JP2012507924A - 共有化された光インターフェースを有する光ブロードキャストバス - Google Patents

Abstract

本発明の種々の実施形態は、光信号のファイイン及びファンアウト用の共有された光インターフェースを有するように構成された光ブロードキャストバスに向けられている。１つの側面では、光ブロードキャストバス(100,200,300)は、複数の光インターフェース(121-123,210,212,216,218,301-303)、該複数の光インターフェースに光学的に結合されたファンインバス(102,202)、及び、該複数の光インターフェースに光学的に結合されたファンアウトバス(104,204)を備える。光インターフェースの各々は、少なくとも１つのノードによって生成された電気信号を光信号に変換するように構成されており、該光信号は、ファンインバスによって受信されてファンアウトバスへと送られ、ファンアウトバスによって複数の光インターフェースに一斉に送信される。光インターフェースの各々はまた、該光信号を電気信号に変換し、該電気信号は、処理のために、電子的に結合された少なくとも１つのノードに送られる。

Description

本発明の実施形態は、コンピュータバスに関連し、特に、光ブロードキャストバスに関連する。

典型的な電子ブロードキャストバスは、ノードを相互接続する信号線の集合から構成される。ノードを、プロセッサ、メモリコントローラ、ブレードシステムのサーバーブレード、マルチコアプロセッシングユニット中のコア、回路基板、外部ネットワーク接続とすることができる。ブロードキャストバス（一斉送信バスまたは同報通信バスともいう）は、ノードが、命令、アドレス及びデータなどのメッセージを計算機システム（またはコンピュータシステム）のノードに一斉送信することを可能にする。バスと電子的に通信する任意のノードは、他のノードから送られてきたメッセージを受信することができる。しかしながら、電子ブロードキャストバスの性能及びスケーラビリティ（拡張性）は、帯域幅、待ち時間、及び電力消費の問題によって制限される。より多くのノードがシステムに追加されるにつれて、帯域幅に影響するアクティビティ（活動）の可能性が高くなり、かつ、より長い相互接続が必要になるが、これらによって待ち時間が長くなる。帯域幅と待ち時間の要件はいずれもより多くのリソースを提供することによって満たされるが、これは電力の増加を招く。特に、電子ブロードキャストバスは、比較的大きくなりがちであり、比較的多くの電力を消費する傾向があり、いくつかの場合における拡張（スケーリング）は、性能を劣化させる。

したがって、待ち時間が短く帯域幅が高いスケーラブルな（すなわち拡張性のある）ブロードキャストバスが必要とされている。

本発明の種々の実施形態は、光信号のファイイン及びファンアウト用の共有された光インターフェースを有するように構成された光ブロードキャストバスに向けられている。１つの側面では、光ブロードキャストバスは、複数の光インターフェース、該複数の光インターフェースに光学的に結合されたファンインバス、及び、該複数の光インターフェースに光学的に結合されたファンアウトバスを備える。光インターフェースの各々は、少なくとも１つのノードによって生成された電気信号を光信号に変換するように構成されており、該光信号は、ファンインバスによって受信されてファンアウトバスへと送られ、ファンアウトバスによって複数の光インターフェースに一斉に送信される。光インターフェースの各々はまた、該光信号を電気信号に変換し、該電気信号は、処理のために、電子的に結合された少なくとも１つのノードに送られる。

本発明の実施形態にしたがって構成された第１の光ブロードキャストバスの略図である。 本発明の実施形態にしたがって構成された第２の光ブロードキャストバスの略図である。 本発明の実施形態にしたがって構成された第３の光ブロードキャストバスの略図である。 各ノードが受信機及び送信機を有するように構成された６個のノードからなるシステムの１例を示す。 本発明の実施形態にしたがって構成された第１の送信機の略図である。 本発明の実施形態にしたがって構成された第２の送信機の略図である。 本発明の実施形態にしたがって構成されたマルチノード送信機を示す。 本発明の実施形態にしたがって構成されたマルチノード送信機を示す。 本発明の実施形態にしたがって構成された第１の受信機の略図である。 本発明の実施形態にしたがって構成された第２の受信機の略図である。 本発明の実施形態にしたがって構成されたマルチノード受信機を示す。 本発明の実施形態にしたがって構成されたマルチノード受信機を示す。

本発明の種々の実施形態は、光信号のファイイン及びファンアウト用の共有された光インターフェースを有するように構成された光ブロードキャストバスに向けられている。光インターフェースの各々は、複数のノードに電子的に結合されている。ノードが情報を一斉送信することを許可されたときには、該ノードは、該情報を電気信号中に符号化して、該電気信号を電子的に結合された光インターフェースに送る。光インターフェースは、該電気信号を受信して該電気信号を光信号に変換する。この光信号は、全ての光インターフェースに配送される。光インターフェースの各々は、該光信号を電気信号に変換して、該電気信号を電子的に結合されたノードに送る。電気信号は、情報を、相対的に高い電圧振幅／相対的に低い電圧振幅、または、相対的に高い電流振幅／相対的に低い電流振幅に符号化することができ、この場合、離散時間領域における相対的に高い振幅はビット「０」を表すことができ、離散時間領域における相対的に低い振幅または０（ゼロ）の振幅はビット「１」を表すことができる。同様に、光信号は、情報を、相対的に高い電磁放射振幅及び相対的に低い電磁放射振幅に符号化することができ、この場合、離散時間領域における相対的に高い振幅はビット「０」を表すことができ、離散時間領域における相対的に低い振幅または０（ゼロ）の振幅はビット「１」を表すことができる。

