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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der speicherprogrammgesteuerten
Systeme, darunter u.a. Fernsprechvermittlungsstellen, Datenrouter und
robotische Maschinenwerkzeuge; genauer gesagt beschreibt die vorliegende
Erfindung einen optischen Kommunikationsweg, der Kommunikation zwischen
Verarbeitungseinheiten in einem speicherprogrammgesteuerten System
bereitstellt.
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Allgemeiner Stand der
Technik
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Der
allgemeine Stand der Technik für
die vorliegende Erfindung kann in einem Wort zusammengefaßt werden: "Leitungen". Die meisten speicherprogrammgesteuerten
Systeme auch minderer Komplexität
bestehen aus einer Vielzahl von einzelnen oder funktionalitätsbegrenzten
Verarbeitungseinheiten, die jeweils durch Leitungen mit einer oder
mehreren der anderen Verarbeitungseinheiten verbunden sind. Es gibt
buchstäblich
millionen Meilen von Verbindungsleitungen in derzeitiger Verwendung
in Systemen diverser Art, wie zum Beispiel speicherprogrammgesteuerte
Fernsprech- und Datenvermittlungssysteme, robotische Fertigungslinien,
schnelle Zentralrechner, moderne Flugzeuge, lokale Netzwerke usw.
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Diese
Leitungen stellen das Medium für Kommunikationssignale
zwischen Verarbeitungseinheiten bereit, um Funktionalität des Ganzen
zu ermöglichen.
Zum Beispiel wird ein durch eine Verarbeitungseinheit im Cockpit
eines Flugzeugs erzeugtes Signal über eine Leitung zu einer Verarbeitungseinheit
im hinteren Ende übertragen,
um die Steueroberflächen
des hinteren Endes zu manipulieren. Ähnlich wird in einer speicherprogrammgesteuerten Fernsprechvermittlungsstelle
ein Signal zum Verbinden einer Fernsprechverbindung von einem Anschluß zu einem
anderen durch Leitungen geführt, die
die Verarbeitungseinheiten verbinden, mit denen die Telefonanschlüsse verbunden
sind.
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Bei
den meisten speicherprogrammgesteuerten Systemen sind die "Verbindungsleitungen" ein komplexes Array
von Backplane-Verdrahtung, die Verarbeitungseinheiten auf Karten,
Kartensteckplätzen
und Steckplatzgestellen verbinden. Diese (Karte, Kartensteckplatz,
Steckplatzgehäuse)
können
jeweils alle als "Verarbeitungseinheit" betrachtet werden,
weil Karten und Steckplätze
verwandter Aufgaben gewöhnlich
miteinander zu funktionalen Einheiten verdrahtet werden und dann
im allgemeinen in einem Gestell miteinander verdrahtet werden. Gestelle großer speicherprogrammgesteuerter
Systeme werden durch Leitungsbündel
(Kabel) verbunden. Somit stellen die Verbindungsleitungen Kommunikationswege
bereit, die den einzelnen Verarbeitungseinheiten des speicherprogrammgesteuerten
Systems Interaktion ermöglichen,
wodurch die Funktion des Ganzen bereitgestellt wird.
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Eine
einzige Änderung
in einer einzelnen Verarbeitungseinheit eines speicherprogrammgesteuerten
Systems kann bewirken, daß buchstäblich tausende
Verbindungsleitungen von einer Verarbeitungseinheit zu einer anderen
verlagert oder auf bestimmte Weise verbunden oder umverbunden werden.
Diese neuen Verbindungen müssen
von Fachleuten, die jede Verbindung herstellen und sie dann testen,
sorgfältig
geplant und ausgeführt
werden. Ein geringfügiger
Fehler kann eine grobe Fehlfunktion verursachen.
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Außerdem sind
diese Leitungen klobig und werden häufig miteinander zu einem Kabelbündel gruppiert.
Eine solche Bündelung
ist insofern an und für
sich problematisch, als, wenn eine oder mehrere Leitungen in dem
Bündel
durchtrennt werden, dann ein Teil der Funktionalität des speicherprogrammgesteuerten
Systems oder die gesamte Funktionalität des speicherprogrammgesteuerten
Systems verloren geht und es schwierig ist, eine beschädigte Leitung
in einem Leitungsbündel
zu finden. In einem Szenario des ungünstigsten Falls kann ein einziger Kurzschluß in einem
Leitungsbündel
verheerende Feuer verursachen, wie zum Beispiel das Feuer in der
Fernsprechvermittlungsstelle in Hinsdale, Illinois, im Mai 1988.
Dieses Feuer verursachte eine landesweite Unterbrechung des Fernsprechdienstes,
die einige wenige Tage dauerte, und eine Unterbrechung des Ortsfernsprechdienstes,
die mehrere Monate dauerte.
