DE60019050T2

DE60019050T2 - Kompakter Schalter mit hoher Kapazität

Info

Publication number: DE60019050T2
Application number: DE60019050T
Authority: DE
Inventors: Alan F. Kanata Graves; Nigel L. Weston Colville Cambridge Bragg
Original assignee: Nortel Networks Ltd
Current assignee: Nortel Networks Ltd
Priority date: 1999-09-27
Filing date: 2000-09-26
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2020-09-27
Also published as: EP1087637B1; US6704307B1; CA2283953A1; EP1087637A3; DE60019050D1; EP1087637A2; CA2283953C

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die digitale Vermittlungstechnologie allgemein und insbesondere auf eine kompakte, eine sehr hohe Kapazität aufweisende Vermittlung zur Verwendung in einem optischen Transport-Netzwerk.
Hintergrund der Erfindung
Die dauernd zunehmende Popularität des Internets als Träger für die Übertragung von Informationen aller Art, unter Einschluss von elektronischen Post-Mitteilungen, Sprachunterhaltungen, Fotografien, Dateien und Rundfunk-Direktübertragungen hat zu einer Explosion hinsichtlich des Volumens des digitalen Verkehrs geführt, der auf dem heutigen Hauptverkehrsnetz oder Backbone-Netz von hauptsächlich eine niedrige Kapazität aufweisenden Verbindungsstrecken (beispielsweise OC-3 und C-48) übertragen wird. Der Ausdruck „OC-x" wird zur Bezeichnung eines „optischen Trägers" verwendet, und bezieht sich auf ein digitales optisches Signal mit einer Rate von dem „x"-fachen der grundlegenden Rate von 51,84 Mbps, worin „x" typischerweise die Werte 3, 12, 48 oder 192 annehmen kann. So hat beispielsweise ein OC-48-Signal eine Rate von 2,488 Gbps, was ungefähr gleich 2,5 Gbps oder 20 Milliarden Bits pro Sekunde ist.
Der Bedarf an größerer Netzwerkkapazität, der hauptsächlich durch den Eintritt in das Informationszeitalter hervorgerufen wurde, hat zu der Einführung von OC-192-Verbindungsstrecken sowie zu einer Technologie geführt, die als WDM oder Wellenlängen-Multiplexierung bekannt ist. Bei WDM belegen mehrfache einzelne optische Träger – dies können OC-3-Signale, OC-48-Signale, OC-192-Signale oder irgendeine andere Art von Signalen sein –, jeweils getrennte Wellenlängen des Lichtes entlang eines Streckenabschnittes eines Lichtleitfaser-Kabels. Weil mehrfache Wellenlängen unabhängig durch verschiedene Signale belegt sind, kann die Informationsmenge, die von einer einzigen Lichtleitfaser übertragen wird, dramatisch gegenüber dem üblichen Fall vergrößert werden, in dem lediglich eine einzige Lichtwellenlänge verwendet wird.
Es wird erwartet, dass zukünftige Transportfähigkeiten in der Größenordnung von mehreren Terabits pro Sekunde (Tbps, gleich 10¹² Bits pro Sekunde) pro Lichtleitfaser liegen werden. Auf der Transportebene wird dies wahrscheinlich durch die Verwendung von WDM mit 100 oder mehr Wellenlängen auf einer einzigen Lichtleitfaser erreicht, wobei jede Wellenlänge ein OC-192-Zuführungssignal (das heißt ein digitales optisches Signal mit ungefähr 10 Gbps) zuführt. Wenn eine große Anzahl derartiger Mehrfach-Wellenlängen-Lichtleitfasern durch einen Netzwerk-Knoten hindurchläuft, muss die Vermittlungsausrüstung an dem Knoten Kapazitäten in dem Multi-Terabit-pro-Sekunde-Bereich unterstützen, um eine ausreichende Vermittlungsgranularität zur Zwischenverbindung von Wellenlängen von jedem Streckenabschnitt in einer nicht blockierenden Weise bereitzustellen. Übliche derzeit erhältliche Technologien ermöglichen es jedoch nicht, derartig extrem hohe Vermittlungskapazitäten zu erzielen.
Das heißt, dass, obwohl sich eine sehr schnelle Entwicklung der WDM-fähigen Transporttechnologie bis zu dem Punkt ergeben hat, bei dem zu erwarten ist, dass derzeit verwendete Techniken in ausreichender Weise zukünftige Transportanforderungen erfüllen, auf dem Gebiet der Vermittlungstechnologie keine Verbesserungen in ähnlichem Ausmaß erfolgt sind. Als Ergebnis fehlt der Telekommunikations-Industrie derzeit der Zugang zu Vermittlungen, die in der Lage sind, mehrere hundert oder mehrere tausend Mehr-Gigabit-pro-Sekunde-Zuführungssignale gemäß einer willkürlichen Umsetzung in einer nicht blockierenden Weise zu vermitteln, um Vermittlungskapazitäten in dem Mehrfach-Terabit-pro-Sekunden-Bereich zu erzielen.
Auf der Suche nach einer extrem hohen Vermittlungskapazität könnten heutige Telekommunikationsdienst-Anbieter vorschlagen, die eigentlichen Konzepte zu erweitern, die die Vermittlungstechnologie bis zu ihrem heutigen Stand gebracht haben. Derartige Konzepte, die eine Zeitmultiplexierung, eine Zeitkoppelvermittlung und eine Raumkoppelvermittlung einschließen, sind jedoch nicht ohne weiteres anpassbar, um die Vermittlung von mehrfachen Signalen abzuwickeln, die gleichzeitig das gleiche Übertragungsmedium benutzen (wie dies allgemein bei einem WDM-Szenariums der Fall ist). Weiterhin führt eine geradlinige Erweiterung von derzeit verwendeten Vermittlungstechniken in dem Terabit-pro-Sekunden-Bereich zu Vermittlungsamt-Ausrüstungen, die einen unannehmbar hohen Leistungsverbrauch, hauptsächlich als Ergebnis eines äußerst wenig praktischen räumlichen Volumens, aufweisen.
Die GB 2 074 815 beschreibt eine Einrichtung mit n Eingangspfaden und n Ausgangspfaden in n Stufenkopplungs-Verbindungsstrecken eines mehrstufigen Telekommunikations-Vermittlungsnetzwerkes, das zeitmultiplexierte Kommunikationspfade abwickelt und digitale Vermittlungsmodule verwendet. Die Einrichtung umfasst n Multiplexer, die jeweils einen Ausgang und n Eingänge haben, wobei jeder Multiplexer einen diskreten Ausgangspfad für die Einrichtung bildet und jeder Eingangspfad mit einem jeweiligen Eingang jedes Multiplexers verbunden ist. Die Multiplexer werden so gesteuert, dass sie einen ausgewählten Eingangspfad mit einem entsprechenden Ausgangspfad entsprechend einer Adresseninformation verbinden, die den Multiplexern von einem zyklischen Adressengenerator zugeführt werden. Der zyklische Adressengenerator ist mit einem festen Kanalzuteilungs-Adressenmuster vorprogrammiert, das so angeordnet ist, dass die Kanäle an jedem Eingangspfad gleichförmig über die Ausgangspfade verteilt werden, ohne dass die Position der Kanäle innerhalb eines multiplexierten Rahmens geändert wird.
Die US 5 745 846 beschreibt eine eine hohe Kapazität aufweisende ATM-Vermittlung zum Vermitteln von Daten in einem heterogenen Burst einer vorgegebenen Anzahl von Zellen zwischen N Einlass-Modulen und M Auslass-Modulen in jeder aufeinanderfolgenen Zugriffszeit, wobei M und N positive ganze Zahlen oder ganze Zahlen sind. Die Vermittlung umfasst N Einlass-Module mit Puffern, wobei jeder Puffer jedem der Auslass-Module ausschließlich zugeordnet ist, um Zellen entsprechend den Ziel-Auslass-Modulen der Zellen in den jeweiligen Puffern zu speichern. Weiterhin sind in der Vermittlung P Speicher enthalten, wobei P eine positive ganze Zahl ist, und wobei jeder Speicher M Speicherabschnitte aufweist, die jeweils in der Lage sind, zumindest die vorgegebene Anzahl von Zellen aufzunehmen und jedem Auslass-Modul ausschließlich zugeordnet ist. Die Vermittlung schließt weiterhin einen Einlass-Rotator ein, um zyklisch in jeder Zugriffszeit die N Einlassmodule und P Speicher derart zu verbinden, dass jeweilige Zellen von den N Einlassmodulen übertragen und in jeweiligen Abschnitten entsprechend dem Ziel-Auslass-Modul jeder Zelle gespeichert werden. Die Vermittlung schließt weiterhin einen Auslass-Rotator zur zyklischen Verbindung der P Speicher und M Auslass-Module in jeder Zugriffszeit ein, so dass jeweilige Auslass-Module mit jeweiligen Speicherabschnitten verbunden werden, um darin enthaltene Zellen auszulesen. Bei bestimmten Ausführungsformen können große Rotatoren unter Verwendung von eine kleinere Größe aufweisenden Rotatoreinheiten dadurch aufgebaut werden, dass Bänke von kleinen Einheiten kaskadiert werden, die mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten arbeiten.
Somit ist es ersichtlich, dass wenn man der Notwendigkeit der Vermittlung von Mehrfach-Terabits an digitaler Information pro Sekunde innerhalb eines annehmbaren Volumens und innerhalb annehmbarer Leistungsverbrauchsgrenzen gegenübersteht, man sich nicht auf die derzeit erhältliche übliche Vermittlungstechnologie verlassen kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ergibt eine Lösung für die oben erwähnten Probleme, die von Natur aus bei heute verwendeten Vermittlungstechnologien vorliegen, indem eine eine hohe Kapazität aufweisende Vermittlung geschaffen wird, die für einen Betrieb in zumindest dem Mehrfach-Tbps-Bereich geeignet ist und die ausreichend kompakt ist, um in ein einziges Gerätegestellt zu passen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vermittlungseinheit geschaffen, die Folgendes umfasst:

eine Vielzahl von Empfangs-Port-Karten, wobei jede Empfangs-Port-Karte zumindest einen ersten M-Weg-Kommutator umfasst, wobei die Gesamtzahl von ersten M-Weg-Kommutatoren über alle die Empfangs-Port-Karten gleich N ist;
eine Vielzahl von Sende-Port-Karten, wobei jede Sende-Port-Karte zumindest einen zweiten M-Weg-Kommutator umfasst, wobei die Gesamtzahl der zweiten M-Weg-Kommutatoren über alle die Sende-Port-Karten hinweg ebenfalls gleich N ist;
eine Vielzahl von Schalter-Karten, wobei jede Schalter-Karte zumindest einen ersten N-Weg-Kommutator und eine entsprechende Anzahl von zweiten N-Weg-Kommutatoren umfasst, wobei die Gesamtzahl von ersten N-Weg-Kommutatoren über alle die Schalter-Karten gleich M ist und wobei die Gesamtzahl der zweiten N-Weg-Kommutatoren über alle die Schalter-Karten ebenfalls gleich M ist, wobei jede Schalter-Karte weiterhin Einrichtungen zur steuerbaren Zeitlagenvermittlung einer Vielzahl von Signalen, die von dem ersten N-Weg- Kommutator abgegeben werden und zur Lieferung einer Vielzahl von vermittelten Signalen an den entsprechenden zweiten N-Weg-Kommutator umfasst;
wobei der m-te Ausgang des n-ten ersten M-Weg-Kommutators mit dem n-ten Eingang des m-ten ersten N-Weg-Kommutators verbunden ist, und wobei der n-te Ausgang des m-ten zweiten N-Weg-Kommutators mit dem m-ten Eingang des n-ten zweiten M-Weg-Kommutators verbunden ist, wobei 1 ≤ m ≤ M und 1 ≤ n ≤ N ist;
wobei die M-Weg-Kommutatoren und die N-Weg-Kommutatoren harmonisch aufeinander bezogene Kommutations-Schrittraten haben, wodurch die ersten M-Weg-Kommutatoren an den Empfangsport-Karten und die ersten N-Weg-Kommutatoren an den Vermittlungskarten als ein P-Weg-Kommutator arbeiten und wobei die zweiten M-Weg-Kommutatoren auf den Sendeport-Karten und die zweiten N-Weg-Kommutatoren auf den Vermittlungskarten als ein P-Weg-Kommutator arbeiten, worin P = M*N ist.

Die Schwierigkeiten einer gerätemäßigen Realisierung, die mit der Konstruktion von großen Kommutationsvermittlungen verbunden sind, werden durch die Verteilung der Funktionalität von verschiedenen Elementen einer großen konzeptuellen Kommunikationsvermittlung auf mehrfache Leiterkarten erleichtert.
Vorzugsweise sind die Port-Karten im Wesentlichen parallel zueinander, wobei die Schalter-Karten im Wesentlichen parallel zueinander sind, und wobei die Senkrechte zu irgendeiner Port-Karte und die Senkrechte zu irgendeiner Schalter-Karte nicht parallel sind.
Vorzugsweise sind die Port-Karten im Wesentlichen parallel zueinander, wobei die Schalter-Karten im Wesentlichen parallel zueinander sind, und wobei die Port-Karten im Wesentlichen orthogonal zu den Schalter-Karten angeordnet sind.
Vorzugsweise ist die Vermittlungseinheit weiterhin mit einer Mittelebene ausgerüstet, die mit den Port-Karten und mit den Schalter-Karten verbunden ist, wobei die Verbindungen zwischen den ersten M-Weg-Kommutatoren und den ersten N-Weg-Kommutatoren und die Verbindungen zwischen den zweiten N-Weg-Kommutatoren und den zweiten M-Weg-Kommutatoren durch elektrische Pfade durch die Mittelebene hindurch geschaffen werden.
