(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチの複数の入力ポートの１つから複数の出力ポートの選択された１つへ、電子データパケットを高速でスイッチングするための方法であって、該方法が：
各ポートに於いて入力された信号パケットを、その信号のデータ搬送部の第一時間領域電子表現と、その信号のアドレス搬送部の第二時間領域電子表現とに分割し；
前記データ部および前記アドレス部の各々の時間領域電子表現を、それぞれ分割された第一および第二空間画像表現に変形し；
前記第一および第二画像表現を、前記複数の入力ポートで受信された特定パケットに関連づけられる統合画像に組み合わせ；
前記入力ポートの各々に関連する前記各々の統合画像を単一合成画像にマルチプレクスし；
前記単一合成画像を、各々のセンサが入力信号パケットの特定宛先アドレスに関連している複数の対象センサにブロードキャストし；
前記合成画像を各々が特定出力ポートに関連する複数の統合画像にデマルチプレクスし、該デマルチプレクスは入力信号パケットに対する各宛先データポートに対応するアドレス画像部分を重ね合わせることで行われるデマルチプレクスを行い；そして
各出力ポートで受信された統合画像をアドレス部とデータ部を含む時間領域電子形式に変形する、以上のステップを含む前記方法。
【請求項２】
複数の入力ポートの１つから複数の出力ポートの選択された１つへ、複数のディジタルデータシーケンスの高速並列スイッチングを行うための方法であって、該方法が：
各ディジタルデータシーケンスのアドレス部をこのディジタルデータシーケンスのペイロード部から分離し；
各ディジタルデータシーケンスの宛先出力ポートをディジタルデータシーケンスのアドレス部を使用して決定し；
ディジタルデータシーケンスのペイロード部分を変調するために、前記宛先出力ポートに対応するユニークな変調光パターンを生成し；
複数のセルを含む符号化された光パターンをディジタルデータシーケンスを予め選択された変換プロトコルを用いて生成し；
前記符号化された光パターンの各セルを前記ユニークな光パターンを使用して対応する変調光パターンを得るために変調し；
各ディジタルデータシーケンスから得られた前記変調光パターンを重ね合わせて合成光パターンを形成し；
前記合成光パターンを複数の宛先受信機のブロードキャストし；
前記合成光パターンを各前記宛先受信機内で、この宛先受信機のアドレスに対応するユニークな変調光パターンを用いて復調し；そして
前記復調光パターンを各出力ポートに於いて復号し、スイッチングされた時間領域ディジタルデータシーケンスを得る、以上のステップを含む前記方法。
【請求項３】
請求項２記載の複数の入力ポートの１つから複数の出力ポートの選択された１つへ複数のディジタルデータシーケンスを高速並列スイッチングするための方法に於いて、ディジタルデータシーケンスがＡＴＭセルである、前記方法。
【請求項４】
請求項２記載の複数の入力ポートの１つから複数の出力ポートの選択された１つへ複数のディジタルデータシーケンスを高速並列スイッチングするための方法が更に：
各ディジタルデータシーケンスのペイロード部分を１つまたは複数の光スイッチングに適したフレームに集合するステップを含む、前記方法。
【請求項５】
請求項２記載の複数の入力ポートの１つから複数の出力ポートの選択された１つへ複数のディジタルデータシーケンスを高速並列スイッチングするための方法が更に：
元のディジタルデータシーケンスのアドレス部の全てまたは一部を元のディジタルデータシーケンスのペイロード部と再パックし；そして
再パックされたディジタルデータシーケンスを、前方向へ送信するために下流処理装置へ転送する、以上のステップを含む、前記方法。
【請求項６】
請求項２記載の複数の入力ポートの１つから複数の出力ポートの選択された１つへ複数のディジタルデータシーケンスを高速並列スイッチングするための方法に於いて、ユニークな変調光パターンを生成するステップが、複数の対称非重複変調パターンの１つを、各選択された変調パターンが１つより多くは無い単一宛先出力ポートと関連するように選択することで実施される、前記方法。
【請求項７】
請求項２記載の複数の入力ポートの１つから複数の出力ポートの選択された１つへ複数のディジタルデータシーケンスを高速並列スイッチングするための方法に於いて、ユニークな変調光パターンを生成するステップが、複数の非対称非重複変調パターンの１つを、各選択された変調パターンが１つより多くは無い単一宛先出力ポートと関連するように選択することで実施される、前記方法。
【請求項８】
請求項２記載の複数の入力ポートの１つから複数の出力ポートの選択された１つへ複数のディジタルデータシーケンスを高速並列スイッチングするための方法に於いて、ユニークな変調光パターンを生成するステップが、複数の非対称一部重複変調パターンの１つを、各選択された変調パターンが１つより多くは無い単一宛先出力ポートと関連するように選択することで実施される、前記方法。
【請求項９】
請求項２記載の複数の入力ポートの１つから複数の出力ポートの選択された１つへ複数のディジタルデータシーケンスを高速並列スイッチングするための方法に於いて、複数のセルを含む符号化された光パターンを生成するステップが更に：
ディジタルデータシーケンスのペイロード部に含まれる情報をバイナリ形式に翻訳し；そして
０または１の各バイナリ値を前記符号化された光パターン内のセルのある特定の状態に関連づける、以上のステップを含む、前記方法。
【請求項１０】
請求項９記載の複数の入力ポートの１つから複数の出力ポートの選択された１つへ複数のディジタルデータシーケンスを高速並列スイッチングするための方法に於いて、符号化された光パターンが１６行２４列に配置された３８４セルの長方形格子である、前記方法。
【請求項１１】
請求項９記載の複数の入力ポートの１つから複数の出力ポートの選択された１つへ複数のディジタルデータシーケンスを高速並列スイッチングするための方法に於いて、符号化された光パターンが２０行２２０列に配置され、中央の１６セルが未使用で残された３８４セルの正方形格子である、前記方法。
【請求項１２】
請求項９記載の複数の入力ポートの１つから複数の出力ポートの選択された１つへ複数のディジタルデータシーケンスを高速並列スイッチングするための方法に於いて、符号化された光パターンが３８４セルを具備した両側に対称な格子であり、各象限が３行の列、６行の列、７行の列、８行の列、９行の列、１０行の列、および１１行の列を有する、前記方法。
【請求項１３】
スイッチの複数の入力ポートの１つから複数の出力ポートの選択された１つへ、電子データパケットを高速でスイッチングするためのシステムであって、該システムが：
各ポートに於いて入力された信号パケットを、その信号のデータ搬送部の第一時間領域電子表現と、その信号のアドレス搬送部の第二時間領域電子表現とに分割するための装置と；
前記データ部および前記アドレス部の各々の時間領域電子表現を、それぞれ分割された第一および第二空間画像表現に変形するための装置と；
前記第一および第二画像表現を、前記複数の入力ポートで受信された特定パケットに関連づけられる統合画像に組み合わせるための装置と；
前記入力ポートの各々に関連する前記各々の統合画像を単一合成画像にマルチプレクスするための装置と；
前記単一合成画像を、各々のセンサが入力信号パケットの特定宛先アドレスに関連している複数の対象センサにブロードキャストするための装置と；
前記合成画像を各々が特定出力ポートに関連する複数の統合画像にデマルチプレクスし、該デマルチプレクスは入力信号パケットに対する各宛先データポートに対応するアドレス画像部分を重ね合わせることで行われるデマルチプレクスするための装置と；そして
各出力ポートで受信された統合画像をアドレス部とデータ部を含む時間領域電子形式に変形するための装置、以上の装置を含む前記システム。
【請求項１４】
複数の入力ポートの１つから複数の出力ポートの選択された１つへ、複数のディジタルデータシーケンスの高速並列スイッチングを行うためのシステムであって、該システムが：
各ディジタルデータシーケンスのアドレス部をこのディジタルデータシーケンスのペイロード部から分離するための装置と；
各ディジタルデータシーケンスの宛先出力ポートをディジタルデータシーケンスのアドレス部を使用して決定するための装置と；
ディジタルデータシーケンスのペイロード部分を変調するために、前記宛先出力ポートに対応するユニークな変調光パターンを生成するための装置と；
複数のセルを含む符号化された光パターンをディジタルデータシーケンスを予め選択された変換プロトコルを用いて生成するための装置と；
前記符号化された光パターンの各セルを前記ユニークな光パターンを使用して対応する変調光パターンを得るために変調するための装置と；
各ディジタルデータシーケンスから得られた前記変調光パターンを重ね合わせて合成光パターンを形成するための装置と；
