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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optische Schaltvorrichtung
sowie ein Kontrollverfahren hierfür, die in einem optischen Übertragungsnetz
eingesetzt werden sollen.
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Die
bekannten optischen Übertragungsnetze,
die das Prinzip der optischen Vermittlung nutzen, enthalten Knoten,
die mit Vorrichtungen zur schnellen Vermittlung optischer Signale
versehen sind, um Daten oder Datengruppen von fester oder variabler Größe weiter
zu leiten. Die gruppenweise übertragenen
Daten werden im Allgemeinen im einem Netz vom Typ Internet als „Pakete" bezeichnet oder
in einem Netz vom Typ ATM als „Zellen". Der Rahmen der vorliegenden
Erfindung deckt nicht nur die Paketvermittlung, sondern auch die
Leitungsvermittlung ab.
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Die
optische Vermittlung besteht bekanntermaßen darin die Daten, im Allgemeinen
in Form einer Amplitudenmodulation einer optischen Trägerwelle von
einer Glasfaserverbindung zu einer anderen weiter zu leiten, wobei
ihre optische Beschaffenheit erhalten bleibt, das heißt, ohne Übergang
in den elektrischen Bereich. Diese Vermittlung erfolgt mit Hilfe optischer
Vermittlungsvorrichtungen, die eine Photonen-Koppelmatrix enthalten.
Bei der Paketvermittlung gewährleisten
diese Vorrichtungen gleichzeitig die Weiterleitung der Daten und
die Synchronisation der Pakete im Hinblick auf das Konfliktmanagement, so
dass Paket- oder Datenverluste in höchstem Maße begrenzt werden.
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Im
Rahmen von optischen Telekommunikationsnetzen, die Wellenlängenmultiplex
(WDM für
das englische „Wavelength
Division Multiplexing")
verwenden, werden die Matrizen ebenfalls dafür vorgesehen, die spektrale
Dimension der zu vermittelnden Signale zu berücksichtigen, das heißt, dass
sie Mittel zur Spektrumsauswahl und/oder Spektrumsneuzuweisung enthalten,
welche Vorrichtungen zur Wellenlängenauswahl
und -umwandlung verwenden.
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Die
optischen Vermittlungsvorrichtungen bestehen aus einer bestimmten
Anzahl optischer Bauelemente, wie insbesondere Koppler, Schalter
für raumgeteilte
Vermittlung, optische Gatter auf der Basis von Halbleiterverstärkern, optischen
Verzögerungsleitungen
und in einem WDM-Kontext Multiplexer/Demultiplexer und abstimmbare
oder nicht abstimmbare Laserquellen.
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Die
Schalter müssen
außerdem
ein gefordertes Leistungsniveau hinsichtlich der Fehlerrate (BER
für das
englische „Bit
Error Rate") oder
Paketverlustrate bei Paketvermittlung (kompletter Paketverlust erfolgt,
wenn kein physisches Weiterleitungsmittel verfügbar ist) gewährleisten.
Dieses impliziert Qualitätsanforderungen
für die
verwendeten Bauelemente, so dass jedweder in einem Schalter vorgesehene
Lichtweg, der durch Kaskadenschaltungen und/oder Aktivierung mehrerer
ausgewählter
Bauelemente ausgeführt
wird, dieses Leistungsniveau einhält.
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Eine
bekannte Lösung
für dieses
Problem besteht darin, bei der Herstellung der Vorrichtung die Bauelemente
so auszuwählen,
dass nur diejenigen beibehalten werden, die die besten Leistungen
aufweisen, was die Produktionsleistung erheblich senkt und kostspielige
Tests erfordert. Dieser Nachteil ist besonders kritisch in dem häufig vorkommenden Fall,
wo die Bauelemente in Form von Leisten hergestellt werden, die mehrere
elementare Bauelemente zusammenfassen, wie z.B. Laser oder optische
Gatter. Der Ausschluss eines einzigen elementaren Bauelements führt zum
Ausschluss einer ganzen Leiste.