Vorzugsweise wirken die Kommutatoren und die Zeitlagenvermittlungseinheiten zusammen, um eine nicht blockierende Zeit- und Raumlagen-Vermittlung von Signalen an den Eingängen der ersten M-Weg-Kommutatoren zu schaffen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Beispiele der Erfindung werden nunmehr im Einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1A eine perspektivische Ansicht einer eine hohe Kapazität aufweisenden optischen Cross-Connect- (Verzweigungs-) Einrichtung ist, die einen Satz von parallelen Port-Karten einschließt, die mit einem Satz von parallelen Schalter-Karten an einer Mittelebene gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbunden sind;
1B eine Seitenansicht der optischen Cross-Connect-Einrichtung nach 1A ist;
1C eine Draufsicht auf eine optische Cross-Connect-Einrichtung nach 1A ist;
1D eine perspektivische Ansicht einer eine hohe Kapazität aufweisenden Cross-Connect-Einrichtung ist, die zwei Sätze von parallelen Port-Karten einschließt, die mit einem Satz von parallelen Schalter-Karten über zwei Mittelebenen verbunden sind;
2 ein Blockschaltbild einer Port-Karte gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
3 ein Blockschaltbild eines 16×16-Kommutators ist;
4A eine Vorderansicht der Mittelebene ist, die eine Vielzahl von Verbindern und Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungsbereichen zeigt;
4B in weiteren Einzelheiten einen Teil der Mittelebene zeigt, wie sie in der Ansicht nach 4A zu erkennen ist;
5 ein Blockschaltbild einer Vermittlungskarte gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
6 ein Eingangs-/Ausgangsdiagramm eines 4×4-Kommutators zeigt;
7 ein Funktionsdiagramm der optischen Cross-Connect-Einrichtung nach 1A ist;
8 zeigt, wie ein Teil-P×N-Kommutator von einem P×P-Kommutator aufgebaut werden kann;
9 ein Blockschaltbild eines 4×4-Kommutators ist;
10 ein Blockschaltbild eines P×P-Kommutators ist, der als N M×M-Kommutatoren verteilt ist, die mit M N×N-Kommutatoren verbunden sind, worin P = N*N ist;
11 ein Blockschaltbild einer Steuerprozessor-Karte ist;
12 eine mikro-elektromechanische Einrichtung zum Schutz von Verkehr zeigt, der zu einer ausgefallenen Port-Karte verläuft und von dieser kommt;
13 eine perspektivische Ansicht einer eine hohe Kapazität aufweisenden optischen Cross-Connect-Einrichtung ist, die einen Satz von parallelen Port-Karten einschließt, die mit einem Satz von parallelen Schalter-Karten ohne eine zwischenliegende Mittelebene verbunden sind;
14 ein Blockschaltbild einer zwei-real-zwei-Raum-Zeitlagen-Vermittlung zeigt, und
15 zeigt wie eine orthogonale Zwischenverbindung von Kommutatoren gemäß 10 die Verdrahtungsanordnung zwischen den Sätzen von Kommutatoren vereinfacht.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform Bevor die vorliegende Erfindung mit irgendwelchen Einzelheiten beschrieben wird, ist es zweckmäßig, das Konzept eines Kommutators und das einer kommutativen Vermittlung einzuführen, die in großem Umfang über den gesamten Rest der ausführlichen Beschreibung verwendet werden. Ein M×M- (oder „M-Weg"-) Kommutator ist eine Schaltung mit M Eingängen und M Ausgängen, die die an jedem ihrer M Eingänge ankommenden Daten zu jedem einen ihrer M-Ausgänge für 1/M-tel der Zeit in einer sich wiederholenden zyklischen Weise überträgt.
In 9 ist mit weiteren Einzelheiten eine Möglichkeit gezeigt, wie ein vier Eingänge und vier Ausgänge aufweisender Kommutator 900 aufgebaut werden kann. Ähnliche Konzepte gelten für den Aufbau eines größeren Kommutators. Im Fall eines 4×4-Kommutators 900 führen vier Eingänge A, B, C, D zu zwei 2×2-Schaltern 226C1, 226C2, und vier Ausgänge E, F, G, H werden von einem weiteren Paar von 2×2-Schaltern 226D1, 226D2 abgenommen. Ein Ausgang des Schalters 226C2 ist mit einem Eingang des Schalters 226D1 verbunden, wobei der andere Ausgang des Schalters 226C1 mit einem Eingang des Schalters 226D2 verbunden ist, und ein Ausgang des Schalters 226C2 mit dem anderen Eingang der Vermittlung 226D1 verbunden ist, während ein anderer Ausgang des Schalters 226C2 mit dem anderen Eingang des Schalters 226D2 verbunden ist.
Jeder einzelne Schalter ist so programmiert, dass er zwischen einer geradlinig hindurchlaufenden Umsetzung und einer Überkreuz-Umsetzung unter gleichmäßig verteilten Zeitintervallen umschaltet. Die Rate des Umschaltens eines einzelnen Schalters hängt von der Position des Schalters in dem Kommutator ab. Im Einzelnen wird bewirkt, dass die Schalter 226C1, 226C2 mit einer Rate umschalten (Schaltschritt), die als die Kommutations-Schrittrate (CSR) bekannt ist, während bewirkt wird, dass die Schalter 226D1, 226D2 mit der Hälfte dieser Rate umschalten. Als Ergebnis wiederholt sich genau der gleiche Schalt- oder Vermittlungszyklus alle vier Schritte. Die Frequenz, mit der sich der gesamte Zyklus wiederholt, ist als die Kommutations-Zyklusrate (CCR) bekannt, und sie ist in diesem Fall gleich CSR/4.
Der Betrieb des Kommutators 900 wird nunmehr unter Bezugnahme auf 6 beschrieben, in der Datenelemente, die an jedem der vier Eingänge A, B, C, D vorliegen, mit einem Zeit-Index indexiert sind, der bei 0 Sekunden (auf der äußersten rechten Seite) beginnt und nach links hin auf einer Grundlage pro Sekunde zunimmt. Es wird zu Erläuterungszwecken angenommen, dass ein neues Datenelement jede Sekunde ankommt, und dass die Schalter 226C1 und 226C2 alle zwei Sekunden umschalten (das heißt der Kommutator 900 hat eine CSR von ½ Sekunden^–1). Dies führt zu einer Zykluszeit von 4*2 = 8 Sekunden. Weiterhin wird angenommen, dass die an den Ausgängen E, F, G, N gesammelten Daten keine Verzögerung beim Durchlaufen des Kommutators 900 erfahren.
Während der ersten zwei Sekunden enthalten die Ausgänge E, F, G und N Daten von den Eingängen A, C, B bzw. D. Nach zwei Sekunden schalten die Schalter 226C1 und 226C2 um, und die Ausgänge E, F, G und H werden jeweils mit den Eingängen B, D, A und C verbunden. Dies ist der Zustand für die nächsten zwei Sekunden, wobei an diesem Punkt die Schalter 226C1 und 226C2 auf ihre ursprünglichen Umsetzungen zurückschalten. Zusätzlich schalten an diesem Punkt in der Hälfte durch den Zyklus die Schalter 226D1 und 226D2 ihre jeweiligen Umsetzungen um. Daher kommen während der nächsten zwei Sekunden die Daten an den Ausgängen E, F, G und H von den Eingängen C, A, D bzw. B an. Zwei Sekunden später werden die Schalter 226C1 und 226C2 erneut umgeschaltet, und die Ausgänge E, F, G und H enthalten Daten von den Eingängen D, B, C bzw. A. Diese Umsetzung bleibt in Kraft, bis 8 Sekunden verstrichen sind, wobei zu diesem Zeitpunkt der gesamte Zyklus wiederholt wird.
Somit ist zu erkennen, dass die Wirkung des Kommutators 900 darin besteht, Daten von jedem der vier Eingänge auf die vier Ausgänge während eines Viertels der Zeit zu verteilen. Die Reihenfolge, in der die Eingänge A, B, C, D an den Ausgängen E, F, G, H erscheinen, kann durch Ändern der Umschaltrate geändert werden, die jedem der verschiedenen Schalter zugeordnet ist. Der Fachmann wird erkennen, dass die ursprünglichen Eingangs-Datenströme A, B, C, D dadurch zurückgewonnen werden, dass die kommutierten Ausgangs-Datenströme E, F, G, H durch einen identischen Kommutator geleitet werden, der mit der gleichen CSR und CCR arbeitet, mit Ausnahme der Tatsache, dass die Ausgänge des zweiten Kommutators als Eingänge und umgekehrt verwendet werden.
Es wird nunmehr auf die 3 Bezug genommen, die mit weiteren Einzelheiten eine mögliche Art zeigt, wie ein sechzehn Eingänge und sechzehn Ausgänge aufweisender Kommutator 930 realisiert werden kann. Selbstverständlich gibt es viele andere Möglichkeiten zum Aufbau eines Kommutators. Die sechzehn Eingangs-Ports 930A–930P entsprechen in Wirklichkeit einer Gesamtheit von Eingangs-Ports, die zu einem ersten Satz von acht zwei-mal-zwei-Schaltern 226A1-8 gehören, während die sechzehn Ausgangs-Ports 930A', 930B'–930P' in Wirklichkeit einer Gesamtheit von Ausgangs-Ports entsprechen, die zu einem vierten Satz von acht zwei-mal-zwei-Schaltern 226D1-8 gehören. Zwischen den ersten und vierten Sätzen von Schaltern liegen zweite und dritte Sätze von acht zwei-mal-zwei-Schaltern, die jeweils bei 226B1-8 bzw. 226C1-8 in 3 gezeigt sind.
Die vier Sätze von acht zwei-mal-zwei-Schaltern 226A1-8, 226B1-8, 226C1-8, 226D1-8 sind in der folgenden Weise miteinander verbunden. Die Ausgänge des Schalters 226A1 sind mit den Eingängen der Schalter 226B1 und 226B5 verbunden, die Ausgänge der Schalter 226A2 sind mit den Eingängen der Schalter 226B2 und 226B6 verbunden, die Ausgänge des Schalters 226A3 sind mit den Eingängen der Schalter 226B3 und 226B7 verbunden, und die Ausgänge des Schalters 226A4 sind mit den Eingängen der Schalter 226B4 und 226B8 verbunden. Die Schalter 226A5–226A8 sind mit den Schaltern 226B1–226B8 in einer ähnlichen Weise verbunden.
Als nächstes sind die Ausgänge des Schalters 226B1 mit den Eingängen der Schalter 226C1 und 226C3 verbunden, die Ausgänge der Schalter 226B2 sind den Eingängen der Schalter 226C2 und 226C4 verbunden, die Ausgänge des Schalters 226B3 sind mit den Eingängen der Schalter 226C3 und 226C1 verbunden, und die Ausgänge des Schalters 226B4 sind mit den Eingängen der Schalter 226C4 und 226C2 verbunden. Ein identisches Verbindungsmuster existiert zwischen den Schaltern 226B5–226B8 und den Schaltern 226C5–226C8.
Schließlich ist ein Ausgang des Schalters 226C1 mit einem Ausgang des Schalters 226D1 verbunden, während der andere Ausgang des Schalters 226C1 mit einem Eingang des Schalters 226C2 verbunden ist, ein Ausgang des Schalters 226C2 mit dem anderen Eingang des Schalters 226D1 verbunden ist, und der andere Ausgang des Schalters 226C2 mit dem anderen Eingang des Schalters 226D2 verbunden ist. Ein identisches Verbindungsmuster existiert zwischen Paaren der Schalter 226C3, 226C4 und 226D2, 226D4, zwischen Paaren der Schalter 226C5, 226C6 und 226D5, 226D6, und zwischen Paaren Schalter 226C7, 226C8 und 226D7, 226D8.
Jeder einzelne Schalter ist so programmiert, dass er zwischen einer geradlinig hindurchlaufenden Umsetzung und einer Überkreuzungs-Umsetzung an gleichförmig verteilten Zeitintervallen umschaltet. Ein Befehl zum Umschalten jedes Schalters wird von einer gemeinsamen (nicht gezeigten) Steuereinheit über Steuerleitungen 228A, 228B, 228C, 228D empfangen. Die Rate des Umschaltens eines einzelnen Schalters hängt von dem Satz ab, zu dem der Schalter gehört. Im einzelnen sind die Schalter 226D1-8 in dem vierten Satz so programmiert, dass sie mit einer Rate schalten, die als die Kommutations-Schrittrate (CSR) bekannt ist. Schalter in den dritten, zweiten und ersten Sätzen sind so programmiert, dass sie mit Raten von CSR/2, CSR/4 bzw. CSR/8 schalten. Als Ergebnis wiederholt sich exakt der gleiche Schaltzyklus zu Intervallen, die 16 mal so lang sind, wie das Intervall eines einzelnen Schrittes. Die Frequenz, mit der der gesamte Zyklus sich selbst wiederholt, und die als die Kommunikations-Zyklusrate (CCR) bekannt ist, ist gleich CSR/16 oder einem sechzehntel der Kommutations-Schrittrate.
Ohne in weitere Einzelheiten zu gehen, ist zu erkennen, dass die Wirkung des Kommutators 930 darin besteht, Daten von jedem der 16 Eingänge 930A-P auf die 16 Ausgänge 930A'–930P' während eines sechzehntel der Zeit zu verteilen. Der Fachmann wird weiterhin erkennen, dass die ursprünglichen Eingangs-Datenströme dadurch zurückgewonnen werden können, dass die kommutierten Ausgangs-Datenströme über einen identischen Kommutator geleitet werden, der mit der gleichen CSR und CCR arbeitet, jedoch mit der Ausnahme, dass die Ausgänge des zweiten Kommutators als Eingänge verwendet werden, und umgekehrt.
Es wird nunmehr auf das US-Patent 4 450 557 Bezug genommen, das auf den Namen von E. Munter ausgegeben und auf den Inhaber der vorliegenden Erfindung übertragen wurde. Das US-Patent 4 450 557 beschreibt eine Art und Weise zur Erzielung einer blockierungsfreien Zeit- und Raumlagenvermittlung einer Vielzahl von Rahmen-basierten Eingangssignalen.
Speziell unter Bezugnahme auf 14 ist zu erkennen, dass eine Vermittlung 1400 gemäß dem US-Patent 4 450 557 zwei Eingänge S, T und zwei Ausgänge U, V aufweist. Die Vermittlung 1400 umfasst zwei Sätze von Schaltern 1410, 1415, die jede Seite eines Satzes von Datenspeichern 1420 flankieren. Ein weiterer Satz von Schaltern 1430 ist zwischen einem Paar von Verbindungs-Speichern 1440 und jeweiligen Datenspeichern 1420 angeschlossen. Die Rate des Schaltens der Schalter 1410, 1415 1430 ist die gleiche und ist festgelegt.
Die Verbindungsspeicher 1440 enthalten eine gewünschte Zeitschlitz-Austausch-Umsetzungskarte für jeden Ausgang U, V. Wegen der Wechselwirkung der Schalter 1410, 1415, 1430 und weil der spezielle Verbindungsspeicher 1440, der zum Lesen von einem vorgegebenen Datenspeicher 1420 verwendet wird, sich als eine Funktion der Zeit ändert, können die Austausch-Umsetzungskarten, die in den Verbindungsspeichern 1440 gespeichert sind, zur Erzielung einer blockierungsfreien Zeit- und Raumvermittlung verwendet werden.
Im allgemeinen Fall, in dem es mehr als zwei Eingänge und mehr als zwei Ausgänge gibt, kann eine blockierungsfreie Zeit- und Raumvermittlung konzeptuell dadurch erzielt werden, dass Kommutatoren anstelle der Schalter 1410, 1415, 1430 verwendet werden. Im Fall einer sehr großen und eine hohe Kapazität aufweisenden Vermittlung führt jedoch eine geradlinige Erweiterung der Konzepte, die in dem US-Patent 4 450 557 eingeführt wurden, zu einer äußerst unpraktischen Realisierung einer Kommutationsvermittlung. Wenn es beispielsweise erwünscht ist, eine blockierungsfreie P×P-Vermittlung aufzubauen, so ist die erforderliche Größe der Kommutatoren auf jeder Seite der Datenspeicherbank gleich P×P. Wenn es daher erwünscht ist, eine 2,56 Tbps-Vermittlung aufzubauen, die in der Lage ist, Eingänge mit 10 Gbps pro Eingang zu empfangen, so ist P = 2,56 Tbps/10 Gbps = 256, und die erforderliche Kommutatorgröße ist daher 256 × 256.