前記合成光パターンを複数の宛先受信機のブロードキャストするための装置と；
前記合成光パターンを各前記宛先受信機内で、この宛先受信機のアドレスに対応するユニークな変調光パターンを用いて復調するための装置と；そして
前記復調光パターンを各出力ポートに於いて復号し、スイッチングされた時間領域ディジタルデータシーケンスを得るための装置、以上の装置を含む前記システム。
【請求項１５】
請求項１４記載の複数の入力ポートの１つから複数の出力ポートの選択された１つへ複数のディジタルデータシーケンスを高速並列スイッチングするためのシステムに於いて、ディジタルデータシーケンスがＡＴＭセルである、前記システム。
【請求項１６】
請求項１４記載の複数の入力ポートの１つから複数の出力ポートの選択された１つへ複数のディジタルデータシーケンスを高速並列スイッチングするためのシステムが更に：
各ディジタルデータシーケンスのペイロード部分を１つまたは複数の光スイッチングに適したフレームに集合するための装置を含む、前記システム。
【請求項１７】
請求項１４記載の複数の入力ポートの１つから複数の出力ポートの選択された１つへ複数のディジタルデータシーケンスを高速並列スイッチングするためのシステムが更に：
元のディジタルデータシーケンスのアドレス部の全てまたは一部を元のディジタルデータシーケンスのペイロード部と再パックするための装置と；そして
再パックされたディジタルデータシーケンスを、前方向へ送信するために下流処理装置へ転送するための装置、以上の装置を含む前記システム。
【請求項１８】
請求項１４記載の複数の入力ポートの１つから複数の出力ポートの選択された１つへ複数のディジタルデータシーケンスを高速並列スイッチングするためのシステムに於いて、ユニークな変調光パターンを生成する装置が、更に複数の対称非重複変調パターンの１つを、各選択された変調パターンが１つより多くは無い単一宛先出力ポートと関連するように選択するための装置を含む、前記システム。
【請求項１９】
請求項１４記載の複数の入力ポートの１つから複数の出力ポートの選択された１つへ複数のディジタルデータシーケンスを高速並列スイッチングするためのシステムに於いて、ユニークな変調光パターンを生成するための装置が、更に複数の非対称非重複変調パターンの１つを、各選択された変調パターンが１つより多くは無い単一宛先出力ポートと関連するように選択するための装置を含む、前記システム。
【請求項２０】
請求項１４記載の複数の入力ポートの１つから複数の出力ポートの選択された１つへ複数のディジタルデータシーケンスを高速並列スイッチングするためのシステムに於いて、ユニークな変調光パターンを生成するための装置が、複数の非対称一部重複変調パターンの１つを、各選択された変調パターンが１つより多くは無い単一宛先出力ポートと関連するように選択するための装置を含む、前記システム。
【請求項２１】
請求項１４記載の複数の入力ポートの１つから複数の出力ポートの選択された１つへ複数のディジタルデータシーケンスを高速並列スイッチングするためのシステムに於いて、複数のセルを含む符号化された光パターンを生成するための装置が更に：
ディジタルデータシーケンスのペイロード部に含まれる情報をバイナリ形式に翻訳するための装置と；そして
０または１の各バイナリ値を前記符号化された光パターン内のセルのある特定の状態に関連づけるための装置とを含む、前記システム。
【請求項２２】
請求項２１記載の複数の入力ポートの１つから複数の出力ポートの選択された１つへ複数のディジタルデータシーケンスを高速並列スイッチングするためのシステムに於いて、符号化された光パターンが１６行２４列に配置された３８４セルの長方形格子である、前記システム。
【請求項２３】
請求項２１記載の複数の入力ポートの１つから複数の出力ポートの選択された１つへ複数のディジタルデータシーケンスを高速並列スイッチングするためのシステムに於いて、符号化された光パターンが２０行２２０列に配置され、中央の１６セルが未使用で残された３８４セルの正方形格子である、前記システム。
【請求項２４】
請求項２１記載の複数の入力ポートの１つから複数の出力ポートの選択された１つへ複数のディジタルデータシーケンスを高速並列スイッチングするためのシステムに於いて、符号化された光パターンが３８４セルを具備した両側に対称な格子であり、各象限が３行の列、６行の列、７行の列、８行の列、９行の列、１０行の列、および１１行の列を有する、前記システム。
【発明の詳細な説明】
１．産業上の利用分野
本発明は電子データスイッチングシステムに関わり、更に詳細には超高速ＡＴＭスイッチングシステムの実施に際し光技術を使用することに関する。
２．関連技術の説明
遠距離通信サービスに対する需要は右肩上がりで増大している。この需要を満たすために、遠距離通信ネットワーク運用管理者および提供者は継続的に彼らの回路とまたこれらの回路を相互接続するためのスイッチノードの両方のトラヒック搬送容量を更新しなければならない。更に、通常の音声電話サービスに対する需要は、その他の遠距離通信サービス、例えばコンピュータ間のデータ通信、グラフィック画像伝送、ビデオ会議および同様の広帯域サービスと比較して全体のトラヒックの中で徐々に縮退しつつある。
現在および将来の遠距離通信加入者は、個人および企業共に共通アクセス経由で毎秒１５０メガバイトまたはそれ以上のデータ速度で動作し、広い範囲の異なる型式の広帯域サービスをサポートする広帯域ネットワークのウェブに接続されるであろう。広帯域ネットワークは一般的にほぼ毎秒１メガバイトを越えるビット電送速度を必要とする使用者サービスをサポートするものとして定義されている。
一般的に広帯域ネットワークは非同期伝送モード（ＡＴＭ）技術を伝送並びにスイッチング技術の基本として使用して構築されることが多い。ＡＴＭ技術を採用した広帯域統合サービスディジタルネットワーク（Ｂ−ＩＳＤＮ）は、使用者に対して柔軟性と基本的な音声電話サービスから高速データ伝送、ビデオ電話、および高品質テレビ信号配信を含む多種の遠距離通信サービスをサポートするのに必要な容量とを提供する事が可能である。以下に更に説明するように、ＡＴＭ技術はデータをパケットまたはセルの区分に分割することを基本としており、これらは個別の単位として広帯域ネットワーク内の種々のノードを通って伝送およびスイッチングされる。
現在の大規模電話中央局は１００，０００もの顧客を担当している。この様な多数の端末に基づくと、将来のＢ−ＩＳＤＮ中央曲は毎秒１テラビット（毎秒１０12ビット）またはそれ以上のスイッチング容量で動作することが要求される。各々の顧客が毎秒１５５．５２メガビットの設計スループットで動作するＢ−ＩＳＤＮラインでサービスされているとすると、ＡＴＭ交換スイッチは毎秒１５テラビットを越えるスループットを処理できる必要がある。
ＡＴＭを実施する際に使用される様な大規模データスイッチの構成の中での、この様に途方もなく高速なスイッチング要求を処理するための種々の提案がなされている。例えば、米国特許第５，３０３，０７８号、名称”大規模ＡＴＭスイッチング用装置並びに方法”、ブラケット（Brackett）その他に付与、は電子式および光スイッチングの組み合わせを提案している。このブラケットシステムはＡＴＭパケットスイッチを実現するために、同調可能レーザーと固定同調受信機とを具備した多重放送光星形ネットワークを採用している。しかしながらブラケット技術は複雑であるがために多くの不利を被る。このブラケット技術はまた高価で低速であるがそれは、電子式および光式データ表現の間に多重変換を含むためである。
光技術を符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）と共に使用して光学画像を他と一緒に符号化し、符号化された複数の画像を遠隔地に送信し、そこでこれらは復号されて互いに分離されることも知られている。例えばケイ・キタヤマ（K.Kitayama）、画像伝送用空間分散スペクトル帯域光ファイバーＣＤＭＡネットワーク、１２ＩＥＥＥ Journal on Selected Areas in Communication 762-772（１９９４年５月）参照。しかしながらこの様な光技術を、ＡＴＭスイッチング環境の中で使用するというような、高速データスイッチングシステムを実施する中で使用することを示唆することには触れていない。
本発明のシステムは従来型高速ＡＴＭスイッチング技術と光処理技術とを組み合わせて、１０入力１０出力スイッチ構造に対して毎秒十テラビットの範囲の驚異的に高いデータスループット速度を有する並列スイッチングシステムを製造する。
発明の要約
従って、本発明の第一の目的は遠距離通信スイッチの速度の増加を、光符号化−復号化技術を遠距離通信アプリケーションに適用することによって図ることである。光符号化−復号化技術を使用することにより、多重データストリームを並列に切り替えることが可能となる。