光インターフェースを有するブロードキャストバス
図１は、本発明の実施形態にしたがって構成された例示的な光ブロードキャストバス１００の略図である。バス１００は、ファンインバス１０２、ファンアウトバス１０４、及び、主制御部１０６を備える。ファインインバス１０２は、ミラー１０８、１１０、及び２つの光タップ（optical tap）１１１、１１２を備える。ファンアウトバス１０４は、ミラー１１４、１１６、及び２つの光タップ１１８、１１９を備える。図１に示すように、バス１００は、３つの光インターフェース１２１〜１２３も備える。光インターフェースの各々は、２つのノード間に配置されており、Ｔ_Ｘで示されている送信機及びＲ_Ｘで示されている受信機を備える。６個のノードは０〜５でラベル付けされている。これらのノードを、プロセッサ、メモリ、メモリコントローラ、ブレードシステムのサーバーブレード、一群のマルチコア処理ユニット、回路基板、外部ネットワーク接続の任意の組み合わせ、または、他の任意のデータ処理装置、記憶装置、送信装置とすることができる。各光インターフェースの送信機Ｔ_Ｘ及び受信機Ｒ_Ｘは、近傍のノードに電子的に結合されている。破線の矢印は、送信機／受信機と近傍のノードと間の電気信号の経路を表している。たとえば、光インターフェース１２１は、ノード０とノード１の間に配置されており、送信機Ｔ_Ｘ１２４と受信機Ｒ_Ｘ１２６を備える。送信機Ｔ_Ｘは、ノード０及び１によって生成された電気信号を、ファンインバス１０２を介して主制御部１０６に送られる光信号に変換する。他方、受信機Ｒ_Ｘ１２６は、主制御部１０６によってファンアウトバス１０４を介して一斉送信された光信号を、ノード０及び１によって処理することが可能な電気信号に変換する。

図１の例において示されている実線の矢印は、光信号がファンインバス１０２及びファンアウトバス１０４の光通信経路にそって伝搬する方向を表している。「光通信経路」という用語は、光相互接続、及び、光を伝送する自由空間を意味する。ファンインバス１０２及びファンアウトバス１０４内の光通信経路を１２ビット幅の通路とすることができる。各通路を、光ファイバー、リッジ導波管、または自由空間で実施することができる。各通路を、空気コア（または空芯）を有する管（チューブ）からなる中空導波管で実施することもできる。中空導波管を形成する構造管（structural tube）は、屈折率が１より大きいかまたは小さい内部コア材料を有することができる。この管を、適切な金属、ガラス、またはプラスチックから構成することができ、金属膜及び誘電体膜を該管の内面に堆積（または被着）させることができる。中空導波管を、コアの内面に裏張りされた（または該内面を覆うようにコーティングされた）高反射性の金属コーティングを有する中空の金属導波管とすることができる。空気コア（または空芯）は、円、楕円、正方形、長方形、または、光を導くのに適切な任意の他の形状である断面形状を有することができる。導波管は中空であるので、光信号は、約１の実効屈折率を有する中空導波管のコアに沿って移動することができる。換言すれば、光は、中空導波管のコアに沿って、空気中または真空中を光の速度で伝搬する。

主制御部１０６は、ミラー１０８から反射されてきた光信号を受信して、該光信号を再生（または複製）し、及び該光信号をミラー１１４に送信することによって該光信号を一斉送信する光−電気−光変換器（すなわち、光信号を電気信号に変換し、電気信号をさらに光信号に変換する変換器）である。主制御部１０６は、ファンインバス１０２を伝送する光信号によって生じる減衰または損失を克服する。主制御部１０６は、光信号を強化することに加えて、光信号のノイズまたは他の望ましくない側面を除去するためにも使用することができる。主制御部１０６によって生成される光パワーの大きさは、ファンアウトバスに取り付けられたノードの数、システム損失、及び、受信機の感度によって決まる。換言すれば、主制御部１０６は、全ての受信機に到達するのに十分な光パワーを有する光信号を生成する。

主制御部１０６はまた、２つ以上のノードがファンインバス１０２を同時に使用することがないようにするアービトレーション（調停）方式を利用することによって衝突を解消するアービターを備えることができる。多くの場合、主制御部１０６によって実行されるアービトレーションは、コンピュータシステムの性能のクリティカルパスにおいて行われる。アービトレーションがなされない場合には、主制御部１０６は、同じ光通信経路上の２つ以上のノードから光信号を受信する場合があるが、その場合は、それらの光信号は結合して、判読できない状態で主制御部１０６に到達する。アービターは、主制御部１０６への光信号の同時送信を防止するために、ノードが、ファンインバス１０２を使用できるようになる前に、ファンインバス１０２を介して一斉送信する許可を必ず与えられなければならないようにする。

他のブロードキャストバスの実施形態では、主制御部１０６を省略して、アービトレーションを、時分割多重方式（「TDM」）を用いて実行することができる。主制御部１０６が省略された場合には、光信号は、ミラー１０８からファンアウトバス１０４のミラー１１４へと直接送られる。TDMアービトレーションでは、アービトレーションは、アービトレーションを巡回させながら実行される。各ラウンド（各回）のアービトレーションは、ブロードキャスティング時間期間（一斉送信用の時間期間）にさらに分割される。各ラウンドのアービトレーション内で、各ノードには、各ノードが一斉送信をすることができるブロードキャスティング時間期間のうちの１つが割り当てられる。たとえば、６個のノード０〜５に対するアービトレーションの１つのTDMラウンドは、６個のブロードキャスティング時間期間を有することができる。各ノードは、これらの６つの時間期間のうちの１つの時間期間内でのみ一斉送信をすることができる。

ノード０〜５によって、ファンインバス１０２及びファンアウトバス１０４を介して一斉送信される光信号を、ヘッダーを含むパケットの形態とすることができる。ヘッダーの各々は、特定のノードを、光信号によって伝送されるデータの宛先として識別する。全ての光インターフェースは、ファンアウトバス１０４を介して光信号を受信する。しかしながら、各パケットのヘッダーは、特定のノードをデータの宛先として識別するので、実際には、ヘッダーによって識別されたノードだけが、光信号中に符号化された情報を受信して処理する。

