DE112021006338T5

DE112021006338T5 - Integriertes 3-wege-verzweigungseinheits-schaltungsmodul mit geringem platzbedarf

Info

Publication number: DE112021006338T5
Application number: DE112021006338.3T
Authority: DE
Inventors: Fatih Yaman; Shinsuke Fujisawa; Hussam BATSHON; Takigawa YOSHINARI; Ryuji Aida; Takanori Inoue; Eduardo Rodriguez; Yoshihisa Inada
Original assignee: NEC Laboratories America Inc
Current assignee: NEC Laboratories America Inc
Priority date: 2020-12-07
Filing date: 2021-12-07
Publication date: 2023-09-14
Also published as: JP2023552194A; WO2022125586A2; WO2022125586A3; US11888583B2; US20220182170A1

Abstract

Aspekte der vorliegenden Offenbarung beschreiben Systeme, Verfahren und Strukturen, die auf ein integriertes 3-Wege-Verzweigungseinheits-Schaltungsmodul gerichtet sind, das zur Unterwasseranwendung geeignet ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft allgemein Systeme, Verfahren und Strukturen für optische Kommunikationen. Genauer gesagt beschreibt sie ein integriertes 3-Wege-Verzweigungseinheits-Schaltungsmodul mit geringem Platzbedarf bzw. geringer Grundfläche, das insbesondere für Unterwasseranwendungen geeignet ist.
HINTERGRUND
Wie es auf dem Gebiet von optischen Kommunikationen bekannt ist, sind optische Unterwasserkommunikationseinrichtungen und -kabel eine immer wichtigere Komponente von globalen Kommunikationen - einschließlich des Internets. Verzweigungseinheiten sind besonders wichtige Komponenten solcher Unterwassereinrichtungen bzw. -anlagen. Angesichts dieser Bedeutung würden verbesserte Verzweigungseinheiten eine willkommene Ergänzung für das technische Gebiet darstellen.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Fortschritt auf dem technischen Gebiet wird gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung gemacht, die auf ein integriertes 3-Wege-Verzweigungseinheits-Schaltungsmodul mit geringem Platzbedarf gerichtet sind, das besonders gut für Unterwasseranwendungen geeignet ist.
In scharfem Gegensatz zum Stand der Technik sind Systeme, Verfahren und Strukturen gemäß der vorliegenden Offenbarung gerichtet auf: Ein 3-Wege-Verzweigungseinheits-Schaltungsmodul für optische Unterwasserkommunikationen, das konfiguriert ist, um mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten optischen Kabel verbunden zu sein, wobei jedes der optischen Kabel in optischer Kommunikation mit einer jeweiligen Landestation A, B oder C ist, wobei das Modul folgendes umfasst: ein erstes Paar von Schaltern in optischer Kommunikation mit dem ersten optischen Kabel; ein zweites Paar von Schaltern in optischer Kommunikation mit dem zweiten optischen Kabel; und ein drittes Paar von Schaltern in optischer Kommunikation mit dem dritten optischen Kabel; wobei das erste, das zweite und das dritte Paar von Schaltern jeweils einen Schalter von ihrem Paar in optischer Kommunikation mit einem der anderen zwei Paare von Schaltern haben und das erste, das zweite und das dritte Paar von Schaltern jeweils den anderen Schalter in ihrem Paar in optischer Kommunikation mit dem anderen der anderen zwei Paare von Schaltern haben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ein vollständigeres Verstehen der vorliegenden Offenbarung kann durch Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung realisiert werden, wobei:

1 ein schematisches Diagramm eines unterseeischen Glasfaserkabelsystems ist, wie es im Stand der Technik bekannt ist;
2 ein Diagramm eines GAWBS-Spektrums gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung ist;
3 ein schematisches BU-Konnektivitätsdiagramm ist, das Faserpaare und gestrichelte Linien, die mögliche Verbindungspfade anzeigen, gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung zeigt;
4(A) und 4(B) schematische Diagramme sind, die ein BU-Konnektivitätsdiagramm für eine BU ohne Schalter und mit 1 x2-Schaltern, die mit einer Seite verbunden sind, die mit einer Landestation A verbunden ist, darstellen. Gezeigt sind die 1 x2-Schalter, durchgezogene Linien zeigen die besetzten bzw. belegten Pfade in der BU und gestrichelte bzw. gepunktete Linien zeigen die nicht belegten Pfade, ausgegraute Fasern zeigen die Fasern, die keinen Verkehr tragen bzw. führen.
5(A), 5(B) und 5(C) schematische Diagramme sind, die eine BU-Konnektivität für eine BU mit 3-Wege-Schaltern in unterschiedlichen Zuständen der Schalter gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung darstellen.
6 ein schematisches Diagramm ist, das eine Topologie unserer 1x2-Architektur gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung darstellt;
7 ein schematisches Diagramm ist, das 4 mögliche Modulzustände für eine Architektur, die 12 1x2-Schalter verwendet, gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung darstellt;
8 ein schematisches Diagramm ist, das einen illustrativen alternativen Aufbau zum Erreichen eines Zustands 1 gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung zeigt;
9 ein schematisches Diagramm einer illustrativen Schalter- und Zirkulator-Ausgestaltung, die 61x2-Schalter und 6 Zirkulatoren enthält, wobei Zirkulatoren als Kreise gezeigt sind und Pfeile die Richtung von Verkehr in jeder Verbindung zeigen, gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung ist;
10 ein schematisches Diagramm ist, das 4 mögliche Modulzustände für die Architektur, die 6 1x2-Schalter und 6 Zirkulatoren verwendet, gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung zeigt;
11 ein schematisches Diagramm ist, das einen illustrativen alternativen Aufbau zum Erreichen eines Zustands 1 mit SwC gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung zeigt;
12 ein schematisches Diagramm ist, das eine illustrative Topologie einer 2x2-Schalterkonfiguration gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung zeigt;
13 ein schematisches Diagramm ist, das 4 mögliche Modulzustände, die für die Architektur gezeigt sind, die nur 61 x2-Schalter verwendet, gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung darstellt;
14 ein schematisches Diagramm ist, das 4 mögliche Modulzustände für eine Konfiguration, die nur 6 2x2-Schalter verwendet, gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung darstellt;
15(A) und 15(B) schematische Diagramme sind, die folgendes darstellen: 15(A) die zwei Zustände der in 13 verwendeten 2x2-Schalterkonfiguration; und 15(B) die zwei Zustände der in 14 verwendeten 2x2-Schalterkonfiguration, und zwar gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung;
16 ein schematisches Diagramm ist, das ein Beispiel eines 2x2-Schalters gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung darstellt, wobei zwei Eingänge am obersten Ende und die zwei Ausgänge am untersten Ende fasergekoppelt sind und er ein schaltbares Tor bzw. Gatter enthält, das den Verkehr zwischen den zwei Zuständen schaltet;
17 ein schematisches Diagramm ist, das ein Beispiel für ein schaltbares Gate bzw. Tor mit einer zweiseitigen reflektierenden Oberfläche benachbart zu einem transparenten Bereich, wobei eine gestrichelte Linie dem transparenten Abschnitt entspricht und die durchgezogene Linie dem reflektierenden Abschnitt entspricht, gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung darstellt;
18 ein schematisches Diagramm ist, das drei Schalter sw1, sw2 und sw3, wie sie in 14 gezeigt sind, die auf eine einfache Weise so konfiguriert sind, dass sie leicht auf einer ersten Ebene integriert werden können, gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung darstellt;
19 ein schematisches Diagramm ist, das drei in 14 gezeigte Schalter sw1, sw2 und sw3, die auf einfache Weise so konfiguriert sind, dass sie leicht auf einer zweiten Ebene integriert werden können, gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung darstellt;
20 ein schematisches Diagramm ist, das eine analoge Version der in 19 gezeigten Konfiguration gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung darstellt; und
21 ein schematisches Diagramm ist, das eine integrierte Schalterkonfiguration mit einem Einfallswinkel von 45°, wobei ein fester Spiegel am obersten Ende enthalten ist, gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung darstellt.

