Brevet FR2672172A1 — publié le 19920731

-1- Matrice de commutation photonique. L'invention concerne une matrice de commutation photonique permettant de réaliser un réseau de connexion multi-étages Elle permet des connexions point à point et point à multipoints, pour commuter des données sous la forme de cellules de longueur fixe, multiplexées par un multiplexage temporel asynchrone, sur des fibres optiques. On connait, par l'article: ATM photonic switching network, référence 14 B 2 de TOPICAL MEETING ON PHOTONIC SWITCHING, KOBE, JAPAN, April 12-14, 1990, une matrice de commutation photonique comportant: un module d'interface d'entrée, sur chacune des N entrées de la matrice, pour identifier les cellules arrivant à cette entrée, en lisant une étiquette de canal virtuel ou de faisceau virtuel contenue dans l'entête de la cellule, et pour convertir la longueur d'onde de chaque cellule en une longueur d'onde correspondant à une sortie de la matrice; des sélectionneurs de cellules, constitués chacun d'un diffuseur et de filtres, pour distribuer les cellules vers les sorties de la matrice en fonction de leurs longueurs d'onde; une mémoire tampon optique pour chaque sortie, pour stocker dans cette mémoire tampon des cellules destinées à une même sortie et qui peuvent être en conflit pour accéder à cette sortie. Ce type connu de matrice de commutation a pour inconvénient de comporter une mémoire tampon optique pour chaque sortie de matrice. Chacune de ces mémoires tampons comporte: -25 N mémoires optiques ayant une capacité égale à une cellule et pouvant être constituée d'une ligne à retard optique; un commutateur N x m utilisant la commutation par division spectrale. Ce commutateur N x m comporte: des convertisseurs de longueur d'onde pour convertir la longueur d'onde de chaque cellule, cellule par cellule; un combineur; un diffuseur; et des filtres accordables pour aiguiller chaque cellule dans l'une des mémoires optiques Les mémoires optiques étant reliées en série, elles permettent de réaliser un retard compris entre O et m fois la durée d'une cellule.35 -2- Cette matrice de type connu a pour inconvénient de comporter une mémoire tampon pour chaque sortie de la matrice, ce qui multiplie le nombre de composants et donc le coût de réalisation. Le but de l'invention est de proposer une matrice de commutation photonique plus simple et moins coûteuse à réaliser que cette matrice de type connu, tout en permettant de réaliser un réseau de connexion multiétages au moyen d'une combinaison de plusieurs matrices selon l'invention, et en permettant des connexions point à multipoints aussi bien que -des connexions point à point. L'objet de l'invention est une matrice de commutation photonique, pour commuter des données sous la forme de cellules de longueur fixe, multiplexées par un multiplexage temporel asynchrone, sur des fibres optiques; caractérisée en ce qu'elle comporte une pluralité de convertisseurs de longueur d'onde situés respectivement aux entrées de la matrice pour attribuer une longueur d'onde à chaque cellule appliquée à une entrée de la matrice; une mémoire tampon optique commune à toutes les sorties de la matrice, pour stocker chaque cellule pendant une durée sélectionnable entre O et k Tc, o k est un nombre entier et o T est la durée d'une cellule; un étage d'aiguillage spatial comportant un filtre pour chaque sortie de la matrice, pour ne laisser passer vers une sortie donnée que les cellules ayant une longueur d'onde donnée; des moyens de commande pour commander les convertisseurs et la mémoire tampon en fonction d'informations de routage indiquant, pour chaque cellule, la sortie de la matrice à laquelle cette cellule est destinée, et pour sélectionner la durée de stockage de chaque cellule dans la mémoire tampon de manière à constituer une file d'attente pour chaque sortie, évitant des conflits entre deux cellules à commuter vers une même sortie. La matrice de commutation ainsi caractérisée ne comporte qu'une mémoire tampon pour stocker toutes les cellules, quelle que soit la sortie à laquelle elles sont destinées Sa réalisation est donc plus simple et moins coûteuse que la matrice de commutation de type connu. -3- L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-dessous et