DE69328463T2

DE69328463T2 - Verfahren zur Kollisionserkennung in optischen Netzen mit Busstruktur

Info

Publication number: DE69328463T2
Application number: DE1993628463
Authority: DE
Inventors: Takeshi Ota
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1992-09-01
Filing date: 1993-09-01
Publication date: 2001-01-25
Anticipated expiration: 2013-09-02
Also published as: EP0590331A2; DE69328463D1; EP0590331B1; EP0590331A3

Description

KOMMUNIKATIONSVERFAHREN, DAS IN EINEM OPTISCHEN KOMMUNIKATIONSNETZ BETRIEBEN WIRD

1. GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kommunikationsverfahren, das in einem optischen Kommunikationsnetz gemäß dem Anspruch 1 betrieben wird.
Ein derartiges Netz ist auch als optisches LAN (local area network) unter Verwendung eines Protokolls bekannt, in dem eine Kollision auf dem Netz erfaßt wird und das Ergebnis der Kollisionserfassung für eine Kommunikationssteuerung verwendet wird.

2. BESCHREIBUNG DER RELEVANTEN TECHNIK

In einem allgemeinen LAN ist eine Anzahl von Knoten mit einem Bus verbunden. Die Knoten kommunizieren miteinander über den Bus. Einer der Busse, der in dem LAN verwendet wird, ist ein rundsendender Bus. Wenn der rundsendende Bus verwendet wird, kann ein Signal, das durch einen Netzknoten gesendet wird, gleichzeitig von allen Netzknoten empfangen werden. Das ETHERNET (Handelsmarke) ist sehr bekannt als eines der LAN, die den rundsendenden Bus verwenden. Das Protokoll, das in dem ETHERNET verwendet wird, wird ein CSMA-System (carrier sense multiple access/collision detection) genannt, das in dem IEEE 803.3 be schrieben ist. In dem ETHERNET werden Koaxialkabel als Übertragungsmedium verwendet. Die Netzknoten sind durch Koaxialkabel verbunden. Ein Netzknoten, der ein Signal versendet, überprüft, ob oder ob nicht ein Signal von einem anderen Netzknoten auf dem Koaxialkabel vorhanden ist. Wenn es nicht vorhanden ist, beginnt der sendende Knoten die Signalübertragung. Tatsächlich existiert die Möglichkeit, daß zwei Knoten gleichzeitig Signale senden. Dieser Zustand wird eine Kollision genannt. Im ETHERNET wird die Kollision in Form eines Spannungspegels in dem Koaxialkabel erfaßt.
Nach Erfassung der Kollision sendet der Netzknoten für eine voreingestellte Zeit ein Stausignal und wird dann für eine Zufallszeit in einen Bereitschaftszustand versetzt. Das Stausignal muß länger als die maximale Maximumrundlaufzeit des Netzes sein, um die Kollision an alle Netzknoten, die mit dem Netz verbunden sind, zu senden. Die Zufallszeit im Bereitschaftszustand wird vorgesehen, um eine derartige Situation zu verhindern, daß eine Mehrzahl von Netzknoten versäumt zu senden, und wenn diese Knoten gleichzeitig starten, Signale nach einem Freiwerden eines Kommunikationskanals zu senden, tritt wieder eine Kollision auf.
Das optische Kommunikationssystem wurde auch allmählich in dem LAN verwendet. In dem LAN kann unter Verwendung optischer Fasern als Übertragungsmedium die Anzahl der Knoten nicht durch einfache Erhöhung der Anzahl der Abzweiger erhöht werden, obgleich sie in dem LAN unter Verwendung koaxialer Kabel als Transmissionsmedium erhöht werden können.
Um dieses Problem zu lösen, gibt es den Vorschlag eines neuen optischen Kommunikationsnetzes, in dem jeder Knoten mit zwei getrennten Toren versehen ist, einem zur Übertragung und das andere zum Empfang, und die Knoten über einen Sternkoppler ge koppelt sind. Für den Vorschlag wird auf E.G. RAWSON ET AL. "Fibernet: Multimode Optical Fibers for Local Computer Networks", IEEE Transaction on Communications, Band, COM-26, Nr. 7, S. 395 (1978), Bezug genommen.
Von dem Dokument T. Tamura et al. "Optical Cascade Star Network - A New Configuration for a Passive Distribution System with Optical Collision Detection Capability", Journal of Lightwave Technology, Band 2, Nr. 1, Februar 1984, Seiten 61-66, ist ein optisches Kommunikationsnetz mit einer Mehrzahl von Knoten bekannt, die zu bidirektionalen Bussen verbunden sind, wobei die Knoten Trägermeßmittel und Stauerfassungsmittel umfassen.
Von dem Dokument WO 092/10041 ist ein Verfahren zum Vermeiden von Datenkollisionen zwischen Nichtprioritäts-Nachrichtenpaketen und Prioritäts-Nachrichtenpaketen in einem LAN bekannt, wobei Nachrichtenpakete entweder als Prioritäts-Nachrichtenpakete oder als Nichtprioritäts-Nachrichtenpakete klassifiziert sind und wobei ein Prioritätsspalt vorbestimmt ist für die Nachrichtenpakete, die als Priorität klassifiziert sind und auf dem Medium während des Prioritätsspalts kommuniziert werden.
Das optische Kommunikationsnetz, das den Sternkoppler verwendet, wird schematisch in Fig. 1 dargestellt. In der Figur zeigen die Bezugszeichen 26a und 26b optische Fasern; 27, Netzknoten, 25, einen Sternkoppler des Mischstab-Typs; und 24 Anschlüsse. Eine Signalausgabe von jedem Knoten 27 wird in ein Lichtsignal durch ein lichtemittierendes Element 22 des Knotens konvertiert. Das Lichtsignal wird über die optische Faser 26a, die damit verbunden ist, zu dem Sternkoppler 25 geliefert. Die Lichtsignale, die von den Knoten übertragen werden, werden alle durch den Sternkoppler 25 gemischt und werden dann an die Lichtempfangselemente 23 durch die betreffenden optischen Fasern 26b verteilt. Das Lichtsignal wird in ein elektrisches Si gnal durch die betreffenden lichtempfindlichen Elemente konvertiert und zu dem Knoten 27 geliefert. In dem somit angeordneten Kommunikationsnetz wird ein Signal, das von einem Knoten übertragen wird, zu allen Knoten und umgekehrt übertragen, womit das Netzwerk eine Rundsendefunktion aufweist. Entsprechend kann das Kommunikationsnetz, das dem ETHERNET ähnlich ist, konstruiert werden.
Wenn die Anzahl der Knoten, die mit dem Sternkoppler gekoppelt ist, in dem Vorschlag erhöht wird, wird der Pegel eines Empfangssignals in jedem Knoten vermindert. Einer der möglichen Wege des Pegelabfall-Problems ist es, das Netz durch zusätzliche Verwendung von Sternkopplern und Relais-Verstärkern zu erweitern. Diese Methode nimmt jedoch Schaden durch andere Probleme. Der Sternkoppler sendet, wenn er ein Signal von einem Knoten empfängt, auch zu dem Empfangstor des gleichen Knotens. Dementsprechend wird eine Rückkopplungsschleife zwischen den untereinander verbundenen Sternkopplern gebildet. Wenn ein Relais-Verstärker zwischen den Sternkopplern angeordnet ist, tritt eine Oszillation auf. Wenn der Sternkoppler verwendet wird, ist die Anzahl der Knoten, die verbunden werden können, auf die Anzahl der Anschlüsse eines Sternkopplers begrenzt.
Wie oben beschrieben, wird das Signal, das von einem Knoten übertragen wird, auf das Empfangstor des gleichen Knotens verteilt. Dieses erschwert es, die Kollision zu erfassen. Das bedeutet, da die Verteilungsrate der tatsächliche passiven Sternkoppler nicht gleichmäßig ist, ist es schwierig, das Pegeldifferenz-Erfassungsverfahren für die Kollisionserfassung anzuwenden.
Um dem Problem gewachsen zu sein, wurde ein CRV (code rule violation)-Verfahren für ein Kollisionserfassungssystem vorgeschlagen, welches für ein Netz, das den passiven Sternkoppler, wie in Fig. 2 gezeigt, verwendet, anzuwenden ist. Das CRV wurde von Oguchi et al. in ihrem Aufsatz "Study of Arranging Collision Detecting Circuits for Optical Star Networks" in The Institution of Electronics and Communication Engineers, Optics/Radio Section, National: Convention Record 341,.1982 erörtert.
Das CRV-Verfahren ist als eine Basis der Tatsache konstruiert, daß in dem Manchester-Codierungssystem, das im ETHERNET verwendet wird, eine Ein-Bit-Information durch zwei Bits ausgedrückt wird, das bedeutet, es verwendet solche Redundanz des Manchester-Codierungssystems.
In dem Manchester-Codierungssystem wird die Anstiegsflanke bei dem zentralen Teil einer Periode des Referenztaktsignals, das in Fig. 2(a) gezeigt ist, als logische "1" der Daten und die Abfallflanke als "0" der Daten festgelegt. Fig. 2(b) zeigt ein Beispiel des Manchester-Codes, das die Daten "110111" darstellt. Wie von der Figur zu sehen ist, ist in dem Normalzustand des Manchester-Codes die Dauer eines H(hoch)- Pegelzustands oder eines L(niedrig)-Pegelzustands innerhalb einer Periode eines Referenztaktsignals (Fig. 2(a)).
Betrachten wir einen Fall, in dem ein Kollisionssignal, wie es in Fig. 2(c) gezeigt wird, mit einem Übertragungssignal, wie es in Fig. 2(b) gezeigt wird, kollidiert. Als Ergebnis der Kollision nimmt eine Intensitätsverteilung des empfangenen Signals ein Profil an, wie es in Fig. 2(d) gezeigt wird. Das empfangene Signal hat ein Bitmuster, wenn es demoduliert wird, wie es in Fig. 2(e) gezeigt wird. Der H-Pegelzustand, dessen Dauer eine Periode des Referenztaktsignals übersteigt, wird in dem demodulierten Signal gefunden. Wenn somit ein Code (Coderegelverletzungscode), der nicht vorhanden sein sollte, erfaßt wird, wird ein CRV-Signal, wie es in Fig. 2(f) gezeigt wird, erzeugt. Das Kollisionssignal, das in Fig. 2(c) gezeigt wird, stellt einen phasenverschobenen Manchester-Code dar. Da die Netzknoten nicht synchronisiert sind, das sind Phasen, wo die Manchester-Codes addiert werden, unbestimmt.
Das CRV-Verfahren basiert auf dem Gesetz, daß, wenn ein Code (CRV-Code), der nicht vorhanden sein sollte, erfaßt wird, wird angenommen, daß eine Kollision aufgetreten ist. Wie von der Regel zu sehen ist, wird die Kollision auf einer Wahrscheinlichkeitsbasis erfaßt, jedoch die Verwendung von sauber ausgesuchter Hardware wird für den praktischen Gebrauch ausreichen.
Um ein derartiges Problem zu lösen; daß die Zahl der Knoten, die zu einem Netzwerk verbunden werden können, begrenzt ist, schlägt der Anmelder der vorliegenden Patentanmeldung ein neues Verfahren vor, das in der ungeprüften Japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 3-296332 veröffentlicht ist, vor. In dem vorgeschlagenen Verfahren wird von einer Mehrzahl von Übertragungskoeffizienten, die zum Beschreiben der Transfercharakteristik eines Sternkopplers vorhanden sind, der Transferkoeffizient des Signaltransfers zwischen einem Paar von Eingangs- und Ausgangsanschlüssen eines Knotens auf Null gesetzt, so daß keine Rückkopplungsschleife gebildet wird, wenn mehrere Sternkoppler kombiniert werden. In einem optischen Kommunikationsnetz, in dem Sternkoppler untereinander, wie in der Beschreibung der obigen Veröffentlichung beschrieben, verbunden sind, wird ein Signal, das von einem Knoten übertragen wird, niemals zu dem Knoten an sich zurückkehren. Auch in dem Netzwerk kann der Kollisionserfassungsmechanismus ohne weiteres in einer Weise realisiert werden, daß ein Empfangstor konstanterweise in einem Übertragungsmodus überwacht wird, und wenn ein Signal an dem Empfangstor erfaßt wird, wird festgelegt, daß eine Kollision aufgetreten ist.
Weiterhin kann in dem vorgeschlagenen Netz ein Knoten ein Signal von einem anderen Knoten empfangen, selbst wenn er ein Signal sendet. Somit kann der Knoten gleichzeitig den Übertragungs- und den Empfangsbetrieb durchführen. Mit anderen Worten dient das optische Kommunikationsnetz in der Patentanmeldung als ein bidirektionaler Bus.
Ein Verfahren, daß eine einzige optische Faser für eine bidirektionale Kommunikation in dem Netz verwendet, einschließlich der Kombination der Sternkoppler, wird auch in der anhängigen US-Patentanmeldung Nr. 07/813,443 offenbart, die von dem Anmelder der vorliegenden Patentanmeldung eingereicht ist. Die anhängige US-Patentanmeldung der Serien-Nr. 07/873,448, die durch den Anmelder der vorliegenden Patentanmeldung eingereicht ist, beschreibt, daß ein Mehrkanal-LAN konstruiert werden kann, indem durch multiplexierende Wellenlängen in dem Netzwerk eine Mehrzahl von rundsendenden Bussen unter Verwendung einer einzigen optischen Faser als ein Übertragungsmedium parallel angeordnet sind und daß ein Multimedia-LAN, das sowohl die Datenkommunikation als auch Echtzeitansprechsignale wie Audio- und Videosignale handhaben kann, kann unter Verwendung der mehrfach rundsendenden Busse konstruiert sein.
Zum Betrieb des Multikanal-LAN wird das CSMA/CD-System theoretisch erörtert (durch Ikebata und Okada "Multi-Channel CSMA/CD with Hybrid Load Distribution/Region Distribution Scheme", Trans. of IECE (in Japanisch) (B), Band J70-B, Nr. 12, Seiten 1466-1474 (1987)).
Das bidirektionale Kommunikationssystem verwirft den Gebrauch des Kollisionserfassungsverfahrens, in dem der Knoten konstanterweise sein Empfangstor überwacht, und wenn ein Signal an dem Empfangstor erfaßt wird, entscheidet, daß eine Kollision aufgetreten ist. Um eine bidirektionale Kommunikation in dem bidi rektionalen Bus unter Verwendung des Protokolls des Leitungskonkurrenztyps zu erreichen, wird man wahrscheinlich mit einer derartigen Situation rechnen, daß gerade, bevor die Kommunikation zwischen erstem und zweiten Knoten startet, ein dritter Knoten startet, ein Signal zu senden. Die Kollision der dritten Partei ist ähnlich zu der Kollision mit anderen Übertragungsknoten in der unidirektionalen Kommunikation.
In dem Kommunikationsnetzwerk, z. B. des ETHERNET, das rundsendende Busse verwendet, kann ein Signal, das durch einen Knoten übertragen wird, durch alle anderen Knoten empfangen werden. Dieses Rundsendemerkmal ist nachteilig im Sichern der Geheimhaltung der Kommunikation.
Um dieses Problem zu lösen, hat der Anmelder der vorliegenden Patentanmeldung in der Patentanmeldung Nr. Hei. 3-97405 ein neues Verfahren vorgeschlagen, um die Kollision mit dem dritten Knoten fernzuhalten. In dem Verfahren wird noch nach dem Senden des Signals ein Sendeknoten fortfahren, den rundsendenden Bus für eine Zeitperiode von τ&sub1; zu überwachen, die länger ist als eine Schleifenlaufzeit τ&sub0; für den rundsendenden Bus. Ein reagierender Knoten startet, um ein Reaktionssignal nach der Zeit τ&sub2; zurückzusenden, die länger ist als die Zeit τ&sub1;, da der reagierende Knoten ein Paket empfängt, das für ihn bestimmt ist.
In einem Fall, in dem das Leitungs-Konkurrenztypprotokoll für die Kommunikation auf dem Kommunikationsnetz des rundsendenden Busses verwendet wird, tritt unvermeidlich eine Situation auf, in der mehrere Knoten gleichzeitig Signale durch den rundsendenden Bus senden; das bedeutet, die Kollision tritt unvermeidlich auf. Wenn der Knoten die Signalübertragung nach der Überwachung eines Status des rundsendenden Busses startet, besteht die Wahrscheinlichkeit, daß mehrere Knoten noch nicht die Si gnalübertragung anderer Parteien kennen, und starten, Signale in Zeitintervallen zu senden, die jedes kürzer sind als die Maximumrundlaufzeit des rundsendenden Busses.
In dem konventionellen Leitungs-Konkurrenztypprotokoll, wie z. B. dem CSMA/CD-System, senden die kollidierenden Knoten Stausignale für eine vorbestimmte Zeit (die im wesentlichen gleich der Maximumrundlaufzeit des rundsendenden Busses). Die Knoten werden in den Zufallszeit-Bereitschaftsmodus versetzt und starten dann wieder die Signalübertragung. Die Übertragung des Stausignals sichert eine zuverlässige Kollisionserfassung. Wo die Kollision auftritt, wird keine wirksame Kommunikation durchgeführt und nur das Stausignal fließt durch den rundsendenden Bus. Die Sendeanfragen, die von den kollidierenden Knoten ausgegeben werden, werden unverrückt belassen. Die latenten Kommunikationsanfragen werden in der Form der Zufallszeitbereitschaft gesammelt.
