ОПТИЧЕСКАЯ ДВУХКАСКАДНАЯ КОММУТАЦИОННАЯ СИСТЕМА

Полезная модель относится к области связи, оптической коммутации и передачи сигналов, в частности, к оптическим коммутационным системам.
Известно устройство, представляющее собой коммутационную систему, состоящую из двух каскадов, первый каскад состоит из М коммутационных блоков, второй каскад состоит из 2L-1 коммутационных блоков, где L - число выходов из каждого коммутационного блока входного каскада (патент US 20030138192, 2003 г).
Недостатком устройства является большое число базовых коммутационных элементов, требуемых для построения коммутационной системы, что усложняет общую схему построения коммутатора и уменьшает ее надежность.
Наиболее близким, принятым за прототип устройством, является обобщенная неблокируемая двухкаскадная сеть Клоза, первый каскад которой состоит из N коммутаторов r×2r с 3r дуплексными портами, а второй каскад состоит из 2N коммутаторов r×r с r дуплексными портами (патент RU №2580100, 2016 г).
Однако, известное устройство имеет достаточно большое число базовых элементов и фактически строится по трехкаскадной схеме, при этом входной каскад одновременно является выходным. В связи с этим снижается надежность и быстродействие устройства.
Техническая задача - создание устройства, позволяющего передать большой объем информации при малом числе базовых элементов.
Технический результат - повышение пропускной способности и надежности оптической коммутационной системы для обработки больших объемов данных.
Он достигается тем, что в известном устройстве, содержащем два каскада, каждый из которых состоит из коммутационных блоков двух уровней, четыре 16×16 коммутационных блока первого уровня каждого каскада объединены в 64×64 коммутационные блоки второго уровня, при этом каждый коммутационный блок первого уровня состоит из восьми 4×4 оптических коммутационных ячеек, каждая из которых содержит элемент коммутации и буферное устройство, содержащее четыре линии задержки, расположенные на четырех входах оптической коммутационной ячейки, выходы линий задержек соединены с входами оптического интегрального устройства, четыре выхода которого соединены с управляющими входами линий задержки, а пятый выход соединен с входом фильтра Брэгга, установленного на входе в элемент коммутации; выход которого соединен со входом частотного детектора, установленного в элементе коммутации, выходы которого соединены с управляющими входом формирователя управляющего сигнала, установленного в элементе коммутации, выходы которого соединены с управляющими входами отклоняющей системы элемента коммутации, имеющей четыре пространственно разнесенных выхода, информационный вход которой соединен с выходом фильтром Брэгга, в коммутационном блоке первого уровня входного и выходного каскадов первый выход первой оптической коммутационной ячейки соединен с первым входом пятой оптической коммутационной ячейки, второй выход первой оптической коммутационной ячейки соединен с первым входом шестой оптической коммутационной ячейки, третий выход первой оптической коммутационной ячейки соединен с первым входом седьмой оптической коммутационной ячейки, четвертый выход первой оптической коммутационной ячейки соединен с первым входом восьмой оптической коммутационной ячейки, а выходы второй, третьей и четвертых оптической коммутационных ячеек соединены со входами пятой, шестой, седьмой и восьмой оптических коммутационных ячеек, при этом первый из шестнадцати выходов первого коммутационного блока первого уровня первого коммутационного блока второго уровня входного каскада соединен с первым входом первого коммутационного блока первого уровня первого коммутационного блока второго уровня выходного каскада, второй из шестнадцати выходов первого коммутационного блока первого уровня первого коммутационного блока второго уровня входного каскада соединен с первым входом второго коммутационного блока первого уровня первого коммутационного блока второго уровня выходного каскада, третий из шестнадцати выходов первого коммутационного блока первого уровня первого коммутационного блока второго уровня входного каскада соединен с первым входом третьего коммутационного блока первого уровня первого коммутационного блока второго уровня выходного каскада, четвертый из шестнадцати выходов первого коммутационного блока первого уровня первого коммутационного блока второго уровня входного каскада соединен с первым входом четвертого коммутационного блока первого уровня первого коммутационного блока второго уровня выходного каскада, пятый из шестнадцати выходов первого коммутационного блока первого уровня первого коммутационного блока второго уровня входного каскада соединен с первым входом первого коммутационного блока первого уровня второго коммутационного блока второго уровня выходного каскада, шестой из шестнадцати выходов первого коммутационного блока первого уровня входного каскада соединен с первым входом второго коммутационного блока первого уровня второго коммутационного блока второго уровня выходного каскада, остальные седьмой, восьмой, девятый, десятый, одиннадцатый, двенадцатый, тринадцатый, четырнадцатый, пятнадцатый и шестнадцатые выходы первого коммутационного блока первого уровня первого коммутационного блока второго уровня входного каскада соединены с первыми входами третьего, четвертого коммутационного блока первого уровня второго коммутационного блока второго уровня выходного каскада, первыми входами первого, второго, третьего, четвертого третьего коммутационного блока первого уровня третьего коммутационного блока второго уровня выходного каскада, первыми входами первого, второго, третьего, четвертого коммутационного блока первого уровня четвертого коммутационного блока второго уровня выходного каскада, а шестнадцать выходов каждого из оставшихся пятнадцати коммутационных блоков первого уровня входного каскада соединены с входами коммутационных блоков выходного каскада, обеспечивая полнодоступность коммутационной системы в целом.
