EP1825710A1 - Optische schalteinrichtung f]r datenpakete - Google Patents

Optische schalteinrichtung f]r datenpakete

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EP1825710A1
EP1825710A1 EP05808151A EP05808151A EP1825710A1 EP 1825710 A1 EP1825710 A1 EP 1825710A1 EP 05808151 A EP05808151 A EP 05808151A EP 05808151 A EP05808151 A EP 05808151A EP 1825710 A1 EP1825710 A1 EP 1825710A1
Authority
EP
European Patent Office
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switching
signals
sub
wavelength
data packets
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05808151A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Walter PRÖBSTER
Hartwig Rüll
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nokia Solutions and Networks GmbH and Co KG
Original Assignee
Nokia Siemens Networks GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nokia Siemens Networks GmbH and Co KG filed Critical Nokia Siemens Networks GmbH and Co KG
Publication of EP1825710A1 publication Critical patent/EP1825710A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H04Q2011/0037—Operation
    • H04Q2011/0047—Broadcast; Multicast

Definitions

  • the invention relates to an optical switching device according to the preamble of patent claim 1.
  • Optical (photonic) switching devices can be realized in different ways.
  • One possibility is the use of controllable mirrors that can switch incoming light from any input to any output.
  • controllable mirrors that can switch incoming light from any input to any output.
  • delay lines can be used, for example, as described for example in European Patent Application EP 1 176 846 A2.
  • the object of the invention is therefore to provide an improved optical switching device for packet-switched networks.
  • optical switching network which dispenses with input-side or output-side memory.
  • Each switching point is except one optical Switch only a single executed as a delay element latch required whose duration is infinitely adjustable and thus ensures optimum efficiency (use of bandwidth) in the circuit.
  • a particularly simple structure is achieved by the division into switching levels. For example, all the same signals originating from different wavelength multiplexed signals of the same wavelength are switched through in a switching plane (module).
  • wavelength multiplexed signals In order to minimize mutual interference of the signals, only different wavelengths can be switched through in a switching plane. For example, all signals originating from a wavelength multiplexed signal can be assigned to a switching level.
  • the wavelength multiplexers filter out foreign signals of different wavelengths.
  • the optical switch may be supplemented with additional functions, such as wavelength conversion, realized via some wavelength converters connected between additional input lines and output lines. In the realization of the optical switching and delay elements different technologies can be used.
  • switching device allows the selection of signals / data packets of certain wavelengths and at the same time their individual delay.
  • FIG. 1 shows a block diagram of the optical switching device
  • FIG. 2 shows a WDM signal for transmitting data bursts
  • FIG. 3 shows a variant of the optical switching device
  • FIG. 4 shows a realization example for additional functions
  • FIG. 5 shows a physical arrangement according to the EIT principle
  • FIG. 6 shows a physical arrangement with photonic crystal structures.
  • Each of these WDM signals is decomposed in wavelength demultiplexers DMUXi - DMUX M into individual signals of different wavelengths ⁇ l - ⁇ i - ⁇ N, which are assigned to individual channels.
  • FIG. 2 shows in a basic representation a first WDM signal WMi with N channels K ⁇ li - K ⁇ Ni convinced. Wavelengths ⁇ li - ⁇ ii - XN 1 .
  • the index characterizes the respective WDM signal.
  • the letter R denotes an incoming / received and the letter T an outgoing / outgoing signal or a corresponding line / connection.
  • Data packets or data bursts are transmitted via each channel, for example a sequence of data packets DPIi via a first channel K ⁇ li.
  • the switching device SW1 has a switching matrix with a plurality of switching units SEI-SEN.
  • Individual signals with data packets of the same wavelength ⁇ li to ⁇ l M of the received multiplexed signals WMRi-WMR M are each assigned to an input connection (input line) of the switching units SEI-SEN - in FIG. 1
  • the first switching unit SEI receives the individual signals ⁇ li- ⁇ l M with the wavelength ⁇ l one each Input connection LRIi supplied to LR1 M. The same is done in each case for all further individual signals ⁇ 2i - ⁇ N M of the multiplex signals WMRi - WMR M on further switching units SE2 - SEN, which are shown in the background.
  • Each of the input connections LRIi to LR1 M is on the first switching unit SEI via each P switching and
  • Nx matrix structure Nx (MxP) it is possible, data packets DP of any wavelength, in the switching unit SEI received data packets DPRl the wavelength ⁇ l, of each input connection / input line by a single active switching and delay element SD arbitrarily delayed to each of the P output connections / Output lines LTIi - LT1 P through which individual signals are generated from data packets to be transmitted DPT of the same wavelength.
  • All first to all P-th output connections of all switching units SEI-SEN are in each case combined via wavelength multiplexers MUXi to MUXp (including power combiners), whereby all data packets DPT of different wavelengths to be transmitted out to wavelength multiplexed signals WMTi to WMT P summarized, which are output via outgoing fibers FTi - FT P.
  • the switching and delay times of the switching and delay elements SD are set by a control device CON, indicated only in principle, according to the times at which the data bursts are received and are sent out, so that in each case a possible gap-free outgoing individual signal can be generated.
  • a broadcast mode (a received data burst is switched to multiple outputs) possible.
  • the switching units SE can also be designed for channels of different wavelengths, as in the switching device SW2 shown in principle in FIG.
  • the first sound unit SEI of the first input connection LRIi the individual signal ⁇ li of the first wavelength multiplex signal WMRi is assigned to the wavelength
  • the second input connection LR2i is the signal ⁇ 2i of the first wavelength multiplex signal, and so on until the Nth single signal having the wavelength ⁇ N is assigned to the Nth input link LRNi.
  • the further switching units SE2 to SEM are then each supplied with the individual signals of one of the further wavelength multiplex signals WMR 2 - WMR M.
