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Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches
Paketvermittlungssystem, das ein wirksames Schalten eines optischen
Signals mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht, ohne es in ein
elektrisches Signal umzuwandeln, in einem breitbandigen
Kommunikationsnetzwerk, das hauptsächlich unter Verwendung
optischer Fasern gebildet wird.
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Bei den herkömmlichen Paketvermittlungen muß ein als ein
optisches Signal über eine Übertragungsleitung übertragenes
Paket einmal in ein elektrisches Signal umgewandelt werden;
daher haben die Schalter des Standes der Technik die
Nachteile, daß sie eine großformatige Anordnung benötigen und die
Hochgeschwindigkeitseigenschaft des Lichts beeinträchtigen.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein optisches
Paketvermittlungssystem vorzusehen, das eine relativ kleine
Größe aufweist, jedoch die volle Ausnutzung der
Hochgeschwindigkeitseigenschaft des Lichts ermöglicht.
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Dementsprechend sieht die Erfindung ein optisches
Paketvermittlungssystem vor, bei dem ein Leitsignal aus einem
optischen Signal mit Wellenlängenmultiplex zusammengesetzt ist
und ein Informationsteil und ein Paket-Endecode ebenfalls aus
optischen Signalen zusammengesetzt sind, und das dadurch
gekennzeichnet ist, daß ein Schaltnetzwerk von einer
Mehrstufenkombination lichttriggernder Schalter gebildet ist, die
in Abhängigkeit von dem Vorhandensein oder Fehlen einer
speziellen Wellenlänge in dem optischen Signal mit
Wellenlängenmultiplex geschlossen werden.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im
einzelnen als Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben. Hierbei sind:
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Fig. 1 und 2 Blockdiagramme der Anordnungen
herkömmlicher Paketvermittlungen als Beispiel;
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Fig. 3 ein Diagramm eines Beispiels einer bekannten
Paketstruktur;
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Fig. 4A und 4B Diagramme, die als Beispiel die
grundlegende Anordnung einer Ausführungsform der
Paketvermittlung der vorliegenden Erfindung
und die grundlegende Paketstruktur darstellen,
zur Erklärung des Prinzips der Erfindung;
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Fig. 5A, 5B, 5C und 5D zeigen vier Arten von
Paketstrukturen zur Verwendung in Ausführungsformen des
optischen Paketvermittlungssystems der
vorliegenden Erfindung;
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Fig. 6, 7, 8, 9, 10 und 11 sind Diagramme, die Beispiele
der Anordnung eines optischen Schaltabschnitts
darstellen, der einen zwei mal zwei optischen
Schalter zur Verwendung in Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung bildet;
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Fig. 12 und 13 sind Diagramme, die Beispiele von
Schaltungsanordnungen entsprechender Teile eines
optischen Speicherabschnitts darstellen; und
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Fig. 14 ist ein schematisches Diagramm einer
integrierten Lichtquelle zur Verwendung in einer
Ausführungsform des Systems der vorliegenden
Erfindung.
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Um Unterschiede zwischen dem Stand der Technik und der
vorliegenden Erfindung klar zu machen, werden zunächst
Beispiele des Standes der Technik beschrieben.
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Fig. 1 zeigt als Beispiel die Anordnung einer bekannten
Paketvermittlung. In Fig. 1 bezeichnen die Bezugszeichen 1,
2, 3 und 4 eintreffende Leitungen der Paketvermittlung,
jeweils gebildet von einem optischen Faserkabel und ein
Paket übertragend, OE1, . . . OE4 bezeichnen
optische/elektrische-Umwandler zur Umwandlung eines optischen Signals in ein
elektrisches Signal, die Bezugszeichen 11, 12, 13 und 14
bezeichnen aus der Paketvermittlung herausführende Leitungen,
jeweils gebildet von einem optischen Faserkabel und ein Paket
übertragend, die Bezugszeichen E01, . . . E04 bezeichnen
elektrisch/optische-Umwandler zum Umwandeln eines elektrischen
Signals in ein optisches Signal, und das Bezugszeichen 30
bezeichnet eine Paketbearbeitungseinheit. In der
Paketbearbeitungseinheit 30 bezeichnet das Bezugszeichen BM einen
Pufferspeicher, der von Paketen in allen Leitungen geteilt
wird, und CPU eine zentrale Verarbeitungseinheit. Bei der in
Fig. 1 dargestellten Anordnung werden Eingangspakete in die
Paketvermittlung einmal von den O/E Wandlern OE1, . . . OE4 in
elektrische Signale umgewandelt und dann in die
Paketverarbeitungseinheit 30 eingegeben, in der sie einmal in dem
gemeinsamen Pufferspeicher BM gespeichert werden. Die so
gespeicherten Pakete werden im Hinblick auf die Leitwege, zu
denen sie übertragen werden sollen, analysiert und bestimmt,
unter Steuerung der zentralen Verarbeitungseinheit CPU, und
die Pakete werden von den E/O Wandlern E01, . . . E04 in
optische Signale umgewandelt und anschließend den bestimmten
Leitwegen auf den herausführenden Leitungen 11, 12, 13 bzw.
14 zur Verfügung gestellt.