Предлагаемое устройство схематично изображено на чертеже (фиг. 1 - структурная схема коммутационной системы (с 1 по 128 входы), фиг. 2 - структурная схема коммутационной системы (с 129 по 256 входы), фиг. 3 - структурная схема оптического коммутационного блока первого уровня, фиг. 4 - структурная схема оптической коммутационной ячейки.
Устройство на 256 входов и 256 выходов, состоит из входного каскада 257 и выходного каскада 258, входной каскад состоит из 259-274 коммутационных блоков первого уровня, сгруппированных в 275-278 коммутационных блоков второго уровня, выходной каскад состоит из 279-294 коммутационных блоков первого уровня, сгруппированных в 295-298 коммутационных блоков второго уровня, коммутационные блоки входного и выходного каскадов соединены таким образом, что выходы 1-4 коммутационного блока 259 соединены со входами 1-4 коммутационных блоков 279-282, выходы 5-8 коммутационного блока 259 соединены со входами 5-8 коммутационных блоков 283-286, выходы 9-12 коммутационного блока 259 соединены со входами 9-12 коммутационных блоков 287-290, выходы 13-16 соединены со входами 13-16 коммутационных блоков 291-294, выходы остальных 260-274 коммутационных блоков входного каскада соединены со входами 279-294 коммутационных блоков выходного каскада, образуя полнодоступную коммутационную систему. Например, при необходимости передать сигнал с 1 входа на 128 выход коммутационной системы, вначале сигнал будет передан на 8 выход 259 коммутационного блока первого уровня; далее сигнал будет передан на 8 вход коммутационного блока 286 выходного каскада, а с 8 входа - на 128 выход коммутационной системы, а при необходимости передать сигнал с 254 входа на 130 выход коммутационной системы, вначале сигнал будет передан на 249 выход 274 коммутационного блока первого уровня; далее сигнал будет передан на 249 вход коммутационного блока 287 выходного каскада, а с 249 входа - на 130 выход коммутационной системы.
Коммутационный блок первого уровня входного и выходного каскада состоит из 299-306 оптических коммутационных ячеек. Схема коммутационного блока первого уровня также является полно доступной. Любой вход коммутационного блока первого уровня входного и выходного каскада может быть соединен с любым его выходом. Первый выход ячейки 299 коммутационного блока соединен с первым входом ячейки 303; второй выход ячейки 299 соединен с первым входом ячейки 304; третий выход ячейки 299 соединен с первым входом ячейки 305; четвертый выход ячейки 299 соединен с первым входом ячейки 306. Выходы остальных ячеек с 300 по 302 коммутационного блока первого уровня соединены со входами ячеек 303-306 коммутационного блока первого уровня.
Например, при необходимости передать сигнал с 1 входа коммутационного блока на 16 выход, сигнал с 1 входа коммутационной ячейки 299 поступит на четвертый ее выход, затем будет передан на 4 вход коммутационной ячейки 306, а затем на 16 выход коммутационного блока.