  • the output connections LTIi - LTN P to a wavelength multiplexer MUXi - MUX P are then (here) arranged in a vertical plane at right angles to the switching units, so that again all individual signals of the same wavelength on the associated output connections (output lines) LTIi - LTN P or the inputs of the wavelength multiplexer MUXi - MUXp can be switched. Shown are connections for switching through signals of wavelength ⁇ l to the wavelength multiplexers MUXi ⁇ MUXp and connections for further individual signals to
  • Wavelength Multiplexer MUX P The possible switching and delay elements SD are shown in simplified form as dots.
  • Figures 1 and 3 are to be understood as schematic diagrams.
  • the input and output connections can be realized as optical waveguides (e.g., glass fibers or in planar optical technology) or as free-beam optics.
  • FIG. 4 shows an optical switching device SW
  • wavelength converters WLC are turned on.
  • Wavelength converter WLC and / or delay elements DG with a fixed, stepwise or variably adjustable delay time are also switched on between further input lines LRW and output lines LTW.
  • the wavelength converters increase the flexibility in switching through the wavelength multiplexed signals to be transmitted.
  • the further delay elements DG one of which is shown, enable the connection of delay times T in the event that the delay times of the switching and delay elements SD are insufficient.
  • a go through a plurality of switching and delay elements SD is possible by direct output-input connections VD.
  • FIG. 5 shows the physical design of a switching device SW3 using the so-called
  • EIT principle electromagnetically induced transparency
  • the principle of this medium is described by Matthew S. Bigelow et al. in the article "Observation of Ultraslow Light Propagation in a Ruby Crystal at Room Temperature", Physical Review Letters; Vol. 90, Number 11, 113 903-1 - 113 903-4 and also C. j. Chang-Hasnan et al. in "Variable Optical Buffer Using Slow Light in Semiconductor Nanostructures", Proc. of the IEEE, Vol. 91, No. 11, November 2003, pages 1884-1897.
  • Each received wavelength division multiplexed signal WMRi to WMR M is first split in power in a splitter SPi-SP M onto the input connections (input lines) of control arrays STi-ST M.
  • the control of the connection is made by multiplex control light CS different frequency and amplitude.
  • the control light CS is supplied via a splitter SP to each control matrix STi-ST M and to each of them by a controller CONT via a selector SL
  • the wavelengths of the control light determine the wavelength-selective switching function for the data packets to be switched through.
  • the amplitude of the control light determines the respective delay time.
  • a plurality of individual signals or data packets of different wavelengths can be selected simultaneously. This is for two control wavelengths ⁇ a, ⁇ b for the lowest input connection of the first Wavelength multiplex signal WMRi shown.
  • the selected data packets DP are delayed in the switching and delay medium SDM according to the power of the control signals and with data packets of the same wavelength of the other receiving WDM signals WMR 2 to WMR M in combiners COMi to COM P to outgoing individual signals and these outgoing WDM signals WMTi to WMT P summarized.
  • the through-connected channels or data packets of selected different wavelengths are routed to combiners (splitter) COMi-COM P , by means of which the data packets of different wavelengths are in turn combined to form WDM signals WMTi-WMT P to be transmitted.
  • control matrix can be performed in different switching levels or in several stages (indicated by dashed lines) e.g. for the different wavelengths.
  • WDM sub-signals are supplied to P switching matrices SMOi to SMO P.
  • the switching matrices are based on the principle of photonic crystal structures whose principle is described by Mehmet Fatih and Shanhui Fan in PHYSICAL REVIEW LETTERS, Vol. 92, Number 8, 27 February 2004, 083901-1 to 083901-4. The same principle has also been addressed in other publications, for example, by S. Olivier et al. in OPTICS LETTERS, Juicy 1, 2001 / Vol. 26, no. 13, pages 1019-1021.
  • the switching matrices SMO are controlled in this technology via electrical signals of a control device CONTR and allow the selection of single or multiple data packets of different wavelengths and determine and at the same time the delay of the selected signals.
  • a demultiplexer function is realized by the switching matrix. Data packets of different wavelengths can be switched through to an assigned combiner COMi-COM P via each of the (multiplex) connection paths V 1 shown.
  • Each of the symbolically represented switching matrices SMO currently consists of several switching levels of resonators, and each switching level contains resonators tuned to a specific wavelength and can switch through signals of one wavelength with a delay. Accordingly, the signals must be further splitted on the input side before entering the switching matrix or the switching levels and summarized accordingly on the output side.
  • a planar splitting is also possible.
  • the connections can again be realized by fibers, planar optics or by free-beam optics.
  • Each of these individual signals ⁇ ii - ⁇ i M is divided in power splitters SPi - SP M in power sub-signals, eg ⁇ ii in ⁇ in to ⁇ ii P and ⁇ i 2 in ⁇ i 2 i to ⁇ i 2 p (only the sub-signals ⁇ iip and ⁇ i 2 p are shown ).
  • the sub-signals are distributed via input connections LRin to LRi M p to N x P switching planes SMEii-SMEip, which are each formed only for one wavelength ⁇ i. Only the ith (first) switching levels for a single wavelength are shown and not all connections, otherwise the clarity would no longer exist.
  • the division by wavelength demultiplexer has the advantage that a lower power reduction of the signals takes place.
  • the control device CONTR continuously modifies the runtime of the data packets in such a way that in each case data packets of the same wavelength are combined to form a single signal and these individual signals can be combined to form the WDM signals WMTi-WMT P to be transmitted.
  • Optical losses of the devices may optionally be compensated by optical amplifiers.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Use Of Switch Circuits For Exchanges And Methods Of Control Of Multiplex Exchanges (AREA)

Abstract

Die Schalteinrichtung (SW1) teilt zunächst ankommende WDM-Signale (WMR1 bis WMRM) wellenlängenmäßig in Einzelsignale (λl1 - λNM) auf, die über optische Verbindungen / Eingangsleitungen (LR11 - LRNM) Schalt- und Verzögerungselementen (SD) zugeführt werden. Die Schalt- und Verzögerungselemente (SD) verbinden jeweils eine beliebige Eingangsleitung (LR11 - LRNM) mit einer beliebigen Ausgangsleitung (LT11 bis LTNP) . Jeweils eines dieser Elemente schaltet ein Datenpaket (DP) der gleichen Wellenlänge (λ1 - λN) auf eine Ausgangsleitung (LT11 - LTNP) durch, wobei die Verzögerung der Datenpakete (DP) stufenlos einstellbar ist. Die durchgeschalteten Datenpakete werden zu abgehenden Einzelsignalen zusammengefasst, die wiederum zu abgehenden WDM-Signalen (WMT1 bis WMTP) zusammengefasst werden.