Die illustrativen Ausführungsformen werden durch die Figuren und die detaillierte Beschreibung ausführlicher beschrieben. Ausführungsformen gemäß dieser Offenbarung können jedoch in verschiedenen Formen ausgeführt werden und sind nicht auf spezifische oder illustrative Ausführungsformen beschränkt, die in der Zeichnung und der detaillierten Beschreibung beschrieben sind.
BESCHREIBUNG
Das Folgende stellt lediglich die Prinzipien der Offenbarung dar. Es wird somit eingesehen werden, dass Fachleute auf dem Gebiet in der Lage sein werden, verschiedene Ausgestaltungen zu entwickeln, die, obwohl sie hierin nicht ausdrücklich beschrieben oder gezeigt werden, die Prinzipien der Offenbarung verkörpern und innerhalb ihres Sinngehalts und Schutzumfangs enthalten sind.
Weiterhin ist beabsichtigt, dass alle Beispiele und die bedingte Sprache, die hierin vorgetragen werden, nur pädagogischen Zwecken dient, um dem Leser beim Verstehen der Prinzipien der Offenbarung und der Konzepte, die von dem (den) Erfinder(n) zum Voranbringen der Technik beigetragen sind, zu helfen und so auszulegen sind, dass sie ohne Beschränkung auf solche spezifisch vorgetragenen Beispiele und Bedingungen sind.
Darüber hinaus ist beabsichtigt, dass alle Angaben, die hierin Prinzipien, Aspekte und Ausführungsformen der Offenbarung vortragen, sowie spezifische Beispiele davon sowohl strukturelle als auch funktionale Äquivalente davon umfassen. Zusätzlich ist beabsichtigt, dass solche Äquivalente sowohl derzeit bekannte Äquivalente sowie in der Zukunft entwickelte Äquivalente enthalten, d. h. irgendwelche entwickelten Elemente, die dieselbe Funktion ungeachtet der Struktur durchführen.
Somit wird es zum Beispiel von Fachleuten auf dem Gebiet eingesehen werden, dass irgendwelche Blockdiagramme hierin konzeptionelle Ansichten eines illustrativen Schaltkreises darstellen, die die Prinzipien der Offenbarung verkörpern.
Solange es hierin nicht ausdrücklich anders spezifiziert ist, sind die FIG., aus denen die Zeichnung besteht, nicht maßstabsgetreu gezeichnet.
Wie wir zeigen und beschreiben werden, enthalten Aspekte der vorliegenden Offenbarung eine Verzweigungseinheit (BU (= Branching Unit)) für Unterwasser-Kommunikationskabel (d. h. unterseeisch), die eine Pfadvielfalt zusammen mit verbesserter Konnektivität bereitstellt, während sie vorteilhafterweise eine Ausgestaltung mit geringem Platzbedarf zeigt, die eine Gehäuseeinheit enthält, die viel kleiner ist als es im Stand der Technik vorgesehen ist.
Es folgt eine Beschreibung für zusätzlichen Hintergrund - und unter Bezugnahme auf 1, die ein schematisches Diagramm eines auf dem Gebiet allgemein bekannten illustrativen unterseeischen faseroptischen Telekommunikationskabelsystems ist. Bezugnehmend auf diese 1 stammen die zu übertragenden Daten von einer der Kabelstationen. Sie werden zu den anderen Kabelstationen auf der anderen Seite des Meeres über Unterwasser- bzw. Unterseekabel bzw. Seekabel geliefert.
Wie es Fachleute auf dem Gebiet leicht einsehen werden und wie es durch Betrachtung dieser Figur beobachtet werden kann, haben Unterseekabel hauptsächlich zwei Teile. 1) eine Kabelspannweite und 2) Repeater. Die Kabelspannweite kann 40 km bis 150 km oder länger sein, ist aber typischerweise im Bereich von 50-80 km. Häufig werden solche Kabelspannweiten auf dem Gebiet einfach als Spannweiten bezeichnet.
Während eine Kabelspannweite mehrere Elemente enthält, wie es gezeigt ist, betrifft für unsere Zwecke hierin ein Hauptteil unseres Interesses die Glasfaserkabel. Wie es auf dem Gebiet bekannt ist, sind Glasfasern sehr dünne Stränge aus Glas, die Licht mit geringer Dämpfung führen können. Glasfasern bzw. optische Fasern sind sehr dünn und zeigen typischerweise einen Durchmesser von nur etwa 250 Mikrometern.
Im Allgemeinen sind optische Fasern aus reinem Quarzglas mit einer im Wesentlichen zylindrischen Form hergestellt. Licht wird durch einen dotierten Mittelkern geführt bzw. geleitet, der von einem Mantel umgeben ist. Typischerweise ist der Kerndurchmesser in der Größenordnung von 5-12 Mikrometern und ist der Manteldurchmesser etwa 125 Mikrometer. Der Glasabschnitt ist zusätzlich mit Polymeren beschichtet, um ihn zu schützen, was den Gesamtdurchmesser typischerweise auf 250 Mikrometer erhöht.
Im Allgemeinen können faseroptische Kabel bzw. Glasfaserkabel eine Vielzahl von Einzelfasern enthalten. Jede einzelne Faser kann zusätzliche Daten tragen. Die Datenkapazität ist daher im Wesentlichen proportional zur Anzahl von Fasern im Kabel.
Da die Glasfasern bzw. Lichtwellenleiter sehr dünn sind, kann die Kapazität des Kabels prinzipiell durch Hinzufügen weiterer Fasern drastisch erhöht werden. Dies ist jedoch aufgrund von Leistungsbeschränkungen der Glasfaserübertragungssysteme, die die Glasfaserkabel verwenden, nicht der Fall. Fasern haben eine geringe Dämpfung, und als Ergebnis einer solchen geringen Dämpfung kann die optische Leistung nach nur 1 Spannweite auf 1 % abfallen. Daher muss nach einer Spannweite Licht, das die Faser durchquert, verstärkt werden.
Eine Verstärkung wird durch aktive Verstärkerkomponenten durchgeführt, die allgemein in einer anderen Hauptkomponente von Seekabelsystemen untergebracht sind, die Repeater genannt wird. Innerhalb der Repeater ist typischerweise ein Verstärker, der jeder Faser zugeordnet ist. Eine der Einschränkungen für die Anzahl von Fasern, die vom Kabelsystem unterstützt werden können, ist die Anzahl von Verstärkern, die durch einen Repeater untergebracht werden können. Die andere Einschränkung ist die begrenzte elektrische Leistung, die in Unterwassersystemen vorhanden ist.
