CZ21840U1 - Modulární stavebnice zařízení pro variabilní distribuci, směšování a monitoring optických signálů v Internetu a jiných sítích - Google Patents
Modulární stavebnice zařízení pro variabilní distribuci, směšování a monitoring optických signálů v Internetu a jiných sítích Download PDFInfo
- Publication number
- CZ21840U1 CZ21840U1 CZ201023188U CZ201023188U CZ21840U1 CZ 21840 U1 CZ21840 U1 CZ 21840U1 CZ 201023188 U CZ201023188 U CZ 201023188U CZ 201023188 U CZ201023188 U CZ 201023188U CZ 21840 U1 CZ21840 U1 CZ 21840U1
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- optical
- module
- nxm
- switching elements
- modular
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 77
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims description 8
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 16
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 claims description 4
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims description 4
- 230000010076 replication Effects 0.000 description 3
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Description
Oblast techniky
Technické řešení se týká modulární stavebnice zařízení pro variabilní distribuci, směšování a monitoring optických signálů v Internetu a jiných sítích a spadá do oblasti telekomunikační techniky a služeb.
Dosavadní stav techniky
V současných sítích je pro distribuci vysokorychlostních toků, zejména multimediálních, používán stále klasický přístup, kdy jsou datové signály převedeny z optické domény do domény ío elektrické, tam jsou replikovány a poté zpět konvertovány do domény optické. V elektrické doméně jsou data převedena do formy paketů a replikace je dosaženo kopírováním paketů v paměti. Tato replikace v elektrické doméně je ale velmi náročná, značně zatěžuje zařízení a díky tomu je množství replikovaných toků a počet replikací značně omezen. Replikace v optické doméně je naopak relativně snadná, ovšem všechna dosavadní řešení dosahovala stavu, kdy útlum zařízení, tedy replikátoru, odpovídal útlumu pro maximální dosažitelné dělení.
Pro monitoring více optických signálů je typicky používáno směrových odbočníc s fixním vazebním poměrem, za které je umístěn optický přepínač, který umožňuje automatické měření většího množství optických veličin pomocí jednoho nebo několika málo měřících přístrojů. Taktéž ke směšování optických signálů se typicky používají směrové odbočnice s fixními vazebními pomě20 ry. Variabilní směšování pak nabízejí prvky pracující na základě vlnové délky, kdy vlnové délky zpracovávaných signálů jsou pevně určeny.
Pro prosté přepínání optických signálů se v současné době nej častěji používají vláknové přepínače založené na mikromechanickém principu. Tato technologie je dobře zvládnutá, ovšem z principu vykazuje omezenou životnost počtem přepnutí, pomalejší přepnutí neboť se jedná se o mechanický děj, a zařízení jsou náchylná k rušení vibracemi.
Na nemechanickém principu pak pracují přepínače využívající tepelné závislosti indexu lomu v polymerových materiálech, kde je tepelnou cestou ovlivňováno vedení světla v Y a X větveních. Na nemechanickém principu také mohou pracovat přepínače založené na principu MachZehnderova interferometru (MZI), kde změnou fáze v jedné větvi interferometru lze určit, na který výstup bude vstupní signál směrován. Změny fáze se dosahuje také termálně nebo pomocí elektrického napětí v materiálech typu LiNhO3.
V naprosté většině případů je celý přepínač realizován propojením základních jednoduchých přepínacích elementů (1 vstup a 2 výstupy, nebo 2 vstupy a 2 výstupy) do přepínací sítě, např. do sítě typu motýlek nebo Beneš. Tyto sítě byly v minulosti intenzivně studovány a umožňují přepas nutí kteréhokoliv ze vstupů na kterýkoliv výstup pri minimální spotřebě přepínacích elementů.
Přepínací elementy jsou téměř vždy řízeny binárně a tudíž v jeden okamžik je možné vstupní signál přepnout pravě na jeden výstup. Takto konstruované přepínací sítě jsou pro distribuci vysokorychlostních signálů nevhodné, a to proto, že neumožňují distribuci signálu z jednoho vstupu na více výstupů.