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Fig. 2 zeigt ein weiteres Beispiel der Anordnung einer
bekannten Paketvermittlung, in der die
Paketverarbeitungseinheit 30 durch ein Schaltnetzwerk vom Selbstleittyp ersetzt
ist. Eine Paketvermittlung, die ein Netzwerk dieses Typs
verwendet, ist in EP-A-0 241 152 beschrieben. In Fig. 2
bezeichnen die Bezugszeichen 1, . . . 8 ankommende Leitungen,
jeweils gebildet von einem optischen Faserkabel zur
Übertragung eines Pakets zu der Paketvermittlung, EO1, . . . EO8
bezeichnen optisch/elektrische Wandler zum Umwandeln eines
optischen Signals in ein elektrisches Signal, die
Bezugszeichen 11, . . . 18 bezeichnen herausführende Leitungen, jeweils
gebildet von einem optischen Faserkabel zur Übertragung eines
Pakets aus der Paketvermittlung, die Bezugszeichen EO1, . . .
EO8 bezeichnen elektrisch/optische Wandler zum Umwandeln
eines elektrischen Signals in ein optisches Signal, und das
Bezugszeichen 31 eine Paketverarbeitungseinheit. In der
Paketverarbeitungseinheit 31 bezeichnen die Bezugszeichen
N11, N12, . . . N34 zwei mal zwei Schalterknoten. Fig. 3 zeigt
ein Beispiel der Paketstruktur zur Verwendung in dem in Fig.
2 dargestellten Beispiel. Das Bezugszeichen RH bezeichnet
einen aus einem 3-Bit Signal zusammengesetzten Leitkopf, PC
bezeichnet den Paketinhalt, und EM einen Code, der das Ende
des Pakets anzeigt. Mit der in Fig. 2 gezeigten Anordnung
werden über die ankommenden Leitungen 1, 2, . . . 8
übertragenen Pakete einmal von den O/E-Wandlern OE1, OE2, . . . OE8 in
elektrische Signale umgewandelt und dann in die
Paketverarbeitungseinheit 31 eingegeben. In der
Paketverarbeitungseinheit 31 wählt jeder der Schaltknoten N11, N12, N13 und N14
der ersten Stufe einen der Schaltknoten N21, N22, N23 und N24
der zweiten Stufe aus, wie gezeigt, abhängig davon, ob das
erste Bit des Leitkopfs PH des Pakets im Zustand "0" oder "1"
ist, und überträgt das Paket dem ausgewählten Schaltknoten.
In ähnlicher Weise wählt jeder der Schaltknoten N21, N22, N23
und N24 der zweiten Stufe einen der Schaltknoten N31, N32,
N33 und N34 der dritten Stufe, wie dargestellt, abhängig
davon, ob das zweite Bit des Leitkopfs PH ein Zustand "0"
oder "1" ist, und überträgt das Paket zu dem ausgewählten
Schaltknoten. Jeder der Schaltknoten N31, N32, N33 und N34
der dritten Stufe wählt eine der heraus führenden Leitungen
11, 12, . . . 18, in Abhängigkeit davon, ob das dritte Bit des
Leitkopfs RH des Pakets im Zustand "0" oder "1" ist, und
überträgt das Paket zu der ausgewählten heraus führenden
Leitung. In diesem Fall werden die als elektrische Signale
übertragenen Pakete von den E/O-Wandlern in optische Signale
für die Übertragung über die herausführenden Leitungen 11,
12, . . . 18 umgewandelt. Wenn beispielsweise ein Paket, dessen
Leitkopf RH "011" in absteigender Reihenfolge ist, als ein
optisches Signal über die ankommende Leitung 5 übertragen
wird, wird das Paket von dem O/E-Wandler OE5 in ein
elektrisches Signal umgewandelt und dann in den zwei mal zwei
Schaltknoten N13 in der Paketverarbeitungseinheit 31
eingegeben. Da das erste Bit des Leitkopfs RH ein Zustand "0" ist,
überträgt der Schaltknoten N13 das Paket zu dem zwei mal zwei
Schaltknoten N23 der zweiten Stufe. Da das zweite Bit des
Leitkopfs RH ein Zustand "1" ist, überträgt der Schaltknoten
N23 das Paket zu dem zwei mal zwei Schaltknoten N32 der
dritten Stufe. Da das dritte Bit des Leitkopfs RH ein Zustand
"1" ist, liefert dann der Schaltknoten N32 das Paket an den
E/Q-Wandler E04 zur Übertragung über die heraus führende
Leitung 14. Der E/O-Wandler E04 wandelt das in ihn als ein
elektrisches Signal eingegebene Paket in ein optisches Signal
um, das auf der herausführenden Leitung 14 vorgesehen wird.
Durch den oben beschriebenen Vorgang werden alle Pakete mit
dem gleichen Leitkopf RH der gleichen heraus führenden Leitung
übertragen. Jeder der zwei mal zwei Schaltknoten N11, N12,
. . . N34 kann die Funktion aufweisen, zeitweilig ein Paket zu
speichern, wenn das Paket nicht zu dem Knoten der folgenden
Stufe oder zu der heraus führenden Leitung gesandt werden
kann, da diese von dem vorhergehenden Paket belegt ist.
