DE102004059682A1

DE102004059682A1 - Optical switching device for data packets

Info

Publication number: DE102004059682A1
Application number: DE200410059682
Authority: DE
Inventors: Walter Dr. Pröbster; Hartwig Dr. Rüll
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Nokia Solutions and Networks GmbH and Co KG
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2004-12-10
Publication date: 2006-06-14
Also published as: CN101171879A; WO2006061303A1; EP1825710A1

Abstract

Die Schalteinrichtung (SW1) teilt zunächst ankommende WDM-Signale (WMR¶1¶ bis WMR¶M¶) wellenlängenmäßig in Einzelsignale (lambda1¶1¶-lambdaN¶M¶) auf, die über optische Verbindungen/Eingangsleitungen (LR1¶1¶-LRN¶M¶) Schalt- und Verzögerungselementen (SD) zugeführt werden. Die Schalt- und Verzögerungselemente (SD) verbinden jeweils eine beliebige Eingangsleitung (LR1¶1¶-LRN¶M¶) mit einer beliebigen Ausgangsleitung (LT1¶1¶ bis LTN¶P¶). Jeweils eines dieser Elemente schaltet ein Datenpaket (DP) der gleichen Wellenlänge (lambda1-lambdaN) auf eine Ausgangsleitung (LT1¶1¶-LTN¶P¶) durch, wobei die Verzögerung der Datenpakete (DP) stufenlos einstellbar ist. Die durchgeschalteten Datenpakete werden zu abgehenden Einzelsignalen zusammengefasst, die wiederum zu abgehenden WDM-Signalen (WMT¶1¶ bis WMT¶P¶) zusammengefasst werden.The switching device (SW1) splits incoming WDM signals (WMR¶1¶ to WMR¶M¶) into individual wavelength signals (lambda1¶1¶-lambdaN¶M¶) via optical connections / input lines (LR1¶1¶- LRN¶M¶) switching and delay elements (SD) are supplied. The switching and delay elements (SD) each connect an arbitrary input line (LR1¶1¶-LRN¶M¶) to any output line (LT1¶1¶ to LTN¶P¶). Each one of these elements switches a data packet (DP) of the same wavelength (lambda1-lambdaN) on an output line (LT1¶1¶-LTN¶P¶), wherein the delay of the data packets (DP) is infinitely adjustable. The throughput data packets are combined into outgoing individual signals, which in turn are combined to outgoing WDM signals (WMT¶1¶ to WMT¶P¶).

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Schalteinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to an optical switching device according to the preamble of claim 1

In optischen Datennetzen geht der Trend zur Übertragung von Datenpakten. Als Datenpakete werden auch Datenbursts bezeichnet, die wiederum aus unterschiedlichen kleineren Datenpaketen zusammengesetzt sein können und unterschiedliche Längen aufweisen. Die Datenpakete gleicher Wellenlänge werden über einen Datenkanal übertragen. Mehrere dieser "Kanäle" (Einzelsignale) werden zu einem Wellenlängen-Multiplexsignal, kurz als WDM-Signal bezeichnet, zusammengefasst. Das Problem bei vermittelnden optischen Netzen besteht nun darin, die Datenpakte ohne größere Zeitverluste über optische Schalteinrichtungen, auch als "Switches" oder "Router" bezeichnet, zu übertragen und zu neuen WDM-Signalen zusammenzufassen.In optical data networks is the trend for the transmission of data packets. Data packets are also called data bursts, which in turn be composed of different smaller data packets can and different lengths exhibit. The data packets of the same wavelength are transmitted via a data channel. Several of these "channels" (individual signals) become a wavelength multiplexed signal, briefly referred to as WDM signal, summarized. The problem with mediating optical networks now consists of the data packets without major loss of time via optical switching devices, also referred to as "switches" or "routers" to transfer and to summarize to new WDM signals.

Optische (photonische) Schalteinrichtungen können auf unterschiedliche Art und Weise realisiert werden. Eine Möglichkeit besteht in der Verwendung von steuerbaren Spiegeln, die ankommendes Licht von beliebigen Eingängen auf beliebige Ausgänge durchschalten können. Bei der Vermittlung von Datenpaketen (hier werden auch Bursts darunter verstanden) treten jedoch mehrere Probleme auf. Einmal müssen die Schaltvorgänge sehr rasch erfolgen und zum anderen müssen die Datenpakete zwischengespeichert werden, wenn Übertragungskapazität ("Bandbreite") fehlt.optical (Photonic) switching devices can in different ways and be realized. One possibility is the use of controllable mirrors, the incoming light from any inputs switch through any outputs can. In the mediation of data packets (here also bursts under it understood), however, several problems occur. Once the switching operations very quickly, and second, the data packets must be cached when transmission capacity ("bandwidth") is missing.

Im elektrischen Bereich ist aus dem US-Patent US 6,195,335 B1 eine elektronische Schalteinrichtung beschrieben, die in Matrixform aufgebaut und für das Schalten von Datenpakten geeignet ist. Sie enthält in den Eingangsleitungen erste elektronische Speicher und in den Schaltpunkten (Cross Point) weitere Cross Point-Speicher, die mindestens ein Datenpaket auf nehmen können. Aus beiden Speichern sind die digitalen Datenpakete (Bursts) zu beliebigen Zeitpunkten abrufbar, so dass sie mit anderen Datenpakten/Bursts zu Datenströmen zusammengefasst und mit hohem "Wirkungsgrad", d.h. hier unter optimaler Nutzung der zur Verfügung stehenden Bandbreite" übertragen werden können. Photonische Speicher, in die Daten wie bei elektronischen Speichern zu beliebigen Zeitpunkten eingeschrieben und zu beliebigen Zeitpunkten abgerufen werden können, existieren in absehbarer Zeit nicht.In the electrical field is from the US patent US 6,195,335 B1 an electronic switching device described, which is constructed in matrix form and suitable for switching data packets. It contains in the input lines first electronic memory and in the switching points (cross point) further cross point memory, which can take at least one data packet. From both memories, the digital data packets (bursts) can be called up at arbitrary times, so that they can be combined with data packets / bursts into data streams and transmitted with high "efficiency", ie with optimum utilization of the available bandwidth , into which data can be written at arbitrary times as in electronic memories and retrieved at arbitrary times, will not exist in the foreseeable future.