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In
den letzten zehn Jahren wurden bestimmte Verbindungsleitungen durch
faseroptisches Kabel ersetzt. Dies stellte einen Fortschritt in
der Technik dar, weil mehr Signale (höhere Bandbreite) über einen
kleineren physischen Querschnitt geführt werden können. Faseroptik
wurde jedoch zum größten Teil
wie jede andere Leitung behandelt; jede Faser verbindet eine Verarbeitungseinheit
mit einer anderen und das optische Signal wird an jedem Abschluß zwischen
optischen und elektrischen Signalen umgesetzt und die elektrischen
Signale werden auf die gewöhnliche
Weise verarbeitet.
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Somit
besteht ein Problem in der Technik darin, daß Verarbeitungseinheiten in
einem speicherprogrammgesteuerten System durch extensive Verdrahtung
verbunden werden, die schwierig zu installieren, zu warten und zu
modifizieren ist.
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Aus
Vergnolle, C. et al., "Connectique
optique dans les metérels
aéroportés: Limitation
des connexions par fond de panier, perspective de solutions optiques", L'Onde Electrique,
Band 70, Nr. 6, November/Dezember 1990, Seiten 27-31, Goodman, J.W.
et al., in "Optical
Interconnections for VLSI Systems", Proc IEEE, Band 72, Nr. 7, Juli 1984,
Seiten 850-866, Yeh, J-H. et al., in "Hybrid free-space optical bus system
for board-to- board
interconnections",
Applied Optics, Band 35, Nr. 32, November 1996, Seiten 6354-6364,
EP-A-0 876 019 und EP-A-0 811 862 sind Systeme bekannt, die optische
Freiraumkommunikation zwischen Verarbeitungseinheiten gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 bereitstellen.
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Kurze Darstellung
der Erfindung
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Ein
System gemäß der Erfindung
wird in dem unabhängigen
Anspruch 1 definiert. Bevorzugte Formen werden in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Dieses
Problem wird gelöst
und ein technischer Fortschritt in der Technik erzielt durch ein
System, das Freiraumoptik zur Verbindung von Verarbeitungseinheiten
eines speicherprogrammgesteuerten Systems verwendet. Kommunikationssignalwege werden
in einem speicherprogrammgesteuerten System bereitgestellt, das
eine Vielzahl von Einheiten umfaßt, die dafür konfiguriert sind, Signale
("Verarbeitungseinheiten") durch eine Strahllinie
im Freiraum in der Nähe
jeder der Vielzahl von Einheiten zu verarbeiten. Die Strahllinie
ist so konfiguriert, daß sie optisch
codierte Kommunikationssignale enthält, die zwischen und unter
den Verarbeitungseinheiten übertragen
werden. Jede Verarbeitungseinheit enthält eine Sonde zum Empfangen
optisch codierter Signale aus der Strahllinie und vorteilhafterweise
eine Sonde zum Einspeisen optisch codierter Signale in die Strahllinie.
An einem ersten Ende der Strahllinie kann sich eine erste Abschlußeinheit
befinden, die dafür
konfiguriert ist, die optisch codierten Signale einzuleiten und/oder
abzuschließen,
sowie eine zweite Abschlußeinheit
am zweiten Ende der Strahllinie, die ebenfalls dafür konfiguriert
ist, die optisch codierten Signale einzuleiten und/oder abzuschließen.
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Jede
Verarbeitungseinheit kann einen Rahmen, einen Steckplatz oder eine
einzelne Karte auf einem Steckplatz des speicherprogrammgesteuerten Systems
umfassen und jede Verarbeitungseinheit führt Funktionen in bezug auf
die beabsichtigte Funktionalität
des speicherprogrammgesteuerten Systems aus. Sonden werden so konfiguriert,
daß sie
optisch codierte Signale in der Freiraumstrahllinie empfangen oder
senden. Die Sonde umfaßt
ferner die Unterstützungsschaltkreise
zum Übersetzen
optisch codierter Signale in und aus elektrisch codierten Signalen
und zum Routen solcher Signale.
