DE69323189T2 - Optisches informationsverarbeitungssystem - Google Patents

Optisches informationsverarbeitungssystem

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein optisches Verarbeitungssystem und insbesondere eine optische Header-Erkennung bei Paketschaltnetzen.
  • Bei einem über Schaltungen geschalteten Telekommunikationsnetz wird für die Dauer eines Anrufs eine physikalische Schaltung zwischen zwei Anschlüssen hergestellt. Bei bestimmten Verkehrsformaten, wie Sprache, füllen die übertragenen Informationen die Verbindung zwischen zwei Anschlüssen niemals vollständig, d. h. der Beginn der Informationen erreicht den Bestimmungsanschluß nicht, bevor das Ende dieser Informationen den sendenden Anschluß verläßt, die Schaltung zwischen den beiden Anschlüssen wird jedoch für die Dauer der Übertragung der Informationen offen gehalten. Bei Hochgeschwindigkeitsschaltungen, die digitale Daten tragen, ist durch Teilen der Pfade durch das Netz eine erheblich größere Nutzung der Ressourcen möglich. Ein Paketschaltnetz ist eine Möglichkeit zum Erreichen dieser verbesserten Nutzung der Ressourcen, wobei Daten in Paketen durch das Netz übertragen werden. Jedes Paket enthält neben den Daten selbst einen Header, der Adress- und Reihenfolgeinformationen (Steuerungsinformationen) zur Steuerung der Weitergabe dieses Pakets durch das Netz enthält. Die in dem Header eines Pakets codierten Adress- und Reihenfolgeinformationen werden an den Knotenpunkten des Netzes decodiert, um eine Leitwegsteuerung bereitzustellen. Ein derartiges System ist beispielsweise in der WO 91/01603 offenbart. Ein Paketschaltnetz bietet daher eine virtuelle Schaltung zwischen zwei Anschlüssen, wobei diese Schaltung Nutzern als dauerhafte Verbindung zwischen den Anschlüssen erscheint, tatsächlich jedoch mit weiteren Nutzern geteilt wird.
  • Bekannte Verfahren zur Codierung von Paket-Headern basieren auf Zeitkorrelationstechniken. Die Nutzung eines Paketschaltnetzes ist an die Bitrate gebunden. Die Nutzung hängt auch von dem Verhältnis von Datenzeit zu verschwendeter Zeit ab, d. h. von dem Verhältnis der Zeit, in der das Netz Daten überträgt, zu der Zeit, in der keine Daten übertragen werden. Im Zeitbereich ist die verschwendete Zeit aus der Zeit, die für die Übertragung der Header benötigt wird (wobei der Header eines Pakets einen separaten Zeitschlitz am Kopf der Daten des Pakets einnimmt), und der Übertragungszeit für das Schutzband zusammengesetzt, wobei das Schutzband die Trennung zwischen aneinandergrenzenden Paketen ist, die entscheidend zur Vermeidung einer Überlappung der Pakete aufgrund einer Streuung bei der Übertragung ist.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine alternative Technik zur Codierung und Decodierung von Header-Informationen, insbesondere bei Paketschaltnetzen, zu schaffen, wobei diese Technik zu einer gesteigerten Nutzung des Netzes führt.
  • Die vorliegende Erfindung schafft ein Telekommunikationssystem mit einem ersten und einem zweiten Knoten, die über eine Netzübertragungsleitung miteinander verbunden sind, wobei der erste Knoten einen optischen Datengenerator zum Erzeugen eines optischen Datensignals mit einer ersten Wellenlänge, einen optischen Header-Generator zum Erzeugen eines optischen Steuersignals (Header-Signals) mit einer zweiten Wellenlänge, wobei der zweite Knoten einen Schalter und eine Steuerung umfaßt, die auf Signale mit der zweiten Wellenlänge reagiert, zum Steuern der Weiterleitung des optischen Signals durch die Schalter, sowie eine Einrichtung zum Multiplexen der Daten- und Steuersignale auf die Übertragungsleitung umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung derart mul tiplext, daß die Dauer des Steuersignals wenigstens gleich der Dauer des Datensignals ist, und daß der erste Knoten außerdem eine Verzögerungseinheit und eine Steuereinrichtung, die mit der Verzögerungseinheit zusammenhängt, umfaßt, um eine ausreichende Verzögerung zwischen dem Beginn der Übertragung der Steuer- und Datensignale zu erzeugen, um sicherzustellen, daß das Steuersignal das Datensignal bei der Ankunft bei dem zweiten Konten vollständig überlappt.
  • Da das Steuersignal das Datensignal überlappt, belegen die beiden Signale den gleichen Zeitschlitz.
  • Vorteilhafter Weise erzeugt der optische Datengenerator optische Datensignale in Paketen, und vorzugsweise ist der optische Datengenerator aus einem Laser und einem Modulator zum Modulieren des Ausgangs des Lasers aufgebaut. Der Header- Generator kann ebenfalls aus einem Laser aufgebaut sein.
  • Das System kann ferner einen Modulator zum derartigen Modulieren des Header-Lasers umfassen, daß der Header-Laser bei oder unmittelbar vor dem Beginn eines Datenpakets eingeschaltet wird und der Header-Laser bei oder unmittelbar nach dem Ende eines Datenpakets ausgeschaltet wird.
  • Zweckmäßiger Weise umfaßt die Steuerung des zweiten Knotens einen Strahlteiler zum Demultiplexen eines Anteils des Steuersignals und ein Schmalbandfilter, dessen Durchlaßbereich um die zweite Wellenlänge zentriert ist, wobei der Ausgang des Filters zur Steuerung des Betriebs des Schalters herangezogen wird. Zwischen dem Strahlteiler und dem Filter kann ein Verstärker angeordnet sein.