Wie es bekannt ist, verwendet jeder Verstärker elektrischen Strom, um die optische Leistung zu verstärken. Diese elektrische Energie muss notwendigerweise von jedem Ende eines Unterseekabelsystems zugeführt werden, das mehrere tausend Kilometer lang sein kann.
In 1 sind weiterhin Elemente zu beachten, die auf dem Gebiet als Verzweigungseinheiten (BUs) bekannt sind. Diese Verzweigungseinheiten sind typischerweise an einem unterseeischen Standort angeordnet. Sie enthalten Komponenten, die zulassen, dass ein Verkehr in mehreren Richtungen gelenkt bzw. geführt wird. Eine solche Lenkung/Umlenkung wird im Allgemeinen durch Schalter erreicht, die wellenlängenselektiv sein können oder auch nicht. Wie es von Fachleuten auf dem Gebiet leicht verstanden und eingesehen werden wird, werden Komponenten, wie beispielsweise BUs, in einem Gehäuse platziert, das sie vor der unterseeischen Umgebung schützt.
Wir merken an, dass es im Allgemeinen eine Begrenzung einer maximalen Größe des Gehäuses gibt, das unterseeisch installiert werden kann - was auch mit den Kosten zusammenhängt. Da ein größeres Gehäuse im Allgemeinen mehr kostet, ist es von Vorteil, eine Schalterausgestaltung zu haben, die bezüglich der Größe kleiner ist. Ein weiterer Faktor, der zur Größe des Gehäuses beiträgt, ist die Anzahl von Faserpaaren im Kabel. Je größer die Anzahl von Faserpaaren ist, die die Schalterfunktion haben müssen, desto mehr Schalterkomponenten müssen im Gehäuse zugeordnet werden und desto größer muss die Gehäusegröße sein.
Wie wir zeigen und beschreiben werden, stellen unsere erfinderischen Konzepte, die hierin offenbart sind, ein Glasfaserkabelübertragungssystem zur Verfügung, das eine verbesserte Pfadvielfalt in einem Fall aufweist, in welchem es einen Ausfall oder einen Bruch in einem Teil der Verbindung gibt. Unser Ansatz erreicht dies, während gleichzeitig eine maximal erreichbare Kapazität beibehalten wird, während Kosten für das gesamte System auf einem Minimum gehalten werden.
Von Bedeutung für die vorliegende Offenlegung sind die Verzweigungseinheiten (BUs) - die sich typischerweise unter Wasser befinden. Verzweigungseinheiten enthalten typischerweise mehrere „Arme“ und Komponenten, die zulassen, dass optischer Telekommunikationsverkehr in einem der Arme geleitet bzw. gelenkt bzw. geführt wird. Eine solche Funktionalität wird typischerweise von Komponenten bereitgestellt, die in den BUs Schalter enthalten, die wellenlängenselektiv sein können oder auch nicht. Diese Komponenten sind in einem wasserdichten/robusten BU-Gehäuse platziert, das sie vor der Umgebung schützt. Ein illustratives Beispiel für ein solches BU-Gehäuse ist in 1 gezeigt.
Fachleute auf dem Gebiet werden leicht verstehen und einsehen, dass es eine praktische Begrenzung bei der maximalen Größe eines BU-Gehäuses gibt, das unter Wasser installiert werden kann - was auch mit den Kosten zusammenhängt. Im Allgemeinen kosten größere Gehäuse allgemein mehr. Demgemäß ist es wünschenswert, eine Schaltereinheit zu haben, die eine geringe Größe zeigt Ein noch weiterer Faktor, der zur Größe des Gehäuses beiträgt, ist die Anzahl von Faserpaaren im Untersee- bzw. Seekabel. Je größer die Anzahl von Faserpaaren ist, die die Schalterfunktion haben müssen, desto mehr Schalterkomponenten müssen im Gehäuse zugeordnet werden und desto größer muss die Gehäusegröße sein.
Wie es Fachleute auf dem Gebiet weiterhin einsehen werden, sollten Untersee-/Unterwasser-Glasfaserkabelübertragungssysteme eine ausreichende/verbesserte Pfadvielfalt für diejenigen unvorhersehbaren Fälle zeigen, in welchen es einen Ausfall gibt. Eine solche Vielfalt sollte bereitgestellt werden, während eine maximale erreichbare Kapazität (Konnektivität) zu relativ geringen Kosten beibehalten wird.
2 ist ein schematisches Diagramm eines illustrativen Untersee-Glasfaser-Telekommunikationskabelsystems gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung, wobei eine Pfadvielfalt durch eine Verzweigungseinheit erreicht wird. Wie es in der Figur gezeigt ist und wie es von Fachleuten auf dem Gebiet leicht eingesehen wird, stellt die Figur ein Beispiel dar, bei dem Pfadvielfalt helfen kann, eine Konnektivität zu verbessern. Genauer gesagt kann anstelle eines Verbindens der Landestation A mit nur einer Landestation B, wo der meiste Verkehr benötigt werden könnte, unter Verwendung einer BU eine Aufteilung von ihr in zwei Pfade erfolgen und ein Verbinden von A mit sowohl B als auch C und dann von B mit C.
Natürlich könnte in einigen Fällen bereits eine Verbindung zwischen B und C über ein Seekabel oder terrestrische Netzwerke bestehen. Im Falle eines Bruchs in einem Hochrisikobereich, wie beispielsweise zwischen BU und B oder BU und C oder zwischen B und C, kann man eine alternative Route nutzen und eine Konnektivität während einer Reparatur aufrechterhalten. Um diese Funktionalität zu erreichen, sollte man bei der BU in der Lage sein, den Verkehr von A nach B oder von A nach C oder von B nach C zu leiten. Wir nennen diese Funktionalität 3-Wege-Schaltung (3WS).
Wie es bereits erwähnt ist, haben Unterseekabel eines Unterseesystems typischerweise mehrere Faserpaare. Jede Faser in einem Paar transportiert Verkehr zwischen denselben zwei Endpunkten in entgegengesetzten Richtungen. Bei einigen Konfigurationen gibt es dieselbe Anzahl von Faserpaaren, die mit allen drei Kabeln verbunden sind, die mit der BU verbunden sind. Dies könnte auf Kostenüberlegungen oder eine Begrenzung der maximalen Anzahl von Faserpaaren, die in Kabeln untergebracht werden können, zurückzuführen sein.
In denjenigen Situationen, in denen es zu einem Bruch bzw. einer Unterbrechung zwischen BU und B kommt, könnte der gesamte Datenverkehr zwischen A und C verbunden sein. In Fällen, in denen es keine Unterbrechung gibt, könnten Kabelbetreiber eine Datenverkehr jedoch in Abhängigkeit von einer Verkehrslast zwischen AB, AC und BC umverteilen. Fachleute auf dem Gebiet werden leicht verstehen und einsehen, dass es vorzuziehen ist, Kontrolle darüber zu haben, wie viel Kapazität zwischen Verbindungen zugewiesen wird, jedoch kann eine insgesamt erreichbare Kapazität von den Einstellungen bzw. Konfigurationen abhängen.
3 ist ein schematisches Diagramm, das eine BU-Konnektivität gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung darstellt, wobei jede durchgezogene Linie einem Faserpaar entspricht, während gestrichelte Linien mögliche Verbindungspfade zeigen.