Description

Beschreibung
Optische Schalteinrichtung für Datenpakete
Die Erfindung betrifft eine optische Schalteinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
In optischen Datennetzen geht der Trend zur Übertragung von Datenpakten. Als Datenpakete werden auch Datenbursts bezeichnet, die wiederum aus unterschiedlichen kleineren Datenpaketen zusammengesetzt sein können und unterschiedliche Längen aufweisen. Die Datenpakete gleicher Wellenlänge werden über einen Datenkanal übertragen. Mehrere dieser "Kanäle" (Einzelsignale) werden zu einem Wellenlängen-Multiplexsignal, kurz als WDM-Signal bezeichnet, zusammengefasst. Das Problem bei vermittelnden optischen Netzen besteht nun darin, die Datenpakte ohne größere Zeitverluste über optische Schalteinrichtungen, auch als "Switches" oder "Router" bezeichnet, zu übertragen und zu neuen WDM-Signalen zusammenzufassen.
Optische (photonische) Schalteinrichtungen können auf unterschiedliche Art und Weise realisiert werden. Eine Möglichkeit besteht in der Verwendung von steuerbaren Spiegeln, die ankommendes Licht von beliebigen Eingängen auf beliebige Ausgänge durchschalten können. Bei der Vermittlung von
Datenpaketen (hier werden auch Bursts darunter verstanden) treten jedoch mehrere Probleme auf. Einmal müssen die Schaltvorgänge sehr rasch erfolgen und zum anderen müssen die Datenpakete zwischengespeichert werden, wenn Übertragungskapazität ("Bandbreite") fehlt.
Im elektrischen Bereich ist aus dem US-Patent US 6, 195, 335 Bl eine elektronische Schalteinrichtung beschrieben, die in Matrixform aufgebaut und für das Schalten von Datenpakten geeignet ist. Sie enthält in den Eingangsleitungen erste elektronische Speicher und in den Schaltpunkten (Cross Point) weitere Cross Point-Speicher, die mindestens ein Datenpaket aufnehmen können. Aus beiden Speichern sind die digitalen Datenpakete (Bursts) zu beliebigen Zeitpunkten abrufbar, so dass sie mit anderen Datenpakten/Bursts zu Datenströmen zusammengefasst undmit hohem "Wirkungsgrad", d.h. hier unter optimaler Nutzung der zur Verfügung stehenden Bandbreite" übertragen werden können. Photonische Speicher, in die Daten wie bei elektronischen Speichern zu beliebigen Zeitpunkten eingeschrieben und zu beliebigen Zeitpunkten abgerufen werden können, existieren in absehbarer Zeit nicht.
Bleibt man bei der rein optischen Lösung, so können beispielsweise Verzögerungsleitungen verwendet werden, wie dies beispielsweise in der Europäischen Patentanmeldung EP 1 176 846 A2 beschrieben ist.
Eine noch ältere US-Patentanmeldung US 2002/0114035 Al verwendet die gleiche an sich bekannte Struktur, umWellenlängen umzusetzen. Ein Problem bei der Durchschaltung von Datenpaketen ist die Realisierung von optischen Laufzeitgliedern, die beispielsweise durch umschaltbare unterschiedlich lange Fasern mit diskreten Laufzeiten oder durch UmlaufSpeicher (Faserschleifen) realisiert werden. Bei der Übertragung von Datenpakten bleiben aber bei diesen Systemen erhebliche Zeitabschnitte (Übertragungskapazität - "Bandbreite") ungenutzt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte optische Schalteinrichtung für paketvermittelnde Netze anzugeben.
Diese Aufgabe wird entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Vorteilhaft ist die relativ einfache Struktur des optischen Koppelfeldes, die auf eingangsseitige oder ausgangsseitige Speicher verzichtet. Je Schaltpunkt ist außer einem optischen Schalter nur ein einziger als Verzögerungsglied ausgeführter Zwischenspeicher erforderlich, dessen Laufzeit stufenlos einstellbar ist und somit für einen optimalen Wirkungsgrad (Nutzung der Bandbreite) bei der Durchschaltung sorgt.
Ein besonders einfacher Aufbau wird durch die Unterteilung in Schaltebenen erreicht. Beispielsweise werden alle gleichen, aus verschiedenen Wellenlängen-Multiplexsignalen stammenden Signale derselben Wellenlänge in einer Schaltebene (Baugruppe) durchgeschaltet.
Um eine gegenseitige Beeinflussung der Signale zu minimieren, können auch nur unterschiedliche Wellenlängen in einer Schaltebene durchgeschaltet werden. So können beispielsweise alle aus einem Wellenlängen-Multiplexsignal stammenden Signale einer Schaltebene zugeordnet sein. Die Wellenlängen-Multiplexer filtern fremde Signale anderer Wellenlänge heraus. Zusätzlich kann der optische Schalter mit zusätzlichen Funktionen, wie beispielsweise der Wellenlängenkonversion ergänzt werden, die über einige zwischen zusätzlichen Eingangsleitungen und Ausgangsleitungen angeschalteten Wellenlängenkonvertern realisiert wird. Bei der Realisierung der optischen Schalt- und Verzögerungsglieder können unterschiedliche Technologien genutzt werden.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Schalteinrichtung ermöglichen die Selektion von Signalen/Datenpaketen bestimmter Wellenlängen und gleichzeitig deren individuelle Verzögerung.