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Die
Strahllinie kann über,
unter, durch oder neben den Verarbeitungseinheiten verlaufen und
der Strahl kann durch Zeitmultiplex, Raummultiplex oder Wellenlängenmultiplex
codiert werden. Die Strahllinie kann unter Verwendung von Leitspiegeln,
Prismen, Linsen, Gittern und Hologrammen gebildet und gerichtet
werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Ein
vollständigeres
Verständnis
der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus einer Durchsicht der
Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen:
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1 eine
perspektive Ansicht einer Freiraumstrahllinie, die die Beziehung
der Strahllinie und Sonden gemäß einer
allgemeinen Übersicht
einer beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 eine
Querschnittsansicht der Freiraumstrahllinie entlang der Linie 2-Z
von 1;
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3 eine
beispielhafte Ausführungsform von
Sende- und Empfangssonden
von 1 und 2;
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4 eine
weitere beispielhafte Ausführungsform
von Sende- und Empfangssonden von 1 und 2;
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5 ein
Blockschaltbild der unidirektionalen Kommunikation entlang einer
Freiraumstrahllinie gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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6 ein
Blockschaltbild einer weiteren beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit bidirektionalen Sonden;
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7 ein
Blockschaltbild einer weiteren beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, bei der die Verarbeitungseinheiten jeweils
miteinander kommunizieren können;
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8 ein
physisches Layout einer speicherprogrammgesteuerten Vermittlungsstelle
gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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9 ein
Blockschaltbild der beispielhaften Ausführungsform von 8,
bei der die Freiraumstrahllinie zu jedem Steckplatz verteilt wird;
und
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10 ein
Blockschaltbild der beispielhaften Ausführungsform von 8,
bei der die Freiraumstrahllinie zu jeder Karte auf jedem Steckplatz
verteilt wird.
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Ausführliche
Beschreibung
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Nunmehr
mit Bezug auf 1 ist eine perspektive Ansicht
einer Freiraumstrahllinie 10 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform
wird eine Freiraumstrahllinie 10 durch einen Sender 12 in
einer Sendesonde 14, der optisch codierte Signale projiziert,
erzeugt, wie später
in Verbindung mit 3 und 4 beschrieben werden
wird. Die Sendesonde 14 erzeugt eine Strahllinie 10 mit
gewünschtem
Durchmesser entlang der Länge
seines Weges.
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In
den Empfangssonden 18 sind mehrere Empfänger 16 über die
Strahllinie 10 entlang der äußeren Peripherie in Form einer
Spirale oder Helix verteilt, so daß ein Minimum an Schattenbildung
auftritt; das heißt,
daß sich
eine Empfangssonde 18 im Schatten einer vorherigen Empfangssonde 18 in
der Strahllinie 10 befindet, wodurch bewirkt wird, daß die Sonde
in dem Schatten nur wenig oder gar nichts von den optisch codierten
Signalen in der Strahllinie 10 empfängt.
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Die
Freiraumstrahllinie 10 ist in einem reservierten Volumen
oder Durchgang 22, in einem Gehäuse, wie zum Beispiel einem
Zylinder oder Rohr enthalten. Wenn sich die Strahllinie 10 in
einem Durchgang befindet, kann die innere Oberfläche zum Zeitpunkt der Herstellung
beschichtet werden, um abhängig
von der Länge
des Rohrs, der Wellenlänge des
durch den Laser in dem Sender 12 erzeugten Signals und
dem Verlustbudget optisch absorbierend oder optisch reflektierend
zu sein, um optimalen Empfang optisch codierter Signale durch die
Vielzahl von Empfangssonden 18 über die gesamte Länge der
Strahllinie 10 hinweg bereitzustellen.
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Der
Durchgang 22 enthält
bei dieser beispielhaften Ausführungsform
eine erste Abschlußeinheit 24 und
eine zweite Abschlußeinheit 26.
Die erste Abschlußeinheit 24 enthält eine
Sendesonde 14, und eine zweite Abschlußeinheit 26 enthält eine
Empfangssonde 18 (bei dieser beispielhaften Ausführungsform).
Die erste Abschlußeinheit 24 leitet
die optische Strahllinie 12 ein und die zweite Abschlußeinheit 26 schließt den Teil
der optischen Strahllinie 12, der über die anderen Sonden 18 hinausreicht,
ab. Wie später
besprochen werden wird können
die erste Abschlußeinheit 24 und/oder
die zweite Abschlußeinheit 26 sowohl
Sender als auch Empfänger
enthalten und können
verbunden sein, um das codierte Signal zu recyceln.
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2 zeigt
eine Draufsicht auf einen Querschnitt der Freiraumstrahllinie 10 entlang
der Linie 2-2 von 1. Der Durchgang 22 enthält mehrere Empfangssonden 18 um
seinen inneren Rand herum. In der Darstellung von 2 fokussiert
der Laser des Senders 12 (1) die Strahllinie 10,
um den inneren Umfang des Durchgangs 22 zu umfassen, wodurch
jede Sonde 18 das codierte optische Signal empfängt. Die
zweite Abschlußeinheit 26 ist
hier als eine Empfangssonde 18 umfassend dargestellt. (Die zweite
Abschlußeinheit
kann auch einen nicht gezeigten Sender 12 enthalten). Als
Alternative kann die zweite Abschlußeinheit 26 eine Endkappe
umfassen. Eine Endkappe kann absorbierend sein, um die Strahllinie 10 zu
stoppen, oder reflektierend (d.h. ein Spiegel oder Retroreflektor),
um die Strahllinie 10 in der entgegengesetzten Richtung
zu recyceln.