Bleibt man bei der rein optischen Lösung, so können beispielsweise Verzögerungsleitungen verwendet werden, wie dies beispielsweise in der Europäischen Patentanmeldung EP 1 176 846 A2 beschrieben ist.Leaving aside the purely optical solution, so delay lines can be used, for example, as in the European patent application EP 1 176 846 A2 is described.

Eine noch ältere US-Patentanmeldung US 2002/0114035 A1 verwendet die gleiche an sich bekannte Struktur, um Wellenlängen umzusetzen. Ein Problem bei der Durchschaltung von Datenpaketen ist die Realisierung von optischen Laufzeitgliedern, die beispielsweise durch umschaltbare unterschiedlich lange Fasern mit diskreten Laufzeiten oder durch Umlaufspeicher (Faserschleifen) realisiert werden. Bei der Übertragung von Datenpakten bleiben aber bei diesen Systemen erhebliche Zeitabschnitte (Übertragungskapazität – "Bandbreite") ungenutzt.A even older US patent application US 2002/0114035 A1 uses the same per se known structure to wavelengths implement. A problem with the switching of data packets is the realization of optical delay elements, for example by switchable fibers of different lengths with discrete transit times or by circulation memory (fiber loops) can be realized. at the transmission However, data packets remain unused in these systems for significant periods of time (transmission capacity - "bandwidth").

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte optische Schalteinrichtung für paketvermittelnde Netze anzugeben.task The invention therefore provides an improved optical switching device for packet-switching Specify networks.

Diese Aufgabe wird entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.These The object is achieved according to the features of claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous Further developments of the invention are specified in the subclaims.

Vorteilhaft ist die relativ einfache Struktur des optischen Koppelfeldes, die auf eingangsseitige oder ausgangsseitige Speicher verzichtet. Je Schaltpunkt ist außer einem optischen Schalter nur ein einziger als Verzögerungsglied ausgeführter Zwischenspeicher erforderlich, dessen Laufzeit stufenlos einstellbar ist und somit für einen optimalen Wirkungsgrad (Nutzung der Bandbreite) bei der Durchschaltung sorgt.Advantageous is the relatively simple structure of the optical coupling field, the dispensed with input-side or output-side memory. ever Switch point is out of order an optical switch only a single as a delay element engineered Caching required, its running time infinitely adjustable is and therefore for optimal efficiency (use of bandwidth) during the switching ensures.

Ein besonders einfacher Aufbau wird durch die Unterteilung in Schaltebenen erreicht. Beispielsweise werden alle gleichen, aus verschiedenen Wellenlängen-Multiplexsignalen stammenden Signale derselben Wellenlänge in einer Schaltebene (Baugruppe) durchgeschaltet.One a particularly simple structure is the division into switching levels reached. For example, all the same, from different Wavelength-multiplexed signals originating signals of the same wavelength in a switching level (module) connected through.

Um eine gegenseitige Beeinflussung der Signale zu minimieren, können auch nur unterschiedliche Wellenlängen in einer Schaltebene durchgeschaltet werden. So können beispielsweise alle aus einem Wellenlängen-Multiplexsignal stammenden Signale einer Schaltebene zugeordnet sein. Die Wellenlängen-Multiplexer filtern fremde Signale anderer Wellenlänge heraus. Zusätzlich kann der optische Schalter mit zusätzlichen Funktionen, wie beispielsweise der Wellenlängenkonversion ergänzt werden, die über einige zwischen zusätzlichen Eingangsleitungen und Ausgangsleitungen angeschalteten Wellenlängenkonvertern realisiert wird. Bei der Realisierung der optischen Schalt- und Verzögerungsglieder können unterschiedliche Technologien genutzt werden.Around also can minimize a mutual interference of the signals only different wavelengths be switched through in a switching level. So, for example all from a wavelength multiplexed signal be associated with signals belonging to a switching level. Filter the wavelength multiplexers foreign signals of different wavelengths out. additionally can the optical switch with additional functions, such as the wavelength conversion added be over some between additional ones Input lines and output lines connected wavelength converters is realized. In the realization of optical switching and Delay elements can be different Technologies are used.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Schalteinrichtung ermöglichen die Selektion von Signalen/Datenpaketen bestimmter Wellenlängen und gleichzeitig deren individuelle Verzögerung.Further allow advantageous embodiments of the switching device the selection of signals / data packets of specific wavelengths and simultaneously their individual delay.

Die Erfindung wird nun anhand von Prinzipschaltbildern und Realisationsskizzen näher erläutert.The The invention will now be described with reference to schematic diagrams and realization sketches explained in more detail.

Es zeigen:It demonstrate:

1 ein Prinzipschaltbild der optischen Schalteinrichtung, 1 a schematic diagram of the optical switching device,

2 ein WDM-Signal zur Übertragung von Datenbursts, 2 a WDM signal for transmitting data bursts,

3 eine Variante der optischen Schalteinrichtung, 3 a variant of the optical switching device,

4 ein Realisationsbeispiel für Zusatzfunktionen, 4 an implementation example for additional functions,

5 eine physikalische Anordnung nach dem EIT-Prinzip und 5 a physical arrangement according to the EIT principle and

6 eine physikalische Anordnung mit Photonik-Kristallstrukturen. 6 a physical arrangement with photonic crystal structures.

Bei der in 1 dargestellten optischen Schalteinrichtung SW1 werden über mehrere Übertragungsfasern FR1 – FRM Wellenlängen-Multiplexsignale WMR₁- WMR_M empfangen. Jedes dieser WDM-Signale wird in Wellenlängen-Demultiplexern DMUX₁ – DMUX_M in Einzelsignale unterschiedlicher Wellenlängen λ1 – λi – λN zerlegt, die einzelnen Kanälen zugeordnet sind.At the in 1 represented optical switching device SW1 are received via a plurality of transmission fibers FR1 - FRM wavelength division multiplex signals WMR ₁ - WMR _M. Each of these WDM signals is divided into wavelength demultiplexers DMUX ₁ - DMUX _M into individual signals of different wavelengths λ1 - λi - λN, which are assigned to individual channels.