ファンアウトバスの光タップは、光インターフェース間に概ね均等に光パワー（光出力）を配送するように構成されている。ｎ個の光インターフェースを備えるシステムの場合は、一般に、光タップの各々は、主制御部から各光インターフェースへと出力される光信号の全光パワーの約１／ｎを分岐させるように構成される。ファンインバスの光タップもまた、概ね等しい量（または等しい大きさ）の光パワーが、ファンインバス上の各光インターフェースから主制御部によって受け取られるように構成される。換言すれば、光タップは、主制御部が、各光インターフェースから出力された全光パワーの約１／ｎの光パワーを受け取るように、ファンインバス中に構成される。

光ブロードキャストバスの実施形態は、６個のノードを備える計算機システム（またはコンピュータシステム。以下同じ）に限定されず、該実施形態を、種々のノード及びノード構成を備える計算機システムに一斉送信機能を提供するために拡張または縮小することができる。一般に、ｎ個の光インターフェースを備えるブロードキャストシステムは、ファンインバス中にｎ−１個の光タップを、ファンアウトバス中にｎ−１個の光タップを備える。それらの光タップは図１では、OT_ｍで示されており、下付文字ｍは、１≦ｍ≦ｎ−１という条件を満たす整数である。光タップ１１８及び１１９は、ミラー１１４から反射された光信号の光パワーの１／３が光インターフェース１２１〜１２３の受信機Ｒ_ｘに到達するように構成されており、光タップ１１１及び１１２は、各光インターフェースから出力された全光パワーの１／３がミラー１０８から反射されるように構成される。光タップの反射率及び透過率は以下のように近似できる。光タップは、

にしたがって、光信号パワーの一部を反射し、

にしたがって、光信号パワーの一部を透過する。したがって、一般に、光タップOT_ｍは、主制御部１０６または送信機から光パワーＰの光信号を受信して、光パワーＰＲ_ｍの反射部分及び光パワーＰＴ_ｍの透過部分を出力する。ここで、Ｐ＝ＰＲ_ｍ＋ＰＴ_ｍ＋Ｌ_ｍであり、Ｌ_ｍは、吸収、散乱、または位置合わせ不良に起因する光タップＯＴ_ｍにおける光パワー損失を表す。

図１の例に示すように、ファンインバス１０２で使用される光タップＯＴ_１及びＯＴ_２は、ファンアウトバス１０４で使用される光タップと同じである。しかしながら、ファンインバス１０２の光タップ１１１及び１１２は、概ね等しい量の光パワーが、ファンインバス１０２中の各光インターフェースから主制御部１０６によって受け取られるようにある向きに向けられており、光タップ１１８及び１１９は、主制御部１０６から出力された光信号の光パワーがノード０〜５間に概ね均等に分配されるようにある向きに向けられている。具体的には、上記の反射率Ｒ_ｍ及び透過率Ｔ_ｍによると、光タップＯＴ_１については、Ｒ_１が１／３、Ｔ_１が２／３であり、光タップＯＴ_２については、Ｒ_２が１／２、Ｔ_２が１／２である。図１は、各光インターフェースによって受信される光信号の光パワーがＰ_０／３になるようにするための、ファンアウトバス１０４の光タップＯＴ_１１１８及びＯＴ_２１１９の構成方法及び方向づけ（どの向きを向けるか）のやり方を明らかにしている。ここで、Ｐ_０は、主制御部１０６から出力される光信号のパワーである。図１はまた、主制御部１０６によって受信される光信号の光パワーが約Ｐ’／３になるようにするための、ファンインバス１０２の光タップＯＴ_１１１１及びＯＴ_２１１２の構成方法及び方向づけ（どの向きを向けるか）のやり方を明らかにしている。ここで、Ｐ’は、光インターフェース１２１〜１２３の各々から出力される光信号のパワーである。いくつかの実施形態では、光タップをビームスプリッターとすることができ、他の実施形態では、光タップを可変カプラー（variable coupler）とすることができる。

他の光ブロードキャストバスの実施形態では、上述した光ブロードキャストバス１００で実施されたようにノードの端部に主制御部を配置するのではなく、一斉送信ノードから主制御部へ光信号を送信するのに必要な光パワーの量を低減し、及び、主制御部から全ての光インターフェースに光信号を一斉送信するのに必要な光パワーの量を低減するために、主制御部をノード間に配置することができる。

図２は、本発明の実施形態にしたがって構成された例示的な第２の光ブロードキャストバス２００を示す。バス２００はファンインバス２０２及びファンアウトバス２０４から構成される。主制御部２０６は、ノード０〜７の中間に配置されている。主制御部２０６は、ノード０〜７のどれにファンインバス２０２へのアクセス権を与えるかを制御するアービターを備えることができる。ファンインバス２０２は、光インターフェース２１０及び２１２から出力された光信号を主制御部２０６に導く第１のファンイン部分２０８、及び、光インターフェース２１６及び２１８から出力された光信号を主制御部２０６に導く第２のファンイン部分２１４から構成される。主制御部２０６を、第１のファンイン部分２０８からの光信号と第２のファンイン部分２１４からの光信号を別々に受信するように構成することができる。ファンアウトバス２０４は、主制御部２０６から出力された光信号を光インターフェース２１０及び２１２に一斉送信する第１のファンアウト部分２２０、及び、主制御部２０６から出力された光信号を光インターフェース２１６及び２１８に一斉送信する第２のファンアウト部分２２２から構成される。主制御部２０６は、光インターフェース２１０、２１２、２１６、２１８の１つから出力されて、それぞれ、ファンイン部分２０８またはファンイン部分２１４を介して、それぞれ、光通信経路２２４、２２６に沿って伝送されてきた光信号を受信し、光通信経路２２８、２３０にそれぞれ出力される２つの光信号を同時に生成する。再生されたこれらの光信号は、その後、ファンアウトバス２０４の第１及び第２のファンアウト部分２２０及び２２２を介して、光インターフェース２１０、２１２、２１６、２１８へと同時に一斉送信される。

