Brevet FR2722629A1 — publié le 19960119

Matrice de commutation photonique L'invention concerne une matrice de commutation photonique permettant de réaliser un réseau de connexion multi-étages, pour des connexions point à point, et point à multipoints. Elle commute des données sous la forme de cellules de longueur fixe, multiplexées par un multiplexage temporel asynchrone. La demande de brevet Européen n"O 497 667 décrit une matrice de commutation photonique comportant - 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 où k est un nombre entier et Tc est la durée d'une cellule, appelée période de cellule; cette mémoire tampon comportant -- n diffuseurs optiques, ayant chacun une entrée constituant une entrée de la mémoire tampon, et ayant (k+l) sorties; -- (k+l) combineurs optiques ayant chacun n entrées et une sortie, -- (k+l).n portes optiques reliant chacune la sortie de l'un des diffuseurs à une entrée de l'un des combineurs, et permettant chacune la sélection d'une valeur de retard; -- (k+l) lignes à retard procurant respectivement des retards o,..., k.TC, ayant chacune une entrée reliée respectivement à une sortie d'un combineur, et une sortie constituant une sortie de la mémoire tampon; - un étage d'aiguillage spatial comportant un filtre associé à 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 de longueur d'onde, et les portes de sélection de retard de 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. Chaque durée de stockage est choisie de manière à constituer une file d'attente pour chaque sortie, évitant des conflits entre deux cellules à commuter vers une même sortie. Dans cette matrice connue, le choix d'un retard pour chaque cellule est effectué à l'instant où cette cellule est appliquée à l'entrée de la matrice, puisque les portes optiques sélectionnant un retard sont situées en amont des lignes à retard qui vont effectivement réaliser le retard sélectionné. Lorsque plusieurs cellules arrivent au cours de la même période de cellule sur différentes entrées et sont destinées à une même sortie de la matrice, les moyens de commande sélectionnent des retards distincts de façon à étaler dans le temps la transmission de ces cellules vers la sortie considérée. Une queue est constituée pour chaque sortie, en attribuant à chaque cellule destinée à cette sortie un retard unique qui correspond à la position de cette cellule dans la queue. Les moyens de commande attribuent une valeur de retard comprise entre O et k.Tc à chaque cellule. Comme chaque cellule arrivant sur une entrée est susceptible d'être destinée à n'importe laquelle des n sorties, les moyens de commande doivent être informés de l'état de remplissage des n queues de sortie, avant de prendre une décision pour attribuer un retard à cette cellule. Pour simplifier l'adressage des portes optiques, les moyens de commande sont centralisés et gèrent l'ensemble des n queues de sortie. Cette gestion est d'autant plus lourde que le nombre n d'entrées et de sorties est élevé. Le but de l'invention est de proposer une structure de matrice de commutation photonique permettant d'alléger la gestion des n queues de sortie, afin de simplifier la réalisation des moyens de commande de cette matrice. L'objet de l'invention est une matrice de commutation photonique comportant n entrées et n sorties, pour commuter des données sous la forme de cellules ayant une durée fixée, appelée période de cellule; ces cellules étant multiplexées par un multiplexage temporel asynchrone; comportant - n convertisseurs de longueur d'onde situés respectivement aux entrées de la matrice pour attribuer n longueurs d'onde distinctes aux cellules appliquées respectivement aux n entrées 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, où k est un nombre entier et où Tc est la période de cellule; - un étage d'aiguillage spatial comportant un filtre accordable 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 pour commander les filtres