１つの特徴として本発明は、全て光技術を使用したディジタルデータシーケンスの高速並列スイッチングのためのシステム並びに方法に関する。この方法は各各のディジタルデータシーケンスのアドレス部分を、このディジタルデータシーケンスのペイロード部分から切り離すことを含む。次に各ディジタルデータシーケンスの宛先出力ポートが、このディジタルデータシーケンスのアドレス部分を用いて決定される。出力ポートに対応するユニークな光パターンが次に生成される。このユニークな光パターンはディジタルデータシーケンスのペイロード部分を変調するために使用され、これは最初からまたはあらかじめ計算されたリストから選択されるかのいずれかによって生成できる。
複数のセルを含む符号化された光パターンは、続いて各ディジタルデータシーケンスをあらかじめ選択された変換プロトコルを用いて符号化することにより構成される。この符号化された光パターンの各セルは、次にこのデータシーケンスの宛先に対応するユニークな変調光パターンを用いて変調される。
各ディジタルデータシーケンスから得られた変調された光パターンは重ね合わされて合成光パターンを形成し、これは複数の宛先受信機にブロードキャストされる。続いて合成光パターンは各宛先受信機の中で、その宛先受信機のアドレスに対応するユニークな変調光パターンを用いて復調される。最終的に復調された光パターンが各出力ポートで復号されて、スイッチングされた時間領域ディジタルデータシーケンスが得られ、これはその宛先に従来からの手法で回送される。
【図面の簡単な説明】
本発明の方法並びにシステムの更に完全な理解は、添付図と組み合わせてなされる提案された実施例の詳細な説明を参照することにより得られるであろう、ここで：
図１は図式的な遠距離通信ネットワークのブロック図であり、この中に本発明のデータスイッチングシステムが採用されている；
図２はＡＴＭセル構造の１例を図示するブロック図；
図３はＡＴＭネットワーク内で相互接続された多数の仮想パスおよび仮想チャンネルを図示するブロック図；
図４はＡＴＭネットワーク内の仮想パスおよび仮想チャンネルの交差接続およびスイッチングを図示するブロック図；
図５は標準でサポートされている種々のサービスクラスと標準の階層とを示す、ＣＣＩＴＴ  Ｂ−ＩＳＤＮ参照モデルを図示する図；
図６は仮想賃貸ライン（ＶＬＬ）サービスを提供する図式的ＡＴＭネットワークを示す図；
図７はＡＴＭ交差接続を含む多層ＳＤＨを基礎とする伝送ネットワークを図示し、これはＡＴＭ交差接続を含む；
図８は高速光スイッチングシステムの１つの実施例の高レベルのブロック図；
図９は図８に示す光スイッチの詳細ブロック図；
図１０は４ビットアドレスセグメントで変調される８ビットペイロードセグメントの簡単な場合に対する変調および復調過程の図式的例を示す；
図１１は４つの対称非重複符号化パターンを示し、これは４つの個別の宛先に向けてスイッチングされるデータを可逆的に変調するために使用できる；
図１２は図１１に示す４つの基本符号化パターンの種々の組み合わせの組み合わせの結果得られる１６個の光パターンの中の１２個を示す；
図１３は４つの非対称非重複符号化パターンを示し、これは４つの個別の宛先に向けてスイッチされるデータを可逆的に変調するために使用できる；
図１４は図１３に示す４つの基本符号化パターンの種々の組み合わせの組み合わせの結果得られる１６個の光パターンの中の１２個を示す；
図１５は４つの非対称な部分的に重複する符号化パターンを示し、これは４つの個別の宛先に向けてスイッチされるデータを可逆的に変調するために使用できる；
図１６図１５に示す４つの基本符号化パターンの種々の組み合わせの組み合わせの結果得られる１６個の光パターンの中の１２個を示す；
図１７は３８４ビットデータシーケンスを固定の１６掛ける２４の長方形基本グリッドとする１つの構成を示す；
図１８は３８４ビットデータシーケンスを中空の２０掛ける２０の正方形基本グリッドとする別の構成を示す；そして
図１９は３８４ビットデータシーケンスを固定の２２掛ける２２の補助対称で相対的に環状な基本グリッドとする１つの構成を示す。
提案された実施例の詳細な説明
遠距離通信ネットワーク
最初に図１を参照すると、ここには従来型公衆遠距離通信ネットワークの例示的図式図が示されており、複数のローカル交換機２１から２６を含みその各々はそこに接続された複数のローカル加入者、電話機器２７で表現されている、を有している。２つのローカル交換機２１と２４は遠隔加入者マルチプレクス段２８および２９とを有するように表現されており、これには続いてローカル顧客２７が接続されている。図１のネットワークはまた複数の幹線交換機３１から３４を含みこれらは一義的に種々のローカル交換機を互いに相互接し、ネットワークの種々の部位の間にルートを提供することである。幹線交換機３１は移動体交換機３５に接続されるように図示されており、これは一対の図式的基地局３６および３７を含み３８で表現されている複数の移動体無線電話加入者にサービスを提供する。
加えてその他の遠距離通信サービス、例えばデータベースおよびインテリジェントネットワークもまた図示されている種々の交換機の１つに接続される。ネットワーク内の各々の交換機２１から３５の間には複数の通信経路３０が示されており、その各々は複数の通信回路を含み、ネットワーク内の種々の交換機の間で音声そして／またはデータ通信を搬送するためのケーブル、光リンクまたは無線リンクを含む。
図１のネットワークはまたネットワーク制御システム４０を含み、これはネットワーク内の交換機２１から３５の各々に通信リンク４１（点線で表現されている）によって接続されており、これらは制御信号を各交換機に送信し各交換機からトラヒックデータを受信するためのものである。このネットワーク制御システム４０はネットワークの種々のトラヒックルート内の通信経路をダイナミックに再構築し、同様にネットワークの交換機内の警報システムを制御しネットワーク内の過密状態を軽減するように微細調整するための命令を発する。
ＡＴＭシステム概念
先に説明したように、実施されている公衆遠距離通信伝送ネットワークの中で非常に多数の変更が現在行われつつある。公衆遠距離通信ネットワークの運用管理者はすべての型式の遠距離通信サービスの伝送およびスイッチングを共通のインフラの中で取り扱える単一の技術を配備するように長年探してきた。このような技術の１つが非同期伝送モード（ＡＴＭ）技術である。
ＡＴＭは現在これらの要求を満足させようとして、かなりの“帯域幅粒子性”を有する運搬型遠距離通信ネットワークを生成することで実現されており、これは非常に高い帯域幅接続を処理することが可能である。“帯域幅粒子性”という用語はネットワークの特性を表わし、これはその帯域幅要求が１つの呼の持続期間中に広い範囲に渡って断続的に変化する呼を取り扱うことのできるものである。
ＡＴＭ技術を公衆遠距離通信ネットワークの中で使用することにより、関連サービスに対する共通スイッチングおよび伝送能力を提供し、帯域幅粒子性、可変ビット速度サービスのサポート、およびマルチメディアサービスのサポートを増加させる。これらの特徴があるため、ＡＴＭは国際電信電話諮問委員会（ＣＣＩＴＴ）によって広帯域ＩＳＤＮ（Ｂ−ＩＳＤＮ）サービスのコア技術として採用されている。これはＡＴＭの持つ欠点、低速度同時サービスにおける遷移遅延、ネットワーク内の追加の複雑性、および新たな性能パラメータ（セル損失および渋滞等）の導入があるにも関わらず行われたものであり、これらは本発明のシステムが取り扱うものであって以降更に詳しく説明する。
ＡＴＭネットワークは亜同期ディジタル階層（ＰＤＨ）または同期ディジタル階層（ＳＤＨ）のいずれかまたは両方を用いて実現されている。更に、純粋なＡＴＭがＡＴＭおよびＳＴＭ（同期伝送モード）との間の多重変換から制限が生じる度に搬送用に使用され、その結果生じる性能低下を処理することができる。
図２に図示されたＡＴＭセル構造がＡＴＭ技術の中心に据えられている。ＡＴＭセルは５３バイト、またはオクテットの固定長を有し５オクテットヘッダおよび４８オクテット情報フィールド（またペイロードとして知られている）に分割されている。ＡＴＭセルヘッダは数字フィールドとして構成されており、その１つの主機能はＡＴＭセルが発信点から宛先店へ１つまたは複数のスイッチングノードを通って回送されることを助けることである。各ＡＴＭセル内に保持されている情報はスイッチングノード内の内部バッファの大きさを削減し、これらのバッファ内の待ち行列遅延を制限するために比較的小さく保たれている。ＡＴＭは接続主体モードで運転される。これはモデリングの観点から重要であり、何故ならばネットワーク資源の配置および制御を最適化するために十分に確立されている回路スイッチ数学モデルの結果を使用することが可能だからである。
