DE102012014506A1

DE102012014506A1 - Optische Kreuzverbindung für Knotenpunkte in hochredundanten,.faseroptischen Kommunikationsnetzwerken

Info

Publication number: DE102012014506A1
Application number: DE201210014506
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2014-01-23

Abstract

Optische Kreuzverbindung, dadurch gekennzeichnet, dass – die sternförmig-symmetrische Anordnung des optischen Verteil-Elementes innerhalb des Kreuzverbinders wie in 1 gezeichnet, mit jeweils 4 kombinierten symmetrischen 1:3 Splittern und Rekombinierern (1) ausgeführt ist. – diese Anordnung, innerhalb des Kreuzverbinders eine gleichmäßige oder hinsichtlich des Teilungsverhältnisses beliebige Aufteilung der eingekoppelten Lichtleistung am Eingang in die jeweils 3 Ausgänge realisiert. – diese Anordnung innerhalb des Kreuzverbinders eine gleichmäßige oder hinsichtlich des Teilungsverhältnisses beliebige Zusammenführung der eingekoppelten Lichtleistung der 3 Eingänge in den jeweiligen Ausgang realisiert. – mit der beschriebenen Kreuzverbindung ein hochredundantes Maschenverbindungschema realisiert ist, indem die optischen Sender und Empfänger räumlich beliebig positioniert werden können.