accordables en fonction d'informations de routage indiquant, pour chaque cellule, chaque sortie de la matrice à laquelle cette cellule est destinée; - et des moyens 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 plusieurs cellules destinée à une même sortie; caractérisée en ce que la mémoire tampon optique commune comporte - des moyens pour fournir k+1 exemplaires de chaque cellule avec k+1 retards distincts; - des moyens pour sélectionner ensuite un exemplaire parmi les k+1 exemplaires retardés de chaque cellule, pour chaque sortie destinataire. La matrice de commutation ainsi caractérisée peut comporter des moyens de commande comportant n dispositifs de commande identiques, associés aux n sorties de la matrice; et sélectionnant une longueur d'onde et un retard, pour chaque cellule, indépendamment pour chaque sortie de la matrice. Cette structure permet la réalisation de moyens de commande modulaires, constitués de n modules identiques et indépendants, ne gérant qu'une seule queue de sortie. Elle présente donc l'avantage de permettre une réalisation beaucoup plus simple des moyens de commande. En outre elle est totalement compatible avec l'établissement de connexions point à multipoints. Selon un mode de réalisation préférentiel, chaque dispositif de commande associé à une sortie (Si, . . . ,S16) comporte - des moyens (RD, CE, CO, RS, MED, A) pour détecter sur les entrées (El, ..., E16) de la matrice chaque cellule destinée à cette sortie; et déterminer l'entrée de la matrice où elle a été appliquée et en déduire une longueur d'onde pour cette cellule; - des moyens (PE, MSL, MSR) pour mémoriser la longueur d'onde et le retard attribués à chaque cellule, et en déduire le retard à appliquer à la prochaine cellule qui sera destinée à cette sortie; - et des moyens (PL) pour lire dans les moyens (PE, MSL, MSR) pour mémoriser, la longueur d'onde et le retard attribués à une cellule, pour chaque période de cellule. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description cidessous et des figures l'accompagnant - la figure 1 représente le schéma synoptique d'un exemple de réalisation de la matrice selon l'invention; - et la figure 2 représente le schéma synoptique d'un dispositif de commande, correspondant à une sortie, que comporte cet exemple de réalisation. L'exemple de réalisation représenté sur la figure 1 comporte une seule matrice de commutation, qui peut être un élément d'un étage d'un réseau de connexion comportant une pluralité de matrices de commutation. Dans cet exemple, le nombre n d'entrées et de sorties de la matrice est égal à 16. Le nombre de cellules stockables dans chaque file d'attente est fixé par le nombre k des retards réalisables. Le nombre k peut être égal à 16, par exemple. L'article "Buffer Sizing in an ATM Switch for both ATM and STM Trafics International Journal of Digital and Analog Cabled Systems vol 2, p247-252 (1986) montre qu'une mémoire tampon de sortie ayant une capacité de 16 cellules par sortie, permet d'obtenir un taux de perte de cellules égal à 10-1 . I1 est possible d'obtenir un taux de perte donné, en choisissant un autre nombre k. Cet exemple de réalisation comporte - 16 entrées El, ..., E16; - 16 sorties S1, ..., S16; - 16 coupleurs passifs CP1, CP2, ..., CP16; ayant un accès relié respectivement à l'une des entrées El, ..., E16; et ayant deux sorties; - 16 convertisseurs de longueur d'onde WC1, WC2, ..., WC16 émettant respectivement sur des longueurs d'onde fixées et distinctes ho,..., B16, et ayant chacun une entrée reliée respectivement à une première sortie de l'un des coupleurs CP1, ..., CP16; - un combineur optique C1 ayant 16 entrées reliées respectivement à une sortie de chacun des convertisseurs de longueur d'onde WC1, ..., WC16; - un ensemble FB de lignes à retard optiques ayant une entrée reliée à une sortie du combineur C1 et ayant k sorties fournissant, pour une cellule donnée appliquée à l'entrée, k+1 exemplaires de