ＡＴＭセルヘッダの原理的機能は仮想接続を識別することである。ＡＴＭセル内の回送情報は２つのフィールドの中に含まれている：仮想パス識別子（ＶＰＩ）、これはどの仮想パスにＡＴＭセルが属しているかを決定する、そして仮想チャンネル識別子（ＶＣＩ）、これは仮想パス内のどの仮想チャンネルにそのセルが属しているかを決定する。
仮想チャンネルはダイナミックに割り当て可能な末端間接続である。光伝送リンクは毎秒数百メガビットを伝送することが可能であるが、仮想チャンネルはリンクの毎秒数キロビットを満たすのみである。したがって非常に多数の仮想チャンネルを同時に単一伝送リンク上でサポートできる。
一方、仮想パスは末端点間の半固定接続である。各仮想パスは多数の同時接続仮想チャンネルを伝送することができる。仮想チャンネルの大きなグループを単一ユニットとして取り扱いまたは互いにスイッチングできるため、仮想パスの全処理要求は仮想回路よりも少なく、したがって結果として（仮想）回路毎により高速な処理が行え、その結果ネットワーク資源の非常に効率的な使用が可能となる。仮想パスのネットワーク管理は比較的簡単でかつ効率的である。
図２に図示されているように、ＡＴＭセルヘッダは使用者ネットワークインタフェース（ＵＮＩ）では、ネットワークノードインタフェース（ＮＮＩ）と比較して少し違っている。ＵＮＩは汎用フロー制御（ＧＦＣ）用の４ビットを含み、端末とネットワーク間で利用可能な能力を公平かつ効率的に使用することを保証するために使用される。ペイロード型式識別子（ＰＴＩ）フィールドはＡＴＭセルが使用者情報を含むかまたは特別なネットワーク情報、例えば保守用途のを含むかを指示するために使用される。セル損失優先順位（ＣＬＰ）フィールドは２レベル優先順位を符号化し、ネットワーク条件のせいでセルを廃棄する必要が出た時に使用される。ヘッダ情報はヘッダエラー制御（ＨＥＣ）フィールド内に含まれているチェックサムで保護されている。
ＡＴＭセルを使用することで、実際のサービス要求に適合する情報伝送速度が許される。要求される能力に応じて、単位時間当たりのセルの数はデータを搬送するために使用されている物理媒体の伝送ビット速度限界まで増加させることができる。データセルに加えて、信号化および保守およびアイドルセル用のセルが存在する。信号化セルはネットワーク内の末端使用者の間、またはネットワーク内のノード間で使用され、それらの機能はサービス、例えば接続を確立することである。保守セルはＡＴＭレイヤの監視を行い、一方アイドルセルは伝送能力を伝送媒体の速度まで満たすために使用される。
図３を参照すると、ここにはＡＴＭリンク内の仮想チャンネルおよび仮想パスのスイッチングおよび交差接続を図示するブロック図を示す。スイッチ設計者の観点から、“ＶＰスイッチング”は識別子フィールドの上位部分、すなわちより短いフィールド（ＶＰＩ）のみを用いたＡＴＭセルのスイッチングを言う。これとは反対に“ＶＰ／ＶＣスイッチング”では全識別子フィールド（すなわちＶＰＩとＶＣＩの両方）がＡＴＭセルをスイッチするために使用される。
ＶＰ／ＶＣパスは複数の相互接続されたＶＰ／ＶＣ長で構成されている。スイッチングおよび交差接続はＶＰまたはＶＣレベルのいずれかで実行される。仮想パス識別子（ＶＰＩ）および仮想チャンネル識別子（ＶＣＩ）はＡＴＭ回路内で２段処理および回送構造を定義する。ネットワーク構築の観点から、仮想パス（ＶＰ）は個別の接続の組み合わせであり、ＡＴＭネットワークの径路マップの中の“ハイウェイ”の型式をしている。ネットワーク管理の中の１つの重要な仕事は正しい量の伝送容量を各々のこの様なハイウェイ（すなわち仮想パス）に割り当てて、ネットワーク性能を最適化することである。この最適化の仕事は帯域幅管理または仮想パス大きさ決め技術の目的である。
図４は仮想パスおよび仮想チャンネル交差接続およびスイッチングの概念を図示する。仮想パス識別子（ＶＰＩ）および仮想チャンネル識別子（ＶＣＩ）は特定のリンクに対してのみ有効である。各交差接続またはスイッチの中で、新たなＶＰＩ／ＶＣＩ値がセルに対して物理ポートとＶＰＩ／ＶＣＩ値と共に割り当てられ、ＡＴＭセルに対する識別を行う。続いて典型的なＡＴＭセルの径路決めが表１に図示するような翻訳テーブルの助けを借りて実施される。
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１つのＡＴＭセルはＡＴＭ輸送システムの中の基本マルチプレクス単位であり、各セルまたは情報ユニットと共にそれ自身の接続および回路決め情報を含む。この特徴があるので各チャンネルが異なるビット速度を搬送しているサービスチャンネルの直接マルチプレクスまたはデマルチプレクスが可能となる。各ＡＴＭセルは仮想パス識別子（ＶＰＩ）および仮想チャンネル識別子（ＶＣＩ）フィールドのヘッダ内に含まれる情報により識別され径路決めがなされる。上述のように仮想パス（ＶＰ）は２つの端末点、例えばスイッチングシステム、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）ゲートウェイ、または個人ネットワークゲートウェイ間のマルチプレクスされた回路を束ねたものである。１つのＶＰは仮想パス端末間の直接論理リンクを、個別の仮想パスを識別するＶＰＩ値と共に提供する。
これもまた上述のように、ＡＴＭ技術の中で使用されている仮想パスの概念は、複数の仮想チャンネル（ＶＣｓ）を単一ユニットとして取り扱うことを可能とする。共通の属性、例えば同一のサービス品質（ＱｏＳ）を具備した仮想チャンネルは互いに束の中にグループ化することが出来て、これは１つのユニットとして輸送、処理および管理することが可能である。このフレキシブルな束化はＡＴＭシステムの運用および保守を簡単化する。
仮想パスおよび仮想チャンネルは共にＡＴＭネットワーク内で半固定パスを提供するために使用できる。径路を確立および解除することは運用管理システムから、交差接続機器またはパス沿いのマルチプレクサ内の“パス接続テーブル”を設定することにより行われる。仮想チャンネルまたはオンデマンドスイッチングとしても使用可能であり、使用者とネットワークとの間またはネットワーク内のいずれかの信号通知により接続を確立して行う。
ＡＴＭ技術の１つの重要な特質はそのプロトコル構造に関係し、またいわゆる“コアアンドエッジ”原理に基づいて構築される。輸送される情報型式に特有のプロトコル機能、例えば再送、フロー制御、および遅延等値化はＡＴＭネットワークの“エッジ”における端末の中で実行される。これは効率的なサービスに依存しない“コア”ネットワークを、これが単純なセル輸送およびスイッチング機能のみを含むように残存させる。ＡＴＭノードにおいてこの“コア”の中で、情報フィールドのエラーチェックもいかなるフロー制御も行われない。セル情報は単純に読み込まれ、続いてＨＥＣはアドレスに影響を与える恐れのある単一ビットエラーを訂正するために使用され、次にこのセルはその宛先に向けてスイッチされる。
ＡＴＭ適合レイヤ（ＡＡＬ）はネットワークの“エッジ”で、提供されるサービスを強化するために使用される。図５に示されるように、Ｂ−ＩＳＤＮサービス用ＣＣＩＴＴ参照モデルはＡＡＬがサービスに依存した機能を含むことを図示している。図５に図示されるようにＡＴＭ標準の中には３つのレイヤが存在する。第一レイヤは物理レイヤであり物理的インタフェースおよびフレームプロトコルを定義する。第二ＡＴＭレイヤは選択された物理媒体とは独立でセル構造を定義し、論理ネットワーク内セルのフローを制御するためのマルチプレクスおよびデマルチプレクスおよびＶＰＩ／ＶＣＩ翻訳を提供する。第三レイヤはＡＡＬであってこれはサービスとＡＴＭレイヤの間の重要な適合を提供し、これによってサービスに依存しないＡＴＭ輸送を可能とする。ＡＡＬは元サービスフォーマットとＡＴＭセルの情報フィールドとの間の写像を実行する。ＡＡＬで提供される典型的な機能は可変長パケット描写、シーケンス番号付け、クロック復元および性能監視を含む。
遠距離通信ネットワーク内のＡＴＭ配置
ＡＴＭ技術は顧客構内で使用することが可能であり、顧客ローカルエリアネットワーク内および相互間での高速データ通信を支援するために使用される。加えて、ＡＴＭは顧客構内ネットワーク内の、音声およびビデオ通信、データ転送およびマルチメディアアプリケーションを含むすべてのサービスに共通なインフラ資源として使用することが可能である。
ＡＴＭネットワークノードが公衆遠距離通信ネットワークに導入されるための典型的サービスは、仮想賃貸ライン（ＶＬＬ）サービスを提供することである。ＶＬＬサービスは仮想パス概念に基づいており、顧客要求に直接適合するライン容量を可能とし、インタフェース構造を修正すること無く容易に変更することが出来る。非常に多数の論理接続を使用者ネットワークインタフェース（ＵＮＩｓ）を通して使用者に提供することが出来る。
