Оптическая пространственно-временная коммутация

УДК 621.396.67

Оптическая пространственно-временная коммутация

В.М. Дворецкий

Рассмотрены пути создания оптических пространственно-временных коммутационных систем на основе картинной логики в новых объемных многократных и многолинейных блоках.

Described the paths of creation of optical time-multiplexed and spatial switching systems surveyed on the basis of picture logic in new volumetric multiple and multilinear blocks.

С появлением малогабаритных лазеров и оптоволоконных линий начались разработки оптических коммутационных систем. Раньше казалось, что оптика будет дешевле электроники. В [1] описан наиболее оригинальный пример оптического коммутатора, состоящего из матриц (M*N) лазеров - источников или усилителей оптических сигналов и M*N приемников - фотодиодов или лазерных усилителей, а между ними размещались M*N дефлекторов. Каждый дефлектор при установлении соединения отклоняя луч своего лазера к приемнику вызываемого абонента. Коммутаторы такого типа - объемные конструкции, в которых источник с приемником соединялись лучом света. Были известны электромеханические, электрооп-тические, акустооптические дефлекторы, а в [1] предложена матрица голографических зеркал или призм. Для АТС средней емкости (до 10 000 коммутируемых каналов) даже сегодня создание дефлектора, отклоняющего луч до 100 позиций вверх и вниз, вправо и влево - сложная задача. Ранее создать такие дефлекторы не удалось. Кроме того, производство больших и сверхбольших интегральных планарных микросхем и временного уплотнения победило в конкурентной борьбе с оптикой.

Однако работы по оптической коммутации не прекратились, а перешли от объемной оптики к планарной интегральной и нелинейной лазерной оптике с волоконными связями. Итоги этих работ, проведенных до 2000 г., были подведены в [2].

В то время как расширялась область применения оптических линий и совершенствовалась технология их производства (например разработаны системы волнового (частотного) уплотнения WDM, CWDM, DWDM и HDWDM), для оптической коммутации прогресса почти не было.

Для коммутации на основе тонких планарных технологий были разработаны коммутационные матрицы размером 2^2 и многозвенные схемы из них, а на основе нелинейной оптики - волновые конверторы и коммутационные матрицы из них. К

сожалению, до настоящего времени результатом этих работ является только большое число патентов.

По-видимому, основная причина неудачи в этом направлении кроется в проблеме волоконных соединений планарных оптических схем в систему, которая значительно сложнее, чем в электронике, а объемные конструкции, не требующие волоконных соединений, давно забыты.

Проведенный в «ЦКБ информационных технологий и связи» анализ работ по оптической коммутации показал, что в них не используются такие возможности объемных оптических конструкций, как картинная логика, не возможная в электронике.

В [3, 4] показано как на основе простой картинной логики и существующей элементной базы возможно создание принципиально новых объемных оптических блоков многократных оптических соединителей (МОС) для пространственной коммутации и многократных оптических переключателей (МОП) для временного уплотнения. Оптическая пространственно-временная коммутационная система (КС) емкостью от 100 до 150 000 коммутируемых каналов будет состоять только из небольшого числа малогабаритных и технологичных МОС и МОП. Каждый МОС и МОП общий для всех коммутируемых каналов.

На рис. 1 приведена часть схемы оптической коммутационной системы сверхмалой емкости, поясняющая принципы построения и взаимодействия новых блоков. На этом рисунке не показаны узлы абонентского доступа, а узлы оптической КС большой емкости (до 150 000 каналов) на МОС и МОП вместе с абонентским доступом будут рассмотрены ниже. Схема содержит N7=4 входных и выходных линий, уплотненных N7=4 временными каналами, и коммутирует N0= N7 *N7=16 каналов.