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Bei den bekannten Paketvermittlungen, wie sie beispielsweise
in Fig. 1 und 2 gezeigt sind, muß ein als ein optisches
Signal über eine Übertragungsleitung übertragenes Paket
zunächst in ein elektrisches Signal umgewandelt werden; daher
haben die Vermittlungen nach dem Stand der Technik die
Nachteile, daß sie eine Anordnung mit großer Größe aufweisen
und die Hochgeschwindigkeitseigenschaften des Lichts
beeinträchtigen.
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Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen werden nun
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im einzelnen
beschrieben.
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Fig. 4A und 4B stellen eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung dar, wobei Fig. 4A die grundlegende Anordnung der
Paketvermittlung und Fig. 4B die Basisstruktur des Pakets
zeigen. In Fig. 4A bezeichnen die Bezugszeichen IC&sub1;, IC&sub2;, . . .
und IC2n ankommende Leitungen zu der Paketvermittlung, die
Bezugszeichen OC&sub1;, OC&sub2;, . . . und OCn bezeichnen herausführende
Leitungen, 32 einen Schaltprozessor und PS11, PS12, . . . und
PSmn in dem Schaltprozessor 32 lichttriggernde zwei mal zwei
optische Schalter. Wenn n ein Exponent von 2 ist, gilt:
m = log&sub2;n+1. In Fig. 4B bezeichnet das Bezugszeichen RH einen
Leitkopf, der ein optisches Signal mit Wellenlängenmultiplex
ist, das eine Leitinformation in der Form des Vorhandenseins
oder Fehlens von Wellenlängen λ&sub1;, λ&sub2;, . . . und λm anzeigt,
PC bezeichnet aus optischen Signalen zusammengesetzte
Paketinhalte, und EM ein optisches Signal, das das Ende des Pakets
anzeigt. Bei der in Fig. 4A dargestellten grundlegenden
Anordnung wählt beim Empfang des Leitkopfs eines
Eingangspakets der in Fig. 4B gezeigten Struktur von den ankommenden
Leitungen IC&sub1;, . . . und IC2n, jeder der zweimal zwei optischen
Schalter PS 11, PS 12 . . . und PS1n in der
Paketverarbeitungseinheit 32 in Übereinstimmung mit dem Vorhandensein oder
Fehlen der Wellenlänge λ&sub1; in dem Leitkopf RH einen der
optischen Schalter PS21, PS 22, . . . und PS2n der nächsten
Stufe aus, zu dem das Paket zu übertragen ist, und jeder
optische Schalter behält seine Verbindung mit dem
ausgewählten zweimal zwei optischen Schalter der zweiten Stufe bei,
bis zu dem Zeitpunkt, wenn der Leitkopf RH, der Paketinhalt
PC und das Paketende-Signal EM alle zu diesem übertragen
wurden. In ähnlicher Weise wählen die zweimal zwei optischen
Schalter PS21, PS22, . . . und PS2n der zweiten Stufe, wenn sie
mit dem Leitkopf RH des Pakets beliefert werden, in
Übereinstimmung mit dem Vorhandensein oder Fehlen der Wellenlänge
λ&sub2; in dem Leitkopf RH einen der zweimal zwei optischen
Schalter PS31, PS32, . . . und PS3n der nächsten Stufe aus, zu
dem das Paket übertragen werden soll, und jeder optische
Schalter behält seine Verbindung mit dem ausgewählten zweimal
zwei optischen Schalter der dritten Stufe bei, bis zu dem
Zeitpunkt, zu dem der Leitkopf RH, der Paketinhalt PC und
das Paketende-Signal EM alle zu diesem übertragen worden
sind. In ähnlicher Weise führen die zweimal zwei optischen
Schalter der dritten, der vierten, . . . und der m-ten Stufe
den Schaltvorgang durch, so daß die Pakete auf den
herausführenden Leitungen OC&sub1;, OC&sub2;, . . . und OC2n geliefert werden. In
diesem Fall werden Pakete, die den aus der gleichen
Kombination der Wellenlänge λ&sub1;, λ&sub2;, . . . und λm zusammengesetzten
Leitkopf RH aufweisen, auf der gleichen herausführenden
Leitung vorgesehen.
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Bei der oben beschriebenen Ausführungsform der
Paketvermittlung des optischen Paketvermittlungssystems nach der
vorliegenden Erfindung werden die zweimal zwei Schaltknoten N11,
N12, . . . und N34 in Fig. 2 von den zweimal zwei optischen
Schaltern PS11, PS12, . . . und PS34 in Fig. 4A ersetzt, und
die opto-elektrischen Wandler OE1, OE2, . . . und OE8 und die
elektro-optischen Wandler EO1, EO2, . . . und EO8 werden
beseitigt. Dementsprechend sind die herkömmlichen O/E-Wandler
und E/O-Wandler unnötig; daher läßt sich die Paketvermittlung
in relativ kleiner Größe herstellen und die
Hochgeschwindigkeitseigenschaft des Lichts vollständig ausnutzen.
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Weiterhin verringert die Verwendung des
Wellenlängenmultiplexens des Lichts den Einfluß von Störungen und verbessert
dadurch das Verhältnis von Signal zu Rauschen.
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Da der Leitkopf (RH), der bei der Datenübertragung zu einem
zusätzlichen Aufwand führt, sich durch Multiplexen einer
Vielzahl von Wellenlängen in kurzer Zeit bilden läßt, ist es
darüber hinaus möglich, eine hochwirksame Paketvermittlung
mit einer kleinen Overhead-Länge zu implementieren.