la même cellule, respectivement retardés avec des retards O.Tc, l.Tc, 2.tu,..., k.TC, où Tc est la période de cellule; - 16 modules de sélection de retards, MS1, ..., MS16, associés respectivement aux sorties S1, ..., S16, et constitués chacun de 16 portes optiques; le module MS1 étant constitué par exemple des portes G1, ..., G16; chaque module comportant : k entrées reliées respectivement aux k sorties de l'ensemble de lignes à retard FB; 16 entrées de commande commandant respectivement les 16 portes optiques; et une sortie commune aux 16 portes optiques; - 16 dispositifs de commande Ci,..., DC16 associés respectivement aux 16 sorties S1, ..., 516, et fonctionnant indépendamment les des autres; chacun comportant : 16 entrées reliées à un bus B comportant 16 conducteurs reliés respectivement aux secondes sorties des coupleurs CP1, CP16; et comportant 16 premières sorties reliées aux 16 entrées de commande du module de sélection de retard MS1, ..., ou MS16, associé à même la sortie de la matrice; - 16 modules de filtrage TF1, ..., TF16, associés respectivement aux sorties S1, ..., S16, et ayant chacun une entrée reliée respectivement à la sortie d'un module de sélection MS1, ..., OU MS16; une sortie reliée respectivement à l'une des sorties S1, ..., ou S16 de la matrice; et 16 entrées de commande reliées respectivement à 16 secondes sorties du dispositif de commande DC1,..., ou DC16, associé à la même sortie de la matrice. Tous les modules de filtrage TF1, ..., TF16 sont identiques, et sont équivalents à un filtre accordable sur 16 longueurs d'onde prédéterminées. Le module TF1 par exemple comporte -- un démultiplexeur spectral DM1 ayant une entrée constituant l'entrée du module TF1, et 16 sorties restituant respectivement les cellules portées par les longueurs d'ondes ho,..., B16; -- 16 portes optiques P1, ..., P16, ayant chacune : une entrée reliée respectivement à l'une des 16 sorties du démultiplexeur DM1, une entrée de commande constituant l'une des 16 entrées de commande du module de filtrage TF1, et ayant une sortie; -- un combineur optique C2 ayant 16 entrées reliées respectivement aux sorties des 16 portes Pi, P16, et ayant une sortie constituant la sortie du module TF1, laquelle est reliée à la sortie S1 de la matrice de commutation. Selon un mode de réalisation préférentiel, l'ensemble de lignes à retard FB est constitué de segments de fibre optique dont les longueurs respectives procurent des temps de propagation égaux à O.Tc, l.Tc, 2TC, 4Tc, ou 2i.TC. Ces segments de fibre optique sont reliés de façon à constituer un réseau en forme d'arbre dont les branches aboutissent respectivement aux k+l sorties de l'ensemble FB. Selon la branche parcourue sur cet arbre, une cellule peut subir toutes les valeurs de retard 0.Tc, 1.Tc, 2Tc, 3.Tc,...,(2i+1 - 1).Tc, i étant un nombre entier tel que cette dernière valeur de retard soit au moins égale à k.Tc. Les 16 coupleurs passifs CP1, ..., CP16 permettent de prélever sur chaque entrée une fraction de l'énergie du signal optique pour permettre à chacun des 16 dispositifs de commande DC1, ..., DCn de lire l'en-tête de toutes les cellules appliquées à toutes les entrées E1,...,E16 de la matrice de commutation, en vue de router convenablement chaque cellule vers une sortie S1, ..., S16 à laquelle elle est destinée. Eventuellement une même cellule peut être destinée à plusieurs sorties, dans le cas d'une connexion du type point à multipoints. Les signaux optiques appliqués aux entrées E1,...,E6 peuvent avoir des longueurs d'onde quelconques. Les convertisseurs WC1, ..., WC6 attribuent à chaque cellule une longueur d'onde #1,...,#16 qui est fixée et distincte pour chaque entrée El, ..., E16. Chaque module de filtrage TF1, ..., TF16 est accordé sur une longueur d'onde choisie parmi les longueurs d'onde hl, ..., k16. Chaque module TFl,...,TF16 est commandé par des signaux SL de sélection de longueur d'onde, fournis par les secondes sorties du