Unter Verwendung der derzeit verfügbaren Technologie ist es praktisch unmöglich, Kommutatoren dieser Größe aufzubauen. Durch einfaches Betrachten der Vergrößerung der Komplexität, die durch die Übergang von dem Kommutator 900 (in 9) zu dem Kommutator 930 (in 3) hervorgerufen wird, wird es verständlich, dass ein Übergang von einem 16×16-Kommutator zu einem 256×256-Kommutator ein exzessiv kompliziertes Verdrahtungsmuster erfordert. Weiterhin ist es äußerst unpraktisch, einstöckige Geräte mit 256 Hochgeschwindigkeitseingängen und 256 Hochgeschwindigkeitsausgängen zu konstruieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Schwierigkeiten bei der gerätemäßigen Verwirklichung, die mit dem Aufbau großer Kommutations-Vermittlungen verbunden sind, dadurch gemildert, dass die Funktionalität verschiedener Elemente der Vermittlung auf mehrfache Leiterkarten verteilt wird.
Zunächst einmal werden große Kommutatoren aus kleineren Kommutatoren aufgebaut, wobei ein Verfahren wie das folgende verwendet wird, das auf die Konstruktion eines P×P-Kommutators anwendbar ist:

1. Zerlege P in M und N;
2. füge eine erste Gruppe von N Kommutatoren (jeweils mit der Größe M×M) und eine zweite Gruppe von M Kommutatoren (jeweils mit einer Größe von N×N) zusammen;
3. verbinde den m-ten Ausgang des n-ten Kommutators in der ersten Gruppe mit dem n-ten Eingang des m-ten Kommutators in der zweiten Gruppe, worin 1 ≤ m ≤ M und 1 ≤ n ≤ N ist; und
4. setze die CSR für die Kommutatoren in einer Gruppe gleich der CCR der Kommutatoren in der anderen Gruppe.

In 10 ist ein P×P-Kommutator 1000 gezeigt, der gemäß dem vorstehenden Verfahren konstruiert ist. Im Einzelnen ist P = M*N, und es gibt N Kommutatoren 1010A–1010N mit der Größe M×M (das heißt M-Weg-Kommutatoren), die mit M Kommutatoren 1020A–1020M der Größe N×N (das heißt N-Weg-Kommutatoren) verbunden sind. Die M×M-Kommutatoren 1010A–1010N haben eine mit
bezeichnete CSR, und die N×N-Kommutatoren 1020A–1020M haben eine mit
bezeichnete CSR. Durch harmonisches Beziehen von
und
kann der Kommutator 1000 so ausgebildet werden, dass er sich als ein P×P-Kommutator verhält.
Es ist in 10 zu erkennen, dass wenn die zwei Sätze von Kommutatoren 1010A–1010N, 1020A–1020M in der gleichen Ebene liegen, der Zwischenverbindungsbereich zwischen den Kommutatoren ein kompliziertes Verdrahtungsmuster zeigt. Es wurde von den Erfindern erkannt, dass dieses Verdrahtungsmuster beträchtlich dadurch vereinfacht werden, dass die Kommutatoren in einem Satz in eine andere Ebene gebracht werden, als die Kommutatoren des anderen Satzes. Beispielsweise kann der gewünschte Effekt dadurch erzielt werden, dass die Kommutatoren 1020A–1020M orthogonal bezüglich der Kommutatoren 1010A-1010M angeordnet werden, wie dies in 15 gezeigt ist. Es ist zu erkennen, dass das Verdrahtungsmuster sehr stark vereinfacht wird, weil jede Verbindung zwischen zwei Kommutatoren eine gradlinig durchgehende Verbindung ist und so ausgebildet werden kann, dass sie im Wesentlichen die gleiche Länge hat, was zu verbesserten Bedingungen für die Signalausbreitung führt.
Somit wurde gezeigt, wie ein P×P-Kommutator (worin P = M*N ist) in einen Satz von N Kommutatoren unterteilt werden kann, die mit einem Satz von M Kommutatoren verbunden sind. Diese Tatsache wird zur Aufteilung einer großen konzeptuellen Kommutationsvermittlung in handhabbare Elemente verwendet. Beispielsweise sind in 7 verschiedene Funktionselemente einer großen Kommutationsvermittlung 700 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Weiterhin ist die Art und Weise gezeigt, wie die funktionellen Elemente der Vermittlung 700 physikalisch auf einen Satz von Leitungskarten 201A-K, 202A-K, 300A–300L verteilt sind.
Funktionell besteht die Vermittlung 700 mit P-Eingängen und P-Ausgängen hauptsächlich aus zwei großen verteilten P×P-Kommutatoren 740, 745, die jede Seite eines großen verteilten Zeitlagen-Koppelfeldes oder Schalters 750 flankieren. Der Kommutator 740 ist aus N Kommutatoren 230A–230N (jeweils mit der Größe M×M) und M Kommutatoren 320A-320M (jeweils mit der Größe N×N) gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren aufgebaut. In ähnlicher Weise wurde der Kommutator 745 aus M Kommutatoren 330A–330M (jeweils mit der Größe N×N) und N Kommutatoren 235A–235N (jeweils mit der Größe M×M) gemäß dem vorstehenden Verfahren aufgebaut. Das Zwischenverbindungsmuster innerhalb jedes der Verbund-Kommutatoren 740, 745 wird sehr stark dadurch vereinfacht, dass eine Orthogonalität zwischen den die Kommutatoren 230A–230M umfassenden Leiterkarten und den Leiterkarten, die die Kommutatoren 320A–320M umfassen, sowie zwischen den Leiterkarten, die die Kommutatoren 235A–235N umfassen, und den Leiterkarten vorgesehen wird, die die Kommutatoren 330A-330M umfassen.
Die Kommutatoren 740, 745 und das Zeitkoppelfeld 750 sind auf K Empfangs-Port-Karten 202A–202K, K Sende-Port-Karten 201A–201K und L Schalter-Karten 300A-300L verteilt. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist K gleich N und L ist gleich M/2. Es sollte selbstverständlich sein, dass die Anzahl der Port-Karten und die Anzahl der Schalter-Karten willkürlich ist und von dem Umfang der Verarbeitung abhängt, die erforderlich ist, um die Komponenten auf jeder Karte zu unterstützen.
Jede der Empfangs-Port-Karten 202A–202K ist mit einem jeweiligen der Kommutatoren 230A–230N und einem jeweiligen einer Vielzahl von Empfangs-Verarbeitungsabschnitten 760A–760K ausgerüstet, der mit dem jeweiligen Kommutator verbunden ist. In ähnlicher Weise ist jede der Sende-Port-Karten 201A–201K mit einem jeweiligen der Kommutatoren 235A–235N und einem jeweiligen der Vielzahl von Empfangs-Verarbeitungsabschnitten 765A–765K ausgerüstet, der mit dem jeweiligen Kommutator verbunden ist.
Weiterhin ist, weil L = M/2 ist, jede der Schalter-Karten 300A–300L mit zwei der Kommutatoren 320A–320M, zwei der Kommutatoren 330A–330M und einem gemeinsamen Verarbeitungsabschnitt 730 ausgerüstet, der mit jedem Kommutator verbunden ist.
Es ist aus 7 ersichtlich, dass der Zwischenverbindungsbereich, der zwischen den Sätzen von Kommutatoren 230A-N und 320A-M komplex ist. Wenn ein Versuch gemacht wird, eine Rückwandebene aufzubauen, über die die Empfangs-Port-Karten 202A–202K mit den Schalter-Karten 300A–300L verbunden werden können, so müsste eine derartige Rückwandebene 16 Verkehrs-Schichten dick sein (was zu einer Dicke von ungefähr 48 physikalischen Schichten führen würde), um die komplexen Zwischenverbindungsanforderungen zu erfüllen. Derartige Rückwandebenen sind nicht nur aufwändig in der Herstellung, sondern nehmen auch ein beträchtliches körperliches Volumen ein und müssen mit extremer Sorgfalt behandelt werden. Ein ähnliches Szenarium ergibt sich, wenn die Schalter-Karten 300A–300L mit den Sende-Port-Karten 201A–201K über eine übliche Rückwandebene verbunden werden sollen.
Um derartige Zwischenverbindungsschwierigkeiten zu mildern, nutzt die Erfindung die Vorteile der Orthogonalität aus, wie dies weiter oben anhand der 15 beschrieben wurde, und stellt eine Mittelebenen-Architektur bereit, die nunmehr anhand der 1A–1D beschrieben wird.
Vorzugsweise ist jede der Empfangs-Port-Karten 202A–202K mit einer jeweiligen der Sende-Port-Karten 201A–201K zu einer einzigen universellen (kombinierten Sende- und Empfangs-) Port-Karte zusammengruppiert, das sowohl die Eingangs- als auch die Ausgangsfunktionalität bereitstellt. Entsprechend zeigen die 1A, 1B und 1C eine Vermittlungseinheit 100 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der ein paralleler Satz von Universalport-Karten 200A–200K (nachfolgend einfach als „Port-Karten") zeigt, die mit einem parallelen Satz von Schalter-Karten 300A–300L über eine einzige Mittelebene 110 verbunden sind. Die Vermittlungseinheit 100 umfasst weiterhin eine oder mehrere Steuerprozessor-Karten 400, die mit der Mittelebene 110 in irgendeiner geeigneten Weise verbunden sein könnten, beispielsweise parallel zu den Port-Karten 200A–200K, wie dies in 1A gezeigt ist.
Alternativ zeigt 1D eine Ausführungsform, bei der die Schalter-Karten 300A-300L mit den Empfangs-Port-Karten 202A–202K über eine erste Mittelebene 110 verbunden sind, und mit den Sende-Port-Karten 201A–201K über eine zweite Mittelebene 111 verbunden sind. Jede der Schalter-Karten 300A–300L ist um 90° gegenüber der Ebene jeder der Empfangs-Port-Karten 202A–202K und der Sende-Port-Karten 201A–201K geneigt. Die erste Mittelebene 110 ergibt eine elektrische Verbindung zwischen jeder der Empfangs-Port-Karten 202A–202K und allen den Schalter-Karten 300A–300L, während die zweite Mittelebene 111 eine elektrische Verbindung zwischen jeder der Schalter-Karten 300A–300L und allen den Sende-Port-Karten 201A–201K ergibt.
Die Vermittlungseinheit 100 kann auch als ein optischer Rangierverteiler oder Crossconnect (OXC) bezeichnet werden, weil sie die Kapazität und Granularität bereitstellt, um die gesamten Nutzinformationen von optischen Bitströmen miteinander zu verbinden. Diese optischen Bitströme treten in dem OXC 100 über die Verarbeitungsabschnitte 760A–K, 765A-K in den Port-Karten 200A–200K ein, die weiter oben kurz unter Bezugnahme auf 7 erwähnt wurden und ausführlicher nachfolgend beschrieben werden. Die optischen Bitströme werden (über Lichtleitfasern) zwischen dem OXC 100 und den Fernsprechamt-Ausrüstungen an einer oder mehreren Stellen ausgetauscht.
Aufgrund der Mittelebene 110 hat jede der Port-Karten 200A–200K eine Hochgeschwindigkeitsverbindung zu allen Schalter-Karten 300A–300L, und jede der Schalter-Karten 300A–300L hat eine Hochgeschwindigkeitsverbindung zu allen den Port-Karten 200A–200K. Dies kann durch Ausrichten der Port-Karten 200A–200K und der Schalter-Karten 300A–300L in unterschiedlichen Richtungen und durch die Bereitstellung einer einfachen elektrischen Zwischenverbindungs-Umsetzung durch die Mittelebene 110 hindurch erreicht werden. Wenn eine allgemeinere Formulierung verwendet wird, so kann eine einfache Zwischenverbindungs-Umsetzung verwendet werden, solange die normale Ausrichtung der Port-Karten 200A–200K (die durch die Pfeile
angezeigt ist) nicht parallel zu der normalen Ausrichtung der Schalter-Karten 300A–300L (angezeigt durch die Pfeile
) ist. Eine bevorzugte Ausrichtung der Port-Karten 200A–200K gegenüber den Schalter-Karten 300A–300L ist in den 1A, 1B und 1C gezeigt, wo
und einem rechten Winkel zu
ist. Alternativ könnten die Port-Karten und die Schalter-Karten schräg statt orthogonal aufeinander treffen, wobei in diesem Fall der Winkel zwischen
und
größer oder kleiner als 90° sein würde. In jedem Fall wird das Zwischenverbindungsproblem nach 10 gelöst, was zu einem Zwischenverbindungsmuster führt, das dem nach 15 ähnlicher ist.
Es ist verständlich, dass irgendeine geeignete mechanische Struktur (wie z. B. ein Chassis und ein Satz von Kartenführungen) dazu verwendet werden könnte, die Port-Karten 200A–200K und die Schalter-Karten 300A–300L im Wesentlichen in einer festen Beziehung zueinander zu halten. Vorzugsweise ermöglicht es die gewählte Halterungsstruktur, dass die Port-Karten 200A–200K und die Schalter-Karten 300A–300L von einem Betreiber entfernt werden können, wenn sich diese Karten als fehlerhaft herausstellen, oder aus anderen Gründen.
Die Mittelebene 110 erfüllt zwei Funktionen. Zunächst ermöglicht sie einen elektrischen Kontakt zwischen jeder Port-Karte und allen Schalter-Karten und zwischen jeder Schalter-Karte und allen Port-Karten. Dies kann einfach dadurch erzielt werden, dass eine Öffnung vorgesehen wird, durch die komplementäre Anschlussstifte auf den Port-Karten und den Schalter-Karten zusammenpassen können. Alternativ kann dies dadurch erzielt werden, dass eine elektrische Pfadverbindung zwischen einer Anordnung von leitenden Stiften auf einer Port-Seite 110P und eine ähnliche Anordnung von leitenden Stiften auf einer Schalter-Seite 110S vorgesehen wird.
Unter spezieller Bezugnahme auf 4A, in der mit größeren Einzelheiten die physikalische Auslegung der Mittelebene 110 bei Betrachtung von der Port-Seite 110P aus gezeigt ist, ist zu erkennen, dass die Port-Seite 110P eine Anzahl von Steckverbindern (die mit voll durchgezogenen Linien bei 120A–120K gezeigt sind), zur Aufnahme jeweiliger Port-Karten umfasst. In gestrichelten Umrissen ist bei 150A–150L eine ähnliche, jedoch rechtwinklig hierzu angeordnete Anordnung von Steckverbindern zur Aufnahme jeweiliger Schalter-Karten auf der Schalter-Seite 110S der Mittelebene 110 gezeigt. Selbstverständlich würden, wenn die Port-Karten 200A–200K schräg bezüglich der Schalter-Karten 300A–300L angeordnet sind, die Paare von Steckverbindern 120i, 150j schräg angeordnet sein, wenn 1 ≤ i ≤ k und 1 ≤ j ≤ L ist.
