DE69528951T2 - Photonische Schaltmatrix - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Photonen-Schaltmatrix, die das Schalten von Daten ermöglicht, die in Form von digitalen optischen Signalen auftreten, die Zellen mit einer festen Länge (d. h. Dauer) bilden, die nach dem asynchronen Zeitmultiplexverfahren multiplexiert worden sind, so dass sie Zellenzüge bilden.
• Die Eingangs-Zellenzüge, die an einem Eingangsanschluss einer solchen Schaltmatrix ankommen, umfassen somit aufeinander folgende Zellen als Kommunikationsdatenträger, wovon jede aus einer bestimmten Anzahl von Zeichen gebildet ist (es gibt beispielsweise einen ATM-Standard, der Zellen mit 53 Zeichen von jeweils 8 Bits einführt). Jede dieser Zellen enthält eine Leitwegsangabe, die auswertbar ist, um die Zelle innerhalb der Schaltmatrix zu einem Ausgangsanschluss (oder mehreren Ausgangsanschlüssen) zu leiten, wo die Zelle einen Platz in einem Ausgangs-Zellenzug einnimmt. Bestimmte Zellen eines Zellenzugs enthalten keinerlei Kommunikationsdaten, sondern nur Dienstdaten. Sie werden gewöhnlich als Leerzellen bezeichnet. Sie sind ohne weiteres erkennbar. Es ist nicht erforderlich, diese zu lenken. Solche Zellen werden im Gegenteil über einen Ausgangsanschluss stets dann in einen Ausgangs-Zellenzug eingefügt, wenn über diesen Ausgangsanschluss keine Datenträgerzelle zu senden ist.
• Eine Matrix weist mehrere Eingangsanschlüsse und mehrere Ausgangsanschlüsse auf. Es kann vorkommen, dass mehrere Eingangsanschlüsse an denselben Ausgangsanschluss geschaltet werden müssen. Mehrere Zellen können so eine Gesamtheit darstellen Lind für denselben Ausgangsanschluss bestimmt sein. Dies stellt einen Konfliktfall dar. Dieser wird in herkömmlicher Weise durch den Einsatz von Pufferspeichern gelöst. So können Pufferspeicher an den Eingangsanschlüssen angeordnet sein, um jede Zelle zu speichern, bis sie der Ziel-Ausgangsanschluss empfangen kann, oder an den Ausgangsanschlüssen angeordnet sein, um jede Zelle zu speichern, bis sie in den Ausgangs-Zellenzug eingefügt werden kann, oder um die von den Eingangsanschlüssen gelieferten Zellen in zentralisierter Weise zu speichern, wenn sie auftreten, und sie einzeln nacheinander an die Ausgangsanschlüsse zu liefern.
• Die Erfindung betrifft diesen letzen Typ einer Schaltmatrix, der mit einem zentralisierten Pufferspeicher versehen ist. Eine Erläuterung findet sich in dem Dokument FR-2 672 172.
• In dieser herkömmlichen Matrix werden die Zellen, die für denselben Ausgangsanschluss bestimmt sind, auf einer optischen Trägerwelle mit einer diesem Ausgangsanschluss zugeordneten Wellenlänge moduliert. Bei ihrer Vermittlung zwischen einem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss wird eine Zelle zu einem der optischen Wege Q geleitet, die jeweilige Verzögerungen von 0, 1, ..., Q - 1 Zellenzeiten ergeben. Eine Zellenzeit ist die Zeit, die zur Übertragung einer Zelle über einen Ausgangsanschluss erforderlich ist, oder die Zeit, die sie in dem Ausgangs-Zellenzug belegt. Diese optischen Wege mit Verzögerung bilden so einen Pufferspeicher und ermöglichen das Liefern von zeitlich abgetasteten Zellen an denselben Ausgangsanschluss. Da die Zellen, die für verschiedene Ausgangsanschlüsse bestimmt sind, unterschiedliche Trägerwellenlängen besitzen, können diese optischen Wege mit Verzögerung durch Wellenlängen- Multiplexierung gemeinsam verwendet werden, um an alle Ausgangsanschlüsse zeitlich abgetasteten Zellen zu liefern.
• Wie in dem erwähnten Dokument beschrieben ist, weist eine solche Schaltmatrixanordnung eine strukturelle Einschränkung auf: Wenn infolge eines plötzlichen Zustroms von Zellen, die für denselben Ausgangsanschluss bestimmt sind, bereits eine Zelle in dem Weg, der eine Verzögerung von Q - 1 Zellenzeiten ergibt, angeordnet worden ist und wenn zum gleichen Zeitpunkt eine zusätzliche Zelle zum betreffenden Ausgangsanschluss geleitet werden muss, geht diese Zelle verloren, was hinsichtlich der Leistungen der Schaltmatrix den mittleren zulässigen Durchsatz pro Eingangsanschluss begrenzt.
• Die vorliegende Erfindung betrifft Vorkehrungen, die darauf abzielen, die Wahrscheinlichkeit einer solchen Eventualität zu verringern und den mittleren zulässigen Durchsatz pro Eingangsanschluss der Matrix wesentlich zu erhöhen.