光ブロードキャストバスの光インターフェースは、２つのノードだけを有する電気通信には限定されない。他の実施形態では、光インターフェースの各々を、３以上のノードに電気通信を提供するように構成することができる。図３は、本発明の実施形態にしたがって構成された例示的な第３の光ブロードキャストバス３００を示す。バス３００は、光インターフェース１２１〜１２３が光インターフェース３０１〜３０３で置き換えられている点を除いてバス１００とほぼ同じである。光インターフェース３０１〜３０３の各々は、４つのノードと電子的に通信するように構成された受信機及び送信機を備える。たとえば、光インターフェース３０１の受信機Ｒ_ｘは、光信号を、ノード０〜３に送られることになる電気信号に変換し、送信機Ｔ_ｘは、ノード０〜３によって別個に生成された電気信号を受信して光信号をＯＴ_１へと出力する。ブロードキャストバス３００の受信機及び送信機を４つのノードと電子的に通信するように構成することによって、ブロードキャストバス３００は、光ブロードキャストバス１００のノードの数の２倍の数のノードに一斉送信能力を提供することが可能である。他の実施形態では、光インターフェースの各々は、異なる数のノードと電子的に通信することができる。

近年、典型的なファンイン及びファンアウト光ブロードキャストバスは、光送信機及び光受信機を備える光トランシーバーを有するように各ノードを構成することによって実施されてきた。しかしながら、各ノードにおける光トランシーバーでファンイン及びファンアウト光ブロードキャストバスを動作させるコストの大部分は、光トランシーバーを動作させる際に消費される電力によって決まる。本発明の光ブロードキャストバスの実施形態は、各ノードが光トランシーバーを有するように構成される典型的な光ブロードキャストバスよりも電力を節約することができる。図４は、例示的な６個のノードを備える計算機システム用の典型的な光ブロードキャストバスを示し、この場合、各ノードは受信機及び送信機を備えるように構成されている。図４に示すように、各ノードは、Ｔ及びＲによってそれぞれ示される送信機及び受信機を備え、ファンインバス４０２及びファンアウトバス４０４はいずれも５つの光タップを備えている。光ブロードキャストのファンイン部分の間、１つのノードだけがファンインバス４０２を介して光信号を送信することが許される。全ての他のノードは、それらが一斉送信を待っている間、スタンバイ消費電力モードにある。しかしながら、かかるスタンバイモードにあるノードは、依然としてファンインバス４０２へと拡散光子（stray photons）をランダムに放出する可能性があり、これは、主制御部１０６においてショットノイズとして検出される可能性がある。これらの拡散光子は、主制御部１０６が一斉送信しているノードによって送られた光信号を受信している間にエラーを引き起こす可能性がある。さらに、スタンバイノードによって放出された拡散光子は、主制御部１０６において受信された光信号の消光比を小さくする。消光比ｒ_ｅは、
ｒ_ｅ＝Ｐ_１／Ｐ_２
によって表される。Ｐ_１は、送信機が「オン」のときに生成される光パワーのレベルであり、Ｐ_２は、送信機が「オフ」のときに生成される光パワーのレベルである。

これとは対照的に、光ブロードキャストバス１００、２００、３００に含まれている送信機及び受信機の数は、多くても１／２であり、これによって、コスト及びショットノイズを低減し、消光比が大きくなる。ブロードキャストバス１００を実施するために使用される光タップの数は、光ブロードキャストバス４００を実施するために使用される光タップの数の１／２より少ない。その結果、３つの全ての光インターフェース１２１〜１２４に光信号を一斉送信する際に消費される光パワーは、これと同じ光信号をブロードキャストシステム４００の６個の全てのノードに一斉送信する際に消費される光パワーの量のおよそ１／２である。

光インターフェースの送信機及び受信機
図１〜３を参照して上述したように、光インターフェースの各々は、送信機及び受信機を備える。送信機の実施形態を図５〜図７を参照して、及び、受信機の実施形態を図８〜図１０を参照して以下で説明する。

図５は、本発明の実施形態にしたがって構成された第１の送信機５００の略図である。送信機５００は、近傍にあるノードＡとＢの間に配置されている。送信機５００は、２つのドライバ（または駆動回路）５０２、５０４、伝送ライン（または伝送線路。以下同じ）５０６、レーザードライバ５０８、及び光源５１０を備える。ドライバ５０２は、ノードＡに電子的に結合され、及び、伝送ライン５０６の第１の端部に電子的に結合されている。ドライバ５０４は、ノードＢに電子的に結合され、及び、伝送ライン５０６の第２の端部に電子的に結合されている。図５に示すように、ドライバ５０２及び５０４は、ノードＡ及びＢによってそれぞれ提供されるイネーブル信号（Enable）によって起動（すなわち作動状態に）される。送信機５００は２つの終端抵抗器５１２、５１４を備える。第１の終端抵抗器５１２は、ドライバ５０２の近くにおいて伝送ライン５０６に電子的に結合されており、第２の終端抵抗器５１４は、ドライバ５０４の近くにおいて伝送ライン５０６に電子的に結合されている。終端抵抗器５１２及び５１４は、ノードＡ及びＢを送信機に接続する伝送ライン５０６の特性インピーダンスと位相整合するように選択されている。したがって、送信機５００を「両側終端送信機」と呼ぶこともできる。送信機５００はまた、伝送ライン５０６及び入力インピーダンスが比較的高いレーザードライバ５０８に電子的に結合されたスタブ５１６を備えている。スタブ５１６を、伝送ライン５０６に隣接して配置された抵抗が比較的小さい電線（ワイヤ）の比較的短い単一の部分（断片）とすることができる。光源５１０を、図１〜図３を参照して上述したように光タップに送られる光を出力するレーザーまたは発光ダイオードとすることができる。