Zusätzlich ist ein Steckverbinder 180 zum Verbinden der Steuerprozessor-Karte 400 mit der Mittelebene 110 auf der Port-Seite 110P gezeigt. Selbstverständlich könnte der Steckverbinder 180 auf der Schalter-Seite 110S angeordnet sein, und er könnte in unterschiedlicher Weise ausgerichtet sein (das heißt nicht parallel zu irgendeinem der Steckverbinder 120A–120K oder 150A–150L). Weiterhin können viele zusätzliche Steckverbinder zum Verbinden weiterer Steuerprozessor-Karten (im Fall eines Ausfalls der Steuerprozessor-Karte 400) vorgesehen sein.
Jeder der Steckverbinder 120A–120K besteht aus einer Vielzahl von Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungsbereichen 130, einem für jede Schalter-Karte. Daher werden in dem Fall, in dem es K Port-Karten und L Schalter-Karten in dem OXC 100 gibt, die Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungsbereiche 130 in einer Matrixstruktur mit K Spalten von L Reihen ausgelegt. Wie dies in 4B gezeigt ist, weist jeder Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungsbereich 130 eine Anordnung von einem oder mehreren Hochgeschwindigkeits-Datenstiften 140 auf. Zwischen den Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungsbereichen 130 sind „Hilfs"-Stifte 145 angeordnet, die für die Betriebsleistung, die Erdung, die Zeitsteuerung und die Steuerung verwendet werden könnten.
Der Ausdruck „Stift" wird frei gebraucht, um irgendeinen elektrischen Kontaktpunkt zu bezeichnen, der symmetrische (Einzelanschluss-) und Differenz-Leiter einschließt, wie z. B. Kupferstifte und Durchführungen, Oberflächen-befestigte Stifte, durch die Leiterplatte hindurchlaufende. Stifte, doppelseitige Stifte usw. Weiterhin wird der Ausdruck „Stift" ohne Unterscheidung dazu verwendet, allgemein sowohl tatsächlich vorspringende Stifte als auch Buchsen für ein komplementäres Zusammenpassen mit derartigen Vorsprüngen zu bezeichnen.
In ähnlicher Weise besteht jeder der Steckverbinder 150A–150L aus einer Vielzahl von Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungsbereichen 160, einen für jede Port-Karte. Daher werden in dem Fall, in dem es K Port-Karten und L Schalter-Karten in dem OXC 100 gibt, die Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungsbereiche 160 in einer Matrixstruktur mit L Reihen von K Spalten ausgelegt. Wie dies in 4B gezeigt ist, weist jeder Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungsbereich 160 eine Anordnung von einem oder mehreren Hochgeschwindigkeits-Datenstiften 170 auf.
Zwischen den Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungsbereichen 160 sind Hilfsstifte 175 angeordnet, die für die Leistungsversorgung, die Erdung, die Zeitsteuerung und die Steuerung verwendet werden könnten.
Die Mittelebene 110 ergibt einen elektrischen Kontakt zwischen den Hochgeschwindigkeits-Datenstiften 140 in jedem Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungsbereich 130 auf der Port-Seite 110P und den jeweiligen Hochgeschwindigkeits-Datenstiften 170 in einem entsprechenden Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungsbereich 160 auf der Schalter-Seite 110S. Weil die Anzahl der Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungsbereiche (und die Anzahl der Hochgeschwindigkeits-Datenstifte pro Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungsbereich) auf beiden Seiten der Mittelebene gleich ist, ergibt sich eine eins-zu-eins-Entsprechung zwischen den Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungsbereichen (und den Hochgeschwindigkeits-Datenstiften) auf jeder Seite.
Um eine elektrische Verbindung zwischen zwei Hochgeschwindigkeits-Datenstiften (einen auf jeder Seite der Mittelebene 110) herzustellen, kann irgendeine geeignete Technik verwendet werden. Beispielsweise könnten die zwei betreffenden Hochgeschwindigkeits-Datenstifte durch elektrische Durchführungen und Pfade durch ein oder mehrere gedruckte Leiterplatten-Schichten in der Mittelebene 110 verbunden werden. Allgemein gilt, dass je kürzer der Pfad ist, desto geringer die Ausbreitungsverzögerung und Verzerrung ist und desto größer die Betriebsleistung ist.
Es ist weiterhin aus 4B zu erkennen, dass obwohl sich die Verbindungsbereiche 130, 160 schneiden, die Hochgeschwindigkeits-Datenstifte 140 auf einer Seite der Mittelebene geringfügig gegenüber den Datenstiften 170 auf der anderen Seite versetzt sind. Dies kann gemacht werden, um es zu ermöglichen, dass übliche Stifte auf einer Seite der Mittelebene 110 befestigt werden und vollständig durch die Mittelebene hindurchlaufen und auf der anderen Seite austreten. Selbstverständlich wird der Fachmann erkennen, dass sich die Stifte auf entgegengesetzten Seiten der Mittelebene überlappen können, und eine Oberflächenbefestigungstechnologie verwendet wird. Alternativ kann ein durchgehender Stift verwendet werden, der sowohl mit der Port-Karte als auch der Schalter-Karte zusammenpasst.
Die zweite Funktion der Mittelebene 110 besteht darin, die Bereitstellung von „Hilfs"-Funktionen, wie z. B. Leistung, Erdung, Zeitsteuerung und Steuerung zu ermöglichen. Daher ergibt die Mittelebene 110 keinen elektrischen direkten Kontakt zwischen den Hilfsstiften 145 auf der Port-Seite 110P und den Hilfsstiften 175 auf der Schalter-Seite 110S. Vielmehr sind die jedem dieser Steckverbinder 120A-120K, 150A–150L zugeordneten Hilfsstifte elektrisch (über Pfade durch eine oder mehrere gleitende Schichten in der Mittelebene) entweder mit der Steuerprozessor-Karte 400 oder dem Fernsprechamt verbunden.
Hilfsfunktionen, an denen das Fernsprechamt beteiligt ist, schließen die Leistungsversorgung und Erdung ein. Um Leistung an die Schalter-Karten in dem OXC 100 zu liefern, könnte eine getrennte Leistungs-Leitung von dem Fernsprechamt zu einem einzelnen Bereich auf einer Seite der Mittelebene 110 vorgesehen sein, wobei dieser Bereich dann elektrisch mit einem Hilfsstift auf jedem der Steckverbinder 120A–120K, 150A–150L verbunden ist. Um eine Erdung der Leiter-Karten in dem OXC 100 zu schaffen, könnte ein Hilfsstift von jedem der Steckverbinder 120A–120K, 150A–150L zu einem gemeinsamen Bereich auf der Mittelebene führen, der mit einem örtlichen Erdbezug oder einem Erdbezug verbunden sein könnte, der gemeinsam mit dem Fernsprechamt verwendet wird.
Die verbleibenden Funktionen (beispielsweise die Zeitsteuerung und Steuerung) beinhalten die Steuerprozessor-Karte 400, die nunmehr mit weiteren Einzelheiten unter Bezugnahme auf 11 beschrieben wird. Die Steuerprozessor-Karte 400 ist so konstruiert, dass sie mit einem Steckverbinder 180 auf der Mittelebene zusammenpasst, der bei der bevorzugten Ausführungsform auf der Port-Seite 110P der Mittelebene 110 liegt und parallel zu den Steckverbindern 120A–120K ist.
Gemäß 11 empfängt daher die Steuerprozessor-Karte 400 abgeleitete Taktsignale von der Mittelebene über die Signalleitungen 1115A–1115K. Jede der Signalleitungen 1115A–1115K überträgt ein Taktsignal, das von einer jeweiligen Port-Karte 120A–120K abgeleitet und der Mittelebene über einen der Hilfsstifte zugeführt wird, der zu dem Steckverbinder gehört, der der jeweiligen Port-Karte zugeordnet ist.
Die abgeleiteten Taktsignale an den Signalleitungen 1115A–1115K (die von den Port-Karten über Stifte, wie z. B. den Stift 212E auf der Port-Karte 200 in 2) ankommen, werden einem Wähler 1120 zugeführt, der es lediglich einem dieser abgeleiteten Taktsignale ermöglicht, zur Signalleitung 1125 in Abhängigkeit von einem Steuersignal weiterzulaufen, das von einem zentralen Prozessor 1110 entlang einer Steuerleitung 1105 empfangen wird. Das ausgewählte abgeleitete Taktsignal, das von der Signalleitung 1125 übertragen wird, wird einer Taktrückgewinnungseinheit 1130 zugeführt. Die Taktrückgewinnungseinheit 1130 umfasst Schaltungen, wie z. B. eine Phasenregelschleife (PLL) zum Verriegeln der OXC-Taktquelle auf die präzise Frequenz des Netzwerk-Bezugstaktsignals.
Der präzise Zeitsteuer-Bezug, der von der Taktrückgewinnungseinheit 1130 erzeugt wird, wird als ein Hochgeschwindigkeitstakt zur Synchronisation des gesamten OXC 100 verwendet. Dieser Hochgeschwindigkeitstakt wird einem Takttreiber 1140 entlang einer Signalleitung 1135 zugeführt. Der Treiber 1140 umfasst Schaltungen zur Abgabe des Hochgeschwindigkeitstaktes als Ausgangssignal an die Mittelebene entlang einzelner Taktleitungen 1145, eine für jede Schalter-Karte (das heißt ein Hochgeschwindigkeits-Taktsignal ist für jede der Port-Karten 200A–200K und jede der Schalter-Karten 300A–300L bestimmt).
Daher verteilt eine zentralisierte Quelle (beispielsweise die Taktrückgewinnungseinheit 1130) ein Taktsignal an einen Hilfsstift in jedem der Steckverbinder 120A-120K, 150A–150L entlang einer elektrischen Punkt-zu-Punkt-Verbindungsbahn durch die Mittelebene 110. Um eine genaue Zeitsteuerverteilung sicherzustellen, sollten die Leiterbahnen alle so konstruiert werden, dass sie die gleiche Länge unabhängig von der Entfernung zwischen der Steuerprozessor-Karte 400 und dem Ziel-Hilfsstift auf jedem der Steckverbinder 120A–120K, 150A–150L haben. Dies kann durch die Verwendung eines indirekt gefalteten elektrischen Pfades für Steckverbinder, die näherliegenden Karten zugeordnet sind, und die Auswahl eines direkteren Pfades für Steckverbinder erzielt werden, die weiter entfernten Karten zugeordnet sind.
Zusätzlich tauscht der Steuerprozessor Steuerinformation mit einem oder mehreren Hilfsstiften auf jedem der Steckverbinder 120A–120K , 150A–150L aus. Diese Steuerinformation wird vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit ausgetauscht, die für eine Zwischenverbindung eines zentralen Prozessors mit einer Anzahl von hiervon abhängigen Einheiten geeignet ist, die üblicherweise niedriger als die Geschwindigkeit ist, mit der die abgeleiteten Taktsignale oder das Hochgeschwindigkeits-Taktsignale ausgetauscht werden. So kann eine serielle oder parallele Busarchitektur (beispielsweise der Bus 1160) verwendet werden. Der Bus ist mit dem zentralen Prozessor 1110 verbunden.
Der zentrale Prozessor 1110 ist vorzugsweise ein Mikroprozessor, auf dem ein Algorithmus abläuft. Dieser Algorithmus enthält einen Teil zur Auswahl des ausgewählten abgeleiteten Taktsignals, das auf dem präzisen Zeitsteuer-Bezug beruhen könnte, der von der Taktrückgewinnungseinheit 1130 erzeugt wird. Ein weiterer Teil des Algorithmus betrifft die Verarbeitung der Steuerinformation, die von den Schalter-Karten entlang des Bus 1160 empfangen wird, und die Erzeugung von Steuerinformation zur Übertragung an die verschiedenen Schalter-Karten. Der zentrale Prozessor 1110 ist vorzugsweise mit einem Port 1150 verbunden, der zu einem Fernsprechamt führt, an dem eine höhere Ebene der Verarbeitung erfolgen kann.
Es wird nunmehr auf die 2 Bezug genommen, die eine generische Port-Karte 200 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt, die mit einem Steckverbinder 210, einem Paar von M×M-Kommutatoren 230, 235 und einem Paar von Verarbeitungsabschnitten 760, 765 versehen ist, die mit den Kommutatoren 230 bzw. 235 verbunden sind. Die Port-Karte 200 stellt strukturell irgendeine der Port-Karten 200A–200K in den OXC 100 dar.
Der Steckverbinder 210 ist entlang einer Kante 201 der Port-Karte 200 angeordnet und umfasst L Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungsbereiche 210A–210L, einen für jede Schalter-Karte. Die Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungsbereiche 210A–210L umfassen jeweils einen Satz von Hochgeschwindigkeits-Datenstiften zur Kommunikation von Hochgeschwindigkeits-Daten mit jeweiligen Hochgeschwindigkeits-Datenstiften 140, die zu einem Verbindungsbereich 130 auf der Port-Seite 110P der Mittelebene 110 gehören. Weiterhin umfasst der Steckverbinder 210 eine Vielzahl von Hilfsstiften 212C, 212T, 212G, 212P und 212E, die zwischen den Hochgeschwindigkeits-Verbindungsbereichen 210A–210L verteilt sind.
Allgemein transportieren die Hochgeschwindigkeits-Datenstifte in jedem Hochgeschwindigkeits-Verbindungsbereich eine zusammengesetzte Bandbreite von R*K/L Gbps, wobei R die Bandbreite jedes der P Signale ist, die von den Kommutatoren 740, 745 (in 7) verarbeitet werden, K die Anzahl von Port-Karten und L die Anzahl von Schalter-Karten ist. Ein möglicher Wert für R ist 10, was einem OC-192-Signal entspricht, obwohl die Erfindung mit irgendeinem beliebigen Wert von R arbeitet. Ohne Verlust an Verallgemeinerung kann angenommen werden, dass ein einzelner Hochgeschwindigkeits-Datenstift eines von P Signalen mit R Gbps übertragen kann, so dass die Anzahl von Stiften pro Hochgeschwindigkeits-Verbindungsbereich gleich K/L in jeder Kommunikationsrichtung (zu und von der Mittelebene 110) ist.
Wenn es daher doppelt so viele Port-Karten wie Schalter-Karten gibt (wie dies bei der dargestellten Ausführungsform gezeigt ist), so ist die Anzahl der Hochgeschwindigkeits-Datenstifte pro Hochgeschwindigkeits-Verbindungsbereich gleich vier. Daher ist der Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungsbereich 210A im Einzelnen so gezeigt, dass er vier Hochgeschwindigkeits-Datenstifte 211A, 212A, 213A, 214A umfasst, von denen die Stifte 211A und 212A Hochgeschwindigkeits-Daten von dem Kommutator 230 an die Mittelebene 110 transportieren, und die Stifte 213A und 214A Hochgeschwindigkeits-Daten von der Mittelebene zum Kommutator 235 übertragen.
Vorzugsweise ist jeder Hochgeschwindigkeits-Datenstift 211A, 212A, 213A, 214A ein einzelner Stift, der Daten mit R Gbps (beispielsweise 10 Gbps) überträgt, oder er ist eine Gruppe von Q Stiften, die R/Q Gbps pro Stift übertragen.