• Ferner ist aus dem Dokument US 4.866.701 bekannt, Vorsorge zu treffen, dass bestimmte Ausgänge einer Schaltmatrix Pakete empfangen, die zu den oben erwähnten Zellen äquivalent sind und nicht an Ausgangsanschlüsse geliefert werden können, die gleichzeitig gerade andere Pakete empfangen, sondern über Rücklaufwege geleitet und so wieder Eingängen der Matrix zugeführt werden, jedoch mit einer bestimmten festen Verzögerung, die gleich einer Zellenzeit ist, nach der diese Pakete durch die Schaltmatrix erneut zu ihrem Ausgangsziel gelenkt werden. Wenn dies wiederum nicht möglich ist, werden die betreffenden Pakete erneut an die Rücklaufwege verwiesen.
• Durch solche Vorkehrungen kann folglich vermieden werden, dass eine Zelle, die durch die Schaltmatrix nicht weitergeleitet werden kann, verloren geht. Solche Vorkehrungen können in einem Netz des Typs Batcher/Banyan getroffen werden, dessen Eigenschaften und Probleme sich von jenen der Photonen-Schaltmatrix, dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung, unterscheiden.
• Die in dem Dokument EP 0.368.569 beschriebene Lösung weist keinen Pufferspeicher, sondern Schaltnetze und einen Rücklaufspeicher auf. Alle Pakete dringen mit einer dem Durchlaufen der Schaltnetze entsprechenden Verzögerung bis zu den Ausgängen vor, jedoch erfassen Steuermittel jene, die nicht ausgegeben werden können, weil der Zielausgang bereits von einem anderen Paket benutzt wird. Diese Steuermittel sondern diese Pakete an zusätzlichen Ausgängen des Schaltnetzes aus und führen sie an zusätzlichen Eingängen dieses Schaltnetzes wieder ein. Der Rücklaufspeicher ermöglicht ein Verzögern dieser Pakete um ein Paketintervall, bevor sie wieder eingeführt werden. Wenn ein Ausgang nach dieser Verzögerung noch belegt ist, bestimmen die Steuermittel das Veranlassen eines nochmaligen Rücklaufs des Pakets, bis der angestrebte Ausgang frei ist.
• Da es sich um eine elektronische (und keine optische) Schaltmatrix handelt, ist der Rücklaufspeicher durch M parallele Register gebildet, die eine Verzögerung von einem Paketintervall bewirken und maximal M Pakete parallel speichern. Wenn die Gefahr eines Verlustes von Paketen noch verringert werden soll, wird vorgeschlagen, die Anzahl M der zusätzlichen Ausgangsanschlüsse und der parallelen Register zu erhöhen, jedoch ist diese Lösung durch die Herstellungskosten begrenzt.
• Verkehrsberechnungen ergeben, dass dann, wenn die eingetretenen Konfliktfälle bei einer gegebenen Verlustrate Verzögerungen von 0 bis 15 Zellenzeiten erfordern, wobei ein mittlerer Durchsatz von 0,5 Erlang pro Eingangsanschluss in einer Matrix mit 16 Eingangsanschlüssen und 16 Ausgangsanschlüssen angenommen werden soll, das Erzielen eines mittleren Durchsatzes von 0,8 Erlang pro Eingangsanschluss bei gleicher Verlustrate eine Verzögerung von bis zu 50 Zellenzeiten erfordern kann. Gemäß dem Dokument FR-2 672 172 müssten folglich 50 Wege mit Verzögerung vorgesehen sein, was sehr teuer wäre und im Moment des Verteilens der Zellen desselben Eingangsanschlusses auf 50 Wege mit Verzögerung und im Moment des Zusammenfassens von Zellen, die irgendeinen der 50 Wege mit Verzögerung genommen haben, um sie an denselben Ausgangsanschluss zu senden, technologische Probleme bereiten würde. Die durch die Dokumente US 4.866.701 und EP 0.368.569 offenbarte Rücklauf-Lösung erforderte ihrerseits bis zu 50 - 16 = 34 Rücklaufzyklen pro Zelle, was eine hohe Belastung für die Steuerung dieser Rücklaufzyklen und eine große Anzahl von Rücklaufwegen beinhalten würde, da jeder von ihnen wäihrend einer Zellenzeit nur eine Zelle enthält.
• Die vorliegende Erfindung schafft eine Lösung, die dieses Problem beseitigt und bei gleicher Verlustrate eine wesentliche Steigerung des mittleren Durchsatzes pro Eingangsanschluss der Matrix ermöglicht und dennoch lediglich im Umfang und in den Kosten begrenzte Mittel zur Steuerung und Leitwegwahl benötigt.
• Die Erfindung betrifft somit eine Photonen-Schaltmatrix, die umfasst:
• - mehrere Eingangsanschlüsse und mehrere Ausgangsanschlüsse,
• - Modulationsmittel, die den Eingangsanschlüssen zugeordnet sind und Zellen, die für denselben Ausgangsanschluss vorgesehen sind, auf einer optischen Trägerwelle modulieren, die eine diesem Ausgangsanschluss zugewiesene Wellenlänge besitzt,