Коммутационная система состоит из входного (1) и выходного (2) кроссов, на которых размещены оптические окончания входящих и исходящих линий - источники А1 - А4 и приемники

Рис. 1. Схема коммутационной системы малой емкости

Е1 - Е4 оптических сигналов. Между источниками и приемниками размещены селектор временного уплотнения 3 на МОП, пространственный коммутатор 4, 5 на МОС и мультиплексор временного уплотнения 6 на МОП. К каскадам 3 - 6 подключено устройство управления (УУ) соединениями 9. Оптические окончания представляют собой либо фоконы, микролинзы или шлифованные концы волокон оптических линий, либо фотодиоды и светодиоды проводных линий. Многократные переключатели 3 и 6, общие для всех ЫЬ линий, выполняют функции ЫЬ переключателей размерами 1*ЫТ и N7*1. Многократные соединители 4 и 5, общие для всех N0 коммутируемых каналов, выполняют функции К=4 коммутационных матриц M*N.

Многократные переключатели и соединители связаны друг с другом пассивными и/или активными многоточечными светопроводящими экранами 7, из которых на рисунке показан только первый. Пассивными экранами могут быть матовые стекла и им подобные элементы, расширяющие диаграмму направленности оптических сигналов. Активные экраны - многоточечные усилители яркости изображений, либо матрицы из полупроводниковых структур типа фототранзистор -светодиод, либо электронно-оптические преобразователи с люминофором малого послесвечения.

Изображение источников А1 - А4 на вход каскада 3 проецирует через первый экран 7 объектив 8, а изображение с выхода каскада 6 через последний экран 7 объектив 9 проецирует на приемники Е1 - Е4.

В табл. 1 показано, как многократный переключатель 3 размножает оптические сигналы источников А1 - А4 на входном экране соединителя 4.

В буквенно-цифровом символе, находящемся в ячейках этой таблицы, первая цифра обозначает номер линии, вторая - номер временного канала, а символы «—» обозначают промежутки, на которые свет не попадает (табл. 1 - 3). Эти промежутки необходимы для работы МОС 4-5.

Таблица 1. Размещение входных оптических сигналов соединителя 4

В11 — В12 — В21 — В22 —

— — — — — — — —

В13 — В14 — В23 — Б24 —

— — — — — — — —

В31 — В32 — В41 — В42 —

— — — — — — — —

В33 — В34 — В43- — В44 —

--- --- — --- — --- — ---

В табл. 2 показано, куда многократный соединитель 4 может пропускать оптические сигналы изображения источников из табл. 1 на входном экране. Символы «ХТ» означают, что к этой позиции может приходить сигнал любого временного канала от источника А1 - А4, указанного цифрой. В исходном состоянии все пути к выходам соединителя закрыты. При установлении соединений соединитель открывает необходимые пути, выполняя над вторичными источниками табл. 1 операции картинной логики перестановку и разрешение.

Таблица 2. Размещение выходных оптических сигналов соединителя 4

Б1£Т Б1£Т -— -— Б2£Т Б2£Т -— -—

Б1£Т Б1£Т ---- — Б2£Т Б2£Т — ----

-— -— -— -— -— -— -— -—

---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ----

Б3£Т Б3£Т -— -— Б4£Т Б4£Т -— -—

Б3£Т Б3£Т ---- ---- Б4£Т Б4£Т ---- ----

-— -— -— -— -— -— -— -—

---- ---- — — — — ---- ----

В табл. 3 показано, как соединитель 6 преобразует пути от изображения в табл. 2. Символы «ХЬХТ» обозначают, что к этому выходу может приходить сигнал любой линии и любого канала от источников А1 - А4.

Многократные соединители коммутируют К*М каналов, выполняя функцию К независимых коммутационных матриц с М входами и N выходами.

Таблица 3. Размещение выходных оптических сигналов МОС 5

В случае КС большой емкости оптическую коммутацию для NC >16 каналов выполняют ^ >2х МОС в описываемой ниже полной пространственно-временной системе.

Многократный соединитель состоит из K*M точечных входных светопроводящих экранов или усилителя яркости, светоразветвителя на N направлений, массива из K*M*N оптических ключей и сумматора M сдвинутых изображений массива ключей. Сумматор состоит из маски с K*N отверстиями и светоразветвителя на M направлений.