Mit dem Wissen des Standes der Technik löst die vorliegende Erfindung das Problem, ein Kommunikationsverfahren bereitzustellen, das in einem optischen Kommunikationsnetz arbeitet, in dem jeder von einer Mehrzahl von Knoten mit einem bidirektionalen rundsendenden Bus verbunden ist und die Wahrscheinlich zu vermeiden, daß eine Mehrzahl von Knoten, die noch nicht die Signalübertragung anderer Parteien kennt, Signale zu senden beginnt, zu Zeitintervallen, die jeweils kürzer sind als die Maximumrundlaufzeit des rundsendenden Busses.
Dieses Problem wird sowohl durch den Gegenstand des Anspruchs 1 als auch durch bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit den zusätzlichen Merkmalen der Ansprüche 2 bis 5 gelöst.
In der vorliegenden Beschreibung wird der Zustand, daß zwei Knoten gleichzeitig Signale innerhalb der Maximumrundlaufzeit des rundsendenden Busses senden, eine 2-Knoten-Kollision genannt. Zustände, bei denen drei oder vier Knoten gleichzeitig Signale senden, werden 3-Knoten-Kollisionen bzw. 4-Knoten- Kollisionen genannt. Die Kollision von drei oder mehr Knoten wird im allgemeinen eine Mehrfachkollision genannt. Folglich ist die 2-Knoten-Kollision keine Mehrfachkollision. Die häufigsten Kollisionen, die in einem rundsendenden Bus auftreten, ist die 2-Knoten-Kollision. Die Mehrfachkollision tritt selten auf dem rundsendenden Bus auf. Dieser wird beschrieben.
Es wird angenommen, daß die Sendeanfragen (die als Anruf bezeichnet werden) zufällig von einer Mehrzahl von Knoten erzeugt werden, die mit dem rundsendenden Bus verbunden sind, und daß eine mittlere Frequenz von Anrufauftritten pro Zeiteinheit Λ ist. Wenn 1000 Anrufe jede Sekunde erzeugt werden, ist die Durchschnittsfrequenz Λ 1000 Anrufes. Das Phänomen wird durch den Zufallsprozeß ausgedrückt, der eine Poisson-Verteilung genannt wird. Die Poisson-Verteilung ist die Funktion um eine Wahrscheinlichkeit, daß eine Anzahl n von Anrufen auftritt, wenn der rundsendende Bus für eine vorgegebene Zeit τ überwacht wird. n bezeichnet im allgemeinen eine positive ganze Zahl. Die Poisson-Verteilung wird durch die folgende Gleichung gegeben.
Pτ(n) = e-Λτ/n! (n ≥ 1) 1) ... (1)
Wenn n = 0, ist die Poisson-Verteilung durch die folgende Gleichung gegeben.
Pτ(0) = e-Λτ/n! .... (2)
Wenn Λ = 1000 Anrufes (= 10³ Anrufe/s), wird die Wahrscheinlichkeit Rτ gleich ein Anruf, während τ = 50 us beobachtet wird
Pτ(3) = 1,98 · 10&supmin;&sup5; ...
Die Wahrscheinlichkeit Pτ, daß kein Anruf während τ = 50 us beobachtet wird, ist:
Pτ(0) = 0,951.
Wenn τ die Maximumrundlaufzeit ist, falls ein Anruf während der Zeitperiode τ = 50 us beobachtet wird, dann erscheint keine Kollision. Wenn zwei Anrufe beobachtet werden, tritt eine 2- Knoten-Kollision auf. Wenn drei Anrufe beobachtet werden, tritt eine 3-Knoten-Kollision auf. Pτ(0) zeigt, daß, wenn der rundsendende Bus während τ = 50 us überwacht wird, kein Anruf auftritt, so daß die Leitung frei bleibt. Wenn die Wahrscheinlichkeit der 2-Knoten-Kollisionserscheinung verglichen wird mit der der 3-Knoten-Kollisionserscheinung, so haben wir:
Pτ(3)/Pτ(2) = 1,60 · 10&supmin;² = 1,6%,
falls Λ = 1000 Anrufes und τ = 50 us ist. Der Wahrscheinlichkeitsvergleich zeigt, daß in den meisten Fällen 2-Knoten- Kollisionen auftreten und in einem seltenen Fall 3-Knoten- Kollisionen erscheinen. Es ist bekannt, daß mit der mittleren Anrufauftrittshäufigkeit Λ pro Zeiteinheit der Prozentsatz der 3-Knoten-Kollisionen größer wird. In dem Fall von Λ (z. B. Λ = 10&sup4; Anrufes, Pτ(3) /Pτ(2) = ungefähr 20%. In der graphischen Darstellung der Fig. 3 repräsentiert die Abszisse Λ (Anrufe/s) und die Ordinate Pτ(3)/Pτ(2).
Die experimentellen Ergebnisse zeigen, daß die mittlere Anrufauftrittshäufigkeit Λ im ETHERNET = höchstens 30 Anrufes ist. Es ist auch bekannt, daß die Spitzenerscheinung von Anrufen 50 bis 60 mal größer ist als der mittlere Wert pro Tag. Dafür wird auf J.F. Snoch und J. A. Hupp, "Measured performance of an Ethernet Local Computer Network", Communications of A.C., Band 23, Nr. 12, Seiten 711 bis 729 (1980), Bezug genommen. Demgemäß ist sichtbar, daß λ = 1000 Anrufes ungefähr der unmittelbare Maximalwert der Anrufauftrittshäufigkeit ist.
Wie von der obigen Beschreibung zu sehen ist, kann die Degradation der Kanalverwendung aufgrund der Kollision beträchtlich vermindert werden, wenn die 2-Knoten-Kollision unterdrückt werden kann. Weiterhin ist es verständlich, daß, wenn die 2- Knoten-Kollision auftritt, und falls entschieden werden kann, welche der kollidierenden Knoten die Priorität aufweist, den rundsendenden Bus zu benutzen, das Ergebnis gleichwertig ist mit dem Fall des wirksamen Aufeinanderfolgens in Vermeidung der 2-Knoten-Kollision. Mit anderen Worten, wenn einer der zwei kollidierenden Knoten dem anderen erlaubt, den rundsendenden Bus zu verwenden, wird die Sendeanfrage des vorhergehenden Knotens annulliert. Folglich wird die Akkumulation der potentiellen Sendeanfragen vermindert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung entstand im Hinblick auf die obigen Umstände und hat als Aufgabe, ein optisches Kommunikationsnetz zu schaffen, das wirksam die rundsendenden Busse in dem Netzwerk in einer Weise nutzen kann, daß, wenn die Kollision in einem rundsendenden Bus auftritt, die Art der Kollision unterschieden wird, und wenn es die 2-Knoten-Kollision ist, die Priorität für die miteinander kollidierenden Knoten festgelegt wird, um den rundsendenden Bus zu nutzen.
Um die obige Aufgabe zu lösen, wird ein optisches Kommunikationsnetzbereitgestellt, in dem eine Mehrzahl von Knoten mit einem bidirektionalen rundsendenden Bus verbunden ist und ein Knoten mit den anderen unter Verwendung eines Pakets kommuniziert, wobei jeder Knoten umfaßt: Trägererfassungsmittel zum Erfassen eines Trägers auf dem rundsendenden Bus; und Stauerfassungsmittel zum Erfassen eines Stauzustandes der empfangenen Signale.
In dem optischen Kommunikationsnetz erfaßt das Trägererfassungsmittel die 2-Knoten-Kollision und das Stauerfassungsmittel erfaßt die Mehrfach-Knoten-Kollision.
Ein Signalpaket, das durch jeden Knoten erzeugt wird, beinhaltet einen Codezug, der repräsentativ für den Prioritätspegel des Signalpaketes ist. Wenn die 2-Knoten-Kollision auftritt, werden die Knotenzüge der Signalpakete der kollidierenden Knoten miteinander verglichen. Derjenige der kollidierenden Knoten, der zuerst das Recht auf die Benutzung des rundsendenden Busses gewinnt, wird auf der Basis des Vergleichsergebnisses bestimmt.
In dem derart angeordneten optischen Kommunikationsnetz wird in einem Fall, in dem ein Knoten ein Signal senden will, ein Träger auf dem rundsendenden Bus erfaßt, wenn der Knoten beginnt, ein Signal unter Nichtbeachtung der Anwesenheit eines Trägers zu senden, und das Signal von dem Knoten wird in Wechselwirkung treten mit einem Signal, das von einem anderen Knoten gesandt wird. Der Stauzustand des empfangenen Signals zeigt an, daß die Kollision von zwei oder mehr Knoten auf dem rundsendenden Bus aufgetreten ist. Wenn die Signalübertragung unter dieser Bedin gung startet, wird die Kollision von drei und mehr Knoten auftreten. Wenn somit eine Kollision in dem Netz auftritt, kann jeder Knoten die Art der Kollision der 2-Knoten-Kollision oder der Mehrfach-Knoten-Kollision unterscheiden durch Erfassen sowohl des Trägers als auch des Stauzustandes des empfangenen Signals.
Das Kommunikationssystem der Erfindung unterscheidet die Art der Kollision, der 2-Knoten-Kollision und der Mehrfach-Knoten- Kollision, wenn eine Kollision auftritt. Wenn die Kollision von dem 2-Knoten-Typ ist, wird durch Verwenden des Prioritätscodes der vorher für die Signalpakete bestimmt ist, festgelegt, welcher der Prioritätspegel der kollidierenden Knoten zum Benutzen des rundsendenden Bus höher ist. Mit diesem Merkmal kann das Kommunikationssystem wirkungsvoller die Kommunikationskanäle verwenden als das konventionelle Kommunikationssystem des Typs, in dem die Knoten zufälligerweise zum Aneignen der Leitungen konkurrieren.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die begleitenden Zeichnungen, die in diese Beschreibung eingeschlossen sind und einen Teil dieser Beschreibung bilden, stellen gegenwärtig bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar und zusammen mit der allgemeinen Beschreibung, die oben gegeben ist, und der detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, die unten gegeben ist, dienen sie dazu, die Aufgaben, Vorteile und Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu erklären. In den begleitenden Zeichnungen ist:
Fig. 1 ein Diagramm, das ein konventionelles optisches LAN unter Verwendung eines Sternkopplers zeigt;
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung des Prinzips des Coderegelverletzungsverfahrens;
Fig. 3 ein graphisches Diagramm, das eine Variation des Verhältnisses der 3-Knoten-Kollision zur 2-Knoten-Kollision mit Bezug auf die Zahl der Anrufe pro Zeiteinheit zeigt;
Fig. 4 ein Diagramm, das schematisch ein optisches Kommunikationsnetz gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 5 ein Blockdiagramm, das die Konstruktion eines Knotens zeigt, der in dem Kommunikationsnetz der Fig. 4 verwendet wird;
Fig. 6 ein Diagramm, das die Konstruktion eines Sternkopplers mit 8 Anschlüssen zeigt, der in dem Kommunikationsnetz der Fig. 4 verwendet wird;
Fig. 7 ein Blockdiagramm, das die Konstruktion eines anderen Knotens zeigt, der in einem optischen Kommunikationsnetz gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird;
Fig. 8 ein Diagramm, das einen Übergangszustand eines sendenden Knotens in einem Protokoll zur Vermeidung der 2-Knoten- Kollision auf einem Netz, das einen einzelnen bidirektionalen Übertragungskanal aufweist;
Fig. 9 ein Diagramm, das das Format eines Signalpakets zeigt, das in dem Protokoll der Erfindung verwendet wird;
Fig. 10 ein Diagramm, das einen Übergangszustand eines sendenden Knotens in einem Protokoll zum Vermeiden der 2-Knoten- Kollision auf einem Netz zeigt, das mehrere bidirektionale Übertragungskanäle aufweist;
Fig. 11 ein Diagramm, das einen Übergangszustand eines sendenden Knotens in einem Protokoll zur Vermeidung der 2-Knoten- Kollision und zur sicheren Kommunikation auf einem Netzwerk zeigt, das einen einzigen bidirektionalen Übertragungskanal aufweist;
Fig. 12 ein Diagramm, das einen Übergangszustand eines reagierenden Knotens in dem Protokoll zum Vermeiden der 2-Knoten- Kollision und zum Sichern der Kommunikation auf einem Netzwerk zeigt, das einen einzigen bidirektionalen Übertragungskanal aufweist;
Fig. 13 ein Diagramm, das ein Signalpaketformat zeigt, das gleichwertig zu dem Signalpaketformat der Fig. 9 ist, das zusätzlich ein Signal verwendet, das indikativ von einem Signalpakettyp ist.
Fig. 14 ein Diagramm, das einen Übergangszustand eines reagierenden Knotens in dem Protokoll zur Vermeidung der 2-Knoten- Kollision und zur Sicherung der Kommunikation zeigt, wobei der Übergangszustand durch Vorsehen einer festgesetzten Wartezeit in der Reaktion des Knotens gekennzeichnet ist;
Fig. 15 ein Diagramm, das einen Übergangszustand eines sendenden Knotens in einem Protokoll zur Vermeidung der 2-Knoten- Kollision und zum Sichern der Kommunikation auf einem Netz zeigt, das mehrere bidirektionale Übertragungskanäle aufweist;
Fig. 16 ein Diagramm, das eine erste Ausführungsform eines Wellenlängen multiplexierenden Übertragers für das Wellenlängenmultiplexieren in einem optischen Kommunikationsnetz zeigt;
Fig. 17(a) und 17(b) eine Draufsicht und eine Seitenansicht, die eine zweite Ausführungsform eines Wellenlängen multiplexierenden Übertragers für das Wellenlängenmultiplexieren in einem optischen Kommunikationsnetz zeigt;
Fig. 18 ein Diagramm, das eine dritte Ausführungform eines Wellenlängen multiplexierenden Übertragers für das Wellenlängenmultiplexieren in einem optischen Kommunikationsnetz zeigt;
Fig. 19 ein schematisches Diagramm, das eine perspektivische Ansicht des Wellenlängen multiplexierenden Übertragers, der in Fig. 18 zu sehen ist, zeigt;
Fig. 20 ein Diagramm, das eine vierte Ausführungsform eines Wellenlängen multiplexierenden Übertragers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 21 ein Diagramm, das eine fünfte Ausführungsform eines Wellenlängen multiplexierenden Übertragers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 22 ein Diagramm, das eine sechste Ausführungsform eines Wellenlängen multiplexierenden Übertragers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 23 ein Diagramm, das eine siebte Ausführungsform eines Wellenlängen multiplexierenden Übertragers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 24 ein Diagramm, das eine achte Ausführungsform eines Wellenlängen multiplexierenden Übertragers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 25 ein Diagramm, das eine erste Ausführungsform eines zwischenverbindbaren 5-Tor-Sternkopplers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 26(a) bis 26(d) Diagramme, die jedes ein Beispiel eines optischen Kopplers zeigen;
Fig. 27 ein Diagramm, das einen Einfallswinkel ω des Lichtes von einem Wellenleiter zu einem anderen zeigt;
Fig. 28 ein Diagramm, das ein Beispiel eines zwischenverbindbaren Sternkopplers zeigt;
Fig. 29 ein Diagramm, das einen zwischenverbindbaren Sternkoppler mit einem Paar von 9-Tor-Gruppen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 30(a) und 30(b) Diagramme, die jedes einen optischen Wellenleiter, der Schnittstellenabschnitte aufweist, zeigt;
Fig. 31 ein Diagramm, das einen optischen Einmodem-Wellenleiter zeigt;
Fig. 32 bis 37 Diagramme, die jeweils einen optischen Einmodem-Wellenleiter zeigen;
Fig. 38 eine Draufsicht, die eine Ausführungsform eines zwischenverbindbaren Sternkopplers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 39 ist eine Draufsicht, die eine andere Ausführungsform eines zwischenverbindbaren Sternkopplers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 40(a) bis 40(c) sind Diagramme, die einen vergrößerten Evernescent optischen Koppler zeigen; und
Fig. 41 ein Diagramm, das ein Beispiel eines zwischenverbindbaren Sternkopplers mit vier Toren zeigt, die unter Verwendung eines 1 · 3 Photokopplers konstruiert sind.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Ein optisches Kommunikationsnetz gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben.
Wie gezeigt, sind eine Mehrzahl von Knoten 1 über Sternkoppler 2 miteinander verbunden. In dem Kommunikationsnetz der Fig. 4 sind vier Sternkoppler 2 mit jeweils acht Anschlüssen. Derartige Koppler können miteinander verbunden sein. Die Sternkoppler 2 sind über bidirektionale optische Verstärker 3, die dadurch das Netz bilden, miteinander verbunden. Jeder Knoten 1 ist über eine betreffende optische Faser 4 mit dem betreffenden Sternkoppler 2 verbunden. Das Signalpaket wird zur Kommunikation zwischen den Knoten 1 verwendet. Der optische Verstärker 3 kann ein Halbleiterlaserverstärker sein.