Description

A
Einleitung der Patentanmeldung
Die Erfindung betrifft eine optische Kreuzverbindung für Knotenpunkte zum Aufbau hochredundanter, faseroptischer Kommunikationsnetzwerke mit inhärenter Ausfallsicherheit.
Anwendungsgebiet:
Die Anwendung der Erfindung wird primär im Bereich von hochredundanten, optischen Kommunikationsnetzwerken in avionischen und automotiven Applikationen gesehen, da hier ein Bedarf an gewichtsarmer, ausfallsicherer, optischer Netzwerktechnologie besteht.
Weiter Einsatzgebiete sind sogenannte „Datacenter” in Telekommunikationsnetzen und hochredundante, optische Datenverbindungen für Hochleistungscomputer.
Stand der Technik:
Es existieren elektronische Netzwerksysteme und ferner optische Implementierungen auf der Grundlage von Faseroptik, integrierter Wellenleiteroptik und auch Freiraumoptik wie beispielsweise die, in den Patentschriften EP0102113B1 , EP0479100B1 , EP1252791B1 , US4484794 und US4904042 beschriebenen, faseroptischen Kreuz- und Sternverbindungssysteme. Diese optischen Komponenten und Systeme sind zur Realisierung entsprechender einzeln betrachteter Verbindungslogiken untersteilt und stellen neben den Standard-Fasersteckverbindungen (z. B. SC, LC, MT etc.) sowie weiteren optischen Verteilkomponenten (z. B. Kreuzverbinder, Sternverbinder, Splitter sowie Kombinierer etc.) und den entsprechenden elektronischen Lösungen den Stand der Technik dar. Diese haben allerdings jeweils unterschiedliche Nachteile wie im folgenden Abschnitt beschrieben.
Nachteile des Standes der Technik:
Bei den existierenden elektronischen und faseroptischen Telekommunikationsnetzwerken existieren Beschränkungen in deren Einsatz:
Elektronische Systeme werden durch die maximale erreichbare kommerzielle Bandbreite von derzeit ca. 10 bis 100 Gb/s und der sogenannten Blockierung der Netzknoten begrenzt. Faseroptische Netzwerke bieten hier die Vorteile der hohen Bandbreite und des reduzierten Gewichtes im direkten Vergleich zu elektronischen, kupferbasierten Netzwerken. Andererseits weisen bekannte optische Implementierung grundlegende oder praktische Schwierigkeiten auf. Wellenleiter basierte Implementierungen (wozu sowohl Faseroptik wie auch integrierte Wellenleiteroptik zählen) haben i. a. Probleme mit der geometrischen Auslegung der häufig großen Anzahl von Signalwegen, insbesondere bei Kreuzungen von optischen Kanälen. Desweiteren ist mit den existierenden faseroptischen Lösungen keine inhärente Ausfallsicherheit der optisch passiven Netztoplogie gegeben, d. h. es werden in der Regel optische Punkt zu Punkt Verbindungen oder unter Verwendung zwischengeschalteter opto-elektronischen Komponenten auch Stern-, Ring und Maschentopologien aufgebaut, deren zusätzliche Komponenten allerdings auch ein erhöhtes Ausfallrisiko bedeuten.
Gerade bei avionischen und automotiven Systemen ist die inhärente Ausfallsicherheit das relevante System-Kriterium. Dieser Umstand erlaubt es momentan noch nicht, die optische Verbindungstechnik umfassend auch für funktionskritische avionische Systeme einzusetzen.
Aufgabe der Erfindung:
Aufgabe der Erfindung ist es, durch Ausnutzung der Verbindungseigenschaften der beschriebenen, modifizierten, optischen Kreuzverbindung eine inhärent ausfallsichere Lösung zum Aufbau von redundanten, faseroptischen Datenkommunikationsnetzwerken im avionischen und automotiven Bereich zu realisieren. Dies beinhaltet auch eine möglichst hohe räumliche Verteilung der optischen Kanäle unter Gewichtsaspekten sowie eine möglichst hohe Skalierbarkeit des Maschennetzwerks mit N:N Verbindungen.
Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtungen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und 2 gelöst.
Lösung der Aufgabe:
Mit Hilfe der beschriebenen Vorrichtung in Form einer effizienz-optimierten sternförmig-symmetrischen Kreuzverbindung mit kombinierten Faseranschlüssen in den Knotenpunkten des Maschennetzwerkes lässt sich eine rückgekoppelte Verbindungsstruktur zur Realisierung einer inhärent ausfallsicheren Maschentopologie realisieren.
Unter Verwendung eines wellenlängenmultiplex-basierten Kommunikationssystems (WDM) mit mehreren optischen Kanälen in derselben Netzwerkstruktur entfällt die Problematik von zusätzlichen physikalischen Kreuzungen.
Essentiell für die Realisierung des Netzwerkes ist die Verwendung der beschriebenen sternförmigen Knotenpunktverbindungsstruktur als eine Kombination von optischen Splitter- und Rekombinier-Komponenten nach 1 und 2. Diese sind durch mikrooptische oder faseroptische Fertigung herstellbar und verteilen die optische Leistung derart, dass Sie mit geringer Dämpfung und mit hoher Redundanz an räumlich beliebigen Positionen durch optische Empfänger genutzt werden kann.
Die Skalierbarkeit des Netzwerkes wird über eine Erweiterung dieser Verbindungsmatrix durch zusätzlich eingebrachte optische Maschen auf Basis von Verbindungsfasern und Knoten erzielt.
Vorteile der Erfindung:
Als wesentlicher Vorteil der beschriebenen faseroptischen Kreuzverbindung wird die Möglichkeit der dämpfungsminimierten, gerichteten Aufteilung und Rekombination der optischen Signalleistung zum Aufbau einer skalierbaren und kreuzungsfreien Netzstruktur gesehen. Hierdurch ist es möglich, die optische Signalleistung im Sinne der Systemredundanz richtungsgekoppelt aufzuteilen und in der Maschentopologie beliebig zusammenzuführen. Hiermit steht das optische Signal räumlich an allen Punkten des Netzes zur Verfügung. Die erlaubt ein optisch realisiertes Maschennetzwerk ohne zusätzliche opto-elektronische Routing-Komponenten in den Netzknotenpunkten und somit eine erhöhe Ausfallsicherheit.
Durch die aufgezeigte Bauform ist weiterhin gewährleistet, dass es auf der optischen Netzebene zu keinerlei zusätzlichen Kanal- bzw. Faserkreuzungen kommt (s. o.) und somit eine skalierbare Netzverbindung auch für eine große Anzahl an Verbindungspunkten möglich wird.
Neben den genannten Vorteilen der Erfindung ist auch die zusätzliche Designfreiheit in Bezug auf die Verbindungslogik aus Vorteil zu nennen. Mit der Anordnung können verschiedene optische Verbindungsschemata realisiert werden. Gerade im Falle einer WDM-Anwendung können so über die optisch geschlossene Maschennetz-Topologie alle optischen Kanäle räumlich an alle Punkte des Netzes adressiert werden.
Durch die kombinierte optische Splitting- und Rekombinierungsfunktion der beschriebenen Kreuzverbindungselemente wird eine Rückführung der optischen Leistung erzielt. Dies bewirkt nach dem Einschwingvorgang des Systems eine konstant nutzbare optische Leistung im Gesamtnetz und ermöglicht eine Multipfadtopologie anstatt einer Punkt zu Punkt Verbindungen.
B
Beispielbeschreibung der Patentanmeldung
Beschreibung von Ausführungsbeispielen:
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
1: Ansicht der optischen Kreuzverbindung mit den sternförmig-symmetrisch angeordneten Verteil- und Rekombinierelementen (2) und den angeschlossenen Ein- und Ausgangsfasern (1).
2: Ansicht der optischen T-Verbindung mit den angeordneten Verteil- und Rekombinierelementen (2) und den angeschlossenen Ein- und Ausgangsfasern (1).
3: Schema des entstehenden optischen Kommunikationsnetzes in Maschentopologie mit den optischen Kreuzverbindungen (3) und den horizontalen und vertikalen faseroptischen Verbindungen (4)(5). Es sind optische Sender (Tx) und Empfänger (Rx) an das redundante optische Netz räumlich beliebig anschließbar.
4: Als Schemaerweiterung des entstehenden optischen Kommunikationsnetzes in Maschentopologie ist dieses als dreidimensionale zylinderförmige Struktur im Sinne von Flugzeug- und Sattelitenhüllen mit den optischen Kreuzverbindungen (3) und den horizontalen und vertikalen faseroptischen Verbindungen (4)(5) dargestellt.
Die Systemintegration ist vorzugsweise wie in der 3 und 4 zu sehenden Aufbau auszuführen, um alle bereits beschrieben Vorteile der Vorrichtung in 1 und 2 nutzen zu können.
Die optischen Kanäle werden über optische Faserverbindungen (2) in die Verteil- und Rekombinierelemente (1) eingekoppelt. Durch die geometrische Anordnung des Kreuzverbindungssystem und der Aufteilung- und Rekombination (1) liegen nun an den Auskoppelstellen (2) die Faserbündel mit den, jeweils nach dem Verbindungs-Schema gemischten, optischen Kanälen vor. Hierdurch wird das optische Signal am Eingang im optimalen Fall zu 1/3, bei Bedarf auch in anderen Teilungsverhältnissen, in jeden Ausgang verteilt. Ebenso wir in der Rekombinationsfunktion das Ausgangssignal in der Faser durch die 3 Eingangssignale gebildet.
In der entstehenden Maschennetztoplogie in 3 und 4 können optische Sender (Tx) und Empfänger (Rx) räumlich beliebig positioniert werden und unter Verwendung eines WDM-Schemas auch unterschiedliche optische Kanäle (Tx_λ1)(Rx_λ1) und (Tx_λ2)(Rx_λ2) etc. in derselben Netzstruktur genutzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0102113 B1 [0004]
EP 0479100B1 [0004]
EP 1252791 B1 [0004]
US 4484794 [0004]
US 4904042 [0004]