Массив оптических ключей - это индикаторная панель, например на жидких кристаллах, содержащая K*M*N ячеек, размещенных с шагом d. В КС на рис. 1 необходимы всего 4*4*4=64 ключа, но сегодня выпускаются панели от 128*64 до 640*480 ключей.

Светоразветвитель состоит из N =NH*NV фрагментов линз, действительные или мнимые оптические центры которых расположены так, что их главные и/или побочные оптические оси идут от центра массива источников к центру массива ключей и/или к N=NH*NV точкам, смещенным от него на расстояния от dh до dh*NHпо горизонтали и от dv до dv*NV по вертикали. Светоразветвитель для каждой точки входного изображения формирует NH*NV ее изображений в NV строках по NH оптических ключей, причем из NH*NV ключей для любого соединения открыт только один.

Сумматор состоит из маски с K группами из N=NH*NV отверстий, установленной перед меж-каскадным экраном, и светоразветвителя. Свето-разветвитель сумматора состоит из M=MH*MV фрагментов линз, оптические центры которых расположены так, что их главные и/или побочные оптические оси идут от центра массива ключей к центру маски и/или к N=NH*NV точкам, смещен-

ным от центра на расстояния от dmh до dmhxNHпо горизонтали и от dmv до dmvx №¥ по вертикали.

Светоразветвители разветвляют изображение либо по двум координатам при КН>1 и N¥>1 и/или МН>1 и М¥>1, либо только по горизонтали при N¥=1 и/или М¥=1, либо по вертикали при КН=1 и/или МН=1.

Для схемы, изображенной на рис.1, на рис. 2 приведен вертикальный разрез двухкоординатного МОС с параметрами К=М=К=4 и

ЛН=Л¥=МН=М¥=2, с вторичными источниками на входном экране 10, показанными в табл. 1 и приемниками на выходном экране 11, показанными в табл. 2.

Рис. 2. Вертикальный разрез многократного оптического соединителя

Вертикальный разрез показан для первого столбца табл. 1, а аналогичный ему горизонтальный разрез соответствует первой строке табл. 1.

Соединитель состоит из массива оптических ключей 12, двух светоразветвителей 13, 14 и 15,16 и маски 18. Массив 12 содержит восемь столбцов по восемь оптических ключей, а около него установлены линзы 17, дающие перпендикулярное падение лучей света на ключи. Светоразветвитель состоит из четырех фрагментов линз, размеры которых в зависимости от необходимого смещения изменяются от почти половины до полной линзы. Фрагменты 13 и 15 расположены горизонтально, а 14 и 16 - вертикально. Оптические центры линз 13 и 14 размещены так, что их побочные оптические оси идут в точки массива ключей, смещенные от его центра по обеим координатам на один ключ в соединителе 4 и на два в соединителе 5.

При этом изображение на входах 10 (см. табл. 1) размножается, как показано в табл. 4. В клетках, выделенных двойными линиями, размножены сигналы от временных каналов одной линии.

Б£Ь£Т Б£Ь£Т Б£Ь£Т Б£Ь£Т ---- ---- ---- —

Б£Ь£Т Б£Ь£Т Б£Ь£Т Б£Ь£Т ---- ---- ---- —

Б£Ь£Т Б£Ь£Т Б£Ь£Т Б£Ь£Т ---- ---- ---- —

Б£Ь£Т Б£Ь£Т Б£Ь£Т Б£Ь£Т ---- ---- ---- —

— — — — — — — —

— — ---- ---- ---- ---- ---- ----

— — ---- ---- ---- ---- ---- ----

— — ---- ---- ---- ---- ---- ----

Таблица 4. Размножение оптических сигналов в соединителе 4 на оптических ключах 12

С111 С112 С121 С122 С211 С212 С221 С222

С113 С114 С123 С124 С211 С214 С223 С224

С132 С133 С141 С142 С231 С232 С241 С242

С133 С134 С143 С144 С233 С234 С243 С244

С311 С312 С321 С322 С411 С412 С421 С422

С313 С314 С323 С324 С413 С414 С423 С424

С331 С332 С341 С342 С431 С432 С441 С442

С333 С333 С343 С344 С433 С444 С443 С444

Разветвитель 15 и 16, как показано в табл. 5, объединяет в соседних позициях по 4 выхода каждой из четырех коммутационных матриц, для которых входами являются временные каналы одной линии. Остальные позиции выходного изображения закрывает маска 18.