3 zeigt das Konnektivitätsdiagramm, das diese Funktionalität für ein 4-Faserpaarsystem erreichen kann. Unter Bezugnahme auf diese Figur und als Beispiel kann der Datenverkehr bzw. Verkehr in einem Faserpaar 1 von A mit entweder dem Faserpaar 1 in B oder dem Faserpaar 2 in C verbunden werden; kann der Verkehr im Faserpaar 1 von B mit entweder dem Faserpaar 1 in A oder dem Faserpaar 1 in C verbunden werden; kann der Verkehr im Faserpaar 1 von C mit entweder dem Faserpaar 1 in B oder dem Faserpaar 2 in A verbunden werden; kann der Verkehr im Faserpaar 2 von A mit entweder dem Faserpaar 2 in B oder dem Faserpaar 1 in C verbunden werden; kann der Verkehr im Faserpaar 2 von C mit entweder dem Faserpaar 1 in A oder dem Faserpaar 2 in B verbunden werden. Um die Verbindungen für das Faserpaar 3 und 4 zu finden, kann man 1 durch 3 und 2 durch 4 ersetzen.
Das Verbindungsdiagramm in 3 zeigt, dass diese Ausgestaltung weiter vereinfacht werden kann, wenn daran gedacht wird, dass das Schalten auf ein Paar von Faserpaaren beschränkt ist. Zum Beispiel ist beim Beispiel von 3 ein Schalten zwischen dem Paar von Faserpaaren 1 und 2 beschränkt, ist es ein separates zwischen den Paaren der Faserpaare 3 und 4 etc. Selbst wenn das Kabel viele Faserpaare hat, zum Beispiel 24 oder 36, wird das Schalten nur zwischen einer Gruppe von zwei Faserpaaren erfolgen. Von hier an werden wir diese eine SchalterGruppe nennen.
4(A) und 4(B) sind schematische Diagramme, die ein BU-Konnektivitätsdiagramm für eine BU ohne Schalter und mit 1 x2-Schaltern darstellen, die mit einer Seite verbunden sind, die mit der Landestation A verbunden ist. Gezeigt sind die 1 x2-Switches, wobei durchgezogene Linien die besetzten bzw. belegten Pfade in der BU zeigen und gestrichelte bzw. gepunktete Linien die nicht belegten Pfade zeigen und ausgegraute Fasern die Fasern zeigen, die keinen Datenverkehr tragen.
Aus dieser Figur lassen sich die Vorteile eines Verwendens von Schaltern in BUs ableiten. Wie es in 4(A) gezeigt ist, gibt es keine Schalter. Die Verbindungen können auf unterschiedliche Weise eingerichtet werden, aber wenn es gewünscht ist, ist es in diesem Fall möglich, maximale Konnektivität zu haben. Mit maximaler Konnektivität meinen wir, dass alle Faserpaare miteinander verbunden sind und Datenverkehr tragen können. Bei diesem Beispiel eines 4-Faserpaarsystems gibt es insgesamt 6 Verbindungen, die Datenverkehr bzw. Verkehr tragen. Leider gibt es bei dieser Konfiguration jedoch einen großen Nachteil. Im Falle eines Fehlers bei einer der Verbindungen würden 4 von 6 Verbindungen verloren gehen. Es gibt keine Möglichkeit, sich vor einem solchen Szenario zu schützen. Als Beispiel würden wir dann, wenn es einen Bruch zwischen BU und Landestation C gibt, idealerweise den gesamten Datenverkehr auf die Verbindung AC umleiten wollen, aber wir können es nicht. In vielen Fällen hat einer der Pfade eine höhere Priorität als die anderen. Zum Beispiel könnte die Landestation im Vergleich zu B oder C deutlich weiter als die BU sein. In solchen Fällen ist es wichtig, sicherzustellen, dass der Datenverkehr entweder mit B oder C verbunden ist. Dies kann durch Hinzufügen von Schaltern erreicht werden, wie es in 4(B) gezeigt ist. Hier sind die Schalter 1 x2-Schalter, da sie dazu neigen, die zuverlässigsten, kosten- und platzsparendsten zu sein. Wenn diese Schalter vorhanden sind, kann bei einem Bruch zwischen BU und B oder zwischen BU und C der gesamte Datenverkehr auf die fehlerfreie Seite geschaltet werden, bis Reparaturen abgeschlossen sind. Der Nachteil ist jedoch, dass dann, wenn es keine Unterbrechung bzw. keinen Bruch gibt, die maximale Anzahl von Konnektivität auf nur 4 Verbindungen begrenzt ist. Wie es in 4(B) gesehen werden kann, müssen 4 Faserpaare ohne Konnektivität für den Fall eines Ausfalls auf dem anderen Zweig nur warten.
5(A), 5(B) und 5(C) sind schematische Diagramme gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung, die eine BU-Konnektivität für eine BU mit 3-Wege-Schaltern in unterschiedlichen Zuständen der Schalter darstellen. Unter Bezugnahme auf diese Figuren merken wir an, dass wir eine 3-Wege-Schaltfähigkeit für alle Faserpaare erreichen können, indem wir allen Faserpaaren von allen Landestationen aus Schalter hinzufügen. In diesem Fall kann die Konnektivität konfiguriert werden, die beide Vorteile bietet, die in 4(A) und 4(B) präsentiert sind.
Tatsächlich zeigt 5(A) dieselbe Konnektivität wie 4(A) und zeigt 5(B) dieselbe Konnektivität wie 4(B). Darüber hinaus kann, wie es in 5(C) gesehen werden kann, ein vollständiger Schutz von Verkehr für irgendeine der Landestationen erreicht werden, nicht nur für Verkehr von der Landestation A Eine große Herausforderung und ein Nachteil dieser Art von 3-Wege-Konnektivität besteht jedoch darin, dass sie ein dreifaches der Anzahl von Schaltern erfordert.
Unsere Offenbarung beschreibt, wie eine 3WS-Funktionalität unter Verwendung kostengünstiger, zuverlässiger Schalter zu erreichen ist. Wie wir zeigen und beschreiben werden, präsentieren wir zwei Ausgestaltungen, die sich mit unterschiedlichen Vorteilen zeigen. Unsere erste Ausgestaltung zeigt eine niedrigste gesamte Einfügungsdämpfung und verwendet 1×2-Schalter. Unsere zweite Ausgestaltung basiert auf 2x2-Schaltern und zeigt eine etwas höhere Einfügungsdämpfung, sie verwendet jedoch nur halb so viele Schalter, weshalb sie kostengünstiger ist und weniger Platz einnimmt.
6 ist ein schematisches Diagramm gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung, das eine Topologie unserer erfinderischen 1x2-Architektur darstellt. Es ist zu beachten, dass wir hier im Gegensatz zu den vorherigen Figuren, in denen wir jedes Faserpaar durch eine einzelne Linie dargestellt haben, jede Faser in den Faserpaaren explizit zeichnen. In diesem Fall würde das, da wir auf eine Schaltergruppe schauen, die aus 2 Faserpaaren von 3 Stationen besteht, insgesamt 12 Fasern ergeben. Ein Verbinden eines 1×2-Schalters mit jeder Faser bedeutet 12 1×2-Schalter. Diese Schalter können identisch und bidirektional sein, oder sie können unidirektional sein, in welchem Fall die Schalter, die mit den Senderseiten verbunden sind, das Signal in den einzelnen Kreisanschluss aufnehmen, und die Schalter, die mit der Empfängerseite verbunden sind, das Signal von einem der zwei Kreise aufnehmen. Jeder Schalter hat zwei Zustände, die unabhängig von den anderen Schaltern sind. Daher gibt es insgesamt 2^12 = 4096 verschiedene Möglichkeiten, auf welche das Modul konfiguriert werden kann. Von diesen 4096 Zuständen sind wir daran interessiert, 4 verschiedene Zustände zu erreichen. Diese 4 Zustände sind in Tabelle1 zusammengefasst, die die Zustände als unterschiedliche Einstellungen bzw. Konfigurationen der Schalter definiert, die eine eindeutige Konfiguration zwischen den Landestationen konfigurieren können. Als Beispiel bietet Zustand1 1 Verbindung zwischen jeder der Landestationen, während Zustand2 2 Verbindungen zwischen Landestation A und B und keine zwischen den Stationen A und C sowie keine zwischen den Stationen B und C erreicht, etc.