2 zeigt in prinzipieller Darstellung ein erstes WDM-Signal WM₁ mit N Kanälen bzw. Wellenlängen λ1₁ – λi₁ – λN₁. Der Index kennzeichnet hierbei das jeweilige WDM-Signal. In der weiteren Beschreibung kennzeichnet der Buchstabe R ein ankommendes/empfangenes und der Buchstabe T ein abgehendes/auszusendendes Signal oder eine entsprechende Leitung/Verbindung. Über jeden Kanal werden Datenpakete bzw. Datenbursts übertragen, beispielsweise eine Folge von Datenpakete DP1₁ über einen ersten Kanal Kλ1₁. 2 shows a schematic representation of a first WDM signal WM ₁ with N channels or wavelengths λ1 ₁ - λi ₁ - λN ₁ . The index characterizes the respective WDM signal. In the further description, the letter R denotes an incoming / received and the letter T an outgoing / outgoing signal or a corresponding line / connection. Data packets or data bursts are transmitted via each channel, for example a sequence of data packets DP1 ₁ via a first channel Kλ1 ₁ .

Die Schalteinrichtung SW1 nach 1 weist eine Schaltmatrix mit mehreren Schalteinheiten SE1 – SEN auf. Einzelsignale mit Datenpaketen gleicher Wellenlänge λ1₁ bis λ1_M der empfangenen Multiplexsignale WMR₁ – WMR_M werden jeweils einer Eingangsverbindung (Eingangsleitung) der Schalteinheiten SE1 –SEN zugeordnet – in 1 werden der ersten Schalteinheit SE1 die Einzelsignale λ1₁ – λ1_M mit der Wellenlänge λ1 jeweils einer Eingangsverbindung LR1₁ bis LR1_M zugeführt. Entsprechendes erfolgt für jeweils alle weiteren Einzelsignale λ2₁ – λN_M der Multiplexsignale WMR₁ – WMR_M auf weiteren Schalteinheiten SE2 – SEN, die im Hintergrund dargestellt sind. Jede der Eingangsverbindungen LR1₁ bis LR1_M ist auf der ersten Schalteinheit SE1 über jeweils P Schalt- und Verzöge rungselemente SD mit P Ausgangsverbindungen (Ausgangsleitungen) LT1₁ bis LT1_P verbunden. Durch diese Matrixstruktur N×(M×P) ist es möglich, Datenpakete DP beliebiger Wellenlänge, bei der Schalteinheit SE1 empfangene Datenpakete DPR1 der Wellenlänge λ1, von jeder Eingangsverbindung/Eingangsleitung durch jeweils ein einziges aktives Schalt- und Verzögerungselement SD beliebig verzögert auf jede der P Ausgangsverbindungen/Ausgangsleitungen LT1₁ – LT1_P durchzuschalten, wo aus auszusendenden Datenpaketen DPT gleicher Wellenlänge bestehende Einzelsignale gebildet werden. Alle ersten bis alle P-ten Ausgangsverbindungen aller Schalteinheiten SE1 – SEN werden jeweils über Wellenlängen-Multiplexer MUX₁ bis MUX_P (darunter werden auch Leistungs-Combiner verstanden) zusammengefasst, wodurch alle auszusendenden Datenpakete DPT unterschiedlicher Wellenlänge wieder zu abgehenden Wellenlängen-Multiplexsignalen WMT₁ bis WMT_P zusammengefasst werden.The switching device SW1 after 1 has a switching matrix with several switching units SE1 - SEN. Single signals with data packets of the same wavelength λ1 ₁ to λ1 _{M of} the received multiplexed signals WMR ₁ - WMR _M are each assigned to an input connection (input line) of the switching units SE1 -SEN - in 1 The individual signals λ1 ₁ - λ1 _M with the wavelength λ1 are respectively supplied to the first switching unit SE1 to an input connection LR1 ₁ to LR1 _M. The same is done in each case for all further individual signals λ2 ₁ - λN _{M of} the multiplex signals WMR ₁ - WMR _M on further switching units SE2 - SEN, which are shown in the background. Each of the input connections LR1 ₁ to LR1 _M is connected to the first switching unit SE1 via P switching elements and delay elements SD each having P output connections (output lines) LT1 ₁ to LT1 _P. By this matrix structure N × (M × P), it is possible, data packets DP of arbitrary wavelength, in the switching unit SE1 received data packets DPR1 the wavelength λ1, of each input connection / input line by a single active switching and delay element SD arbitrarily delayed to each of P output connections / output lines LT1 ₁ - LT1 _P through which individual signals are generated from data packets to be transmitted DPT of the same wavelength. All the first to all Pth output connections of all switching units SE1-SEN are respectively combined via wavelength multiplexers MUX ₁ to MUX _P (this also includes power combiners), whereby all data packets DPT of different wavelengths to be sent out again to outgoing wavelength division multiplex signals WMT ₁ until WMT _P are summarized.

Im Allgemeinen entspricht die Anzahl P der ausgesendeten Wellenlängen-Multiplexsignale der Anzahl der empfangenen Multiplexsignale: M = P. Die Schalt- und Laufzeiten der Schalt- und Verzögerungsglieder SD werden von einer nur prinzipiell angedeuteten Steuereinrichtung CON entsprechend den Zeitpunkten eingestellt, zu denen die Datenbursts empfangen und ausgesendet werden, so dass jeweils ein möglichst lückenfreies abgehendes Einzelsignal generiert werden kann.in the Generally, the number P corresponds to the transmitted wavelength division multiplexed signals the number of received multiplexed signals: M = P. The switching and transit times of the switching and delay elements SD are from an only indicated in principle control device CON according to the Times are set at which the data bursts received and are sent out, so that in each case a possible gap-free outgoing single signal can be generated.

Durch gleichzeitiges aktivieren mehrerer Schalt- und Verzögerungsglieder SD ist bei dieser und den weiteren Ausführungsbeispielen auch ein Broadcast-Mode (ein empfangener Datenburst wird auf mehrere Ausgänge durchgeschaltet) möglich.By simultaneous activation of several switching and delay elements SD is also a broadcast mode in this and the other embodiments (a received data burst is switched through to several outputs) possible.