Светоразветвители соединителей 4 и 5 отличаются только смешением изображений на один и два ключа в массиве 12.

Входное изображение соединителя 5 размножается в соответствии с табл. 5 и суммируется согласно табл. 3.

Таблица 5. Размещение оптических сигналов на оптических ключах соединителя

Б1£Т Б1£Т Б1£Т Б1£Т Б2£Т Б2£Т Б2£Т Б2£Т

Б1£Т Б1£Т Б1£Т Б1£Т Б2£Т Б2£Т Б2£Т Б2£Т

Б1£Т Б1£Т Б1£Т Б1£Т Б2£Т Б2£Т Б2£Т Б2£Т

Б1£Т Б1£Т Б1£Т Б1£Т Б2£Т Б2£Т Б2£Т Б2£Т

Б3£Т Б3£Т Б3£Т Б3£Т Б4£Т Б4£Т Б4£Т Б4£Т

Б3£Т Б3£Т Б3£Т Б3£Т Б4£Т Б4£Т Б4£Т Б4£Т

Б3£Т Б3£Т Б3£Т Б3£Т Б4£Т Б4£Т Б4£Т Б4£Т

Б3£Т Б3£Т Б3£Т Б3£Т Б4£Т Б4£Т Б4£Т Б4£Т

При этом каждому входу доступен любой выход. На рис.3 показан вертикальный разрез многократного переключателя 3 (см. рис. 1) селектора временного уплотнения линий N=4 каналами.

Переключатель построен на основе многократного соединителя МОС и содержит все элементы МОС, обозначенные аналогично рис. 2. Кроме этого, переключатель содержит N7=4 быстродействующих оптических ключей 30, размещенных по два в двух строках . Вместо выходного экрана МОП содержит два модуля оптической памяти 21, разделенных быстродействующим ключом 30а. За ключами 30 размещены либо массив ключей 22, как в МОС, либо маска 22 с N1,хN1 отверстиями.

22 28 30а

Рис. 3. Вертикальный разрез многократного оптического переключателя

Светоразветвитель 23 и 24, как в МОС, размножает входное изображение источников А1

- А4 в N1=2*2 изображения на быстродействующих ключах 30 по два по вертикали и два по горизонтали.

Линзы сумматора 25 размещают в промежутках одного изображения три остальных изображения, как показано в табл. 1. При этом для каждой линии рядом оказываются точки изображения ее временных каналов. В разных конфигурациях в зависимости от размещения оптических центров линзы могут повторять разветвленное изображение или суммировать в одно.

Быстродействующий ключ 30а на входе второго модуля памяти должен быть общим для всех коммутируемых каналов. Быстродействующие ключи - ячейки, например, на электрооптическом эффекте Керра или Поккельса, а модулем памяти 21, в отличие от МОС, может быть многоточечный полупроводниковый усилитель яркости с положительной внутренней обратной связью.

Многократные оптические усилители в КС на рис.1 работают с битовым интерливингом каналов, а в описываемой ниже КС для большой емкости -с традиционным байтовым интерливингом.

Устройство управления 9 в кадре приема каждого бита поочередно отпирает ключи 30. При открытом ключе, например, с номером у, изображение битов у-х каналов всех линий проходит через постоянную или переменную маску (массив ключей) 22 и маску 28 на первый модуль памяти 21 , который сохраняет принятые биты каждой линии, как показано в табл. 1. В конце приема битов последних каналов каждой линии начинается перезапись из модуля 21 во второй модуль памяти. При этом второй модуль очищается, например, выключением питания, затем открывается его входной ключ и сохраняет очередные биты, а далее очищается для следующего бита модуль 21.