Unter weiterer Bezugnahme auf 6 merken wir an, dass in der Figur die Sechsecke die mit den Schaltern verbundenen Faserpaare zeigen, die als XnY bezeichnet sind, wobei X A oder B oder C ist, was der Landestation entspricht, mit der sie verbunden sind, n 1 oder 2 ist, was die Nummerierung des Faserpaars ist, Y T oder R ist, was jeweils für Sender und Empfänger steht. Zum Beispiel entspricht A1R der Faser im Faserpaar1, die den Schalter mit dem Empfänger in der Landestation A verbindet. C2T ist die Faser im Faserpaar2, die ein Signal vom Sender in der Landestation C zum Schalter bringt. Jedes Rechteck entspricht einem einzelnen 1 x2-Schalter. Innerhalb jedes Schalters stellen die 3 schwarzen Kreise die Schaltknoten dar. Der einzelne Kreis hinten richtet jeweils eine Verbindung mit einem der Kreise vorne ein.
7 ist ein schematisches Diagramm, das 4 mögliche Modulzustände für eine Architektur darstellt, die 12 1×2-Schalter verwendet. Die verkehrsführenden bzw. -tragenden Verbindungen sind mit dickeren farbigen Pfeilen dargestellt und dünnere Linien/Pfeile zeigen die Verbindungen, die keinen Datenverkehr führen bzw. tragen. Wie es in dieser Figur gezeigt ist, kann beobachtet werden, wie eine Architektur mit 12 1×2-Schaltern alle 4 in Tabelle1 aufgezeigten Zustände erreichen kann. Die Pfeile zeigen die Richtung des Datenverkehrs und Verbindungen, die in dieser Einstellung bzw. Konfiguration keinen Datenverkehr tragen, wobei die dickeren Pfeile die Verbindungen zeigen, die den Datenverkehr tragen, und ihre Richtungen. Bei dieser Architektur gibt es tatsächlich zwei Möglichkeiten, Zustand1 zu erreichen. Die alternative Einstellung bzw. Konfiguration ist in 4 dargestellt. Es sollte beachtet werden, dass bei dieser Architektur Datenverkehr bei jeder Verbindung unidirektional ist.
8 ist ein schematisches Diagramm, das eine illustrative alternative Einstellung bzw. Konfiguration zum Erreichen von Zustand1 gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung zeigt.
9 ist ein schematisches Diagramm einer illustrativen Ausgestaltung von Schalter und Zirkulator mit 6 1×2-Schaltern und 6 Zirkulatoren gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung, wobei Zirkulatoren als Kreise gezeigt sind und Pfeile die Richtung von Verkehr in jeder Verbindung zeigen. Bei dieser Ausgestaltung ist die Anzahl von aktiven Komponenten um die Hälfte reduziert, was eine Zuverlässigkeit des gesamten Moduls erhöht. Sie reduziert auch Raum bzw. Platz 9 zeigt die Architektur dieser Ausgestaltung.
Wir merken an, dass SwC auch alle 4 Zustände erreichen kann, die in Tabelle 1 gezeigt sind, wie es in 10 beobachtet werden kann, die ein schematisches Diagramm gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung ist, das 4 mögliche Modulzustände für die Architektur zeigt, die 6 1 x2-Schalter und 6 Zirkulatoren verwendet. Die verkehrstragenden Verbindungen sind mit dickeren Pfeilen gezeigt und Linien/Pfeile zeigen die Verbindungen, die keinen Datenverkehr tragen.
Fachleuten auf dem Gebiet wird es bekannt sein, dass ein Zirkulator eine passive Komponente ist, die das Licht in Abhängigkeit davon lenkt bzw. führt, über welchen Anschluss bzw. welches Tor bzw. Port sie es empfängt, und in welche Richtung. Als Beispiel wird, wenn wir auf einen Zirkulator 3 schauen, der in 10 im Konfigurationszustand =1 als CR3 bezeichnet bzw. markiert ist, das von B1T ankommende Licht auf den Anschluss bzw. das Tor gerichtet, der bzw. das mit dem Schalter verbunden ist. Das vom Schalter zum Zirkulator ankommende Licht wird zum Anschluss gerichtet, der mit der als B1R bezeichneten Faser verbunden ist Vergleicht man die 12-Schalter-Ausgestaltung und SwC, sehen wir, dass wir die Anzahl von aktiven Komponenten (Schalter sind aktive Komponenten) um die Hälfte reduziert haben. Da passive Komponenten weniger ausfall- bzw. fehler- bzw. störanfällig sind, wird erwartet, dass die SwC-Ausgestaltung zuverlässiger ist. Darüber hinaus wird erwartet, dass Zirkulatoren im Vergleich mit Schaltern kleiner sind, und es ist sogar möglich, Schalter und Zirkulatoren in dieselbe Verpackung zu integrieren. Als Ergebnis wird diese Ausgestaltung im Vergleich mit dem Stand der Technik einen vorteilhaften kleineren Platzbedarf haben.
Auf der anderen Seite gibt es bei dieser Ausgestaltung zwei Nachteile. Zuerst sind bei SwC die Zirkulatoren und die Schalter in Reihe geschaltet. Daher erfährt der Datenverkehr eine Einfügungsdämpfung von beiden Komponenten (zweimal, also insgesamt 4 Komponenten). Im Gegensatz erfährt ein Datenverkehr bei der Konfiguration mit 12 Schaltern eine Einfügungsdämpfung bzw. einen -verlust von nur zwei Schaltern. Zweitens tragen einige der Verbindungen einen Datenverkehr bzw. Verkehr gleichzeitig in beiden Richtungen, wie es durch die schwarzen Pfeile gezeigt ist. Dies ist normalerweise bei einigen Systemen eine unerwünschte Eigenschaft, da sie zu kohärenter Interferenz führen kann.
Ähnlich zu dem Fall einer Konfiguration mit 12 Schaltern gibt es im Fall von SwC zwei Möglichkeiten, die Zustand1 -Konfiguration zu erreichen. Die alternative Konfiguration ist in 11 gezeigt.
An dieser Stelle beschreiben wir noch eine dritte Ausgestaltung, die nur 6 2x2-Schalter erfordert, um die 4 Zustände in Tabelle 1 zu erreichen, auf welche wir als 6-Schalter-Ausgestaltung (6S) Bezug nehmen. Bei dieser Ausgestaltung reduzieren wir die Anzahl von aktiven Komponenten auf nur 6 und es gibt keine Notwendigkeit für zusätzliche Zirkulatoren, weshalb wir den zusätzlichen Verlust von den Zirkulatoren vermeiden, während wir auch einen vollständig unidirektionalen Verkehr erreichen.