Zwei Arten der Knoten 1, die für das Kommunikationsnetz, das in Fig. 4 gezeigt wird, verwendet werden können, werden im Detail beschrieben. Der erste Typ des Knotens und der zweite Typ des Knotens sind in den Fig. 5 und 7 dargestellt.
Der erste Typ des Knotens, der in Fig. 5 dargestellt ist, wird als erstes beschrieben. Wie in Fig. 5 gezeigt, umfaßt der Knoten 1 einen Knotenkörper 5 und eine Kommunikationsschnittstelle 6. Die Kommunikationsschnittstelle 6 beinhaltet ein lichtmessendes Element 9, wie eine Photodiode, und ein lichtemittieren des Element 8, wie eine Laserdiode, und einen optischen Koppler 7 zum Multiplexieren und zum Demultiplexieren der Lichtsignale bei unterschiedlichen Wellenlängen. Die optische Faser 4 abgeleitet von der multiplexierenden/demultiplexierenden Vorrichtung 7 ist mit einem der Anschlüsse 14 des Sternkopplers 2, der in Fig. 1 gezeigt wird, verbunden. Ein Übertragungstor 10 ist eine Hardware für die Signalübertragung, und ein Empfangstor ist eine Hardware für den Signalempfang. Das Empfangstor 11 ist mit einem Trägersensor 12 und einem Coderegelverletzungs-Sensor 13 gekoppelt. Wenn ein Träger und eine Coderegelverletzung gemessen wird, übertragen die Sensoren Signale, die repräsentativ für den Träger bzw. die Coderegelverletzung des Knotenkörpers 5 sind. Somit sind der Knotenkörper 5 und die Kommunikationsschnittstelle 6 über vier Wege für den Signalfluß miteinander verbunden.
Die Konstruktion eines zwischenverbindbaren Sternkopplers mit acht Anschüssen, die in dem Kommunikationsnetz der Fig. 4 verwendet wird, ist in Fig. 6 dargestellt. Der dargestellte Sternkoppler kann mit einen oder mehreren anderen Sternkopplern verbunden sein. Ein Substrat 18 ist aus Glas oder Polycarbonat hergestellt. Angeordnet auf dem Substrat 18 befinden sich: Optische Koppler 15, wobei jeder ein Abzweigungsverhältnis von 7 : 1 aufweist, optische Koppler 16, wobei jeder ein Abzweigungsverhältnis von 2 : 1 aufweist, und ein optischer Koppler 17, der ein Abzweigungsverhältnis von 1 : 1 aufweist. Derartige Vorrichtungen werden durch optische Wellenleiter verbunden, dadurch wird eine integrierte optische Schaltung gebildet. In der integrierten optischen Schaltung, die somit geformt wird, werden gewünschte Verteilungsverhältnisse der Lichtleistung erhalten. Die Multiplexier-/Demultiplexier-Vorrichtung 15, die ein Verzweigungsverhältnis von 7 : 1 aufweist, arbeitet, um die Lichtleistung auf 7 zu der Multiplexier-/Demultiplexier- Vorrichtung 16 zu verteilen und verteilt die Lichtleistung von 1 auf andere Multiplexier-/Demultiplexier-Vorrichtungen. Die Multiplexier-/Demultiplexier-Vorrichtung 16, die ein Verzweigungsverhältnis von 2 : 1 aufweist, verteilt die Lichtleistung auf 2 zu den Multiplexier-/Demultiplexier-Vorrichtungen 17 und die Lichtleistung von 1 auf die Multiplexier-/Demultiplexier- Vorrichtung 16. Es sind acht Zahlen optischer Fasern 4 mit dem Substrat 18 verbunden. In Fig. 6 stellt Rc den Radius einer Kurve der optischen Wellenleitung dar. Für weitere Details des zwischenverbindbaren Sternkopplers wird auf die Beschreibung der anhängigen US-Patentanmeldung Serien-Nr. 07/813,443 Bezug genommen, die durch den Anmelder der vorliegenden Anmeldung eingereicht ist.
In dem Kommunikationsnetz, das somit konstruiert ist, können wenn nur ein Knoten ein Signal sendet, alle anderen Knoten, die mit dem Netz verbunden sind, das Signal empfangen. Wenn zwei Knoten gleichzeitig Signale senden, kann einer der sendenden Knoten korrekt das Signal von dem anderen empfangen und umgekehrt. Der andere Knoten von den zwei sendenden Knoten kann das Signal als ein Stausignal empfangen. Mit anderen Worten, das Kommunikationsnetz hat eine sichere Funktion. Dieses erwächst von der Tatsache, daß das Netz bidirektional ist. Wenn drei oder mehr Knoten gleichzeitig Signale senden, kann jeder Knoten ein Stausignal alleine empfangen. Somit kann in dem Kommunikationsnetz das Geheimnis des Kommunikationsinhalts in einem Zustand gewahrt bleiben, daß, wenn zwei Knoten Signale senden, einer von ihnen ein Signal zu dem anderen und umgekehrt sendet. Die Details davon werden in der veröffentlichten ungeprüften Japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 3-270432 beschrieben.
Die Konstruktion eines andersartigen Knotens, der in dem optischen Kommunikationsnetz der Fig. 4 verwendet werden kann, wird nun beschrieben. Wenn die Knoten, die zu erörtern sind, für das Netzwerk in Fig. 4 verwendet werden, kann ein optisches Kommu nikationsnetzwerk des Mehrkanaltyps, das auf dem Wellenlängenmultiplexieren basiert, realisiert werden.
Wie gezeigt, beinhaltet der Knoten einen Knotenkörper 5, vier Kommunikationsschnittstellen 6a bis 6c, die jede die gleiche Konstruktion wie die Kommunikationsschnittstelle 6 in Fig. 2 aufweisen, und einen Wellenlängenmultiplexer 19. In den Kommunikationsschnittstellen 6a bis 6c emittieren Laserdioden als lichtemittierende Elemente Lichtsignale unterschiedlicher Wellenlängen λa bis λd. Der Wellenlängenmultiplexer 19 multiplexiert derartige Lichtsignale der Wellenlängen λa bis λd.
Die bidirektionalen optischen Verstärker 3 in dem optischen Kommunikationsnetz, das in Fig. 4 gezeigt wird, sind, wie erinnerlich, Halbleiterlaserverstärker. In jedem Verstärker ist der Bereich der Wellenlängen, die verstärkt werden können, breit von 50 bis 70 nm. Wenn die Wellenlängen λa bis λd ausgewählt werden, um unterschiedlich um 10 nm voneinander zu sein, ist ein Halbleiterlaser in der Lage, alle Lichtsignale der Wellenlängen λa bis λd zu verstärken.
Einige besondere Beispiele der Kommunikationsverfahren oder Protokolle gemäß der vorliegenden Erfindung werden beschrieben. Fig. 8 ist ein Diagramm, das einen Übergangszustand eines Sendeknotens in einem ersten Protokoll gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Protokoll der Fig. 8, das von einem einzigen Übertragungskanal (rundsendendem Bus) angewandt wird, ist konstruiert, um die 2-Knoten-Kollision zu vermeiden. Die Variablen in Fig. 8 haben die folgenden Bedeutungen. Eine Variable CS zeigt die Anwesenheit oder Abwesenheit einer Trägerüberwachung. Wenn CS "1" ist, dann ist der Träger vorhanden. Wenn sie "0" ist, dann ist kein Träger vorhanden. Eine Variable CRV zeigt das Auftreten der Coderegelverletzung.
Wenn die CRV "1" ist, tritt die CRV auf. Wenn sie "0" ist, tritt keine CRV auf. Pi ist ein Prioritätspegel des Signalpakets, das durch einen Sendeknoten in der Form einer Variablen gesandt wird. Po ist ein Prioritätspegel des Signalpakets, das durch einen reagierenden Knoten in der Form einer Variablen gesandt wird. Die Zeichen "> ", "< " und "=" zeigen "höhere", "niedrigere" und "gleiche" Pegel in der Priorität. Zum Beispiel, wenn Pi > Po ist, ist der sendende. Knoten höher in dem. Prioritätspegel als der reagierende Knoten.
Wenn eine Sendeanfrage von dem höherliegenden Protokoll empfangen wird, mißt der Knoten einen Träger auf dem Übertragungskanal. Wenn der Träger gemessen wird (CS = 1) wird der Knoten in den Zufallszeit-Bereitschaftszustand versetzt und dann ein Träger auf dem Übertragungskanal gemessen, da das Vorhandensein eines Trägers anzeigt, daß ein anderer Knoten den Übertragungskanal verwendet. Wenn der Träger nicht gemessen wird (CS = 0), beginnt der Knoten, ein Signal zu senden. Wenn der Kopf des Signalpakets abgesandt ist, mißt der Knoten den Träger nochmal, während die Signalübertragung fortgesetzt wird. Das Signalpaketformat wird in Fig. 9 gezeigt. Der Trägermeßbetrieb wird fortgesetzt, bis die Signalübertragung normalerweise beendet ist. Wenn kein Träger vor dem Übertragungsende (CS = 0) gemessen wird, ist die Signalübertragung normalerweise beendet. Wenn irgendein Träger vor dem Übertragungsende (CS = 1) gemessen wird, ist eine Kollision aufgetreten.
Nach einem Messen des Trägers (CS = 1) schaltet der sendende Knoten die Inhalte des Sendesignals zu einem Stausignal und nimmt das sendende Signal auf. Das aufgenommene Signal enthält den Kopf eines Signalpakets, das von einem anderen Knoten gesendet wird.
Die Struktur des Signalpakets wird in Fig. 9 gezeigt. Wie gezeigt, enthält der Kopf einen Vorspann, einen Codezug 20, der die Priorität anzeigt, eine Adresse der gerufenen Station und eine Adresse der rufenden Station. Der Codezug 20, der die Priorität anzeigt, wird später beschrieben.
Der sendende Knoten vergleicht den Knotenzug, der für die aufgenommene Signalpaketpriorität bezeichnend ist, mit dem Codezug des Signalpaketes, das durch den sendenden Knoten an sich gesendet wird. Wen der Prioritätspegel des Signalpaketes, das durch den sendenden Knoten gesandt wurde, höher ist als der des aufgenommenen Sendepakets (Pi > Po) setzt der Knoten fort, den Träger für eine festgelegte Zeitperiode zu messen, während das Stausignal gesendet wird. Nach dem Sicherstellen, daß der Träger des konkurrierenden Knotens von dem Übertragungskanal (CS = 0) verschwindet, sendet der Knoten das Signalpaket erneut. Wenn kein Träger von dem Übertragungskanal (CS = 1) erscheint, werden die Knoten in einen Zufallszeit-Bereitschaftszustand versetzt. Wenn der Prioritätspegel der konkurrierenden Station größer ist als der des sendenden Knotens (Pi < Po), stoppt unmittelbar der sendende Knoten den Sendebetrieb und wird in einen Zufallszeit-Bereitschaftszustand versetzt. Wenn die Prioritätspegel beider Stationen oder Knoten untereinander gleich sind (Pi = Po), wird der Knoten in den Zufallszeit- Bereitschaftszustand versetzt, nachdem das Stausignal für eine festgesetzte Zeitperiode gesendet ist. In dem Übergangszustanddiagramm der Fig. 8 ist die Trägermessung innerhalb einer festgelegten Zeitperiode als "Trägermessen (Stausignal) innerhalb einer festen Zeitperiode" begrenzt. Der Grund dafür folgt. Wenn durch irgendeinen Fehler zwei Knoten miteinander kollidieren, entscheidet einer der Knoten, daß der Prioritätspegel des Knotens an sich höher als der des anderen ist, und der andere macht die gleiche Entscheidung. Folglich wird die Konkurrenz, sich den Kanal anzueignen, auf dem Transmissionskanal in einer endlosen Weise fortgesetzt. Aus diesem Grunde ist die Trägermeßzeit begrenzt.
Ein Codesystem, um die Signalpaketpriorität in einer zirkulierenden Weise zu. bestimmen, wird für den; Codezug, für die die Signalpriorität kennzeichnend ist, angewandt. JANKEN, das Spiel von "Schere", "Papier" und "Stein", wird für Ihr Verständnis des Codezuges assistieren (sh. Anhang A der folgenden Vorträge: Yasumoto et al., "PROSPEX: A Graphical LOTOS Simulator for Protocol Specification with N Nodes" IEICE Trans. Commun. Band E 75-8, Nr. 10, Seiten 1015-1023 (1992)). Zwei Bits stellen vier Kombinationen von "00", "01", "10" und "11" bereit. Von den vier Kombinationen sind drei Kombinationen "00", "01" und "10" als "Stein", "Papier" bzw. "Schere" bezeichnet. "01" ist vorrangig gegenüber "00"; "10" gegenüber "01"; und "00" gegenüber "10". Auf diese Weise wird der Prioritätspegel in einer zirkulierenden Weise bestimmt. Mit anderen Worten, die Signalpaketpriorität ist auf relative Weise bestimmt.
In der Ausführungsform der Erfindung werden 24 Zahlen von 2- Bit-Codes (insgesamt 48 Bits) angeordnet. Die Priorität wird nacheinander durch Vergleich erstens des ersten Codes mit dem zweiten Code, zweitens des zweiten Codes mit dem dritten Code usw. bestimmt. Die Priorität wird dem Code gegeben, der zuerst gewonnen hat. Die Wahrscheinlichkeit, daß 24 Codezüge alle auf dem gleichen Prioritätslevel sind (1/3)²&sup4; = 3,5 · 10&supmin;¹². Praktisch wird dieser Fall der Wahrscheinlichkeit nur schwerlich auftreten. Das Prioritätsbestimmungsverfahren kann vorurteilsfrei die Rechte auf die Benutzung des Kanals an die Knoten vergeben.
JANKEN, das nur aus drei Kombinationen, nämlich "Stein", "Schere" und "Papier" besteht, kann in der Weise modifiziert werden, daß "11" zusätzlich als vierte Hand zu dem JANKEN angelegt wird, und "11" ist höher als die verbleibenden Kombinationen "00", "01" und "10". Von der Spitze des Codezuges der Bezeichnung der Priorität ist "11" ihnen nachfolgend angeordnet. Die Anzahl der Nachfolger des "11" kennzeichnet die absolute Priorität des Signalpakets. Die absolute Priorität wird dem Signalpaket unter einer vorbestimmten Regel gegeben unter Betrachtung der Natur oder der Inhalte des Signalpakets.
In der somit soweit dargestellten Beschreibung gibt es keine Garantie einer erfolgreichen Kommunikation, wenn drei oder mehr Knotenpunkte kollidieren. Wenn demgemäß eine Mehrfachkollision auftritt ist es notwendig, einen derartigen Steuervorgang vorzunehmen, daß der Zufallszeit-Bereitschaftsmodus auf die Übertragung eines Stausignals für eine vorbestimmte Zeitperiode folgt (wie in dem normalen Protokoll der CSMA/CD). Die Mehrfachkollision kann durch Messen des Auftretens der Coderegelverletzung erfaßt werden.
In dem Übergangszustandsdiagramm der Fig. 8 wird, wenn eine Coderegelverletzung auftritt (CRV = 1) in dem Status des "Messe den Träger während des Sendens eines Signals", "Führe den Prioritätsvergleich während des Sendens eines Stausignals durch" oder "Träger (Stausignal) messen für eine vorbestimmte Zeit" ein derartiger Steuervorgang vorgenommen.
Der reagierende Knoten überwacht konstanterweise den Übertragungskanal. Wenn ein Signalpaket erkannt wird, das an den Empfangsknoten selbst gerichtet ist, empfängt er das Signalpaket und sendet es zu dem höherliegenden Protokoll. Ein Übergangszustand des reagierenden Knotens in dem ersten Protokoll ist einfach und folglich wird hier das Übergangszustandsdiagramm weggelassen.
Ein weiteres Kommunikationsverfahren oder ein zweites Protokoll der Erfindung wird beschrieben. Ein Übergangszustand von einem Übertragungsknoten in dem zweiten Protokoll wird in Fig. 10 dargestellt. Das zweite Protokoll wird auf ein Kommunikationsnetz angewandt, dessen Knoten von dem Typ sind; der in Figur gezeigt, und parallele Übertragungskanäle werden parallel auf der Basis des Wellenlängenmultiplexierens angeordnet. Das Übergangszustandsdiagramm der Fig. 10 ist unterschiedlich von dem der Fig. 8, indem ein Zustand "Zufallskanal auswählen" zusätzlich verwendet wird.
Wenn eine Sendeanfrage von dem höhergelegenen Protokoll empfangen wird, mißt der sendende Knoten gleichzeitig die Träger der Mehrzahl der Kanäle und wählt wahlfrei einen der freien Kanäle und startet, ein Signal über dem gewählten freien Kanal zu senden. Der Steuervorgang des zweiten Protokolls ist im wesentlichen gleich dem, der in Fig. 8 gezeigt wird, außer dem Vorgang, der durchgeführt wird, wenn der Knoten als Ergebnis des Prioritätsvergleichs minderwertig ist. In dem Übergangszustand der Fig. 8 stoppt der sendende Knoten unmittelbar die Übertragung und wird in den Zufallszeit-Bereitschaftszustand versetzt. In dem Übergangszustand der Fig. 10 wird unmittelbar, nachdem die Übertragung gestoppt ist, der sendende Knoten gleichzeitig die Träger der Kanäle messen. Wenn es dort einen freien Kanal gibt, wählt der sendende Knoten ihn aus und sendet ein Signal durch den gewählten Kanal. Wenn dort mehrere freie Kanäle sind, wählt der Knoten wahlfrei einen der freien Kanäle aus und verwendet ihn zur Signalübertragung. Mit Bereitstellen des Steuervorgangs, wenn dort ein freier Kanal existiert, kann der Knoten, der in der Leitungskonkurrenz besiegt wurde, ein Signal über den freien Kanal senden, ohne eine Freigabe abzuwarten. Demgemäß kann die erforderliche Verzögerungszeit für die Kommunikation vermindert werden. In Fig. 10 ist das Trägermessen durch eine Variable von CSn ausgedrückt, wobei n die Übertragungska nalnummer angibt. In dem Status des "Träger messen für eine festgesetzte Zeit" kehrt, wenn CSn = 1 ist, der Vorgang zu dem Trägermessen zurück. Dieses wird durchgeführt, um eine derartige Situation zu verhindern, daß durch irgendeinen Fehler die Leitungskonkurrenz endlos fortgesetzt wird. In dem anfänglichen Protokoll enthält das Netz, an dem das Protokoll angewandt wird, eine Mehrzahl von Kanälen. Demgemäß wird der Knotenbetrieb nicht in den Zufallszeit-Bereitschaftszustand eintreten, sondern nach einem freien Kanal oder Kanälen suchen.