des figures l'accompagnant: la figure 1 représente le schéma synoptique d'une partie d'un réseau de connexion comportant une pluralité de matrices de commutation selon l'invention; la figure 2 représente le schéma synoptique de l'une des matrices de commutation que comporte cet exemple de réseau de connexion. La figure 1 représente, par exemple, une partie d'un premier étage d'un réseau de connexion qui peut en comporter trois par exemple La partie représentée comporte: un dispositif 50 situé à l'entrée du réseau de connexion et relié à des multiplex temporels asynchrones MT 1,,MT 8; une matrice de commutation 51 reliée par des multiplex d'entrée-sortie E 51,,E 58 au dispositif 50, et reliée par des multiplex d'entrée-sortie ES'1,,ES'8 à un autre étage, non représenté, du réseau de connexion; et un dispositif de commande 52 qui est associé à la matrice 51. En pratique, cette matrice 51 est constituée d'une matrice 180, comportant 16 entrées correspondant aux lignes de la matrice 180, et 16 sorties correspondant aux colonnes de la matrice 180 Chaque entrée- sortie E 51,,E 58 de la matrice 51 est donc constituée d'une entrée et d'une sortie séparées, reliées respectivement à l'une des 16 entrées sl,, s 16 de la matrice 180 et à l'une des 16 sorties Sl,,516 de la matrice 180. La matrice 51 comporte en outre seize coupleurs à trois accès, et seize lignes à retard, permettant de prélever quatre bits de routage dans chaque cellule et de les fournir au dispositif de commande 52 A titre d'exemple, l'entrée-sortie ESI est reliée à l'entrée el de la matrice 180 par un coupleur 166 en série avec une ligne à retard 167 qui procure un retard égal au temps de traitement du dispositif 52 pour interpréter les bits de routage L'entrée-sortie E Si est reliée en outre, directement, à la sortie sl de la matrice 180 Un accès du coupleur 166 est relié à une entrée du dispositif de commande 52 dont le schéma synoptique sera détaillé plus loin. -4- Le dispositif 50 comporte 8 paires de coupleurs à 3 accès, telles que 160, 161; 8 paires de lignes à retard, telles que 162, 163; et 8 paires de coupleurs à trois accès et une entrée de commande électrique, telles que 164, 165 En effet, chaque multiplex bidirectionnel MT 1,,MT 8 est acheminé dans le dispositif 50 par deux voies monodirectionnelles, ce qui conduit à doubler -les composants de ce dispositif. Le dispositif 50 comporte en outre un microprocesseur 170; une interface d'entrée-sortie 171; une mémoire de traduction 172; une mémoire de signalisation 173; une mémoire de police 175; un bus 174 reliant tous les composants ci-dessus. Les cellules en provenance de terminaux d'abonné, par l'intermédiaire d'un concentrateur non représenté, traversent successivement le coupleur 160, la ligne à retard 162 puis le coupleur 164 Le coupleur 160 est un coupleur passif dont le troisième accès est relié à une entrée de l'interface 171 pour lui transmettre cinq octets d'en-tête de chaque cellule La ligne à retard 162 procure un retard égal au temps de traitement de cette en-tête par le microprocesseur 170. Le microprocesseur 170 assure: la vérification de cette en-tête en calculant un mot de détection d'erreur et en le comparant à celui contenu dans l'entête; une traduction de l'étiquette de circuit virtuel ou éventuellement de faisceau virtuel, en consultant la mémoire 172 qui fournit une nouvelle valeur d'étiquette; l'adjonction d'une étiquette de routage, à l'en- tête déjà existante; le calcul d'un nouveau mot de détection d'erreur pour tenir compte de la nouvelle30 étiquette de circuit virtuel, ou de faisceau virtuel; et la fonction police, de manière classique Le coupleur 164 est un coupleur actif qui permet d'introduire dans la cellule une nouvelle en-tête, en la faisant précéder de 3 octets d'étiquette de routage Pour cela, le coupleur 164 comporte un troisième accès relié à une sortie optique de35 l'interface 171; et une entrée de commande électrique reliée à une -5- sortie l'interface 171, fournissant un signal électrique de validation Le coupleur 164 est utilisé en outre pour émettre des cellules de signalisation, ou de maintenance, à la place de cellules vides. La mémoire de signalisation 173 stocke des cellules de signalisation arrivant ou partant du réseau de