dispositif de commande DC1, ..., ou DC16 associé à ce module de filtrage. Ainsi une porteuse de longueur d'onde Xj porte toutes les cellules appliquées à une entrée donnée Ej, et est routée vers la sortie, ou les sorties, pour laquelle, ou lesquelles, le module de filtrage est accordé sur la longueur d'onde Xj. L'ensemble FB de lignes à retard fournit systématiquement k+l exemplaires retardés pour chaque cellule appliquée à son entrée. Si cette cellule est destinée à une seule sortie, S1 par exemple, le module MS1 de sélection de retard est commandé par le dispostif de commande DC1 pour sélectionner un exemplaire parmi les k exemplaires retardés. Des signaux de sélection de retards, SR, fournis par les premières sorties du dispositif de commande DC1, valident une seule porte parmi les portes G1, ..., G16, et bloquent les autres. Dans le cas d'une connexion point à multipoints, plusieurs sorties étant destinataires d'une même cellule, plusieurs modules de sélection de retards fonctionnent en parallèle et sélectionnent chacun un exemplaire retardé. La figure 2 représente le schéma synoptique d'un exemple de dispositif de commande associé à l'une des sorties, par exemple le dispositif DC1 associé à la sortie S1. Ce dispositif assure à la fois le routage des cellules destinées à la sortie S1 et la gestion de la file d'attente pour accèder à cette sortie S1 lorsque plusieurs cellules destinées à cette sortie arrivent simultanément sur plusieurs entrées El, ..., E16. Cet exemple de réalisation DC1 comporte - un ensemble RD constitué de 16 registres de 13 bits, ayant : 16 entrées de données reliées respectivement aux 16 conducteurs parallèles du bus B, une sortie de 13 bits, une entrée d'adressage de lecture, et une entrée de commande d'écriture recevant un signal d'horloge H1; - un registre RS de 13 bits, destiné à mémoriser une en-tête de routage, et ayant : une entrée reliée à la sortie de l'ensemble RD, une sortie d'un bit fournissant un indicateur BD indiquant le type de connexion, et une sortie fournissant un mot de 12 bits; - une mémoire MED mémorisant des étiquettes de routage particulières appelées étiquettes de diffusion; ayant : une entrée d'adresse reliée à la sortie du registre RS fournissant 12 bits, une entrée d'horloge de lecture recevant un signal d'horloge H2, et une sortie de données fournissant un mot de 5 bits; - un aiguillage A comportant : deux entrées, une première entrée étant reliée à la sortie de données de la mémoire MED et une seconde entrée étant reliée directement à 4 bits de la sortie de 12 bits du registre RS; une entrée de commande, reliée à la sortie d'un bit du registre RS; et une sortie; - un comparateur logique CO ayant : une première entrée reliée à la sortie de l'aiguillage A, une seconde entrée recevant un mot binaire de 4 bits, AD(S1), qui est l'identité de la sortie S1; et une sortie fournissant un signal binaire; - une mémoire MSL dite de sélection de longueur d'onde, ayant : une entrée de données, une entrée d'adresse d'écriture, une entrée d'adresse de lecture, et une sortie de données, cette dernière constituant les 16 secondes sorties du dispositif de commande CD1 qui fournissent les 16 signaux de sélection de longueur d'onde SL; - une mémoire MSR dite de sélection de retard, ayant : une entrée de données, une entrée d'adresse d'écriture, une entrée d'adresse de lecture, et une sortie de données, cette dernière constituant les 16 premières sorties du dispositif de commande CD1 qui fournissent les 16 signaux de sélection de retards SR; - un compteur CE appelé compteur d'exploration, ayant une entrée d'horloge recevant un signal d'horloge H3, et ayant une sortie fournissant un mot binaire EX à l'entrée d'adresse de l'ensemble de registres RD et à l'entrée de données de la mémoire MSL; - un compteur PE appelé pointeur d'écriture, ayant : une entrée d'horloge reliée à la sortie du comparateur CC, et une sortie reliée : à l'entrée de données et