In dem zweiten Protokoll empfängt manchmal der reagierende Knoten eine mehrfache Anzahl von Signalpaketen in einer gleichzeitigen Weise. Deshalb muß der Durchsatz entsprechend erhöht sein. Außer diesem ist der Steuervorgang des Protokolls des reagierenden Knotens im wesentlichen der gleiche wie der in dem ersten Protokoll.
In dem Kommunikationsnetz wird das Wellenlängenmultiplexierverfahren zum Bilden der Mehrkanalanordnung angewandt, die aus einem Mehrfachen der bidirektionalen Übertragungskanäle besteht. Das Verfahren, das in der anhängigen US-Patentanmeldung Serien- Nr. 07/946,192 offenbart ist, kann für denselben Zweck verwendet werden, anstelle des Wellenlängenmultiplexierens. Es ist offensichtlich, daß das zweite Protokoll für das Kommunikationsnetz, das in der obigen Patentanmeldung beschrieben wird, angewendet werden kann.
Ein drittes Protokoll der Erfindung wird beschrieben. Das dritte Protokoll ist gleichwertig zu dem ersten Protokoll, welches zusätzlich ein Steuerprotokoll zum Sicherstellen der Kommunikation verwendet. Fig. 11 ist ein Diagramm, das einen Übergangszustand des sendenden Knotens im dritten Protokoll zeigt. Fig. 12 ist ein Diagramm, das den Übergangszustand für den reagierenden Knoten in dem dritten Protokoll zeigt. Die Struktur ei nes Signalpakets in dem dritten Protokoll ist etwas unterschiedlich von der Signalpaketstruktur (Fig. 9) in dem ersten und dem zweiten Protokoll. Wie in Fig. 13 gezeigt, ist ein Signal 21, das für die Art eines Signalpaketes repräsentativ ist, zusätzlich in dem Kopf des Signalpakets enthalten: Das Signal 21 besteht aus zwei Bits. Der Codezug 20, der die Priorität kennzeichnet, besteht aus 46 Bits (23 Nummern von 2-Bitpaaren). Der Signalpakettyp PT ist: "00" für das normale Signalpaket, "O1" für das Signalpaket des sendenden Knotens in der gesicherten Kommunikation und "10" für ein Reaktionssignalpaket der reagierenden Seite in der gesicherten Kommunikation. "11" ist nicht definiert. In den Fig. 11 und 12, die Übergangszustandsdiagramme zeigen, ist PT eine Variable, die den Signalpakettyp zeigt. R ist eine Variable, die auf "1" gesetzt wird, wenn die Adresse des sendenden Knotens (oder Senders), von dem das empfangene Signalpaket herkommt, mit der Adresse des reagierenden Knotens oder Antwortsenders übereinstimmt. Wenn die Adressen des Senders und Antwortsenders nicht übereinstimmen, wird die Variable R auf "0" gesetzt. A ist eine Variable, die auf "1" gesetzt wird, wenn die Adresse des Knotens, für den das empfangene Signalpaket bestimmt ist, übereinstimmend mit der Adresse des sendenden Knotens ist und auf "0", wenn die Adressen nicht miteinander übereinstimmen.
Das Übergangszustandsdiagramm, das in Fig. 11 gezeigt ist, wird basiert auf dem der Fig. 8. Der Steuervorgang für das normale Signalpaket, nachdem die Übertragung des Kopfes vervollständigt ist, ist unterschiedlich von dem der gesicherten Kommunikation. Der Steuervorgang für das normale Signalpaket (PT = 00) ähnelt dem Vorgang, wie er in dem Übergangszustand der Fig. 8 beschrieben ist. In dem Steuervorgang für die gesicherte Kommunikation (PT = 01) sendet der sendende Knoten ein Stausignal unmittelbar nach der Vollendung der Kopfübertragung. In diesem Modus wird die Übertragung nur ermöglicht, wenn die Adresse des Senders übereinstimmt mit der des Antwortsenders (R = 1) und PT (Signalpakettyp) = 10. Wenn die Adresse des Senders, von dem das Signalpaket empfangen wird, nicht übereinstimmt mit der Adresse des Antwortsenders (R = 0), wird der Zufallszeit- Bereitschaftszustand aufgestellt, nachdem das Stausignal für eine vorbestimmte Zeit gesendet ist. Auch wenn CRV = 1 in den Prozessen des "Sende einen Träger während des Sendens eines Stausignals" und "Sendend" (Fig. 11) wird der Zufallszeitbereitschaftsmodus gesetzt, nachdem das Stausignal für eine vorbestimmte Zeit gesendet ist.
Der reagierende Knoten oder Antwortsender arbeitet für eine verfahrensorientierte Steuerung, wie sie in dem Übergangszustandsdiagramm, das in Fig. 12 gezeigt wird, beschrieben ist. Wie gezeigt, überwacht der Antwortsender den Übertragungskanal, empfängt einen Träger (CS = 1) und erfaßt die Adresse des Knotens, für den das empfangene Signalpaket bestimmt ist. Wenn die erfaßte Adresse nicht mit der Adresse des Antwortsenders (A = 0) übereinstimmt, kehrt der Antwortsender zu dem Kanalüberwachungsjob zurück. Wenn derartige Adressen miteinander übereinstimmen (A = 1), erfaßt er die Art der Rücklaufanfrage oder des Signalpakettyps. Wenn das Signalpaket nicht der normale Typ ist (PT = 00), nimmt er die Signalpakete so lange, wie der Träger gemessen wird (CS = 1), und er überträgt die Signalpakete zu dem darüberliegenden Protokoll und beendet den Empfangsprotokollvorgang.
Wenn die Adressen des Senders und des Rücksenders miteinander übereinstimmen (A = 1) und PT (Signalpakettyp) = 1 (Sicherheitskommunikationsmodus) beginnt der Knoten die Übertragung des Stausignals und ergreift das Signalpaket während des Übertragens des Stausignals und überträgt das Signalpaket auf das oberhalb liegende Protokoll. Wenn die Coderegelverletzung auf tritt (CRV = 1) während der Übertragung des Stausignals, stoppt es unmittelbar die Übertragung des Stausignals.
Entsprechend zu dem gesicherten Kommunikationsprotokoll wird die 2-Knoten-Kollision absichtlich zum Auftreten auf dem Übertragungskanal veranlaßt, da der Knoten, mit dem der sendende Knoten kommuniziert, das Stausignal liefert. Als Ergebnis kann die Geheimhaltung der Kommunikation zwischen den zwei Knoten gegenüber den anderen Knoten außer den obigen beiden Knoten geschützt werden.
Das vierte Protokoll der Erfindung ist eine Modifikation des dritten Protokolls. In dem dritten Protokoll wird die 2-Knoten- Kollision zwangsweise zum Auftreten veranlaßt. Dieses führt zum Ansteigen einer Wahrscheinlichkeit eines Erscheinens einer 3- Knoten-Kollision. Die angestiegene Wahrscheinlichkeit des 3- Knoten-Kollisionsauftretens verletzt die vorteilhafte Funktion des 2-Knoten-Kollisionsvermeidungsmechanismus. In dem vierten Protokoll startet der reagierende Knoten, ein Signal zu senden, nachdem die Zeit nahezu mit der Schleifenlaufzeit verstreicht, nämlich kehrt das Protokoll nicht zurück zu einem unmittelbaren Signal, nachdem das Signalpaket empfangen ist. Mit einem zusätzlichen Gebrauch des Verfahrens kann die Wahrscheinlichkeit des 3-Knoten-Kollisionsauftritts niedrig gehalten werden und die vorteilhafte Funktion des 2-Knoten-Kollisionsvermeidungsmechanismus kann, wie sie ist, gehalten werden. Ein Übergangszustandsdiagramm des antwortsendenden Knotens in dem vierten Protokoll wird in Fig. 14 gezeigt. Ein Übergangszustandsdiagramm für den Sender in dem Protokoll ist der gleiche wie der der Fig. 11.
Das Übergangszustandsdiagramm der Fig. 13, das auf dem der Fig. 12 basiert, ist unterschiedlich von dem letzteren, in dem ein Job des "Warte eine vorgegebene Zeit" zusätzlich verwendet wird, der zwischen den Jobs "Sende die Meßanfrage zurück" und "Empfange ein Signal während des Übertragens eines Stausignals".
Das fünfte Protokoll der Erfindung ist gleichwertig mit dem zweiten Protokoll für einen Mehrfachkanal, das zusätzlich einen Steuervorgang für eine sichere Kommunikation in dem dritten Protokoll verwendet. Mit anderen Worten, das fünfte Protokoll ist mit allen Funktionen versehen, auf die bisher Bezug genommen wurde. Fig. 15 ist ein Übergangszustandsdiagramm für den Sender in dem Protokoll, das sowohl die Funktion der zweiten Knotenkollisionsvermeidung als auch die Funktion der sicheren Kommunikation aufweist. Das Übergangszustandsdiagramm der Fig. 15 ist die. Kombination der Übergangszustandsdiagramme der Fig. 10 bzw. 11 für das zweite und dritte Protokoll. Demgemäß wird hier keine weitere Beschreibung des Übergangszustandsdiagramms der Fig. 15 gegeben. Der Steuervorgang in dem Übergangszustandsdiagramm der Fig. 12 oder Fig. 14 sind für den Steuervorgang des Antwortsenders in den fünf Protokollen verfügbar.
Wie von der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich, wird in dem optischen Kommunikationsnetz die Art der Kollision einer 2- Knoten-Kollision oder einer Mehrfach-Knoten-Kollision unterschieden. Der Steuervorgang für die 2-Knoten-Kollision oder für die Mehrfach-Knoten-Kollision wird selektiv verwendet gemäß dem Ergebnis der Unterscheidung. Als ein Ergebnis kann die 2- Knoten-Kollision wirksam vermieden werden, die Kommunikationskanäle können wirkungsvoll verwendet werden und die erforderlichen Verzögerungszeiten für die Signalpaketübertragung kann im Durchschnitt reduziert werden.
Die vorhergehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wurde für die Zwecke der Darstellung und Beschreibung dargelegt. Es ist nicht beabsichtigt, daß sie er schöpfend ist oder die Erfindung zu begrenzen auf die präzise offenbarte Form und Modifikation und Variation sind im Licht der obigen Lehren möglich oder können von der Praxis der Erfindung gewonnen werden. Die Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erläutern, um einen Fachmann der Technik in die Lage zu setzen, die Erfindung in unterschiedlichen Ausführungsformen zu nutzen und mit unterschiedlichen Modifikationen, wie sie für den besonderen Gebrauch geeignet sind, zu betrachten. Es ist beabsichtigt, daß der Schutzbereich der Erfindung durch die Ansprüche, die hiermit anhängig sind und ihre Äquivalenzen definiert sei.
Eine erste Ausführungsform eines Wellenlängen-Multiplexierübertragers für das Wellenlängenmultiplexieren in einem optischen Kommunikationsnetz, das oben beschrieben ist, wird in Fig. 16 gezeigt. Die erste Ausführungsform ist ein Wellenlängen-Multiplexierübertrager für optische Kommunikation, in dem vier Wellenlängen multiplexiert werden. Der Wellenlängen- Multiplexierübertrager besteht aus einem integralen optischen Schaltungssubstrat 101, das integrierte optische Wellenleiter enthält, ein Beugungsgittersubstrat 104, das auf der Unterseite (in der Zeichnung gesehen) des integrierten optischen Schaltungssubstrats 101 angeordnet ist, eine Photodiodenanordnung 105 als lichtmessende Anordnung, eine Halbleiterlaseranordnung 106 und einer optische Faser 110 zur Eingabe/Ausgabe für die Lichtsignale. Die Photodiodenanordnung 105, die Halbleiterlaseranordnung 106 und die optische Faser 110 sind auf der Oberseite (gesehen in der Zeichnung) des integrierten optischen Schaltungssubstrats 101 angeordnet.
Das integrierte optische Schaltungssubstrat 101 ist ein Glassubstrat in dieser Ausführungsform. Ein erster flacher Wellenleiter 102 für die Übertragung, ein zweiter flacher Wellenlei ter 103, eine erster optischer Kopplung 107, ein zweiter optischer Koppler 108 und verdrahtungsoptischer Wellenleiter 109a bis 109k werden auf dem integrierten optischen Schaltungssubstrat 101 durch einen Metallionendiffusionsprozeß gebildet. Für die Wellenleiterbildung durch den Metallionendiffusionsprozeß wird Bezug genommen auf E. Okuda, I. Tanaka und T. Yamasaki: "Planar gradient - index glass waveguide and its applications to a 4-port. branched circuit and star coupler", Appl. Opt. 23, Seite 1745 (1984). Die Verdrahtung der optischen Wellenleiter 109a bis 109k sind jeder 10 um im Durchmesser und ihr Wellenleitungsmodus ist ein Einzelmodus. Der erste Flachwellenleiter 102 und 103 sind jeder 10 um dick. Die Größe des integrierten optischen Schaltungssubstrats 101 ist: L1 = 50 mm und L2 = 40 mm.
Eine Kopplung der Fresnel reflektierenden Spiegel 104a und 104b als spektroskopische Mittel werden auf dem Beugungsgittersubstrat 104 gebildet, das auf der Bodenseite des integrierten optischen Schaltungssubstrats 101 angeordnet ist. Die Fresnelreflektierenden Spiegel 104a und 104b sind entsprechend dem ersten flachen Wellenleiter 102 bzw. dem zweiten flachen Wellenleiter 103 entsprechend angeordnet. Der erste flache Wellenleiter 102 und der Fresnel-reflektierende Spiegel 104a ergeben einen ersten Wellenlängenmultiplexer des flachen Wellenleitertyps. Der zweite flache Wellenleiter 103 und der Fresnelreflektierende Spiegel 104b ergeben einen zweiten Wellenlängenmultiplexer des flachen Wellenleitertyps. Die Konstruktion des ersten Wellenlängenmultiplexers ist vorzugsweise die gleiche wie die des zweiten Wellenlängenmultiplexers. Derartige Multiplexer haben nicht immer die gleiche Form, aber es ist nur erforderlich, daß beide Multiplexer die gleiche Struktur, wie in Querschnittsrichtung gesehen, aufweisen.
Die Halbleiterlaseranordnung 106, die auf der Unterseite des integrierten optischen Schaltungssubstrats 101 bereitgestellt wird, wird an der Stelle näher zu dem ersten flachen Wellenleiter 102 angeordnet. In der augenblicklichen Ausführungsform sind fünf Halbleiterlaserelemente 106a bis 106b in einer Laseranordnung 106 enthalten, da vier Wellenlängen multiplexiert werden. Derartige Laserelemente 106a bis 106e sind in Schrittweiten von 100 um angeordnet. Die Anzahl der erforderlichen Laserelemente entspricht der Zahl der multiplexierten Wellenlängen +1. Das Laserelement 106e dieser Elemente, das am nächsten zu dem zweiten Flachwellenleiter 103 angeordnet sind, dient als gemeinsames Halbleiterlaserelement. Eine der Hauptseiten der Laseranordnung 106 ist mit einer Antireflektionsschicht bedeckt. Wenn sie angebracht ist, liegt die Antireflektionsschichtseite der Laseranordnung 106 gegenüber dem integrierten optischen Schaltungssubstrat 101.
Der erste flache Wellenleiter 102 und die Laseranordnung 106 mit der Antireflektionsschicht sind untereinander mit einer Gruppe von verdrahteten optischen Wellenleitern 109a bis 109e verbunden, von denen die Endflächenschrittweiten 100 um sind. Der erste flache Wellenleiter 102 und der Fresnelreflektierende Spiegel 104a kooperieren, um ein Polychrometer zu bilden. Die vier Verdrahtungen der optischen Wellenleiter 109a bis 109, die zu gleichen Schrittweiten angeordnet sind, werden mit dem ersten flachen Wellenleiter 102 verbunden, wodurch ein Polychrometerausgang 114 gebildet wird.