  • Vorteilhafter Weise ist der Schalter ein optischer Schalter, wie ein nicht linearer optischer Verstärker (NLOA). Alternativ ist der Schalter ein optoelektronischer Schalter. In beiden Fällen kann der Schalter zwei Ausgänge aufweisen, von denen einer zu einer weiteren Netzübertragungsleitung und der andere zu einem Empfänger führt. Vorzugsweise ist zwi schen dem Schalter und dem Empfänger ein Schmalbandfilter angeordnet, wobei der Durchlaßbereich des Filters um die erste Wellenlänge zentriert ist.
  • Vorzugsweise sind mehrere zweite Knoten vorhanden, wobei die Knoten durch Netzübertragungsleitungen miteinander verbunden sind und der optische Datengenerator und der optische Header-Generator des ersten Knotens abstimmbar sind, so daß Daten- und Steuersignale mit vorgegebenen, unterschiedlichen Wellenlängen für jeden der zweiten Knoten erzeugt werden.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Knoten bzw. jeder der zweiten Knoten mit einem Modul zum Injizieren von Daten- und Steuersignalen in eine Übertragungsleitung versehen. Vorteilhafter Weise umfaßt das Modul bzw. jedes der Module einen optischen Datengenerator zum Erzeugen eines optischen Datensignals bei einer ersten vorgegebenen Wellenlänge, einen optischen Header-Generator zum Erzeugen eines optischen Steuersignals bei einer zweiten vorgegebenen Wellenlänge und eine Einrichtung zum Multiplexen der Daten- und Steuersignale auf eine Übertragungsleitung.
  • Vorzugsweise umfaßt das Modul bzw. jedes der Module ferner einen Speicher zum Abspeichern von Daten vor der Übertragung sowie eine Steuereinrichtung und Look-Up-Tabellen zum Festlegen der ersten und zweiten vorgegebenen Wellenlängen, die für den gewünschten Zielknoten der injizierten Signale geeignet sind.
  • Vorteilhafter Weise sind der optische Datengenerator, der optische Header-Generator und die Multiplexer-Einrichtung des ersten Knotens in einem Modul integriert, wobei das Modul ferner einen Speicher zum Abspeichern von Daten vor der Übertragung, eine Steuereinrichtung und Look-Up-Tabellen zum Festlegen der Wellenlängen der Steuer- und Datensignale umfaßt, die für den Zielknoten der injizierten Signale geeignet sind. Hierbei kann der erste Knoten einen Schalter und eine Steuerung, die auf Signale mit einer vorgegebenen Wellenlänge reagiert, zum Steuern des Weiterleitens der optischen Signale durch den Schalter umfassen, wobei die Steuerung einen Strahlteiler zum Demultiplexen eines Anteils eines hereinkommenden Steuersignals und ein Schmalbandfilter umfaßt, dessen Durchlaßbereich um die vorgegebene Wellenlänge zentriert ist, wobei der Ausgang des Filters herangezogen wird, um den Betrieb des Schalters zu steuern.
  • Eine jeweilige Verzögerungseinheit zum Erzeugen einer ausreichenden Verzögerung zwischen dem Beginn der Übertragung der Steuer- und Datensignale, um sicherzustellen, daß das Steuersignal das Datensignal bei der Ankunft bei dem Zielknoten vollständig überlappt, kann zu der Steuereinrichtung und den Look-Up-Tabellen jedes Moduls gehören.
  • Vorteilhafter Weise sind die Module mit zusätzlichen Steuereinrichtungen zum Anpassen der Look-Up-Tabellen versehen, um Änderungen bei der effektiven optischen Pfadlänge der Netzübertragungsleitungen zwischen den Knoten Rechnung zu tragen. Vorzugsweise ist die zusätzliche Steuereinrichtung jedes Moduls aus einer ersten und einer zweiten Verarbeitungseinrichtung aufgebaut, wobei die erste Verarbeitungseinrichtung dazu dient, hereinkommende Steuersignale zu überwachen und optische Pfadlängeninformationen, die daraus abgeleitet wurden, an den Knoten zurückzumelden, der die Steuersignale überträgt, und die zweite Verarbeitungseinrichtung mit den Look-Up-Tabellen dieses Moduls zusammenhängt, um die Look-Up-Tabellen in Abhängigkeit von optischen Pfadlängeninformationen zu modulieren, die von der ersten Verarbeitungseinrichtung eines anderen Moduls empfangen wurden. Zweckmäßiger Weise ist die erste Verarbeitungseinrichtung jedes Moduls ein lokaler Prozessor, der mit der Steuereinrichtung des Moduls zusammenhängt, und die zweite Verarbeitungseinrichtung ist aus lokalen Prozessoren aufgebaut, die mit den Look-Up- Tabellen des Moduls zusammenhängen. Das System kann ferner eine Management-Zentrale zum Steuern der lokalen Prozessoren umfassen.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen genauer beschrieben. Es zeigen:
  • Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß aufgebauten Vorrichtung zur wellenlängenabhängigen Codierung/Decodierung von Headern;
  • Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Form von optischem Schalter, der für die Vorrichtung gemäß Fig. 1 verwendet werden könnte;
  • die Fig. 3a bis 3d das Verhalten der Ausgangssignale des optischen Schalters gemäß Fig. 2;
  • Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung des in Fig. 1 dargestellten Typs, in die ein Netz mit einem einfachen Ring integriert ist;
  • Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung des in Fig. 1 dargestellten Typs, in die ein Sternnetz integriert ist;
  • Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung des in Fig. 1 dargestellten Typs, in die ein Ring-/Sternnetz integriert ist; und
  • Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Querverbindungsschalters zur wellenlängenabhängigen Weiterleitung zur Verwendung mit den Netzen gemäß den Fig. 5 und 6.
  • Wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, so zeigt Fig. 1 einen Knoten 1 eines Paketschaltnetzes mit optischen Fasern, wobei das Netz mehrere ähnliche Knoten enthält. Der Knoten 1 ist jeweils über eine Eingangs- und eine Ausgangsfaser 2 und 3 mit dem Netz verbunden. Die Eingangsfaser 2 ist mit einer mit einem optischen Datengenerator 4 und einem Header-Generator 5 versehenen (nicht im Einzelnen dargestellten) Station am Kopfende verbunden. Der optische Datengenerator 4 erzeugt durch Modulation eines (nicht dargestellten) Lasers mit 2,5 GBit/sek und einer Wellenlänge von 1,55 um Datenpakete mit einer Länge von 16 Bit (von denen eines durch 4a bezeichnet ist). Der Header-Generator 5 erzeugt durch Modulieren eines (nicht dargestellten) zweiten Lasers mit einer effektiven Geschwindigkeit von 155 MBit/s entsprechend Datenpaketen mit einer Länge von 16 Bit und einer Wellenlänge von beispielsweise 1,3 um Header-Signale (Steuersignale) (von denen eines durch 5a bezeichnet ist). Diese Modulation wird derart ausgewählt, daß der Laser des Header-Generators 5 am oder unmittelbar vor dem Beginn eines Datenpakets 4a eingeschaltet und am oder unmittelbar nach dem Ende dieses Datenpakets ausgeschaltet wird. Die Wellenlänge des Steuersignals wird derart ausgewählt, daß sie zu der Empfangswellenlänge des Knotens 1 paßt, und der Header-Generator 5 ist abstimmbar, so daß er Steuersignale mit verschiedenen Wellenlängen erzeugt, von denen jedes zu der Empfangswellenlänge eines anderen Knotens des Netzes paßt. Die beiden Signale 4a und 5a werden mittels eines WDM-Kopplers 6 auf der Faser 2 übereinandergelegt.
  • Der Knoten 1 umfaßt einen optischen Schalter 8 mit vier Anschlüssen zum Einspeisen von Daten in das Netz und zur Abgabe von Daten aus diesem. Der Schalter 8 weist jeweils einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluß 9a und 9b auf, wobei der erste Eingangsanschluß über einen Strahlteiler 7 mit der Eingangsfaser 2 und der zweite Eingangsanschluß mit einem Modul 10 zur Eingabe von Daten (das nachstehend genauer beschrieben wird) verbunden ist. Der Schalter 8 weist jeweils einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluß 11a und 11b auf, wobei der erste Ausgangsanschluß mit der Ausgangsfaser 3 und der zweite Ausgangsanschluß über ein Bandfilter 13 mit einem Empfänger mit 2,5 GBit/s verbunden ist.
  • Der Strahlteiler 7 demultiplext einen kleinen Anteil (typischerweise einige Prozent) des Steuersignals 5a eines hereinkommenden Pakets und führt dieses angezapfte Signal über einen optischen Verstärker 15 mit 1,3 um einem Bandfilter 14 zu. Das Filter 14 weist einen um 1,3 um zentrierten schmalen Durchlaßbereich auf, so daß es das angezapfte Signal weiterleitet, wenn die Wellenlänge des angezapften Signals mit der des Durchlaßbereichs des Filters übereinstimmt. Der Ausgang des Filters 14 wird einem Steueranschluß 16 des optischen Schalters 8 zugeführt, um dadurch den Schalter zu öffnen und den ersten Eingangsanschluß 9a mit dem zweiten Ausgangsanschluß 11b zu verbinden. Auf diese Weise wird ein für den Knoten 1 bestimmtes Datenpaket an seinen Empfänger 12 abgegeben. Da das Steuersignal 5a das Datensignal 4a in dem Paket überlappt, wird der Schalter 8 geöffnet, wenn oder unmittelbar bevor der Beginn der Daten den Schalter erreicht, und geschlossen, wenn oder unmittelbar nachdem das Ende der Daten den Schalter verläßt. Daher weist das an den Steueranschluß 16 angelegte Steuersignal zumindest die gleiche zeitliche Dauer wie das Datenpaket auf. Das Filter 13 weist einen um eine Wellenlänge von 1,55 um (die Wellenlänge der Daten) zentrierten schmalen Durchlaßbereich auf, so daß das den Empfänger 12 erreichende Signal lediglich ein Datensignal ist. Das Filter 13 filtert nicht nur das verbleibende Steuersignal 5a heraus, es filtert auch ein Rauschen heraus. Wenn die Wellenlänge des angezapften Signals nicht zu der des Durchlaßbereichs des Filters 14 paßt, hat das Filter kein Ausgangssignal, und der optische Schalter 8 bleibt geschlossen, d. h. sein erster Eingangsanschluß 9a ist mit seinem ersten Ausgangsanschluß 11a verbunden. Auf diese Weise wird das zu dem angezapften Signal gehörige Daten-/Steuerpaket durch den Knoten 1 an die Ausgangsfaser 3 und weiter in das Netz geleitet.
  • Der Schalter 8 ist vorzugsweise ein vollständig optischer Schalter, wie ein nicht linearer optischer Verstärker (NLOA). Alternativ könnte der Schalter eine optoelektronische Vorrichtung, wie ein Lithium-Niobat-Schalter, sein, wobei in diesem Fall ein (in gestrichelten Linien dargestellter) optoelektronischer Wechselrichter 17 in dem Pfad zwischen dem Filter 14 und dem Steueranschluß 16 des Schalters 8 enthalten wäre. Der Wechselrichter 17 würde keine Verarbeitungskapazitäten benötigen, müßte jedoch einen bestimmten Betrag an Verstärkung ausführen, um sicherzustellen, daß ein ausreichen großes elektronisches Signal zur Steuerung des Schalters 8 eingegeben würde. Einfache optoelektronische Bauteile dieses Typs sind leicht erhältlich und können in Kombination mit der bekannten Schalttechnologie Schalterhebe- und -senkzeiten von erheblich weniger als 1 ns erzeugen.