12 ist ein schematisches Diagramm, das eine illustrative Topologie einer 2x2-Schaltarchitektur gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung zeigt. Die Sechsecke zeigen die Faserpaare, die mit den Schaltern verbunden sind, bezeichnet als XnY, wobei X A oder B oder C ist, was der Landestation entspricht, mit der sie verbunden sind, n 1 oder 2 ist, was die Nummerierung des Faserpaars ist, Y T oder R ist, was jeweils für Sender und Empfänger steht. Zum Beispiel entspricht A1R der Faser im Faserpaar1, das den Schalter mit dem Empfänger in der Landestation A verbindet. C2T ist die Faser im Faserpaar2, die das Signal vom Sender in der Landestation C zum Schalter bringt. Jedes braune Rechteck entspricht einem einzelnen 2×2-Schalter. Innerhalb jedes Schalters stellen die 4 Kreise die Schaltknoten dar. Die vier Schaltknoten sind jeweils verbunden.
Die Verbindungen zum Erreichen der 4 Zustände in Tabelle1 sind schematisch in 13 gezeigt, die ein schematisches Diagramm ist, das 4 mögliche Modulzustände darstellt, die für die Architektur gezeigt sind, die nur 6 2x2-Schalter verwendet.
Wir können nun und wir erklären genauer, wie wir alle vier Zustände in Tabelle1 erreichen. Um Zustand1 zu erreichen, d. h. jeweils 1 Verbindung zwischen A und B, und C, und B und C, zeigt eine rote Linie den Datenverkehrsfluss von A1 T zu B2R (A1 T: Sender an der Landestation A mit Faserpaar 1 verbunden, B2R: Empfänger mit Faserpaar 2 in der Landestation B verbunden), während ein hellroter Pfeil den zurückkehrenden Datenverkehr von B2T zu A1 R zeigt. Der grüne Pfeil zeigt den Datenverkehrsfluss von A2T nach C2R und der hellgrüne Pfeil zeigt den zurückkehrenden Datenverkehr von C2T nach A2R. Der blaue Pfeil zeigt den Datenverkehrsfluss von C1T nach B1R und der hellblaue Pfeil zeigt den zurückkehrenden Datenverkehr von B1T nach C1R.
Ähnlich verhält es sich, um Zustand2 zu erreichen, d. h. 2 Verbindungen zwischen A und B ohne Verbindungen zur Landestation C. Auch wenn in diesem Fall keine Verbindung zur Landestation in C hergestellt wird, verwenden wir dennoch Schalter, die mit Faserpaaren verbunden sind, die mit der Landestation C verbunden sind. Wir haben die Schalter bezeichnet, um den Zustand2 zu beschreiben. Wie im Fall von Zustand1 geht, wie es durch den blauen Pfeil gezeigt ist, der Datenverkehr von A1T über sw1 und sw6 zu B2R. Im Rückweg ist, wie es durch den hellblauen Pfeil gezeigt ist, B2T über sw6 und sw1 mit A1R verbunden. Da zwischen den Landestationen A und B zwei Verbindungen aufgebaut sein sollen, benötigen wir eine zweite Verbindung. Diese Verbindung sollte A2T mit B1 R und B2T mit A1R verbinden. Es gibt aber keine direkte Verbindung zwischen sw2 und sw5, die jeweils mit A2T und B1R verbunden sind. Daher können wir sw2 und sw5 über sw3 verbinden, da eine Landestation nicht verbunden ist. Auf ähnliche Weise kann eine Verbindung zwischen sw1 und sw6 über sw4 eingefügt werden, so dass B1 T mit A2R verbunden werden kann.
Es ist zu beachten, dass für die Zustände 2, 3 und 4 einige der Verbindungen insgesamt 3 Schalter durchlaufen müssen, anstelle von nur 2 Schaltern, wie im Fall der ersten Ausgestaltung mit 12 1x2-Schaltern.
Ein weiterer Vorteil eines Verwendens dieser letzten Ausgestaltungskonfiguration mit den 6 2x2-Switches besteht darin, dass der Datenverkehr dann, wenn eine Landestation nicht mit irgendeiner anderen Landestation verbunden ist, automatisch zurückgeleitet bzw. -geführt wird. Zum Beispiel wird für den Fall von Zustand2, bei dem eine Landestation C getrennt ist, der Datenverkehr von C1T zurück zu C1R geführt und wird der Datenverkehr von C2T zurück zu C2R geführt. Wir vergleichen dies mit der ersten Ausgestaltung mit 12 1x2-Switches, wobei im Fall von Zustand2 der Datenverkehr von C1T und C2T an den Schaltern blockiert wird und es keinen Datenverkehr gibt, der zu C1R und C2R zurückkehrt. In Unterwassersystemen werden typischerweise alle Verstärker in den Verbindungen immer eingeschaltet gehalten, und sie sind so konfiguriert, dass sie eine bestimmte Eingangsleistung für ihren vorgesehenen Betrieb haben, und zwar insbesondere für ein geeignetes Überwachen der Verstärker und der Verbindung. Als Ergebnis gibt es im Fall der Ausgestaltung 6S immer Datenverkehr, der die Verbindung hinunter zu den Empfängern geht, und zwar auf oder nahe dem Ausgestaltungs-Leistungspegel.
Wir können nun zeigen und beschreiben, wie die Ausgestaltung 3 weiter zu integrieren ist. Um jedoch zu erklären, wie diese Integration am effektivsten durchgeführt werden kann, werden wir die Ausgestaltung 3 auf eine etwas andere Weise für eine Rolle vorsehen, auch wenn sie analog sind.
14 ist ein schematisches Diagramm, das 4 mögliche Modulzustände gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung darstellt, die für die Architektur gezeigt sind, die nur 6 2x2-Schalter verwendet Es werden Verbindungen innerhalb der Schalter und Verbindungen zwischen den Schaltern gezeigt.
Auch wenn es auf den ersten Blick nicht ersichtlich sein mag, dass die Konfigurationen der Fig. (14) und der Fig. (13) analog sind, kann leicht verifiziert werden, dass sie beide dieselbe Funktionalität der 4 Zustände in Tabelle 1 bieten. Tabelle 1.

Zustände/Verbindungen AB AC BC

1 1 1 1

2 2 0 0

3 0 2 0

4 0 0 2
15 (A) und 15(B) sind schematische Diagramme, die folgendes darstellen: 15 (A) die zwei Zustände der 2x2-Schalterkonfiguration, die in 13 verwendet wird; und 15(B) die zwei Zustände der 2x2-Schalterkonfiguration, die in 14 verwendet wird, und zwar gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
Um ein weiteres Verstehen diesbezüglich zu erleichtern, warum die Architektur in 13 und 14 analog ist, zeigen 15(A) und 15(B) die Funktionsdiagramme der 2x2-Schalter, die in diesen zwei Fällen verwendet werden. In beiden Fällen haben die 2x2-Schalter zwei mögliche Zustände: Hindurchgehen oder Reflektieren. In der Figur hat der Zustand Hindurchgehen eine Überschneidung, die in Abhängigkeit von der Ausgestaltungswahl des Schalters auftreten kann, es kann jedoch deutlich gesehen werden, dass diese zwei Schalter dieselbe Funktion durchführen, da einer in den anderen umgewandelt werden kann, indem umgedreht wird, welche Faser mit welchem Ende auf der linken Seite verbunden ist.