Die Erfindung wird nun anhand von Prinzipschaltbildern und Realisationsskizzen näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 ein Prinzipschaltbild der optischen Schalteinrichtung, Figur 2 ein WDM-Signal zur Übertragung von Datenbursts, Figur 3 eine Variante der optischen Schalteinrichtung, Figur 4 ein Realisationsbeispiel für Zusatzfunktionen, Figur 5 eine physikalische Anordnung nach dem EIT-Prinzip und Figur 6 eine physikalische Anordnung mit Photonik-Kristallstrukturen.
Bei der in Figur 1 dargestellten optischen Schalteinrichtung SWl werden über mehrere Übertragungsfasern FRi - FRM Wellenlängen-Multiplexsignale WMRi- WMRM empfangen. Jedes dieser WDM-Signale wird in Wellenlängen-Demultiplexern DMUXi - DMUXM in Einzelsignale unterschiedlicher Wellenlängen λl - λi - λN zerlegt, die einzelnen Kanälen zugeordnet sind.
Figur 2 zeigt in prinzipieller Darstellung ein erstes WDM-Signal WMi mit N Kanälen Kλli - KλNibzw. Wellenlängen λli - λii - XN1. Der Index kennzeichnet hierbei das jeweilige WDM-Signal. In der weiteren Beschreibung kennzeichnet der Buchstabe R ein ankommendes/empfangenes und der Buchstabe T ein abgehendes/auszusendendes Signal oder eine entsprechende Leitung/Verbindung. Über jeden Kanal werden Datenpakete bzw. Datenbursts übertragen, beispielsweise eine Folge von Datenpakete DPIi über einen ersten Kanal Kλli.
Die Schalteinrichtung SWl nach Figur 1 weist eine Schaltmatrix mit mehreren Schalteinheiten SEI - SEN auf. Einzelsignale mit Datenpaketen gleicher Wellenlänge λli bis λlM der empfangenen Multiplexsignale WMRi - WMRM werden jeweils einer Eingangsverbindung (Eingangsleitung) der Schalteinheiten SEI - SEN zugeordnet - in Figur 1 werden der ersten Schalteinheit SEI die Einzelsignale λli - λlM mit der Wellenlänge λl jeweils einer Eingangsverbindung LRIi bis LR1M zugeführt. Entsprechendes erfolgt für jeweils alle weiteren Einzelsignale λ2i - λNM der Multiplexsignale WMRi - WMRM auf weiteren Schalteinheiten SE2 - SEN, die im Hintergrund dargestellt sind. Jede der Eingangsverbindungen LRIi bis LR1M ist auf der ersten Schalteinheit SEI über jeweils P Schalt- und
Verzögerungselemente SD mit P Ausgangsverbindungen (Ausgangsleitungen) LTIi bis LT1P verbunden. Durch diese Matrixstruktur Nx(MxP) ist es möglich, Datenpakete DP beliebiger Wellenlänge, bei der Schalteinheit SEI empfangene Datenpakete DPRl der Wellenlänge λl, von jeder Eingangsverbindung/Eingangsleitung durch jeweils ein einziges aktives Schalt- und Verzögerungselement SD beliebig verzögert auf jede der P Ausgangsverbindungen/Ausgangsleitungen LTIi - LT1P durchzuschalten, wo aus auszusendenden Datenpaketen DPT gleicher Wellenlänge bestehende Einzelsignale gebildet werden. Alle ersten bis alle P-ten Ausgangsverbindungen aller Schalteinheiten SEI - SEN werden jeweils über Wellenlängen-Multiplexer MUXi bis MUXp (darunter werden auch Leistungs-Combiner verstanden) zusammengefasst, wodurch alle auszusendenden Datenpakete DPT unterschiedlicher Wellenlänge wieder zu abgehenden Wellenlängen-Multiplexsignalen WMTi bis WMTP zusammengefasst werden, die über abgehende Fasern FTi - FTP ausgegeben werden.
Im Allgemeinen entspricht die Anzahl P der ausgesendeten Wellenlängen-Multiplexsignale der Anzahl der empfangenen Multiplexsignale: M = P. Die Schalt- und Laufzeiten der Schalt- und Verzögerungsglieder SD werden von einer nur prinzipiell angedeuteten Steuereinrichtung CON entsprechend den Zeitpunkten eingestellt, zu denen die Datenbursts empfangen und ausgesendet werden, so dass jeweils ein möglichst lückenfreies abgehendes Einzelsignal generiert werden kann.
Durch gleichzeitiges aktivieren mehrerer Schalt- und Verzögerungsglieder SD ist bei dieser und den weiteren Ausführungsbeispielen auch ein Broadcast-Mode (ein empfangener Datenburst wird auf mehrere Ausgänge durchgeschaltet) möglich.
Die Schalteinheiten SE können auch für Kanäle unterschiedlicher Wellenlängen ausgelegt sein, wie bei der in Figur 3 prinzipiell dargestellten Schalteinrichtung SW2. Beispielsweise wird in der ersten Schaleinheit SEI der ersten Eingangsverbindung LRIi das Einzelsignal λli des ersten Wellenlängen-Multiplexsignals WMRi mit der Wellenlänge zugeordnet, der zweiten Eingangsverbindung LR2i das Signal λ2i des ersten Wellenlängen-Multiplexsignals usw. bis das Nte Einzelsignal mit der Wellenlänge λN der Nten Eingangsverbindung LRNi zugeordnet ist. Den weiteren Schalteinheiten SE2 bis SEM werden dann jeweils die Einzelsignale eines der weiteren Wellenlängen-Multiplexsignale WMR2 - WMRM zugeführt. Die Ausgangsverbindungen LTIi - LTNP zu einem Wellenlängen-Multiplexer MUXi - MUXP sind dann (hier) in einer senkrechten Ebene rechtwinklich zu den Schalteinheiten angeordnet, so dass wieder alle Einzelsignale derselben Wellenlänge auf die zugeordneten Ausgangsverbindungen (Ausgangsleitungen) LTIi - LTNP bzw. die Eingänge der Wellenlängen-Multiplexer MUXi - MUXp geschaltet werden können. Dargestellt sind Verbindungen zum Durchschalten von Signalen der Wellenlänge λl zu den Wellenlängen-Multiplexern MUXi ~ MUXp und Verbindungen für weitere Einzelsignale zum
Wellenlängen-Multiplexer MUXP. Die möglichen Schalt- und Verzögerungsglieder SD sind vereinfacht als Punkte dargestellt.