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Eine
andere Lösung
besteht darin, die Bauelemente zu sichten, dann selektiv in der
Vorrichtung anzuordnen, so dass jeder Weg höchstens zum Beispiel nur ein
einziges Bauelement enthält,
das relativ schwache Leistungen hat. Aber dieses wirkt sich ebenfalls
nachteilig auf die Herstellungszeit und somit die Herstellungskosten
aus.
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Eine
dritte Lösung
wird in der internationalen Patentanmeldung WO 01/33746 (XROS INC.)
beschrieben. Dieses Dokument D1 bezieht sich auf optische Vermittlungsvorrichtungen
und behandelt das Problem wie ihre Zuverlässigkeit verbessert werden kann.
Hierfür
werden Redundanzen verwendet, insbesondere betreffend einen Schalter
für raumgeteilte Vermittlung
(„optical
switch fabric").
Es werden zwei Schalter für
raumgeteilte Vermittlung vorgesehen, wovon der eine redundant ist,
man erfasst die defekten Wege in den Schaltern und man macht die
Status der Schalter, die diesen defekten Wegen entsprechen, ungültig.
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Zweck
der vorliegenden Erfindung ist die Entwicklung einer optischen Vermittlungsvorrichtung, deren
Leistungen akzeptabel sind, insbesondere in Sachen Fehlerrate, und
homogen, unabhängig
vom Vermittlungsstatus der Vorrichtung, ohne dass eine spezifische
strenge Auswahl oder eine spezifische Anordnung der Bauelemente
oder aber eine Hardware-Redundanz erforderlich gemacht werden.
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Hierfür schlägt die vorliegende
Erfindung eine optische Schaltvorrichtung vor, die folgendes beinhaltet:
- • eine
optische Koppelmatrix (1) mit:
– einer Vielzahl von Eingangsports,
– einer
Vielzahl von Ausgangsports,
– Schaltmitteln, die zwischen
diesen Eingangsports und diesen Ausgangsports liegen,
- • Mittel
zur Steuerung dieser Koppelmatrix,
wobei diese Schaltmittel
einen Schalter für
raumgeteilte Vermittlung enthalten, der Eingänge hat, die jeweils an diese
Eingangsports gekoppelt sind, und Ausgänge, die an Spektrumwahlstufen gekoppelt
sind, wobei die verschiedenen Status des Schalters für raumgeteilte
Vermittlung und der Spektrumwahlstufen somit eine Vielzahl von Lichtwegen
zwischen diesen Eingangsports und diesen Ausgangsports definieren,
so dass jedwede Daten, die durch einen dieser Eingangsports hereinkommen,
selektiv zu einem dieser Ausgangsports geleitet werden können, indem
sie einen dieser Lichtwege einschlagen,
wobei diese Vorrichtung
dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine Vielzahl von Konfigurationstabellen
(14) enthält,
die jeweils unterschiedlichen Klassen Dienstqualität entsprechen,
wobei diese Klassen jeweils festgelegten unterschiedlichen Grenzwerten
für die Übertragungsfehlerrate
entsprechen, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Tabelle Identifikationsdaten
für erlaubte
Lichtwege eingetragen sind, die eine Übertragungsfehlerrate unter
dem dieser Klasse entsprechenden Grenzwert gewährleisten, wobei diese Mittel
zur Steuerung zusammenwirken mit diesen Konfigurationstabellen,
so dass für
jede Klasse nur solche Status des Schalters für raumgeteilte Vermittlung und
der Spektrumwahlstufen zugelassen werden, die diesen erlaubten Lichtwegen
entsprechen.
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So
kann man eine Vorrichtung gemäß der Erfindung
mit den verfügbaren
Bauelementen ohne strenge Vorauswahl letzterer und ohne spezifische Anordnungen
herstellen. Es genügt
nach der Montage diejenigen Lichtwege zu bestimmen, die unzureichende
Leistungen haben, und sie von den Konfigurationstabellen auszuschließen. Auf
diese Art und Weise können
die Mittel zur Steuerung diese Information berücksichtigen und die Daten lediglich
auf die zugelassenen festgelegten Wege weiterleiten, was ein gefordertes
Leistungsniveau gewährleistet.