• - zentralisierte Pufferspeicher, die die durch die Modulationsmittel modulierten Zellen speichern, wenn diese auftreten, und sie einzeln nacheinander an die Ausgangsanschlüsse liefern, wobei die zentralisierten Pufferspeicher Q optische Wege aufweisen, die jeweilige Verzögerungen von 0, 1, ..., Q - 1 Zellenzeiten ergeben und zwischen den Eingangsanschlüssen und den Ausgangsanschlüssen angeordnet sind,
• - Steuermittel, die Mittel umfassen, die jede Zelle zu einem Ausgangsanschluss leiten und eine in den Pufferspeichern auf jede Zelle anzuwendende Verzögerung auswählen, derart, dass die Zellen einzeln nacheinander am selben Ausgangsanschluss ankommen;
• dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem mehrere zusätzliche Ausgangsanschlüsse und ein so genanntes Rücklauf-Verzögerungselement, das an diese zusätzlichen Ausgangsanschlüsse sowie an mehrere so genannte Rücklaufanschlüsse angeschlossen ist, umfasst, wobei dieses Verzögerungselement auf jede Zelle eine steuerbare Verzögerung, die einer variablen Anzahl von Zellenzeiten entspricht, anwenden kann,
• und dass die Steuermittel Mittel umfassen, die:
• -- jede Zelle zu einem Ausgangsanschluss, für den sie bestimmt ist, leiten, wenn sie direkt zu diesem Anschluss geleitet werden kann, oder diese Zelle zu einem zusätzlichen Ausgangsanschluss leiten, wenn sie nicht direkt zu dem Ausgangsanschluss, für den sie bestimmt ist, geleitet werden kann,
• -- und eine Verzögerung auswählen, die in dem Rücklauf-Verzögerungselement auf jede Zelle anzuwenden ist, so dass diese Zelle in die Pufferspeicher zurückgeführt wird, ohne dass die Gefahr besteht, dass sie überladen werden.
• Die Erfindung ermöglicht folglich das Einführen einer steuerbaren Verzögerung auf jedem Rücklaufweg und folglich ein solches Vorgehen, dass jede Zelle, die einen Rücklaufweg nimmt, dort umso viele Zellenzeiten verzögert wird, wie es erforderlich ist, bevor sie an den Rücklaufweg übergeben wird, um diesmal an den Ausgangsanschluss, für den sie bestimmt ist, geleitet zu werden. Im Vergleich zum zweiten zitierten Dokument wird insofern, dass nur ein einziger Rücklaufbefehl erforderlich ist, und insofern, dass die Anzahl von Rücklaufwegen stark verringert ist, ein Vorteil erzielt.
• Vorteilhafterweise ist das Verzögerungselement ein einziges Element, wobei ein optischer Multiplexer die Mehrzahl von zusätzlichen Ausgangsanschlüssen, die modulierte Zellen auf unterschiedlichen Trägerwellen liefern, mit einem Eingang dieses Verzögerungselennents, das diese Zellen mit unterschiedlichen Trägerwellen wahlweise verzögert, koppelt.
• Ein solches Verzögerungselement ist beispielsweise in dem Artikel "An ATM photonic switching module: dimensional and architectural analysis" von G. Bendelli u. a., veröffentlicht in "Proceedings of the European Conference on Optical Communications", 1994, Bd. 2, Seiten 821-824 beschrieben.
• Ferner ermöglicht zwischen jedem der zusätzlichen Ausgangsanschlüsse und dem Rücklauf- Verzögerungselement ein steuerbarer Wellenlängen-Umsetzer, die Wellenlänge der Trägerwelle einer Zelle wahlweise zu ändern, um durch Wellenlängen-Multiplexierung die Anzahl von Zellen, die durch das Verzögerungselement verzögert werden können, zu erhöhen.
• In einer Ausführungsform ist der Ausgang des steuerbaren Verzögerungselements nach der Wellenlängen-Demultiplexierung mit den mehreren zusätzlichen Eingangsanschlüssen gekoppelt.
• Vorteilhafterweise ist der Ausgang des steuerbaren Verzögerungselements nach der Wellenlängen-Demultiplexierung mit den mehreren Eingangsanschlüssen jedoch auf der Einlassseite der Modulationsmittel gekoppelt.
• Dadurch können die Zellen, die von den Rücklaufwegen her kommen, an den normalen Eingangsanschlüssen zugeführt werden, indem ihnen der Platz von leeren Zellen eingeräumt wird. Die Modulationsmittel führen dann die zweckmäßige Wellenlängen- Umsetzung aus.
• Vorteilhafterweise kann zwischen den Ausgang des Verzögerungselements nach der Demultiplexierung und die mehreren Eingangsanschlüsse eine räumliche Schaltmatrix eingefügt sein.
• Dadurch können für die Zufuhr von Zellen, die von den Rücklaufwegen her kommen, den Bedürfnissen bestens entsprechend, die in den Zellenzügen der verschiedenen Eingangsanschlüssen enthaltenden Zellen verwendet werden.
• Die verschiedenen Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden deutlicher anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erstellt wurde, wobei die Figuren zeigen:
• - Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung, in der die Rücklaufwege mit zusätzlichen Eingangsanschlüssen der Schaltmatrix verbunden sind,
• - Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung, in der die Rücklaufwege unmittelbar an die normalen Eingangsanschlüsse geschaltet sind.
• Fig. 1 zeigt eine Photonen-Schaltmatrix 1, die von jener, die in Fig. 2 des ersten, am Anfang dieses Textes zitierten Dokuments gezeigt ist, abgeleitet ist, wobei zur Erleichterung des Verständnisses stets dann, wenn dies möglich ist, die gleichen Bezugszeichen verwendet werden.
• Diese Photonen-Schaltmatrix 1 umfasst im Wesentlichen eine Matrix für das Schalten von Zellen 2 und eine Vorrichtung für den Rücklauf von Zellen 3.
• Die Matrix für das Schalten von Zellen 2 umfasst N optische Eingangsanschlüsse e1 bis eN, wovon ein einziger abgebildet ist. Diese Eingangsanschlüsse übertragen Zellen mit einer festen Länge (oder Dauer), deren erste Zeichen einen Kopfsatz bilden, der eine Leitwegangabe enthält. Jede der Zellen eines Eingangsanschlusses geht durch einen Optokoppler 166, wovon ein erster Ausgang 266 Zugang zu einem optischen Detektor 151 verschafft, der die in der Zelle enthaltenen Informationen und speziell ihren Kopfsatz in elektrischer Form an eine Steuervorrichtung 201 liefert. Ein weiterer Ausgang 267 des Kopplers 166 führt zu einem Verzögerungselement 167, das in Form einer Lichtleitfaserschleife verwirklicht sein kann, wobei die Laufzeit der Zelle der Übertragungszeit einer Zelle entspricht. Diese Zeitspanne gibt der Steuervorrichtung 201 die zum Verarbeiten des Kopfsatzes der Zelle erforderliche Zeit, bevor sie weitergeleitet wird, d. h., um die verschiedenen Steuersignale vorzubereiten, die zu ihrer Leitwegwahl in der Schaltmatrix beitragen. Nach Ablauf dieser Zeitspanne erreicht die Zelle einen Wellenlängen- Umsetzer 183, den die Steuervorrichtung 201 über eine elektrische Verbindung 263 steuert. Wenn angenommen wird, dass die betreffende Zelle für eine Übertragung über einen Ausgang S1 bestimmt ist, moduliert der Wellenlängen-Umsetzer 183 eine diesem Ausgangsanschluss S1 zugeordnete Trägerwelle mit einer Wellenlänge 1 mit den in der Zelle enthaltenen Informationen. Die Zelle kommt dann an einem optischen Verteiler an, der so viele Exemplare der Zelle erzeugt, wie er Ausgänge besitzt. Jedem dieser Ausgänge folgt ein optisches Tor 270, ..., 27Q, das von der Steuervorrichtung 210 über eine Verbindung 269 gesteuert wird. Wenn angenommen wird, dass keine andere Zelle zum gleichen Zeitpunkt in Richtung des Ausgangs S1 geschaltet wird, lässt das Tor 270 durch. Die anderen sind gesperrt. Das Exemplar der Zelle, das dieses Tor 270 durchquert, gelangt zu einem optischen Kombinierer 187, dem eine Verzögerungsleitung 189 folgt, deren Verzögerungszeit praktisch null ist. Es erreicht somit zugleich einen Kombinierer 191, dem ein Verteiler 193 folgt. Dieses Exemplar wird dann auf Filter wie etwa das Filter 194 verteilt. Lediglich das Filter 194 lässt es zum Ausgangsanschluss S1 durch.
• Wenn die betreffende Zelle für den Ausgangsanschluss SN, anstelle von S1 bestimmt ist, justiert die Steuervorrichtung, die dies durch den Kopfsatz erfährt, den Umsetzer 183 auf die Wellenlänge N ein, so dass das Filter 195 die Zelle zum Ausgangsanschluss SN durchlässt.
• Zellen, die von anderen Eingangsanschlüssen her kommen, werden unter der Bedingung, dass jede für einen anderen Ausgangsanschluss bestimmt ist, gleichzeitig und in gleicher Weise geleitet.
• Wenn die betreffende Zelle, die für den Ausgangsanschluss S1 bestimmt ist, in diesem Fall nicht allein ist und wenn eine andere Zelle die Oberhand gewinnt und wie soeben beschrieben direkt bis zum Ausgangsanschluss S1 geleitet wird, macht die Steuervorrichtung, anstatt das Tor 270 durchlässig zu machen, ein 271 vergleichbares, nicht gezeigtes optisches Tor durchlässig, das zu einer der Verzögerungsleitung 189 vergleichbaren und ebenfalls nicht gezeigten Leitung führt, die eine Verzögerung von einer Zellenzeit mit sich bringt (Übertragungszeit einer Zelle über die Ausgangsanschlüsse). Diese Zelle erreicht somit den Kombinierer 191 und von dort den Ausgangsanschluss S1 um eine Zellenzeit später, um nach jener Zelle, die ihr gegenüber bevorzugt wurde, übertragen zu werden.