Устройство управления открывает ключи 30 и 30а короткими импульсами, поэтому далее они будут названы импульсными.

Многократный переключатель 6 (см. рис. 1) содержит все те же элементы что и 3 (см. рис. 1), но отличается тем, что модуль памяти 21 - это вход, а экран 20 - выход.

Из табл. 1-5 видно, что МОП и МОС выполняют свою функцию, изменяя картину входного изображения в необходимую выходную.

Схема коммутационной системы средней и большой емкости приведена на рис. 4. КС состоит из двух кроссов 31 и 39, на которых размещены окончания двух волоконных абонентских и соединительных линий, а между ними установлены функциональные блоки: синхронизатор битов 33, селектор временного уплотнения 34, преобразователь байт^бит 35, пространственный коммутатор 36, преобразователь бит^байт 37, мультиплексор временного уплотнения 38. Ко всем блокам 33-38 подключены выходы устройства управления 40.

Все функциональные блоки 33-38 состоят только из МОП и МОС. С их помощью в оптической коммутационной системе интегрированы функции синхронизации, уплотнения и коммутации. Причем функцию синхронизации в три этапа выполняют синхронизатор битов 33, преобразователь 35 и коммутационный блок 36. Все многократные соединители и переключатели связаны пассивными или активными светопроводящими экранам, одна сторона которых - это массив приемников для предыдущего МОС или МОП, а другая - массив источников для следующего.

К кроссам подключены уплотненные N1 каналами абонентские и соединительные линии. На рис. 4 показано для каждой линии только одно волокно линии, подключенное к окончанию - источнику на кроссе 31, а второе, к окончанию - прием-

нику на 39, не показано для упрощения рисунка. К абонентским линиям через мультиплексоры 32 подключены абонентские терминалы (Т), а к соединительным линиям подключены КС других АТС либо напрямую, либо через согласующие устройства и мультиплексоры 43. Каждому абонентскому терминалу оптическая КС может предоставить по два стандартных или широкополосных канала.

Абонентские терминалы, обеспечивающие телефонную, текстовую, видео- и мультимедийную связь вместе или частично, должны иметь архитектуру, подобную рекомендациям МСЭ-Т (ITU-T) H323, но для оптической коммутации они могут быть упрощены устранением в части адресной информации в пакетах.

Синхронизатор битов 33 - это многолинейное устройство задержки для всех NL линий с длиной, программируемой с шагом т/NB от т/NB до r*(NB-1)/NB, где т - длительность бита, а NB - погрешность синхронизации в долях бита. Синхронизатор состоит из программируемого многократного переключателя с двумя модулями памяти на выходе и специальной настройкой 1*NB*1. МОП содержит NB импульсных ключей, разветвитель и сумматор на NB направлений, причем сумматор объединяет NB изображений каждого источника в одну точку. Устройство управления 40 выдает на импульсные ключи серию открывающих импульсов с частотой 1/т и длительностью до т/2. Для i-й линии, в которой середина бита опережает цикл КС на k долей бита, устройство 40 открывает в переменной маске для i-й линии только j-й ключ k. При этом сигнал i-й линии проходит с задержкой T^k/NB на первый модуль памяти, который сохраняет значения битов всех линий до конца цикла, а затем переписывает на второй модуль.

Селектор 34 разворачивает в цикле длительностью t*B*NT кадр из NT байтов по B битов. Длина кадра B*NT бит существенно больше, чем может развернуть один переключатель. Поэтому селектор состоят из n последовательно включенных переключателей 1*N. МОП могут быть с разным числом направлений разветвления NT(i) из выражения B *NT=NT(1)x. . .xNT(i)*... xNT(n). При этом два модуля памяти необходимы только за последним МОП селектора, из них первый накапливает кадр, а затем устройство управления переносит его во второй модуль. В селекторе, при шаге между соседними источниками DD, первый переключатель размножает изображение источников с шагом DD/NT(1), а последний - с шагом

Рис. 4. Схема оптической коммутационной системы средней и большой емкости

ОО/^^Х)*.. .*N7(1)*... *N7^)). Устройство

управления выдает на быстродействующие ключи МОП i серии импульсов с частотой 1/(т* *NT(1)*...*NT(I1)) и длительностью т*NT(1)* *.*N7(71-1), причем N7(0)=!