  • Das Modul 10 des Knotens 1 kann Datenpakete in das Netz einfügen, wenn entweder ein Paket (nach dem Auslösen durch die vorstehend beschriebene Einrichtung zur Decodierung der Header-Adresse) von dem Knoten abgegeben wurde oder wenn ein Protokoll (wie ein Token-Ring-Protokoll) einen Eingang auf einer leeren Leitung zuläßt, wobei ein gesteuerter und gerechter Zugriff auf das Netz sichergestellt wird. Datenpakete für eine derartige Übertragung werden in einem in dem Modul 10 vorgesehenen Speicher 18 gehalten. Das Modul 10 enthält auch einen optischen Header-Generator 20 und einen Datengenerator 21. Die Generatoren 20 und 21 sind derart abstimmbar, daß Daten mit einer von mehreren vorgegebenen Wellenlängen übertragen werden und daß Steuersignale mit einer von mehreren verschiedenen Wellenlängen übertragen werden. Zu dem Daten- und dem Header-Generator 22 und 23 gehören jeweils jeweilige Look-Up-Tabellen 22 und 23, so daß die Wellenlängen sowohl der Daten- als auch der Steuersignale für die erforderliche Bestimmung eines gegebenen Pakets korrekt bereitgestellt werden. Wenn Streuung ein potentielles Problem ist, können die Look-Up-Tabellen 22 und 23 die Differenzen zwischen den Übertragungsdauern des derart ausgewählten Steuersignals und Datensignals herausfinden und eine Verzögerungseinheit 24 anweisen, eine geeignete Verzögerung zwischen dem Beginn der Übertragung des Steuer- und des Datensignals zu erzeugen, um dadurch sicherzustellen, daß das Steuersignal 5a das Datensignal 4a am Bestimmungsknoten vollständig überlappt, um dadurch sicherzustellen, daß sein optischer Schalter 8 das gesamte Datensignal überträgt und keine Datenbits verliert. Der Verlust von Datenbits würde Fehler verursachen und dadurch die Betriebsmerkmale des Netzes verschlechtern.
  • Die Station am Kopfende umfaßt (ähnlich den Elementen 18, 22, 23 und 24 des Moduls 10) ebenfalls einen Speicher, Look-Up-Tabellen und eine Verzögerungseinheit, so daß Daten für die Übertragung vor der Übertragung gehalten werden können, die Wellenlängen der Daten und der Header für die Übertragung an jeden gegebenen Knoten des Netzes ermittelt werden können und zur Verringerung von Streuungsproblemen bei den Header- und Datensignalen eine geeignete Verzögerung der Speicherzeiten für die Übertragungen erzeugt werden kann. Tatsächlich kann die Station am Kopfende ein Modul zum Einbringen von Daten von dem gleichen Typ wie das am Knoten 1 vorgesehene umfassen. Es wäre auch möglich, den Knoten 1 (und jeden weiteren ähnlichen mit dem Netz verbundenen Knoten) mit abstimmbaren Filtern 13 und 14 zu versehen, so daß die Wellenlängen der für jeden der Knoten geeigneten Steuer- und Datensignale gegebenenfalls beispielsweise durch ein Management-Zentrum verändert werden können. In diesem Fall wäre es möglich, daß die Station am Kopfende mit jedem der Knoten 1 in dem Netz identisch wäre.
  • Aufgrund der durch Umgebungsveränderungen, wie der Temperatur, verursachten Veränderungen der effektiven Länge der optischen Pfade von Netzverbindungen verändert sich die Verzögerung zwischen jedem Paar von Knoten. Diese Veränderungen könnten aufgrund der Bewegung des Steuersignals 5a in bezug auf das Datensignal 4a zum Verlust von Informationen am Bestimmungsknoten 1 führen. Diese Veränderung der Länge des optischen Pfads tritt vermutlich nur in Zeitspannen auf, die nicht größer als das kHz-Niveau sind. Um sicherzustellen, daß die Längen sämtlicher optischen Pfade bekannt sind und daß das Netz "synchronisiert" bleibt (d. h. daß die Steuersignale 5a die Datensignale 4a an sämtlichen Knoten 1 überlappen), sind zur Überwachung der Längen der optischen Pfade Regelungsinformationen zwischen den Knoten und eine entsprechende Einstellung der Look-Up-Tabellen 22 und 23 erforderlich. Dieses Regelungssignal kann durch Überwachen der Ankunft der Steuersignale 5a an den Knoten 1 erreicht werden. Daher können, wenn dem Netz (durch Überwachung der Faser, auf der das Signal ankam) bekannt ist, woher die Informationen kamen, und wenn es die relative Zeitspanne überwacht, während derer ein gegebenes Steuersignal 5a an dem Knoten ankommt, sämtliche Differenzen bei der Verzögerung auf dem Pfad überwacht werden. Wie in Fig. 1 dargestellt, kann diese Überwachung durch Versehen der Look-Up-Tabellen 22 und 23 jedes Knotens 1 mit lokalen Prozessoren 22a und 23a und durch Ableiten eines kleinen Prozentsatzes des Ausgangssignals des Filters 14 jedes Knotens 1 an einen weiteren lokalen Prozessor 14a erzielt werden. Der Prozessor 14a eines Bestimmungsknotens 1 bestimmt, was in dem Netz geschah, und sendet ein geeignetes Steuersignal zur Aktualisierung durch das Netz an sämtliche anderen Knoten, um ihnen mitzuteilen, wie deren Look-Up- Tabellen 22 und 23 zu aktualisieren sind. Diese Aktualisierungssignale können über ein an der Station am Kopfende vorgesehenes, (nicht dargestelltes) zentrales Management-Zentrum oder über ein weiteres Management-Zentrum geleitet werden, durch das eventuell eine Untergruppe der Knoten 1 verbunden ist. Die Notwendigkeit, ein Management-Zentrum vorzusehen, hängt davon ab, ob die gesamte Verarbeitungszeit der lokalen Prozessoren 22a, 23a und 14a ausreicht, um sicherzustellen, daß das Netz "stabil" bleibt und daß die Aktualisierungssteuersignale keine Probleme verursachen, indem sie das Netz verändern, nachdem es natürlich in seinen normalen Zustand zurückgekehrt ist (oder noch auf vorherige Signale reagiert) Anders ausgedrückt sollte die zum Einstellen des Netzes erforderliche Zeit höchstens den Zeitkonstanten der Störeffekte entsprechen.