• Wenn die betreffende Zelle, die noch immer für den Ausgang S1 bestimmt ist, von zwei Zellen begleitet ist, die die Oberhand über sie gewinnen, wird sie über ein anderes Tor (nicht gezeigt) und eine andere Verzögerungsleitung mit einer Verzögerung von zwei Zellenzeiten geschaltet, um erst nach den beiden ersten Zellen am Ausgangsanschluss S1 anzukommen, und so weiter bei weiteren, gleichzeitig in Richtung des Ausgangsanschlusses S1 zu schaltenden Zellen.
• Während der Zellenzeit, die auf jene folgt, die soeben betrachtet wurde, wird eine den Ausgangsanschluss S1 anstrebende Zelle ebenfalls mit einer Verzögerung von zwei Zellenzeiten zur Verzögerungsleitung geleitet, weil jene nicht leer ist, um dadurch die Chronologie der Zellen, die die Schaltmatrix durchqueren zu berücksichtigen.
• In dieser nachfolgenden Zellenzeit muss eine andere Zelle, die ebenfalls den Ausgangsanschluss S1 anstrebt, an eine Verzögerungsleitung mit einer Verzögerung von drei Zellenzeiten geleitet werden und so weiter.
• Es ist ersichtlich, dass die eingehenden Zellen dann, wenn der Ausgangsanschluss S1 wiederholt angestrebt wird, fortschreitend über Leitungen mit Verzögerungen, die einer zunehmenden Anzahl von Zellenzeiten entsprechen, bis zur letzen in der Figur gezeigten Verzögerungsleitung 190 hin geleitet werden.
• Alles was gerade über Zellen, die den Ausgangsanschluss S1 anstreben, gesagt worden ist, kann bezüglich der anderen Ausgangsanschlüsse wiederholt werden. Es ändert sich lediglich die Wellenlänge. Die Verzögerungsleitungen, Kombinierer und Verteiler ignorieren die Wellenlänge und arbeiten bei allen Wellenlängen durch spektrale Multiplexierung.
• Dennoch ist es dann, wenn eine Akkumulation von Zellen, die den Ausgangsanschluss S1 in dem Pufferspeicher anstreben, festgestellt wird, wenig wahrscheinlich, dass eine solche Akkumulation zum gleichen Zeitpunkt an einem anderen Ausgangsanschluss auftritt, wobei die Wahrscheinlichkeit, dass dies an anderen Ausgangsanschlüssen auftritt, noch sehr schnell abnimmt, wenn die betreffende Anzahl von Ausgangsanschlüssen zunimmt.
• Alles bisher Gesagte ist in dem ersten erwähnten Dokument beschrieben, an das der Leser für ausführlichere Details verwiesen wird.
• Die Erfindung betrifft Vorrichtungen, die zu der soeben beschriebenen Vorrichtung noch hinzukommen und dem im Folgenden dargelegten Problem begegnen.
• Es ist deutlich geworden, dass ein Zustrom von Zellen, die alte den Ausgangsanschluss S1 anstreben, dazu führt, dass eine Zelle über die Verzögerungsleitung 190 geleitet wird. Wenn davon noch eine mehr zum gleichen Zeitpunkt auftritt, die ebenfalls den Ausgangsanschluss S1 anstrebt, ist in dem früheren Dokument angegeben, dass es dann keine Lösung mehr gibt; die letzte betrachtete Zelle geht verloren.
• Um dies zu verhindern, sieht die Erfindung zusätzliche Ausgangsanschlüsse SN + 1 bis SN + K und eine Rücklaufvorrichtung vor, die weiter unten beschrieben wird, nachdem zuvor angegeben wird, wie eine überzählige Zelle wie die soeben erwähnte geleitet wird.
• Diesen Ausgangsanschlüssen sind die Trägerwellenlängen N + 1 bis N + K zugeordnet. Die Lenkung an diese zusätzlichen Ausgänge erfolgt dann, wenn das obenbeschriebene Verfahren scheitert, durch eine Änderung des Ziels, die in der Steuervorrichtung 201, die Kenntnis vom Belegungszustand der verschiedenen Warteschlangen hat, ausgeführt wird, wobei die Ausgangsanschlüsse SN + 1 bis SN + K, dem Bedarf entsprechend, nacheinander verwendet werden.
• Die Rücklaufvorrichtung 2 ist mit den Ausgangsanschlüssen SN + 1 bis SN + K verbunden und umfasst einen optischen Kombinierer, der die Zellen mit unterschiedlichen Trägerwellenlängen dieses zusätzlichen Ausgangsanschlusses vereinigt, um sie an ein steuerbares Verzögerungselement 104 zu übertragen, in dem die Zellen unter der Steuerung der Steuervorrichtung 210 solange, wie es nötig ist, aufbewahrt werden. Wenn der Zeitpunkt gekommen ist, werden diese Zellen unter der Steuerung der Steuervorrichtung 210 von dem Verzögerungselement 104 über die Ausgangsleitungen 131 bis 13K geliefert. Diese führen zu den zusätzlichen Eingangsanschlüssen es1 bis esK der Schaltmatrix 2, die wie die normalen Eingangsanschlüsse behandelt werden. Die an diese Eingangsanschlüsse gelieferten Zellen sind jene, die zuvor an den normalen Anschlüssen empfangen