connexion 5, par exemple des cellules de signalisation provenant, ou à destination, d'un système de commande du réseau général de télécommunication. La figure 2 représente un schéma synoptique plus détaillé de la matrice de commutation 180 et du dispositif de commande 52 qui lui est associé Le dispositif 52 comprend: un micro-processeur 200; une interface d'entrée-sortie, 201; une mémoire de routage, 202; une mémoire de pointeurs, 203; une mémoire de signalisation, 205; et un bus 204 reliant tous ces éléments entre eux. La matrice de commutation 180 comprend: 16 convertisseurs de longueur d'onde 183,, 184; une mémoire-tampon 181; et un dispositif de commutation spatial 182 Les convertisseurs 183,, 184 ont: 16 entrées reliées respectivement aux 16 entrées el,,e 16 de la matrice 180, 16 sorties reliées respectivement à 16 entrées de la mémoire- tampon 181, et 16 entrées de commande électriques reliées respectivement à des sorties de l'interface 201 du dispositif de commande 52. Le dispositif 182 réalise une commutation spatiale pour transférer chaque cellule reçue sur l'une des 16 entrées el,,e 16 de la matrice 180 vers l'une des 16 sorties sl,,s 16 de cette matrice 180. La mémoire-tampon 181 a pour fonction de retarder les cellules, avant leur transfert dans le dispositif 182, pour résoudre les problèmes de contention, c'est-à-dire de conflit entre deux cellules30 arrivant simultanément et destinées à une même sortie de la matrice Il est nécessaire de pouvoir retarder dans 16 files d'attente, de type FIFO, des cellules à destination de n'importe laquelle des 16 sorties sl, ,s 16 Dans la matrice de commutation 180, les cellules peuvent prendre 16 couleurs différentes au moyen des convertisseurs35 183 à 184, et la couleur des cellules permet de distinguer 16 files -6- d'attente correspondant respectivement aux 16 sorties, tout en stockant les cellules dans un jeu de lignes à retard qui est commun pour toutes ces sorties Ces files d'attente sont gérées par le microprocesseur 200 au moyen de pointeurs stockés dans la mémoire de pointeurs 203. La valeur de chaque pointeur est comprise entre O et k-1, o k est le nombre des lignes à retard que comporte la mémoire 181 Ici k= 16 Une prochaine cellule à stocker dans une file d'attente donnée sera inscrite dans la ligne à retard de rang q+l, si le10 pointeur de cette file est égal à q, et si q est inférieur à k-1 Si q =k-1 la file est saturée et cette cellule sera perdue, car elle ne peut être inscrite dans la mémoire tampon 181. Les convertisseurs 183,, 184 sont commandés électriquement par le micro-processeur 200, via l'interface 201, en fonction de 4 bits que le dispositif 52 extrait de l'étiquette de routage, ces 4 bits indiquant le numéro de la sortie à laquelle est destinée la cellule La couleur donnée à la cellule correspond à cette sortie de la matrice 180. La mémoire de routage 202 stocke des paramètres de commande des convertisseurs 183,,184, pour attribuer une couleur à chaque cellule, selon la sortie à laquelle elle est destinée; un indicateur pour chaque cellule, indiquant si celle-ci fait partie d'une connexion point à point ou d'une connexion point à multipoints, dans ce dernier cas la mémoire de routage 202 fournissant des paramètres pour accorder une pluralité de filtres en sortie du dispositif 182. La mémoire-tampon 181 comporte: 16 diffuseurs 185,, 186; 272 portes optiques Pl, e,P 272; 16 combineurs 187,, 188; et 16 lignes à retard 189,, 190, procurant des retards respectivement égaux à 0,Tc, 2 Tc, 3 Tc, 15 Tc, o Tc est la période de cellule Ces lignes à retard permettent de réaliser pour une cellule quelconque un retard compris entre O et 15 Tc, indépendamment de la couleur de la cellule. Les diffuseurs 185,, 186 comportent chacun une entrée constituant35 respectivement l'une des 16 entrées de la mémoire-tampon 181, et -7- comportent 17 sorties reliées respectivement à l'une des 272 portes optiques Pi,,P 272. Parmi les 17 sorties de chaque diffuseur, 16 sorties sont reliées par ces portes respectivement à une entrée de l'un des 16 combineurs 187,, 188; et la dix-septième sortie est reliée par une porte à une entrée de l'interface 201 d'entrée-sortie, du dispositif de commande 52 Cette entrée de l'interface 201 est munie d'un