Die Schalteinheiten SE können auch für Kanäle unterschiedlicher Wellenlängen ausgelegt sein, wie bei der in 3 prinzipiell dargestellten Schalteinrichtung SW2. Beispielsweise wird in der ersten Schaleinheit SE1 der ersten Eingangsverbindung LR1₁ das Einzelsignal λ1₁ des ersten Wellenlängen-Multiplexsignals WMR₁ mit der Wellenlänge zugeordnet, der zweiten Eingangsverbindung LR2₁ das Signal λ2₁ des ersten Wellenlängen-Multiplexsignals usw. bis das Nte Einzelsignal mit der Wellenlänge λN der Nten Eingangsverbindung LRN₁ zugeordnet ist. Den weiteren Schalteinheiten SE2 bis SEM werden dann jeweils die Einzelsignale eines der weiteren Wellenlängen-Multiplexsignale WMR₂ – WMR_M zugeführt. Die Ausgangsverbindungen LT1₁ – LTN_P zu einem Wellenlängen-Multiplexer MUX₁ – MUX_P sind dann (hier) in einer senkrechten Ebene rechtwinklich zu den Schalteinheiten angeordnet, so dass wieder alle Einzelsignale derselben Wellenlänge auf die zugeordneten Ausgangsverbindungen (Ausgangsleitungen) LT1₁ – LTN_P bzw. die Eingänge der Wellenlängen-Multiplexer MUX₁ – MUX_P geschaltet werden können. Dargestellt sind Verbindungen zum Durchschalten von Signalen der Wellenlänge λ1 zu den Wellenlängen-Multiplexern MUX₁ – MUX_P und Verbindungen für weitere Einzelsignale zum Wellenlängen-Multiplexer MUX_P. Die möglichen Schalt- und Verzögerungsglieder SD sind vereinfacht als Punkte dargestellt.The switching units SE can also be designed for channels of different wavelengths, as in the in 3 Basically illustrated switching device SW2. For example, in the first shawl unit SE1 of the first input connection is LR1 _1, the individual signal λ1 ₁ of the first wavelength division multiplexing signal WMR ₁ associated with wavelength, the second input connection LR2 _1, the signal λ2 ₁ of the first wavelength division multiplexing signal and so on until the Nth single signal having the Wavelength λN is assigned to the Nth input connection LRN ₁ . The further switching units SE2 to SEM are then each the individual signals of one of the other wavelength multiplex signals WMR ₂ - WMR _{M added} leads. The output connections LT1 ₁ - LTN _P to a wavelength multiplexer MUX ₁ - MUX _P are then (here) arranged in a vertical plane at right angles to the switching units, so that again all individual signals of the same wavelength on the associated output connections (output lines) LT1 ₁ - LTN _P or the inputs of the wavelength multiplexer MUX ₁ - MUX _P can be switched. Shown are connections for switching signals of the wavelength λ1 to the wavelength multiplexers MUX ₁ - MUX _P and connections for further individual signals to the wavelength multiplexer MUX _P. The possible switching and delay elements SD are shown in simplified form as dots.

Beide 1 und 3 sind als Prinzipschalbilder zu verstehen. Die Eingangs- und Ausgangsverbindungen können, abhängig von der Technologie, als Lichtwellenleiter (z.B. Glasfasern oder in planaroptischer Technik) oder als Freistrahloptik realisiert werden.Both 1 and 3 are to be understood as schematic diagrams. Depending on the technology, the input and output connections can be realized as optical waveguides (eg glass fibers or in planar optical technology) or as free-beam optics.

4 zeigt eine optische Schalteinrichtung SW mit Zusatzfunktionen. In Eingangleitungen (Eingangsverbindungen) LRj und Ausgangsleitungen LTj sind Wellenlängen-Umsetzer WLC eingeschaltet. Auch zwischen weiteren Eingangleitungen LRW und Ausgangsleitungen LTW sind Wellenlängen-Umsetzer WLC und/oder Verzögerungsglieder DG mit einer festen, stufenweise oder variabel einstellbaren Verzögerungszeit eingeschaltet. Die Wellenlängenumsetzer erhöhen die Flexibilität beim Durchschalten der auszusendenden Wellenlängen-Multiplexsignale. Die weiteren Verzögerungsglieder DG, von denen eines dargestellt ist, ermöglichen das Zuschalten von Verzögerungszeiten T für den Fall, dass die Verzögerungszeiten der Schalt- und Verzögerungsglieder SD nicht ausreichen. Ein Durchlaufen mehrerer Schalt- und Verzögerungsglieder SD ist durch direkte Ausgang-Eingang-Verbindungen VD möglich. 4 shows an optical switching device SW with additional functions. In input lines (input links) LRj and output lines LTj, wavelength converters WLC are turned on. Wavelength converter WLC and / or delay elements DG with a fixed, stepwise or variably adjustable delay time are also switched on between further input lines LRW and output lines LTW. The wavelength converters increase the flexibility in switching through the wavelength multiplexed signals to be transmitted. The further delay elements DG, one of which is shown, enable the connection of delay times T in the event that the delay times of the switching and delay elements SD are insufficient. Passing through a plurality of switching and delay elements SD is possible through direct output-input connections VD.

5 zeigt die physikalische Ausführung einer Schalteinrichtung SW3 bei Verwendung des sogenannten EIT-Prinzips (electromagnetically induced transparency), bei dem die Steuerung der Schalt- und Verzögerungsglieder über Steuerlichtstrahlen mit definierter Amplitude und definiertem Frequenzabstand zur Signallichtfrequenz erfolgt. Das Prinzip dieses Mediums beschreiben Matthew S. Bigelow et al. im Artikel "Observation of Ultraslow Light Propagation in a Ruby Crystal at Room Temperature", Physical Review Letters; Vol. 90, Number 11, 113 903-1 – 113 903-4 und ebenfalls C. j. Chang-Hasnan et al. in "Variable Optical Buffer Using Slow Light in Semiconductor Nanostructures", Proc. of the IEEE, Vol. 91, No. 11, November 2003, Seiten 1884–1897. 5 shows the physical design of a switching device SW3 using the so-called EIT principle (electromagnetically induced transparency), in which the control of the switching and delay elements via control light beams with a defined amplitude and defined frequency spacing to the signal light frequency. The principle of this medium is described by Matthew S. Bigelow et al. in the article "Observation of Ultraslow Light Propagation in a Ruby Crystal at Room Temperature", Physical Review Letters; Vol. 90, Number 11, 113 903-1 - 113 903-4 and also C. j. Chang-Hasnan et al. in "Variable Optical Buffer Using Slow Light in Semiconductor Nanostructures", Proc. of the IEEE, Vol. 91, No. 11, November 2003, pages 1884-1897.