Beide Figuren 1 und 3 sind als Prinzipschalbilder zu verstehen. Die Eingangs- und Ausgangsverbindungen können, abhängig von der Technologie, als Lichtwellenleiter (z.B. Glasfasern oder in planaroptischer Technik) oder als Freistrahloptik realisiert werden.
Figur 4 zeigt eine optische Schalteinrichtung SW mit
Zusatzfunktionen. In Eingangleitungen (Eingangsverbindungen) LRj und Ausgangsleitungen LTj sind Wellenlängen-Umsetzer WLC eingeschaltet. Auch zwischen weiteren Eingangleitungen LRW und Ausgangsleitungen LTW sind Wellenlängen-Umsetzer WLC und/oder Verzögerungsglieder DG mit einer festen, stufenweise oder variabel einstellbaren Verzögerungszeit eingeschaltet. Die Wellenlängenumsetzer erhöhen die Flexibilität beim Durchschalten der auszusendenden Wellenlängen-Multiplexsignale. Die weiteren Verzögerungsglieder DG, von denen eines dargestellt ist, ermöglichen das Zuschalten von Verzögerungszeiten T für den Fall, dass die Verzögerungszeiten der Schalt- und Verzögerungsglieder SD nicht ausreichen. Ein Durchlaufen mehrerer Schalt- und Verzögerungsglieder SD ist durch direkte Ausgang-Eingang-Verbindungen VD möglich.
Figur 5 zeigt die physikalische Ausführung einer Schalteinrichtung SW3 bei Verwendung des sogenannten
EIT-Prinzips (electromagnetically induced transparency) , bei dem die Steuerung der Schalt- und Verzögerungsglieder über Steuerlichtstrahlen mit definierter Amplitude und definiertem Frequenzabstand zur Signallichtfrequenz erfolgt. Das Prinzip dieses Mediums beschreiben Matthew S. Bigelow et al. im Artikel "Observation of Ultraslow Light Propagation in a Ruby Crystal at Room Temperature", Physical Review Letters; Vol. 90, Number 11, 113 903-1 - 113 903- 4 und ebenfalls C. j. Chang-Hasnan et al. in "Variable Optical Buffer Using Slow Light in Semiconductor Nanostructures", Proc. of the IEEE, Vol. 91, No. 11, November 2003, Seiten 1884-1897.
Jedes empfangene Wellenlängen-Multiplexsignal WMRi bis WMRM wird zunächst in einem Splitter SPi - SPM leistungsmäßig auf die Eingangsverbindungen (Eingangsleitungen) von Steuermatrizen STi - STM aufgeteilt. Die Steuerung der Durchschaltung erfolgt durch Multiplex-Kontrolllicht CS verschiedener Frequenz und Amplitude. Das Kontrolllicht CS wird über einen Splitter SP jeder Steuermatrix STi - STM zugeführt und von einer Steuereinrichtung CONT über einen Selektor SL wellenlängenselektiv jedem
WDM-Teilsignal individuell zugeordnet und gelangt mit diesen zu einem Schalt- und Verzögerungsmedium SDM. Die Wellenlängen des Kontrolllichts bestimmen wellenlängenselektiv die Schaltfunktion für die durchzuschaltenden Datenpakete. Die Amplitude des Steuerlichtes bestimmt hierbei die jeweilige Verzögerungszeit.
Durch die Einspeisung von Multiplex-Steuerlicht auf den Eingangsverbindungen können gleichzeitig mehrere Einzelsignale bzw. Datenpakete unterschiedlicher Wellenlängen ausgewählt werden. Dies ist für zwei Kontroll-Wellenlängen λa, λb für die unterste Eingangsverbindung des ersten Wellenlängen-Multiplexsignal WMRi dargestellt. Die ausgewählten Datenpakete DP werden in dem Schalt- und Verzögerungsmedium SDM entsprechend der Leistung der Steuersignale verzögert und mit Datenpaketen gleicher Wellenlänge der anderen empfangenden WDM-Signale WMR2 bis WMRM in Combinern COMi bis COMP zu abgehenden Einzelsignalen und diese zu abgehenden WDM-Signalen WMTi bis WMTP zusammengefasst. Die durchgeschalteten Kanäle bzw. Datenpakete ausgewählter unterschiedlicher Wellenlänge werden auf Combiner (Splitter) COMi - COMP geführt, durch die die Datenpakete unterschiedlicher Wellenlängen wiederum zu auszusendenden WDM-Signalen WMTi - WMTP zusammenfasst werden.
Die Ausführung der Steuermatrix kann in verschiedenen Schaltebenen oder in mehreren Stufen (gestrichelt angedeutet) z.B. für die unterschiedlichen Wellenlängen erfolgen.
Figur 6 zeigt eine weitere Ausführung einer Schalteinrichtung SW4, bei der, wie in Figur 5, M ankommende WDM-Signale WMRi ~ WMRM durch Splitter SPi - SPM leistungsmäßig in WDM-Teilsignale TSn - TSMp (P = Anzahl der Schaltmatrizen) aufgeteilt werden. Die MP
WDM-Teilsignale werden P Schaltmatrizen SMOi bis SMOP zugeführt. In jeder Schaltmatrix werden Einzelsignale/Datenpakete aus den WDM-Teilsignalen selektiert und über jeweils zugeordnete Verbindungswege Vk (k = 1, 2, ..., M) auf jeweils einen Combiner COMi - COMP durchgeschaltet. Die Schaltmatrizen sind nach dem Prinzip der Photonik-Kristallstrukturen aufgebaut, deren Prinzip von Mehmet Fatih und Shanhui Fan in PHYSICAL REVIEW LETTERS, Vol. 92, Number 8, 27. February 2004, 083901-1 bis 083901-4 beschrieben ist. Das gleiche Prinzip wurde auch noch in weiteren Publikationen behandelt, beispielsweise von S. Olivier et al. in OPTICS LETTERS, JuIy 1, 2001/Vol. 26, No. 13, Seiten 1019 -1021.