Der Steckverbinder 210 ist an einen entsprechenden Steckverbinder der Steckverbinder 120A–120K auf der Port-Seite 110P der Mittelebene 110 angepasst. Tatsächlich ist jeder der dem Steckverbinder 210 zugeordneten Stiften mit jeweiligen Stiften in dem Steckverbinder auf der Port-Seite 110P der Mittelebene 110 ausgerichtet und mit einer komplementären passenden Baugruppe versehen. Wenn daher die Port-Karte 200 mit der Port-Seite 110P der Mittelebene verbunden wird, so passen die Hochgeschwindigkeits-Datenstifte, die jedem Verbindungsbereich 210A–210L zugeordnet sind, elektrisch mit dem entsprechenden Satz von Hochgeschwindigkeits-Datenstiften in den entsprechenden Verbindungsbereichen 130 zusammen, die zu dem entsprechenden Port-seitigen Steckverbinder gehören, während die Hilfsstifte von dem Steckverbinder 210 elektrisch mit den Hilfsstiften zusammenpassen, die zu dem entsprechenden Port-seitigen Steckverbinder gehören.
Um einen guten elektrischen Kontakt zwischen einem Paar von Steckverbindern (Steckverbinder 210 auf der Port-Karte 200 und einen entsprechenden Steckverbinder auf der Port-Seite 110P der Mittelebene 110 sicherzustellen) ist es möglich, sich auf eine Reibkontaktkraft zu verlassen. In dem Fall, in dem mehrere hundert Stifte verwendet werden, ist es jedoch vorzuziehen, bekannte, ZIF- (Null-Einsetzkraft-) Steckverbinder zu verwenden, die eine Möglichkeit ergeben, eine Kontaktkraft nach der mechanischen Positionierung der Kraft aufzubringen, und die, was noch wichtiger ist, eine Möglichkeit zur Aufhebung der Kontaktkraft vor der mechanischen Bewegung der Karte ergeben.
An dem anderen Ende der Port-Karte 200 ist eine optische Empfangseinheit 270 zum Empfang einer Vielzahl von optischen Signalen von einem Satz von externen Eingangs-Lichtleitfasern vorgesehen, die insgesamt mit der Bezugsziffer 280 bezeichnet sind. Die Datenrate des an jedem der externen Eingangs-Lichtleitfasern 280 ankommenden Signals ist an die Kommutator-Port-Kapazität angepasst, entweder durch eine direkte Umsetzung oder durch einen synchronisierten Multiplexer oder Demultiplexer. Zusammen sollte die Bandbreite aller der Signale, die in die optische Empfangsschaltung eintreten, gleich M*R Gbps sein, worin M die Größe des N×N-Kommutators in der Port-Karte und R die Rate ist, die von jedem Stift 211A, 212A, 213A, 214A abgewickelt wird. Somit kann es eine oder mehrere externe Eingangs-Lichtleitfasern 280 geben, die in die optische Empfangsschaltung 270 eintreten.
Die optische Empfangsschaltung 270, die die Form von mehrfachen einzelnen optischen Empfangsschaltungen haben könnte, umfasst opto-elektronische Umwandlungsschaltungen zur Umwandlung der optischen Signale, die an der oder den externen Eingangs-Lichtleitfaser(n) 280 ankommen, in eine Vielzahl von digitalen elektronischen Signalen, die einer Bank von Verarbeitungs- und Aufbereitungseinheiten 250A–250X entlang jeweiliger Signalleitungen 260A–260X zugeführt werden. Wenn die ankommenden optischen Signale Daten mit Raten übertragen, die höher als R Gbps sind, so umfasst die optische Empfangsschaltung 270 vorzugsweise zusätzliche Schaltungen zum synchronen Demultiplexieren der Signale in einzelne elektronische Signale mit einer Rate von R Gbps. Wenn die ankommenden optischen Signale Daten mit Raten von weniger als R Gbps übertragen, so umfasst die optische Empfangsschaltung 270 vorzugsweise zusätzliche Schaltungen zum synchronen Kombinieren mehrerer der Signale in einzelne elektronische Signale, die eine Rate von R Gbps haben.
Jede der Verarbeitungs- und Aufbereitungseinheiten 250A–250X umfasst vorzugsweise Schaltungen zur Überwachung der Qualität des jeweiligen Signals, das von der optischen Empfangsschaltung 270 empfangen wird. Wenn das ankommende Signal beispielsweise ein SONET-Signal ist, so besteht dieses Signal aus Rahmen, und jeder Rahmen hat im Allgemeinen einen Kopffeld-Teil, der für die Übertragung von Steuerinformationen reserviert ist. In diesem Fall umfasst jede der Verarbeitungs- und Aufbereitungseinheiten 250A–250X vorzugsweise Schaltungen, wie z. B. eine Rahmen-Auffinde-Einheit (zum Lokalisieren der Grenzen ankommender Rahmen und zum Ableiten eines Taktes) sowie einen Prozessor (zur Verarbeitung der Information in dem Kopffeld jedes Rahmens). Ähnliche Verarbeitungsschaltungen könnten zur Vermittlung gesamter 10-Gigabit-Ethernet- oder 1-Gigabit-Ethernet-Signale vorgesehen sein (im Gegensatz zur Pfadlenkung einzelner Rahmen).
Irgendwelche Steuerinformation, die von den Verarbeitungs- und Aufbereitungseinheiten 250A–250X an die Steuerprozessor-Karte 400 zu senden sind, können über einen Steuerbus 290 ausgetauscht werden, der ein serieller Bus oder ein paralleler Bus sein könnte. Beispielsweise könnte im speziellen Fall der Verarbeitungs- und Aufbereitungseinheit 250A die Signalqualitäts-Information auf dem Steuerbus 290 über eine Steuerverbindungsstrecke 291 abgegeben werden. Um weiterhin einen Zugriff auf die Verarbeitungs- und Aufbereitungseinheit 250A durch einen externen Betreiber zu ermöglichen (beispielsweise während einer Umprogrammierung), könnte ein Zugang über eine Steuerverbindungsstrecke 298 vorgesehen sein, die von dem gleichen Steuerbus 290 ausgeht. Der Steuerbus 290 ist mit dem Hilfsstift 212C verbunden, der so ausgelegt ist, dass er mit einem komplementären Hilfsstift auf der Port-Seite der Mittelebene zusammenpasst, der elektrisch mit dem Steuerbus 1160 auf der Steuerprozessor-Karte 400 verbunden ist.
Weiterhin könnte das von einem oder mehreren der Verarbeitungs- und Aufbereitungseinheiten abgeleitete Taktsignal (in diesem Fall von der Verarbeitungs- und Aufbereitungseinheit 250A) als das abgeleitete Taktsignal verwendet werden, das mit dem Hilfsstift 212E oder mehreren hiervon verbunden ist. Alternativ könnte jede der Verarbeitungs- und Aufbereitungseinheiten 250A-250X ein abgeleitetes Taktsignal an einen Wähler abgeben, dessen Ausgang mit dem Hilfsstift 212E verbunden sein würde. Der Hilfsstift 212E ist so ausgelegt, dass er mit einem komplementären Stift auf der Port-Seite der Mittelebene zusammenpasst, der elektrisch mit einer jeweiligen der Signalleitungen 1115A-1115K verbunden ist, die zu dem Wähler 1120 in der Steuerprozessor-Karte 400 führen. Somit wird ein abgeleiteter Takt der Taktrückgewinnungsschaltung 1130 auf der Steuerprozessor-Karte 400 zur Verwendung als ein Bezugstakt zugeführt.
Der Satz von Verarbeitungs- und Aufbereitungseinheiten 250A–250X ist über einen wahlweisen Zeitmultiplexer 240 mit einem Satz von Eingangs-Ports 230A–230M des M×M-Kommutators 230 verbunden. Der wahlweise Zeitmultiplexer 240 ist vorgesehen, um die Möglichkeit einer Multiplexierung mehrerer Signale mit einer niedrigeren Rate (kleiner als R Gbps) in ein Signal zu schaffen, das eine Rate von R Gbps hat. Nicht gezeigt ist ein wahlweiser Demultiplexer, der dazu verwendet werden könnte, ein eine höhere Bandbreite aufweisendes Signal in mehrfache einzelne Signale jeweils mit einer Bandbreite von R Gbps zu trennen.
In jedem Fall gibt es M Signale (jeweils mit R Gbps), die an dem Kommutator 230 ankommen. Der Kommutator 230 ist ein M×M-Kommutator mit einer Kommutations-Schrittrate, die von einem Folgensteuersignal steuerbar ist, das an einer Folgensteuersignal-Leitung 297 ankommt. Das Folgensteuersignal wird von einer Folgensteuereinheit 296 abgegeben. Die Folgensteuereinheit 296 besteht grundlegend aus einer Takt-Teilerschaltung zum Teilen eines Hochgeschwindigkeits-Taktes, der von dem Hilfsstift 212T empfangen wird. Der Hilfsstift 212T ist so ausgelegt, dass er mit einem komplementären Stift auf der Port-Seite der Mittelebene zusammenpasst, der elektrisch mit einer jeweiligen der Taktleitungen 1145 verbunden ist, die von dem Takttreiber 1140 in der Steuerprozessor-Karte 400 kommen.
Synchron zu dem Folgensteuersignal schaltet der Kommutator 230 aufeinanderfolgend seine M Eingänge auf M Ausgänge 230A'–230M', die jeweils mit einer Vielzahl von Signalleitungen 220A–220M verbunden sind. Die Signalleitungen 220A–220M führen dann zu jeweiligen Hochgeschwindigkeits-Datenstiften auf den verschiedenen Hochgeschwindigkeits-Verbindungsbereichen 210A–210L auf dem Steckverbinder 210. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel gibt es L = M/2 Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungsbereiche 210A–210L, jedoch M Signalleitungen 220A–220M. Somit sind zwei Signalleitungen mit jedem der Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungsbereiche 210A–210L verbunden.
In der Rückwärtsrichtung hat der Kommutator 235 M Eingänge von denen jedes Paar mit einem Paar von Hochgeschwindigkeits-Datenstiften in jedem der Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungsbereiche 210A–210L verbunden ist. Der Kommutator 235 ist identisch zu dem Kommutator 230, weil jedoch der Kommutator 235 Signale behandelt, die bereits von den Schalter-Karten 300A–300L geschaltet wurden, führt er die inverse Funktion des Kommutators 230 aus und ist daher aus einer Folgensteuerungs-Perspektive gesehen in Rückwärtsrichtung angeschaltet, so dass er die Scheiben von Daten erneut integriert. Die CSR und die CCR bleiben jedoch gleich, und der Kommutator 235 schaltet Signale, die an seinen M Eingängen 235A–235M vorliegen, auf M Ausgänge 235M'–235M' in einer sich wiederholenden zyklischen Weise entsprechend dem Folgensteuersignal, das entlang der Folgensteuer-Signalleitung 2297 empfangen wird.
Die Ausgangs-Ports 235A'–235M' des Kommutators 235 sind mit einer jeweiligen Vielzahl von Verarbeitungs- und Aufbereitungseinheiten 255A–255X über einen optionalen Demultiplexer 245 verbunden. Wenn er verwendet wird, dient der Demultiplexer 245 zur Auftrennung eines eine hohe Kapazität aufweisenden Signals, das den Kommutator 235 mit R Gbps verlässt, in mehrfache, eine niedrigere Kapazität aufweisende Signale.
Die Verarbeitungs- und Aufbereitungseinheiten 245A–245X können Schaltungen zur Einfügung von Steuerinformation in das Kopffeld von ausgewählten SONET- oder 10-Gigabit-Ethernet-Rahmen umfassen, die von dem Demultiplexer 245 empfangen werden. Diese Steuerinformation könnte über Steuerverbindungsstrecken geliefert werden, die gemeinsam einen Steuerbus nutzen. Als Beispiel zeigt 2 die Verarbeitungs- und Aufbereitungseinheit 255A, die mit dem Steuerbus 290 über eine Eingangs-Steuerverbindungsstrecke 294 und eine Ausgangs-Steuerverbindungsstrecke 295 verbunden ist.
Die Verarbeitungs- und Aufbereitungseinheiten 255A–255P sind mit einer optischen Sendeschaltung 275 über eine jeweilige Vielzahl von Signalleitungen 265A–265X verbunden. Die optische Sendeschaltung 275 umfasst Schaltungen zur Umwandlung der digitalen elektronischen Signale, die von den Verarbeitungs- und Aufbereitungseinheiten empfangen werden, in jeweilige optische Einzelwellenlängen-Signale. Weil die Stifte 213A und 214A Signale mit R Gbps übertragen, hat die Gesamtheit der optischen Signale, die von der optischen Sendeschaltung 275 (oder mehrfachen derartigen Schaltungen) abgegeben werden, eine Gesamtkapazität von M×R Gbps. Die optischen Einzelwellenlängen-Signale, die von der optischen Sendeeinheit 275 erzeugt werden, werden auf einen jeweiligen Satz von externen Ausgangs-Lichtleitfasern 285 abgegeben.
Wenn daher das Beispiel der Port-Karte 200 mit M×M Kommutatoren 230, 235 mit der Port-Seite 110P der Mittelebene 110 verbunden ist, so liefert der Kommutator 230 L Sätze von M/L Hochgeschwindigkeits-Datensignalen mit jeweils R Gbps, wobei jeder Satz von Signalen an eine jeweilige der L Schalter-Karten 300A–300L über die Mittelebene 110 ausgesandt wird, während der Kommutator 235 erwartet, dass er L Sätze von M/L Hochgeschwindigkeits-Datensignalen mit jeweils R Gbps empfängt, einen Satz von jeder Schalter-Karte über die Mittelebene 110. Gradlinig durchgehende Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungen von den Port-Karten zu den Schalter-Karten werden durch die Mittelebene 110 bereitgestellt.
Es wird nunmehr auf die 5 Bezug genommen, die eine generische Schalter-Karte 300 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Schalter-Karte 300 stellt strukturell eine der Schalter-Karten 300A–300L in dem OXC 100 dar, kann jedoch als die Schalter-Karte 300A nach 7 für Erläuterungszwecke betrachtet werden. Die Schalterkarte 300 ist mit einem Steckverbinder 310, einem N×N-Kommutator 320A, einem N×N-Kommutator 330A und einem Verarbeitungsabschnitt 730 ausgerüstet, der mit den Kommutatoren 320A, 330A verbunden ist. Es sei bemerkt, dass die Kommutatoren 330A und 330B – obwohl sie in 7 gezeigt sind – nicht in 5 gezeigt sind, um eine unnötige Überladung der Figur zu vermeiden. Dennoch wird ihr Vorhandensein angenommen, und sie werden außerdem so betrachtet, als ob sie mit dem Verarbeitungsabschnitt 730 verbunden sind.
Der Steckverbinder 310 ist entlang einer Kante 301 der Schalter-Karte 300 angeordnet und umfasst K Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungsbereiche 310A-310K, einen für jede Port-Karte. Die Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungsbereiche 310A–310K umfassen jeweils einen Satz von Hochgeschwindigkeits-Datenstiften zur Kommunikation von Hochgeschwindigkeits-Daten mit jeweiligen Hochgeschwindigkeits-Datenstiften 170, die zu einem Verbindungsbereich 160 auf der Schalter-Seite 110S der Mittelebene 110 gehören. Weiterhin umfasst der Steckverbinder 310 eine Vielzahl von Hilfsstiften 312C, 312T, 312G und 312P, die zwischen den Hochgeschwindigkeits-Verbindungsbereichen 310A–310K verteilt sind.