Ein gemeinsamer Ausgang 113 ist an der Stelle, die im wesentlichen gegenüberliegend zu dem Polychrometerausgang 114 liegt, auf der Oberseite des ersten flachen Wellenleiters 102 angeordnet. Der gemeinsame Ausgang 113 ist mit dem ersten optischen Koppler 107 verbunden. Ein erster Zweig des ersten optischen Kopplers 107 ist über den verdrahtenden optischen Wellenleiter 109e mit den gemeinsamen Laserelement 106e der Laseranordnung 106 verbunden. Ein zweiter Zweig des ersten optischen Kopplers 107 ist über den verdrahtenden optischen Wellenleiter 109f mit dem zweiten optischen Koppler 108 verbunden. Der gemeinsame Anschluß des zweiten optischen Kopplers 108 ist mit der optischen Faser 110 verbunden.
Der Brennpunktabstand des Fresnel reflektierenden Spiegels 104aist 15 mm. Ein Abstand A zwischen dem Zentrum des Spiegels 104a- und der bildbildenden Ebene (Polychrometerausgang 114) ist 30 mm. Eine Farbstreuung in der bildbildenden Ebene (Polychrometerausgang 114) ist 100 nm (mit Bezug auf die zentrale Wellenlänge von 800 nm) pro 1 mm. Die verdrahtenden optischen Wellenleiter 109a bis 109d, die mit einer Schrittweite von 100 um angeordnet sind, sind mit dem Polychrometerausgang 114 des ersten flachen Wellenleiters 102 verbunden. Demgemäß tritt eine Laseroszillation auf, bei der Wellenlängen multiplexiert werden mit einer Schrittweite von 10 nm. In diesem Beispiel der Ausführungsform stimmt die Anordnungsschrittweite der Laseranordnung 106 mit der Schrittweite der verdrahteten optischen Wellenleitung des Polychrometerausgangs 114 überein. Wenn erforderlich, können diese nicht miteinander übereinstimmen.
Die Laseranordnung 106, der erste flache Wellenleiter 102 und der Fresnel-reflektierende Spiegel 104a bilden ein Wellenlängen multiflexierendes resonanzoptisches System, das Wellenlängen multiplexiertes Laserlicht erzeugt. In dem optischen System ist das gemeinsame Laserelement 106e gekoppelt mit unterschiedlichen Wellenlängen, die mit den verbleibenden Laserelementen 106a bis 106d über den Fresnel reflektierenden Spiegel 104a, so daß eine Laseroszillation bei den jeweiligen Wellenlängen auftritt. Insbesondere das gemeinsame Laserelement 106e und das Laserelement 106a sind miteinander gekoppelt mit einer Wellenlänge λ1 über einen optischen Pfad, der die verdrahtende opti sche Wellenleitung 109e, den ersten flachen Wellenleiter 102, den Fresnel reflektierenden Spiegel 104a, den ersten flachen Wellenleiter 102 und den verdrahtenden optischen Wellenleiter 109a einschließt. Das gemeinsame Laserelement 106e und das Laserelement 106b sind miteinander gekoppelt mit einer Wellenlänge λ2, über einen optischen Pfad, der den verdrahtenden optischen Wellenleiter 109e, den ersten flachen Wellenleiter 102, den Fresnel-reflektierenden Spiegel 104a, den ersten flachen Wellenleiter 102 und den verdrahtenden optischen Wellenleiter 109b einschließt. Die Wellenlänge wird bestimmt abhängig von der positionellen Beziehung des gemeinsamen Laserelements 6e und der verbleibenden Laserelemente 106a bis 106d zu dem Fresnel-reflektierenden Spiegel 104a. Für die Details hiervon wird auf die Japanische Patentanmeldung Nr. Hei. 3-296332 Bezug genommen.
Das Laserlicht, das bei der multiplexierten Wellenlänge generiert wird, wird von der gemeinsamen Ausgabe 113 ausgegeben. Das Laserlicht, das von der gemeinsamen Ausgabe 113 des ersten flachen Wellenleiters 102 ausgegeben wird, wird durch den ersten optischen Koppler 107 verzweigt. Ein Teil des Laserlichts wird über den zweiten optischen Koppler 108 an die optische Faser 10 ausgegeben.
Der zweite flache Wellenleiter 103 und die Photodiodenanordnung 105 sind miteinander durch die verdrahtenden optischen Wellenleiter 109h bis 109k verbunden. Der zweite flache Wellenleiter 103 und der Fresnel-reflektierende Spiegel 104b bilden ein Polychrometer. Vier Photodioden (nicht gezeigt), die der Anzahl der Wellenlängen entsprechen, werden in der Photodiodenanordnung 105 angeordnet. Die Anordnungsschrittweite der Photodiodenanordnung 105 ist 100 um. Eine gemeinsame Eingabe 115 des zweiten flachen Wellenleiters 103 und des zweiten optischen Kopplers 108 sind über den verdrahtenden optischen Wellenleiter 109g verbunden. Die verdrahtenden optischen Wellenleiter 109h bis 109k sind mit der Ausgabe 116 des Polychrometers des zweiten flachen Wellenleiters 103 verbunden.
Der Brennpunktabstand des Fresnel reflektierenden Spiegels 104b ist 15 mm. Beim Abstand A zwischen dem Zentrum des Spiegels 104b und der bildformenden Ebene (Polychrometerausgang 116) ist 30 mm. Eine Farbstreuung in der bildbildenden Ebene (Polychrometerausgabe 116) ist 100 nm (mit Bezug auf die Zentrumswellenlänge von 800 nm) pro 1 mm. Die verdrahtenden optischen Wellenleiter 109h bis 109k, die in einer Schrittweite von 100 um angeordnet sind, sind verbunden mit dem Polychrometerausgang 116 des zweiten flachen Wellenleiters 103.
Ein Lichtsignal, das durch die optische Faser 110 von extern kommt, wird durch den zweiten optischen Koppler 108 verzweigt. Ein Teil des Lichtsignals wird aufgespalten und durch den Fresnel-reflektierenden Spiegel 104a abgebildet. Die aufgespaltenen Lichtsignale der unterschiedlichen Wellenlängen offen durch die verdrahtenden optischen Wellenleiter 109h bis 109k und erreichen die Photodioden (nicht gezeigt) der Photodiodenanordnung 105, wo derartige Signale in elektrische Signale konvertiert werden.
In der Ausführungsform wie oben erwähnt kann die Modulator- Festlaser-Anordnungskombination anstelle der Laseranordnung 106 verwendet werden. Weiterhin kann ein festkörperoptischer Laserverstärker, der durch Dotieren des Glassubstrates mit seltenen Erdelementen gebildet wird, verwendet werden. Ein sauberes optischen Relaissystem kann zwischen der Photodiodenanordnung 105 und/oder der Laseranordnung 106 und dem integrierten optischen Schaltungssubstrat 101 angeordnet werden. Die Photodiodenanordnung 105 kann mit anderen geeigneten Lichtmeßelementen, die in der Lage sind, Lichtsignale in elektrische Signale zu konvertieren, ersetzt werden.
Wie oben beschrieben, weisen spektroskopische Systeme für die Transmission und die Rezeption die gleichen Strukturen auf, wie sie in der Querschnittsrichtung des integrierten optischen Schaltungssubstrats 101 zu sehen sind. Deshalb können, wenn der Wellenlängen multiplexierende Sendeempfänger hergestellt wird, die Übertragungs- und Empfangsabschnitte in dem gleichen Herstellungsprozeß hergestellt werden. In dieser Hinsicht ist der Herstellungsprozeß vereinfacht.
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung wird in Fig. 17 dargestellt. Die Fig. 17(a) und 17(b) sind Draufsichten und eine Seitenansicht, die die zweite Ausführungsform zeigen. Der Unterschied der zweiten Ausführungsform ist von der ersten Ausführungsform der Fig. 16 darin unterschieden, daß konkave Gitter 111a und 111b verwendet werden anstelle der Fresnelreflektierenden Spiegel 10a und 10b. Die konkaven Gitter 111a und 111b sind in einer Weise gebildet, daß das integrierte optische Schaltungssubstrat 101, das aus Glas trockengeätzt zu der Form eines Sägezahngitters 112 in einer konkaven Form geätzt ist. Demgemäß ist die Anzahl der erforderlichen Komponenten in der zweiten Ausführungsform durch eine, wenn sie mit der ersten Ausführungsform verglichen wird, ersetzt. In den konkaven Gittern ist wegen 500 Stufen/mm die Gitterschrittweite 2 um. Der Radius der Krümmung (Rowland-Radius) R des konkaven Gitters ist 15 mm. Ein Brechungsindex des integrierten optischen Schaltungssubstrats 101 ist näherungsweise 1,5. Eine Farbstreuung in der bildformenden Ebene (Polychrometerausgang 114 oder der Polychrometerausgang 116) ist 100 nm (mit Bezug auf die mittlere Wellenlänge von 800 nm) pro 1 mm.
Eine dritte Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig. 18 und 19 dargestellt. In der dritten Ausführungsform wird die Erfindung auf einen Wellenlängen multiplexierenden Sendeempfänger für optische Kommunikation angewandt, von dem der Wellenleitungsmodus ein Multimode ist.
Da der Kerndurchmesser der multimodeoptischen Faser 50 um ist, muß die optische Wellenleitung der Wellenlänge des multiplexierenden Sendeempfängers die entsprechende Größe dazu aufweisen. Die Streifenbreite des Halbleiterlasers ist 5 um höchstens, und die Dicke des Halbleiterlasers, die die vierte Schicht einschließt, ist nur 2 bis 5 um. Aus diesem Grund ist es schwierig, den optischen Wellenleiter auf etwa 50 um im Durchmesser mit dem Halbleiterlaser zu koppeln. Das Laserlicht, das von der Halbleiterlasereinrichtung emittiert wird, kann in dem optischen Wellenleiter von etwa 50 um im Durchmesser ohne jedes Problem eingegeben werden. Es ist jedoch sehr schwierig, das Licht, das von dem optischen Wellenleiter herkommt, zu der Halbleiterlaservorrichtung einzugeben.
Um dieses Problem zu lösen, hat das Substrat 101 in der dritten Ausführungsform, die in den Fig. 18 und 19 gezeigt wird, eine Struktur, die aus zwei Kunststoffschichten, die aufeinandergeschichtet sind, besteht. Der Wellenlängen multiplexierende Sendeempfänger wird perspektivisch in Fig. 19 dargestellt, wenn er in Richtung eines Pfeils B in Fig. 18 gesehen wird. Für eine bessere Darstellung der Struktur des Substrats 101 werden die Photodiodenanordnung 105, die Halbleiterlaseranordnung 106 und die optischen Fasern 110 durch gestrichelte Linien gezeichnet. Wie zu sehen, ist das Substrat 101 so strukturiert, daß ein dünner Kunststoffdünnfilm 117 auf einem dicken Kunststoffdünnfilm 118 geschichtet ist. Eine optische Wellenleitungsschaltung, die die optischen Wellenleiter 109a bis 109f einschließt und die die Laseranordnung 106 verbindet, wird in dem dünnen Kunststoffdünnfilm 117 gebildet. Die optischen Wellenleiter 109h bis 109k, die die Photodiodenanordnung 105 verbinden und die optische Wellenleiter 109g, die mit der optischen Faser 110 verbunden ist, werden in dem dicken Kunststoffdünnfilm 118 gebildet. Die Dicke d1 des dünnen Kunststoffdünnfilms 117 ist 10 um, und die Dicke d2 des dicken Kunststoffdünnfilms 118 ist 30 um. Der zweite optische Koppler 108 wird durch Auflegen des optischen Wellenleiters 109f des dünnen Kunststoffdünnfilms 117 auf den optischen Wellenleiter 109g des dicken Kunststoffdünnfilms 118 gebildet. Der optische Wellenleiter 109f, der den zweite optischen Koppler 108 mit dem ersten flachen Wellenleiter 102 koppelt, ist in der Weise geformt, daß ein Abschnitt 109f des Wellenleiters, der näher an dem zweiten Koppler 108 ist, 40 um breit ist und ein Abschnitt 109f&sub2;, der näher an den ersten flachen Wellenleiter 102 ist, 10 um eng ist. Demgemäß wird der optische Wellenleiter an dem Ort, der mit der optischen Faser 110 gekoppelt ist, in einem Quadrat von 40 um · 40 um geformt. Die bekannte selektive Photopolymerisation wird verwendet, um die optischen Wellenleiter in dem Kunststoffdünnfilm 117 und 118 zu bilden. Die selektive Photopolymerisation wird erörtert durch T. Kurosawa, N. Takato, S. Okikawa und T. Okada in ihrem Vortrag "Fiber optic sheet formation by selective photopolymerisation", Appl. Opt. 17, Seite 646 (1978). Das Substrat 101 wurde durch das Laminieren von zwei Kunststoffdünnfilmen, die bereits darin gebildete Wellenleiter aufweisen, gebildet. Die dünnen Filme können ein anderes Material als Kunststoff sein, wenn es ermöglicht, optische Wellenleiter darin zu formen.
Fig. 20 zeigt eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der vierten Ausführungsform wird ein Wellenlängen multiplexierender Sendeempfänger für optische Kommunikation gebildet als eine integrierte optische Schaltung auf einem Halbleitersubstrat 131. Fig. 20(a) ist eine Draufsicht auf den Wel lenlängen multiplexierenden Sendeempfänger; Fig. 20(b) ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie von X-X in Fig. 20(a) aufgenommen ist, und Fig. 20(c) ist eine Seitenansicht derselben. Der Wellenlängen multiplexierende Sendeempfänger der vierten Ausführungsform und den fünften bis siebten Ausführungsformen, die später angegeben werden, sind drei Wellenlängen multiplexierende Sendeempfänger.
In Fig. 20 bezeichnen die Bezugszeichen 134a bis 134c und 135 Halbleiterlaserelemente. Die Halbleiterlaserelemente 134a bis 134c entsprechen den Halbleiterlaserelementen 106a bis 106c. Das Halbleiterlaserelement 135 entspricht dem Halbleiterlaserelement 106e. Die Photodioden 136a bis 136c entsprechen den Photodioden (nicht gezeigt) der Photodiodenanordnung 105, die in Fig. 16 gezeigt wird. Die Struktur der Photodioden 136a bis 136c ist im wesentlichen die gleiche wie die der Halbleiterlaserelemente 134a bis 134c. Wenn sie mit Strom versorgt werden, dienen sie als Laserdioden. Wenn sie Licht empfangen, erzeugen sie Photostrom. Die Laserelemente 134a bis 134c sind unterschiedlich in der Elementlänge von den Photodioden 136a bis 136c. Die Länge α dieser Elemente 134a bis 134c ist 250 um und die Länge β ist 10 um (die Darstellung der Fig. 20 zeigt annähernd eine Struktur der Elemente, und die Struktur ist in vermindertem Maßstab nicht exakt). Eine derartige Gestalt der Photodiodenlänge ist gewählt, weil die Photodiode von 10 um Länge zufriedenstellend Licht absorbieren kann. Wenn die Elementlänge zu lang gewählt wird, wird die Streufähigkeit des Elementes vergrößert und kann nicht die empfangenen Lichtsignale verarbeiten, die bei hoher Geschwindigkeit moduliert sind. Die Schrittweite der Laserelemente 134a bis 134c ist 10 um, und die Schrittweite der Photodioden 136a bis 136c ist auch 10 um. Die Breite S des optischen Wellenleiters ist 3 um. Das Substrat 131 ist: L3 · L4 = 10 mm · 10 mm.
Der erste flache Wellenleiter 102, der zweite flache Wellenleiter 103, der erste optische Koppler 107, der zweite optische Koppler 108 und die optischen Wellenleiter zum Verdrahten sind halbleiteroptische Wellenleiter. Der Abschnitt des Substrats, der mit der optischen Faser 110 verbunden wird und die Endfläche davon, auf der sich die Photodioden 136a bis 136c befinden, sind mit einer Antireflektionsschicht 137 bedeckt. Die Antireflektionsschicht 137 ist nicht auf dem Abschnitt des Substrats, wo sich die Laserelemente 134a bis 134c und 135 befinden, gebildet. Das Substrat 131 und die optische Faser 110 sind optisch gekoppelt miteinander durch eine Kopplungslinse 138.
Der erste und zweite flache Wellenleiter 102 und 103 sind mit dem konkaven Gitter 111a bzw. 111b ausgestattet. In dem konkaven Gitter ist die Stufenweite p 2 um wegen 500 Stufen/mm. Der Radius der Krümmung (Rowland-Radius) R des konkaven Gitters ist 15 mm. Ein Brechungsindex der GaAlAs-Legierung ist ungefähr 3,5. Eine Wellenlängenfarbstreuung auf der Brennweitenebene des konkaven Gitters ist 1000 nm/mm. Demgemäß kann die Anordnung von 10 um Wellenlängen bei einer Schrittweite von 10 nm multiplexieren.
Ein Verfahren zur Herstellung des Wellenlängen multiplexierenden Sendeempfängers der vierten Ausführungsform wird kurz beschrieben. Das Substrat 131 war ein GaAlAs-Substrat. Eine A1- GaAs-Doppelheterostruktur wird epitaxial aufgewachsen auf dem Substrat 131 durch ein MOCVD (metal organic chemical vapor deposition)-Verfahren. Silicium wird in andere Abschnitte als die Abschnitte, wo die Laserelemente 134a bis 134c und 135 angeordnet sind, eindiffundiert, und die Photodioden 136a bis 136c werden gebildet, so daß die Doppelheterostruktur umgeordnet wird. Dieser Prozeß wird IID-Prozeß genannt (impurity induced disordering). Die Struktur wird trockengeätzt, um die konkaven Gitter 111a und 111b zu bilden. In der vierten Ausführungsform wird, wenn die konkaven Gitter 111a und 111b gebildet sind, die entsprechenden optischen Wellenleiter (flache Wellenleiter und verdrahtende optische Wellenleiter) ebenfalls als rippenartige Wellenleiter gebildet. Auf die Elektrodenbildung und die Spaltung folgend wird die Antireflektionsschicht 137 auf den Endflächen des Substrats 131 durch einen Abscheidungsprozeß gebildet. Zu dieser Zeit werden die Abschnitte des Substrats, die den Laserelementen 134a bis 134c und 135 entsprechen, mit einer Maske bedeckt.
