JP5331706B2 - 飛行機の座席用のスイッチド光ファイバ・ネットワーク - Google Patents

Description

本発明は、飛行機の座席用のスイッチド光ファイバ・ネットワークに関する。本発明の目的は、特に、そのスイッチング素子のうちの１つに障害が発生した場合にそのようなネットワークを保護することである。

一般に、飛行機では、娯楽プログラム（音楽、映画、ビデオ・ゲームなど）の放送のため、ならびに安全上のメッセージ（シートベルトの装着、電子デバイスの使用など）の伝送のため、各座席にスクリーン（画面）が組み込まれている。これらのスクリーンは、ネットワーク内で中央コンピュータまたはサーバに接続される。

次のように、図１は、座席３．１〜３．Ｎのスクリーン２．１〜２．Ｎがサーバ４に接続された従来技術のネットワーク１を示す。これらのスクリーン２．１〜２．Ｎは、ネットワーク・スイッチ４．１〜４．３またはスイッチを介してサーバ４に接続される。これらのスイッチ４．１〜４．３は、スイッチのポートのうちの１つで受け取った情報を所期のスクリーンへ伝送する。スイッチ４．１〜４．３とサーバ４との間のリンクを確保するケーブル５は銅ケーブルであり、その内部を、一般にイーサネット・バスの規格である信号が循環する。

このタイプのネットワークには、銅が高密度の金属であるため、重いという欠点がある。１つの解決策は、銅を、密度が３．３分の１であるアルミニウムに置き換えることからなる。しかし、アルミニウムは、少なくとも断面の小さいケーブルには、あまり広く使用されていないため、コネクタへの接続の点から、ならびに接触品質および腐食の危険性の点から、難点がある。

さらに、このタイプのネットワークは、比較的強力な電磁界を発生するから、飛行機の機器から寄生する干渉と同じく、近傍の電子機器との干渉を防止するために多くの予防策を取ることが必要になる。

さらに、ネットワーク・スイッチ４．１〜４．３は電源を必要とするので、障害の危険性を完全になくすことはできない。ここで、スイッチ４．１〜４．３のうちの１つに障害が発生した場合、スクリーン２．１〜２．Ｎのうちのその下流に位置する座席のスクリーンがすべて動作不能になる。乗客の娯楽プログラムが奪われるだけでなく、より重要なことには、かなりの数の座席で、安全上の指示を表示することができなくなる。

銅ケーブル５を光ファイバ・ケーブル９に置き換えた場合、図２に示すように、完全に受動的な光結合器１０．１〜１０．３を各座席に使用することが可能になるので、前述の欠点はなくなる。

これらの光結合器１０．１〜１０．３は、以前のスイッチに取って代わる。これらの光結合器１０．１〜１０．３は、障害の可能性のあるいかなる構成要素も含まず、またいかなる電源も必要としない分光器である。ファイバの重量はそれ自体、無視できるほどであり、光ビームは、寄生を発生させないだけでなく、電磁界の干渉も受けない。

そのようなネットワークは、ＰＯＮネットワーク(Passive Optical Network）と呼ばれる。このネットワークでは、電気信号を光信号へ変換しかつ逆も同様に変換するための送受信器１１．１〜１１．３および１２が、通信要素（スクリーンまたはサーバ）と結合器との間に位置決めされる。

しかし、各結合器１０．１〜１０．３は、信号の減衰をもたらし、これにより、単一のファイバに接続される座席の数を制限する。実際には、受動光ネットワークは、１３個以上の座席に対応することはほとんどできず、そのため、光ファイバの数を増大させるか、または結合器１２個ごとに光信号を再増幅するかのどちらかが必要になり、この場合もまた、イーサネット・バスの障害が銅ケーブルに影響を及ぼす危険性がある。

本発明は、光ネットワークのこれらの前述の欠点を克服することを提案する。

この目的で、本発明では、簡単な結合器が、可動マイクロミラーを備えるＭＥＭＳ（Micro Electro-Mechanical Systems，微小電子機械システム）タイプの能動光スイッチに置き換えられる。したがってスイッチは、光ファイバ内を循環する光信号を２つの方向に向けることができる。一方は、制御がない場合に安定であり（非アクティブ位置）、他方は、一時的であり、スイッチに電圧が印加されたときにのみ得られる。