Jedes empfangene Wellenlängen-Multiplexsignal WMR₁ bis WMR_M wird zunächst in einem Splitter SP₁ – SP_M leistungsmäßig auf die Eingangsverbindungen (Eingangsleitungen) von Steuermatrizen ST₁ – ST_M aufgeteilt. Die Steuerung der Durchschaltung erfolgt durch Multiplex-Kontrolllicht CS verschiedener Frequenz und Amplitude. Das Kontrolllicht CS wird über einen Splitter SP jeder Steuermatrix ST₁ – ST_M zugeführt und von einer Steuereinrichtung CONT über einen Selektor SL wellenlängenselektiv jedem WDM-Teilsignal individuell zugeordnet und gelangt mit diesen zu einem Schalt- und Verzögerungsmedium SDM. Die Wellenlängen des Kontrolllichts bestimmen wellenlängenselektiv die Schaltfunktion für die durchzuschaltenden Datenpakete. Die Amplitude des Steuerlichtes bestimmt hierbei die jeweilige Verzögerungszeit.Each received wavelength division multiplexed signal WMR ₁ to WMR _M is first divided in a splitter SP ₁ - SP _M into the input connections (input lines) of control arrays ST ₁ - ST _M. The control of the connection is made by multiplex control light CS different frequency and amplitude. The control light CS is supplied via a splitter SP each control matrix ST ₁ - ST _M and individually selected by a controller CONT via a selector SL wavelength selective each WDM sub-signal and passes with them to a switching and delay medium SDM. The wavelengths of the control light determine the wavelength-selective switching function for the data packets to be switched through. The amplitude of the control light determines the respective delay time.

Durch die Einspeisung von Multiplex-Steuerlicht auf den Eingangsverbindungen können gleichzeitig mehrere Einzelsignale bzw. Datenpakete unterschiedlicher Wellenlängen ausgewählt werden. Dies ist für zwei Kontroll-Wellenlängen λa, λb für die unterste Eingangsverbindung des ersten Wellenlängen-Multiplexsignal WMR₁ dargestellt. Die ausgewählten Datenpakete DP werden in dem Schalt- und Verzögerungsmedium SDM entsprechend der Leistung der Steuersignale verzögert und mit Datenpaketen gleicher Wellenlänge der anderen empfangenden WDM-Signale WMR₂ bis WMR_M in Combinern COM₁ bis COM_P zu abgehenden Einzelsignalen und diese zu abgehenden WDM-Signalen WMT₁ bis WMT_P zusammengefasst. Die durchgeschalteten Kanäle bzw. Datenpakete ausgewählter unterschiedlicher Wellenlänge werden auf Combiner (Splitter) COM₁ – COM_P geführt, durch die die Datenpakete unterschiedlicher Wellenlängen wiederum zu auszusendenden WDM-Signalen WMT₁ – WMT_P zusammenfasst werden.By feeding in multiplex control light on the input connections, a plurality of individual signals or data packets of different wavelengths can be selected simultaneously. This is illustrated for two control wavelengths λa, λb for the lowest input connection of the first wavelength multiplexed signal WMR ₁ . The selected data packets DP are delayed in the switching and delay medium SDM in accordance with the power of the control signals and with data packets of the same wavelength of the other receiving WDM signals WMR ₂ to WMR _M in combiners COM ₁ to COM _P to outgoing individual signals and these to outgoing WDM Signals WMT ₁ to WMT _P summarized. The through-connected channels or data packets of selected different wavelengths are routed to combiners (splitter) COM ₁ - COM _P , by means of which the data packets of different wavelengths are in turn combined to form WDM signals WMT ₁ - WMT _P to be transmitted.

Die Ausführung der Steuermatrix kann in verschiedenen Schaltebenen oder in mehreren Stufen (gestrichelt angedeutet) z.B. für die unterschiedlichen Wellenlängen erfolgen.The execution the control matrix can be in different switching levels or in several Steps (indicated by dashed lines) e.g. for the different wavelengths.

6 zeigt eine weitere Ausführung einer Schalteinrichtung SW4, bei der, wie in 5, M ankommende WDM-Signale WMR₁ – WMR_M durch Splitter SP₁ – SP_M leistungsmäßig in WDM-Teilsignale TS₁₁ – TS_MP (P = Anzahl der Schaltmatrizen) aufgeteilt werden. Die MP WDM-Teilsignale werden P Schaltmatrizen SMO₁ bis SMO_P zugeführt. In jeder Schaltmatrix werden Einzelsignale/Datenpakete aus den WDM-Teilsignalen selektiert und über jeweils zugeordnete Verbindungswege V_k (k = 1, 2, ..., M) auf jeweils einen Combiner COM₁ – COM_P durchgeschaltet. Die Schaltmatrizen sind nach dem Prinzip der Photonik-Kristallstrukturen aufgebaut, deren Prinzip von Mehmet Fatih und Shanhui Fan in PHYSICAL REVIEW LETTERS, Vol. 92, Number 8, 27. February 2004, 083901-1 bis 083901-4 beschrieben ist. Das gleiche Prinzip wurde auch noch in weiteren Publikationen behandelt, beispielsweise von S. Olivier et al. in OPTICS LETTERS, July 1, 2001/Vol. 26, No. 13, Seiten 1019–1021. 6 shows a further embodiment of a switching device SW4, in which, as in 5 , M incoming WDM signals WMR ₁ - WMR _{M are divided} by splitter SP ₁ - SP _M into WDM partial signals TS ₁₁ - TS _MP (P = number of switching matrices). The MP WDM sub-signals are supplied to P switching matrices SMO ₁ to SMO _P. In each switching matrix, individual signals / data packets are selected from the WDM sub-signals and switched through respectively assigned connection paths V _k (k = 1, 2,..., M) to a respective combiner COM ₁ -COM _P. The switching matrices are based on the principle of photonic crystal structures whose principle is described by Mehmet Fatih and Shanhui Fan in PHYSICAL REVIEW LETTERS, Vol. 92, Number 8, 27 February 2004, 083901-1 to 083901-4. The same principle was also in other publics treated, for example, by S. Olivier et al. in OPTICS LETTERS, July 1, 2001 / Vol. 26, no. 13, pages 1019-1021.