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Nunmehr
mit Bezug auf 3 sind beispielhafte Ausführungsformen
einer Sendesonde 14 und einer Empfangssonde 18 gezeigt.
Bei dieser beispielhaften Ausführungsform
enthält
die Sendesonde 14 einen Sender 12 mit einem Laser 30 (d.h.
einer Laserdiode 32 und einem Rückkopplungsfotodetektor 34,
wie in der Technik bekannt ist), der elektronisch codierte Signale
in die optische Freiraumstrahllinie 10 umsetzt. Die optische
Freiraumstrahllinie 10 wird durch eine konkave Linse 36 und
eine konvexe Linse 38 (die wie in der Technik bekannt ein
umgekehrtes galiläisches
Teleskop bilden) projiziert. Ein Lasertreiber 40 führt dem
Laser 30 elektrisch codierte Signale zu und empfängt Rückkopplung
von diesem, wie in der Technik bekannt. Der Rückkopplungsverstärker 42 regelt
das Eingangssignal des Lasers 30. Der Laser 30 und
der Lasertreiber 40 sind Fachleuten beide bekannt. Der Laser 30 und
der Lasertreiber 40 werden hier als zwei getrennte Einheiten
dargestellt, können
aber eine Einheit sein.
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Die
Freiraumstrahllinie 10 wird an der Empfangssonde 18 an
einem Empfänger 16 empfangen, der
eine konvexe Linse 44 enthält, die die Strahllinie 10 auf
einen Fotodetektor 46 fokussiert. Der Fotodetektor 46 empfängt einen
Teil der Strahllinie 10 und erzeugt als Reaktion darauf
ein elektrisches Signal. Das elektrische Signal wird einer Empfängerschaltung 48 zugeführt, die
einen Transimpedanzverstärker
(TIA) 50, eine Taktwiederherstellungsschaltung 52 und
eine Entscheidungsschaltung 54 enthält. Der Empfänger 16 und
die Empfängerschaltung 48 sind in
der Technik wohlbekannt. Der Empfänger 16 und die Empfängerschaltung 48 werden
hier als zwei getrennte Einheiten dargestellt, wobei die Empfängerschaltung 48 in
einem Signalempfänger 55 enthalten ist.
Diese beiden Einheiten können
jedoch, wie in der Technik bekannt ist, eine Einheit sein.
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Der
Laser 30 wird durch ein elektrisches Signal aus einem Signalgenerator 56 angesteuert.
Der Signalgenerator 56 umfaßt einen Lasertreiber 40,
einen Protokoll-Handler 58 und einen Multiplexer 60. Der
Multiplexer empfängt
mehrere Eingangssignale 62 aus einer oder mehreren Verarbeitungseinheiten, die
gemäß einem
vorbestimmten Algorithmus gemultiplext werden (es sind viele Algorithmen
zum Multiplexen in der Technik bekannt und werden daher nicht besprochen).
Signale werden dann an den Protokoll-Handler 58 weitergeleitet.
Der Protokoll-Handler 58 verkapselt die Signale mit dem
von der Strahllinie 10 verwendeten Protokoll.
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Das
durch den Protokoll-Handler 58 erzeugte Signal wird dem
Lasertreiber 40 zugeführt,
der den Laser 30 steuert.
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Wenn
der Fotodetektor 46 ein Signal empfängt, wird es an den Signalempfänger 55 abgeliefert, der
eine Empfängerschaltung 48,
einen Protokoll-Handler 64 und einen Demultiplexer/Router 66 umfaßt. Das
empfangene Signal wird in der Empfängerschaltung 48 wie
in der Technik bekannt decodiert. Die Empfängerschaltung 48 ist
mit einem Protokoll-Handler 64 verbunden, der das empfangene Signal
gemäß dem von
dem Protokoll-Handler 58 benutzten Protokoll entkapselt.
Der Protokoll-Handler 64 leitet
das Signal zu einem Demultiplexer und Router 66 weiter,
der das Signal demultiplext und dann Signale 68 zu der
empfangenen Verarbeitungseinheit bzw. zu den empfangenen Verarbeitungseinheiten sendet.
Demultiplex- und Routingalgorithmen sind in der Technik wohlbekannt
und werden hier also nicht weiter beschrieben.
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4 zeigt
eine beispielhafte Ausführungsform
einer Sendesonde 14 und einer Empfangssonde 18 gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung. Bei dieser beispielhaften
Ausführungsform
ist die Elektronik von der optischen Strahllinie entfernt angeordnet.