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Die
Programmierung jeder Konfigurationstabelle kann bei der Herstellung
erfolgen, kann aber auch im Verlauf des Betriebs der Vorrichtung
durch regelmäßige Aktualisierungen
abgeändert
werden, so dass die Entwicklung der Vorrichtung im Lauf des Betriebs
berücksichtigt
wird. Wenn zum Beispiel auf Grund der Alterung eine Beeinträchtigung
der Charakteristika bestimmter Bauelemente die Leistungen bestimmter
Wege unzureichend werden lässt,
genügt es
dann einfach, die betreffenden Konfigurationstabellen entsprechend
abzuändern.
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Die
Erfindung nutzt den Umstand, dass die Übertragungsmittel, als da sind
die Wellenlängen,
die Wellenlängenbänder, Fasern
oder auch die zeitlichen Momente bei der Paketvermittlung am Ausgang „universell
benutzbar" gemacht
werden können,
das heißt,
dass sie nicht strikt an spezielle Ziele der im Netz zu übertragenden
Signale gebunden sind. Mit anderen Worten: die Erfindung bietet
die Möglichkeit, die
schlechtesten Wege zu sperren, die aber durch die Universalisierung
der Mittel nicht strikt unabdingbar sind, damit die Informationen
zu ihren jeweiligen Empfängern
gelangen.
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Vorteilhafterweise
ist zwischen jedem Eingangsport und jedem Ausgangsport mindestens
ein erlaubter Lichtweg vorhanden. Dieses ermöglicht es, die Funktionalitäten der
Vorrichtung nicht zu sehr einzuschränken.
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Außerdem können die
Schaltmittel Stufen zur Wellenlängenumwandlung
enthalten, die unterhalb dieser Spektrumwahlstufen gekoppelt sind.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsart werden
Mittel zur Wellenlängenumwandlung
am Eingang der Matrix angebracht.
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Weitere
Kennzeichen und Vorteile der vorliegenden Erfindung treten in der
nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsart der vorliegenden Erfindung
zutage, die zur Veranschaulichung und keineswegs einschränkend angegeben
wird.
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Bei
den folgenden Figuren:
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stellt 1 schematisch
eine Vorrichtung gemäß der Erfindung
dar, die in einem WDM-Netz mit Paketvermittlung verwendet werden
soll;
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stellt 2 ein
Beispiel für
eine Konfigurationstabelle dar, die in den Mitteln zur Steuerung
der Vorrichtung aus 1 abgespeichert ist.
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Bei
diesen Figuren tragen gemeinsame Elemente die gleichen Bezeichnungen.
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1 stellt
eine Vorrichtung 100 gemäß der Erfindung bei einem WDM-Netz
mit Paketvermittlung dar.
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Die
Vorrichtung enthält
eine Koppelmatrix 1 und eine damit verknüpfte elektronische
Steuereinheit 2. Die Matrix besitzt eine Vielzahl von Eingangsports
und eine Vielzahl von Ausgangsports. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurden lediglich
zwei Eingänge
A und B und zwei Ausgänge
a und b auf 1 dargestellt.
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Die
Eingänge
A und B sind dafür
vorgesehen, jeweils optische WDM-Eingangssignale SA und SB zu empfangen, und die Ausgänge a und
b liefern jeweils optische WDM-Ausgangssignale
Sa und Sb. Die Signale
SA und SB bestehen
jeweils aus mehreren Spektrumskomponenten, die jeweils von n Eingangswellenlängen, die
n Spektralkanälen
zugewiesen sind, getragen werden können. Ebenso werden die Ausgangssignale
Sa und Sb aus Spektrumskomponenten
gebildet, die jeweils von p Ausgangswellenlängen getragen werden können.
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Da
die Matrix 1 im Allgemeinen ebenso viele Eingänge wie
Ausgänge
besitzt, enthält
sie Schaltmodule 3, 3', die jeweils mit einem Eingangs-/Ausgangs-Paar
verknüpft
sind.