Jsou známa řešení sestávající se z bloku optického, elektronického a komunikačního počítače, kde optický modul je tvořen mřížkou přepínacích elementů. Ta ovšem používají binární typy přepínacích elementů a umožňují tak pouze úplné přepínání signálů. Signály v tomto případě není možno distribuovat do více výstupů nebo směšování z více vstupů.
Existují také řešení pro distribuci či odběry vzorků signálů, používající přepínací sítě, které kom45 binují dělicí a přepínací elementy, jak je například popsáno v patentu CZ 300811. Tyto dělicí elementy ale docilují pouze pevné dělicí poměry a nelze tak měnit dělicí/směšovací poměry a tak pružně reagovat na změněné potřeby distribuce či monitorování optických signálů.
- 1 CZ 21840 Ul
Podstata technického řešení
Výše uvedené nedostatky zařízení s pevným dělicím/směšovacím poměrem řeší modulární stavebnice zařízení pro variabilní distribuci, směšování a monitoring optických signálů v Internetu a jiných sítích podle předkládaného řešení. Stavebnice je tvořena optickým modulem propojeným s řídicím elektronickým modulem se dvěma redundantními zdroji. Řídicí elektronický modul je propojen s modulem komunikačního počítače, který je opatřen rozhraním pro komunikaci s uživatelem a rozhraním pro strojovou komunikaci. Řídicí elektronický modul obsahuje napájecí část distribuující potřebné napájecí napětí také pro komunikační počítač.
Podstatou nového řešení je, optický modul má N optických vstupů a M optických výstupů, kde N a M jsou nenulová přirozená čísla a celkem obsahuje NxM optických přepínacích elementů 2x2, každý se dvěma optickými vstupy a dvěma optickými výstupy a jedním elektrickým vstupem založeriych na principu ivíZI. Tyto optické přepínací elementy jsou tepe lne ovládané. Optické přepínací elementy jsou navzájem propojeny do mřížky. Každý optický přepínací element MZI má vyveden jeden elektrický vstup ovládající zpoždění průchodu optického signálu v jedné větvi MZI, optický modul má tedy NxM elektrických vstupů ovládajících jednotlivé přepínací elementy. Řídicí elektronický modul je tvořen NxM pulzně-šířkovými modulátory, označovanými PWM, které jsou připojeny pres modul interface ke komunikačnímu počítači a k bloku distribuce napájení. Každý z PWM modulátorů je svým výstupem připojen na vstup jemu příslušejícího jednoho z NxM napěťových budičů, kde tyto napěťové budiče jsou propojeny přímo s blokem distribuce napájení. Výstup každého z NxM napěťových budičů je pak připojen na elektrický vstup jednoho z NxM optických přepínacích elementů.
V jednom možném provedení může mít optický modul také zabudován snímač teploty umístěný uprostřed do mřížky propojených optických přepínacích elementů a případně lze v jeho blízkosti umístit i termoelektrický stabilizátor teploty. Elektronický modul pak v tomto případě obsahuje obvod pro měření teploty a případně obvod stabilizace teploty.
Optický modul může být vytvořen jako integrovaný do fotonického integrovaného obvodu. Rovněž tak pulzně-šířkové PWM modulátory mohou být implementovány v jednom obvodu, například v hradlovém poli. V případě, kdy je NxM číslo věší než je počet výstupních obvodů hradlového pole, jsou napěťové budiče s pulzně-šířkovými PWM modulátory propojeny pomocí expandérů.
Výhodou takto uspořádané modulární stavebnice zařízení pro variabilní distribuci, směšování a monitoring optických signálů v Internetu a jiných sítích je, že umožňuje jak klasické přepínání jeden vstup na jeden výstup tak také distribuci signálů z jednoho vstupu na více výstupů. Mezi těmito funkcemi lze dynamicky přecházet. Pokud zařízení pracuje v režimu distribuce pak poměr dělení signálu mezi jednotlivé výstupy lze dynamicky měnit. Zařízení naopak může pracovat při záměně vstupů a výstupů v režimu směšování signálů. Dalším možným způsobem je monitoring optických signálů kde měřený signál prochází ze vstupu na výstup a na druhém výstupu je z něho vydělena část výkonu, která je pak měřena. Dělicí poměr je možno dynamicky měnit.