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Als der oben erwähnte zweimal zwei lichttriggernde optische
Schalter kann ein "lichttriggernder Schalter" verwendet
werden, für den eine Patentanmeldung durch die gleichen
Erfinder wie bei der vorliegenden Anmeldung an dem gleichen
Tag eingereicht wurde.
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Es wird nun eine Beschreibung der Anordnung des
lichttriggernden Schalters gegeben, der selektiv den Schaltvorgang in
Übereinstimmung mit dem Vorhandensein oder Fehlen einer
speziellen Wellenlänge durchführt.
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Der Schalter vom lichttriggernden Typ enthält einen optischen
Schaltabschnitt, der in Übereinstimmung mit dem Vorhandensein
oder Fehlen einer Wellenlänge gesteuert wird, die eine
Leitinformation aufweist, sowie einen optischen
Speicherabschnitt, der mit einer Funktion versehen ist, die Speicherung
zu steuern und von zwei Eingangspaketen eines mit einer
niedrigeren Priorität erneut zu senden. Die
Gerätekonstruktionen der entsprechenden Abschnitte unterscheiden sich
voneinander in Abhängigkeit von der Dauer der
Leitinformation, der Information über das Vorhandensein eines Pakets und
der Paketendinformationsimpulse. Dann wird eine Beschreibung
der vier Arten von optischen Signalen mit
Wellenlängenmultiplex gegeben, die wie in den Fig. 5A bis 5D gezeigt
klassifiziert sind. In den Fig. 5A bis 5D ist λs eine
Wellenlänge, die das Vorhandensein eines Pakets anzeigt, λe
eine Wellenlänge, die das Ende des Pakets anzeigt, λd die
Wellenlänge eines Datensignals und λ&sub1;, λ&sub2; und λ&sub3;
Wellenlängen, die eine Leitinformation anzeigen. Während dieses
Beispiel mit der Verwendung von drei Wellenlängen, d. h.
einer Dreistufenvermittlungsstruktur, gezeigt ist, ist es
möglich, die Zahl der Stufen durch Vergrößerung der Zahl von
im wesentlichen unterschiedlichen Wellenlängen zu vergrößern.
(1) Optischer Schalterabschnitt
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Fig. 6 zeigt als Beispiel die Anordnung des Schaltabschnitts
des Schalters vom lichttriggernden Typ zur Verwendung in
einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Paket
weist eine Struktur auf, in der ein Leitinformationsimpuls
der Wellenlänge λi (i = 1, 2, 3) die gesamte Länge des
Pakets abdeckt, siehe Fig. 5A und SB. Der optische
Schalterabschnitt dieser Erfindung enthält einen nicht linearen
Reflektor 40, ein Verzweigungsfilter 41, einen optischen
Verstärker 42 und einen optischen Koppler 43. Das
Bezugszeichen 44 bezeichnet einen später beschriebenen optischen
Speicherabschnitt, der darin ein Merkmal inkorporiert
aufweist, auf einer Signalleitung 45 bevorzugt ein früheres
Eingangssignal von den Kanälen Nummer 1 und Nummer 2 vor
zusehen, während er gleichzeitig zeitweilig das andere
Eingangssignal speichert. Die Wege optischer Signale sind durch
dicke Linien angezeigt. Der nicht lineare Reflektor 40
reflektiert das Signallicht vollständig, wenn seine
Intensität deutlich hoch ist, läßt jedoch den Durchgang des
Signallichts durch ihn zu, wenn seine Intensität niedrig ist.
Dieser Reflektor kann unter Verwendung eines
Halbleiterkristalls mit einer großen Nichtlinearitätskonstante erhalten
werden, eines halbleiterdotierten Glases oder eines Oxids wie
beispielsweise ZnO.
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Obwohl diese Ausführungsform unter Verwendung einer Reflexion
an der Oberfläche des den Reflektor bildenden Materials
dargestellt ist, ist es ebenfalls möglich, einen optischen
Schalter vom Wellenleitertyp zu verwenden, offenbart in der
europäischen Patentanmeldung 88 30 0488.9
(Veröffentlichungsnummer 0 279 520) im Namen von Kokusai Denshin Denwa
Kabushiki Kaisha.
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Diese Ausführungsform arbeitet in folgender Weise: Wo ein
Paketeingang von dem Kanal Nummer 1 oder Nummer 2 einen
Leitimpuls der Wellenlänge λi (i = 1, 2, 3) enthält, wird
der Impuls von dem Verzweigungsfilter 41 für die Wellenlänge
λi abgezweigt und von dem optischen Verstärker 42 für die
Wellenlänge λi verstärkt. Der verstärkte Ausgang wird wieder
auf der ursprünglichen Signalleitung 45 von dem optischen
Koppler 43 vorgesehen und an den nicht linearen Reflektor 40
angelegt. Da der Impuls der Wellenlänge λi auf eine
ausreichend hohe Lichtintensität verstärkt wurde, wird der nicht
lineare Reflektor 40 total reflektierend; daher werden alle
folgenden Signale in dem Paket an den Kanal Nummer 3
geliefert. Da der Impuls der Wellenlänge λi (λi-Puls) zu der
gleichen Zeit endet, bei der das Paket vollständig in den
Kanal Nummer 3 reflektiert ist, kehrt der nicht lineare
Reflektor 40 automatisch in seinen anfänglich nicht
reflektierenden Zustand zurück. Wenn andererseits das Paket den
λi-Puls nicht enthält, bleibt der nicht lineare Reflektor 40
ungeändert und erlaubt den Durchgang aller Signale des Pakets
zu einem Kanal Nummer 4 durch ihn hindurch. Auf diese Weise
wird der Schaltvorgang selektiv in Abhängigkeit davon
durchgeführt, ob der λ&sub1;-Impuls in dem Paket enthalten ist.