Fig. 21 ist eine fünfte Ausführungsform der Erfindung. Die fünfte Ausführungsform ist eine Modifizierung der vierten Ausführungsform. In Struktur der vierten Ausführungsform, die in Fig. 20 gezeigt wird, ist eine Maske erforderlich, wenn die Antireflektionsschicht 137 gebildet wird. Diese macht die Herstellung schwierig. Um das lösen, sind in der fünften Ausführungsform der Fig. 21 die konkaven Gitter 111a für die Transmission und das konkave Gitter 111b für die Rezeption in der Richtung einander gegenüberliegend angeordnet. Weiterhin sind die Laserelemente 134a bis 134c und 135 auf der Endfläche des Substrats 131 unterschiedlich von den der Photodioden 136a bis 136c gebildet. Da die fünfte Ausführungsform so konstruiert ist, gibt es kein Erfordernis, eine Maske zu verwenden, wenn die Antireflektionsschicht 137 auf der Endfläche, wo die Photodioden 136a bis 136c gebildet werden, gebildet wird.
Fig. 22 zeigt eine sechste Ausführungsform der Erfindung. In der sechsten Ausführungsform wird ein optischer Verstärker 139 wie ein Halbleiterlaserverstärker in der optischen Wellenleitung gebildet, welche den zweiten optischen Koppler 108 mit dem zweiten flachen Wellenleiter 103 verbindet. Die Struktur des optischen Verstärkers 139 ist im wesentlichen die gleiche wie die der Laserelemente 134a bis 134c und 135. Die Elementlänge γ des optischen Verstärkers 139 ist 500 um in dieser Ausführungsform. Der optische Verstärker 139, der das empfangene Lichtsignal verstärkt, kompensiert den Verlust des Lichtsignals, wenn es durch den Wellenleiter läuft. Der Verlust durch den Halbleiterwellenleiter ist etwa 10 dB/cm und diese Größe ist viel größer als 0,1 dB/cm des Glaswellenleiters. Praktischerweise kann in dem Fall, in dem der Wellenlängen multiplexierende Sendeempfänger auf einem Halbleitersubstrat integriert ist, der Halbleiterlaserverstärker die Wellenleiterverluste kompensieren, die sich von der Verwendung der halbleitenden flachen Wellenleiter ergeben. In dieser Hinsicht kann die sechste Ausführungsform die Qualitätsverschlechterung des Wellenlängen multiplexierenden Sendeempfängers verhindern, wenn er integriert wird.
Fig. 23 zeigt eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die siebte Ausführungsform ist eine Modifizierung der sechsten Ausführungsform der Fig. 22. Die optischen Verstärker 139a bis 139c werden in den Wellenleitern bereitgestellt, die den zweiten flachen Wellenleiter 103 mit den Photodioden 136a bis 136c verbinden.
Die Verwendung der optischen Verstärker ist insbesondere wirkungsvoll, wenn der Wellenlängenmultiplexer-Sendeempfänger auf einem Halbleitersubstrat integriert wird. Die optischen Verstärker können für den Fall der Verwendung von Glas oder Kunststoffsubstrate angewandt werden. Die optischen Verstärker können wieder andere Verstärker als ein Halbleiterlaserverstärker sein. Die optischen Verstärker können realisiert werden durch Bilden eines optischen Wellenleiters auf dem Glassubstrat, das mit einem Seltenerdelement dotiert wird.
Fig. 24 zeigt eine achte Ausführungsform der Erfindung. Die achte Ausführungsform ist von dem vier Wellenlängen multiple xierenden Typ ähnlich der ersten bis dritten Ausführungsformen. Ähnliche Bezugszeichen werden zum Bezeichnen ähnlicher oder gleicher Abschnitte in den ersten bis dritten Ausführungsformen verwendet. In der achten Ausführungsform ist das Substrat 101a ähnlich einem Trapez, wenn es in dem Querschnitt gesehen wird, geformt. Die oberen Endflächen der flachen Wellenleiter 102 und 103 sind bei dem gestuften Abschnitt des Substrats 101a freigelegt. Der enge Teil des Substrats 101a, der näher an dem flachen Wellenleiter 102 angeordnet ist, ist einwärts weggeschnitten, um einen weggeschnittenen Abschnitt 101b zu bilden. Eine Halbleiterlaseranordnung 106 ist in dem weggeschnittenen Abschnitt 101b angeordnet. Die Laseranordnung 106 enthält fünf Halbleiterlaserelemente 106a bis 106e. Beide Endflächen des Laserelements 106e sind mit Antireflektionsschichten bedeckt. In dem Fall der verbleibenden Laserelemente 106a bis 106d sind nur die Endflächen davon, die näher zu dem ersten flachen Wellenleiter 102 sind, mit der Antireflektionsschicht beschichtet. Das Laserelement 106e der Laseranordnung 106 ist mit dem zweiten optischen Koppler 108 mittels des verdrahtenden optischen Wellenleiters 109f verbunden. Der Wellenlängen multiplexierende Betrieb in der achten Ausführungsform ist ähnlich zu dem von jedem der oben erwähnten Ausführungsformen. In der vorliegenden Ausführungsform wird das Lichtsignal von dem Ende des Laserelementes 106e der Laseranordnung 106 ausgegeben, das weit weg von dem ersten flachen Wellenleiter 102 ist, während es in den oben erwähnten Ausführungsformen von dem ersten flachen Wellenleiter 102 ausgegeben wird.
Eine Photodiodenanordnung 105 ist in den gestuften Abschnitt des Substrats, der näher zu dem zweiten flachen Wellenleiter 10 ist, angeordnet. Die achte Ausführungsform ist unterschiedlich von der oben erwähnten Ausführungsform, indem der zweite flache Wellenleiter 103 und die Photodiodenanordnung 105 miteinander nicht unter Verwendung des Wellenleiters verbunden sind. Jedoch die zugrundeliegenden spektroskopischen und bildbildenden Vorgänge sind nicht verändert.
Auch in der achten Ausführungsform kann das optische System, das die gleiche Struktur aufweist, sowohl für die Übertragungs- als auch für die Empfangsbereiche des Wellenlängen multiplexierenden Sendeempfängers verwendet werden. In dieser Hinsicht ist die Vorrichtungsstruktur vereinfacht.
In den Ausführungsformen, die bisher beschrieben sind, werden die Fresnel reflektierenden Spiegel und die konkaven Gitter für die spektroskopischen Mittel in dem Wellenlängenmultiplexer des flachen Wellenleitertyps verwendet. Derartige Elemente können durch Setzgitter oder ein Spektroskop der Wellenleitertypanordnung ersetzt werden.
Wie von der vorhergehenden Beschreibung zu sehen ist, kann die gleiche Struktur des spektroskopischen Systems für den übertragenden und empfangenden Abschnitt des Wellenlängen multiplexierenden Sendeempfängers verwendet werden, so daß die Vorrichtungsstruktur vereinfacht ist. Weiterhin wird der Wellenlängenmultiplexer-Sendeempfänger auf dem Halbleitersubstrat in einer integrierenden Weise gebildet. Auch der Herstellungsprozeß ist vereinfacht. Ein Einbauen des optischen Verstärkers in die empfangende Schaltung der integrierten optischen Schaltung, die den Wellenlängen multiplexierenden Sendeempfänger bildet, kann den Wellenleiterverlust durch den halbleitenden optischen Wellenleiter kompensieren unter Vermeiden der Qualitätsverschlechterung, die von der integrierten Herstellung des Wellenlängen multiplexierenden Sendeempfängers resultiert.
Fig. 25 zeigt eine erste Ausführungsform eines zwischenverbindbaren Fünftor-Sternkopplers gemäß der vorliegenden Erfindung. Drei 1 · 2 gleiche verzweigende Schaltungen 205 werden in einer Baumform kombiniert, dadurch wird eine gleiche verzweigende Schaltungseinheit 203 mit vier Toren gebildet. Wie gezeigt, werden fünf lichtgleiche Verzweigungsschaltungseinheiten 203 auf einem Substrat 201 in einer Sternform angeordnet, wodurch der Sternkoppler gebildet wird. Ein Lichtsignal, das von einer optischen Faser 202 kommt, wird gleichmäßig in vier Lichtsignale durch die verzweigende Schaltungseinheit 203 geteilt. Derartig geteiltes Licht wird auf die verbleibenden optischen Fasern 242 über optische Wellenleitungen 201a, die in derselben Ebene des Substrats 201 gebildet sind, verteilt. Die integrierte optische Schaltung enthält fünf Kreuzungsabschnitte 204, wo die optischen Wellenleiter 201a sich kreuzen.
In der 1 · 2 gleichen Verzweigungsschaltung 205, wie in Fig. 26(a) gezeigt, tritt ein Lichtsignal in einen optischen Wellenleiter 231 ein, läuft durch einen Mischteil 236 und wird in zwei optische Wellenleiter 233 und 234 verzweigt. Die gleichmäßige Verzweigungsschaltung 205 wird häufig auch Y- Verzweigungsschaltung genannt, weil sie die Form wie der Buchstabe Y aufweist. In dem Fall der gleichförmigen Verzweigungsschaltung 205 werden zwei optische Wellenleiter 233 und 234 direkt miteinander gekoppelt. Deshalb ist ihr Verbindungsverlust gering. Jedoch in einigen Lichtausbreitungsmoden ist das Verzweigungsverhältnis oft begrenzt. Insbesondere in einem Einzelmodus kann es das Lichtsignal nur im Verhältnis 1 : 1 des Verzweigungsverhältnisses im wesentlichen verzweigen.
Ein 1 · 2 abklingender optischer Koppler (mit anderen Worten, ein optischer Koppler, der auf einer Kopplungsmodustheorie basiert), wie er in Fig. 26(b) gezeigt wird, beinhaltet einen Abschnitt, in dem zwei optische Wellenleiter 235a und 235b nahe beieinander angeordnet sind. Dieser optische Koppler funktioniert als Übertrager von Lichtsignalen von einem Wellenleiter zu einem anderen über die abklingende Kopplung. Strukturell wird ein extrem dünnes Medium (kaschiertes Medium) eines niedrigen Brechungsindexes zwischen zwei optischen Wellenleitern (Kernen, die von mittlerem hohen Brechungsindex sind, angeordnet. Die Energie wird von einem Wellenleiter zum anderen über eine abklingende Welle übertragen. Mit anderen Worten, dieser optische Koppler basiert auf einer gekoppelten Modustheorie. Dieser optische Koppler ist vorteilhaft, indem er ein gewünschtes Verzweigungsverhältnis aufnehmen kann, aber ist nachteilig, indem der Verbindungsverlust groß ist, wie oben beschrieben.
Ein Lichtsignal, das durch ein Tor des Sternkopplers, wie er in Fig. 25 gezeigt wird, hereinkommt, wird in vier Lichtsignale durch die Verzweigungsschaltungseinheit 203 verzweigt und auf andere Tore als das Lichtsignalempfangstor verteilt. Da Licht eine gute lineare gerichtete Ausbreitung aufweist, ist die Lichtsignalausbreitung durch einen Wellenleiter mit geringem Verlust zu anderen Wellenleitern an dem Kreuzungsabschnitt 204 verbunden.
Bei dem Kreuzungsabschnitt 204 tritt keine Interferenz zwischen den Wellenleitern auf, wenn ein Winkel δ zwischen den Wellenleitern sich erstreckt mit einem zweifachen Wert der Größe eines kritischen Winkels θ der Wellenleitung. Der Grund dafür ist folgender. Wie in Fig. 27 gezeigt, wird ein Einfallswinkel ω des Lichtes von einem Wellenleiter zu einem anderen gegeben durch folgende Gleichung:
ω = δ - θ ... (3)
Falls ω > θ ist, wird kein Licht in dem anderen Wellenleiter induziert. Dann haben wir
ω > 2θ ... (4)
Der kritische Winkel der Wellenleiter ist ein maximaler Winkel, der eine Totalreflektion ermöglicht, die auf der Grenzfläche zwischen den Kernen und der Hülle des optischen Wellenleiters auftritt. Er ist gegeben durch:
θ = 90 sin&supmin;¹ (n1/n2) ... (5)
wobei n1 der Brechungsindex des Kerns ist und n2 der Brechungsindex der Hülle (n1 > n2). Wo der Brechungsindex des Kerns und der Hülle 2% ist, wird θ ungefähr 3º. Demzufolge muß in diesem Fall δ größer als 6º sein.
Wo der Kreuzungswinkel δ groß ist, wird das Licht, das nicht durch die Wellenleiter bei dem Kreuzungsabschnitt 204 gekoppelt wird, ansteigen relativ zu dem anderen Licht. Dieses ergibt ein Ansteigen des Verlustes (Übertragungsverlust). Die Tatsache, daß der Übertragungsverlust abrupt anwächst, wenn der Kreuzungswinkel δ unter 20º fällt, wurde numerisch berechnet (siehe Takahashi und Inagaki "Analysis of the transmission loss in matrix optical waveguide", Die 1992 IEICE (institute of electronics/information/communication Engineers) Frühlingskonferenz- Bericht, C-192 (1992)). Aus diesem Grund ist δ vorzugsweise größer als 20º.
In der Ausführungsform der Fig. 25 ist das Substrat 201 aus Glas hergestellt, und der optische Wellenleiter 201a ist ein einmodenoptischer Wellenleiter, der durch ein Ionenaustauschverfahren gebildet ist. Es ist offensichtlich, daß das Material und das Herstellungsverfahren nicht auf das gerade erwähnte begrenzt ist. In der vorliegenden Erfindung ist das Lichtsignal verzweigt bei 1 : 1 durch die gleichverzweigende Schaltung 205 der Verzweigungsschaltungseinheit 203. Wenn des halb die Erfindung für einen einmoduszwischenverbindbaren Sternkoppler angewandt wird, wird sie wirkungsvoll arbeiten. Als Tatsache natürlich ist die Erfindung anwendbar für multimodenverbindbare Sternkoppler. Der Unterschied zwischen dem Brechungsindexwerten des Kerns und der Hülle kann sauber ausgewählt werden.
Verbindbare 9-Tor- oder 17-Tor-Sternkoppler können gemäß der Erfindung konstruiert werden. In diesem Fall werden 8 und 16 verzweigende gleichverzweigende Schaltungseinheiten verwendet.
Fig. 28 ist ein Diagramm, das einen zwischenverbindbaren Sternkoppler mit einem Paar von 5-Tor-Gruppen gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Wie gezeigt, sind auf einem Substrat 201 optische Wellenleiter, eine 1 · 2 gleichverzweigte Schaltung 205 und eine 2 · 2 gleichverzweigte Schaltung 206 auf dem Substrat 201 gebildet. Die optischen Fasern 202 werden von dem Substrat 1 abgeleitet entsprechend den jeweiligen Toren.
In der zweiten Ausführungsform der Fig. 28 wird die 1 · 2 gleichverzweigende Schaltung 205 anstelle des 1 · 2 Phasenkopplers 231 und die 2 · 2 gleiche Verzweigungsschaltung 206 anstelle des 2 · 2 Phasenkopplers 232 verwendet. In einem konventionellen Phasenkoppler kann nur der abklingende optische Koppler mit einigen Einschränkungen der Herstellung hergestellt werden. Andererseits ist die Verwendung der gleichverzweigenden Schaltung 205 in der integrierten optischen Schaltung der zweiten Ausführungsform, die in Fig. 28 gezeigt wird, möglich. In dem Faserkoppler ist es schwierig, direkt zwei optische Fasern, die kreisförmig im Querschnitt geformt sind, zu koppeln. Aus diesem Grunde werden zwei optische Fasern, die kreisförmig im Querschnitt geformt sind, dicht nebeneinander angeordnet und sie werden mit Material von niedrigem Brechungsindex in einer Weise aufgefüllt, daß das Material die optischen Fasern umgibt. Deshalb kann nur der optische Koppler durch die abklingende Wellenkopplung gebildet werden. Auf der anderen Seite werden in integrierten optischen Schaltungen optische Wellenleiter in oder auf dem Substrat durch photolithographische Verfahren gebildet. Demgemäß ist es sehr leicht, zwei optische Wellenleiter direkt zu koppeln, wodurch die Verbindungsverluste vermieden werden. Weiterhin ist in der anfänglichen Ausführungsform der Winkel δ an den Schnittstellenabschnitten in der integrierten optischen Schaltung größer als der kritische Winkel θ der optischen Wellenleiter. Dieses eliminiert die Interferenz zwischen den optischen Wellenleitern.