à l'entrée d'adresse d'écriture de la mémoire MSR, et à l'entrée d'adresse d'écriture de la mémoire MSL; - un compteur PL appelé pointeur de lecture, ayant : une entrée d'horloge recevant un signal d'horloge H4, et ayant une sortie reliée aux entrées d'adresse de lecture des mémoires MSL et MSR; - et un séquenceur SQ fournissant tous les signaux d'horloge H1, H2, H3, H4 du dispositif de commande DC1. Pendant chaque période d'horloge, le bus B fournit sous forme série, sur chacun de ses 16 conducteurs, une cellule reçue respectivement par l'une des 16 entrées El, ..., E16. L'horloge H1 commande l'inscription successive de 13 bits d'en-tête de cellule dans chaque registre de l'ensemble RD. Parmi ces 13 bits, un bit BD indicateur du type de connexion permet de discriminer une connexion point à point ou une connexion point à multipoints; et les autres 12 bits ont des fonctions différentes selon le type de connexion: - soit ils sont constitués de 3 champs de 4 bits constituant 3 étiquettes de routage permettant dans cet exemple de sélectionner une sortie parmi 16 sorties dans trois étages successifs d'un réseau de connexion; - soit ils sont constitués d'un seul champ de 12 bits désignant une connexion point à multipoints parmi un ensemble prédéterminé de connexions point à multipoints, chaque connexion ayant la forme d'un arbre reliant une entrée de la matrice à un certain nombre de sorties de cette matrice. Le bit BD indicateur du type de connexion commande l'aiguillage A pour appliquer au comparateur CO soit - le mot binaire de 4 bits fourni par la sortie du registre RS et qui est l'identité de l'une des sorties S1, ..., S16 de la matrice de commutation, dans le cas d'une connexion point à point; - soit une suite de plusieurs mots binaires de 5 bits fournis successivement par la sortie de données de la mémoire MED; ces mots binaires sont des identités de sortie S1, ..., S16, auxquelles est destinée une même cellule, dans le cas d'une connexion point à multipoints. Le nombre de mots binaires fournis par la mémoire MED en réponse à une étiquette de routage représentant une connexion point à multipoints est au plus égal à 16, puisque la matrice considérée ne comporte que 16 sorties. Le séquenceur SQ fournit une suite de 16 impulsions du signal H2 pour lire successivement 16 identités de sortie. L'un de 5 bits fournis par la mémoire MED est utilisé pour désigner les mots qui ne désignent aucune sortie, lorsque le nombre de sorties destinataires est inférieur à 16. Le comparateur CO compare l'identité de sortie qu'il reçoit sur sa première entrée avec l'identité AD(S1) de la sortie S1, puisque dans cet exemple le dispositif de commande DC1 est associé à la sortie S1. Chaque fois que le comparateur CO détecte une égalité entre les identités présentes sur sa première et sur sa seconde entrée, il fournit un signal logique au pointeur d'écriture PE pour incrémenter son contenu d'une unité. La valeur fournie par la sortie du pointeur PE constitue à la fois la valeur du retard à appliquer à une cellule avant qu'elle n'accède à la sortie S1, et l'adresse d'écriture à laquelle cette valeur de retard doit être inscrite dans la mémoire SR. Par ailleurs, cette valeur constitue l'adresse d'écriture à laquelle doit être inscrite, dans la mémoire MSL, un mot binaire désignant une longueur d'onde correspondant à l'entrée par laquelle est arrivée cette cellule. Ce mot binaire est fourni par le compteur d'exploration CE. Le compteur d'exploration CE est un compteur binaire à 4 bits. I1 fournit un mot binaire EX permettant d'adresser en lecture, successivement, les 16 registres de l'ensemble de registres RD, pendant chaque période de cellule. Le mot EX permet en outre de désigner l'entrée de la matrice qui a reçu la cellule dont l'en-tête est contenue dans le registre qui est en cours de lecture dans l'ensemble RD. La mémoire de sélection de longueur d'onde MSL est adressée par mot EX, pour fournir un mot SL