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Die
Signale SA und SB werden
jeweils zum einen an die Module 3, 3' vermittels
Leitungen mit einstellbarer Verzögerung 11, 11' gekoppelt,
und zum anderen an Mittel zur Optik/Elektronik-Umwandlung 12, 12' der Steuereinheit 2 vermittels
der Demultiplexer 13, 13'.
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Die
Koppelmatrix 1 enthält
in Kaskadenschaltung Verzögerungsleitungskomplexe 5,
die jeweils zu einem der Module 3, 3' gehören, einen
gemeinsamen Schalter für
raumgeteilte Vermittlung 6, Spektrumwahlstufen 7,
Stufen für
Spektrumneuzuweisung 8, die Wellenlängenumwandlungen durchführen, und
Ausgangskoppelstufen 4 für jedes der Module.
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Die
elektronische Steuereinheit 2 enthält eine Verarbeitungseinheit 9,
die zum einen mit den Ausgängen
der Umwandlungsmittel 12, 12' verbunden ist und zum anderen
mit einer Kontrollschaltung 10.
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In
diesem Zusammenhang hat die Verarbeitungseinheit 9 zunächst die
Aufgabe, die verschiedenen Kopfzeilen der empfangenen Pakete zu
decodieren, um daraus die jeweiligen Ziele herauszuziehen. In Abhängigkeit
von diesen Zielinformationen und vordefinierten Informationen bezüglich der
Architektur des Netzes wird ein zum Managen etwaiger Konflikte vorgesehener
Algorithmus von der Einheit 9 ausgeführt, um für jedes empfangene Paket, das
von jeder Wellenlänge
getragen wird, zu bestimmen, zu welchem Ausgangsport der Matrix
das Paket geleitet werden muss und zu welchem Zeitpunkt. Diese Informationen
werden zur Kontrollschaltung 10 übertragen, die dann geeignete
Steuersignale an den Schalter für
raumgeteilte Vermittlung 6 und an die Spektrumwahlstufen 7 schickt.
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So
kann jedes Datenpaket, das zu einem beliebigen Eingangsmultiplex
gehört
und von einer beliebigen Wellenlänge
getragen wird, je nach Status des Schalters für raumgeteilte Vermittlung 6 und
der von den verschiedenen Wahlschaltern 7 ausgewählten Wellenlängen nach
einer passenden Verzögerung
zu einem beliebigen Ausgang der Matrix gelenkt werden, und dank
der Wellenlängenumwandlungsstufen
am Ausgang von einer neuen Wellenlänge getragen werden. Es ist
also möglich,
ein gewähltes
Paket, das zu einem Spektralkanal gehört, der aus einem gewählten Eingangsmultiplex
gewählt
wurde, auf einen beliebigen gewählten
Ausgang zu übertragen.
Die verschiedenen Status des Schalters für raumgeteilte Vermittlung 6 und
der Spektrumwahlstufen 7 definieren auf diese Art und Weise
eine Vielzahl von Lichtwegen (oder Lichtleitwegen) zwischen den Eingangsports
A, B und den Ausgangsports a, b.
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Bei
einer herkömmlichen
Schaltvorrichtung können
alle Mittel der Koppelmatrix 1, die von der Steuereinheit 2 verwaltet
werden, verwendet werden. Das heißt, dass alle vordefinierten
Lichtwege in der Vorrichtung ebenfalls genutzt werden können.
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Gemäß der Erfindung
hingegen wirkt die Verarbeitungseinheit 9 außerdem mit
einer Konfigurationstabelle 14 zusammen, in der die verschiedenen erlaubten
Lichtwege gekennzeichnet sind, das heißt diejenigen, für die die Übertragungsfehlerrate
unter einem festgelegten Wert liegt. Dieser Grenzwert für die Fehlerrate
wird normalerweise auf der Ebene der Ausgänge der Schaltvorrichtung vorgeschrieben
und resultiert aus einem vereinbarten Lastenheft.