Die 2 · 2 gleichverzweigende Schaltung 206 kann entweder von dem Verbindungstyp, wie er in der Fig. 26(c) oder dem abklingenden optischen Kopplertyp sein. In diesem Fall müssen die Ygleichverzweigenden Schaltungen 205 an den Toren bereitgestellt werden, die mit den optischen Fasern 202 verbunden sind. In den Fig. 26(a) und 26(c) kreuzen sich die optischen Wellenleiter 231 und 232 oder 233 und 234 bei einem Winkel, der wesentlich kleiner ist als der kritische Winkel θ.
In der zweiten Ausführungsform der Fig. 28 ist das Lichtsignal nur auf die gegenüberliegend angeordneten Torgruppen verteilt. Demgemäß können optische Wellenleiter, die weniger gebogen sind als die im Stand der Technik oder in der Fig. 25 gezeigten Ausführungsform verwendet werden. Demgemäß kann der Verlust, der durch das Biegen der optischen Wellenleiter verursacht wird, vermindert werden. Der Verlust, der durch das Biegen des Einmodenwellenleiters verursacht wird, kann nicht mit geometrischer Optik beschrieben werden. Die Tatsache, daß der Verlust mit dem Abfall der Krümmung ansteigt, ist empirisch festgestellt. Der verlustverursachende Mechanismus ist kompliziert und betrifft zwei Faktoren, den Strahlungsverlust und den Modentransformationsverlust (für größere Details wird Bezug genommen auf Azuma und Kuwaki "A study on the loss change mechanism at an optical fiber bending region", Die 1992 IEICE Frühlingskonferenz, B-893 (1992)).
Fig. 29 zeigt einen zwischenverbindbaren Sternkoppler mit einem Paar von 9-Tor-Gruppen gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Die dritte Ausführungsform ist unterschiedlich von der zweiten Ausführungsform, indem die Anzahl der Tore von fünf auf neun erhöht ist. Die Erhöhung der Anzahl der Tore macht die integrierte optische Schaltung kompliziert. Folglich gibt es Schnittstellenabschnitte 207, wo drei optische Wellenleiter, die sich kreuzen, vorhanden sind, wie in Fig. 29 gezeigt. Auch in diesem Fall sind die Winkel α, β und γ, die durch die Wellenleiter 221, 222 und 223 gebildet werden, wie in Fig. 30(a) gezeigt, größer gewählt als ein Wert des zweifachen kritischen Winkels θ des optischen Wellenleiters. Wenn die Anzahl der optischen Wellenleiter erhöht wird, wird das gestreute Licht erhöht. Um dies zu verhindern, ist es vorschlagbar, ein wenig die Wege der Wellenleiter zu ändern, um so nicht die Schnittstellenabschnitte von drei oder mehr Wellenleitern zu verursachen.
Gemäß der Erfindung kann der einmodenzwischenverbindbare Multitor-Sternkoppler konstruiert werden unter Nichtverwendung der 1 · 2 abklingenden optischen Koppler. Deshalb ist der Sternkoppler frei von Verbindungsverlusten, die durch den 1 · 2 abklingenden optischen Koppler verursacht werden. Die Schaltung kann unter Verwendung nur der Kombination der 1 · 2 gleichverzweigenden Schaltung und der 2 · 2 gleichverzweigenden Schaltung konstruiert werden. Deshalb ist die Herstellung auch in dem Multimodefall des zwischenverbindbaren Sternkopplers einfach.
Weitere Ausführungsformen eines optischen Kopplers werden mit Bezug auf einen einmodenoptischen Wellenleiter beschrieben. Fig. 31 ist eine Draufsicht, die eine Ausführungsform des optischen Kopplers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Der optische Koppler, der in Fig. 31 gezeigt wird, ist ein optischer Koppler, der durch Verbinden in Reihe einer asymmetrischen Y- Verteilungsschaltung 302 und einem abklingenden optischen Koppler 304 gebildet ist. Die asymmetrische Y-Verzweigungsschaltung betrifft die Verzweigungsschaltung des Typs, in der zwei optische Wellenleiter, die unterschiedliche Formen in ihrem Querschnitt aufweisen, von dem originalen optischen Wellenleiter bei gleichen Winkel mit Bezug auf den letzteren abgezweigt werden, wobei die Verzweigungsschaltung des Typs, in dem zwei optische Wellenleiter die gleiche Form in dem Querschnitt aufweisen, von dem originalen optischen Wellenleiter unter unterschiedlichen Winkeln mit Bezug auf den letzteren abgezweigt werden, und die abzweigende Schaltung des Typs, in dem zwei optische Wellenleiter, die unterschiedliche Form im Querschnitt aufweisen, werden von dem originalen optischen Wellenleiter bei unterschiedlichen Winkeln mit Bezug auf den letzteren abgezweigt. In der asymmetrischen Y-abzweigenden Schaltung 302 erstreckt sich ein optischer Wellenleiter 302b geradlinig in Ausrichtung mit dem optischen Wellenleiter des gemeinsamen Teils 301. Die Querschnittsfläche des optischen Wellenleiters 302b ist größer als die des einen optischen Wellenleiters 302a. In dem abklingenden optischen Koppler 304 sind zwei optische Wellenleiter 304a und 304b gleich. Folglich wird in dem Verbindungsabschnitt 303 die Querschnittsfläche des Wellenleiters 303a zur rechten Seite hin ansteigen. Bei der Schnittstelle des Verbindungsteils 330 und des abklingenden optischen Kopplers 304 ist die optische Wegdifferenz angepaßt, so daß zwei Wellenleiter in Phase sind, nämlich die Phasenanpassungsbedingung, die später zu beschreiben ist, wird erfüllt.
In dem einmodenoptischen Wellenleiter, wie er in Fig. 32 gezeigt wird, wird das meiste des Lichtes von dem gemeinsamen Teil 301 zu dem Wellenleiter 302b gehen, und das Licht geht nur wenig oder gar nicht in den Wellenleiter 302a. Diese Eigenschaft der einmodenasymmetrischen Y-verzweigenden Schaltung wird beschrieben in: Bures et al. "Mode Conversion In Phanar- Dielectric Separating Waveguide", IEEE J. Quantum Electron., Band QE-11, Nr. 1, Seiten 32-39 (1975). In dem abklingenden optischen Koppler 304 wird das Licht, das sich durch den Wellenleiter 304b ausbreitet, in den Wellenleiter 304a durch die Modenkopplung verzweigt. Demgemäß arbeitet der optische Koppler der Fig. 31 als ein ungleicher optischer Koppler.
Wie in Fig. 33 gezeigt, breitet sich ein Lichtsignal, das über einen optischen Wellenleiter 305b des abzweigenden Abschnitts 305 kommt, in dem Wellenleiter 304b des abklingenden optischen Kopplers 304 aus. In diesem Koppler wird das Lichtsignal in den Wellenleiter 304a durch das Modenkoppeln verzweigt. Das Lichtsignal von dem Wellenleiter 304b und das Lichtsignal, das in den Wellenleiter 304a abgezweigt wird, wird zusammengeführt in der asymmetrischen Y-abzweigenden Schaltung 302. Zu dieser Zeit, wenn beide der Lichtsignale nicht in Phase sind, negiert eines der Lichtsignale das andere, was in einem Signalverlust resultiert. In dieser Ausführungsform jedoch wird die optische Wegdifferenz so angepaßt, um die Phasenanpassungsbedingung zu erfüllen. Demgemäß wird dieser Verlust nicht erzeugt.
Wie in Fig. 34 gezeigt, breitet sich ein Lichtsignal, das über einen optischen Wellenleiter 305a des abweigenden Abschnitts 305 kommt, in dem Wellenleiter 304a des abklingenden optischen Kopplers 304 aus. In diesem Koppler wird das Lichtsignal in dem Wellenleiter 304b durch das Modenkoppeln verzweigt. Das Lichtsignal von dem Wellenleiter 304a und das Lichtsignal, das in den Wellenleiter 304b abgezweigt wird, werden zusammengeführt in der asymmetrischen Y-abzweigenden Schaltung 302. Auch in diesem Fall ist die optische Phasendifferenz so angepaßt, daß die Phasenanpassungsbedingung erfüllt ist. Demgemäß wird der Verlust nicht erzeugt.
Fig. 35 ist ein Diagramm, das ein Modell optischer Wege in dem optischen Koppler der Fig. 31 zeigt. In der asymmetrischen Y- abzweigenden Schaltung 32 wird die optische Wegdifferenz von δ = γ unter Verwendung von θ verursacht. γ kennzeichnet das Intervall der optischen Wellenleiter in dem abklingenden optischen Koppler 304 und A einen Abzweigungswinkel der asymmetrischen Y-abzweigenden Schaltung 302. Wenn die optische Wegdifferenz δ ein Vielfaches der Wellenlänge des sich ausbreitenden Lichtes ist, wird die Phasenanpassungsbedingung erfüllt. Demgemäß hängt die Phasenanpassungsbedingung von der Wellenlänge des sich ausbreitenden Lichtes ab. Der optische Koppler der Fig. 31 muß entsprechend der Wellenlänge, die verwendet wird, konstruiert sein.
Die Fig. 36 und 37 zeigen andere Ausführungsformen als Modifikationen des optischen Kopplers der Fig. 31. In diesen Ausführungsformen wird die optische Wegdifferenz δ der Wellenleiter auf Null gesetzt (0). Deshalb hängt die Phasenbedingung nicht von der Wellenlänge ab.
Die Ausführungsform der Fig. 36 beinhaltet eine asymmetrische Y-abzweigende Schaltung 306, in der optische Wellenleiter, die unterschiedliche Querschnittsflächen aufweisen, im wesentlichen symmetrisch bei Winkeln ω1 und ω2 verzweigt sind. Die Querschnittsfläche des Wellenleiters 306a ist kleiner als die des Wellenleiters 306b in Fig. 36. Weiterhin ist der Wellenleiter bei einem Winkel ω1 - ω2 mit Bezug auf den originalen Wellenleiter 301 verzweigt. Der Wellenleiter der kleineren Quer schnittsfläche hat einen kleineren Brechungsindex. Demgemäß ist die sich ausbreitende Lichtgeschwindigkeit größer. Wenn ω1 = ω2 ist, wird die Phasenanpassungsbedingung nicht erfüllt. Aus diesem Grunde wird ml etwas größer als ω2 gesetzt, so daß die optische Wegdifferenz θ 0 ist.
In der Ausführungsform der Fig. 37 werden eine asymmetrische Y- abzweigende Schaltung 307 und ein die optische Wegdifferenz anpassendes Teil 308 so bereitgestellt, daß die optische Wegdifferenz δ 0 ist. In der asymmetrischen Y-abzweigenden Schaltung 307 werden optische Wellenleiter 307a und 307b, die gleiche Querschnittsflächen aufweisen, unter unterschiedlichen Winkeln mit Bezug auf den ursprünglichen optischen Wellenleiter 301 verzweigt. Der Wellenleiter 307a, der sich geradlinig in die asymmetrische Y-abzweigende Schaltung 307 erstreckt, wird in seinem optischen Weg in den optischen Wegdifferenzanpassungsteil 308 gebogen. Als eine Folge ist in dem abklingenden optischen Koppler 304 die optische Wegdifferenz δ 0.
Wie bekannt, hängt die Kopplungscharakteristik des abklingenden optischen Kopplers von der Wellenlänge ab. Dieses muß ermöglicht werden, wenn tatsächliche optische Koppler konstruiert werden.
Wie von der vorhergehenden Beschreibung zu sehen ist, arbeiten die optischen Koppler der Fig. 31, 36 und 37 als optische Koppler frei von Verbindungsverlust.
Fig. 38 ist eine Draufsicht, die eine Ausführungsform eines zwischenverbindbaren Sternkopplers gemäß der Erfindung zeigt. In diesem Sternkoppler werden abklingende optische Koppler in einem konventionellen Sternkoppler ersetzt durch die optischen Koppler 11a bis 11d, die in den Fig. 31, 36 oder 37 gezeigt werden. Die Verwendung der Koppler 315a bis 315d eliminiert den Verbindungsverlust. Folglich ist der Sternkoppler dieser Ausführungsform zwischenverbindbar und weist weniger Verluste auf.
Fig. 39 ist eine Ausführungsform einer Modifikation des Sternkopplers der Fig. 38. In dem Sternkoppler der Fig. 39 ist ein reflektierendes Mittel 325 in der optischen Wellenleiterschaltung vorgesehen. Der Wellenleiter ist im wesentlichen im rechten Winkel gebogen, um einen Biegeabschnitt 314 zu bilden. Demgemäß werden keine kreisförmigen Wellenleiter, wie sie in Fig. 38 zu finden sind, verwendet. Dieses vermindert die Fläche des Substrats, das für die Bildung der integrierten optischen Schaltung erforderlich ist, die die Größenverminderung des Sternkopplers verwirklicht. In der Konstruktion der Fig. 38 sind die Zweige eines kleinen verzweigenden Verhältnisses der optischen Koppler 311a bis 311d mit gegenüberliegenden Anschlüssen verbunden, während in der Konstruktion der Fig. 39 die Zweige eines kleinen Verweigungsverhältnisses mit benachbarten Anschlüssen verbunden sind. In der Konstruktion der Fig. 39 wird anstelle des abklingenden optischen Kopplers 312 in der Fig. 38 eine X-verzweigende Schaltung 313 verwendet. Falls erforderlich, kann dies der abklingende optische Koppler 312 sein.
Eine vergrößerte Ansicht des abklingenden optischen Kopplers 312 ist in Fig. 40a gezeigt. Eine vergrößerte Ansicht des gebogenen Abschnittes 314 ist in Fig. 40(c) gezeigt.
In Fig. 40(a) wird ein Lichtsignal, das über den optischen Wellenleiter 321a kommt, gleichförmig in die optischen Wellenleiter 322a und 322b verteilt, über die moduskoppelnde Wirkung in einem Kopplungsteil 324, wo zwei optische Wellenleiter eng Seite an Seite angeordnet sind. Ein Lichtsignal, das über einen anderen optischen Wellenleiter 321b kommt, wird auch gleichför mig in die optischen Wellenleiter 322a und 322b in ähnlicher Weise verteilt.
In Fig. 40(b) wird ein Lichtsignal, das über den optischen Wellenleiter 321a kommt, gleichförmig in optische Wellenleiter 322a und 322b über einen mischenden optischen Wellenleiter 324 verteilt. Ein Lichtsignal, das über einen anderen optischen Wellenleiter 321b kommt, wird auch gleichförmig um die optischen Wellenleiter 322a und 322b in ähnlicher Weise verteilt.
In Fig. 40(c) wird ein Lichtsignal, das über den optischen Wellenleiter 321a kommt, durch die Reflektionsmittel 325 reflektiert, um in Richtung auf den optischen Wellenleiter 322 gebogen zu werden. Das reflektierende Mittel 325 ist ein total reflektierender Spiegel, der auf der integrierten optischen Schaltung durch einen Trockenätzprozeß in diesem Beispiel der Ausführungsform hergestellt ist. Ein derartiges Verfahren ist bekannt (siehe Shibata, Okuda, Ikeda und Monda, "Branching characteristic of multi-stage connected asymetric y-branch using total reflection", das 1992 IEICE (institute of electronics/information/communication engineering) Frühlingskonferenz C-198 (1992)).
Die Näherung unter Verwendung des Reflektionsmittels in dem optischen Wellenleiter trägt mehr zu der Größenverminderung der integrierten optischen Schaltung bei als der konventionelle Sternkoppler:
Die vorliegende Erfindung ist auch anwendbar für den 1 · 3 optischen Koppler. Ein zwischenverbindbarer Sternkoppler mit vier Toren, der unter Verwendung eines 1 · 3 optischen Kopplers 315 der Erfindung instruiert ist, wird in der Fig. 41 dargestellt. Die Struktur einer 1 · 3-verzweigenden Schaltung 317 ist im wesentlichen asymmetrisch. Folglich, wenn sie in Serie mit einem abklingenden optischen Koppler 318 verbunden wird (drei optische Wellenleiter werden parallel angeordnet), kann der 1 · 3 optische Koppler 315 frei von dem Verbindungsverlust gebildet werden. Demgemäß kann ein zwischenverbindbarer Sternkoppler mit vier Toren durch Kombinieren von vier derartigen 1 · 3 optischen Kopplern 315 gebildet werden. Wegen der geradlinigen Ausbreitung des Lichtes treten die Lichtsignale, die sich über sich kreuzende Wellenleiter im rechten Winkel ausbreiten, nicht miteinander in Wechselwirkung in dem Kreuzungsabschnitt 316 der Wellenleiter.
Der optische Koppler und der zwischenverbindbare Sternkoppler der Erfindung können durch ein bekanntes optische Wellenleiter- (integrierte optische Schaltung)-Herstellungsverfahren, wie einem Ionenaustauschverfahren oder einem Flammenabscheidungsverfahren hergestellt werden.
Wie oben beschrieben, kann der optische Koppler mit weniger Verbindungsverlust realisiert werden. Wenn der optische Koppler in eine integrierte optische Schaltung eingebaut wird, kann ein zwischenverbindbarer Sternkoppler mit weniger Verlust realisiert werden. Ein Bereitstellen von reflektierenden Mitteln in der Schaltung ermöglicht dem optischen Wellenleiter, bei im wesentlichen rechten Winkel gebogen zu werden. Dieses führt zu einer Größenverminderung der integrierten optischen Schaltung, die den zwischenverbindbaren Sternkoppler enthält.