Преобразователь байт^бит 35 состоит из одного МОС с разветвлением на В направлений и одного МОП В*1. МОС выполняет байтовую синхронизацию для всех N7 линий, а МОП преобразует каждый байт на выходе селектора в последовательность из В битов. В кадре на выходе второго модуля памяти селектора начало и границы байтов для разных линий запаздывают на разное число битов от байтового цикла системы. МОС разветвляет изображение кадров всех линий на В направлений, а сумматор, не содержащий маску на выходе, совмещает позицию каждого изображения, кроме первого, со сдвигом на бит от предыдущего. Устройство управления отпирает для каждой линии группу из В *N7 оптических ключей только в направлении, совмещающем границу принятых байтов с началом цикла системы. МОП преобразователя поочередно передает биты каждого байта на один вход коммутационного блока 36. При этом в разных линиях на входы блока 36 с одинаковым номером в группах, соответствующих одной линии, будут приходить биты разных временных каналов, но в коммутационном блоке 36 устройство управления 40 при установлении соединений выполнит «программную кроссировку входов».

Коммутационный блок 36 состоит из N8 последовательно включенных многократных соединителей, коммутирующих N0 каналов. Он подробно описан в [4]. Значение N8 приближенно можно найти из неравенства N8^ N0*

*О/(Ш(1)*...*Ша)*... *Ш(Щ), где О - число путей от любого входа к любому выходу, а ММ -наибольшее из N и М.

Некоторые МОП из N8 могут иметь значения Ми N, отличающиеся от соседних соединителей. В каскадах концентрации нагрузки M>N, в следующих - M=N, а в каскадах распределения нагрузки - М<Ж

В /-ом каскаде соединитель состоит из К(/)*М(/) точечного входного светопроводящего экрана или усилителя яркости, светоразветвителя на N(7) направлений, массива из К^^Ма)*^) оптических ключей и сумматора М(/) сдвинутых изображений массива ключей. Сумматор состоит из маски с K(i)*N(i) отверстиями и светоразветви-теля на М(/) направлений.

Массив оптических ключей - это индикаторная панель на жидких кристаллах, работающая на просвет и содержащая К^^М^)*^) ячеек, размещенных с шагом ё. Светоразветвитель состоит из N(i)=NH(i)*NV(i) фрагментов линз, действительные или мнимые оптические центры которых расположены так, что их главные и/или побочные оптические оси идут от центра массива источников к центру массива ключей и/или к N(i)=NH(i)*NV(i) точкам, смещенным от него на расстояния от ёЩ) до ёк^^^Н^) по горизонтали и от аЦ/') до ёу(г)*№(г) по вертикали. Светораз-ветвитель для каждой точки входного изображения формирует ее изображение в NV(i) строках по NH(i) оптических ключах, причем из NH(i)*NV(i) ключей для любого соединения открыт только один.

Сумматор состоит из маски с К(/) группами из N(i)=NH(i)*N(i) отверстий 8 межкаскадного экрана и светоразветвителя. Светоразветвитель сумматора состоит из N(i)=NH(i)*NV(i) фрагментов линз, действительные или мнимые оптические центры которых расположены так, что их главные и/или побочные оптические оси идут от центра массива ключей к центру маски и/или к N(i)=NH(i)*NV(i) точкам, смещенным от него на расстояния от ётЩ) до dmк(i)*NH(i) по горизонтали и от ёту(г) до ёту(г)*^(г) по вертикали.

Светоразветвитель для каждой точки входного изображения формирует ее изображения в ^(г) строках на NH(i) оптических ключах, причем из NH(i)*NV(i) ключей для любого соединения открыт только один.