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Fig. 7 illustriert ein weiteres Beispiel des optischen
Schaltabschnitts zur Verwendung in einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, angewendet auf die in Fig. 5C
dargestellte Paketstruktur. Das in Fig. 5C gezeigte Paket enthält
einen das Vorhandensein eines Pakets anzeigenden Impuls der
Wellenlänge λ in dem Kopfabschnitt und jeden Leitimpuls der
Wellenlänge λi (i = 1, 2, 3), gefolgt von einem Datensignal
der Wellenlänge λD und dem Paketende-Impuls. Da der
Leitimpuls kurz ist, wird in diesem Fall anstelle des in Fig. 6
gezeigten optischen Verstärkers 42 für den λi-Impuls ein
Halbleiterlaser 46 verwendet, der auf Licht der Wellenlänge
λi
dadurch anspricht, daß er oszilliert und ein
kontinuierliches Licht einer Wellenlänge λLD mit hoher Intensität
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aussendet.
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Wie es in der Fig. 6 der Fall ist, wird das Ausgangslicht des
Halbleiterlasers 46 auf der Signalleitung 45 durch den
optischen Koppler 43 vorgesehen, das den nicht linearen
Reflektor 40 in seinen total reflektierenden Zustand bringt.
Wenn das Paket bei Nummer 3 oder Nummer 4 vorgesehen ist,
abhängig davon, ob es den Leitimpuls λi aufweist, wird der
Paketende-Impuls der Wellenlänge λe von einem
Verzweigungsfilter 47 oder 47' abgezweigt und einer fotoelektrischen
Umwandlung durch einen Fotodetektor 48 oder 48' unterworfen,
und der konvertierte Ausgang wird an einen normalerweise
offenen FET-Schalter 49 in einer Leistungsversorgungsleitung
zu dem Halbleiterlaser 46 angelegt, was den FET-Schalter 49
in einer Leistungsversorgungsleitung zu dem Halbleiterlaser
46 ausschaltet, nämlich den Schalter 49 ausschaltet. Dadurch
wird die Leistungsversorgung für den Halbleiterlaser 46
zeitweilig unterbrochen und gleichzeitig auch seine
Oszillation angehalten, was es dem nicht linearen Reflektor 40
erlaubt, in seinen Anfangszustand zurückzukehren. Das
Ausgangslicht des Halbleiterlasers 46 wird ebenfalls auf dem
Kanal Nummer 3 vorgesehen, jedoch ist dies in folgenden
Stufen unnötig, und daher wird es von einem Abzweigungsfilter
50 für die Wellenlänge λLD entfernt. Dünne Linien sind Wege
elektrischer Signale, und dies gilt auch für die folgende
Beschreibung.
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Fig. 8 illustriert ein weiteres Beispiel des optischen
Schaltabschnitts zur Verwendung in einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, angewandt auf die in Fig. 5D
dargestellte Paketstruktur, in der Leitimpulse in dem
Paketkopfabschnitt enthalten sind, jedoch der Impuls (λs) für das
Vorhandensein des Pakets lang genug ist, die gesamte Länge
des Pakets abzudecken. Dieses Beispiel ist mit dem Beispiel
der Fig. 7 in dem Mechanismus der Betätigung des nicht
linearen Reflektors 40 identisch, unterscheidet sich von
diesem jedoch darin, daß der Puls λs des Vorhandenseins
eines Pakets von einem Verzweigungsfilter 51 abgezweigt und
einer fotoelektrischen Umwandlung durch einen Fotodetektor 52
unterworfen wird, der einen normalerweise offenen
FET-Schalter 53 in der Leistungsversorgungsleitung zu dem
Halbleiterlaser 46 einschaltet. Wenn das Leitimpulssignal λi in den
Leitimpulsen enthalten ist, wird dementsprechend der
Halbleiterlaser 46 durch die Injektion von Licht in diesen
veranlaßt, zu oszillieren, wodurch der nicht lineare Reflektor 40
in den Zustand der Totalreflexion geändert wird, was das
Paket zu dem Kanal 3 ausgibt. Wenn der Impuls λi nicht
vorhanden ist, gelangt das Paket durch den nicht linearen
Reflektor 40 hindurch zu dem Kanal Nummer 4.