dispositif de conversion optique-électronique, non représenté, et permet au micro-processeur 200 de recevoir le contenu des cellules de10 signalisation Chaque entrée de chacun des combineurs 187,,188 est ainsi reliée par l'une des portes P 1,,P 272 à une sortie de l'un des diffuseurs 185,,186 Ainsi toute cellule arrivant sur l'une quelconque des 16 entrées de la matrice 180 peut transiter par l'un quelconque des 16 combineurs 187,,188, en ouvrant l'une des portes15 P 1,,P 272, celles-ci étant commandées indépendamment les unes des autres par le micro-processeur 200 via l'interface 201. Chaque combineur 187,, 188 possède une sortie qui est reliée à l'une des lignes à retard 189,,190 Ainsi le dispositif de commande 52 choisit de retarder, d'un temps compris entre O et 15 Tc, chacune des cellules arrivant sur l'une des 16 entrées de la matrice , en fonction des pointeurs contenus dans la mémoire 203, qui permettent de surveiller le flux de cellules à destination de chacune des 16 sorties, et de savoir quel est le retard attribué à chaque cellule La mémoire-tampon 181 se comporte comme 16 files d'attente25 FIFO correspondant aux 16 sorties de la mémoire 180. Le nombre de cellules stockables dans chaque file d'attente est fixé par le nombre k des lignes à retard 189,,190 Dans cet exemple de réalisation, il est égal à seize L'article "Buffer Sizing in an ATM Switck for both ATM and STM traffics" international Journal of30 digital and analog Cabled Systems vol 2, 247-252 ( 1989) montre qu'une mémoire tampon de sortie ayant une capacité de 16 cellules, par -10 sortie, permet d'obtenir un taux de perte de cellules égal à 10 Il est possible d'obtenir un taux de perte donné, en choisissant le nombre k des lignes à retard 189,,190.35 Dans cet exemple de réalisation, les matrices du réseau de -8- connexion assurent aussi la remise en ordre des cellules à destination d'un concentrateur, leur rang initial étant connu grâce à deux bits de routage Pour retrouver leur rang initial, elles doivent être lues dans cet ordre, à l'intérieur de la mémoire-tampon 181 La file5 d'attente de chaque multiplex de sortie est gérée par le microprocesseur 200, la mémoire de routage 202, et la mémoire de pointeurs 203, comme quatre "sous-files d'attente" indépendantes destinées à stocker respectivement les cellules de rang 1, 2, 3, 4. Considérons la mise en file d'attente de quatre cellules qui sont à émettre, dans l'ordre Cl, C 2, C 3, C 4 sur une sortie donnée de la matrice 181, alors qu'elles sont arrivées à des entrées de la matrice 181 dans l'ordre C 2, Cl, C 4, C 3, par exemple La cellule C 2 est inscrite dans la deuxième sous-file d'attente, la cellule Cl est inscrite dans la première sous-file d'attente, la cellule C 4 est15 inscrite dans la quatrième sous-file d'attente, et la cellule C 3 est inscrite dans la troisième sous-file d'attente La sous-file d'attente d'écriture est choisie parmi les quatres sous-files d'attente de la file d'attente correspondant à la sortie donnée, grâce aux 2 bits de routage indiquant le rang de chaque cellule La sous-file d'attente de20 lecture est choisie de manière périodique: première, puis deuxième, puis troisième, puis quatrième, etc. Le dispositif de commutation spatial 182 comporte: un combineur 191 ayant 16 entrées reliées respectivement aux 16 sorties de la mémoire- tampon 181, constituées, par les sorties des 16 lignes à retard 189,, 190; un amplificateur optique 192 amplifiant le signal optique fourni par une sortie du combineur 191; un diffuseur 193 ayant une entrée reliée à l'amplificateur 192, et 16 sorties; 16 filtres 194,, 195 ayant chacun: une entrée reliée respectivement à une sortie du diffuseur 193; une entrée de commande électrique reliée à une sortie de l'interface 201 et sélectionnant une couleur parmi 16; et une sortie constituant l'une des 16 sorties sl,,s 16 de la matrice de commutation 180.35 Le combineur 191, l'amplificateur 192, et le diffuseur 193 -9- permettent d'appliquer toutes les cellules sortant de la mémoire-tampon 181 aux 16 filtres 194,,195 Chaque filtre ne laisse passer que la couleur sélectionnée par le signal électrique de commande que fournit le dispositif de commande 52 pour chaque période5 de cellule Généralement ils sont commandés pour