一時的な位置では、スイッチは、光ビームをスクリーン（画面）へ伝達しかつ光ファイバ内の光ビームを再増幅し、一方非アクティブ位置では、スイッチは、この光ビームを直接次の座席へ伝達する。

前述の簡単な結合器とは異なり、このスイッチは能動デバイスである。しかし、制御電子機器の障害の場合または電源の停電の場合、スイッチはもちろん非アクティブ位置に戻るので、このスイッチは「能動安全装置」と呼ばれる。

したがって、動作不良の場合に、下流の座席が引き続き安全上の指示および娯楽プログラムを受け取るだけでなく、局所的な再増幅のため、対応できる座席の数は、理論的上制限されない。

したがって、本発明による光ネットワークは、新しい収容人数の多い飛行機に適している。

したがって、本発明は、光ファイバを介して互いに接続されたスクリーンを備え、信号光がこの光ファイバ内をこれらのスクリーンまで循環する、飛行機の座席用のスイッチド光ファイバ・ネットワークであって、
− このネットワークが、光ファイバ上で互いに直列に接続された上流スイッチ・ボックスと下流スイッチ・ボックスとをさらに備え、上流スイッチ・ボックスが下流スイッチ・ボックスの上流に位置決めされ、
− 少なくとも１つのスクリーンが各スイッチ・ボックスに接続される、ネットワークにおいて、
− 上流スイッチ・ボックスが、前記上流ボックスが通電していないときは光信号を下流ボックスへ進ませる手段を備え、
− 上流スイッチ・ボックスが、この上流ボックスが接続されたスクリーンの方へ光信号を偏向させる手段と、前記上流ボックスが通電しているときは光信号を増幅しかつその光信号を下流スイッチ・ボックスへ送る手段とを備える
ことを特徴とする、ネットワークに関する。

一実施形態では、上流スイッチ・ボックスは光スイッチを備え、この光スイッチは、１つの固定ミラーと軸の周りを回転する２つの可動ミラーとを備える。これらのミラーは、スイッチが通電していないときは、光信号を下流スイッチ・ボックスへ反射するような形で位置決めされ、したがってこのスイッチは、非アクティブ位置になる。これらのミラーは、光スイッチが通電しているときは、光信号をスクリーンおよび下流スイッチへ反射するような形で位置決めされ、したがってこの光スイッチは、アクティブ位置になる。

一実施形態では、光スイッチの各可動ミラーは、第１および第２の制御電極を備える。第１の電極は、可動ミラーの一方の端部に位置決めされ、第２の電極は、スイッチの固定部分に位置決めされる。光スイッチは、２つの電極が通電していないときは非アクティブ位置になり、２つの電極が通電しているときはアクティブ位置になる。

一実施形態では、上流スイッチ・ボックスは、スクリーンと上流ボックスの光スイッチとの間に位置決めされた送受信器をさらに備える。この送受信器は確実に、光ファイバを介して送られた光信号をスクリーンへ送られる電気信号に変換し、その逆も同様であり、ならびに下流スイッチ・ボックスへ送られる光信号を増幅する。

一実施形態では、イーサネット（登録商標）・タイプのネットワーク・スイッチが、スイッチ・ボックスの光スイッチとその光スイッチが接続されたスクリーンとの間に接続され、他のスクリーンは、このネットワーク・スイッチに接続される。

一実施形態では、サーバが、光ファイバを介してスクリーンに接続され、このサーバが、指示データなどのデータをネットワークのスクリーンへ送る。

一実施形態では、光ファイバは双方向性である。

本発明は、以下の説明および添付の図から、よりよく理解されるであろう。これらは、例示として与えられ、本発明を限定するものではない。

現況技術による銅ケーブルを備えるネットワークを表す概略図である（前述）。 現況技術による光ファイバ・ネットワークを表す概略図である（前述）。 本発明によるスイッチド光ファイバ・ネットワークを表す概略図である。 本発明による光スイッチを動作位置で表す概略図である。 本発明による光スイッチを動作位置で表す概略図である。 本発明によるマイクロミラーおよびスイッチの電極を表す概略図である。 本発明による光ファイバ・ネットワークの一変形形態を表す概略図である。 光スイッチをその電源に接続するスイッチング・デバイスをそれぞれ閉じた状態および開いた状態で表す概略図である。 光スイッチをその電源に接続するスイッチング・デバイスをそれぞれ閉じた状態および開いた状態で表す概略図である。 ネットワークが光スイッチを確実に制御していることを監視するためのモジュールを備えるネットワーク・アーキテクチャを表す概略図である。