加えて、顧客に適合するサービス品質もまた顧客に提供することが可能であり、使用者の要求に合致したものである。したがって、複数クラスのサービス、サービスクラスの品質および性能パラメータを選択することが出来る。例えば、音声サービスは少ない伝送後れを必要とするが高いビットエラーに耐えることが可能である、一方データ通信はこれとは逆にネットワーク遅延には耐えられるがビットエラーに対しては敏感である。したがって、個別のアプリケーションのサービスレベルの品質はサービス提供者と顧客との間で契約的に同意されることが可能であり、応諾を保証するための相互にまたは自動的に検証される。
図６はＡＴＭネットワーク内に実現されたＶＬＬサービスに基づく典型的な仮想チャンネルを図示する。ネットワーク端末ＡからＥは各々フロー執行ノード６０１から６０５を通してそれぞれ、ＡＴＭ交差接続ノード６１１から６１４に結合されている。ＡＴＭネットワークは複数のＡＴＭ交差接続６１１から６１４で構成されており、これらは仮想パス同様に仮想チャンネルレベルの両方でルート決めを提供する。フロー執行機能６０１から６０５はＡＴＭネットワークの末端に配置されており、ネットワークを過負荷電位から保護する。この機能により接続が設定されている際に同意されている条件をいずれの接続も犯さないことが保証される。
１つまたは複数の交差接続ノード６１１から６１４にサービスを追加することにより付加サービスを実現することが出来る。図６のネットワーク内に、典型的な仮想パスが端末ＣとＤの間の波線６２１で図示されている。端末ＡとＢとの間の第一仮想接続が破線６３１で図示されており、一方第二仮想接続は点線６３２で端末ＣとＥとの間に図示されている。
図６に示されている仮想賃貸ラインに加えて、その他のサービス、例えばＳＭＤＳ／ＣＢＤＳ及びフレームリレー、を要求に応じて容易に追加することが可能であり、これはサービスをネットワーク内のＡＴＭノードに接続することにより行える。居住領域内では、ＡＴＭ技術は例えばオンデマンドビデオの様な新たな強化された娯楽サービスをを最終使用者に提供するために使用できる。ＡＴＭネットワークの柔軟性により多様なサービス、例えば遠距離教育、ホームショッピング、およびゲームを同時にサポートすることを可能とする。
図７はＳＤＨに基づきレイヤ化された輸送ネットワーク上に重ね合わされたＡＴＭネットワークを図示する。このレイヤは顧客構内ネットワークレイヤ７０１、ローカル輸送ネットワークレイヤ７０２、地域輸送ネットワークレイヤ７０３および国内輸送ネットワークレイヤ７０４を含む。複数のＡＴＭビジネスネットワークノード７１１から７１４は顧客構内端末７１５およびＬＡＮ７１６からのデータの流れを、ローカル輸送ネットワーク７０５内のＳＤＨ交差接続ノード７２２をサービスしている複数の追加ドロップマルチプレクサ（ＡＤＭ）７２１の中のそれぞれ１つの中に制御する。ローカル交差接続ノード７２２は続いて地域輸送ネットワーク内の地域交差接続ノード７３１を通して結合され、それらの内の２つは追加ドロップマルチプレクサ７３２によって結合されている。ローカル輸送ネットワークレイヤ７０２内で一対のＡＴＭアクセスノード７２３、と追加ドロップマルチプレクサ７２１を含むＳＤＨリングは交差接続７２２をサービスし、これらは加入者アクセスに対して毎秒最大１５５メガビットの容量で使用され、これはＢ−ＩＳＤＮサービスの標準化されたＳＴＭ−１アクセス速度である。
簡易旧電話サービス（ＰＯＴＳ）の様な既存のトラヒックもまたこのリングネットワーク上を搬送することが可能であり、遠隔マルチプレクサおよび最終ローカルループ接続を提供するその他のアクセスノードと共に行われる。ＡＴＭアクセスノード７２３は１つの位置からの異なるサービスへアクセスするために共有され、異なるＶＰ／ＶＣを使用する音声ならびにデータの両方を含むことが出来る。ＡＴＭアクセスノード７２３において、ＡＴＭトラヒックは輸送容量を更に効率的に使用するために集中される。
ＡＴＭアクセスノードの大きさは、容量に対する要求に応じて小さなマルチプレクサから大きな交差接続まで可変である。地域輸送レイヤ７０３の中で、ＡＴＭ交差接続７３３はローカル領域の間のトラヒックを回送するために使用される。図７に図示されている範囲では国内輸送ネットワークレイヤ７０４の中でＡＴＭ技術が使用されている様子は明らかでは無い。図７に図示されているようなＡＴＭ重ね合わせネットワークの中で、フレームリレーやＳＭＤＳ／ＣＢＤＳの様なサービスを容易に追加する事が出来る。Ｂ−ＩＳＤＮに対する機能も適切なソフトウェアおよびハードウェアを追加する事で、アクセスおよび地域ノードの両方に対して追加する事が可能である。また図７に図示されているようにＣＣＩＴＴのＴＭＮ標準に基づいて動作している様なネットワーク管理システム７５０を実施し、必要なネットワーク管理機能をネットワークのＳＤＨおよびＡＴＭ要素の両方に対して提供する事も可能である。
副システム７５０によるＡＴＭネットワークの管理は、本出願の委譲人であるTelefonaktiebolaget LM Ericssonが提供するネットワーク管理システムの遠距離通信管理ならびに運用支援（ＴＭＯＳ）ファミリーに基づいて実施できる。この様なネットワーク管理はルーティングアルゴリズムおよび過密制御の様な種々の機能を含む。
高速光スイッチング
次に図８を参照すると本発明の１つの実施例に基づき構築された高速ＡＴＭスイッチングシステム８００の高位レベルブロック図が示されており、これはＡＴＭセルまたは固定サイズのデータパケットのようなデータスイッチングを行うものである。注意されたい点は、簡単のために種々の制御並びにクロック信号及び関連する回路ブロック等、当業者には容易に明らかなものは本図及び本出願のその他の図から意図的に省かれていることである。
先に説明したように、各ＡＴＭセルは典型的に５３オクテット長であり、５オクテットヘッダで構成され、これは仮想チャンネル識別子（ＶＣＩ）フィールド、優先順位フィールドおよびその他の本発明には関係のない情報を含み、これに残りの全てのビットが続く。典型的に”データ”と呼ばれるこれらのビットは、”ペイロード”または使用者データビットであって、本発明のスイッチングシステムを通って変更されることなく単に輸送されるだけである。
ＶＣＩはセルを輸送するための特定の仮想チャンネルを識別し、これはＢ−ＩＳＤＮネットワークの様なＡＴＭネットワーク内の１つのノードから、次の後続ノードとの間で伸びている。ＶＣＩ、従ってその対応するＶＣＩ宛先で識別された特定のチャンネルは、セルが接続するネットワークノードを通って輸送されるにつれて、１つのノードから次の間で変化する。優先順位フィールドの値は呼設定折衝中に決定され、その結果としてそれはそのスイッチングされるセルを最初に作り出した使用者端末によって適切に生成される。この値は取り扱われるその他のセルに関連した優先順位を指定し、これによってそのセルはネットワークを通して輸送される。優先順位フィールドの値はそのセルがネットワークの種々のノードを通って伝搬しても一定に保たれる。
この点を注意しておくことが重要であるが、ＡＴＭセルを参照しているのは図示の目的だけである。当業者には理解されるであろうが、本発明のスイッチはその他の電子データ構造でも等しく動作する。このデータ構造は好適に同一サイズのパケットの形式であって、スイッチ出力ポート宛先番号またはアドレスに翻訳する事のできるヘッダを有するものである。
図８に示すように、ＡＴＭスイッチングシステム８００は複数の入力にインタフェースモジュール８０１から８０４を含み、その各々はネットワークからの複数の入力データライン、例えば各入力インタフェースに対して１２８本のデータラインを受信する。各入力インタフェース回路８０１から８０４の出力はルーティング回路８０５の入力に接続されており、その出力は複数のマルチプレクサ８０６から８０９の入力に接続されている。種々のマルチプレクサ８０６から８０９の出力は光スイッチ８１０の入力に接続されている。
同様に光スイッチ８１０の出力は複数のデマルチプレクサ８１１から８１４を通してルータ８１５に、続いて複数の出力インタフェース回路８１６から８１９ら結合されている。各出力インタフェース回路８１６から８１９の出力はこのネットワークに結合されている複数のパスに接続されている。制御システム８２０はルータ８０５および８１５、光スイッチ８１０並びに入力および出力インタフェース８０１から８０４並びに８１６から８１９にそれぞれ接続されて、それらの動作を調整している。当業分野で良く知られている使用者端末または交換機がネットワーク内の各使用者ラインの最末端に接続され、ＡＴＭセルをビットシリアル形式で供給および受信する。
各入力インタフェース回路８０１から８０４は多数のネットワーク機能を組み込んでおり、これらは使用者側からまたはネットワーク側からいずれかから発せられる複数の関連するデータラインの終了；入力データをネットワークを通ってスイッチングおよび輸送するのに適した形式に保持することによるネットワークの保護；使用者が特別に契約したデータ速度またはチャンネル帯域幅への制限；必要に応じたパケットの集中及び並べ替え；および各入力ＡＴＭセルに対するセルヘッダ翻訳の実行である。