Die Sendesonde 14 enthält bei
dieser beispielhaften Ausführungsform
einen Sender 12 mit einem Laserelement 30, wie
oben in Verbindung mit 3 beschrieben, wodurch aus dem
Lasertreiber 40 abgelieferte elektrische Signale in ein
optisch codiertes Signal verwandelt werden. Wahlweise wird dieses
optisch codierte Signal in die Linse 80 eingespeist, die
das Signal bei dieser beispielhaften Ausführungsform durch einen Lichtleiter 82 (d.h.
optische Faser) projiziert. Für
Fachleute ist erkennbar, daß bestimmte
Anwendungen die Linse 80 nicht erfordern. Der faseroptische
Durchgang 82 projiziert das optisch codierte Signal durch
die Linsen 36 und 38 (das oben beschriebene umgekehrte
galiläische
Teleskop), wodurch die Freiraumstrahllinie 10 gebildet
wird.
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Die
Empfangssonde 18 enthält
einen Empfänger 16,
eine Linse 306, die Licht aus der Strahllinie 10 auf
den faseroptischen Durchgang 86 fokussiert. Der faseroptische
Durchgang 86 sendet das optische Signal durch die Linse 88 auf
den Fotodetektor 46. Der Fotodetektor 46 sendet
ein elektrisches Signal durch die Empfängerschaltung 48,
den Protokoll-Handler 64 und den Demultiplexer/Router 66, wie
oben beschrieben. Die Signale werden ihrer jeweiligen Verarbeitungseinheit
bzw. ihren jeweiligen Verarbeitungseinheiten über Leitungen 68 zugeführt.
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5 ist
ein Blockschaltbild eines speicherprogrammgesteuerten Systems 100 in
einer einfachen Implementierung einer beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das speicherprogrammgesteuerte System 100 kann
bei dieser beispielhaften Ausführungsform
ein unidirektionales lokales Netzwerk umfassen. In dem speicherprogrammgesteuerten
System 100 umfaßt
eine erste Verarbeitungseinheit 102 eine Steuerung, die
Signale zu mehreren Verarbeitungseinheiten 104, 106, 108 und 110 verteilt.
Die Verarbeitungseinheiten 104, 106, 108 und 110 empfangen über die
Empfangssonden 18 (wie oben beschrieben) Signale aus der
Steuerung 102 und führen
ihre jeweiligen Funktionen an empfangenen Signalen aus.
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In
diesem unidirektionalen Kommunikationssystem leitet die Verarbeitungseinheit
(Steuerung) 102 Befehle an die Verarbeitungseinheiten 104, 106, 108 und 110 weiter,
ohne Antworten von irgendwelchen der Verarbeitungseinheiten zu erwarten.
Die Steuerung 102 erzeugt Signale zur Steuerung der Verarbeitungseinheiten 104, 106, 108 und 110 und codiert
die Signale zu einer Form, die in optische Signale übersetzt
werden kann (wie oben in Verbindung mit 3 und 4 besprochen).
Die Steuerung 102 ist bei dieser beispielhaften Ausführungsform
mit einer Sendesonde 14 in einer ersten Abschlußeinheit 24 verbunden.
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Somit
wird eine Freiraumstrahllinie 10 gebildet, die die optisch
codierten Signale für
die Verarbeitungseinheiten 104, 106, 108 und 110 enthält. Die beispielhafte
Ausführungsform
von 5 enthält
einen Durchgang 22. Der Durchgang 22 enthält eine Endkappe 112 (anstelle
einer zweiten Abschlußeinheit),
die mit einem lichtabsorbierenden oder alternativ dazu reflektierenden
Material beschichtet werden kann, abhängig von der Richtung, der
die Empfangssonden 18 zugewandt sind.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die Freiraumstrahllinie 10 vollständig mit
optisch codierten Signalen gefüllt,
wenn sie aus der Abschlußeinheit 24 austritt.
Bei dieser Ausführungsform
empfängt jede
Sonde das optisch codierte Signal direkt. Als Alternative können die
Linsen 36 und 38 in dem Sender 12 (3)
der Sendesonde 14 die Strahllinie 10 so fokussieren,
daß sie
den Durchgang 22 erst dann vollständig füllt, wenn sie auf die Endkappe 112 trifft. Die
Endkappe 112 umfaßt
bei dieser beispielhaften Ausführungsform
eine reflektierende Oberfläche,
wodurch über
den gesamten Durchgang 22 hinweg eine volle Strahllinie 10 bereitgestellt
wird. Gesichtspunkte wie Signalstärke, Strahldivergenz, Bitrate,
Distanz zwischen den Verarbeitungseinheiten 104, 106, 108 und 110,
Signal/Rauschverhältnis
usw. müssen
berücksichtigt
werden, um zu bestimmen, welches Verfahren (direkt oder reflektierend)
der Übertragung
bei einer gegebenen Anwendung vorzuziehen ist.
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Nunmehr
mit Bezug auf 6 ist allgemein bei 120 eine
beispielhafte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit bidirektionalen Sonden gezeigt. Bei
dieser beispielhaften Ausführungsform kommuniziert
die Verarbeitungseinheit (Steuerung) 122 mit mehreren Verarbeitungseinheiten 124, 126, 128 und 130.