図において、同一の構成要素には、同じ参照数字が付されている。

図３は、飛行機の座席３．１〜３．Ｎ用のスイッチド光ファイバ・ネットワーク１を示す。このネットワーク１は、光ファイバ９を介して互いに接続されかつサーバ４に接続されたスクリーン２．１〜２．Ｎを備える。これらのスクリーン２．１〜２．Ｎはそれぞれ、イーサネット・タイプのネットワーク上でのデータの交換を可能にするネットワーク・カードを装備するコンピュータ（図示せず）を備える。

これらのスクリーン２．１〜２．Ｎは、互いに直列に接続されたスイッチ・ボックス１３．１〜１３．Ｎを介して光ファイバ９に接続される。各スイッチ・ボックス１３．１〜１３．Ｎは、光スイッチ１４．１〜１４．Ｎと、２つの送受信器１５．１〜１５．Ｎおよび１６．１〜１６．Ｎとを備え、それらの送受信機それぞれは、一方で光スイッチ１４．１〜１４．Ｎに接続され、他方でスクリーン２．１〜２．Ｎに接続されている。サーバ４には、送受信器１２が設けられ、その送受信機は、一方で当該サーバ４に接続され、他方で光ファイバに接続される。

送受信器１２および１５．１〜１５．Ｎは、電気信号を、イーサネット規格の下で、たとえば光信号に変換し、その逆も同様である。これらの送受信器は双方向性であり、したがって、光ファイバ９から信号を受け取ってこれらの信号をスクリーン２．１〜２．Ｎもしくはサーバ４へ送り、またはこれらのスクリーン２．１〜２．Ｎもしくはサーバ４からデータを受け取って光ファイバ９を介してこのデータを送る。

図示のスイッチ１４．１、１４．３、および１４．Ｎなど、スイッチがアクティブ位置にあるとき、サーバ４から送られる情報は、送受信器１２、および１５．１〜１５．Ｎを介して乗客のスクリーンに到達する。再増幅後、光信号は再び光ファイバ区間へ出て、次のスクリーンで終了する。スイッチは、電力を供給されるとアクティブ位置になる。

そうでなくて、図示のスイッチ１４．２など、スイッチのうちの１つがアクティブでない場合、スイッチは非アクティブ位置になり、光信号は直接次の座席へ進む。この非アクティブ位置は、光スイッチに電力が供給されるときに見られるスイッチのデフォルト位置である。

より詳細には、サーバ４が、異なるスクリーン上に表示すべき安全上の情報を送るとき、この情報に関する電気信号１８が、送受信器１２へ送られる。この送受信器１２は、電気信号１８を光信号１９に変換し、光信号１９は、光ファイバ区間９．１を介して光スイッチ１４．１へ送られる。

アクティブ位置にあるこのスイッチ１４．１は、信号１９を送受信器１５．１の方へ偏向させ、送受信器１５．１は、信号１９を電気信号２０に変換する。次いでこの電気信号２０は、スクリーン２．１へ送られ、スクリーン２．１は、この信号に関連する安全上のデータを表示する。

信号２０はまた、送受信器１６．１へ送られ、送受信器１６．１は、信号２０を、内容は信号１９と同一である光信号２１に変換する。この信号２１は、区間９．１の光ファイバおよびスイッチ１４．１によって生じた減衰を補償するために、送受信器１６．１によって増幅された。

次いでこの信号２１は、光スイッチ１４．１へ送られ、光スイッチ１４．１は信号２１を、光ファイバ区間９．２を介して、スイッチ１４．１に対して下流に位置決めされた光スイッチ１４．２の方へ偏向させる。

非アクティブ位置にある（動作不良で電力が供給されなくなったため）この光スイッチ１４．２は、光信号２１をスクリーン２．２の方へ偏向させない。次いで信号２１は、光ファイバ区間９．３を介して直接スイッチ１４．３へ送られる。