各ＡＴＭセルは典型的に５オクテットヘッダセグメントを含み、これに４８オクテットのペイロードセグメントが続く。５オクテットヘッダセグメントは典型的にそのＡＴＭセルの宛先に関係するルーティング情報を含む。しかしながら、もしも１つのＡＴＭセルが既に確立済みの接続に識別可能なように関連づけられるのであれば、そのＡＴＭセルのヘッダ内に含まれるルーティング情報は冗長となる場合がある。この様な状況ではスイッチングシステム８００の中に入力される前の各ＡＴＭセルの一部であるルーティングヘッダは、そのＡＴＭセルが続いてネットワークの出力仮想チャンネルへ送られる前に取り外す事が可能である。１つの実施例において、ＡＴＭセルのルーティングヘッダは１つまたは複数のフィールドを含み、これはそのＡＴＭセルが回送される特定の出力ポートの物理アドレスを指定する。スイッチ８００内部で各ＡＴＭセルは特定の宛先アドレスに向けられるデータとして取り扱える。
各入力インタフェース回路８０１から８０４はスイッチングシステム８００と入力されるセルを指定されたデータ速度で提供することにより通信を行う。各出力インタフェース回路８１６から８１９は出力されるセルをほぼ同一のデータ速度で受信する。各入出力インタフェース回路はまた、スイッチ制御システム８２０に接続されており、これらはそのユニットで適切に監視並びに制御される。特別な目的の入力及び出力（特に図示せず）が具備されており、パケット試験およびスイッチ運用およびスイッチ８００への保守接続を制御システム８２０の制御に従って行う。
更に図８の参照を続けると、スイッチ制御システム８２０はスイッチ８００に関する多数の基本的な制御試験および管理機能を実行する。これらの機能を効果的に実施するために、制御システム８２０は、入出力インタフェースそれぞれ８０１から８０４および８１６から８１９、入力および出力ルータそれぞれ８０５および８１５、および光スイッチ８１０を含むスイッチ８００を構成する各ユニットと双方向に通信し制御するように設計されている。
例えば、スイッチ制御システム８２０は入力された呼の処理を、この様な各々の呼に対してスイッチ８００を通る適切な仮想接続の設定および取り外しを行い、スイッチ８００で取り扱われる各呼を構成する入力および出力ＡＴＭセルに対してルータ８０５および８１５を通るルートを選択し、そして各入出力インタフェースモジュール内で生じる特定のヘッダ翻訳を決定する事で実施する。
加えてこのスイッチ制御システム８２０はまたネットワーク保守および監視機能をも実行し、これは例えばネットワーク内の問題を特定し修復したり、またスイッチ８００またそのネットワークとの相互関係の性能および状態に関するデータを維持したりすることである。スイッチ制御システム８２０はまたトラヒックをスイッチ８００とそのネットワークのその他の部分との間で分配して、既存のネットワーク資源の効率的使用を図る。更に、制御システム８２０は種々の使用者からの問い合わせまた同様にサービス変更の使用者要求にも応答する。
制御システム８２０はスイッチ８００全体の周期的な日常診断テストを実行する。特に、制御システムは診断操作シーケンスを時々実行し、これはあらかじめ定義されたＡＴＭ試験セルを供給しその結果の全スイッチ８００動作を端末同士の間で試験し、また同様にスイッチ８００および光スイッチ８１０内の上記の構成要素ブロックの各動作を試験することで行われる。
この様な診断を通して、スイッチ制御システム８２０は故障状態を検出することが可能であり、またそのような故障の際にはこれらの故障に対処する適切な修正動作を開始する。提案された実施例に於いて、スイッチ制御システム８２０は良く知られている比較的大規模のプログラムされたコンピュータおよび周辺機器並びにそれに関連するメモリ素子を含む。
続けて図８を参照すると、ルータ８０５および８１５はコンピュータ制御されたスイッチングマトリクスであり、これは回路切り替えされた接続を入力インタフェースモジュール８０１から８０４とマルチプレクサ８０６から８０９との間に提供する。ルータ８０５と８１０を通る接続は制御システム８２０で確立され、これらはダイナミックに可変であって光スイッチ８１０内部の故障、または入力または出力インタフェース回路それぞれ８０１から８０４および８１６から８１８の１つの内部での故障に対処出来るようにしている。
この柔軟性によって、更に故障に強いスイッチング動作が提供される。適当な特化されたインタフェース回路を通って接続された高速幹線は、スイッチ８００をＩＳＤＮ  ＡＴＭネットワーク内部に設置されたその他のスイッチングノードにリンクする。これらの幹線は本発明に特に関係しないので図８には図示されていない。
本発明の光スイッチングシステムに於いて、入力される電子的に符号化された時間領域信号、例えばＡＴＭセルは１つまたは複数の空間領域の光パターンに変形される。例えばＡＴＭセルのペイロード情報は第一入力画像パターンに変形され、同じＡＴＭセルのアドレス情報は第二アドレス入力画像パターンに変形される。スイッチ８００内部で実行されるスイッチングの型式、仮想パスまたは仮想チャンネルに応じて、ＡＴＭセルの異なる部分は第一および第二画像に変形される。ＶＰスイッチングの場合、ＶＣアドレスはペイロード情報の一部として解釈され、従って第一画像表現に変形される。
本発明のスイッチングシステムの別の特徴は、光スイッチ８１０が空間的にコンパクト（分散スイッチで無いため）であり、光画像情報の表示がスイッチ自体の内部の自由空間内で実現され伝送チャンネルを必要としないことである。注意されたいのは、このスイッチングシステムを分散モードで動作するように再構築する事も可能であり、その場合スイッチの入力および出力段は互いに空間的に近接している必要が無い。しかしながら、この様な分散型配置はこの様なスイッチングシステムの種々の段をリンクするための多芯光ファイバーケーブルを必要とする。
電子的に符号化された時間領域で表現された信号、すなわちＡＴＭセル内容は２つの空間的パターンに変形される。ＡＴＭセルのペイロード情報は第一データ入力画像パターンに変形され、ＡＴＭセル内の関連するアドレス情報は第二アドレス画像パターンに変形される。ペイロード情報を含む第一データ入力画像は、アドレス画像パターンと空間光符号化器によって組み合わされる。
スイッチ８００には多数の入力ポートが存在するため、各入力ポートへ入力される情報はアナログ的な方法で、先に説明したように異なる宛先アドレスに異なるアドレス画像パターンが割り当てられるように符号化される。更に、各アドレス画像パターンは残り全てに対して直交している。この要求があるため、全ての符号化された画像を空間的に重ね合わせることが可能となる、すなわちそこに含まれる情報に影響を与えることなく単一画像に合算またはマルチプレクスできる。光マルチプレクス機能は光画像結合器によって実行され、生成された画像出力は空間的に重ね合わされて符号化された画像であり、これは単一の組み合わされた空間パターンと考えることが出来る。
各符号化された画像パターンの合算を構成する、組み合わされた空間画像パターンの同一コピーがスイッチ８１０の各出力空間復号器に送られる。各々の復号器の中で、組み合わされた空間画像パターンはその出力ポートのアドレスに対応するアドレス画像パターンを用いて復号される。アドレス画像パターンの直交属性を利用し、また画像再生器内で光画像の敷値を切ることにより、アドレスパターンに整合する画像が復元できる。この画像は空間領域表現からＡＴＭセル内で使用される時間領域表現に変形される。
次に図９を参照すると、ここには図８に示された光スイッチ８１０の１つの実施例の図式的ブロック図が示されている。図８に示された光スイッチ８１０は更に複数の入力ポート９０１から９０４を含み、この各々は図８に示されたマルチプレクサ８０６から８０９から入力されるＡＴＭデータパケットを受信するためのパケットバッファ９１１を含む。
入力されるＡＴＭセルは最初に受信されそれからパケットバッファ９１１に格納される。各パケットのアドレス部分は９１２で切り離され、ＡＴＭパケットのペイロード部分は９１３でフォーマット化される。その後時間領域パケットアドレスデータは空間領域画像に電子／光（Ｅ／Ｏ）変換器９１４の中で変換され、一方ペイロード時間領域表現は空間領域画像に同様なＥ／Ｏ変換器９１５の中で変換される。各Ｅ／Ｏ変換器は可能な宛先アドレスの範囲に対応するアドレス画像パターンの表を含む。
各入力ポート９０１から９０４内の光パケット符号化器９１６はＥ／Ｏ変換器９１４からのアドレス画像とＥ／Ｏ変換器９１５からのデータ画像とを、データ画像をアドレス画像で変調することによって一体化された光画像表現として組み合わせる。変調および復調処理工程が図１０に図示されており、これは８ビットペイロードセグメントが４ビットアドレスセグメントで変調される簡単な例である。