Allgemein transportieren die Hochgeschwindigkeits-Datenstifte in jedem Hochgeschwindigkeits-Verbindungsbereich eine zusammengesetzte Bandbreite von R*K/L Gbps, worin wie im Vorstehenden R die Bandbreite jedes der P Signale ist, die von den Kommutatoren 740, 745 (in 7) verarbeitet werden, K die Anzahl der Port-Karten ist, und L die Anzahl der Schalter-Karten ist. Es kann wiederum ohne Verlust an Verallgemeinerung angenommen werden, dass ein einzelner Hochgeschwindigkeits-Datenstift eines von P Signalen mit R Gbps übertragen kann, so dass die Anzahl der Stifte pro Hochgeschwindigkeits-Verbindungsbereich K/L in jeder Kommunikationsrichtung (zu und von der Mittelebene 110) ist. Dennoch liegt es im Schutzumfang der Erfindung, eine Vielzahl von eine niedrigere Geschwindigkeit aufweisenden Stiften zu verwenden.
Daher ist, wenn es doppelt so viele Port-Karten wie Schalter-Karten gibt (wie dies in der dargestellten Ausführungsform gezeigt ist) die Anzahl der Hochgeschwindigkeits-Datenstifte gleich vier. Daher ist der Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungsbereich 310A im Einzelnen so gezeigt, als ob er vier Hochgeschwindigkeits-Datenstifte 311A, 312A, 313A, 314A umfasst, von denen der Stift 312A Hochgeschwindigkeits-Daten von der Mittelebene zu dem Kommutator 320 transportiert, der Stift 313A Hochgeschwindigkeits-Daten von der Mittelebene zum Kommutator 320B transportiert, der Stift 313A Daten von dem Kommutator 330A zu der Mittelebene transportiert, und der Stift 314A Hochgeschwindigkeits-Daten von dem Kommutator 330B zur Mittelebene 110 transportiert.
Der Steckverbinder 310 ist an einen entsprechenden Steckverbinder 150A–150K auf der Schalter-Seite 110S der Mittelebene 110 angepasst. Tatsächlich sind alle Stifte, die dem Steckverbinder 310 zugeordnet sind, mit jeweiligen Stiften in dem entsprechenden Steckverbinder auf der Schalter-Seite 110S der Mittelebene 110 ausgerichtet und mit einer komplementären Passanordnung versehen. Wenn somit die Schalter-Karte 300 mit der Schalter-Seite 110S der Mittelebene verbunden ist, passen die Hochgeschwindigkeits-Datenstifte, die jedem Verbindungsbereich 310A-310K zugeordnet sind, elektrisch mit dem entsprechenden Satz von Hochgeschwindigkeits-Datenstiften in den entsprechenden Verbindungsbereichen 160 zusammen, die zu dem entsprechenden schalterseitigen Steckverbinder gehören, während die Hilfsstifte von dem Steckverbinder 310 elektrisch mit den Hilfsstiften zusammenpassen, die zu dem entsprechenden schalterseitigen Steckverbinder gehören.
Um einen guten elektrischen Kontakt zwischen jedem Paar von Steckverbindern (Steckverbinder 310 auf der Schalter-Karte 300 und einem entsprechenden Steckverbinder auf der Schalter-Seite 110S der Mittelebene 110) sicherzustellen, ist es möglich, sich auf eine Reibkontaktkraft zu verlassen. In dem Fall, in dem mehrere hundert Stifte verwendet werden, ist es vorzuziehen, bekannte ZIF- (Null-Einsteckkraft-) Steckverbinder zu verwenden, die einen Mechanismus, wie z. B. einen Nocken vorsehen, um eine Kontaktkraft nach der mechanischen Positionierung der Karte aufzubringen, und, was noch wichtiger ist, um die Kontaktkraft vor einer mechanischen Bewegung der Karte aufheben.
Die Kommutatoren 320A und 330A sind identische N×N-Kommutatoren mit einer CSR, die als
bezeichnet ist und einer CCR, die als
bezeichnet ist. Jeder Kommutator wirkt durch Übertragen des Signals, das an jedem der M Eingänge anliegt, zu jedem der N Ausgänge in einer sich wiederholenden zyklischen Weise unter der Steuerung eines Folgensteuerungssignals. Es gibt jedoch einen Unterschied in der Art und Weise, wie die Kommutatoren zwischenverbunden sind. Im Einzelnen sollte der Kommutator 330A umgekehrt bezüglich des Kommutators 320A verbunden sein.
Das die Kommutatoren ansteuernde Folgensteuerungssignal kommt entlang einer Folgensteuerungs-Signalleitung 342 von einer Synchronisationseinheit 341 an. Die Synchronisationseinheit 341 umfasst Taktteilerschaltungen zum Teilen des von dem Hilfsstift 312T empfangenen Hochgeschwindigkeits-Taktes. Im Einzelnen wird ein Teil der Taktteilerschaltung zur Erzeugung des Folgensteuerungssignals verwendet, und ein weiterer Teil der Taktteilerschaltung wird zur Erzeugung eines Byte-Taktes an einer Taktleitung 343 verwendet. Der Hilfsstift 312T ist so ausgelegt, dass er mit einem komplementären Stift (auf der Schalter-Seite der Mittelebene) zusammenpasst, der elektrisch mit einer jeweiligen der Taktleitungen 1145 verbunden ist, die von dem Takt-Treiber 1140 zu der Steuerprozessor-Karte 400 führt.
Damit die N×N-Kommutatoren 320A und 320B mit den anderen N×N-Kommutatoren auf anderen der Schalter-Karten und mit den M×M-Kommutatoren auf den Port-Karten derart zusammenwirken, dass sie die Funktionalität eines P×P-Kommutators liefern, sollte die CSR der N×N-Kommutatoren harmonisch auf die CSR der M×M-Kommutatoren bezogen sein. Somit sollte eine der folgenden Beziehungen beachtet werden:

(a)
ist eine Vielfache von
; oder
(b)
ist eine Vielfache von
.

Zwischen den Kommutatoren 320A, 320B und 330A, 330B liegt der Verarbeitungsabschnitt 730. Gemäß 7 bildet der Verarbeitungsabschnitt 730 einen Teil eines massiven Zeitlagenschalters 750, der auf alle die Schalter-Karten 300A–300L verteilt ist. Wie dies nunmehr unter fortgesetzter Bezugnahme auf 5 beschrieben wird, sieht der Verarbeitungsabschnitt 730 als solcher einen steuerbaren Zeitschlitz-Austausch der Signale vor, die von den Kommutatoren 320A, 320B abgegeben werden.
Im Interesse der Einfachheit ist der Rest der Beschreibung der Schalter-Karte 300 hauptsächlich auf den Teil des Verarbeitungsabschnittes 730 fokussiert, der Signale verarbeitet, die von dem Kommutator 320A abgegeben werden. Der Fachmann wird es einfach finden, die beschriebenen Konzepte auf die Handhabung von Signalen zu erweitern, die von dem Kommutator 320B abgegeben werden.
Die Ausgänge des Kommutators 320A sind mit jeweiligen Seriell-/Parallel-Schnittstellen 350A–350N verbunden, von denen lediglich die Schnittstellen 350A, 350B und 350N gezeigt sind. Jede Seriell-/Parallel-Schnittstelle umfasst Schaltungen zur Umwandlung eines seriellen Bitstroms in einen parallelen Bitstrom, der vorzugsweise eine Breite von 8 Bits (1 Byte) hat. Die von den Seriell-/Parallel-Schnittstellen 350A–350N ausgehenden Byteströme werden parallel einer Bank von jeweiligen Datenspeichern 360A–360N zugeführt.
Jeder Datenspeicher 360A–360N hat vier Ports, nämlich einen Eingangs-Port IN einen Ausgangs-Port OUT, einen Lese-/Nicht-Schreib-Port R/W und einen Adressen-Port AD. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Eingangs-Port jedes Datenspeichers 360A–360N mit dem Ausgang der jeweiligen Seriell-/Parallel-Schnittstelle 350A–350N verbunden, und der Ausgangs-Port jedes der Datenspeicher 360A–360N ist mit dem Eingang eines jeweiligen einer Vielzahl von Parallel-/Seriell-Schnittstellen 370A–370N verbunden. Der Lese-/Nicht-Schreib-Port jedes der Datenspeicher 360A–360N ist mit einer Taktsignalleitung 343 verbunden, und der Adressen-Port jedes der Datenspeicher 360A–360N ist mit einem Teil-Kommutator 380 verbunden.
Jeder der Datenspeicher 360A–360N umfasst einen adressierbaren (vorzugsweise Byte-adressierbaren) Digitalspeicher mit einer Gesamtgröße von Y Bytes, die auf P eine gleiche Größe aufweisende Speicherblöcke mit der Größe Y/P aufgeteilt ist, wobei P weiter oben als gleich M*N definiert wurde. Vorzugsweise ist die Größe jedes Blockes in dem Speicher so gewählt, dass ein Block während eines Schrittes des Kommutators 320A gefüllt wird. Weil die Ankunftsrate der Daten an jedem Kommutatoreingang gleich R Gbps ist, ist die Anzahl der Bytes pro Block gleich Y/P = R *
, woraus folgt, dass Y = R *
* P ist.
Jeder der Datenspeicher 360A–360N umfasst weiterhin Schaltungen zum Schreiben von an dem Eingangs-Port IN empfangenen Bytes in sequenzielle Speicherplätze in dem Speicher während eines Schreibzyklus des Byte-Taktausganges von der Synchronisationseinheit 340 entlang der Taktleitung 343. Jeder der Datenspeicher 360A–360N umfasst weiterhin Schaltungen zum Lesen aus einem Speicherplatz, der durch den Adressen-Port AD während eines Lesezyklus des Byte-Taktes vorgesehen wird, und zur Ausgabe der Inhalte dieses Speicherplatzes an den Ausgangs-Port OUT. Alternativ kann jeder Datenspeicher sequenziell ausgelesen werden, während in ihn an Adressen geschrieben wird, die an dem Adressen-Port AD vorgesehen werden.
Um sicherzustellen, dass Daten nicht überschrieben werden, während sie gelesen werden, kann ein Doppel-Pufferschema innerhalb der Datenspeicher 360A–360N verwendet werden, bei dem ein oder mehrere zusätzliche Speicherelemente zum Speichern von Daten verwendet werden, die vorher zu einem Speicherplatz gehörten, in den gerade geschrieben wird, so dass, wenn der betreffende Speicherplatz ausgelesen werden muss, die früheren Inhalte dieses Speicherplatzes verfügbar gemacht werden. Eine Doppelpufferung und/oder ein gemeinsam genutzter Parallelzugang an mehrfache Speicher kann weiterhin dazu verwendet werden, die Geschwindigkeitsanforderungen an die Speicheranordnung zu verringern, wobei ein Kompromiss zwischen Geschwindigkeit und Kompliziertheit gemacht wird.
Die Zeitschlitz-Vertauschungseigenschaft des Verarbeitungabschnittes 730 ergibt sich aus der Fähigkeit, aus jedem der Datenspeicher 360A–360N Daten in einer Reihenfolge zu lesen, die von der Reihenfolge abweicht, mit der Daten geschrieben werden. Unter der Annahme, dass es überhaupt keine Kommutatoren in dem gesamten OXC 100 geben würde, würden N Hochgeschwindigkeits-Datensignale, die von den verschiedenen Port-Karten über die Steckverbinder 310 ankommen, in jeweilige der Datenspeicher 360A–360N in einer sequenziellen Weise geschrieben. Wenn der gesamte OXC gemäß 7 betrachtet wird, gibt es P Hochgeschwindigkeits-Datensignale, die von den verschiedenen Port-Karten 200A–200K ankommen, die jeweils in einen einer Vielzahl P von Datenspeichern geschrieben werden, die auf die Karten 300A–300L verteilt sind.
Durch einen Zugriff auf die Inhalte jedes Datenspeichers in einer Reihenfolge, die durch einen Verbindungsspeicher bestimmt ist, der diesem Datenspeicher zugeordnet ist, ist es möglich, eine Zeitlagenvermittlung jedes einzelnen Signals zu erzielen. Wenn immer noch angenommen wird, dass die Kommutatoren in dem OXC 100 fehlen, so müsste die Anzahl der Verbindungsspeicher gleich der Anzahl der Datenspeicher sein. Somit sind P Verbindungsspeicher in einem kommutationslosen OXC 100 erforderlich.
Der OXC umfasst jedoch Kommutatoren. Im Einzelnen gibt es gemäß 7 zwei P×P-Kommutatoren 740, 745, die auf die Port-Karten und die Schalter-Karten verteilt sind. Das Vorhandensein von Kommutatoren 740, 745 hat zwei bedeutsame Effekte. Zunächst ergibt sich eine Kombination der zyklischen Übertragung jedes der P Kommutator-Eingänge an jedem der P Kommutator-Ausgänge mit der Zeitschlitz-Austauschfunktionalität, die von den Datenspeichern bereitgestellt wird, um sowohl eine Zeitlagen- als auch Raumlagen-Vermittlung zu ermöglichen.
Das heißt, unter Verwendung von sowohl der Kommutation als auch des Zeitschlitz-Austausches ist es möglich, aus einem vorgegebenen Datenspeicher, beispielsweise dem Datenspeicher 360Q in einer derartigen Weise zu lesen, dass nicht nur eine Neuordnung der Daten von einem Eingang Q des Kommutators 740 ermöglicht wird, sondern auch die Rückgewinnung von Informationen von irgendeinem der P-1 anderen Eingänge. Dies erfolgt immer unter Verwendung einer Vielzahl von Verbindungsspeichern, die gleich der Größe des Kommutators 740 ist.
Ein anderer Effekt des Vorhandenseins der Kommutatoren 740–745 besteht jedoch darin, dass die Datenbytes, die in jeden Datenspeicher geschrieben werden, zu unterschiedlichen Kommutator-Eingängen gehören, und dass die Änderungsgeschwindigkeit die CSR des P×P-Kommutators 740 ist. Damit der Datenspeicher Q die Daten von einem Kommutator-Eingang Q' ableitet, ist es erforderlich, einen Verbindungsspeicher anzuwenden, der sich zeitlich mit der Kommutations-Schrittrate des P×P-Kommutators 740 ändert.
Alternativ ist es möglich, einen Satz von Verbindungsspeichern vorzusehen, die feste Verbindungs-Umsetzungen definieren, die auf verschiedene Datenspeicher angewandt werden. Im Einzelnen kann die Gesamtheit von P Verbindungsspeichern mit der Gesamtheit von P Datenspeichern über einen Kommutator verbunden werden, der in Software programmiert ist. Weil die Datenspeicher auf M Sätze von N Datenspeichern pro Satz aufgeteilt sind (ein Satz für jeden der Kommutatoren 320A–320M) ist es selbstverständlich möglich, einen Teil- Kommutator für jeden Satz von Datenspeichern zu verwenden, wobei der Teil-Kommutator 1/M-tel der Anzahl von Ausgängen eines regulären Kommutators hat.