Claims

1. Kommunikationsverfahren zum Betreiben in einem optischen Kommunikationsnetzwerk, in dem ein jeder einer Vielzahl von Knoten (27) mit einem bidirektionalen sendenden Bus verbunden ist und ein Knoten unter Verwendung von Paketen mit einem anderen kommuniziert, wobei jeder Knoten eine Trägerprüfeinrichtung (12) aufweist zum Prüfen eines Trägers auf dem sendenden Bus, und eine Stauerkennungseinheit zum Erkennen eines Stauzustands der empfangenen Signale, wobei die Trägerprüfeinrichtung die 2-Knoten-Kollision prüft und die Stauerkennungseinrichtung die Vielknoten-Kollision durch Anwenden eines Codierungsgesetz-Verletzungsverfahrens für die Pakete erfaßt

gekennzeichnet durch die Schritte:

Prüfen eines Trägers für eine vorher festgesetzte Zeit,

Senden eines Kopfes, der mindestens einen Codierungszug enthält, der eine Vielzahl von Prioritätspegeln anzeigt,

Durchführen eines Prioritätsvergleichs, um vorurteilsfrei die Rechte zum Benutzen der Kanäle des sendenden Busses zu vergeben.

2. Kommunikationsverfahren nach Anspruch 1, wobei die Prioritätscodierungszüge der Knoten, die miteinander kollidieren, verglichen werden, wenn die 2-Knoten-Kollision auftritt, und wobei auf der Basis des Vergleichsergebnisses bestimmt wird, welcher der kollidierenden Knoten die Priorität aufweist, um das Recht zum Benutzen des sendenden Busses zu gewinnen.

3. Kommunikationsverfahren nach Anspruch 2, wobei ein Teil oder das Ganze des Prioritätscodierungszuges zur Bestimmung der Priorität verwendet wird, um das Recht zur Benutzung des sendenden Busses in einer zirkulierenden Weise zu gewinnen.

4. Kommunikationsverfahren nach Anspruch 3, wobei ein reagierender Knoten, der auf ein Signal von einem sendenden Knoten reagiert, ein Signal erzeugt, um absichtlich die 2- Knoten-Kollision zu verursachen, wodurch die Geheimhaltung der Kommunikation sichergestellt wird.

5. Kommunikationsverfahren nach Anspruch 4, wobei der reagierende Knoten ein Signal nach einer vorher festgesetzten Verzögerungszeit erzeugt, wodurch eine Wahrscheinlichkeit einer vielfachen Kollision vermindert wird.