Přehled obrázku na výkrese
Podstata technického řešení je dále vysvětlena a popsána na základě připojeného výkresu, který znázorňuje blokové schéma zařízení. Na přiloženém výkrese jsou plnými čarami naznačena elektrická propojení a přerušovanými čarami propojení optická. Čerchovanými čarami jsou vyznačené bloky volitelné.
Pro přehlednost je použito schéma zařízení se dvěma vstupy a dvěma výstupy. V současné době je úspěšně otestováno zařízení s osmi vstupy a osmi výstupy a dále se šestnácti vstupy a Šestnácti výstupy.
-2 CZ 21840 Ul
Příklad provedení technického řešení
Modulární stavebnice zařízení pro variabilní distribuci, směšování a monitoring optických signálů v Internetu a jiných sítích je tvořena optickým modulem 1, řídicím elektronickým modulem 2 a modulem komunikačního počítače 3. Optický modul I má N, zde dva, optické vstupy, které jsou označeny I a M, zde dva, optické výstupy, označené O a obsahuje čtyři optické přepínací elementy 110-113 2x2 typu MZI. Použité optické přepínací elementy 110-113 jsou opticky propojeny do mřížky, která má N řádků a M sloupců. Jeden optický vstup optických přepínacích elementů 110. 111 prvního řádku a jeden optický výstup optických přepínacích elementů 111. 113 posledního sloupce zůstává nezapojen. Tyto optické přepínací elementy 110-113 využívají i« tepelný převod elektrického signálu na změnu fáze. Optický modul 1 může mít také zabudován snímač JJ teploty, např. termistor, umístěný uprostřed mřížky tvořené optickými přepínacími elementy 110-113. Další možností je zařazení termoelektrického regulátoru 12 teploty v blízkosti snímače ii teploty. Výhodné je provedení, kde celý optický modul i je integrován do fotonického integrovaného obvodu.
Řídicí elektronický modul 2 obsahuje NxM, zde čtyři, pulzně-šířkové modulátory 210-213, kde každý je propojen s jedním napěťovým budičem 220-223. Výstupy napěťových budičů 220-223 jsou připojeny na elektrické vstupy odpovídajících optických přepínacích elementů 110-113. Řídící elektronický modul 2 může obsahovat obvod 21 pro měření teploty optického modulu i, který je propojen se snímačem li teploty. Obvod 21 pro měření teploty je propojen s obvodem
22 stabilizace teploty, který je propojen s termoelektrickým regulátorem 12 teploty. Řídicí elektronický modul 2 dále obsahuje modul interface 23, který je propojen s jednotlivými pulzně-šířkovými modulátory 210-213. Řídicí elektronický modul 2 dále obsahuje blok 24 distribuce napájení, který zajišťuje redundantní napájení celého zařízení. Blok 24 distribuce napájení je propojen s pulzně-šířkovými modulátory 210-213. s napěťovými budiči 220-223. s modulem interface 23, s obvodem 21 pro měření teploty, obvodem 22 stabilizace teploty a s modulem prvního stejnosměrného napájecího zdroje 25 a druhého stejnosměrného napájecího zdroje 26.
Vzdálenou komunikaci se zařízením a další síťové funkce zajišťuje komunikační počítač 3. Komunikační počítač 3 je propojen s blokem 24 distribuce napájecího napětí a s modulem interface 23. Komunikační počítač 3 je dále propojen s modulem 31 rozhraní pro komunikaci s uži30 vatelem a modulem 32 pro strojovou komunikaci, přes drátová a bezdrátová rozhraní, např. RS232, Ethernet, WI-FI, GPRS. Komunikační počítač 3 je ve výhodném jednodeskovém provedení, osazený bezvětrákovým procesorem a diskem bez pohyblivých částí, čímž dochází ke zvýšení mechanické odolnosti proti otřesům.
Optický signál respektive signály, které je třeba distribuovat se přivedou na vstupy I optického modulu 1, tedy vždy na první optický přepínací element v řádku vytvořené mřížkové struktury, zde na optické přepínací elementy 110 a 112. Pomocí optického přepínacího elementu 110 nebo 112. podle toho na který z nich je optický signál přiveden, je možno převést část výkonu optického signálu do prvního sloupce a jím pak na první optický výstup. Zbylá energie je pak dále vedena v příslušeném řádku kde může být opět část směřována do dalšího sloupce a tím na další optický výstup, zde tedy optickým přepínacím elementem 111 a/nebo 113.