  • Die lokalen Prozessoren 22a und 23a in jedem der Übertragungsknoten 1 empfangen die Aktualisierungssteuerinformationen von jedem anderen Knoten im Netz und verarbeiten sie, um ihre zugehörigen Look-Up-Tabellen 22 und 23 korrekt zu modifizieren. Daher werden die Look-Up-Tabellen 22 und 23 sämtlicher Knoten 1 (einschließlich der Station am Kopfende) kontinuierlich aktualisiert, um Veränderungen der Umgebung zu kompensieren. Der Grad der Intelligenz der lokalen Management-Prozessoren 22a und 23a bestimmt die Strategie der Aktualisierung der Look-Up-Tabellen. Daher wäre es ideal, wenn die Prozessoren 22a und 23a eine Anzahl von voneinander abhängigen Signalen berücksichtigen würden, um die beste Lösung für das Netz als ganzes herauszuarbeiten, wobei dies sämtliche Verbindungen abdeckt, die die Informationen auf ihrem Weg zu einem gegebenen Ziel passieren. Die erforderliche Kapazität steht daher in Beziehung zu der Anzahl der Knoten 1 in dem Netz.
  • Die vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebene Anpassungsfähigkeit der Codier-/Decodiervorrichtung (und insbesondere die Anpassungsfähigkeit bei der Verwendung eines NLOA als optischem Schalter 8) wurde unter Verwendung der in Fig. 2 dargestellten Konfiguration experimentell überprüft. Ein Datensignal 4a mit einer Wellenlänge von ca. 1,55 um (einem Betriebsbereich von 1,535 bis 1,56 um) wurde bei 1 bis 2,5 Gb/s moduliert. Das Steuersignal 5a wurde bei einem Sechzehntel der Bitrate der Daten mit einem DFB-Laser mit 1,31 um mit einem 1010-Muster moduliert. Die Signale 4a, 5a wurden in die Absorptionsfacette 8a eines NLOA 8 aus einem Blockmaterial injiziert, der unter Standard-Vorspannungsbedingungen stand. Eine verbesserte Leistung trat auf, wenn die Vorspannung der Absorptionseinrichtung verringert wurde. Der Ausgang des NLOA 8 wurde unter Verwendung eines Bandfilters 13 mit der Wellenlänge der Daten gefiltert. Typische torgesteuerte Datensignale sind in den Fig. 3a bis 3d gezeigt. Diese Ergebnisse gelten für Daten mit 1 Gb/s, ein identisches Verhalten wurde jedoch bei einer Geschwindigkeit von 2,5 Gb/s beobachtet. Es wurden NLOAs demonstriert, die bei mehr als 5 Gb/s betrieben wurden, und mit der Optimierung der Vorrichtungen werden weitere Verbesserungen erwartet.
  • Der Betrieb in zwei Modi (resonanzverstärkt und injektionsverriegelt) wurde demonstriert. Die Ergebnisse Resonanzverstärkungsmodus sind in den Fig. 3a und 3b gezeigt, wogegen die für den injektionsverriegelten Fall in den Fig. 3c und 3d gezeigt sind. Das gemessene Löschverhältnis zwischen den torgesteuerten Daten und den zurückgewiesenen Datensignalen betrug in beiden Fällen mehr als 13 dB, das EYE- Diagramm zeigt eine saubere Öffnung, und es wird eine gute Fehlerverhältnisleistung erwartet. Das Kontrastverhältnis (die Leistung auf eingeschaltetem Niveau in Bezug auf die durch 0 bezeichnete Leistung auf ausgeschaltetem Niveau) betrug mehr als 10 dE. Das Anheben und Senken des Gate für den Fall der Resonanzverstärkung betrug ca. 2 bis 5 ns und war von der Aufhebung der Abstimmung der Wellenlänge der Daten aus dem Fabry-Perot-Modus des NLOA abhängig. Ein Bereich von ca. 10 GHz für die Aufhebung der Abstimmung war möglich, wobei dies zur Sicherstellung einer guten Leistung in einer Netzkonfiguration eine Bezugnahme auf die Wellenlänge erfordern würde.
  • Bei dem injektionsverriegelten Modus (bei dem sich der NLOA beinahe auf oder auf einem Schwellenwert befindet), betrugen die Hebe- und die Senkdauer weniger als eine Bit- Periode (400 ps), die Vorteile dieser schnelleren Gate-Zeiten für das Netz werden jedoch durch wesentlich strengere Anforderungen an die Aufhebung der Abstimmung ausgeglichen, wobei ein erfolgreicher Betrieb über einen Wellenlängenbereich der Daten von ca. 1 bis 2 GHz erzielbar ist.
  • Die vorstehend beschriebene Technik kann in Paket-, virtuellen und Schaltungssystemen verwendet werden. Sie erhält einen transparenten Datenkanal und gibt die erforderlichen, bitratenspezifischen Informationen (wie die Paketdauer, die erforderlichen Hebe- und Senkzeiten, etc.) mit einer anderen Wellenlänge in einen Steuerkanal ein. Das Prinzip der Erfindung könnte auch bei "Rahmen"-Systemen, wie einer synchronisierten digitalen Hierarchie (SDH), bei der die Bitrate der Daten eingestellt wird, und bei schnellen, über Schaltungen geschalteten Netzen verwendet werden. Die Technik könnte auch für Verteilungsanwendungen für Datenkommunikationsnetze in LAN-, MAN- und WAN-Umgebungen genutzt werden, und das allgemeine Prinzip kann bei einer korrekten Konfiguration auch in Fernleitungsanwendungen verwendet werden.