次いでこのスイッチ１４．３は、この信号２１をスクリーン２．３へ送り、かつ信号２１に対して増幅された光信号２２を再び送る。次いで信号２２は、ファイバ区間９．Ｎを介してスイッチ１４．Ｎへ送られる。同じくアクティブ位置にあるこのスイッチ１４．Ｎは、信号２２をスクリーン２．Ｎへ送りかつ信号２２を再増幅し、以下同様である。

したがって、スイッチ１４．２など、ネットワークのいくつかのスイッチが正しく動作していない場合でも、サーバ４から送られる情報信号を、良好な動作条件にある光スイッチに関連するすべてのスクリーン２．１、２．３、２．Ｎへ送ることができる。

図４ａおよび図４ｂに示すように、各光スイッチ１４．１〜１４．Ｎは、固定ミラー２５、ならびに紙面に垂直な軸２６．１および２７．１の周りを回転するそれぞれ第１の可動ミラー２６および第２の可動ミラー２７を備える。固定ミラー２５は、可動ミラー２６、２７間に位置決めされる。

図４ａに示す非アクティブ位置（スイッチ１４．２の位置）では、第１の可動ミラー２６は、ファイバから送られる光信号２１を固定ミラー２５へ反射するような角度ａを有する。この固定ミラー２５は、この可動ミラーから送られる信号を第２の可動ミラー２７へ反射する。この第２の可動ミラー２７は、固定ミラー２５から送られる信号を別のスイッチへ反射するような角度ｂを有する。

図４ｂに示すアクティブ位置（特にスイッチ１４．１の位置）では、第１のミラー２６は、ファイバから送られる光信号をスクリーンへ反射するような角度ａ’を有し、一方第２の可動ミラー２７は、スクリーンから送られる信号２１を別のスイッチへ反射するような角度ｂ’を有する。

非アクティブ位置からアクティブ位置へ確実に移動するために、各可動ミラー２６、２７は、図４ｃに示すように、第１の制御電極３１と第２の制御電極３２とを備える。第１の電極３１は、可動ミラー２６、２７の端部に位置決めされ、第２の電極３２は、スイッチの固定部分３３に位置決めされる。

電極３１、３２に電力が供給されないとき、２つの電極は、たとえば回転軸に位置決めされたばねによって加えられる機械力によって互いに隔置され、したがってミラー２６、２７は、水平面でそれぞれ角度ａおよびｂを形成する。このときスイッチは、非アクティブ位置（実線の位置）になる。

電極３１、３２に電力が供給されるとき、電極３１、３２は互いに引き付け合い、したがってミラー２６、２７は、回転し支持体３３に近づく。次いでミラー２６、２７は、水平面でそれぞれ角度ａ’およびｂ’を形成する。このときこのスイッチは、アクティブ位置（点線の位置）になる。

電極３１、３２に電力が供給されなくなると直ちに、機械力によりミラーが支持体から離れ、したがってスイッチはもちろん、非アクティブ位置に戻る。

一変形形態として、ミラー２６、２７は、反発力を用いて非アクティブ位置からアクティブ位置へ移動する。

一変形形態として、ミラー２６、２７の回転は、モータを用いて制御される。

一変形形態として、電極に電力を供給することで、可撓性材料に取り付けられたミラー２６、２７がねじれる。

図５は、各座席３．１〜３．Ｎが複数の座席を備え、したがって複数のスクリーン２．１〜２．Ｎを備える本発明の一変形形態を示す。言い換えれば、この場合、搭載されているネットワークは、１つの座席だけではなく、図示のように１列の２つ、３つ、または４つの座席に対応する。

したがって、図３と比較すると、ネットワークから送られる信号を同じ列の座席のすべてのスクリーン２．１〜２．Ｎへ導くように、イーサネット・タイプのネットワーク・スイッチ３３．１〜３３．Ｎ、またはスイッチが、各ノードに追加される。

この目的で、各スイッチ３３．１〜３３．Ｎは、一方ではボックスの送受信器１５．１および１６．１に接続され、他方では１列の座席のスクリーン２．１〜２．Ｎに接続される。