Optické přepínací elementy 110-113 jsou řízeny elektricky, elektrický signál je přes tepelný účinek převeden na změnu fáze a ta pak ovlivňuje, zda je signál dále přenášen řádkem a nebo je přenesen do sloupce. Elektrické řízení probíhá tak, že přes modul interface 23 se do každého pulzněšířkového modulátoru 210-213 zapíše číslo odpovídající střídě 0-100 %. Pulzně-šířkový modu45 látor 210-213 pak generuje signál s touto střídou, který řídí příslušný napěťový budič 220-223, který pak spíná elektrický vstup daného optického přepínacího elementu 110 -113.
Je-li osazeno elektrické tepelné čidlo 11, pak v součinnosti s obvodem 21 pro měření teploty měří teplotu v matici optických přepínacích elementů 1 IQ -113.
-3CZ 21840 Ul
Je-li osazen termoelektrický stabilizátor teploty 12, pak obvod 22 stabilizace teploty v součinnosti s obvodem 21 pro měření teploty udržuje teplotu optických přepínacích elementů 110 -113 konstantní.
Pokud se zařízení použije pro směšování, pracuje v opačném směru. Směšované signály jsou 5 přivedeny na výstupy O, kde mohou být vybírány poměrné části, které jsou přeneseny na příslušný řádek a tam pak vystupují na některém či některých výstupech I.
V jednom výhodném provedení jsou pulzně-šířkové modulátory 210-213 implementovány v hradlovém poli. Pokud je NxM velké číslo, větší než počet výstupních obvodů hradlového pole, mohou být na výstupy hradlového pole zařazeny expandéry, na jejichž výstupy se teprve zapojují ío napěťové budiče 220-223.
Průmyslová využitelnost
Toto technické řešení je průmyslově dobře využitelné zejména pro variabilní distribuci, monitoring a směšování vysokorychlostních optických signálů a to jak v provozním tak i laboratorním prostředí. Ve srovnání s tradičními řešeními nabízí minimální latence a měnitelné poměry děle15 ní/směšování bez nutnosti manuální obsluhy.
Claims (6)
- NÁROKY NA OCHRANU1. Modulární stavebnice zařízení pro variabilní distribuci, směšování a monitoring optických signálů v Internetu a jiných sítích tvořená optickým modulem (1) propojeným s řídicím elektronickým modulem (2) elektronického systému se dvěma redundantními zdroji (25, 26), který je20 dále propojen s modulem komunikačního počítače (3), přičemž modul komunikačního počítače (3) je opatřen rozhraním (31) pro komunikaci s uživatelem a rozhraním (32) pro strojovou komunikaci, vyznačující se tím, že optický modul (1) má N optických vstupů a M optických výstupů, kde N a M jsou nenulová přirozená čísla a celkem obsahuje NxM optických přepínacích elementů (110-113) 2x2 typu MZI, každý se dvěma optickými vstupy, dvěma optickými25 výstupy a jedním elektrickým vstupem, kde jsou tyto optické přepínací elementy 2x2 (110-113) navzájem propojeny do mřížky a řídicí elektronický modul (2) je tvořen NxM pulzně-šířkovými modulátory (210-213) připojenými přes modul interface (23) ke komunikačnímu počítači (3) a k bloku (24) distribuce napájení, z nichž každý je svým výstupem připojen na vstup jemu příslušejícího jednoho z NxM napěťových budičů (220-223), kde napěťové budiče (220-223) jsou pro30 pojeny přímo s blokem (24) distribuce napájení a kde výstup každého z těchto NxM napěťových budičů (220-223) je připojen na elektrický vstup jednoho z NxM optických přepínacích elementů (110-113).
- 2. Modulární stavebnice podle nároku 1, vyznačující se tím, že optický modul (1) je opatřen snímačem (11) teploty umístěným uprostřed do mřížky propojených optických přepí35 nacích elementů MZI (110-113) a je propojen s obvodem (21) pro měření teploty.
- 3. Modulární stavebnice podle nároku 2, vyznačující se tím, že v blízkosti snímače (11) teploty je umístěn termoelektrický regulátor (12) propojený s obvodem (22) stabilizace teploty, který je propojen s obvodem (21) pro měření teploty.