８ビットペイロードワード111001102がディジタル形式で１００１に示されており、これはバイナリディジタル表現からバイナリ光表現に変換できる。本発明の１つの実施例の中で、電子形式から光形式への変換は全てのゼロで無いビットを点灯された（すなわち白）方形で表現し、ゼロ値を含む全てのビットを非点灯の（すなわち黒）方形で、１００２に示すように表現することで実施される。
８ビットペイロードデータの光表現は次に適当な幾何学的パターンに構成され、これは伝送するために１００３に示すように最適化される。図１０に図示された典型的な構成に於いて、工学的に符号化されたペイロードセグメントの８つの方形は３掛ける３格子の周辺に配置されている。本明細書の中で後ほど説明されるように、ペイロードセグメントを補助対称構成とすることが実際的な理由から好ましいと考えられる。
１００３に示される３掛ける３グリッドの非ゼロ方形は次に符号化／復号化パターン１０１０を用いて変調され、１００５に図示される変調された光学的に符号化されたパターンを生成する。図１０からわかるように１００３の黒色方形は、符号化／復号化パターン１０１０を用いて調されない。本明細書の中で後ほどより詳細に説明するように、符号化／復号化パターン１０１０は多くの条件を満たす必要があり、これは各パターンがユニークな宛先アドレスに対応しなければならないという要件を含む。
各入力ポート９０１から９０４内の光符号化器の出力は続いて光画像結合器９２０を用いてマルチプレクスされ、各々が特定の宛先アドレスに対応する複数の対象センサにブロードキャストされる。光復号器９３１から９３４で受信されたブロードキャスト光信号は続いて、復調されるがこの処理工程は先に詳細に説明した変調処理手順の逆である。１つまたは複数の復号器９３１から９３４で再生された光表現は、次に光／電子変換器９４１から９４４により電子形式に再変換される。各宛先センサで受信されたスイッチングされたペイロードは、続いてペイロード再パック器９５１から９５４の中で再パックされ、対応するデマルチプレクサ８１１から８１４に転送される。
その他のＡＴＭパケットの同様の処理が入力ポート９０２から９０４の回路の中で実行され、図９に示す４つの方形データ入力ポートからの全ての一体化された光画像は、光画像結合器９２０の中で重ね合わされて単一の合成画像を生成する。画像結合器９２０からの単一合成画像は光パケット復号器９３１から９３４の組の入力に投影される。
各復号器９３１から９３４はそのアドレスに対応するアドレス画像パターンを含み、このアドレス画像パターンを用いて光画像結合器９２０から受信された光信号の復号を行う。光学的に符号化されたデータストリームは互いに直交しているので、全てのデータストリームは同時に並列でスイッチング出来る。この運転方法は非常に高速のスイッチング、毎秒１０テラビットまたはそれ以上の範囲、を可能とする。光画像結合器９２０は光星形結合器の様な良く知られている装置を独立または配列状の形式で含む。
従って、各ＡＴＭデータパケットに対応する符号化された画像はスイッチの出力ポート内の全ての光空間復号器に対して自由空間の中で構築的に投影され、そしてその宛先データポートに関係する対応するアドレス画像パターンを用いて復号される。
非干渉光符号化パターン
本発明の中で考慮されている光符号化および復号化技術の理解は、図１１に図示された４つのパターンを参照することで得られる。説明を簡単にするために図１１に示された４つのパターンを以後、パターンＡ、パターンＢ、パターンＣ及びパターンＤと呼ぶこととし、またこれらは図１１内の記号図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃおよび図１１Ｄで識別される。
図９に示された４つの光符号化器が各情報ビットを、各々図１１に示された４つの光パターンのいずれかに符号化出来るものと仮定する。このようにして、光符号化器は各情報ビットの宛先を特定することが出来る。例えば、光符号化器はパターンＡを用いてデータを光復号器を通してデマルチプレクサ８１１に回送したり、またはパターンＢを用いてデータをデマルチプレクサ８１２に回送したり、またはパターンＣを用いてデータをデマルチプレクサ８１３に回送したり、またはパターンＤを用いてデータをデマルチプレクサ８１２に回送したりすることが可能である。
ゼロおよび１で構成されたバイナリデータストリームは各ビットの宛先に応じ、パターンＡ，Ｂ，ＣまたはＤを用いて符号化出来るものと仮定しており、もしも個別ビットの値が１の場合は符号化パターンが使用され、もしもそのビットの値がゼロの場合は無または黒パターンが使用される。先に説明したように、図９に図示された４つの光符号化器の出力は重ね合わされて図９の４つの光復号器に光画像結合器９２０を通してブロードキャストされる。
図１２は重ね合わせパターンＡ，Ｂ，ＣおよびＤの効果を示す。４つのパターンを種々に組み合わせて重ね合わせて生成できる１６個の異なるパターンが示されている。これら１６個のパターンが下記の表２にリストアップされている。
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パターン１から４は図１１Ａから図１１Ｄに示されるものと同じである。パターン５から１６は図１２Ａから図１２Ｌに図示されている。図１１および図１２に示された１６個のパターンを比較して解るように、１６個のパターンに２つとして同じものは無い。これは４つのパターンＡ，Ｂ，ＣおよびＤの任意の組み合わせがその構成要素の基本パターンに分解または復号できることを示している。
符号化のために使用される４つのパターンが図１１に示すように対称である必要はない。この様なパターンは図１３に示すように非対称にすることも可能である。再び図１３に示す４つのパターンをパターンＡ，Ｂ，ＣおよびＤとして参照すると、これら４つのパターンを種々に組み合わせた重ね合わせが図１３および図１４に図示されている。４つのパターンＡ，Ｂ，ＣおよびＤで可能な１６個の組み合わせは表２のリストと同一である。表２のパターン１から４が図１３Ａから１３Ｄに示されている。表２のパターン５から１６は図１４Ａｔｏ１４Ｌに示されている。見て解るように、図１３および１４に示されている１６個のパターンの中で２つとして同じものは無い。従って、非対称パターンを用いても重ね合わされた画像パターンを完全に復号することが可能であることが分かる。非対称基本パターンが対称パターンよりも優れている点を更に説明する。
使用される基本パターンが非重複である必要は無い。図１５は互いに部分的に重複する４つのパターンＡ，Ｂ，ＣおよびＤを示す。図１５に示すパターンＡ，Ｂ，ＣおよびＤの種々の組み合わせを重ね合わせた効果が、図１５および１６に示す１６個のパターンの中に示されている。前と同様、表２のパターン１から４が図１５Ａから１５Ｄの中に図示されており、表２のパターン５から１６が図１６Ａから１６Ｌに図示されている。前と同様、図１５および１６に示される１６個のパターンの中に２つとして同じものは無い。結果として１６個のパターンを構成要素基本パターンＡ，Ｂ，Ｃそして／またはＤに再分解することは技術的に可能である。
対称パターンを使用することの欠点の１つは、重ね合わされたパターンが回転された別の重ね合わせパターンと同一になる可能性がある点である。従って、例えば図１２Ｅの中で形成されたパターンは図１２Ｆに形成されたものと同一であるか、または１８０度回転することにより図１２Ｆに示すパターンと同一とすることができる。図１２Ｇおよび１２Ｈに示された重ね合わせパターンに対しても同じ事が言える。図１２Ｊは図１２Ｉを９０度時計方向に回転して得られる、また図１２Ｌは図１２Ｋを９０度反時計回りに回転して得られる、一方図１２Ｄは図１２Ｃを９０度時計回りに回転して得られる。
従って対称基本パターンを使用するともしも回転した場合に同一の重ね合わせパターンが生成される可能性があることが分かる。図１３および１４から分かるように、非対称基本パターンを使用すると、これらの重ね合わせパターンが回転対称となね可能性が著しく減少されることが分かる。しかしながら、図１３に示される４つの非対称パターンを用いたとしても、回転された場合に時によっては結果として重ね合わせパターンが同一となることもある。これは図１４Ｅと図１４Ｆを比較すると分かる。図１４Ｆは図１４Ｅを１８０度回転して得られる。
図１５と１６に示される１６個のパターンを比較すれば分かるように、図１５に示される部分的に重複する非対称パターンを使用することで、いずれの２つの重ね合わせパターンも、たとえ９０度、１８０度または２７０度回転されたとしても互いに同一とならない。この知見を用いてブロードキャストされる画像の歪みまたは転移の結果生じる伝送エラーを先制的に修正することが可能である。注意すべきは、基本パターンＡ，Ｂ，ＣまたはＤのいずれも完全に重複していたりまたはその他の基本パターンの組み合わせと重複してはならない点である、何故ならばこれは少なくとも２つの重ね合わせパターンが同一すなわち区別不能となってしまうからである。
ＡＴＭセルのペイロードの光学的符号化