Die Schaltmatrizen SMO werden bei dieser Technologie über elektrische Signale einer Steuereinrichtung CONTR angesteuert und ermöglichen die Auswahl von einzelnen oder mehreren Datenpaketen unterschiedlicher Wellenlänge und bestimmen außerdem gleichzeitig die Verzögerung der ausgewählten Signale. Auch hier ist eine Demultiplexerfunktion durch die Schaltmatrix realisiert. Über jeden der dargstellten (Multiplex-) Verbindungswege V^ können Datenpakete unterschiedlicher Wellenlänge auf einen zugeordneten Combiner COMi - COMP durchgeschaltet werden.
Jede der symbolisch dargestellten Schaltmatrizen SMO besteht zur Zeit aus mehreren Schaltebenen von Resonatoren, und jede Schaltebene enthält auf eine bestimmte Wellenlänge abgestimmte Resonatoren und kann Signale einer Wellenlänge verzögert durchschalten. Entsprechend müssen die Signale eingangsseitig vor Eintritt in die Schaltmatrix bzw. die Schaltebenen noch weiter aufgesplitted und ausgangsseitig entsprechend zusammengefasst werden. Ein planares Aufsplitten ist ebenfalls möglich. Die Verbindungen können wieder durch Fasern, planaroptisch oder durch Freistrahloptik realisiert werden.
Figur 7 zeigt eine Variante SW5 der Anordnung nach Figur 6, bei der Wellenlängen-Demultiplexer und Wellenlängen-Multiplexer verwendet werden. Nur jeweils eine "i-te" (erste) Schaltebene SMEii - SMEip von jeweils N Schaltebenen (entsprechend N Wellenlängen) zum Schalten und zum Verzögern eines optischen Signals/Datenbursts mit einer bestimmten Wellenlänge i ist dargestellt. Jedes Wellenlängen-Multiplexsignal WMRi - WMRM wird durch einen Wellenlängen-Demultiplexer DMUXi, • • • in Einzelsignale λii - λiM der Wellenlänge λi (i = 1 - N) aufgeteilt. Jedes dieser Einzelsignale λii - λiM wird in eingangsseitigen Splittern SPi - SPM leistungsmäßig in P Teilsignale aufgeteilt, z.B. λii in λin bis λiiP und λi2 in λi2i bis λi2p (nur die Teilsignale λiip und λi2p sind dargestellt) . Die Teilsignale werden über Eingangsverbindungen LRin bis LRiMp auf N x P Schaltebenen SMEii - SMEip verteilt, die jeweils nur für eine Wellenlänge λi ausgebildet sind. Es sind auch nur die i-ten (ersten) Schaltebenen für eine einzige Wellenlänge dargestellt und nicht alle Verbindungen, da sonst die Übersichtlichkeit nicht mehr gegeben wäre. Die Aufteilung durch Wellenlängen-Demultiplexer hat den Vorteil, dass eine geringere Leistungsverminderung der Signale erfolgt. Die Durchschaltung der Datenpakete erfolgt über M Verbindungswege Vik (k = 1 - M) je Schaltebene. Sämtliche Ausgangsverbindungen einer Schaltebene SMEi werden durch jeweils einen Combiner COMn - COMiP zusammengefasst und jeweils einem (ersten) Eingang der Wellenlängen-Multiplexer MUXi - MUXp zugeführt, z.B. werden bei der ersten Schaltebene für die Wellenlänge i die Ausgangsverbindungen LTin - LTiiM einem ersten Combiner COMii zugeführt. So ist es möglich, jedes Datenpaket der Wellenlänge λi eines beliebigen ankommenden
Wellenlängen-Mulitplexsignals WMRi bis WMRM auf jeden beliebigen Combiner COMn bis COMiP durchzuschalten. Entsprechendes erfolgt für Datenpakete jeder weiteren Wellenlänge i. Durch die Steuereinrichtung CONTR wird die Laufzeit der Datenpakete dabei kontinuierlich so verändert, dass jeweils Datenpakete gleicher Wellenlänge zu einem Einzelsignal zusammengefasst und diese Einzelsignale zu den auszusendende WDM-Signalen WMTi - WMTP zusammengefasst werden können.
Bei einer voll flexiblen und voll belegbaren Schalteinrichtung entspricht die Anzahl der eingangsseitigen
Wellenlängen-Demultiplexer der Anzahl der ausgangsseitigen Wellenlängen-Multiplexer (M = P) und sämtliche Einzelsignale/Kanäle sind burstweise beliebig schaltbar. Zur Vereinfachung der Schalteinrichtung kann diese Flexibilität natürlich auch bei diesen Konzepten eingeschränkt werden.