wurden. Sie unterscheiden sich nur durch die Trägerwellenlänge, jedoch entspricht die Wellenlänge jeder an einen zusätzlichen Eingangsanschluss gelieferten Zelle jener, die dem zusätzlichen Ausgangsanschluss, über den die Zelle an die Rücklaufvorrichtung übertragen wurde, zugeordnet ist. Sie ist folglich bekannt. Die zusätzlichen Eingangsanschlüsse werden folglich genau wie die normalen Eingangsanschlüsse behandelt. Die Steuervorrichtung 201 gibt jedoch den Zellen, die die Schaltmatrix über die zusätzlichen Eingangsanschlüsse erreichen, die Priorität gegenüber den Zellen, die sie über die normalen Eingangsanschlüsse erreichen. Die ersten werden folglich im Anschluss an die Zellen, die ihnen vorausgehen und, wie oben beschrieben wurde, normal geleitet werden, geleitet. Die zweiten, denen kein Vorrang eingeräumt wird, unterliegen somit einem Rücklauf und werden folglich nach den ersten geleitet. Dies ist notwendig, um die Chronologie der Zellen desselben Eingangsanschlusses bezüglich desselben Ausgangsanschlusses zu bewahren.
• Global ausgedrückt lenkt die Steuervorrichtung somit eine erste Zelle, die nicht mit einem Ausgangsanschluss, für den sie bestimmt ist, geleitet werden kann, an einen zusätzlichen Ausgangsanschluss. Diese Lenkung kann eine Verzögerung um Q - 1 Zellenzeiten umfassen, derart, dass es zur Beibehaltung der chronologischen Reihenfolge der für denselben Ausgang bestimmten Zellen ausreicht, dass die Rücklaufvorrichtung die Zelle um lediglich eine Zellenzeit verzögert. Diese Zelle belegt einen der zusätzlichen Ausgangsanschlüsse. Weitere gleichzeitig vorhandene Zellen, die für denselben Ausgangsanschluss bestimmt sind, belegen andere zusätzliche Ausgangsanschlüsse. Sie müssen eine fortschreitend zunehmende Verzögerung erfahren, um sie ohne Gefahr, den Pufferspeicher der Vorrichtung zum Schalten von Zellen zu überladen, einzeln nacheinander wiedereinführen zu können. Weitere Zellen, die ebenfalls dasselbe Ziel haben, folgen und werden ebenfalls in der Rücklaufvorrichtung aufbewahrt.
• In derselben Periode wird eventuell der gleiche Prozess an Zellen vollzogen, die für einen anderen Ausgangsanschluss oder andere Ausgangsanschlüsse bestimmt sind, was weitere zusätzliche Ausgangsanschlüsse und weitere Wellenlängen für die Speicherung von Zellen in dem Verzögerungselement erfordert. Für den Fall, dass die Anzahl dieser für den Rücklauf erforderlichen Wellenlängen größer als die Anzahl von notwendigen zusätzlichen Ausgangsanschlüssen ist, wird am Ende dieses Textes gezeigt, wie die zusätzlichen Wellenlängen verfügbar gemacht werden können.
• Wohlgemerkt ist das Vorhergehende nur beispielhaft gegeben, da durch die Anwendung der Verzögerungen, die gemeinsam von dem Pufferspeicher der Matrix für das Schalten von Zellen und jenem der Rücklaufvorrichtung aufgebracht werden, selbstverständlich komplexere Prozesse ausgeführt werden können.
• Die Ausführungsform des Verzögerungselements 104 ist zusammenfassend in Fig. 1 gezeigt und umfasst einen 2 · 2-Koppler 106, eine steuerbare Gruppe von Lichtfiltern wie etwa Filter 108 und 109 sowie einen Lichtverstärker 107, die in einer Lichtleitfaserschleife 110 angeordnet sind. Der Ausgang des Wellenlängen-Multiplexers 103 ist mit einem Eingangsanschluss des 2 · 2-Kopplers verbunden, wobei der Ausgang des Lichtverstärkers 107 mit dem anderen Eingangsanschluss dieses Kopplers verbunden ist. Einer der zwei Ausgänge dieses Kopplers ist mit der Filtergruppe verbunden, während sein anderer Ausgang mit einem optischen Demultiplexer verbunden 111 ist, der eine Verbindung mit den Ausgangsanschlüssen des Verzögerungselements 104 herstellt.
• Eine solche Vorrichtung ist in dem oben erwähnten Artikel von Bendelli u. a. beschrieben. Die Steuervorrichtung 201 bestimmt durch Einwirkung auf jedes der Filter das Austasten einer Zelle mit einer entsprechenden Wellenlänge, die in der Lichtleitfaserschleife umläuft und pro vollständigem Umlauf eine Verzögerungszellenzeit beansprucht. Gleichzeitig bestimmt die Steuervorrichtung durch Einwirkung auf den Frequenzumsetzer des Eingangsanschlusses, der diese Zelle empfängt, deren Leitweg durch die Schaltmatrix zum Ausgang, für den sie bestimmt ist.