Wie bei den vorherigen beispielhaften Ausführungsformen kommuniziert die
Steuerung 122 mit einer ersten Abschlußeinheit 24, die eine
Sendesonde 14 enthält,
die die Freiraumstrahllinie 10 produziert. Die Strahllinie 10 ist
bei dieser beispielhaften Ausführungsform
nicht eingeschlossen.
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Jede
Verarbeitungseinheit 124, 126, 128 und 130 besitzt
eine assoziierte Empfangssonde 18 zum Empfangen von Signalen
von der Steuerung 122. Zusätzlich enthält jede Verarbeitungseinheit 124, 126, 128 und 130 eine
Sendesonde 14 zum Senden von Rücksignalen zu der Empfangssonde 16 in
der Abschlußeinheit 24.
Die empfangenen Signale werden an die Steuerung 122 abgeliefert,
die diese Signale dann zur weiteren Steuerung der speicherprogrammgesteuerten
Einheit verarbeitet, wodurch ein Vollduplexkanal erzeugt wird.
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Nunmehr
mit Bezug auf 7 ist eine weitere beispielhafte
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform
ist die freie Raumstrahllinie 10 unidirektional, d.h. Signale
fließen
in der Richtung von der unidirektionalen ersten Abschlußeinheit 132 zu
der zweiten unidirektionalen Abschlußeinheit 134 und werden
dann rezirkuliert, wie später
ausführlicher
beschrieben wird. Die Freiraumstrahllinie 10 ist in dem Durchgang 22 eingeschlossen.
Bei dieser beispielhaften Ausführungsform
sind eine Verarbeitungseinheit-Steuerung 136 und
die Verarbeitungseinheiten 138, 140, 142 und 144 jeweils
mit einer jeweiligen Sendesonde 14 verbunden. Die Verarbeitungseinheiten 138, 140, 142 und 144 sind
mit jeweiligen Empfangssonden 18 verbunden. Der Abschluß 134 verwendet
eine Abschluß-Empfangssonde 135.
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In
der beispielhaften Ausführungsform
von 7 leitet die Verarbeitungseinheit oder Steuerung 136 elektrische
Steuersignale für
die Verarbeitungseinheiten 138, 140, 142 und 144 ein
und übermittelt diese
Signale zu dem Router 146. Der Router 146 umfaßt einen
herkömmlichen
Router, wie in der Technik bekannt. Der Router 146 übermittelt
Signale für die
Verarbeitungseinheiten 138, 140, 142 und 144 zu einem
Signalgenerator 56 (wie oben in Verbindung mit 3 beschrieben).
Der Sender 14 in der unidirektionalen ersten Abschlußeinheit 132 codiert
die Signale optisch und sendet die optische Strahllinie 10.
Die Empfangssonden 18 empfangen die optisch codierten Signale
und übermitteln
sie zu ihrer jeweiligen Verarbeitungseinheit 138, 140, 142 und 144. Jede
Verarbeitungseinheit 138, 140, 142 und 144 kann
Rückkopplung
oder andere Informationen zu der Steuerung 136 senden,
indem sie Signale in die Freiraumstrahllinie 10 einspeist,
die alle an der Abschlußempfangssonde 135 in
der unidirektionalen zweiten Abschlußeinheit 134 empfangen
werden. Die Signale werden dann dem Router 146 zugeführt und
können
dort weiter in die Strahllinie 10 zirkuliert oder an die
Steuerung 136 abgeliefert werden.
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Systeme,
die viele der Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung (d.h. 7) verwenden, müssen Merkmale
enthalten, um zu verhindern, daß Nachrichten
in die Freiraumstrahllinie 10 rezirkulieren. Wenn diese
Merkmale nicht vorhanden sind, sind unendliche Rückkopplungsschleifen möglich, wobei
eine einzige Nachricht kontinuierlich zwischen zwei Endpunkten und/oder
Sonden weitergeleitet wird und schnell alle verfügbare Bandbreite absorbiert.
Um dies zu verhindern, wird ein Mittel zum Durchbrechen dieser Schleifen
vorgesehen. Der Router 146 ist dafür programmiert (oder in Verbindung
mit den Sonden oder Endpunkten programmiert), Adressen zu erkennen,
die zu Schleifenbildung führen,
und diese Nachrichten nicht wieder zurück in die Strahllinie zu leiten.
Als Alternative werden optische Eigenschaften der Strahllinie, Sender
und Empfänger
so gesteuert, daß verhindert
wird, daß Nachrichten
aus einer gegebenen Quelle unendlich zirkulieren.