Wie dies in 8 gezeigt ist, ist ein Teil-Kommutator 380 eine Teilmenge eines P×P-Kommutators, der die gleiche CSR und CCR wie der P×P-Kommutator 800 hat, wobei P = M × N so ist, wie dies weiter oben definiert wurde.
So wird unter fortgesetzter Bezugnahme auf 5 ein Satz von P Verbindungsspeichern 390A–390P vorgesehen, die mit einem Teil-Kommutator 380 verbunden sind, dessen erste N Ausgänge 396A–396N mit dem AD-Port der jeweiligen Datenspeicher 360A–360N verbunden sind. Hinsichtlich des Satzes von (nicht gezeigten) Datenspeichern, die dem Kommutator 320B zugeordnet sind (in 7 gezeigt, jedoch nicht in 5 gezeigt) ist festzustellen, dass deren AD-Ports mit den nächsten N Ausgangs-Ports 395A–395N des Teil-Kommutators 380 verbunden sind. Der Fachmann wird erkennen, dass der passende Satz von N Ausgängen, die mit dem N Datenspeichern zu verbinden sind, die mit einem Kommutator verbunden sind, von der Position dieses Kommutators in der Schalter-Karte und von der Position dieser Schalter-Karte in dem OXC 100 abhängt.
Die Verbindungsspeicher 390 sind mit einer Verbindungs-Umsetzung für jeden Ausgang des Kommutators 747 (das heißt für jedes Ausgangs-Hochgeschwindigkeits-Datensignal mit R Gbps) als eine Funktion der Eingänge an dem Kommutator 740 belegt. Der gleiche Satz von Verbindungs-Umsetzungen wird in jeder der Schalter-Karten 300A–300L verwendet. Die Verbindungsspeicher 390A–390P werden durch ein Steuersignal 344 aktualisiert, das von einer Steuereinheit 340 empfangen wird. Die Steuereinheit verarbeitet externe Befehle zur Änderung der Abbildung bestimmter Verbindungsspeicher, wenn unterschiedliche Verbindungen durch den OXC 100 erforderlich sind. Diese Befehle werden von dem zentralen Prozessor 1110 in der Prozessor-Steuerkarte 400 über den Bus 1160, die Verdrahtung der Mittelebene 110, den Stift 312C und eine Signalleitung 345 empfangen.
Somit wird jeder der Datenspeicher 360A–360N als eine Funktion der Verbindungsspeicher 390A–390P und dem Zustand des Teil-Kommutators 380 gelesen. Dies führt dazu, dass jeder Datenspeicher einen Zeitschlitz-Austausch der Daten ausführt, die an seinem IN-Port empfangen werden. Die extrahierten Daten werden dann an eine jeweilige der Vielzahl von Parallel-/Seriell-Schnittstellen 370A-370N weitergeleitet. Jede der Parallel-/Seriell-Schnittstellen 370A–370P umfasst Schaltungen zur Umwandlung ankommender Bytes in einen einzigen Bitstrom, der dem Kommutator 330A zugeführt wird. Wie dies weiter oben erläutert wurde, ist der Kommutator 330 identisch zu dem Kommutator 320 (jedoch in Rückwärtsrichtung angeschlossen, von einer Folgensteuerungsperspektive aus), und er arbeitet mit der gleichen CSR und mit der gleichen CCR.
Obwohl dies in 5 nicht gezeigt ist, dürfte es verständlich sein, dass der Verarbeitungsabschnitt 730 einen ähnlichen Aufbau zur Verarbeitung von Signalen umfasst, die von dem Kommutator 320B abgegeben werden (der in 5 nicht gezeigt ist, jedoch in 7 gezeigt ist). Im Einzelnen ist ein repliziertes Paar von Kommutatoren, eine replizierte Bank von Datenspeichern und Schnittstellen vorgesehen. Die Steuereinheit 340 kann gemeinsam genutzt werden, und zwar ebenso wie die Verbindungsspeicher 390 und der Teil-Kommutator 380, wenn der Teil-Kommutator 380 erweitert wird, um einen zweiten Satz von 16 Ausgangs-Ports zu liefern.
Im Betrieb führt der zusammengesetzte Kommutator 740 ein Zerhacken der Gesamtheit der P Eingangssignale in kleine Teile aus, und jeder Teil erreicht einen Datenspeicher auf einer der Schalter-Karten. Der von jedem Teil erreichte Datenspeicher ändert sich zyklisch mit einer Rate, die gleich der CSR des Kommutators 740 ist. Somit wird jeder Datenspeicher mit Teilen von Daten von jedem der P Eingangssignale belegt.
Entsprechend einem Verbindungsspeicher, der sich ebenfalls zyklisch ändert, führt dann jeder Datenspeicher eine Zeitschlitz-Vertauschung der Teile selbst (für eine grobkörnige Vermittlung) oder eine Zeitschlitz-Vertauschung mit noch kleineren Unterabschnitten jedes Teils (für eine Vermittlung mit feinerer Granularität) aus. Jeder Datenspeicher kann eine Sortierung und Trennung der Datenteile oder Teilabschnitte vor (oder nach) der Zeitschlitz-Vertauschung ausführen.
Der Kommutator 745 rekonstruiert dann Signale, die aus den verschiedenen Datenspeichern ausgelesen werden, dadurch, dass die (möglicherweise Zeitschlitzvertauschten) Abschnitte in einer bekannten Reihenfolge miteinander verknüpft werden.
Es ist klar zu erkennen, dass wenn die Datenspeicher eine Zeitschlitz-Vertauschung von Teilabschnitten der Daten, jedoch keine Zeitschlitz-Vertauschung der Teile selbst ausführen, die einzige Art der Vermittlung, die von dem OXC 100 erreicht wird, eine blockierungsfreie Zeitlagen-Vermittlung ist.
Wenn andererseits die Datenspeicher gesamte Datenteile entsprechend unterschiedlicher Eingangssignale vertauschen, so wird eine reine blockierungsfreie Raumlagen-Vermittlung aufgrund der kombinierten Wirkung der Kommutatoren 740 und 745 erreicht. Daraus folgt, dass eine blockierungsfreie Zeit- und Raumlagen-Vermittlung durch eine Kombination der sich vertauschenden Teile der Daten entsprechend unterschiedlicher Eingangssignale sowie kleinerer Unterabschnitte innerhalb jedes Teils erzielt wird.
Zusätzlich zu der Bereitstellung einer blockierungsfreien Zeit- und Raumlagen-Vermittlung für eine sehr große Anzahl von P von Eingangssignalen ermöglicht die vorliegende Erfindung die Erzielung einer derartigen Vermittlung in einer effizienten und wirtschaftlichen Weise durch Verteilen von Kommutatoren 740 und 745 auf die Port-Karten und Schalter-Karten, durch Verteilen einer Zeitschlitz-Vertauschungsfunktionalität auf die Schalter-Karten, und durch Anordnen der Port-Karten in einer speziellen mechanischen Beziehung zu den Schalter-Karten. Dies führt zu erheblichen Einsparungen hinsichtlich der Herstellungskosten, des Gerätegestell-Raumbedarfs, der Ausbreitungsverzögerungen durch die Verdrahtung, des Leistungsverbrauchs usw.
Eine mögliche Art der Wahl der Kommutations-Schrittrate für den Kommutator 740 (die mit
bezeichnet ist und gleich der schnelleren von
und
ist) wird nunmehr beschrieben. Zunächst ist zu erkennen, dass die
den Anforderungen des OXC als eine Funktion der Rate der Signale, die durch den OXC hindurchlaufen, und der gewünschten Bandbreiten-Granularität folgt. Die Bandbreiten-Granularität bezieht sich auf die Bitrate des Signals der niedrigsten Ebene, das von dem OXC 100 vermittelt werden kann. Beispielsweise ist die Bandbreiten-Granularität eines STS-1-Signals 51,84 Mbps, und die Bandbreiten-Granularität eines STS-3-Signals ist 155,52 Mbps.
Nun kann eine vorgegebene Bandbreiten-Granularität erzielt werden, wenn jeder der Datenspeicher 360A–360N in einer vorgegebenen Schalter-Karte (beispielsweise der generischen Schalter-Karte 300 in 5) gerade genug Speicher hat, um ein Datenelement zwischen Schritten des Kommutators 740 zu speichern. Somit ist die Bandbreiten-Granularität auf die Größe (in Bits) jedes Datenelementes und die CSR des Kommutators 740 bezogen (die mit
bezeichnet ist).
Speziell ist, wenn R die Rate der ankommenden Signale ist, und unter der Annahme, dass jedes Datenelement B Bits breit ist, die Bandbreiten-Granularität (die mit BG bezeichnet wird) gleich BG =
/B. Dieser Grad der Granularität entspricht einem Byte, das vom Eingang zum Ausgang für jeden Schritt des Kommutators 740 übertragen wird. Für einen gewünschten Wert der Bandbreiten-Granularität ist es daher eine einfache Übung, die erforderliche Kommutations-Schrittrate
des Kommutators 740 zu berechnen, was automatisch
und
bestimmt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der generischen Schalter-Karte 300 haben die an jedem der Datenspeicher 360A–360N von den Seriell-/Parallel-Schnittstellen 350A–350N ankommenden Signale eine Datenrate von R Gbps, was gleich 10 Gbps oder mehr sein könnte. Wenn keine ausreichend schnellen Speicher verfügbar sind, so kann statt dessen eine Anordnung von eine niedrigere Geschwindigkeit aufweisenden Speichern eingesetzt werden. Beispielsweise kann eine Anordnung von 16 Speichern jeweils mit einer Tiefe von 4096 Bytes, die mit 311 MHz arbeiten, als ein 16 Kilobyte-Speicher bei 1,25 GHz arbeiten.
Der Fachmann wird selbstverständlich erkennen, dass die Erfindung auf die Vermittlung von optischen Mehr-Wellenlängen-Signalen anstelle von optischen Einzelwellenlängen-Signalen angewandt werden kann. Zu diesem Zweck kann eine Wellenlängen-Demultiplexer-Einrichtung innerhalb der optischen Sendeschaltung 270 und/oder eine Wellenlängen-Multiplexiereinrichtung innerhalb der optischen Empfangsschaltung 280 jeder Port-Karte 200 vorgesehen sein.
Weiterhin ist es verständlich, dass die Vermittlung der vorliegenden Erfindung zur Bereitstellung einer ausschließlich elektrischen Vermittlung ohne die Notwendigkeit einer opto-elektronischen Umwandlung verwendet werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine zusätzliche Kapazität durch Einfügen einer größeren Anzahl von Port-Karten und Schalter-Karten hinzugefügt werden. Die zusätzliche Kapazität kann auf einer regelmäßigen Basis verwendet werden, oder lediglich dann, wenn eine der Port-Karten oder Schalter-Karten einer Wartung unterzogen wird oder einen Ausfall erleidet. Weiterhin können zusätzliche Karten oder Schaltungspackungseinheiten hinzugefügt werden, um eine Steuerfunktionalität bereitzustellen, obwohl diese zusätzlichen Steuermodule nicht parallel zu entweder den Port-Karten oder den Schalter-Karten angeordnet werden müssen.
Wenn zusätzliche Karten als eine Schutzumschalt-Einrichtung verwendet werden, so müssen bestimmte Modifikationen an der Konstruktion des OXC 100 durchgeführt werden, damit eine Erholung bei Ausfällen erreicht wird. Es sei beispielsweise der Fall, dass eine Reserve-Port-Karte und eine Reserve-Schalter-Karte vorgesehen sind. Dies ermöglicht einen vollständigen Schutz im Fall einer ausgefallenen Schalter-Karte und/oder einer ausgefallenen Port-Karte.
Wenn die Port-Karte 200 in 2 betrachtet wird, so kann zur Realisierung des Schutzumschalt-Schemas jeder Ausgang des M×M-Kommutators 230 durch einen 1×2-Multiplexer geleitet werden, der auswählt, ob der Ausgang zu der üblichen Schalter-Karte oder zu der Reserve-Schalter-Karte geht. Alternativ kann der M×M-Kommutator durch einen M×(M+1)-Kommutator ersetzt werden, der unter normalen Umständen wie ein M×M-Kommutator arbeitet, der jedoch die Fähigkeit hat, eine steuerbare Regelung der verschiedenen CSR's im Fall eines Schalter-Karten-Ausfalls anzuwenden.
So würde, wenn von Kommutator 230 aus gesehen die normale Betriebsfolge von Ausgängen für den Eingang 1 von beispielsweise 16 der Folge 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 entsprechen würde, und wenn es 8 Schalter-Karten geben würde und die Schalter-Karte 3 von 8 ausfallen würde, die Folge von Ausgängen so umprogrammiert, dass sie 1, 2, 3, 4, 17, 18, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 ist. In diesem Fall stellen 17 und 18 die Ausgänge dar, die zu der 9. (Reserve-) Schalter-Karte gehen.
Eine ähnliche Umprogrammierung müsste an dem Kommutator 230B erfolgen. Eine derartige Umprogrammierung könnte durch den zentralen Prozessor 110 in der Steuerprozessor-Karte 400 über den Steuerbus 290 erzielt werden.
In ähnlicher Weise kann es erforderlich sein, dass die Schalter-Karten auf einen Port-Karten-Ausfall ansprechen. Auch hier würden in einer ähnlichen Weise die Kommutatoren auf der Schalter-Karte so umprogrammiert werden müssen, dass sie zu der Reserve-Port-Karte springen, um Signale mit dieser auszutauschen. Es sind jedoch exakt diese I/O-Funktionen der Reserve-Port-Karte, die das Schutzschema im Fall einer ausgefallenen Port-Karte geringfügig komplizieren. Speziell können, wenn eine Port-Karte ausfällt, die Schalter-Karten vollständig die Sicht auf die Signale verlieren, die vorher in dem OXC auf den externen Eingangs-Lichtleitfasern ankamen, die der ausgefallenen Karte entsprechen.
Daher ist es zusätzlich zu der Umprogrammierung der Kommutatoren in der Schalter-Karte erforderlich, die externen optischen Signale von der externen Quelle zu der Reserve-Port-Karte und wieder zurück umzulenken. Unter Bezugnahme auf 12 ist ein Mechanismus zur Bereitstellung dieser Umlenkungsfunktionalität gezeigt. Speziell kann ein bekanntes mikroelektromechanisches (MEM-) Schalterbauteil 1200 für diesen Zweck verwendet werden.
Gemäß 12 umfasst daher das MEM-Schalterbauteil 1200 einen Satz von bidirektionalen Steckverbindern 1210A–1210K, die zu und von jeweiligen Port-Karten 200A–200K entlang jeweiliger externer Eingangs- und Ausgangs-Lichtleitfasern 280/285 führen. Das MEM-Bauteil 1200 umfasst weiterhin einen Satz von bidirektionalen Steckverbindern 1220A–1220K, die zu der Fernsprechamt-Ausrüstung über jeweilige Lichtleitfasern 1220A–1220K führen. Innerhalb des MEM-Bauteils wird unter Bedingungen ohne Fehler Licht geradlinig zwischen den Steckverbindern 1210A–1210K und 1220A–1220K hindurchgeleitet.