ノードＡ及びＢの各々は、ブロードキャストバス１００を使用する許可が与えられると、送信機５００への排他的アクセス権を受け取る。説明の便宜上、ノードＢがある時間期間だけブロードキャストバス１００へのアクセス権を与えられた場合を想定する。ノードＢは、先ず、ドライバ５０４を起動する（すなわち作動状態にする）ために電気的イネーブル信号を送信するが、ノードＡは、ドライバ５０２にイネーブル信号を送らない。ドライバ５０４は、ノードＢによって生成された、情報が符号化されている電気信号を増幅して、該増幅された電気信号を伝送ライン５０６に出力する。この電気信号は一連の高電圧パルス及び低電圧パルスからなり、相対的に高い振幅電圧はビット「０」を表すことができ、相対的に低い振幅電圧もしくは電圧が「ない」状態（すなわち電圧振幅がゼロ）はビット「１」を表すことができる。伝送ライン５０６に隣接して配置されているスタブ５１６は、伝送ライン５０６からの電気信号の一部を分岐させ（または抜き取り）または除去する。電気信号の分岐させられた部分はレーザードライバ５０８に送られ、該ドライバ５０８は、該電気信号を増幅して光源５１０に送る。光源は、一連の相対的に振幅が高い電磁放射及び相対的に振幅が低い電磁放射からなる光信号を放出する。この場合、相対的に高い振幅はビット「０」を表すことができ、相対的に低い振幅もしくは振幅が「ない」状態（すなわち電圧振幅がゼロ）はビット「１」を表すことができる。放出されたこれらの一連の相対的に振幅が高い電磁放射及び相対的に振幅が低い電磁放射は、伝送ライン５０６によって伝送される電気信号を構成する一連の相対的に振幅が高い電圧及び相対的に振幅が低い電圧に対応する光信号を構成する。スタブ５１６だけが、伝送ライン５０６によって伝送される電気信号の一部を分岐させるので、電気信号の一部は依然として伝送ライン５０６に存在する。終端抵抗器５１２は、伝送ライン５０６に存在している電気信号を移動または除去して、該電気信号がノードＢに向かって反射されるのを防止する。ノードＢが電気信号の送信を終えると、ドライバ５０４に送られていたイネーブル信号は終了する。

図６は、本発明の実施形態にしたがって構成された第２の送信機６００の略図である。送信機６００は、近傍にあるノードＡとノードＢの間に配置されている。送信機６００は、近傍にあるノードＡとＢの間に配置されている。送信機６００は、２つのドライバ６０２、６０４、２組の伝送ライン６０６、６０８、レーザードライバ６１０、及び光源６１２を備える。ドライバ６０２は、ノードＡに電子的に結合され、及び、伝送ライン６０６、６０８の第１の端部に電子的に結合されている。ドライバ６０４は、ノードＢに電子的に結合され、及び、伝送ライン６０６、６０８の第２の端部に電子的に結合されている。図６に示すように、ドライバ６０２及び６０４は、ノードＡ及びＢによってそれぞれ提供されるイネーブル信号（Enable）によって起動（すなわち作動状態に）される。送信機６００は２つの終端抵抗器６１４、６１６を備える。第１の終端抵抗器６１４は、ドライバ６０２の近くにおいて２組の伝送ライン６０６、６０８に電子的に結合されており、第２の終端抵抗器６１６は、ドライバ６０４の近くにおいて２組の伝送ライン６０６、６０８に電子的に結合されている。終端抵抗器６１４及び６１６は、送信機に戻される電気的反射を最小にするために、ノードＡ及びＢを送信機に接続する２組の伝送ライン６０６、６０８の差動モード特性インピーダンスと整合している。ドライバ６０２及び６０４はまた、伝送ライン６０８の第１及び第２の端部に電子的に結合されているインバータ（反転回路）６１８、６２０を備える。インバーターは、入力とは反対のビット値に対応する電圧を出力する。送信機６００はまた、伝送ライン６０６、６０８にそれぞれ電子的に結合された２つのスタブ６２２、６２４を備える。これらのスタブも、入力インピーダンスが比較的高いレーザードライバ６１０に電子的に結合されている。スタブ６２２、６２４を、伝送ライン６０６、６０８にそれぞれ隣接して配置された抵抗が比較的小さい電線（ワイヤ）の比較的短い単一の部分（断片）とすることができる。光源６１２を、図１〜図３を参照して上述したように光タップに送られる光を出力するレーザーまたは発光ダイオードとすることができる。