Optische Verluste der Anordnungen können gegebenenfalls durch optische Verstärker ausgeglichen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Optische Schalteinrichtung (SWl) für Datenpakete (DP), die über Datenkanäle (KXl1, Kλ2i, Kλ3i, ...; KXN1, KXN2, KXN3, ..., KXNM) eines Wellenlängen-Multiplexsystems (WDM-Systems) übertragen werden, mit Wellenlängen-Demultiplexern (DMUX1, DMUX2, ... DMUXM) , die jeweils ein ankommendes WDM-Signal (WMR1, WMR2, ..., WMRM) in Einzelsignale (Xl1, X2lΛ ..., XN1) aufteilen, mit einem optischen Schaltfeld, das über Verzögerungsglieder (SD) empfangene Datenpakete (DPR) durchgeschaltet und einem bestimmten abgehenden Datenkanal zugeordnet, und mit Wellenlängen-Multiplexern (WMUX1 - WMUXp), die jeweils die in diesen Datenkanälen übertragenen Datenpakete (DPT) unterschiedlicher Wellenlänge (DPXl, DPX2, DPX3, ..., DPXN) zu jeweils einem abgehenden WDM-Signal (WMT1, WMT2, WMT3, ..., WMTP) zusammenfassen, dadurch gekennzeichnet, dass eine optische Schaltmatrix (SEI - SEN) mit mehreren optischen Eingangsverbindungen (LRl1, LRl2, LRl3, ..., LRNM) und mehreren optischen Ausgangsverbindungen (LTl1 LT2i LT3]_ ..., LTNp) vorgesehen ist, dass jeder Eingangsverbindung (LRl1, LRl2, LRl3, ..., LRNM) empfangene Datenpakete (DP; DPRl) eines Datenkanals (KXl1, KXl2, KXl3, ...; Kλ2i, KX22, KX23, ...; KXN1, KXN2, KXN3, ..., KXNM) zugeführt werden, dass die Eingangsverbindungen (LRl1, LRl2, LRl3, ..., LR1M; LR2i, LR22, LR23, ... , LR2M; LRN1, ...., LRNM) , die Datenpakete (DPl1 - DPN1; ...) gleicher Wellenlänge der empfangenen WDM-Signale (WMR1, WMR2, WMR3, ..., WMRM) führen, über optische Schalt- und Verzögerungsglieder (SD) auf jeweils eine Ausgangsverbindung (LTl1, LTl2, LTl3, LTIp- ..., LTNP) durchschaltbar sind, dass eine Steuereinrichtung (CON) kontinuierlich einstellbare Verzögerungszeiten der Schalt- und Verzögerungselemente (SD) steuert, dass Datenpakete (DPIi - DPNi; •••) gleicher Wellenlänge in zeitlich aufeinanderfolgender Reihenfolge an eine der Ausgangsverbindungen (LTIi, LTl2, LTl3, LT1P- ..., LTNP) durchgeschaltet und hierdurch einem bestimmten Datenkanal eines der auszusendenden WDM-Signale (WMTi -WMTP) zugeordnet werden und dass die Datenpakete (DP) unterschiedlicher Wellenlänge führenden Ausgangsverbindungen (LTIi - LT1P; ...) jeweils mit einem Eingang eines der Wellenlängen-Multiplexers (MUXi - MUXP) verbunden sind, der sie zu auszusendenden Wellenlängen-Multiplexsignalen (WMTi - WMTP) zusammenfasst.
2. Optische Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmatrix (SEI - SEN) mehrere Schaltebenen (SEI, ... ,
SEN) aufweist und dass jeweils eine der Schaltebenen (SEI - SEN) für eine Wellenlänge (λl, λ2, λ3, ..., λN) der empfangenen WDM-Signale
(WMRi - WMRM) vorgesehen ist.
3. Optische Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmatrix (SEI -SEM) mehrere Schaltebenen (SEI, ... , SEM) aufweist und dass eine Schaltebene (SEWl, ...) jeweils für die Signale unterschiedlichen Wellenlänge (λl, λ2, λ3, ..., λN) eines der empfangenen WDM-Signale (WMRi ~ WMRM) vorgesehen ist.
4. Optische Schalteinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, das in den Schaltebenen (SEI - SEN) Schalt- und Verzögerungselemente (SD) nach dem Prinzip der optischen Resonatoren angeordnet sind.
5. Optische Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Wellenlängenkonverter (WVC) und/oder Verzögerungsglieder (DG) in die Eingangsverbindungen (LRj) und/oder die Ausgangsverbindungen (LTj) und/oder zwischen weiteren
Ausgangsverbindungen (LTW) und weiteren Eingangsverbindungen (LRW) eingeschaltet sind.
6. Optische Schalteinrichtung für Datenpakete (DP), die über Datenkanäle (Kλli, Kλ2i, Kλ3i, ...) eines
Wellenlängen-Multiplexsystems (WDM-System) übertragen werden, bei der ankommende WDM-Signale (WMRi, WMR2, WMR3, ...,WMRM) aufgeteilt werden und die empfangenen Datenpakete (DPR) gleicher Wellenlänge mittels gesteuerter Verzögerung über ein optisches Schaltfeld durchgeschaltet und einem bestimmten Datenkanal zugeordnet werden, und dann die in diesen Datenkanälen übertragenen Datenpakete (DPT) unterschiedlicher Wellenlänge zu jeweils einem abgehenden WDM-Signal (WMTi, WMT2, WMT3, ..., WMTP) zusammenfasst werden, dadurch gekennzeichnet, dass eingangsseitig Splitter (SPi - SPM) vorgesehen sind, die jeweils ein ankommendes WDM-Signal (WMRi ~ WMRM) leistungsmäßig in WDM-Teilsignale (TSn - TSiP; ...) aufspalten, die jeweils Eingangsverbindungen einer Steuermatrix (STi - STM) zugeordnet sind, dass die WDM-Teilsignale (TSn - TSiP; ...) jeweils eines ankommenden WDM-Signals (WMRi - WMRM) über eine Steuermatrix (STi - STM) einem Schalt- und Verzögerungs-Mediums (SDM) zugeführt werden, dass in jeder Steuermatrix (STi - STM) optische Steuersignale (λa, λb; ... ) mit wählbarer Frequenz und Wellenlänge in die Verbindungswege der Teilsignale (TSn - TSiP, ... ) zu dem Schalt- und Verzögerungs-Medium (DM) eingespeist werden, die eine wellenlängenmäßige Auswahl der Teilsignale (TSn - TSiP; ... ) treffen und die Verzögerung der Datenpakete (DP) im Schalt- und Verzögerungs-Medium (DM) bestimmen, dass dem Schalt- und Verzögerungs-Medium (DM) ausgangsseitig Combiner (COMi - COMP) nachgeschaltet sind, deren Eingängen jeweils einem Eingangsweg einer Steuermatrix (STi - STM) zugeordnet ist, dass die Verzögerungszeiten des Schalt- und Verzögerungsmediums (SDM) so gesteuert werden, dass die Datenpakete (DP) gleicher Wellenlänge in zeitlich aufeinanderfolgender Reihenfolge angeordnet dem gewünschten Combiner (COMi - COMP) zugeordnet werden, der sie zu einem abgehenden Wellenlängen-Multiplexsignal (WMTi - WMTp) zusammenfasst.