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Während die in den Fig. 6 bis 8 gezeigten Beispiele mit
der Verwendung des nicht linearen Reflektors 40 als das
optische Schaltelement beschrieben wurden, ist die
vorliegende Erfindung nicht spezifisch hierauf beschränkt, sondern
kann ebenfalls unter Verwendung beispielsweise eines
optischen Schaltelements vom elektrisch gesteuerten Typ
implementiert werden. Die Fig. 9, 10 und 11 zeigen weitere
Beispiele, die das optische Schaltelement vom elektrisch
gesteuerten Typ verwenden, entsprechend den in Fig. 6, 7 bzw. 8
dargestellten Beispielen. Das Bezugszeichen 54 zeigt den
optischen Schalter vom elektrisch gesteuerten Typ an, und der
Grad der Kopplung zwischen Richtungskopplungswellenleitern
oder einer Totalreflexion an dem Kreuzungsabschnitt der sich
kreuzenden Wellenleiter, gebildet auf einem
ferro-elektrischen Substrat wie beispielsweise LiNbO&sub3; oder einem
Halbleitersubstrat, wird durch ein elektrisches Signal gesteuert.
Das heißt, der Leitimpuls (λi) wird abgezweigt und in ein
elektrisches Signal umgewandelt, das dazu verwendet wird, die
Leistungsversorgung zu dem optischen Schalter ein- und
auszuschalten, wodurch das Paket zwischen den Kanälen Nummer
3 und Nummer 4 geschaltet wird. Das Bezugszeichen 55
identifiziert ein Flip-Flop, das durch ein an seinen mit einem
weißen Kreis bezeichneten Anschluß angelegtes Signal
eingeschaltet und durch ein Signal an seinen mit einem schwarzen
Kreis versehenen Anschluß ausgeschaltet wird.
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Der Vorgang des Zeitablaufsteuerns des optischen
Schaltelements und des Zeitablaufs der optischen Signale der Pakete
werden hauptsächlich durch Optimieren der Länge der optischen
Signalleitung 45 erhalten, die aus einer optischen Faser
gebildet ist. Weiterhin läßt sich jedes Steuersignal einfach
dadurch erhalten, daß man einen Teil des Lichts jeder der
Wellenlängen λs, λi und λe abzweigt, und dementsprechend
bleibt alle Information ungeändert und wird zu den folgenden
Stufen fortgepflanzt. Zusätzlich kann auch ein optischer
Verstärker vorgesehen werden, wenn erforderlich.
(2) Optischer Speicherabschnitt
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Fig. 12 stellt ein Beispiel des optischen Speicherabschnitts
einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Dieses
Beispiel wird angewendet auf die in den Fig. 5A und 5D
gezeigten Paketstrukturen, in denen der das Vorhandensein des
Pakets darstellende Impuls der Wellenlänge λs die gesamte
Länge des Pakets abdeckt, und der Durchgang eines Pakets mit
höherer Priorität und das Speichern und erneute Senden eines
Pakets mit niedrigerer Priorität werden in Übereinstimmung
mit dem Vorhandensein oder Fehlen der Wellenlänge λs
gesteuert. Die Bezugszeichen 60, 60', 61 und 61' bezeichnen
optische Verstärker für den λs-Impuls, 62 und 62' nicht lineare
Reflektoren, 63 und 63' Verzweigungsfilter für den λs-
Impuls, 65 und 65' Fotodetektoren, 64 und 64'
Diskriminierschaltungen, von denen jede ein elektrisches Signal nur dann
ausgibt, wenn das an ihr anliegende elektrische
Eingangssignal einen Wert zwischen vorbestimmten oberen (U) und
unteren (L) Werten aufweist, die Bezugszeichen 66, 66', 67
und 67' bezeichnen normalerweise eingeschaltete FET-Schalter,
69 und 69' optische Hauptsignalleitungen, 70 und 70' optische
Schleifenleitungen, 71, 71' und 72 optische Koppler und 45
eine optische Speicherausgangsleitung, die mit dem oben
erwähnten optischen Schaltabschnitt verbunden ist. Die
Leitungen sind optische Signalleitungen, die hauptsächlich
aus optischen Fasern gebildet sind, und die dünnen Linien
sind elektrische Signalleitungen.
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Als nächstes wird eine Beschreibung des Arbeitsprinzips des
optischen Speicherabschnitts dieses Beispiels gegeben.
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Angenommen, ein Paket Nummer 1 wird von dem Kanal Nummer 1
eingegeben. Der das Vorhandensein des Pakets anzeigende
Impuls (mit der Wellenlänge λs) wird von dem optischen
Verstärker 60 verstärkt und an den nicht linearen Reflektor
62 angelegt, was diesen in den total reflektierenden Zustand
bringt. Da sich der λs-Impuls über die gesamte Länge des
Pakets erstreckt, wird das Paket reflektiert und über den
optischen Koppler 72 auf der optischen
Speicherausgangsleitung 45 vorgesehen. Während das Paket Nummer 1 durch diesen
optischen Schaltabschnitt hindurchgeht, wird ein Teil des
λs-Impulses herausgenommen, als ein elektrisches Signal,
durch das Verzweigungsfilter 63 für den λs-Impuls und den
Fotodetektor 65, und das elektrische Signal wird an den
normalerweise eingeschalteten FET-Schalter 67' angelegt, um
ihn auszuschalten; daher ist der Verstärkungsgrad des
optischen Verstärkers 60' für den λs-Impuls auf dem Kanal 2 null
oder negativ. Selbst wenn ein Paket Nummer 2 von dem Kanal
Nummer 2 zu diesem Zeitpunkt eingegeben wird, wird daher sein
Paket-Vorhanden-Impuls (der Wellenlänge λs) abgeschwächt,
und der nicht lineare Reflektor 62' erlaubt dementsprechend
das Durchgehen des Pakets durch diesen. Als Ergebnis dieses
Vorgangs gelangt das Paket Nummer 2 in die optische
Schleifenleitung 70' und geht um die optische Schleife herum, die
von der optischen Hauptsignalleitung 69' und der optischen
Schleifenleitung 70' gebildet wird, und wird auf diese Weise
gespeichert bis zu dem Zeitpunkt, nachdem das Paket Nummer 1
durch den optischen Speicherabschnitt hindurchgegangen ist.
