseitigen Grund-Koppelfeld entspricht.
Koppelfeld nach Anspruch 1, bei dem mindestens einige der Ausgangsanschlüsse jedes eingangsseitigen Grund-Koppelfelds (6) jeder Eingangseinheit (2-1, ..., 2-8) mit einem Rückkoppelkreis verbunden sind, der mit Eingangsanschlüssen eines eingangsseitigen Grund-Koppelfeldes einer anderen Eingangseinheit verbunden ist.
Koppelfeld nach Anspruch 1, bei dem alle Ausgangsanschlüsse mindestens einer der Ausgangseinheiten (4-1, ..., 4-8) mit allen Eingangsanschlüssen einer entsprechenden der Eingangseinheiten verbunden sind.
Koppelfeld nach Anspruch 1 weiterhin mit zusätzlichen elektrooptischen Wandlereinrichtungen (7-1, ..., 7-8), mit denen zugeführte Pakete zu optischen Signalen unterschiedlicher Wellenlängen in Eingangseinheiten umwandelbar sind, und einem zusätzlichen Multiplexer (8), um die in Eingangseinheiten umgewandelten optischen Signale zu multiplexieren, wobei der zusätzliche Multiplexer (8) mit einer Eingangsseite der Wellenlängenverschiebeeinrichtung (3) verbunden ist und alle Ausgangsanschlüsse einer der Ausgangseinheiten (4-8) mit einer Eingangsseite der zusätzlichen elektrooptischen Wandlereinrichtungen (7-1, ..., 7-8) verbunden sind.
ATM-Großkoppelfeld mit mehrfach verbundenen ATM-Koppelfeldern, bei dem ein ATM-Koppelfeld in einer ersten Stufe eine Vielzahl von Eingangseinheiten, an die jeweils eine Vielzahl von Eingangsleitungen gelegt ist, eine Vielzahl von Ausgangseinheiten, an die jeweilgs eine Vielzahl von Ausgangsleitungen gelegt ist, und eine Wellenlängenverschiebbeinrichtung aufweist, die zwischen den Ein- und den Ausgangseinheiten angeordnet ist und mit der optische Signale unterschiedlicher Wellenlängen in einer Vielzahl von optischen Wellenlängenmultiplexsignalen aus den Eingangseinheiten in den Wellenlängen verschiebbar und die optischen Wellenlängenmultiplexsignale ausgebbar sind, wobei die Eingangseinheiten jeweils ein eingangsseitiges Grund-Koppelfeld, mit dem N auf eine Vielzahl von Eingangsanschlüssen gegebene Pakete (N eine positive ganze Zahl) auf N Leitungen verteilbar sind, elektrooptische Wandlereinrichtungen, mit denen auf die Leitungen verteilte Pakete zu optischen Signalen unterschiedlicher Wellenlängen in Leitungseinheiten umwandelbar sind, und einen Multiplexer aufweisen, mit dem die in Leitungseinheiten umgewandelten optischen Signale zu einem einzigen optischen Wellenlängenmultiplexsignal multiplexierbar sind, die Ausgangseinheiten jeweils einen Demultiplexer, mit dem das durch Wellelnlängenmultiplexieren der optischen Signale mit N Wellenlängen erhaltene optische Wellenlängenmultiplexsignal in Wellenlängeneinheiten demultiplexierbar ist, optoelektrische Wandlereinrichtungen, mit denen die Ausgangssignale des Demultiplexers zu jeweiligen elektrischen Signalen umwandelbar sind, und ein ausgangsseitiges Grund-Koppelfeld aufweisen, mit dem die zu den elektrischen Signalen umgewandelten Pakete auf eine Vielzahl von Ausgangsanschlüssen verteilbar sind, und die ATM-Koppelfelder nachfolgender Stufen jeweils eine Vielzahl von Eingangseinheiten, die jeweils mit einer Vielzahl von Eingangsleitungen verbunden sind, eine Vielzahl von Ausgangseinheiten, die jeweils mit einer Vielzahl von Ausgangsleitungen verbunden sind, und eine zwischen den Ein- und den Ausgangseinheiten angeordnete Wellenlängenverschiebeeinrichtung aufweist, mit der optische Signale unterschiedliche Wellenlängen in einer Vielzahl von optischen Wellenlängenmultiplexsignalen aus den Eingangseinheiten in den Wellenlängen verschiebbar und die optischen Wellenlängenmultiplexsignale ausgebbar sind, wobei die Eingangseinheiten jedes ATM-Koppelfeldes der nachfolgenden Stufen jeweils elektrooptische Wandlereinrichtungen, mit denen die Ausgangssignale der Ausgangseinheiten des ATM-Koppelfeldes der vorhergehenden Stufe zu optischen Signalen unterschiedlicher Wellenlängen in Leitungseinheiten umwandelbar sind, sowie einen Multiplexer aufweisen, mit dem die in Leitungseinheiten umgewandelten optischen Signale zu einem einzigen optischen Wellenlängenmultiplexsignal multiplexierbar sind, und die Ausgangseinheiten jedes ATM-Koppelfeldes der nachfolgenden Stufen jeweils einen Demultiplexer, mit dem das durch Wellenlängenmultiplexieren der optischen Signale mit N Wellenlängen erhaltene optische Wellenlängenmultiplexsignal in Wellenlängen demultiplexierbar ist, optoelektrische Wandlereinrichtungen, mit denen die Ausgangssignale des Demultiplexers zu jeweiligen elektrischen Signalen umwandelbar sind, so wie ein ausgangsseitiges Grund-Koppelfeld aufweist, mit dem die zu elektrischen Signalen umgewandelten Pakete auf eine Vielzahl von Ausgangsanschlüssen verteilbar sind; und wobei die Wellenlängenverschiebeeinrichtung (3) ein Barrelshifter (3) ist, der ein optisches Signal einer p-ten Wellenlänge (p = 0, 1, 2, ..., (N – 1)) in einem n-ten optischen Wellenlängenmultiplexsignal (N = 0, 1, 2, ..., (Anzahl der Eingangseinheiten – 1)) auf einen (n + p)-ten Ausgangs verteilt und das optische Signal auf einen Ausgang einer Ordnungszahl gibt, die man durch Substrahieren der Anzahl de Ausgangseinheiten von (n + p) erhält, wenn (n + p) nicht kleiner ist als die Anzahl der Ausgangseinheiten.