Die Schaltmatrizen SMO werden bei dieser Technologie über elektrische Signale einer Steuereinrichtung CONTR angesteuert und ermöglichen die Auswahl von einzelnen oder mehreren Da tenpaketen unterschiedlicher Wellenlänge und bestimmen außerdem gleichzeitig die Verzögerung der ausgewählten Signale. Auch hier ist eine Demultiplexerfunktion durch die Schaltmatrix realisiert. Über jeden der dargstellten (Multiplex-) Verbindungswege V_k können Datenpakete unterschiedlicher Wellenlänge auf einen zugeordneten Combiner COM₁ – COM_P durchgeschaltet werden.The switching matrices SMO are controlled in this technology via electrical signals of a control device CONTR and allow the selection of single or multiple data packets of different wavelengths and at the same time also determine the delay of the selected signals. Again, a demultiplexer function is realized by the switching matrix. Via each of the (multiplex) connection paths V _{k shown} , data packets of different wavelengths can be switched through to an assigned combiner COM ₁ - COM _P.

Jede der symbolisch dargestellten Schaltmatrizen SMO besteht zur Zeit aus mehreren Schaltebenen von Resonatoren, und jede Schaltebene enthält auf eine bestimmte Wellenlänge abgestimmte Resonatoren und kann Signale einer Wellenlänge verzögert durchschalten. Entsprechend müssen die Signale eingangsseitig vor Eintritt in die Schaltmatrix bzw. die Schaltebenen noch weiter aufgesplitted und ausgangsseitig entsprechend zusammengefasst werden. Ein planares Aufsplitten ist ebenfalls möglich. Die Verbindungen können wieder durch Fasern, planaroptisch oder durch Freistrahloptik realisiert werden.each the symbolically represented switching matrices SMO is currently from several switching levels of resonators, and each switching level contains on a certain wavelength tuned resonators and can switch through delayed signals of a wavelength. Accordingly must the signals on the input side before entering the switching matrix or the Switch levels further splitted and output side accordingly be summarized. A planar splitting is also possible. The Connections can again realized by fibers, planar optical or by free-ray optics become.

7 zeigt eine Variante SW4 dieser Schaltung, bei der Wellenlängen-Demultiplexer und Wellenlängen-Multiplexer verwendet werden. Nur jeweils eine "i-te" (erste) Schaltebene SMEi₁ – SMEi_P von jeweils N Schaltebenen (entsprechend N Wellenlängen) zum Schalten und zum Verzögern eines optischen Signals/Datenbursts mit einer bestimmten Wellenlänge i ist dargestellt. Jedes Wellenlängen-Multiplexsignal WMR₁ – WMR_M wird durch einen Wellenlängen-Demultiplexer DMUX₁, ... in Einzelsignale λi₁ – λi_M der Wellenlänge λi (i = 1 – N) aufgeteilt. Jedes dieser Einzelsignale λi₁ – λi_M wird in eingangsseitigen Splittern SP₁ – SP_M leistungsmäßig in P WM-Teilsignale aufgeteilt, z.B. λi₁ in λi₁₁ bis λi_1P und λi₂ in λi₂₁ bis λi_2P (nur die Teilsignale λi_1P und λi_2P sind dargestellt). Die Teilsignale werden über Eingangsverbindungen LRi₁₁ bis LRi_MP auf N × P Schaltebenen SMEi₁ – SMEi_P verteilt, die jeweils nur für eine Wellenlänge λi ausgebildet sind. Es sind auch nur die i-ten (ersten) Schaltebenen für eine einzige Wellenlänge dargestellt und nicht alle Verbindungen, da sonst die Übersichtlichkeit nicht mehr gegeben wäre. Die Aufteilung durch Wellenlängen-Demultiplexer hat den Vorteil, dass eine geringere Leistungsverminderung der Signale erfolgt. Die Durchschaltung der Datenpakete erfolgt über M Verbindungswege Vi_k (k = 1 – M) je Schaltebene. Sämtliche Ausgangsverbindungen einer Schaltebene SMEi werden durch jeweils einen Combiner COM_i1 – COM_iP zusammengefasst und jeweils einem (ersten) Eingang der Wellenlängen-Multiplexer MUX₁ – MUX_P zugeführt, z.B. werden bei der ersten Schaltebene für die Wellenlänge i die Ausgangsverbindungen LTi₁₁ – LTi_1M einem ersten Combiner COMi₁ zugeführt. So ist es möglich, jedes Datenpaket der Wellenlänge λ_i eines beliebigen ankommenden Wellenlängen-Mulitplexsignals WMR₁ bis WMR_M auf jeden beliebigen Combiner COM_i1 bis COM_iP durchzuschalten. Entsprechendes erfolgt für Datenpakete jeder weiteren Wellenlänge i. Durch die Steuereinrichtung CONTR wird die Laufzeit der Datenpakete dabei kontinuierlich so verändert, dass jeweils Datenpakete gleicher Wellenlänge zu einem Einzelsignal zusammengefasst und diese Einzelsignale zu den auszusendende WDM-Signalen WMT₁ – WMT_P zusammengefasst werden können. 7 shows a variant SW4 of this circuit, in which wavelength demultiplexer and wavelength multiplexer are used. Only one "i-th" (first) switching level SMEi ₁ -SMEi _P of N switching levels (corresponding to N wavelengths) for switching and delaying an optical signal / data burst having a specific wavelength i is shown. Each wavelength multiplex signal WMR ₁ - WMR _M is divided by a wavelength demultiplexer DMUX ₁ , ... into individual signals λi ₁ - λi _M of wavelength λi (i = 1 - N). Each of these individual signals λi ₁ - λi _M is divided in power splitter SP ₁ - SP _M power in P WM sub-signals, eg λi ₁ in λi ₁₁ to λi _1P and λi ₂ in λi ₂₁ to λi _2P (only the sub-signals λi _1P and λi _2P are shown). The sub-signals are distributed via input connections LRi ₁₁ to LRi _MP on N × P switching levels SMEi ₁ - SMEi _P , which are each formed only for one wavelength λi. Only the ith (first) switching levels for a single wavelength are shown and not all connections, otherwise the clarity would no longer exist. The division by wavelength demultiplexer has the advantage that there is less power reduction of the signals. The data packets are switched through via M connection paths Vi _k (k = 1 - M) per switching level. All output connections of a switching level SMEi are combined by a respective combiner COM _i1 - COM _iP and respectively _fed to a (first) input of the wavelength multiplexer MUX ₁ - MUX _P , eg at the first switching level for the wavelength i the output connections LTi ₁₁ - LTi _1M fed to a first combiner COMi ₁ . Thus, it is possible to _connect each data packet of the wavelength λ _i of any incoming wavelength multiplex signal WMR ₁ to WMR _M on any combiner COM _i1 to COM _iP . The same is done for data packets of each additional wavelength i. By the controller CONTR the duration of the data packets is thereby continuously changed so that each data packets of the same wavelength combined into a single signal and these individual signals can be summarized to be transmitted WDM signals WMT ₁ - WMT _P.