Светоразветвители разветвляют изображение либо по двум координатам при NH>1 и NV>1 и/или МИ>1 и М¥>1, либо только по горизонтали при NV=1 и/или М¥=1, либо по вертикали при NH=1 и/или МИ=1.

Преобразователь бит^байт 37 состоит из МОП 1*В и с двумя модулями памяти на выходе. Устройство управления поочередно открывает импульсные ключи МОП на время передачи бита в блоке 36. При этом МОП накапливает от каждого из N0 входов по В битов в первом модуле памяти, а по окончании байта пересылает его во второй модуль. На втором модуле для N7 соседних выходов коммутационного блока образуется кадр из В*N7 битов, который мультиплексор 38 свертывает в битовую последовательность.

Мультиплексор состоит из п последовательно включенных МОП со структурой N*1 и объединяет последовательно во времени В*^ бит в каж-

дую из N7 линий, как переключатель на NT(1)*.*NT(i)*NT(n)=B*NT направлений.

Первый МОП объединяет последовательно каждые N7(1) точек входного изображения из NC*B точек с шагом ёё в изображение из NC*B/NT(1) точек с шагом dd*NT(1) и т.д. до последнего МОС. Последний МОП формирует изображение из NC/NT=NZ точек с шагом dd*NT*B.

Возможна модификация МОП блоков уплотнения 34 и 38, при которой разные линии могут работать с разными скоростями, но ее описание выходит за рамки данной статьи.

Устройство управления 40, кроме управляющих выходов к блокам 33-38, содержит группу входов 41 и выходов 42 абонентской и межстан-ционной сигнализации. Для абонентской сигнализации в каждой абонентской линии выделен один из N7, общий для всех терминалов, О-канал сигнализации. Для межстанционной сигнализации в одной или нескольких группах соединительных линий выделен общий канал сигнализации ОКС7.

Работает КС (рис. 4) в двух режимах: «настройка» и «коммутация». Режим «настройка» выполняется полностью при первоначальном пуске и частично при рестарте. Сначала устройство управления 40 синхронизирует абонентские терминалы и устанавливает для всех линий нулевую задержку в синхронизаторе битов 33 и блоке 35. Далее УУ подключает поочередно свои входы и выходы сигнализации 41 и 42 через коммутационную систему и блоки уплотнения 34, 37 к О-ка-налам всех абонентских линий и выдает команду «рестарт» или «не готов к приему». При этом все абонентские терминалы прекращают передачу и ожидают команд синхронизации и управления.

На следующем этапе УУ начинает проверку времени распространения поочередно для всех абонентских терминалов. Устройство управления для всех терминалов по О-каналам запрашивает тестовую последовательность, содержащую номер проверяемого канала. Терминал, выбранный по команде УУ, начинает передавать тестовую последовательность в своем временном канале и с нулями в остальных Затем УУ, по шагам изменяя задержку в синхронизаторе битов, определяет зону уверенного приема номера. При этом номера каналов могут приходить неправильно. По принятому номеру УУ определяет величину задержки для блока 35. УУ устанавливает эту задержку, проверяет ее правильность и подготавливает таблицу программной кроссировки всех каналов линии. Для терминалов, задержка в которых существенно

отличается от остальных, УУ дает команду в мультиплексор скомпенсировать ее.

Далее УУ в блоке 33 сохраняет задержку для середины зоны уверенного приема.

Для соединительных линий устройство управления по общим каналам сигнализации поочередно запрашивает от других АТС тестовую последовательность, содержащую номер одного канала и нули в других по каждой линии. Далее УУ определяет параметры настройки аналогично описанному выше для абонентских линий.

В режиме коммутации устройство управления 40 принимает сообщения от общих каналов сигнализации для соединительных линий и D-каналов абонентских линий.

Для D-каналов УУ организует прием сообщений поочередным периодическим опросом терминалов командой «готов к приему» с адресом выбранного терминала.