  • Die Technik kann in Ring-, Stern und Stern-/Ring-Topologien verwendet werden, wie nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 6 beschrieben. Daher zeigt Fig. 4 eine mögliche Konfiguration zur Verwendung der erfindungsgemäßen Technik zur wellenlängenabhängigen Codierung/Decodierung von Headern in einem einfachen Ringnetz. Dieses Netz umfaßt vier Knoten 31, von denen jeder dem Knoten 1 gemäß Fig. 1 ähnlich ist. Die Knoten 31 sind am Ende eines Fernleitungsanschlusses 32 in einer Ringkonfiguration verbunden. Jeder der Knoten 31 weist eine unterschiedliche Adresswellenlänge λ&sub1;, λ&sub2;, λ&sub3; und λ&sub4; auf, die mit den Wellenlängen der von dem Fernleitungsanschluß 32 eingegebenen Steuersignale übereinstimmt. Daher sind die Filter 14 der Knoten 31 offensichtlich unterschiedlich, wobei jeder einen schmalen, um die entsprechende Adresswellenlänge λ&sub1;, λ&sub2;, λ&sub3; bzw. λ&sub4; zentrierten Durchlaßbereich aufweist.
  • Daten von dem Netz gelangen über den Fernleitungsanschluß 32 und einen Anschlußmultiplexer 33(wie einen Koppler mit 3 dE) in den Ring und bewegen sich um den Ring, wobei sie nacheinander jeden der Knoten 31 erreichen. An jedem Knoten 31 werden die Informationen auf der Leitung abgefragt, und wenn das Steuersignal 5a eines gegebenen Pakets zu der Adresswellenlänge eines Knotens paßt, werden die Daten aus dem Ring geleitet, und zur Übertragung in das Netz bereite Daten können an ihrer Stelle in das Netz eingegeben werden. Wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 existiert eine Einleitungs-/Ableitungs-Funktion bei den Wellenlängen sowohl der Daten- als auch der Steuersignale. In dem Ring umlaufende Daten werden auf den Fernleitungsanschluß zurück gemultiplext, nachdem sie sich vollständig um den Ring bewegt haben. Diese Art von Konfiguration könnte daher zur Signalübertragung in Netzen mit der Übertragung von Steuerinformationen zwischen Knoten nützlich sein.
  • In den Ring eintretende und diesen verlassende Informationen müssen nicht notwendigerweise die gleiche Wellenlänge oder Bitrate aufweisen, wenn die Multiplexer des Anschlusses korrekt konstruiert sind. Ist das Anschlußnetz beispielsweise ein (mit der Wellenlänge der Daten) wellenlängenabhängig weiterleitendes Netz, können nach außen gerichtete Informationen mit jeder der verfügbaren Wellenlängen des Netzes übertragen werden. Die Wellenlängen der Steuersignale können daher ebenfalls jeden zweckmäßigen Wert aufweisen. Obwohl in Fig. 4 nur vier Knoten 31 auf dem Ring gezeigt sind, ist offensichtlich, daß das Prinzip auf praktisch jede beliebige Anzahl von Knoten ausgedehnt werden kann, wobei diese Anzahl von Faktoren wie dem Bereich der Steuerungswellenlängen, der Bandbreite des Filters, der Breite des Durchlaßbereichs der wellenlängenabhängig weiterleitenden Querverbindungen an anderer Stelle in dem Netz und sämtlichen Streuungsproblemen vorgegeben wird. Wie vorstehend ausgeführt, enthält jeder der Knoten 31 einen Verstärker zur Verstärkung des angezapften Signals, so daß ein sehr geringer Prozentsatz eines eingegebenen Signals angezapft werden muß, so daß viele Knoten verknüpft werden können.
  • Fig. 5 zeigt ein Netzwerk mit einer Stern-Topologie mit fünf Ringen 40, von denen jeder dem vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschriebenen Ring ähnlich ist. Jeder Ring 40 umfaßt vier Knoten 41, von denen jeder dem Knoten 1 gemäß Fig. 1 ähnlich ist. Jeder der Ringe 40 ist über einen jeweiligen Fernleitungsanschluß 42 mit einer wellenlängenabhängig weiterleitenden Querverbindung 43 verbunden. Jeder der Fernleitungsanschlüsse 42 ist derart beschaffen, daß er Daten mit einer jeweiligen Datenwellenlänge λdata1, λdata2, λdata3 und λdata4 trägt. Jeder der Knoten 41 jedes Rings 40 hat eine andere Adresswellenlänge λ&sub1; bis λ&sub2;&sub0;, die zu den Wellenlängen der von den Fernleitungsanschlüssen 42 eingegebenen Header passen. Auch hier sind die Filter 14 der Knoten 41 unterschiedlich, wobei jeder einen um die entsprechenden Adresswellenlängen λ&sub1; bis λ&sub2;&sub0; zentrierten schmalen Durchlaßbereich aufweist.
  • Die wellenlängenabhängig weiterleitende Querverbindung 43, die die fünf Ringe 40 miteinander verbindet, stellt sicher, daß die Steuersignale stets über den selben effektiven Pfad wie die zugehörigen Daten weitergeleitet werden. Die Querverbindung 43 ist in Fig. 7 im Einzelnen dargestellt und weist die selben Zwischenverbindungen sowohl für Steuer- als auch für Datenfelder auf, wobei jeder Schaltvorgang innerhalb dieser Felder synchron angetrieben wird. Ein Knoten 41, der Daten an einen weiteren Knoten 41 in dem Netz übertragen will, wählt die korrekte Datenwellenlänge (beispielsweise λdata1) und die korrekte Steuersignal-Wellenlänge (beispielsweise λ&sub2;) aus. Die Querverbindung 43 ist derart beschaffen, daß sie anstelle einzelner Wellenlängen Steuersingalbänder weiterleitet, d. h. anstelle einer separaten Weiterleitung je der der Wellenlängen wird ein Band von Wellenlängen λ&sub1; bis λ&sub4; weitergeleitet. Dieses Prinzip könne auch zum Weiterleiten der Wellenlängen der Daten verwendet werden, was die Kapazität des Netzes erhöhen würde.