• Ein zweites Beispiel der Ausführung der Erfindung ist in Fig. 2 gezeigt. Die Matrix für das Schalten von Zellen 2' ist mit der Matrix für das Schalten von Zellen 2 von Fig. 1 vergleichbar, mit Ausnahme, dass die zusätzlichen Eingänge es1 bis esK nicht mehr vorkommen und die normalen Eingänge e1 und eN, die beide dargestellt sind, zusätzlich einen Rücklaufkoppler cs1 bis scN aufweisen. Bei Fehlen eines Rücklaufs sind diese Koppler inaktiv. Alle anderen Elemente der Matrix für das Schalten von Zellen von Fig. 2 sind völlig gleich, üben die gleiche Funktion wie die entsprechenden Elemente der Matrix für das Schalten von Zellen von Fig. 1 aus und tragen aus diesem Grund die gleichen Bezugszeichen. Die Funktionsweise der Matrix bei Fehlen eines Rücklaufs gleicht völlig jener, die im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurde. Sie wird somit nicht wiederholt. Das Senden von überzähligen Zellen in Richtung der Rücklaufwege findet ebenfalls in der gleichen Weise wie zuvor statt.
• Ferner ist die Rücklaufvorrichtung 3' mit der Rücklaufvorrichtung 3 von Fig. 1 vergleichbar, mit Ausnahme, dass sie zusätzlich eine räumlich Schaltmatrix 140 umfasst, die von der Steuervorrichtung 210 direkt, dank einer Vielfachverbindung 141 gesteuert wird, wobei erneut die gleichen Elemente die gleichen Funktionen beibehalten und mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Diese Matrix ermöglicht unter der Steuerung der Steuervorrichtung 201 zu jedem Zeitpunkt das Verbinden eines beliebigen der K Ausgangsanschlüsse 131 bis 13K des Verzögerungselements 104 mit einem beliebigen der N Eingangsanschlüsse der Matrix für das Schalten von Zellen 2' über die bereits erwähnten Rücklaufkoppler.
• Der Unterschied in der Funktionsweise der Matrix für das Schalten von Zellen von Fig. 2 gegenüber jener von Fig. 1 ist der, dass die in dem Verzögerungselement 104 aufbewahrten und unter der Steuerung der Steuervorrichtung 201 freigegebenen Zellen jeweils anstelle einer Leerzelle, falls die Steuervorrichtung 201 davon eine erfasst, in einen beliebigen der Eingangs-Zellenzüge eingefügt werden. Zu diesem Zeitpunkt empfängt der Wellenlängen- Umsetzer 183, 184 einen Befehl, der die Umsetzung zwischen der Wellenlänge der Rücklaufzelle von N + 1 bis N + K und der dem angestrebten Ausgang zugeordneten Wellenlänge ermöglicht. Das Ergebnis ist hinsichtlich der Möglichkeiten und Leistungen der Lenkung der Zelle in dem Maße, wie der Leerzellendurchsatz in der Praxis für den Bedarf ausreicht, was Verkehrsberechnungen zeigen, dasselbe wie bei der Schaltmatrix von Fig. 1. Es werden zusätzliche Eingänge gespart, was ein Lockern der technischen Zwänge, die sich auf die Optokoppler 187, 188 beziehen, auf Kosten einer zusätzlichen Schaltmatrix 140 ermöglicht.
• Tatsächlich müssten in einer anderen Variante die K Ausgangsanschlüsse der Rücklaufvorrichtung lediglich mit K von den N Eingangsanschlüssen der Matrix für das Schalten von Zellen verbunden werden.
• Es sei angemerkt, dass es in jedem Fall möglich ist, Zellen, die für unterschiedliche Ausgangsanschlüssen bestimmt sind, simultan zu senden, wenn der eingehende Verkehr genügend Leerzellen enthält.
• Es bleibt noch zu erwähnen, dass in den zwei gezeigten Ausführungsformen zusätzliche Wellenlängen-Umsetzer cf1 bis cfK gezeigt sind, die zwischen die zusätzlichen Ausgangsanschlüsse sN + 1 bis sN + K und den optischen Kombinierer 103 geschaltet sind (sie sind gleichermaßen in der Matrix für das Schalten von Zellen 2, 2' oder in der Rücklaufvorrichtung 3, 3' zu erkennen) und von der Steuervorrichtung 201 über nicht gezeigte Verbindungen direkt gesteuert werden. Sie ermöglichen auf jedem Rücklaufweg eine Vervielfachung der verfügbaren Wellenlängen, damit von der Rücklaufvorrichtung eine Vervielfachung der Zellen angenommen werden kann. So ändert der Umsetzer cf1 für den Ausgang SN + 1 mit der Wellenlänge N + 1 wahlweise die Wellenlänge in N + 1, N + 1 + K, N + 1 + 2K, ..., N + 1 + MK um. Das Gleiche geschieht bei den anderen Anschlüssen, was die Anzahl von Zellen, die im Verzögerungselement 104 gespeichert werden können, vervielfacht. Für die Ausgangsanschlüsse des Verzögerungselements können symmetrische Umsetzer vorgesehen sein; noch einfacher könnten die Umsetzer 183, 184 die Funktion übernehmen.
• Selbstverständlich ist die vorangehende Beschreibung lediglich als begrenztes Beispiel gegeben, wobei sich insbesondere die numerischen Werte bei jeder Anwendung ändern können.