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8 zeigt
ein Blockschaltbild einer beispielhaften Ausführungsform eines speicherprogrammgesteuerten
Systems, das eine optische Freiraumstrahllinie 10 zur Verbindung
seiner Verarbeitungseinheiten verwendet. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform
umfaßt
das speicherprogrammgesteuerte System ein Fernsprechvermittlungssystem 200,
wie zum Beispiel eine Vermittlung des Typs 5ESS® oder
7R/E von Lucent Technologies. Es liegen mehrere Verarbeitungseinheiten 202, 204, 206, 208, 210 und 212 vor.
Die Verarbeitungseinheiten 202, 204, 206, 208, 210 und 212 umfassen
wie in der Technik bekannt "Rahmen". Jeder Rahmen umfaßt mehrere
Steckplätze 214 und
auf jedem Steckplatz befinden sich eine oder mehrere Karten 216 (die
in der Technik auch "Boards" genannt werden).
Jede Karte 216 führt
eine oder mehrere vordefinierte Funktionen aus, wie in der Technik
bekannt.
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Bei
der beispielhaften Ausführungsform
einer Vermittlung des Typs 5ESS® umfaßt der Rahmen 202 ein
Kommunikationsmodul (CM), das Kommunikation zwischen den anderen
Rahmen in dem System bewirkt. Der Rahmen 204 umfaßt ein Administrationsmodul
(AM), das Gesamtsteuerung des Systems und eine Mensch-Maschine-Schnittstelle bereitstellt.
Die Rahmen 206, 208, 210 und 212 umfassen Vermittlungsmodule
(SMs), die eine Vielzahl von Anschluß- und/oder Verbindungsleitungseinheiten
(oder eine bestimmte Kombination davon) unterstützen und die Verbindungen von
Telefon- oder Datenanrufen bewirken. Alle Verarbeitungseinheiten
(die Rahmen 202, 204, 206, 208, 210 und 212)
kommunizieren miteinander (im allgemeinen durch das CM 202), um
Fernsprechverbindungen zu vermitteln.
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Zur
Zeit sind Rahmen wie zum Beispiel 202, 204, 206, 208, 210 und 212 durch
mehrere Leitungsbusse und/oder optische Faser verbunden, die in
Deckeneinschüben
oder unter erhöhten
Böden geführt werden.
Die Verkabelung eines neuen Büros
oder sogar das Hinzufügen
eines neuen Rahmens kann verursachen, daß das Installationsteam die
gesamte Verkabelung des Systems erneut betrachtet, um eine ordnungsgemäße Funktionalität des gesamten
speicherprogrammgesteuerten Systems 200 bei Verbindung
sicherzustellen. Die vorliegende Erfindung soll den derzeitigen
Industriestandard der Verkabelung zwischen und unter Rahmen in Vermittlungsstellen ersetzen.
Die vorliegende Erfindung beseitigt die Wahrscheinlichkeit einer
unbeabsichtigten Beschädigung
der Kabel, und vermindert die Neuinstallations- und Aufrüstzeit.
Die folgende beispielhafte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird im Kontext einer solchen Vermittlungsstelle
beschrieben. Fachleuten ist nach der Durchsicht der vorliegenden Patentanmeldung
jedoch klar, wie die vorliegende Erfindung in anderen Anwendungen
implementiert und verwendet werden kann.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung liefert eine optische Freiraumstrahllinie 10 die
Verbindung der Rahmen 202, 204, 206, 208, 210 und 212.
Signale werden wie in der Technik bekannt auf einer oder mehreren
optischen Wellenlängen
geführt.
Es kann außerdem
ein Pilotstrahl 218 in den sichtbaren Lichtwellenlängen vorliegen,
um Fachpersonal bei der Ausrichtung der Sonden 14 und 18 der
Verarbeitungseinheiten und anderer optischer Komponenten zu helfen.
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Bei
dieser beispielhaften Ausführungsform enthält jede
Verarbeitungseinheit 202, 204, 206, 208, 210 und 212 eine
Sendesonde 14 und eine Empfangssonde 18 in der
Strahllinie 10 positioniert, um Signale in dem System 200 zu
senden bzw. zu empfangen. Jede Sendesonde 14 und jede Empfangssonde 18 kann
vorteilhafterweise bidirektional sein. Es liegt innerhalb der Fähigkeiten
von Fachleuten, nach der Durchsicht der vorliegenden Beschreibung die
Sende- und Empfangssonden von 3 und 4 in
beiden Richtungen senden/empfangen zu lassen.
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Die
Sendesonde 14 und die Empfangssonde 18 auf dem
Rahmen 202 umfassen eine erste Abschlußeinheit 24 und die
Sendesonde 14 und die Empfangssonde 18 auf dem
Rahmen 208 umfassen eine zweite Abschlußeinheit 26. Die Sonden 14 und 18 in
der ersten Abschlußeinheit 24 und
in der zweiten Abschlußeinheit 26 können unidirektional
sein.