Claims

Optische Kreuzverbindung, dadurch gekennzeichnet, dass – die sternförmig-symmetrische Anordnung des optischen Verteil-Elementes innerhalb des Kreuzverbinders wie in 1 gezeichnet, mit jeweils 4 kombinierten symmetrischen 1:3 Splittern und Rekombinierern (1) ausgeführt ist. – diese Anordnung, innerhalb des Kreuzverbinders eine gleichmäßige oder hinsichtlich des Teilungsverhältnisses beliebige Aufteilung der eingekoppelten Lichtleistung am Eingang in die jeweils 3 Ausgänge realisiert. – diese Anordnung innerhalb des Kreuzverbinders eine gleichmäßige oder hinsichtlich des Teilungsverhältnisses beliebige Zusammenführung der eingekoppelten Lichtleistung der 3 Eingänge in den jeweiligen Ausgang realisiert. – mit der beschriebenen Kreuzverbindung ein hochredundantes Maschenverbindungschema realisiert ist, indem die optischen Sender und Empfänger räumlich beliebig positioniert werden können.
Optische T-Verbindung, dadurch gekennzeichnet, dass – die T-förmige Anordnung des optischen Verteil-Elementes innerhalb des T-Verbinders wie in 2 gezeichnet, mit jeweils 3 kombinierten symmetrischen 1:2 Splittern und Rekombinierern (1) ausgeführt ist. – diese Anordnung innerhalb des T-Verbinders eine gleichmäßige oder hinsichtlich des Teilungsverhältnisses beliebige Aufteilung der eingekoppelten Lichtleistung am Eingang in die jeweils 2 Ausgänge realisiert. – diese Anordnung innerhalb des T-Verbinders eine gleichmäßige oder hinsichtlich des Teilungsverhältnisses beliebige Zusammenführung der eingekoppelten Lichtleistung der 2 Eingänge in den jeweiligen Ausgang realisiert. – mit der beschriebenen T-Verbindung ein hochredundantes Maschenverbindungschema realisiert ist, indem die optischen Sender und Empfänger räumlich beliebig positioniert werden können.
Faseroptisches Datenkommunikationsnetzwerk auf Basis der Vorrichtungen unter 1) und 2), dadurch gekennzeichnet, dass – eine rein optische realisierte ausfallsichere, hochredundante Maschennetztopologie, wie in 3 abgebildet, entsteht. – mit dieser Netztopologie eine dreidimensionale Geometrie, wie in 4 abgebildet, gebildet werden kann.