Оптическая коммутационная ячейка каждого коммутационного блока входного и выходного каскадов состоит из элемента коммутации 307 и буферного устройства 308, содержащего четыре линии задержки 309-312, расположенные на четырех входах 313-316 оптической коммутационной ячейки, выходы линий задержек соединены с входами 317-320 оптического интегрального устройства 321, 322-325 выходы которого соединены с управляющими входами линий задержки 326-329, 330 выход оптического интегрального устройства 321 соединен с входом фильтра Брэгга 331, установленного на входе в элемент коммутации 307; выход которого соединен со входом частотного детектора 332, установленного в элементе коммутации, выход которого соединен со входом формирователя управляющего сигнала 333, установленного в элементе коммутации, выходы которого соединены с управляющими входами 334, 335 отклоняющей системы 336, имеющей четыре пространственно разнесенных выхода 337-340, информационный вход которой соединен с выходом фильтром Брэгга 331.
Устройство работает следующим образом. На один из входов оптической коммутационной системы 1-256 поступает оптический пакет, состоящий из двух сигналов, разделенных по времени и длине волны: информационного и управляющих сигналов. Информационный сигнал, передаваемый на длине волны λi, несет полезную информацию, а восемь разнесенных во времени управляющих сигналов, заложенных в одной из восьми длин волн (λ1, λ2, λ3, λ4, λ5, λ6, λ7, λ8), используются для настройки коммутационной системы следующим образом: два первых разнесенных по времени управляющих сигнала на длинах волн λ1 и λ2 используются для настройки ячеек 299, 300, 301, 302 коммутационных блоков первого уровня входного каскада. Причем одной из четырех комбинаций длин волн (λ1,λ1; λ1,λ2; λ2,λ1; λ2,λ2), поступающих на два управляющих входа 334 и 335 отклоняющей системы 336, определяется разрешенный выход коммутационной ячейки. Два следующих управляющих сигнала на λ3 и λ4 используются для настройки ячеек 303, 304, 305, 306 коммутационных блоков первого уровня входного каскада, пятый и шестой управляющие сигналы на λ5 и λ6 - для настройки ячеек 299, 300, 301, 302 коммутационных блоков первого уровня выходного каскада, управляющие сигналы λ7, λ8 - для настройки ячеек 303, 304, 305, 306 коммутационных блоков первого уровня выходного каскада. Для исключения ложного срабатывания системы управляющие длины волн всех четырех каскадов являются различными. Со входов коммутационной системы информация поступает на входы 313-316 линий задержки 309-312 буферного устройства 308 оптических коммутационных ячеек. Для исключения одновременного поступления сигнала на отклоняющую систему 336 элемента коммутации 307 при наличии сигнала на одной из линий задержки 309-312 оптическое интегральное устройство 321 вырабатывает запрещающие сигналы для оставшихся трех линий, поступающие на три из четырех управляющих входов 321-326. Кроме того, оптическое интегральное устройство 321 мультиплексирует сигналы с выходов линий задержки 309-312, которые затем поступают на фильтр Брэгга 331. Фильтр Брэгга выделяет два (например, λ1, λ2) из восьми управляющих сигналов, поступающих на частотный детектор 332, преобразующий девиацию частоты в девиацию амплитуды пропорционально частоте управляющих сигналов. Это амплитудно-модулированное колебание преобразуется в управляющий сигнал в формирователе управляющего сигнала 333 и прикладывается к отклоняющей системе 336. На второй вход отклоняющей системы поступает сигнал λ3, λ4, λ5, λ6, λ7, λ8, λi и в зависимости от комбинации управляющих сигналов выходит с одного из четырех выходов 337-340.
Предлагаемая коммутационная система имеет 256 симплексных входов и 256 симплексных выходов, в случае работы коммутационной системы в дуплексном режиме число входов и выходов уменьшается в два раза и равно 128.
Сравнивая прототип на 126 дуплексных входа и 126 дуплексных выхода с предлагаемой оптической коммутационной системой 128×128 видно, что для построения схемы прототипа потребуется 3024 базовых элемента, а для построения предлагаемой схемы всего 256. Это доказывает уменьшение сложности построения схемы устройства приблизительно в 12 раз. В результате этого повышается надежность устройства и ее пропускная способность.
Предлагаемое устройство позволяет повысить пропускную способность и надежность путем уменьшения длины пути прохождения оптического сигнала, уменьшения сложности схемы построения коммутационной системы и уменьшения числа базовых коммутационных элементов.