14 zeigt deutlich, dass die Verbindung der Schaltergruppe in zwei disjunkte bzw. zerlegte Gruppen unterteilt werden kann. Die Gruppe oben enthält A1T, A2R, B2T, B1R, C2T und C1R, die durch die 3 Schalter sw1, sw2, sw3 miteinander verbunden sind, und die Gruppe unten besteht aus A1R, A2T, B2R, B1T, C1R und C1T, die durch die restlichen 3 Schalter sw4, sw5, sw5 verbunden sind. Da die Verbindung zwischen diesen zwei Gruppen im Wesentlichen identisch ist, können wir uns zunächst auf die Integration dieser zwei Gruppen von 3 Schaltern konzentrieren. Grundsätzlich werden wir hauptsächlich ein Integrieren von 3 2×2-Schaltern in Betracht ziehen.
Wie es bereits früher hervorgehoben ist, werden im Fall der Ausgestaltungskonfiguration mit den 2x2-Schaltern alle Verbindungen zwischen den Schaltern, wie es in 14 gezeigt ist, Datenverkehr bzw. Verkehr in allen 4 Zuständen tragen. Zusätzlich sind, was beim Motivieren der integrierten Ausgestaltung entscheidend ist, die Verbindungen zwischen den Schaltern fest. Dies sorgt für eine Integration auf erster Ebene, die darin besteht, die Länge des Faser-Anschlusskabels zwischen den 3 Schaltern auf so kurz wie möglich zu reduzieren. Tatsächlich wird einer der größten Räume verschwendet, indem nur ein ausreichender Schutz für die Faser-Anschlusskabel bereitgestellt wird, die in die Schalter eintreten oder diese verlassen. Von hier an werden wir dies die Integration auf erster Ebene nennen, für welche die Haupteigenschaft darin besteht, dass die Faser-Anschlusskabel zwischen den Schaltern kurz genug gehalten werden, so dass keine Schutzhülse benötigt wird und sie entfernt wird.
Nun werden wir erklären, wie wir uns zur Integration auf zweiter und tieferer Ebene bewegen können. Im Wesentlichen ist das, was wir tun, dass wir erkennen, dass wir, da die Verbindungen zwischen sw1, sw2 und sw3 fest sind, die unnötig wiederholten Faserkopplungsstufen entfernen können. Um dies weiter zu erklären, zeigen wir in 16 ein beispielhaftes Diagramm eines 2x2-Schalters, der zu der in 15 gezeigten Funktionalität in der Lage ist.
Man nimmt nun Bezug auf 16, die ein schematisches Diagramm ist, das ein Beispiel für einen 2x2-Schalter gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung darstellt, bei dem zwei Eingänge am obersten Ende und die zwei Ausgänge am untersten Ende fasergekoppelt sind und der ein schaltbares Gate bzw. Tor enthält, das den Verkehr zwischen den zwei Zuständen umschaltet. Licht von zwei Eingangsfasern wird nach einem Durchlaufen eines schaltbaren Gates mit zwei Ausgangsfasern am untersten Ende gekoppelt. Das Gate bzw. Tor kann jedoch durch verschiedene Mechanismen hergestellt werden, wofür ein einfachstes Beispiel eine zweiseitige reflektierende Oberfläche wäre, die zu einer transparenten Oberfläche benachbart ist, die in die Lichterpfade eingefügt und wieder herausgenommen werden kann. Ein solches Beispiel für ein Gate bzw. Tor ist schematisch in 17 gezeigt.
17 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel für ein schaltbares Gate bzw. Tor mit einer zweiseitigen reflektierenden Oberfläche gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung darstellt, die zu einem transparenten Bereich benachbart ist, wobei gestrichelte Linien dem transparenten Abschnitt entsprechen und die durchgezogene Linie dem reflektierenden Abschnitt entspricht.
Es kann durch Untersuchung von 16 und 17 gesehen werden, dass der Schalter durch Bewegen des Spiegels in und aus dem Lichterweg heraus zwischen dem zuvor in 15 gezeigten Durchgangs- und Reflexionszustand geändert werden kann. Eine Randbemerkung besteht darin, dass bei diesem Beispiel das auf dem Spiegel einfallende Licht 30° zu der Oberflächennormalen bildet, der Winkel jedoch nahezu beliebig gewählt werden kann, solange alle Fasern entsprechend ausgerichtet sind.
18 ist ein schematisches Diagramm, das drei Schalter sw1, sw2 und sw3 gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung zeigt, wie es in 14 gezeigt ist, die auf einfache Weise so konfiguriert sind, dass sie leicht auf einer ersten Ebene integriert werden können. Wie es beobachtet werden kann, zeigen wir in 18, wie die beispielhafte Schalterkonfiguration in 16 kombiniert werden kann, um die Funktionalität der drei Schalter sw1, sw2 und sw3 in 14 zu erhalten. Es ist offensichtlich, dass dieselbe Konfiguration verwendet werden kann, um die Funktionalität der Schalter sw4, sw5 und sw6 zu erreichen. Wir können sehen, wie die Konfiguration in 18 für die Integration auf erster Ebene verwendet werden kann. Bei der in 18 gezeigten illustrativen Konfiguration werden die Eingangs- und Ausgangsfasern, die die Schalter miteinander verbinden, beibehalten. Die Länge dieser Fasern ist nicht spezifiziert; sie können jedoch kurz genug gemacht und innerhalb des Gehäuses der integrierten Schalter geschützt werden, so dass eine Faserschutzhülse nicht nötig sein würde, und daher kann eine erhebliche Platzeinsparung erreicht werden. Darüber hinaus würden diese Fasern, da sie gut geschützt und kurz sein können, zuverlässiger sein.
Eine Untersuchung der in 18 dargestellten Konfiguration sollte deutlich machen, dass ein Einkoppeln des Lichts in eine aus den Fasern zwischen den Schaltern nicht nötig ist und sie entfernt werden können, um die Integration auf zweiter Ebene zu erreichen, was in 19 gezeigt ist.
Man kann sehen, dass die erforderliche Funktionalität des 3-Wege-Schalters durch Integrieren der drei Schalter sw1, sw2 und sw3 in 14 durch Integrieren von 3 Schaltern in der in 19 gezeigten Form erlangt werden kann. Wie es oben erklärt ist, reduzieren sich die erforderlichen 6 Schalter auf die identisch konfigurierten zwei Gruppen von 3 Schaltern.
Gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung können die 3 Schalter durch die in 19 gezeigte Konfiguration ersetzt werden. Man kann sehen, dass wir nur durch Bewegen von drei Spiegeln in die und aus den Lichtwegen die 3-Wege-Schalterfunktionalität erreichen können. Beim Übergehen von der Integration auf erster Ebene zur zweiten Ebene, d.h. von den in 18 gezeigten Konfigurationen zu den in 19 gezeigten Konfigurationen, ist es klar, dass der Schalter viel kompakter gemacht werden kann, da alle Fasern und Faserkopplungskomponenten entfernt werden können. Dies würde eine Größe reduzieren, eine Einfügungsdämpfung reduzieren und eine Zuverlässigkeit verbessern, da weniger Komponenten verwendet werden.