  • Fig. 6 zeigt eine Stern-/Ring-Topologie mit fünf Ringen 50, von denen jeder vier Knoten 51 umfaßt, von denen jeder dem Knoten 1 gemäß Fig. 1 ähnlich ist. Jeder der Ringe 50 ist über einen jeweiligen Fernleitungsanschluß 52 und eine wellenlängenabhängig weiterleitende Querverbindung 53 mit einem inneren Ring 54 verbunden. Die Fernleitungsanschlüsse 52 führen auch zu einer zentralen wellenlängenabhängig leitenden Querverbindung 55, und jeder von ihnen ist derart aufgebaut, daß er Daten mit einer jeweiligen Datenwellenlänge λdata1 bis λdata5 trägt. Jeder der Knoten 51 jedes Rings 50 weist verschiedene Adresswellenlängen λ&sub1; bis λ&sub2;&sub0; auf, die zu den Wellenlängen der von den Fernleitungsanschlüssen 52 eingegebenen Steuersignale passen. Auch hier sind die Filter 14 der Knoten 51 unterschiedlich, wobei jeder einen um die entsprechende Adresswellenlänge λ&sub1; bis λ&sub2;&sub0; zentrierten schmalen Durchlaßbereich aufweist. Die wellenlängenabhängig weiterleitenden Querverbindungen 53 und 55 sind der in Fig. 7 dargestellten ähnlich und stellen sicher, daß die Steuersignale stets über den gleichen effektiven Pfad wie die zugehörigen Daten weitergeleitet werden.
  • Jeder zur Auflösung eines Konkurrenzbetriebs oder zur Neubestimmung des Leitwegs erforderliche Schaltvorgang an jeder der Querverbindungen 43, 53 und 55 erfordert, daß ein ankommendes Steuersignal 5a das zugehörige Datensignal 4a zeitlich vollständig überlappt. Diese Überlappung muß lediglich innerhalb eines gegebenen Schaltfensters vorliegen. Die Steuerung der Look-Up-Tabellen 22 und 23 des übertragenden Knotens muß dies bei der Einstellung der Übertragung berücksichtigen. Die Komplexität des Netzes und die Auswahl der Wellenlängen hängen daher zusammen. Dies ist insbesondere der Fall, wenn Pakete zwischen einem übertragenden Knoten und eine Bestimmungsknoten durch eine oder mehrere Querverbindungen weitergeleitet werden, wobei es entscheidend sein kann, ein Überlappen von Steuer- und Datensignalen an der Querverbindung (den Querverbindungen) sicherzustellen - obwohl dies nicht erforderlich sein muß, wenn die Querverbindungen derart beschaffen sind, daß der optische Schalter in der Steuer- Querverbindung in bezug auf den optischen Schalter in der Daten-Querverbindung asynchron betrieben werden kann.

Claims (24)

1. Telekommunikationssystem mit einem ersten und einem zweiten Knoten (4, 5, 6, 1), die über eine Netzübertragungsleitung (2) miteinander verbunden sind, wobei der erste Knoten (4, 5, 6) einen optischen Datengenerator (4) zum Erzeugen eines optischen Datensignals mit einer ersten Wellenlänge, einen optischen Header-Generator (5) zum Erzeugen eines optischen Steuersignals mit einer zweiten Wellenlänge umfaßt, wobei der zweite Knoten (1) einen Schalter (8) und eine Steuerung (22, 23) umfaßt, die auf Signale mit der zweiten Wellenlänge reagiert, zum Steuern der Weiterleitung des optischen Signals durch den Schalter (8), sowie ein Mittel (6) zum Multiplexen der Daten und Steuersignale auf die Übertragungsleitung (2) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (6) derart multiplext, daß die Dauer des Steuersignals wenigstens gleich der Dauer des Datensignals ist, und daß der erste Knoten (4, 5, 6) außerdem eine Verzögerungseinheit (24) und ein Steuermittel (14), das mit der Verzögerungseinheit (24) zusammenhängt, umfaßt, um eine ausreichende Verzögerung zwischen dem Beginn der Übertragung der Steuer- und Datensignale zu erzeugen, um sicherzustellen, daß das Steuersignal das Datensignal bei Ankunft bei dem zweiten Knoten (1) vollständig überlappt.
2. System nach Anspruch 1, bei dem der optische Datengenerator (4) optische Datensignale in Paketen erzeugt.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der optische Datengenerator (4) aufgebaut ist aus einem Laser und einem Modulator zum Modulieren des Ausgangs des Lasers.
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der optische Header-Generator (5) aus einem Laser aufgebaut ist.
5. System nach Anspruch 4, soweit dieser sich auf Anspruch 2 bezieht, das außerdem einen Modulator zum Modulieren des Header-Lasers umfaßt, so daß der Header-Laser bei oder unmittelbar vor dem Beginn eines Datenpaketes eingeschaltet wird und der Header-Laser bei oder unmittelbar nach dem Ende eines Datenpaketes ausgeschaltet wird.
6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Steuerung (22, 23) des zweiten Knotens (1) einen Strahlteiler (7) zum Demultiplexen eines Anteils des Steuersignals und ein Schmalbandfilter (14), dessen Durchlaßbereich um die zweite Wellenlänge zentriert ist, umfaßt, wobei der Ausgang des Filters (14) zur Steuerung des Betriebes des Schalters (8) herangezogen wird.