ノードＡ及びＢの各々は、ブロードキャストバス１００を使用する許可が与えられると、送信機６００への排他的アクセス権を受け取る。説明の便宜上、ノードＡがある時間期間だけブロードキャストバス１００へのアクセス権を与えられた場合を想定する。ノードＡは、先ず、ドライバ６０２を起動する（すなわち作動状態にする）ために電気的イネーブル信号を送信する。ドライバ６０２は、ノードＡによって生成された、情報が符号化されている電気信号を増幅して、該増幅された電気信号を２組の伝送ライン６０６、６０８に出力する。インバータ６１８は、ビット「０」を表す相対的に振幅が高い電圧を、ビット「１」を表す相対的に振幅が低い電圧もしくは振幅がない電圧（すなわち振幅がゼロの電圧）に変え、ビット「１」を表す相対的に振幅が低い電圧もしくは振幅がない電圧（すなわち振幅がゼロの電圧）を、ビット「０」を表す相対的に振幅が高い電圧に変える。２組の伝送ライン６０６、６０８は、インバータ６１８、６２０と結合して相補形ロジック（complementary logic）または差動信号伝送を形成する差動伝送ラインである。差動信号伝送は、２つの別個の伝送ラインを通って送られる２組の相補信号によって情報を電気的に送信する方法である。ドライバ６０２は、２組の伝送ライン６０６、６０８に同じ電気信号を出力する。しかしながら、相対的に振幅が高い電圧が伝送ライン６０６に送られると、インバータ６１８は、相対的に振幅が低い電圧もしくは振幅がない（すなわち振幅がゼロの）電圧を伝送ライン６０８に送る。したがって、２組の伝送ライン６０６、６０８によって伝送される電気信号は相補的である。たとえば、シリアルビットストリーム「１０１０１」を符号化している電気信号を考える。相補電気信号はシリアルビットストリーム「０１０１０」を符号化する。スタブ６２２、６２４は、伝送ライン６０６、６０８からの相補電気信号の一部を分岐させ（または抜き取り）または除去し、該相補電気信号をレーザードライバ６１０に送る。レーザードライバ６１０は、２つの相補電気信号の差を判別して、増幅して、光源６１２に電気信号を送る。該光源は、ノードＡから出力された電気信号中の一連の振幅が高い電圧及び振幅が低い電圧に対応する一連の相対的に振幅が高い電磁放射及び相対的に振幅が低い電磁放射から構成される光信号を生成する。終端抵抗器６１６は、相補電気信号が伝送ライン６０６、６０８上をノードＡへと反射して戻されないようにする。ノードＡが電気信号の送信を終えると、ドライバ６０２に送られていたイネーブル信号は終了する。

図３を参照して説明したように、送信機を、３つ以上のノードと電子的に通信するように構成することができる。これは、送信機５００、６００のドライバ、伝送ライン、スタブ、終端抵抗器といった要素を繰り返し設けることによって達成することができる。図７Ａ及び図７Ｂは、本発明の実施形態にしたがって構成されたマルチノード送信機を示す。図７Ａに示すように、ノードのうちの８個が示されており、ノードの各対は、図５を参照して上述したように構成され及び動作する、２つのドライバ、伝送ライン、及び２つの終端抵抗器に電子的に結合されている。スタブ７０１〜７０４はドライバ７０６に電子的に結合されており、該ドライバ７０６は光源７０８に電子的に結合されている。一度には１つのノードのみが、ドライバ７０６に電気信号を送ることによって一斉送信することが許される。ドライバ７０６は、電気信号を増幅して光源７０８に送り、該光源は、該電気信号と同じ情報を符号化している光信号を生成する。図７Ｂに示すように、ノードのうちの８個が示されており、ノードの各対は、図６を参照して上述したように構成され及び動作する、２つのドライバ、２組の伝送ライン、及び２つの終端抵抗器に電子的に結合されている。スタブ７１１〜７１８はドライバ７２０に電子的に結合されており、該ドライバ７２０は光源７２２に電子的に結合されている。一度には１つのノードのみが、ドライバ７２０に電気信号を送ることによって一斉送信することが許される。ドライバ７２０は、電気信号を増幅して光源７２２に送り、該光源は、該電気信号と同じ情報を符号化している光信号を生成する。

図８は、本発明の実施形態にしたがって構成された第１の受信機８００の略図である。受信機８００は、近傍にあるノードＡとＢの間に配置されている。受信機８００は、３つのドライバ８０１〜８０３、伝送ライン８０６、光検出器８０８、及びスタブ８１０を備える。ドライバ８０１は、ノードＡに電子的に結合されており、及び、伝送ライン８０６の第１の端部に電子的に結合されている。ドライバ８０２は、ノードＢに電子的に結合されており、及び、伝送ライン８０６の第２の端部に電子的に結合されている。ドライバ８０３は、スタブ８１０及び光検出器８０８に電子的に結合されている。受信機８００は、２つの終端抵抗器８１２、８１４を備える。第１の終端抵抗器８１２は、ドライバ８０１の近くにおいて伝送ライン８０６に電子的に結合されており、第２の終端抵抗器８１４は、ドライバ８０２の近くにおいて伝送ライン８０６に電子的に結合されている。終端抵抗器８１２、８１４は、信号がノードＡまたはＢへと反射して戻されないようにするために、ノードＡ及びＢを受信機に接続する伝送ライン８０６の特性インピーダンスに整合するように選択されている。したがって、受信機８００を「両側終端受信機」と呼ぶこともできる。ドライバ８０１、８０２はまた、それぞれ、ノードＡ及びＢに通じる２つの出力のうちの一方にインバータ８１６、８１８を備える。光検出器８０８は、図１〜図３を参照して上述したように、光タップから送られてきた光信号を受信するように配置されている。光検出器８０８を、フォトダイオード、または、フォトトランジスタ、または、光信号を電気信号に変換するための他の任意の適切な装置（またはデバイス）とすることができる。

図１を参照して上述したように、光検出器８０８は、光タップまたはミラーから光信号を受信して、該光信号をドライバ８０３に送られることになる電気信号に変換する。ドライバ８０３は該電気信号を増幅してスタブ８１０に送り、該スタブ８１０は、該電気信号を伝送ライン８０６に送り出す。該電気信号は、２つのドライバ８０１、８０２に同時に送られ、これらのドライバは、それぞれ、該電気信号を増幅してノードＡ及びＢに送る。インバーター８１６及び８１８は、ノードＡ及びＢに送られる２つの電気信号の一方を反転することによって相補ロジックを提供する。終端抵抗器８１２、８１４は、残りの電気信号が伝送ライン８０６上を反射して戻されないようにする。情報がノードＡ及びＢに一斉送信されると、ノードＡ及びＢは、別個に、電気信号中に符号化されている情報の処理を開始することができる。