Wir merken an, dass die in 19 dargestellte Ausgestaltung auf ähnliche Weise konfiguriert sein kann, wie es in 20 gezeigt ist. Der einzige Unterschied besteht darin, welche Verbindungen mehrere Reflexionen von den Spiegeln erfahren und welche keine oder nur eine einzige Reflexion erfahren. Diese können sich für verschiedene Anwendungen als vorteilhaft erweisen
Beim Erklären der in 16 gezeigten Konfiguration hatten wir erwähnt, dass der Schalter auf unterschiedliche Weisen konfiguriert werden kann, insbesondere kann der Einfallswinkel mit der Spiegeloberflächennormalen variiert werden. Ein besonders wichtiger Einfallswinkel ist 45°, da sich dieser Winkel für eine Ausrichtung und andere Zwecke als einfacher erweisen kann. Selbst wenn die Konfiguration auf viele verschiedene Winkel erweitert werden kann, werden wir in 21 ein besonderes Beispiel mit dem 45°-Einfallswinkel zeigen.
21 ist ein schematisches Diagramm, das eine integrierte Schalterkonfiguration mit einem Einfallswinkel von 45° gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung darstellt, wobei ein fester Spiegel am obersten Ende enthalten ist. Es ist zu beachten, dass, wie bei der Beziehung zwischen 19 und 20, analoge Ausgestaltungen für 21 gemacht werden können.
Wir merken an, dass, obwohl man im Allgemeinen 1 x3-Schalter entwerfen bzw. ausgestalten kann, um die 3-Wege-Schalter zu erreichen, solche Schalter im Vergleich mit 2x2-Schaltern komplizierter sind. Sie würden entweder eine Einstellung von mehreren Gates, zB. Spiegel, oder eine Einstellung von Gates in mehreren Winkeln erfordern. Beide dieser Auswahlen machen diese Komponenten für die beispielhaften Anwendungen weniger zuverlässig, die wir oben angegeben haben. Dies gilt insbesondere dann, wenn eine Verriegelungsfunktionalität erforderlich ist, was wiederum für die obige beispielhafte Anwendung gilt. Verriegelungsfunktionalität bedeutet, dass der Schalter im Falle eines Verlustes an Leistung bzw. eines Stromausfalls seine endgültige Einstellung beibehält oder zu einer vorbestimmten Einstellung zurückkehrt. Wir haben unsere Beispiele ausgewählt, um die Einfachheit hervorzuheben, die eine Einstellung der Gates bzw. Tore zu entweder der Ein- (in unseren Beispielen Spiegel ein) oder der Aus-Position (in unserem Beispiel Spiegel aus dem Lichtpfad) erfordert. Eine solche Einfachheit bietet das erforderliche Maß an Zuverlässigkeit.
Wir merken weiterhin an, dass, obwohl unsere Beispiele für eine Gate-Funktionalität durch einen Spiegel erfolgten, sie in anderen Formen vorliegen kann, das Prinzip jedoch bestehen bleibt, da unsere Ausgestaltung darauf beruht, drei Schalter miteinander zu kombinieren und den Faserkopplungsteil daraus zu entfernen. Wir möchten gerne unseren letzten Punkt auf andere Weise wiederholen. Die einfachsten und zuverlässigsten Versionen der Schalter sind 1×2. In letzter Zeit werden jedoch auch immer mehr 2x2-Schalter mit Verriegelungsfunktionalität zur Verfügung gestellt, von denen sich die meisten auf die Tatsache verlassen, dass sie diese Funktionalität mit sehr einfachen Konfigurationen erreichen können. Unabhängig davon, was der zugrunde liegende einfache Mechanismus ist, können wir sie durch Verwenden der einfachen Geometrie und der Tatsache, dass die Verbindungen zwischen den Schaltern fest sind, leicht weiter integrieren, indem wir die Faserkupplungsteile entfernen. Da der Schaltmechanismus bereits einfach und ausreichend zuverlässig ist, sollte auch die integrierte Version genauso zuverlässig sein, und da sie weniger Komponenten verwendet, sollte sie noch zuverlässiger sein.
An dieser Stelle werden, obwohl wir diese Offenbarung anhand einiger spezifischer Beispiele präsentiert haben, Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass unsere Lehren nicht so begrenzt sind. Demgemäß sollte diese Offenbarung nur durch den Schutzumfang der hierzu beigefügten Ansprüche begrenzt sein.

Claims

3-Wege-Verzweigungseinheits-Schaltungsmodul für unterseeische optische Kommunikationen, das konfiguriert ist, um mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten optischen Kabel verbunden zu werden, wobei jedes der optischen Kabel in optischer Kommunikation mit einer jeweiligen Landestation A, B oder C ist, wobei das Modul folgendes umfasst ein erstes Paar von Schaltern in optischer Kommunikation mit dem ersten optischen Kabel; ein zweites Paar von Schaltern in optischer Kommunikation mit dem zweiten optischen Kabel; und ein drittes Paar von Schaltern in optischer Kommunikation mit dem dritten optischen Kabel; wobei das erste, das zweite und das dritte Paar von Schaltern jeweils einen Schalter von ihrem Paar in optischer Kommunikation mit einem der anderen zwei Paare von Schaltern haben und das erste, das zweite und das dritte Paar von Schaltern jeweils den anderen Schalter in ihrem Paar in optischer Kommunikation mit dem anderen der anderen zwei Paare von Schaltern haben.
Verzweigungseinheits-Schaltungsmodul nach Anspruch 1, wobei jeder der Schalter ein 1×2-Schalter mit 3 Anschlüssen bzw. Ports ist.
Verzweigungseinheits-Schaltungsmodul nach Anspruch 2, wobei ein Anschluss bzw. Port von jedem Schalter mit einer einzelnen optischen Faser bzw. Glasfaser des optischen Kabels optisch verbunden ist, mit dem er optisch verbunden ist.
Verzweigungseinheits-Schaltungsmodul nach Anspruch 3, wobei zwei Anschlüsse bzw. Ports von jedem Schalter mit den anderen zwei Schaltern einzeln und optisch verbunden sind, wobei ein Anschluss bzw. Port pro Schalter vorhanden ist.
Verzweigungseinheits-Schaltungsmodul nach Anspruch 4, wobei jedes Paar des ersten, des zweiten und des dritten Paars von Schaltern mit einer Sendefaser und einer Empfangsfaser seines jeweiligen optischen Kabels verbunden ist.
Verzweigungseinheits-Schaltungsmodul nach Anspruch 5, wobei jeder Schalter einen Zirkulator enthält, der eine jeweilige optische Faser bzw. Glasfaser des optischen Kabels mit einem jeweiligen Anschluss bzw. Port optisch verbindet.
Verzweigungseinheits-Schaltungsmodul nach Anspruch 6, wobei jeder Zirkulator mit einer Sende- und Empfangsfaser des optischen Kabels und mit einem jeweiligen Schalter optisch verbunden ist.
Verzweigungseinheits-Schaltungsmodul nach Anspruch 2, wobei jeder der Schalter ein 2x2-Schalter ist.
Verzweigungseinheits-Schaltungsmodul nach Anspruch 1, das konfiguriert ist, um eine Konnektivität zu den Landestationen A, B und C gemäß der folgenden Tabelle bereitzustellen: Zustände/Verbindungen AB AC BV 1 1 1 1 2 2 0 0 3 0 2 0 4 0 0 2