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Jede
Sendesonde 14 ist mit einem Signalgenerator 56 verbunden
und jede Empfangssonde 18 ist mit einem Signalempfänger 55 verbunden.
Der Signalgenerator 56 und der Signalempfänger 55 können wie
dargestellt separate Karten 216 sein, können eine integrierte Karte
sein oder können
beide mit anderer Funktionalität
ihres jeweiligen Steckplatzes 214 und/oder Rahmens 202, 204, 206, 208, 210 und 212 integriert
sein.
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Zusätzlich kann
die erste Abschlußeinheit 24 mittels
eines Verbinders 220 mit der zweiten Abschlußeinheit 26 verbunden
sein. Die Router 222 und 224 sind hier als den
Verbinder 220 mit der ersten Abschlußeinheit 24 bzw. der
zweiten Abschlußeinheit 26 verbindend
dargestellt. Gewöhnliche
Router 222 und 224 können gewählte Nachrichten zwischen den Abschlußeinheiten 24 und 26 routen,
und um eine endlose Schleife von Nachrichten zu verhindern. Der Verbinder 220 kann
einen weiteren optischen Freiraumdurchgang wie die Strahllinie 10 umfassen
oder kann wie in der Technik bekannt eine faseroptische oder elektrische
Strecke umfassen.
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Die
Freiraumstrahllinie 10 kann durch Drehspiegel 226,
Prismen oder dergleichen (nicht gezeigt, aber in der Technik wohlbekannt)
manipuliert werden, um zum Beispiel eine kontinuierliche Strahllinie 10 durch
mehrere Reihen von Verarbeitungseinheiten (oder Stöcke usw.)
bereitzustellen. Die Strahllinie 10 ist in 1 als über den
Verarbeitungseinheiten verlaufend dargestellt. Die Strahllinie 10 kann
auch unter einem erhöhten
Boden oder in einem anderweitig an die Verarbeitungseinheiten angrenzenden Raum
oder Leitung oder durch die Verarbeitungseinheiten verlaufen.
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Nunmehr
mit Bezug auf 9 ist eine weitere beispielhafte
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei auf einem Niveau unter
einem Rahmen "Verarbeitungseinheiten" definiert sind. Bei
dieser beispielhaften Ausführungsform
ist wie oben beschrieben die Freiraumstrahllinie 10 gezeigt.
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Jeder
Rahmen, zum Beispiel der Rahmen 204, umfaßt mehrere
Steckplätze 214,
die hier als 214A-D gezeigt sind. Bei dieser beispielhaften
Ausführungsform
ist ein Drehspiegel 226 in der Hauptstrahllinie 10 eingerichtet,
um die Haupt-Freiraumstrahllinie 10 in die Freiraumstrahllinien 228 auf
Rahmenniveau zu verwandeln. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform
senden und empfangen die Sendesonden 14 und die Empfangssonden 18 optische
Signale für
jeden Steckplatz 214A-D. Endkarten 230 auf jedem
Steckplatz 214A-D umfassen Signalgeneratoren 56 und
Signalempfänger 55 (nicht
gezeigt), wie oben in Verbindung mit 3 beschrieben.
Die Spiegel 226 können
teilweise reflektierend sein, um so einen Teil der Signalstrahlen
zu drehen und einen anderen Teil durchzulassen, wie in der Technik
wohlbekannt ist.
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Nunmehr
mit Bezug auf 10 ist eine weitere beispielhafte
Ausführungsform
gezeigt, wobei eine "Verarbeitungseinheit" nun als Karte 215 definiert
ist. Wieder werden Drehspiegel 226 verwendet, um die Haupt-Freiraumstrahllinie 10 in
Freiraumstrahllinien 228 auf Rahmenniveau zu verwandeln. Jeder
Steckplatz 214A-214D enthält zwei zusätzliche Drehspiegel 240 auf
Kartenniveau, die jeweils in den Strahllinien 228 angeordnet
sind. Die Drehspiegel 240 auf Kartenniveau stellen die
Freiraumstrahllinien 242 auf Steckplatzniveau bereit. Es
kann eine oder mehrere Strahllinien 242 auf Steckplatzniveau
pro Steckplatz 214 geben. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform
liegen pro Steckplatz zwei Freiraumstrahllinien 242 vor.
Jeder Steckplatz 214 enthält dann mindestens eine Karte 216,
die mit Sende- und/oder Empfangssonden 14 und 18 (siehe 3) und
dem unterstützenden
Signalgenerator und Signalempfänger
ausgestattet sind.
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Die
Rahmensonde 249 dient zur Kommunikation auf Rahmenniveau
und für
Steuerfunktionen. Zum Beispiel können
durch die Rahmensonde 249 die Stromversorgungssteuerung,
Temperaturmessung und Warnungsansage zu der Zentralsteuerung übermittelt
werden.