Claims (6)

1. Photonen-Schaltmatrix, die umfasst:

- mehrere Eingangsanschlüsse und mehrere Ausgangsanschlüsse,

- Modulationsmittel, die den Eingangsanschlüssen zugeordnet sind und Zellen, die für denselben Ausgangsanschluss vorgesehen sind, auf einer optischen Trägerwelle modulieren, die eine diesem Ausgangsanschluss zugewiesene Wellenlänge besitzt.

- zentralisierte Pufferspeicher (189, ..., 190), die die durch die Modulationsmittel modulierten Zellen speichern, wenn diese auftreten, und sie einzeln nacheinander an die Ausgangsanschlüsse liefern, wobei die zentralisierten Pufferspeicher Q optische Wege aufweisen, die jeweilige Verzögerungen von 0, 1, ..., Q - 1 Zellenzeiten ergeben und zwischen den Eingangsanschlüssen und den Ausgangsanschlüssen angeordnet sind,

- Steuermittel (201), die Mittel umfassen, die jede Zelle zu einem Ausgangsanschluss leiten und eine in den Pufferspeichern auf jede Zelle anzuwendende Verzögerung auswählen, derart, dass die Zellen einzeln nacheinander am selben Ausgangsanschluss ankommen;

dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem mehrere zusätzliche Ausgangsanschlüsse und ein so genanntes Rücklauf-Verzögerungselement (104), das an diese zusätzlichen Ausgangsanschlüsse sowie an mehrere so genannte Rücklaufanschlüsse angeschlossen ist. umfasst, wobei dieses Verzögerungselement auf jede Zelle eine steuerbare Verzögerung, die einer variablen Anzahl von Zellenzeiten entspricht, anwenden kann,

und dass die Steuermittel (201) Mittel umfassen, die:

-- jede Zelle zu einem Ausgangsanschluss, für den sie bestimmt ist, leiten, wenn sie direkt zu diesem Anschluss geleitet werden kann, oder diese Zelle zu einem zusätzlichen Ausgangsanschluss leiten, wenn sie nicht direkt zu dem Ausgangsanschluss, für den sie bestimmt ist, geleitet werden kann,

-- und eine Verzögerung auswählen, die in dem Rücklauf-Verzögerungselement auf jede Zelle anzuwenden ist, so dass diese Zelle in die Pufferspeicher zurückgeführt wird, ohne dass die Gefahr besteht, dass sie überladen werden.

2. Photonen-Schaltmatrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rücklauf- Verzögerungselement (104) umfasst: ein einziges Element mit steuerbarer Verzögerung für sämtliche zusätzlichen Ausgangsanschlüsse; und einen optischen Multiplexer, der die Mehrzahl von zusätzlichen Ausgangsanschlüssen, die die modulierten Zellen auf unterschiedlichen Trägerwellen liefern, mit einem Eingang dieses Verzögerungselements, das diese Zellen mit unterschiedlichen Trägerwellen wahlweise verzögert, koppelt.

3. Photonenspaltmatrix nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jedem der zusätzlichen Ausgangsanschlüsse und dem Rücklauf-Verzögerungselement (104) ein steuerbarer Wellenlängen-Umsetzer (cf1, ..., cfK) ermöglicht, die Wellenlänge der Trägerwelle einer Zelle wahlweise zu ändern, um durch Wellenlängen- Multiplexierung die Anzahl von Zellen, die durch das Verzögerungselement verzögert werden können, zu erhöhen.

4. Photonenschaltmatrix nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des steuerbaren Verzögerungselements nach der Wellenlängen- Demultiplexierung mit den mehreren zusätzlichen Eingangsanschlüssen gekoppelt ist.

5. Photonen-Schaltmatrix nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des steuerbaren Verzögerungselements nach der Wellenlängen- Demultiplexierung mit den mehreren Eingangsanschlüssen auf der Einlassseite der Modulationsmittel gekoppelt ist.

6. Photonen-Schaltmatrix nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Ausgang des Verzögerungselements nach der Demultiplexierung und die mehreren Eingangsanschlüsse eine räumliche Schaltmatrix eingefügt ist.