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In
der Praxis ergibt sich die Identifikation dieser Wege aus einer
Reihe von herkömmlichen
Fehlerratenmessungen, wobei alle möglichen Wege durch aufeinander
folgende Aktivierung dieser Wege impliziert sind. Je nach den erzielten
Ergebnissen und der Grenzfehlerrate, leitet man daraus die erlaubten
Lichtwege ab und man bildet die Tabelle 14 in Form von Speicherungen
in einem Speicher für Identifikationsdaten
dieser Wege.
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Die
so gebildete Tabelle kann in einem dedizierten Speichermodul enthalten
sein, und in diesem Fall werden herkömmlich Zugriffsmittel vorgesehen, um
der Verarbeitungseinheit 9 das Lesen dieser Daten zu ermöglichen.
Gemäß einer
anderen Möglichkeit
ist die Tabelle einfach in einem reservierten Speicherbereich eines
Datenspeichers enthalten, der zur Verarbeitungseinheit 9 gehört.
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Schließlich ist
der Algorithmus natürlich
für die
Berücksichtigung
dieser zusätzlichen
Informationen angepasst. All diese Anpassungen zur Durchführung der
Erfindung sind dem Fachmann verständlich und erfordern somit
keine detaillierteren Erläuterungen.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsart der
Erfindung, die berücksichtigt,
dass das Netz so vorgesehen werden kann, dass es verschiedene Dienstqualitätsstufen
gewährleistet,
kann es mehrere Tabellen wie die Tabelle 14 geben, die jeweils unterschiedlichen
Klassen Dienstqualität
entsprechen, das heißt
jeweils verschiedenen festgelegten Grenzwerken für die Übertragungsfehlerrate entsprechen. So
berücksichtigt
der Algorithmus je nach Dienstklasse, die es zu gewährleisten
gilt, die Daten, die in der Tabelle eingetragen sind, die mit dieser
Dienstklasse verknüpft
ist.
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Ein
Beispiel für
eine Konfigurationstabelle 14 wird schematisch durch 2 veranschaulicht.
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Dieses
Beispiel entspricht einer Koppelmatrix 1 für raumgeteilte
und spektrumgeteilte Vermittlung mit drei Eingangsports A, B und
C und drei Ausgangsports a, b und c, mit drei möglichen Wellenlängen λ1 bis λ3,
um ein vorhandenes Signal zu jedem Eingangs- und Ausgangsport zu
tragen. So weist die Matrix 81 mögliche
Wege auf, die den Feldern der Tabelle entsprechen, die durch 2 dargestellt
wird.
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Die
Erstellung eines Wegs erfolgt zum einen durch Positionieren des
Schalters für
raumgeteilte Vermittlung 6, so dass er einen Eingangsport,
zum Beispiel A, hin zu mindestens einem Wellenlängenwahlschalter der Spektrumwahlstufe 7 koppelt,
die mit einem der Ausgangsports verknüpft ist, beispielsweise b.
Zum anderen wird dieser Wellenlängenwahlschalter
so gesteuert, dass er die besondere Wellenlänge, beispielsweise λ3, überträgt, die
das über
diesen Weg zu transportierende Signal trägt. Schließlich liefert der Wellenlängenwandler
der Stufe 8, der an den Ausgang des Wellenlängenwahlschalters
gekoppelt ist, eben dieses Signal, das jedoch von einer Ausgangswellenlänge, beispielsweise λ1 getragen
wird. Nach Durchführung
der physischen Tests über
die verschiedenen Wege durch die Matrix stellt man fest, dass einige
Wege zu einer zu hohen Fehlerrate führen. Sie müssen folglich gesperrt werden.
Diese Information wird also in der Konfigurationstabelle 14 wie
auf 2 durch Kreuze in den entsprechenden Kästchen dargestellt
gespeichert.
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Wenn
der Wahlschalter der Wellenlänge λ3 und/oder
der Wandler mit der Wellenlänge λ1 des
vorstehenden Wegebeispiels unzureichende Eigenschaften hat (haben)
und/oder die Kopplung zwischen dem Wellenlängenwahlschalter und dem Schalter
für raumgeteilte
Vermittlung 6 hohe Verluste einführt, kann es somit sein, dass
man diesen Weg vermeiden muss. In diesem Fall können zum Erreichen des Ports
b ausgehend von der Wellenlänge λ3 am
Eingang auf Port A, die Wellenlängen λ2 und λ3 auf
der Ebene des Ausgangs b verwendet werden, aber nicht die Wellenlänge λ1.