図９は、本発明の実施形態にしたがって構成された第２の受信機９００の略図である。受信機９００は、近傍にあるノードＡとＢの間に配置されている。受信機９００は、３つのドライバ９０１〜９０３、２組の伝送ライン９０４、９０６、光検出器９０８、及び２つのスタブ９１０、９１２を備える。図９に示すように、ドライバ９０１は、ノードＡに電子的に結合され、及び、伝送ライン９０４、９０６の第１の端部に電子的に結合されている。ドライバ９０２は、ノードＢに電子的に結合され、及び、伝送ライン９０４、９０６の第２の端部に電子的に結合されている。ドライバ９０３は、スタブ９１０、９１２及び光検出器９０８に電子的に結合されている。受信機９００は、２つの終端抵抗器９１４、９１６を備える。第１の終端抵抗器９１４は、ドライバ９０１の近くにおいて２組の伝送ライン９０４、９０６に電子的に結合され、第２の終端抵抗器９１６は、ドライバ９０２の近くにおいて２組の伝送ライン９０４、９０６に電子的に結合されている。終端抵抗器９１４及び９１６は、ノードＡ及びＢを受信機に接続する２組の伝送ライン９０４、９０６の差動モード特性インピーダンスと整合している。ドライバ９０１及び９０２はまた、伝送ライン９０６の第１及び第２の端部に電子的に結合されているインバータ（反転回路）９１８、９２０を備える。図６を参照して上述したように、２組の伝送ライン９０４、９０６は、インバータ９１８及び９２０と結合して差動信号伝送を形成する差動伝送ラインである。ドライバ９０１〜９０３はまた、２つの出力信号ラインの一方にインバーター（反転回路）９２２〜９２４を備える。光検出器９０８は、図１〜図３を参照して上述したように、光タップから送られてきた光信号を受信するように配置されており、該光検出器を、フォトダイオード、または、フォトトランジスタ、または、光信号を電気信号に変換するための他の任意の適切な装置（またはデバイス）とすることができる。

光検出器９０８は、光タップまたはミラーから光信号を受信し、該光信号を、ドライバ９０３に送られることになる電気信号に変換する。ドライバ９０３は、該電気信号を増幅して、増幅した電気信号をスタブ９１０に送ると共に、該電気信号の相補バージョンをスタブ９１２に送る。スタブ９１２は、電気信号の該相補バージョンを伝送ライン９０６に送り出し、スタブ９１０は、変更されていない、すなわち、本来の電気信号を伝送ライン９０４に送り出す。インバーター９１８及び９２０は、電気信号の該相補バージョンを本来の電気信号に変換して戻し、ドライバ９０１及び９０２は、該電気信号を入力として受信する。ドライバ９０１及び９０２のインバーター９２３及び９２４は、それぞれ、該電気信号の一方を反転させて、ノードＡ及びＢの両方が相補電気信号を受信するようにする。ノードＡ及びＢは、該電気信号と該電気信号の相補バージョンとの差を判別することによって該電気信号を解釈する。ノードＡ及びＢは、別個に、電気信号中に符号化されている情報の処理を開始する。

図３を参照して上述したように、受信機を、３つ以上のノードと電子的に通信するように構成することができる。これは、受信機８００、９００のドライバ、伝送ライン、スタブ、終端抵抗器といった要素を繰り返し設けることによって達成することができる。図１０Ａ及び図１０Ｂは、本発明の実施形態にしたがって光信号を受信するように構成されたマルチノード受信機を示す。図１０Ａに示すように、ノードのうちの８個が示されており、ノードの各対は、図８を参照して上述したように構成され及び動作する、２つのドライバ、伝送ライン、及び２つの終端抵抗器に電子的に結合されている。スタブ１００１〜１００４はドライバ１００６に電子的に結合されており、該ドライバ１００６は光検出器１００８に電子的に結合されている。光信号が光検出器１００８で検出されると、電気信号がドライバ１００６に送られ、該ドライバ１００６は、該電気信号を増幅してスタブ１００１〜１００４に送る。それらの電気信号は、図８を参照して上述したようにノードの各対に送られる。図１０Ｂに示すように、ノードのうちの８個が示されており、ノードの各対は、図９を参照した上述したように構成され及び動作する、２つのドライバ、２組の伝送ライン、及び、２つの終端抵抗器に電子的に結合されている。スタブ１０１０〜１０１７はドライバ１０２０に電子的に結合されており、該ドライバ１０２０は光検出器１０２２に電子的に結合されている。光信号が光検出器１０２２で検出されると、電気信号がドライバ１０２０に送られ、該ドライバ１０２０は、相補電気信号を増幅してスタブ１０１０〜１０１７に送る。これらの電気信号は、図９を参照して上述したように、ノードの各対に送られる。

いくつかの実施形態では、データパケットの形態の情報を一斉送信し及び受信するようにノードを構成することができる。一般に、各パケットは、電気信号中に符号化され、宛先ノードのうちの１つを特定するヘッダーを含んでいる。異なるノードのヘッダーを有する電気信号を受信したノードは、該電気信号を破棄し、そうでない電気信号を受信したノードは該電気信号を処理する。たとえば、電気信号がノードＡを特定しているがノードＢを特定していないヘッダーを含んでいる場合には、ノードＢは該電気信号を受信して破棄するが、ノードＡは該電気信号を処理する。他の実施形態では、アービトレーション（調停）を使用して、どのノードが一斉送信された情報を受信するかを決定することができる。たとえば、ノードＡは一斉送信された情報を受信することを許可されているがノードＢは許可されていないときには、ノードＡは該電気信号を処理するが、ノードＢは該電気信号を破棄する。