この構成では、障害がすべての乗客に及ばない限り、１列の４つの座席の娯楽プログラムが奪われる可能性があるものとする。安全上の指示については、障害が発生したデバイスにはアクセスできないままであるが、非常に局所的な形である。このとき乗務員は、乗客の注意を、中央の通路に配置された光パネルへ向けることができる。

一変形形態として、光ファイバの数が増大され、したがって、２組（以上）の座席３７．１および３７．２を、別個の光ファイバ９および３５を介してサーバ４へ接続することが可能になる。組３７．２の座席（図示せず）は、前述の組３７．１の座席３．１〜３．Ｎと同様に、互いに接続されかつサーバ４に接続される。

図６（ａ、ｂ）は、オール・オア・ナッシングの標準的な条件下で動作するトランジスタまたは任意の他の同等のスイッチング・デバイスなどの回路遮断器３９を介して電源３８に接続された光スイッチ１４．１を示す。

図６ａに示すように回路遮断器３９が閉じているとき、光スイッチ１４．１には電力が供給され、したがって光スイッチ１４．１は、アクティブ状態になり、光スイッチ１４．１が関連するネットワーク・スイッチ３３．１へデータを確実に送り、一方図６ｂに示すように回路遮断器３９が開いているとき、光スイッチ１４．１には電力が供給されず、したがって光スイッチ１４．１は、非アクティブ状態になり、光スイッチ１４．１に接続されたスクリーン２．１を分離するために、ネットワークから受け取った信号を、光スイッチ１４．１が関連するネットワーク・スイッチ３３．１へ送らず、直接次の光スイッチ１４．２へ送る。

さらに、図７に示すように、回路遮断器３９の開閉を制御する監視モジュール４０．１が、各ネットワーク・スイッチ３３．１〜３３．Ｎに関連し、この監視モジュール４０．１は、ネットワークを通るデータの一貫性（コヒーレンス）を監視する機能を有する。この監視モジュール４０．１は、例えば、マイクロコントローラの形をとることができる。

この目的で、監視モジュール４０．１が、許容できる誤り閾値（パラメータ化可能）に到達したことを検出すると直ちに（言い換えれば、ネットワークの動作不良を検出すると直ちに）、前記監視モジュール４０．１は、スイッチ１４を非アクティブ位置にするために、回路遮断器３９を開くように制御する。

他方では、許容できる誤り閾値に到達していないとき（言い換えれば、ネットワークが正しく機能しているとき）は、前記制御モジュール４０．１は、スイッチ１４をアクティブ位置にするために、回路遮断器３９を閉じるように制御する。

監視モジュール４０．１によって監視されるパラメータは、たとえば、各スクリーン２．１〜２．Ｎから送られる応答信号の数（このパラメータにより、ネットワークの輻輳を測定することが可能になる）、または各スクリーン２．１〜２．Ｎから送られるフレームのうち優先順位の高いフレームと置き換えられたフレームの数とすることができる。これらの異なるパラメータに関連する閾値は、異なってもよく、またパラメータ化することができる。

１ スイッチド光ファイバ・ネットワーク； ２．１〜２．Ｎ スクリーン；
３．１〜３．Ｎ 座席； ４ サーバ； ９ 光ファイバ；
９．１、９．２、・・・光ファイバ区間；
１３．１〜１３．Ｎ； スイッチ・ボックス； 光スイッチ１４．１〜１４．Ｎ；
１５．１〜１５．Ｎ、 １６．１〜１６．Ｎ 送受信器；
１８ 電気信号； １９ 光信号。

Claims (7)