In diesem Fall wird der das Vorhandensein des Pakets
darstellende Impuls λs von dem optischen Verstärker 61 verstärkt,
zur Kompensierung seiner Intensitätsabschwächung durch den
optischen Verstärker 60' im ausgeschalteten Zustand. Nachdem
das Paket Nummer 1 durch den optischen Speicherabschnitt
hindurchgegangen ist und auf seiner Ausgangsleitung 45
vorliegt, wird der normalerweise eingeschaltete FET-Schalter
67' eingeschaltet, der das Vorhandensein des Pakets
darstellende Impuls des Pakets Nummer 2 wird verstärkt, und der
nicht lineare Reflektor 62' wird in den Zustand der
Totalreflexion gebracht, wodurch das Paket Nummer 2 auf der
Ausgangsleitung 45 des optischen Speichers 60' vorgesehen
ist. In diesem Fall wird, um zu verhindern, daß der optische
Verstärker 60' während des Durchgangs des Pakets Nummer 2
eingeschaltet wird und es unterbricht, ein Teil des Ausgangs
des Fotodetektors 63' in seiner Höhe diskriminiert, und der
optische Verstärker 60' wird nur vor oder nach dem Durchgang
des Pakets eingeschaltet. Dementsprechend werden, wenn der
Kanal Nummer 2 in eingeschaltetem Zustand ist, die Funktionen
des Kanals Nummer 1 und des Kanals Nummer 2 umgekehrt.
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Während dieses Beispiel die nicht linearen Reflektoren 62 und
62' verwendet, ist es ebenfalls möglich, den oben erwähnten
optischen Schalter vom elektrisch gesteuerten Typ zu
verwenden, indem man den λs-Impuls in der gleichen Weise wie in
Fig. 9 feststellt.
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Fig. 13 illustriert ein weiteres Beispiel des optischen
Speicherabschnitts zur Verwendung in einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, angewandt auf die Paketstruktur
mit dem das Vorhandensein des Pakets anzeigenden Impuls (der
Wellenlänge λs) an seinem Kopf und dem Paketende-Impuls (der
Wellenlänge λe) an seinem Ende, siehe Fig. 5B oder 5C.
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Die Bezugszeichen 80 und 80' identifizieren optische Schalter
des elektrisch gesteuerten Typs, 81, 81', 82 und 82'
Verzweigungsfilter für den λs-Impuls, 83 und 83' Verzweigungsfilter
für den λe-Impuls, die Bezugszeichen 84, 84', 85, 85', 86
und 86' bezeichnen Fotodetektoren, 87, 87', 88, 88', 89 und
89' Flip-Flops (von denen jedes durch ein Signal, das an den
mit einem weißen Kreis versehenen Anschluß angelegt wird,
eingeschaltet und von einem Signal an den mit einem schwarzen
Kreis versehenen Anschluß ausgeschaltet wird), und 90 und 90'
bezeichnen normalerweise eingeschaltete FET-Schalter.
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Das Arbeitsprinzip dieses Beispiels ist wie folgt: Wenn ein
Paket Nummer 1 von dem Kanal Nummer 1 eingegeben wird,
schaltet der Vorhanden-Impuls (der Wellenlänge λs) das Flip-
Flop 88 über das Verzweigungsfilter 81 und den Fotodetektor
84 aus. Da das Flip-Flop 89 normalerweise ausgeschaltet ist,
wird kein elektrisches Steuersignal an den optischen Schalter
80 angelegt. Dementsprechend geht das Paket Nummer 1 durch
den optischen Schalter 80 hindurch und wird auf der optischen
Speicherausgangsleitung 45 über den optischen Koppler 72
vorgesehen. Während der Übertragung des Pakets Nummer 1 über
die optische Hauptsignalleitung 69 wird der λs-Impuls des
Pakets Nummer 1 über das Verzweigungsfilter 81 zu dem
Fotodetektor 84 vorgesehen, durch den es in ein elektrisches
Signal umgewandelt wird, das dann an das Flip-Flop 87 zu
dessen Einschaltung angelegt wird, und weiterhin wird das
elektrische Signal über den normalerweise eingeschalteten
FET-Schalter 90 an das Flip-Flop 89' zu dessen Einschaltung
angelegt, wodurch der optische Schalter 80' an dem Kanal
Nummer 2 in den Ein-Zustand geschaltet wird, in dem er den
Durchgang des eingehenden optischen Signals verhindert.