以上の記述は、説明のためのものであって、本発明を完全に理解できるようにするために特定の用語を用いた。しかしながら、本発明を実施するために特定の細部は必要ではないことは当業者には明らかであろう。本発明の特定の実施形態についての上記記述は、例示及び説明のために提示されたものである。それらは、本発明を網羅することも、本発明を開示した形態そのものに限定することも意図していない。上記の教示に照らして多くの変更及び変形が可能であることは明らかである。上記実施形態は、本発明の原理及び本発明の実用的応用を最も良く説明し、これによって、当業者が、意図する特定の用途に適するように種々の変更を加えつつ本発明及び種々の実施形態を最良に利用できるようにするために図示し及び説明された。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びその等価物によって画定されることが意図されている。

Claims (15)

1. 光ブロードキャストバス（１００、２００、３００）であって、
   各々の光インターフェースが少なくとも１つのノードに電子的に結合された複数の光インターフェース（１２１−１２３、２１０、２１２、２１６、２１８、３０１−３０３）と、
   前記複数の光インターフェースに光学的に結合されたファンインバス（１０２、２０２）と、
   前記複数の光インターフェースに光学的に結合されたファンアウトバス（１０４、２０４）
   を備え、
   各光インターフェースは、前記少なくとも１つのノードによって生成された電気信号を光信号に変換するように構成され、該光信号は、前記ファンインバスによって受信されて前記ファンアウトバスへと送られ、前記ファンアウトバスによって前記複数の光インターフェースへと一斉に送信され、
   各光インターフェースは前記光信号を電気信号に変換し、該電気信号は、処理のために、前記電子的に結合された少なくとも１つのノードに送られることからなる、光ブロードキャストバス。
2. 光インターフェースの各々が、前記光信号を、前記電子的に結合された少なくとも１つのノードによって処理可能な電気信号に変換するように構成された受信機（１２３）をさらに備える、請求項１のバス。
3. 光インターフェースの各々が、前記電子的に結合された少なくとも１つのノードによって生成された電気信号を光信号に変換するように構成された送信機（１２４）をさらに備える、請求項１のバス。
4. 光−電気−光変換器として動作するように構成された主制御部（１０６、２０６）をさらに備える請求項１のバスであって、該変換器は、前記ファンインバスから光信号を受信して、該光信号を再生し、その後、該再生された光信号をファンアウトバスに送ることからなる、バス。
5. 前記主制御部は、前記少なくとも１つのノードのうちのどのノードが、光ブロードキャストバスを介する一斉送信をするための許可を有するかを決定するためのアービトレーション機能をさらに備える、請求項４のバス。
6. 前記ファンインバス及びファンアウトバスがさらに、
   複数の光通信経路と、
   各光インターフェースから出力された光信号を、いくつかの光通信経路を介して前記ファンアウトバスに送るように構成され、かつ、方向づけされた第１の組の光タップ（１１１、１１２）と、
   前記光信号の一部を前記光インターフェースの各々に配信するように構成され、かつ、方向づけられた第２の組の光タップ（１１８、１１９）
   を備えることからなる、請求項１のバス。
7. 前記光通信経路がさらに、前記光信号が伝搬する中空導波管を備える、請求項６のバス。
8. 前記光タップがさらにビームスプリッターを備える、請求項６のバス。
9. 前記ファンインバスが、前記ファンアウトバスに、前記複数の光インターフェースからの光信号をほぼ同じ光パワーで送るように構成される、請求項１のバス。
10. 前記ファンアウトバスが、前記光インターフェースの各々に、光信号をほぼ同じ光パワーで配信するように構成される、請求項１のバス。
11. 光信号送信機であって、
    あるノードに第１の端部において電子的に結合され、かつ、前記ノードによって生成された電気信号を受信するように構成された伝送ライン（５０６、６０６、６０８）と、
    前記伝送ラインに隣接して配置されて、前記伝送ラインによって伝送されてきた電気信号の一部を抜き取るように構成されたスタブ（５１６、６２２、６２４）と、
    前記スタブに電子的に結合され、かつ、前記電気信号を光信号に変換するように構成された光源（５１０、６１２、７０８）と、
    第２の端部において前記伝送ラインに電子的に結合されて、前記電気信号が前記伝送ラインに沿って前記ノードに向かって反射されるの防止するように構成された終端抵抗器（５１２、５１４、６１４、６１６）
    を備える光信号送信機。
12. 前記伝送ラインの第１の端部と前記ノードの間に配置されて、前記ノードによって生成された電気信号を増幅するように構成された第１のドライバ（５０２、５０４、６０２、６０４）と、
    前記スタブと前記光源の間に配置されて、前記スタブによって抜き取られた電気信号を増幅するように構成された第２のドライバ（５０８、６１０、７０６）
    をさらに備える、請求項１１の送信機。
13. 光信号受信機であって、
    光信号を受信して電気信号に変換するように構成された光検出器（８０８、９０８）と、
    前記光検出器から電気信号を受信するように構成されたスタブ（８１０、９１０、９１２）と、
    前記スタブに電子的に結合された伝送ライン（８０６、９０４、９０６）であって、前記電気信号を取り出して、第１の端部において前記伝送ラインに電子的に結合されたノードに送るように構成された伝送ラインと、
    第２の端部において前記伝送ラインに電子的に結合されて、前記電気信号が、前記伝送ラインに沿って前記ノードに向かって反射するのを防止するように構成された終端抵抗器（８１２、８１４、９１４、９１６）
    を備える光信号受信機。
14. 前記伝送ラインの第１の端部と前記ノードの間に配置されて、前記伝送ラインによって伝送されてきた電気信号を増幅するように構成された第１のドライバ（８０１、８０２、９０１、９０２）と、
    前記スタブと前記光検出器の間に配置されて、前記光検出器によって生成された電気信号を増幅するように構成された第２のドライバ（８０３、９０３）
    をさらに備える、請求項１３の受信機。
15. 前記光検出器がさらに、
    フォトダイオードと、
    フォトトランジスタと、
    光信号を電気信号に変換するための他の任意の装置
    のうちの１つから構成される、請求項１３の受信機。
    

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