- 4. Modulární stavebnice podle kteréhokoli z nároků laž3, vyznačující se tím,40 že optický modul (1) je integrovaný do fotonického integrovaného obvodu.- 4 CZ 21840 Ul
- 5. Modulární stavebnice podle kteréhokoli z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že pulzně-šířkové modulátory (210-213) jsou implementovány v jednom obvodu v hradlovém poli.
- 6. Modulární stavebnice podle kteréhokoli z nároků laž5, vyznačující se tím, že 5 v případě, kdy je NxM číslo věší než je počet výstupních obvodů hradlového pole, jsou napěťové budiče (220-223) s pulzně-šířkovými modulátory (210-213) propojeny pomocí expandérů.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ201023188U CZ21840U1 (cs) | 2010-09-02 | 2010-09-02 | Modulární stavebnice zařízení pro variabilní distribuci, směšování a monitoring optických signálů v Internetu a jiných sítích |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ201023188U CZ21840U1 (cs) | 2010-09-02 | 2010-09-02 | Modulární stavebnice zařízení pro variabilní distribuci, směšování a monitoring optických signálů v Internetu a jiných sítích |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ21840U1 true CZ21840U1 (cs) | 2011-02-28 |
Family
ID=43661317
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ201023188U CZ21840U1 (cs) | 2010-09-02 | 2010-09-02 | Modulární stavebnice zařízení pro variabilní distribuci, směšování a monitoring optických signálů v Internetu a jiných sítích |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ21840U1 (cs) |
-
2010
- 2010-09-02 CZ CZ201023188U patent/CZ21840U1/cs not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11112564B2 (en) | Apparatus, systems, and methods for nonblocking optical switching | |
| Batten et al. | Building many-core processor-to-DRAM networks with monolithic CMOS silicon photonics | |
| US10009668B2 (en) | Methods and systems for board level photonic bridges | |
| Urata et al. | Mission Apollo: Landing optical circuit switching at datacenter scale | |
| Dupuis et al. | Modeling and Characterization of a Nonblocking $4\times 4$ Mach–Zehnder Silicon Photonic Switch Fabric | |
| WO2015060820A1 (en) | Hybrid circuit-packet switch | |
| WO1998047040A3 (en) | 1 x n digitally programmable optical routing switch | |
| US10372013B2 (en) | Dynamic phase shift compensation for free carrier effect photonic switches | |
| CZ302947B6 (cs) | Modulární stavebnice zarízení pro variabilní distribuci, smešování a monitoring optických signálu v Internetu a jiných sítích | |
| CN102339268A (zh) | 一种可重构路径算子 | |
| Narayana et al. | HyPPI NoC: Bringing hybrid plasmonics to an opto-electronic network-on-chip | |
| CN103336334A (zh) | 一种基于阵列波导光栅的光交换系统 | |
| CZ21840U1 (cs) | Modulární stavebnice zařízení pro variabilní distribuci, směšování a monitoring optických signálů v Internetu a jiných sítích | |
| Ikuma et al. | Integrated 40-$\lambda $1$\,\times\, $2 Wavelength Selective Switch Without Waveguide Crossings | |
| Zhu et al. | Distributed deep learning training using silicon photonic switched architectures | |
| Wu et al. | Large scale silicon photonics switches based on MEMS technology | |
| JP6247172B2 (ja) | ツリー型光スイッチ構成 | |
| Wu et al. | Large-scale silicon photonic switches | |
| Kwon et al. | Large-scale silicon photonic switches | |
| Shu et al. | Programmable OPS/OCS hybrid data centre network | |
| Kawashima et al. | Multi-port optical switch based on silicon photonics | |
| Shen et al. | Software-defined networking control plane for seamless integration of silicon photonics in datacom networks | |
| Zhang et al. | Demonstration of Optically Connected Disaggregated Memory With Hitless Wavelength-Selective Switch | |
| Dupuis | CMOS photonic nanosecond-scale switch fabrics | |
| CN116016333B (zh) | 四端口多模路由器及链路交换网络 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG1K | Utility model registered |
Effective date: 20110228 |
|
| ND1K | First or second extension of term of utility model |
Effective date: 20140728 |
|
| MK1K | Utility model expired |
Effective date: 20170902 |