7. System nach Anspruch 6, das außerdem einen Verstärker (15) zwischen dem Strahlteiler (7) und dem Filter (14) umfaßt.
8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Schalter (8) ein optischer Schalter ist.
9. System nach Anspruch 8, bei dem der optische Schalter (8) ein nichtlinearer optischer Verstärker (NLOA) ist.
10. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Schalter (8) ein optoelektronischer Schalter ist.
11. System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem der Schalter (8) zwei Ausgänge hat, von denen einer zu einer weiteren Netzübertragungsleitung (3) führt und der andere zu einem Empfänger (12) führt.
12. System nach Anspruch 11, das außerdem ein Schmalbandfilter (13) zwischen dem Schalter (8) und dem Empfänger (12) umfaßt, wobei der Durchlaßbereich des Filters (13) um die erste Wellenlänge zentriert ist.
13. System nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem mehrere zweite Knoten (31, 41, 51) vorhanden sind, wobei die Knoten (31, 41, 51) durch Netzübertragungsleitungen miteinander verbunden sind, und der optische Datengenerator und der optische Header-Generator des ersten Knotens abstimmbar sind, so daß Daten und Steuersignale mit vorgegebenen, unterschiedlichen Wellenlängen für jeden der zweiten Knoten (31, 41, 51) erzeugt werden.
14. System nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem der oder jeder der zweiten Knoten (31, 41, 51) mit einem Modul (40, 50) zum Injizieren von Daten und Steuersignalen in eine Übertragungsleitung (42, 52) versehen ist.
15. System nach Anspruch 14, bei dem das oder jedes Modul (40, 50) einen optischen Datengenerator (4) zum Erzeugen eines optischen Datensignals bei einer ersten vorgegebenen Wellenlänge, einen optischen Header-Generator (5) zum Erzeugen eines optischen Steuersignals bei einer zweiten vorgegebenen Wellenlänge und ein Mittel (33) zum Multiplexen der Daten- und Steuersignale auf eine Übertragungsleitung umfaßt.
16. System nach Anspruch 15, bei dem das oder jedes Modul (40, 50) außerdem einen Speicher zum Abspeichern von Daten vor der Übertragung umfaßt.
17. System nach Anspruch 15 oder 16, bei dem das oder jedes Modul außerdem Steuermittel und Look-Up-Tabellen (22, 23) zum Festlegen der ersten und zweiten vorgegebenen Wellenlängen, die für den gewünschten Zielknoten (31, 41, 51) des injizierten Signals geeignet sind, umfaßt.
18. System nach einem der Ansprüche 13 bis 17, bei dem der optische Datengenerator (4), der optische Header-Genetator (5) und das Multiplexer-Mittel des ersten Knotens in einem Modul integriert sind, wobei das Modul außerdem einen Speicher zum Abspeichern von Daten vor der Übertragung, Steuermittel und Look-Up-Tabellen (22, 23) zum Festlegen der Wellenlängen der Steuer- und Datensignale, die für den Zielknoten der injizierten Signale geeignet sind, umfaßt.
19. System nach Anspruch 18, bei dem der erste Knoten einen Schalter und eine Steuerung, die auf Signale mit einer vorgegebenen Wellenlänge reagiert, zum Steuern des Weiterleitens der optischen Signale durch den Schalter umfaßt, wobei die Steuerung einen Strahlteiler zum Demultiplexen eines Anteils eines hereinkommenden Steuersignals und ein Schmalbandfilter (13), dessen Durchlaßbereich um die vorgegebene Wellenlänge zentriert ist, umfaßt, wobei der Ausgang des Filters herangezogen wird, um den Betrieb des Schalters zu steuern.
20. System nach einem der Ansprüche 17 bis 19, das außerdem eine jeweilige Verzögerungseinheit, die mit den Steuermitteln und den Look-Up-Tabellen (22, 23) für jedes Modul zum Erzeugen einer ausreichenden Verzögerung zwischen dem Beginn der Übertragung der Steuer- und Datensignale zusammengehört, umfaßt, um sicherzustellen, daß das Steuersignal vollständig das Datensignal bei der Ankunft bei dem Zielknoten (31, 41, 51) überlappt.
21. System nach einem der Ansprüche 18 bis 20, bei dem die Module mit zusätzlichen Steuermitteln zum Anpassen der Look-Up-Tabellen (22, 23) versehen sind, um Änderungen bei der effektiven optischen Pfadlänge der Netzübertragungsleitungen zwischen den Knoten Rechnung zu tragen.
22. System nach Anspruch 21, bei dem die zusätzlichen Steuermittel jedes Moduls aufgebaut sind aus erstem und zweitem Verarbeitungsmittel (22a, 23a), wobei das erste Verarbeitungsmittel (22a) dazu dient, hereinkommende Steuersignale zu überwachen und optische Pfadlängeninformation, die daraus abgeleitet wurde, an den Knoten, der die Steuersignale überträgt, zurückzumelden, und die zweiten Verarbeitungsmittel (23a) mit den Look-Up- Tabellen des Moduls zusammenhängen, um die Look-Up- Tabellen in Abhängigkeit von optischer Pfadlängeninformation, die von den ersten Verarbeitungsmitteln eines anderen Moduls empfangen wurden, zu modulieren.
23. System nach Anspruch 22, bei dem das erste Verarbeitungsmittel (22a, 23a) jedes Moduls ein lokaler Prozessor ist, der mit dem Steuermittel des Moduls zusammenhängt, und das zweite Verarbeitungsmittel aufgebaut ist aus lokalen Prozessoren, die mit den Look-Up-Tabellen (22, 23) des Moduls zusammenhängen.
24. System nach Anspruch 23, das außerdem eine Management- Zentrale zum Steuern der lokalen Prozessoren umfaßt.
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