7. Optische Schalteinrichtung für Datenpakete (DP) , die über Datenkanäle (Kλli, Kλ2i, Kλ3i, ...) eines
Wellenlängenmultiplex-Systems (WDM-System) übertragen werden, und bei dem ankommende WDM-Signale (WMRi - WMRM) in Teilsignale aufgeteilt und mittels gesteuerter Verzögerungseinrichtungen paketweise über ein optisches Schaltfeld durchgeschaltet und zu abgehenden WDM-Signalen (WMTi, WMT2, WMT3, ..., WMTP) zusammenfasst werden, dadurch gekennzeichnet, dass eingangsseitig Splitter (SPi - SPM) vorgesehen sind, die jeweils ein ankommendes WDM-Signal (WMRi ~ WMRM) leistungsmäßig in WDM-Teilsignale (TSn - TSPiP; ...) aufspalten, die
Eingangsverbindungen (LRn, LRi2, LRi3, ..., LRiP; ...) jeweils einer Schaltmatrix (SMOi - SMOP) zugeordnet sind, dass die WDM-Teilsignale (TSn - TSiP; ...) jeweils eines ankommenden WDM-Signals (WMRi - WMRM) über jeweils eine Schaltmatrix (SMOi - SMOP) zu einem Combiner (COMi - COMP) geführt werden, dass jeder Schaltmatrix (SMOi - SMOP) ausgangsseitig Combiner (COMi - COMp) nachgeschaltet sind, dass durch eine Steuereinrichtung (CONTR) jeder Schaltmatrix (SMOi - SMOM) Steuersignale zugeführt werden, die eine frequenzmäßige Auswahl aus den WM-Teilsignalen (TSn - TSiP; ... ) treffen und die Verzögerung der durchzuschaltenden Datenpakete (DP) bestimmen, wobei die Verzögerungszeiten der Schalt- und Verzögerungsmatrizen (SMOi - SMOp) kontinuierlich so gesteuert werden, dass die Datenpakete (DP) gleicher Wellenlänge in zeitlich aufeinander folgender Reihenfolge angeordnet dem gewünschten Combiner (COMi - C0MP) zugeordnet werden und dass die Combiner (COMi - COMP) die durchgeschalteten Datenpakete (DPT) zu Einzelsignalen gleicher Wellenlänge und zu abgehenden WDM-Signalen (WMTi - WMTP) zusammenfassen.
8. Optisches Koppelfeld für Datenpakete (DP), die über Datenkanäle (Kλli, Kλ2i, Kλ3i, ...) eines
Wellenlängenmultiplex-Systems (WDM-System) übertragen werden, und bei dem ankommende WDM-Signale (WMRi, WMR2, WMR3, ...,WMRM) in Einzelsignale (λli, X2lr λ3i, ...; Xl2, λ22, λ32, ...; λlM, λ2M, λ3M) unterschiedlicher Wellenlänge (λi) aufgeteilt werden, und mittels gesteuerten Verzögerungseinrichtungen ankommende
Datenpakete (DPR) über ein optisches Schaltfeld durchgeschaltet und dann die abgehenden Datenpakete (DPT) unterschiedlicher Wellenlänge zu jeweils einem abgehenden WDM-Signal (WMTi, WMT2, WMT3, ... , WMTp) zusammenfasst werden, dadurch gekennzeichnet, dass eingangsseitig Wellenlängen-Demultiplexer (DMUXi - DMUXM) angeordnet sind, die jeweils ein ankommendes WDM-Signal (WMRi, WMR2, ..., WMRM) wellenlängenmäßig in Einzelsignale (λii - λiM) aufteilen, dass Splitter (SPi - SPM) vorgesehen sind, die jeweils ein
Einzelsignal (λii - λiM) leistungsmäßig in Teilsignale (TSii - TSip) aufspalten, dass Schaltebenen (SMEii - SMEiP) mit jeweils mehreren steuerbaren Schalt- und Verzögerungswegen (Vik) vorgesehen sind, wobei einer Schaltebene (SMEii - SMEip) über Eingangsverbindungen (LRin, ..., LRiMi; ...) jeweils Teilsignale (λii - λiM) der gleichen Wellenlänge (λi) zugeführt werden, dass ausgangsseitig Combiner (COMii - COMiM) angeordnet sind, die jeweils alle Ausgangsverbindungen einer Schaltebene (SMEii - SMEip) zusammenfassen dass eine Steuereinheit (CONTR) vorgesehen ist, die in einer Schaltebene (SMEii, ...) jeweils ein ankommendes Datenpaket (DPR) bestimmter Wellenlänge (λi) über einen der Verzögerungswege (Vik) an eine Ausgangsverbindung (LTin - LTiMi; • • • , LTiMp) durchschaltet, wobei die Verzögerungszeiten der Schalt- und Verzögerungswege (Vik) kontinuierlich derart gesteuert werden, dass die abgehenden Datenpakete (DPT) gleicher Wellenlänge (λi) in zeitlicher aufeinanderfolgender Reihenfolge angeordnet werden, und dass Ausgänge der Combiner (COMii - COMiP) mit Wellenlängen-Multiplexern (MUXi - MUXP) verbunden sind, die Folgen von abgehenden Datenpaketen (DPT) unterschiedlicher Wellenlänge (λi) zu abgehenden WDM-Signalen (WMTi - WMTP) zusammenfassen.
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