So wird selbst wenn einige Wege gesperrt sind, die vollständige Verbindung der
Matrix gewährleistet,
das heißt
dass jedwede Eingangsdaten trotzdem zu jedem Ausgang geleitet werden
können,
dank des Umstandes, dass das physische Mittel, das durch die Ausgangswellenlänge gebildet
wird, universell benutzbar ist.
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Man
kann festhalten, dass dieser Begriff der universellen Benutzbarkeit
von Mitteln ebenfalls auf die Ausgangsports Anwendung finden kann,
da ja bekanntlich in einem Übertragungsnetz
im Allgemeinen mehrere Strecken zum Erreichen eines Ziels vorhanden
sind. So impliziert die Totalsperrung eines Ausgangsports nicht
unbedingt, dass es unmöglich
ist, zu bestimmten Zielen zu gelangen.
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Um
zu vermeiden, dass man der Matrix 1 zu viele Funktionalitäten entzieht,
kann man jedoch vorzugsweise durch eine Teilauswahl der Komponenten gewährleisten,
dass für
jede Kombination Eingang/Ausgang (vom Typ A-a, A-b, ..., C-b, C-c)
mindestens ein Lichtweg verfügbar
ist.
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Man
muss festhalten, dass die selektive Ungültigkeitserklärung von
Wegen, die durch die Erfindung angeboten wird, nicht gleichbedeutend
ist mit einzelnen und dauerhaften Außerbetriebsetzungen bestimmter
Komponenten oder bestimmter Verbindungen innerhalb der Matrix. Es
ist nämlich
möglich, dass
eine Komponente geringerer Qualität weiterhin benutzbar ist,
aber nur bei Wegen, wo die anderen Komponenten und/oder Verbindungen
von ausreichender Qualität
sind, um diese geringere Qualität
zu kompensieren, so dass jeder dieser Wege als Ganzes die geforderte
Qualität
aufweist. Daraus ergibt sich, dass die Bestandteile der Matrix optimal
genutzt werden.
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Ebenso
ist die Lösung
gemäß der Erfindung, welche
die Vernetzungen innerhalb der Matrix (das heißt in der Tat die verschiedenen
internen Strecken, die für
die Signale möglich
sind) berücksichtigt,
auch nicht gleichbedeutend mit dem Vorsehen einer Redundanz für komplette
Wege, beispielsweise durch Kopieren der Matrix, um die defekten
Wege durch vollkommen redundante Wege ohne Reduzierung der Funktionalitäten ersetzen
zu können.
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Natürlich ist
die Erfindung nicht auf die soeben beschriebene Ausführungsart
beschränkt.
Die Erfindung findet Anwendung für
jedwedes Schaltsystem mit spektrumgeteilter Vermittlung (WDM), das die
Paketvermittlung einsetzt oder nicht. Im letztgenannten Fall verfügt man über ein
zusätzliches
universelles Mittel, nämlich
das Zeitmittel, das durch die Verzögerungsleitungskomplexe 5 der 1 materialisiert
wird.
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Die
Anpassung der Vorrichtung an all diese Möglichkeiten ist für den Fachmann
verständlich.
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Außerdem ist
es zwecks Erhöhung
der Flexibilität
möglich,
Wellenlängenwandler
(in 1 nicht dargestellt) am Eingang der Matrix 1 anzubringen;
so kann man zum Beispiel eine Eingangswellenlänge abändern, wenn man feststellt,
dass einige Ausgangsports für
diese Eingangswellenlänge
unzugänglich
sind. Man hat dann ebenfalls die Eingangswellenlänge „universell" gemacht.
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Schließlich kann
man jedes Mittel durch ein gleichwertiges Mittel ersetzen, ohne
dadurch den Rahmen der Erfindung, auf die Anspruch erhoben wird,
zu verlassen.