Selbst wenn ein Paket Nummer 2 von dem Kanal Nummer 2 nach
dem Paket Nummer 1 von dem Kanal Nummer 1 eingegeben wird,
wird daher das erstgenannte in die optische Schleifenleitung
70' umgeleitet und zirkuliert längs der optischen Schleife,
die aus der optischen Hauptsignalleitung 69' und der
optischen
Schleife 70' auf dem Kanal Nummer 2 zusammengesetzt
ist; d. h., daß das Paket Nummer 2 gespeichert wird. Nach
Feststellen des Paketende-Impulses (der Wellenlänge λe) des
Pakets Nummer 1 durch das Verzweigungsfilter 83 wird das
Flip-Flop 89' ausgeschaltet. Wenn der λs-Impuls des um die
Schleife zirkulierenden Pakets Nummer 2 von dem
Verzweigungsfilter 81' festgestellt wird, wird das Flip-Flop 88'
ausgeschaltet, und dementsprechend wird es dem Paket Nummer 2
erlaubt, durch den optischen Schalter 80' zu der optischen
Speicherausgangsleitung 45 hindurchzugehen. Um zu verhindern,
daß das Paket Nummer 2 durch das Schalten des optischen
Schalters 80' aus dem Ein-Zustand in den Aus-Zustand während
des Durchgehens des Pakets durch diesen abgeschnitten wird,
ist das Verzweigungsfilter 82' für den λs-Impuls direkt in
Zuordnung zu dem optischen Schalter 80' vorgesehen, wodurch
der optische Schalter 80' in dem Ein-Zustand gehalten wird,
während das Paket Nummer 2 durch ihn in diesem Zustand
hindurchgeht. Wenn das Anlegen des Pakets Nummer 2,
gespeichert in der optischen Schleife, an die optische
Speicherausgangsleitung 45 gestartet wird, werden die Funktionen des
Kanals Nummer 1 und des Kanals Nummer 2 ausgetauscht.
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Der Ein-Aus-Betrieb jedes Elements in dem optischen
Speicherabschnitt und die Zeitsteuerung der optischen Paketsignale
werden durch Optimieren der Längen der optischen
Hauptsignalleitungen 69 und 69' und der optischen Schleifenleitungen 70
und 70' erhalten, die jeweils durch eine optische Faser
gebildet werden.
Tabelle 1
Optischer Speicherabschnitt Optische Schaltsektion
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Fig. Tabelle 1 zeigt Kombinationen der oben beschriebenen
optischen Schalt- und optischen Speicherabschnitte, die auf die
in Fig. 5 gezeigten Paketstrukturen anwendbar sind. In den
Systemen beliebiger Kombinationen wird ein Teil jedes des
Paket-Vorhandensein-Signals, des Leitsignals und des
Paketende-Signals der fotoelektrischen Umwandlung unterworfen,
aber ihre ursprünglichen Signale werden intakt der folgenden
Stufe übertragen, und da das Hochgeschwindigkeitsdatensignal
der fotoelektrischen Umwandlung überhaupt nicht unterworfen
wird, wird die Hochgeschwindigkeitseigenschaft des Lichts
vollständig ausgenutzt. In den in den Fig. 5C und 5D
dargestellten Paketstrukturen können die jeweiligen
Leitimpulse einem Multiplexverfahren unterworfen werden, so daß
sie in der gleichen Zeitscheibe auftreten.
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Die Lichtquelle für das optische Paketvermittlungssystem nach
der vorliegenden Erfindung wird durch eine Anordnung
implementiert, wie sie beispielsweise in Fig. 14 dargestellt ist,
in der Halbleiterlaser 100 mit einer einzigen Wellenlänge und
verteilter Rückkopplung (DFB), die bei verschiedenen
Wellenlängen arbeiten, in einer monolithischen Form integriert
sind, und ihre optischen Ausgänge werden über Wellenleiter
101 mit niedrigem Verlust einem Multiplexverfahren
unterworfen. Das Bezugszeichen 102 bezeichnet eine integrierte
Schaltung, die eine Schaltung zum Einstellen des Zeitablaufs
für die Leistungsversorgung zu jedem Laser enthält, so daß
jede Paketstruktur, wie sie in den Fig. 5A bis 5D gezeigt
ist, erhalten wird.
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Nach der vorliegenden Erfindung kann, da der
Schalterschließvorgang in Übereinstimmung mit dem Vorhandensein oder Fehlen
eines optischen Signals einer speziellen Wellenlänge
durchgeführt wird, das Paketsignal, das als ein optisches Signal
übertragen wird, intakt ohne seine Umwandlung in ein
elektrisches Signal geschaltet werden; denn die vorliegende
Erfindung benötigt nicht die fotoelektrische Umwandlung und
vereinfacht daher die Anordnung der Paketvermittlung und
ermöglicht ein Hochgeschwindigkeits-Paketvermitteln, das die
Hochgeschwindigkeitseigenschaft des Lichts voll ausnutzt.
Darüber hinaus kann ein integriertes optisches
Kommunikationsnetzwerk durch Formen eines breitbandigen integrierten
Kommunikationsnetzwerks konstruiert werden, unter Verwendung
der optischen Paketvermittlung der vorliegenden Erfindung und
optischer Übertragungsleitungen; daher ist die vorliegende
Erfindung von großer praktischer Nützlichkeit.