明細書の中で先に詳細に説明したように、ＡＴＭセルは５３オクテットで構成され、更に言えば５オクテットヘッダセグメントとそれに続く４８オクテットペイロードセグメントで構成されている。光スイッチ技術と本発明の中に開示されているシステムをＡＴＭセルのスイッチングに用いることで、各々の５３オクテットＡＴＭセルは最初にヘッダ部分とペイロード部分とに分離される。
５オクテットＡＴＭセルヘッダの第５番目オクテットは巡回冗長化チェック（ＣＲＣ）符号を含む。遠距離通信システムではＡＴＭセル内容の内部処理の際にＣＲＣ符号を無視することは普通である。これは処理システム内部のエラーの可能性が、送信および受信システムの間での伝送時のビット損失等の可能性に比較して小さいからである。ＡＴＭセルのヘッダの残り部分はアドレス情報を含み、そのＡＴＭセルの宛先を詳しく示している。このディジタル宛先アドレスを用いてペイロード情報の各ビットを光変調し、此処で詳細に説明する無干渉マルチプレクススイッチングを実施することが可能である。
各ＡＴＭセルの４８オクテットペイロード部の中には３８４バイナリビットの情報が存在する。本発明の１つの実施例に於いて、パケットペイロードＥ／Ｏ変換器９１５は各ＡＴＭセルのペイロード部を、図１７の２４ｘ２４格子の黒く塗られた部分で示すように、１６ｘ２４のセル格子に集合する。１６ｘ２４格子の各セルは、そのＡＴＭセルの宛先に応じて、アドレス指定パターンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ等で変調される。各光符号化器９１６で生成された変調パターンは光画像結合器９２０の中で重ね合わされ、全ての光復号器９３１から９３４にブロードキャストされる。各復号器は各格子セルの変調パターンを分析し、その格子セルがその復号器に向けられたビットを含んでいるかを決定する。その復号器のアドレスに対応する変調パターンが存在することは、ＡＴＭセルのその位置の特定のバイナリ値（０または１）として解釈される。
状況によっては対称ペイロード格子を持つことが有効であろう、例えば光画像結合およびブロードキャストシステムの物理的大きさを最小にしたいと望む場合である。そのように実施例が図１８に図示されており、ここで３８４ビットＡＴＭペイロードパケットは２０ｘ２０格子の上に写像され、これは中央の１６個のセルは使用しない。
３８４ビットＡＴＭペイロードの更なる改良が図１９に示す基本パターンの第三実施例を使用することで得られ、これは比較的軸的に対称であるという別の特長を有する。この様な軸対称はエッジ分散を削減することが可能であり、また更に画像の符号化および復号化に使用される光学装置の価格を低減する。
図１７から１９に示された以外の、ＡＴＭセルのペイロード部分を集合するその他の実施例もまた可能である。ＡＴＭセルは複数段でブロードキャストされるはずであるから、３８４ビットＡＴＭセルは６個の４８ビットパッケージとして、各々の４８ビットを８ｘ８基本格子等の中に符号化された形で送信出来る。
適切な符号化および復号化装置を利用できるか否かに応じて、複数のＡＴＭセルを各光復号器９１６を通して与えられた時間内に送信することもまた可能である。従って、もしも複数のＡＴＭセルが同一宛先に行く場合、全てのこの様なＡＴＭセルのペイロード部分を統合されたパッケージの中にグループ化し、これらのＡＴＭセルの全てを同時に同じ宛先に送信する事が可能である。状況によっては、複数セルＡＴＭパケットが全て同一の大きさであることが保証されることを望む場合もあるであろう。
本発明はまた異なるビットを異なるアドレスに別々に送信する事も許しているので、結果としてＡＴＭシステム概念に制限されない将来のアプリケーションで使用することが可能である。
纏めると、本発明の１つの実施例は各情報ビットが図１１，１３または１５に図示された様なアドレス指定パターンのいずれかを用いて光学的に変調されることを必要とする。先に示されたように、符号化されたパターンのその様なセットのいずれかを使用することで、基本符号化パターンを重ね合わせて組み合わせて生成された画像を確実に分解することが可能となる。
各ＡＴＭセルのペイロード部分は通常は単一宛先アドレスに向けられているので、多くの場合ＡＴＭセル内の各ペイロードビットを図１１，１３または１５に図示された光パターンＡ，Ｂ，ＣまたはＤで変調することは不要である。代わりにもしも図１７，１８または１９内に示される黒く塗られた部分と相補関係にある基本パターンのある領域が宛先アドレス画像を含めば十分であろう。従ってこの様に組み合わされた画像を全ての復号器９３１から９３４に光画像結合器９２０を通してブロードキャストすることが出来る。適切な宛先光復号器もまた基本データを読み込んでそれを適切なマルチプレクサに送信し、一方残りの光復号器はそれらにブロードキャストされたデータを単に無視するだけである。しかしながら、この非変調送信プロトコルを使用する場合は、各与えられた瞬間に唯１つのＡＴＭセルのみがスイッチされる必要がある。
本発明の方法および装置の提案された実施例を添付図の中に図示し先の使用細説明の中で記述してきたが、本発明は開示された実施例に限定されるのではなく、非常に多数の再構成、修正および代替を以下に示す請求の範囲で定義された本発明の精神から逸脱することなく行えることを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１２Ｅ】
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【図１２Ｆ】
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【図１２Ｇ】
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【図１２Ｈ】
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【図１２Ｉ】
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【図１２Ｊ】
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【図１２Ｋ】
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【図１２Ｌ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１４Ｅ】
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【図１４Ｆ】
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【図１４Ｇ】
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【図１４Ｈ】
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【図１４Ｉ】
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【図１４Ｊ】
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【図１４Ｋ】
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【図１４Ｌ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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【図１６Ｅ】
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【図１６Ｆ】
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【図１６Ｇ】
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【図１６Ｈ】
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【図１６Ｉ】
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【図１６Ｊ】
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【図１６Ｋ】
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【図１６Ｌ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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