filtrer chacun une couleur différente, pour acheminer une cellule d'un point à un autre point unique Dans certains cas, par exemple, pour diffuser un message simultanément vers plusieurs destinataires, ces filtres peuvent être commandés pour filtrer une même couleur dans plusieurs filtres10 correspondant à plusieurs destinataires pour une même cellule. -10- REVENDICATIONS 1) Matrice de commutation photonique, pour commuter des données sous la forme de cellules de longueur fixe, multiplexées par un multiplexage temporel asynchrone, sur des fibres optiques; caractérisée en ce qu'elle comporte: une pluralité de convertisseurs de longueur d'onde ( 183,,184) situés respectivement aux entrées de la matrice ( 180) pour attribuer une longueur d'onde à chaque cellule appliquée à une entrée de la matrice; une mémoire tampon optique ( 181) commune à toutes les sorties de la matrice ( 180) pour stocker chaque cellule pendant une durée sélectionnable entre O et k T 0, o k est un nombre entier et o T est la durée d'une cellule; un étage d'aiguillage spatial ( 182) comportant un filtre ( 194,,195) pour chaque sortie de la matrice ( 180), pour ne laisser passer vers une sortie donnée que les cellules ayant une longueur d'onde donnée; des moyens de commande ( 52) pour commander les convertisseurs ( 183,, 184) et la mémoire tampon ( 181) en fonction d'information$de routage indiquant, pour chaque cellule, la sortie de la matrice à laquelle cette cellule est destinée, et pour sélectionner la durée de stockage de chaque cellule dans la mémoire tampon ( 181) de manière à constituer une file d'attente pour chaque sortie, évitant des conflits25 entre deux cellules à commuter vers une même sortie. 2) Matrice de commutation photonique, selon la revendication 1, comportant N entrées et N sorties, caractérisée en ce que pour stocker chaque cellule pendant une durée sélectionable, inférieure ou égale à k fois la durée T O d'une cellule, la mémoire tampon ( 181) comporte:30 (k+l) lignes à retard ( 189,,190) procurant respectivement des retards 0,,k Tc, et ayant des sorties couplées à des entrées de l'étage ( 182) d'aiguillage spatial; (k+l) combineurs ( 187,,188) ayant chacun une sortie couplée à une entrée d'une ligne à retard ( 189,,190) et ayant N entrées; N diffuseurs ( 185,,186), ayant chacun une entrée constituant -11- une entrée de la mémoire tampon ( 181), et ayant (k+l) sorties; (k+l) N portes optiques (P 1,,P 272) reliant chacune une sortie de l'un des N diffuseurs ( 185,,186) à une entrée de l'un des (kil) combineurs ( 187,,188), et étant commandées par les moyens de commande ( 52) de telle sorte que chaque diffuseur ( 185,,186) est relié à un seul combineur ( 187,,188), à chaque instant. 3) Matrice de commutation photonique selon la revendication 1, recevant des cellules dont l'ordre chronologique initial a été modifié par permutation à l'intérieur de groupes contenant P cellules;10 caractérisée en ce que, pour rétablir l'ordre chronologique à l'intérieur de chaque groupe contenant P cellules, les moyens de commande ( 52) comportent des moyens ( 200, 202, 203) pour sélectionner la durée de stockage de chaque cellule dans la mémoire tampon ( 181) de manière à constituer P sous-files d'attente dans chaque file d'attente15 correspondant à une sortie, chaque cellule destinée à une sortie donnée étant inscrite dans l'une des sous-files d'attente de la file attente correspondant à cette sortie, en fonction d'informations de routage indiquant le rang initial de cette cellule dans un groupe de P cellules; et les cellules destinées à une sortie donnée étant lues en20 lisant successivement une cellule dans chaque sous-file d'attente correspondant à cette sortie, ces sous-files d'attente étant lues dans un ordre prédéterminé. 4) Matrice de commutation photonique, selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour permettre de commuter une même cellule vers plusieurs sorties, les filtres ( 194,,195) sont accordables indépendamment les uns des autres; et en ce que les moyens de commande ( 52) comportent des moyens ( 202) pour fournir des signaux de commande auxdits filtres, en fonctions d'informations de routage indiquant, pour chaque cellule, les sorties de la matrice auxquelles cette cellule est destinée.