Терминал передает по D-каналу одно или несколько сообщений для УУ и заканчивает сеанс опроса командой готовности, либо оканчивает сеанс без передачи сообщений, а УУ завершает сеанс терминала командой «не готов к приему».

Сообщения, принятые из D- и ОКС7-каналов, устройство управления обрабатывает по алгоритмам, аналогичным принятым в ISDN АТС, формирует ответные сообщения и передает их в D- и ОКС7-каналы. Кроме того, по сообщениям, требующим установления соединений, например SETUP, УУ находит свободный путь от канала А, для которого поступило сообщение, к каналу В соединительной линии или абонента, номер которого содержится в сообщении, и второй путь от канала В к каналу А.

Устройство управления отмечает эти пути занятыми в своей памяти на все время разговора. Затем по этим путям устройство управления про-ключает два соединения (А^-В и В^-А), открывая в масках многократных соединителей оптические ключи на выбранных путях.

По сообщениям разъединения, например «отбой» или «разъединение», УУ закрывает в масках соединителей ключи на путях А^В и В^А и отмечает эти пути свободными.

Пространственный коммутационный блок 36, в котором каждому входу доступны Д=1 или Д >16 путей к каждому выходу, с коммутационными элементами на индикаторных жидкокристаллических панелях на 640^480 и 160^160 ячеек (оптических ключей) в зависимости от размеров коммутационных матриц M и N будет иметь емкость NC,

ЫБ или Ж для Д = 1 и Д > 16 соединителей, К матриц и ослабление света в В раз (табл. 6 и 7).

Из табл. 6 и 7 видно, что панели 640^480 пригодны для КС большой и средней емкости, а 160x160 - для средней и малой емкости. Многократные соединители ослабляют оптический сигнал в В раз, поэтому усилитель необходим для трех МОС с матрицами 2x2, для двух МОС 4x4 и для каждого МОС с матрицами 8x8 и больше. Кроме того, даже большая емкость требует небольшого числа МОС, а увеличение доступности увеличивает число МОС незначительно.

Использование оптических коммутационных систем на МОС и МОП, в которых интегрированы синхронизация, уплотнение и коммутация, дает

ряд следующий преимуществ по сравнению с электронными:

малый объем оборудования; простота конструкций;

возможность широкополосной коммутации при увеличении быстродействия усилителей яркости без увеличения оборудования;

с оптическими линиями отпадает проблема «последней мили».

Для оптических АТС возможна новая структура абонентской сети - небольшое число станций большой емкости и более длинные уплотненные абонентские и соединительные линии. Причем число длинных соединительных линий можно существенно уменьшить, используя для них частотное (волновое) уплотнение DWDM, что даст большую экономию дорогостоящих станционных зданий и помещений.

ЛИТЕРАТУРА

1. Патент США N 3.831.035 20.08.1974 фиг. 1а, фиг. 1в.

2. Слепов Н. Н. Современные технологии цифровых оптических сетей связи (ATM, PDH, SDH, SONET И WDM) - М.: Радио и Связь, 2000.

3. Патент РФ 2238615 20.10.2004, фиг. 1 - 5.

4. Патент РФ 2279111 27.06.2006 фиг. 1 - 3.

Поступила 22. 09. 2006 г.

Таблица 6. Параметры коммутационной системы с доступностью Д=1

Панель 640x480=307200 160x160=25600

MxN NC NS K B NC NS K B

2x2 153600 18 76800 4 12800 14 6400 4

4x4 76800 9 19200 16 6400 7 1600 16

8 x 8 38400 6 4800 64 3200 4 400 64

16x16 19200 5 1200 256 1600 3 100 256

Таблица 7. Параметры коммутационной системы с доступностью Д >1

Панель 640x480=307200 160x160=25600

MxN NC SD K B NC SD K B

2x2 153600 21 76800 4 12800 17 6400 4

4x4 76800 11 19200 16 6400 9 1600 16

8 x 8 38400 7 4800 64 3200 5 400 64

16x16 19200 5 1200 256 1600 4 100 256