Bei einer voll flexiblen und voll belegbaren Schalteinrichtung entspricht die Anzahl der eingangsseitigen Wellenlängen-Demultiplexer der Anzahl der ausgangsseitigen Wellenlängen-Multiplexer (M = P) und sämtliche Einzelsignale/Kanäle sind burstweise beliebig schaltbar. Zur Vereinfachung der Schalteinrichtung kann diese Flexibilität natürlich auch bei diesen Konzepten eingeschränkt werden.at a fully flexible and fully assignable switching device corresponds the number of input-side wavelength demultiplexers of the number of output side Wavelength Multiplexer (M = P) and all Individual signals / channels are arbitrarily switchable burstwise. To simplify the switching device can this flexibility of course, too limited in these concepts become.

Optische Verluste der Anordnungen können gegebenenfalls durch optische Verstärker ausgeglichen werden.optical Losses of the arrangements may optionally through optical amplifiers be compensated.

Claims

Optical switching device (SW1) for data packets (DP), which are connected via data channels (Kλ1 ₁ , Kλ2 ₁ , Kλ3 ₁ , ...; KλN ₁ , KλN ₂ , KλN ₃ , ..., KλN _M ) of a wavelength division multiplexing system (WDM -Systems), with wavelength demultiplexers (DMUX ₁ , DMUX ₂ , ... DMUX _M ), each an incoming WDM signal (WMR ₁ , WMR ₂ , ..., WMR _M ) in individual signals (λ1 ₁ , λ2 ₁ , ..., λN ₁ ), with an optical switching field, the data packets (DPR) received via delay elements (SD) through and assigned to a specific outgoing data channel, and with wavelength multiplexers (WMUX ₁ - WMUX _P ), in each case the data packets (DPT) of different wavelengths (DPλ1, DPλ2, DPλ3, ..., DPλN) transmitted in these data channels to a respective outgoing WDM signal (WMT ₁ , WMT ₂ , WMT ₃ ,..., WMT _P ) summarized, characterized in that an optical switching matrix (SE1 - SEN) with a plurality of optical input connections (LR1 ₁ , LR1 ₂ , LR1 ₃ , ..., LRN _M ) and a plurality of optical output links (LT1 ₁ LT2 ₁ LT3 ₁ ..., LTN _P ) is provided that each input connection (LR1 ₁ , LR1 ₂ , LR1 ₃ , ..., LRN _M ) received data packets (DP; DPR1) of a data channel (Kλ1 ₁ , Kλ1 ₂ , Kλ1 ₃ , ...; Kλ2 ₁ , Kλ2 ₂ , Kλ2 ₃ , ...; KλN ₁ , KλN ₂ , KλN ₃ , ..., KλN _M ) are supplied, the input connections (LR1 ₁ , LR1 ₂ , LR1 ₃ , ..., LR1 _M , LR2 ₁ , LR2 ₂ , LR2 ₃ , ..., LR2 _M , LRN ₁ , ...., LRN _M ), the data packets (DP1 ₁ - DPN ₁ ; ...) the same wavelength of the received WDM signals (WMR ₁ , WMR ₂ , WMR ₃ , ..., WMR _M ), via optical switching and delay elements (SD) on each one output connection (LT1 ₁ , LT1 ₂ , LT1 ₃ , LT1 _P , ..., LTN _P ) that a control device (CON) continuously adjustable delay times of the switching and delay elements (SD) controls that data packets (DP1 ₁ - DPN ₁ ...) of the same wavelength in successive sequence to one of the output connections (LT1 ₁ , LT1 ₂ , LT1 ₃ , LT1 _P , ..., LTN _P ) and thereby switched a particular data channel of one of the WDM signals to be transmitted (WMT ₁ -WMT _P ) and that the data packets (DP) of different wavelength leading output connections (LT1 ₁ -LT1 _P ; ...) each with e are connected in the input of one of the wavelength multiplexers (MUX ₁ - MUX _P ), which combines them to be transmitted wavelength division multiplexed signals (WMT ₁ - WMT _P ).

Optical switching device according to claim 1, characterized in that the switching matrix (SE1 - SEN) has a plurality of switching levels (SE1, ..., SEN) and in that one of the switching levels (SE1 - SEN) for a wavelength (λ1, λ2, λ3, ..., λN) of the received WDM signals (WMR ₁ - WMR _M ) is provided.

Optical switching device according to claim 1, characterized in that the switching matrix (SE1 - SEM) has a plurality of switching levels (SE1, ..., SEM) and that a switching level (SEW1, ...) for the signals of different wavelength (λ1, λ2 , λ3, ..., λN) of one of the received WDM signals (WMR ₁ - WMR _M ) is provided.

Optical switching device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that in the switching levels (SE1 - SEN) switching and delay elements (SD) are arranged according to the principle of optical resonators.

Optical switching device according to claim 1, characterized characterized in that wavelength converter (WVC) and / or delay elements (DG) in the input connections (LRj) and / or the output connections (LTj) and / or between other starting compounds (LTW) and other input connections (LRW) are switched on.