1. 光ファイバ（９）を介して互いに接続されたスクリーン（２．１〜２．Ｎ）を備え、光信号がこの光ファイバ（９）内をこれらのスクリーン（２．１〜２．Ｎ）まで循環する、飛行機の座席（３．１〜３．Ｎ）用のスイッチド光ファイバ・ネットワーク（１）であって、
   − このネットワーク（１）が、前記光ファイバ（９）上で互いに直列に接続された上流スイッチ・ボックス（１３．１）と下流スイッチ・ボックス（１３．２）とをさらに備え、前記上流スイッチ・ボックス（１３．１）が前記下流スイッチ・ボックス（１３．２）の上流に位置決めされ、
   − 少なくとも１つのスクリーンが各スイッチ・ボックスに接続される、ネットワーク（１）において、
   − 前記上流スイッチ・ボックス（１３．１）が、前記上流スイッチ・ボックス（１３．１）が通電していないときは前記光信号（１９）を前記下流ボックス（１３．２）へ進ませる手段（２５〜２７）を備え、
   − 前記上流スイッチ・ボックス（１３．１）が、前記上流スイッチ・ボックス（１３．１）が接続された前記スクリーン（２．１）の方へ前記光信号（１９）を偏向させる手段（２５〜２７）と、前記上流スイッチ・ボックス（１３．１）が通電しているときは前記光信号（１９）を増幅しかつ前記光信号（１９）を前記下流スイッチ・ボックス（１３．２）へ送る手段（１５．１、１６．１）とを備え、
   前記上流スイッチ・ボックスが、光スイッチ（１４．１〜１４．Ｎ）を備え、この光スイッチ（１４．１〜１４．Ｎ）が、１つの固定ミラー（２５）と軸（２６．１、２７．１）の周りを回転する２つの可動ミラー（２６、２７）とを備え、
   − 前記光スイッチが通電していないときは、前記固定ミラー（２５）と前記２つの可動ミラー（２６、２７）が、前記光信号（１９）を前記下流スイッチ・ボックスへ反射するような形で位置決めされ、このとき前記光スイッチが、非アクティブ位置になり、
   − 前記光スイッチが通電しているときは、前記２つの可動ミラー（２６、２７）が前記固定ミラー（２５）を用いないで、前記光信号（１９）を前記スクリーンおよび前記下流スイッチ・ボックスへ反射するような形で位置決めされ、このとき前記光スイッチが、アクティブ位置になることを特徴とする、ネットワーク。
2. 前記光スイッチの各可動ミラー（２６、２７）が、第１の制御電極（３１）と第２の制御電極（３２）とを備え、
   − 前記第１の電極（３１）が、前記可動ミラー（２６、２７）の端部に位置決めされ、前記第２の電極（３２）が、前記スイッチの固定部分（３３）に位置決めされ、
   − 前記２つの電極（３１、３２）が通電していないときは、前記光スイッチが非アクティブ位置になり、
   − 前記２つの電極（３１、３２）が通電しているときは、前記光スイッチがアクティブ位置になることを特徴とする、請求項１に記載のネットワーク。
3. 前記上流スイッチ・ボックス（１３．１）が、
   − 前記スクリーン（２．１）と前記上流スイッチ・ボックスの前記光スイッチとの間に位置決めされた送受信器（１５．１、１６．１）をさらに備え、
   − この送受信器（１５．１、１６．１）が確実に、前記光ファイバを介して送られた前記光信号（１９）を前記スクリーンへ送られる電気信号に変換し、その逆も同様であり、および、
   − 前記下流スイッチ・ボックスへ送られる前記光信号（１９）を増幅することを特徴とする、請求項１〜２の何れか１項に記載のネットワーク。
4. − スイッチ・ボックスの前記光スイッチ（１４．１〜１４．Ｎ）と前記光スイッチ（１４．１〜１４．Ｎ）が接続された前記スクリーン（２．１〜２．Ｎ）との間に接続されたイーサネット・タイプのネットワーク・スイッチ（３３．１〜３３．Ｎ）を備え、他のスクリーンが、このネットワーク・スイッチに接続されることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載のネットワーク。
5. 前記光ファイバ（９）を介して前記スクリーンに接続されたサーバ（４）を備え、このサーバ（４）が、指示データなどのデータを前記ネットワークの前記スクリーンへ送ることを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載のネットワーク。
6. 前記光ファイバ（９）が双方向性であることを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載のネットワーク。
7. 各光スイッチ（１４．１〜１４．Ｎ）が、スイッチング・デバイス（３９）を介して電源（３８）に接続されることと、前記ネットワークが、各ネットワーク・スイッチ（３３．１〜３３．Ｎ）に関連する、スイッチング・デバイス（３９）を制御する監視モジュール（４０．１）を備え、各監視モジュール（４０．１）が、前記ネットワーク上で問題が検出された場合に対応して、前記スイッチング・デバイス（３９）を開くように制御することとを特徴とする、請求項４に記載のネットワーク。

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