Weiterhin umfasst das MEM-Bauteil 1200 eine Vielzahl von Spiegeln 1230A–1230K, die so aufgebaut sind, dass sie unter Bedingungen ohne Fehler den optischen Pfad zwischen den optischen Steckverbindern nicht unterbrechen, die jedoch elektrisch so gesteuert werden können, dass sie aufgestellt werden, wenn ein Port-Karten-Fehler festgestellt wird. Zusätzlich umfasst das MEM-Bauteil 1200 einen bidirektionalen Steckverbinder 1210S, der mit einer Reserve-Port-Karte 1205 verbunden ist. Der bidirektionale Steckverbinder 1210S ist parallel zu den Spiegeln 1230A–1230K angeschaltet und senkrecht zu den geradlinig durchgehenden optischen Pfaden zwischen den Steckverbindern 1210A–1210K und 1220A–1220K.
In dem dargestellten Beispiel wird angenommen, dass die Port-Karte 200B einen Fehlerzustand hervorruft. Somit wird bewirkt, dass der Spiegel 1230B „aufgestellt" wird und daher Licht von dem Steckverbinder 1220B zu dem Steckverbinder 1210S und umgekehrt umlenkt. Auf diese Weise wird der durch den Steckverbinder 1220B fließende Verkehr geschützt.
Es ist weiterhin verständlich, dass die Schalter-Karten der vorliegenden Erfindung eine andere Funktionalität zusätzlich zu der Zeitschlitz-Vertauschung bereitstellen können, wie z. B. eine Signaltrennung oder -sortierung. Beispielsweise können Daten, die in den Datenspeichern 360A–360N der Schalter-Karte 300 gespeichert sind, von einem Prozessor geändert werden. Modifikationen an den Daten können die Änderung des Formats der Daten oder die Änderung des Inhaltes der Rahmen-Zusatzinformation einschließen.
Weiterhin liegt es innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung, die Mittelebene vollständig vorzulassen. In diesem Fall würden Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungen zwischen komplementär zusammenpassenden Stiften auf den Port-Karten und den Schalter-Karten hergestellt, doch würde eine Steuerfunktionalität unabhängig über Stifte bereitgestellt, die mit dem entgegengesetzten Ende jeder Karte verbunden sein würden. In 13 ist ein Beispiel eines OXC gemäß dieser abgeänderten Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei der eine Vielzahl von Port-Karten 1310 mit jeder einer Vielzahl von Schalter-Karten 1320 ohne die Einfügung einer Mittelebene verbunden ist. Hilfsfunktionen, wie z. B. Leistungsversorgung, Erdung, Zeitsteuerung und Steuerung werden über eine Steuereinheit 1330 über Steuerleitungen 1340 bereitgestellt, die zu speziellen Steckverbindern 1350 auf den Port-Karten 1310 und auf den Schalter-Karten 1320 führen.
Obwohl die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben und erläutert wurde, wird der Fachmann erkennen, dass weitere Abänderungen und Modifikationen möglich sind, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims

Vermittlungseinheit (100), mit: einer Vielzahl von Empfangs-Port-Karten (202A–202K), wobei jede Empfangs-Port-Karte zumindest einen ersten M-Weg-Kommutator (230A–230N) umfasst, wobei die Gesamtzahl von ersten M-Weg-Kommutatoren über alle Empfangs-Port-Karten hinweg gleich N ist; einer Vielzahl von Sende-Port-Karten (201A–201K), wobei jede Sende-Port-Karte zumindest einen zweiten M-Weg-Kommutator (235A–235N) umfasst, wobei die Gesamtzahl von zweiten M-Weg-Kommutatoren über alle Sende-Port-Karten hinweg ebenfalls gleich N ist; einer Vielzahl von Schalter-Karten (300A–300L), wobei jede Schalter-Karte zumindest einen ersten N-Weg-Kommutator (320A–320M) und eine entsprechende Anzahl von zweiten N-Weg-Kommutatoren (330A–330M) umfasst, wobei die Gesamtzahl von ersten N-Weg-Kommutatoren über alle die Schalter-Karten hinweg gleich M ist, und wobei die Gesamtzahl der zweiten N-Weg-Kommutatoren über alle die Schalter-Karten hinweg ebenfalls gleich M ist, wobei jede Schalter-Karte weiterhin Einrichtungen (730) zur steuerbaren Zeitlagen-Vermittlung einer Vielzahl von Signalen umfasst, die von jedem ersten N-Weg-Kommutator abgegeben werden, und eine Vielzahl von geschalteten Signalen an den entsprechenden zweiten N-Weg-Kommutator liefert; wobei der m-te Ausgang des n-ten ersten M-Weg-Kommutators (230A-230N) mit dem n-ten Eingang des m-ten ersten N-Weg-Kommutators (330A–330M) verbunden ist, und wobei der n-te Ausgang des m-ten zweiten N-Weg-Kommutators (235A-235N) mit dem m-ten Eingang des n-ten zweiten M-Weg-Kommutators verbunden ist, für 1 ≤ m ≤ M und 1 ≤ n ≤ N; wobei die M-Weg-Kommutatoren (230, 235) und die N-Weg-Kommutatoren (320, 330) harmonisch aufeinander bezogene Kommutations-Schrittraten aufweisen, wobei die ersten M-Weg-Kommutatoren (230) auf den Empfangs-Port-Karten (202) und die ersten N-Weg-Kommutatoren (320) auf den Schalter-Karten (300) als ein P-Weg-Kommutator (740) wirken, und wobei die zweiten M-Weg-Kommutatoren (235) auf den Sende-Port-Karten (201) und die zweiten N-Weg-Kommutatoren (330) auf den Schalter-Karten (300) als ein P-Weg-Kommutator (745) wirken, wobei P = M*N ist.
Vermittlungseinheit nach Anspruch 1, bei der die Empfangs-Port-Karten (202) im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind; bei der die Sende-Port-Karten (201) im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, bei der die Schalter-Karten (300) im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, bei der die Senkrechte auf irgendeine Empfangs-Port-Karte und die Senkrechte auf irgendeine Schalter-Karte nicht parallel zueinander sind, und bei der die Senkrechte auf irgendeine Sende-Port-Karte und die Senkrechte auf irgendeiner Schalter-Karte nicht parallel zueinander sind.
Vermittlungseinheit nach Anspruch 1, bei der die Empfangs-Port-Karten (202) im Wesentlichen parallel zueinander sind, bei der die Sende-Port-Karten (201) im Wesentlichen parallel zueinander sind, bei der die Schalter-Karten (300) im Wesentlichen parallel zueinander sind, und bei der die Empfangs-Port-Karten im Wesentlichen senkrecht zu den Schalter-Karten sind, und bei der die Sende-Port-Karten im Wesentlichen senkrecht zu den Schalter-Karten sind.
Vermittlungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der alle die Kommutatoren und die Einrichtungen zur steuerbaren Zeitlagen-Vermittlung zusammenwirken, um eine blockierungsfreie Zeit- und Raumlagen-Vermittlung der Signale an den Eingängen der ersten M-Weg-Kommutatoren zu schaffen.
Vermittlungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die weiterhin eine erste Mittelebene (110), die mit den Empfangs-Port-Karten und mit den Schalter-Karten verbunden ist, und eine zweite Mittelebene (111) umfasst, die mit den Sende-Port-Karten und mit den Schalter-Karten verbunden ist, wobei die Verbindungen zwischen den ersten M-Weg-Kommutatoren und den ersten N-Weg-Kommutatoren durch elektrische Pfade durch die erste Mittelebene geschaffen werden, und wobei die Verbindungen zwischen den zweiten N-Weg-Kommutatoren und den zweiten M-Weg-Kommutatoren durch elektrische Pfade durch die zweite Mittelebene hindurch geschaffen werden.
Vermittlungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die weiterhin eine Steuereinheit umfasst, die mit den Empfangs-Port-Karten, den Sende-Port-Karten und den Schalter-Karten verbunden ist, wobei die Steuereinheit so ausgebildet ist, dass sie eine Synchronisation der Kommutatoren auf den Empfangs-Port-Karten, auf den Sende-Port-Karten und auf den Schalter-Karten ergibt.
Vermittlungseinheit nach Anspruch 6, bei der die Steuereinheit mit den Empfangs-Port-Karten und den Schalter-Karten über jeweilige elektrische Leiterbahnen durch die erste Mittelebene hindurch verbunden ist, und bei der die Steuereinheit mit den Sende-Port-Karten und den Schalter-Karten über jeweilige elektrische Leiterbahnen durch die zweite Mittelebene hindurch verbunden ist.
Vermittlungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der jede Empfangs-Port-Karte opto-elektronische Umwandlungsschaltungen (760) zur Umwandlung einer Vielzahl von optischen Signalen in M elektrische Signale umfasst, die jeweiligen Eingängen des jeweiligen ersten M-Weg-Kommutators zugeführt werden.
Vermittlungseinheit nach Anspruch 8, bei der jede Empfangs-Port-Karte weiterhin eine Verarbeitungs- und Aufbereitungseinheit umfasst, die zwischen der opto-elektronischen Umwandlungsschaltung und dem jeweiligen ersten M-Weg-Kommutator eingeschaltet ist und Schaltungen zur Decodierung von Steuerinformationen umfasst, die in den Rahmen der ankommenden Signale enthalten sind.
Vermittlungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der jede Sende-Port-Karte opto-elektronische Umwandlungsschaltungen (765) zur Umwandlung einer Vielzahl von Signalen, die von dem zweiten M-Weg-Kommutator empfangen werden, in eine Vielzahl von optischen Signalen umfasst.
Vermittlungseinheit nach Anspruch 10, bei der jede Sende-Port-Karte weiterhin eine Verarbeitungs- und Aufbereitungseinheit umfasst, die zwischen dem jeweiligen zweiten M-Weg-Kommutator und der opto-elektronischen Umwandlungsschaltung angeschlossen ist und Schaltungen zur Codierung von Steuerinformationen in die Rahmen der abgehenden Signale umfasst.
Vermittlungseinheit nach Anspruch 11, bei der die Verarbeitungs- und Aufbereitungseinheit in jeder Empfangs-Port-Karte und in jeder Sende-Port-Karte weiterhin Schaltungen zur Ableitung eines Taktsignals aus ankommenden Signalen umfasst.
Vermittlungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Einrichtung zur steuerbaren Zeitlagen-Vermittlung auf jeder Schalter-Karte eine Vielzahl N von Datenspeichern (360) und eine Vielzahl von N Verbindungsspeichern (390) umfasst, wobei jeder Datenspeicher einen addressierbaren Speicher umfasst, der zum Schreiben von von dem ersten N-Weg-Kommutator empfangenen Daten in aufeinanderfolgende Speicherplätze ausgebildet ist, und der weiterhin zum Lesen von Daten an einem Speicherplatz ausgebildet ist, der durch den Verbindungsspeicher spezifizierbar ist, und der weiterhin zur Lieferung der Lese-Daten an den zweiten N-Weg-Kommutator ausgebildet ist.
Vermittlungseinheit nach Anspruch 13, bei der die M-Weg-Kommutatoren eine erste Kommutations-Schrittrate haben, und die N-Weg-Kommutatoren eine zweite Kommutations-Schrittrate haben, die harmonisch auf die erste Kommutations-Schrittrate bezogen ist, wobei jede Schalter-Karte weiterhin mit den Verbindungsspeichern verbundene Einrichtungen zum Ändern der Verbindungsspeicher mit einer Rate umfasst, die gleich der schnelleren der ersten und zweiten Kommutations-Schrittraten ist.
Vermittlungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede Schalter-Karte weiterhin eine Seriell-/Parallel-Schnittstelle zwischen dem jeweiligen ersten N-Weg-Kommutator (320) und der jeweiligen Einrichtung (730) zur steuerbaren Zeitlagen-Vermittlung und eine Parallel-/Seriell-Schnittstelle zwischen den jeweiligen Einrichtungen zur steuerbaren Zeitlagen-Vermittlung und dem jeweilige zweiten N-Weg-Kommutator umfasst.
Vermittlungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die weiterhin zumindest eine Reserve-Empfangs-Port-Karte umfasst, die in ihrem Aufbau identisch zu den Empfangs-Port-Karten und parallel zu diesen angeschlossen ist, um die Funktionalität einer Empfangs-Port-Karte im Fall eines Ausfalls einer Empfangs-Port-Karte bereitzustellen.
Vermittlungseinheit nach Anspruch 16, bei der bei einem Ausfall einer Empfangs-Port-Karte der erste N-Weg-Kommutator auf jeder Schalter-Karte programmierbar ist, um Daten von einer der Reserve-Empfangs-Port-Karten anstelle der ausgefallenen Empfangs-Port-Karte zu empfangen.
Vermittlungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die weiterhin zumindest eine Reserve-Sende-Port-Karte umfasst, die in ihrem Aufbau identisch zu den Sende-Port-Karten und parallel zu diesen angeschaltet ist, um die Funktionalität einer Sende-Port-Karte im Fall eines Ausfalls einer Sende-Port-Karte bereitzustellen.
Vermittlungseinheit nach Anspruch 18, bei der bei Ausfall einer Sende-Port-Karte der zweite N-Weg-Kommutator auf jeder Schalter-Karte so programmierbar ist, dass er Daten an eine der Reserve-Sende-Port-Karten anstatt an die ausgefallene Sende-Port-Karte sendet.
Vermittlungseinheit nach Anspruch 19, die weiterhin einen mikro-elektromechanischen Schalter zum Umlenken des externen Verkehrs an eine der Reserve-Empfangs-Port-Karten im Fall eines Ausfalls einer Empfangs-Port-Karte und von einem der Reserve-Sende-Port-Karten im Fall eines Sende-Port-Karten-Ausfalls umfasst.
Vermittlungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die weiterhin zumindest eine Reserve-Schalter-Karte umfasst, die in ihrem Aufbau identisch zu den Schalter-Karten ist und parallel zu diesen angeschaltet ist, um die Funktionalität einer Schalter-Karte im Fall eines Ausfalls einer Schalter-Karte bereitzustellen.
Vermittlungseinheit nach Anspruch 21, bei der bei Ausfall einer Schalter-Karte der erste M-Weg-Kommutator auf jeder Empfangs-Port-Karte so programmierbar ist, dass er Daten an eine der Reserve-Schalter-Karten anstatt an die ausgefallene Schalter-Karte sendet.
Vermittlungseinheit nach Anspruch 21 oder 22, bei der bei Ausfall einer Schalter-Karte der zweite M-Weg-Kommutator auf jeder Sende-Port-Karte programmierbar ist, um Daten von einer der Reserve-Schalter-Karten anstatt von der ausgefallenen Schalter-Karte zu empfangen.
Vermittlungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zumindest eine der Empfangs-Port-Karten und zumindest eine entsprechende der Sende-Port-Karten als eine universelle Port-Karte gerätemäßig ausgestaltet sind.