Optical switching device for data packets (DP), which are transmitted via data channels (Kλ1 ₁ , Kλ2 ₁ , Kλ3 ₁ , ...) of a wavelength division multiplexing system (WDM system) in which incoming WDM signals (WMR ₁ , WMR ₂ , WMR ₃ , ..., WMR _M ) are divided and the received data packets (DPR) of the same wavelength switched through controlled delay via an optical switch panel and assigned to a particular data channel, and then in this data channels transmitted data packets (DPT) of different wavelength each an outgoing WDM signal (WMT ₁ , WMT ₂ , WMT ₃ , ..., WMT _P ) summarized, characterized in that on the input side splitter (SP ₁ - SP _M ) are provided, each having an incoming WDM signal ( WMR ₁ - WMR _M ) split power into WDM sub-signals (TS ₁₁ - TS _1P ; ...), which are respectively assigned to input connections of a control matrix (ST ₁ - ST _M ), such that the WDM sub-signals (TS ₁₁ - TS _1P ; ...) each of an incoming WDM signal (WMR ₁ - WMR _M ) via a control matrix (ST ₁ - ST _M ) are supplied to a switching and delay medium (SDM) that in each control matrix (ST ₁ - ST _M ) optical control signals (λa, λb; ...) with selectable frequency and wavelength in the connection paths of the sub-signals (TS ₁₁ - TS _1P , ..) are fed to the switching and delay medium (DM), the wavelength selection of the sub-signals (TS ₁₁ - TS _1P ; ...) meet and the delay of the data packets (DP) in the switching and delay medium (DM) determine that the switching and delay medium (DM) output side combiner (COM ₁ - COM _P ) are followed, the Inputs in each case an input path of a control matrix (ST ₁ - ST _M ) is assigned, that the delay times of the switching and delay medium (SDM) are controlled so that the data packets (DP) of the same wavelength arranged in temporally successive order the desired combiner (COM ₁ - COM _P ), which combines them into an outgoing wavelength multiplex signal (WMT ₁ - WMT _P ).

Optical switching device for data packets (DP), which are transmitted via data channels (Kλ1 ₁ , Kλ2 ₁ , Kλ3 ₁ , ...) of a wavelength division multiplexing system (WDM system), and in the incoming WDM signals (WMR ₁ - WMR _M ) divided into sub-signals and switched by means of controlled delay devices in packets via an optical switch field and combined to outgoing WDM signals (WMT ₁ , WMT ₂ , WMT ₃ , ..., WMT _P ), characterized in that the input side splitter (SP ₁ - SP _M ) are provided, each of which splits an incoming WDM signal (WMR ₁ - WMR _M ) into WDM partial signals (TS ₁₁ - TSP _1P ; (LR ₁₁ , LR ₁₂ , LR ₁₃ , ..., LR _1P ; ...) are each assigned to a switching matrix (SMO ₁ - SMO _P ), that the WDM sub-signals (TS ₁₁ - TS _1P ; ) each of an incoming WDM signal (WMR ₁ - WMR _M ) via a respective switching matrix (SMO ₁ - SMO _P ) to a combiner (COM ₁ - COM _P ) are performed that each switching matrix (SMO ₁ - SMO _P ) output side combiner (COM ₁ - COM _P ) are followed by that by a control device (CONTR) each switching matrix (SMO ₁ - SMO _M ) control signals are supplied to a frequency selection from the WM sub-signals (TS ₁₁ - TS _1P ; ...) determine the delay of the data packets (DP) to be switched through, whereby the delay times of the switching and delay matrices (SMO ₁ - SMO _P ) are continuously controlled such that the data packets (DP) of the same wavelength are arranged in temporally successive order to the desired combiner (FIG. COM ₁ - COM _P ) are assigned and there ss the combiner (COM ₁ - COM _P ) the throughput data packets (DPT) to single signals of the same wavelength and outgoing WDM signals (WMT ₁ - WMT _P ) summarize.

Optical coupling network for data packets (DP), which are transmitted via data channels (Kλ1 ₁ , Kλ2 ₁ , Kλ3 ₁ , ...) of a wavelength division multiplexing system (WDM system), and in the incoming WDM signals (WMR ₁ , WMR ₂ , WMR ₃ , ..., WMR _M ) in individual signals (λ1 ₁ , λ2 ₁ , λ3 ₁ , ...; λ1 ₂ , λ2 ₂ , λ3 ₂ , ..., λ1 _M , λ2 _M , λ3 _M ) different Wavelength (λi) are divided, and switched by means of controlled delay devices incoming data packets (DPR) via an optical switch field and then the outgoing data packets (DPT) of different wavelengths to each outgoing WDM signal (WMT ₁ , WMT ₂ , WMT ₃ , .. ., WMT _P ) are combined, characterized in that the input side wavelength demultiplexer (DMUX ₁ - DMUX _M ) are arranged, each having an incoming WDM signal (WMR ₁ , WMR ₂ , ..., WMR _M ) wavelength in individual signals (λi ₁ - λi _M ) divide that splitter (SP ₁ - SP _M ) are provided, the jew split a single signal (λi ₁ - λi _M ) in terms of power in sub-signals (TSi ₁ - TSi _P ) that switching levels (SMEi ₁ - SMEi _P ) are each provided with a plurality of controllable switching and delay paths (Vi _k ), wherein a switching level ( SMEi ₁ - SMEi _P ) via input connections (LRi ₁₁ , ..., LRi _M1 ; ...) each sub-signals (λi ₁ - λi _M ) of the same wavelength (λi) are supplied to the output side combiner (COMi ₁ - COMi _M ) are arranged, each of all output connections of a switching level (SMEi ₁ - SMEi _P ) summarize that a control unit (CONTR) is provided which in a switching level (SMEi ₁ , ...) each an incoming data packet (DPR) of certain wavelength (λi) via one of the delay paths (Vi _k ) to an output connection (LTi ₁₁ - LTi _M1 ; ..., LTi _MP ), wherein the delay times of the switching and delay paths (Vi _k ) are continuously controlled so that the outgoing data packets (DPT) of the same wavelength (λi) are arranged in temporal succession order, and that outputs of the combiners (COMi ₁ - COMi _P ) are connected to wavelength division multiplexers (MUX ₁ - MUX _P ), the sequences of outgoing data packets (DPT) of different wavelengths (λi) to outgoing WDM-Signa len (WMT ₁ - WMT _P ).