désignant la longueur d'onde qui a été attribuée à cette entrée pour cette cellule. Elle fournit un mot binaire de 16 bits parmi lesquels un seul bit a la valeur 1, et les 15 autres bits ont la valeur 0, de façon à fournir 16 signaux de sélection d'onde qui accordent le module de filtrage TF1 sur la longueur d'onde correspondant à l'entrée identifiée par le mot binaire EX. Selon une variante de réalisation le compteur d'exploration CE peut être remplacé par un générateur de nombre pseudo-aléatoire, à 4 bits, pour explorer les 16 registres de l'ensemble RD avec une équiprobabilité, sans utiliser une séquence fixe. Les schémas synoptiques des figures 1 et 2 ne représentent aucun amplificateur optique. Cependant des amplificateurs optiques peuvent être prévus en plusieurs points de la matrice de commutation pour compenser l'affaiblissement des signaux optiques. Selon une autre variante de réalisation, les modules de filtrage TF1, ..., TF6 peuvent être constitués de filtres optiques accordables électriquement de manière continue dans la plage de longueur d'onde hl,...,h16. REVENDICATIONS 1) Matrice de commutation photonique comportant n entrées (El, ..., E16) et n sorties (S1, ..., S16), pour commuter des données sous la forme de cellules ayant une durée fixée, appelée période de cellule; ces cellules étant multiplexées par un multiplexage temporel asynchrone; comportant - n convertisseurs de longueur d'onde (WC1, ..., WC16) situés respectivement aux entrées de la matrice pour attribuer n longueurs d'onde distinctes aux cellules appliquées respectivement aux n entrées de la matrice; - une mémoire tampon optique (FB, MS1, ..., MS16) commune à toutes les sorties de la matrice pour stocker chaque cellule pendant une durée sélectionnable entre O et k.Tc, où k est un nombre entier et où Tc est la période de cellule; - un étage d'aiguillage spatial comportant un filtre accordable (TF1, ..., TF16) 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 (DC1, ..., DC16) pour commander les filtres accordables (TF1, ..., TF16) en fonction d'informations de routage indiquant, pour chaque cellule, chaque sortie de la matrice à laquelle cette cellule est destinée; - et des moyens (DC1, ..., DC16) pour sélectionner la durée de stockage de chaque cellule dans la mémoire tampon (FB, MSl, ..., MS16) de manière à constituer une file d'attente pour chaque sortie, évitant des conflits entre plusieurs cellules destinée à une même sortie; caractérisée en ce que la mémoire tampon optique commune comporte - des moyens (FB) pour fournir k+l exemplaires de chaque cellule avec k+l retards distincts; - des moyens (MS1, ..., Mil6) pour sélectionner ensuite un exemplaire parmi les k+l exemplaires retardés de chaque cellule, pour chaque sortie destinataire. 2) Matrice selon la revendication l, caractérisée en ce que les moyens pour commander les filtres accordables et pour sélectionner la durée de stockage comportent n dispositifs de commande identiques (DCi, ..., Ci6), associés respectivement aux n sorties de la matrice, et sélectionnant une longueur d'onde et un retard pour chaque cellule indépendamment pour chaque sortie (Si, ..., S16) de la matrice. 3) Matrice de commutation selon la revendication 2, caractérisée en ce que chaque dispositif de commande (DC1, ..., DCl6) associé à une sortie (S1, ...,S16) comporte - des moyens (RD, CE, CO, RS, MED, A) pour détecter sur les entrées (El, ..., E16) de la matrice chaque cellule destinée à cette sortie; et déterminer l'entrée de la matrice où elle a été appliquée et en déduire une longueur d'onde pour cette cellule; - des moyens (PE, MSL, MSR) pour mémoriser la longueur d'onde et le retard attribués à chaque cellule, et en déduire le retard à appliquer à la prochaine cellule qui sera destinée à cette sortie; - et des moyens (PL) pour lire dans les moyens (PE, MSL, MSR) pour mémoriser, la longueur d'onde et le retard attribués à une cellule, pour chaque période de cellule.