KR0149858B1 - 노드 및 링크의 다수 스테이지와 확장 및 집속 수단을 포함하고 있으며 최소 2개의 경로를 가지고 있는 시스템 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

노드 및 링크의 다수 스테이지와 확장 및 집속 수단을 포함하고 있으며 최소 2개의 경로를 가지고 있는 시스템

제1도는 팽창, 완전한 셔플 등가 네트워크 및 집속을 포함하고 있는 전형적인 포토닉 시스템의 다이어그램.

제2도는 팽창, 완전한 셔플 등가 네트워크 및 집속을 포함하고 있는 시스템을 위한 예증적 네트워크 토폴로지의 다이어그램.

제3도, 제4도 및 제5도는 제2도의 네트워크 토폴로지의 다이어그램이지만 다른 팽창과 집속 실시를 도시한 도면.

제6도, 제7도 및 제8도는 제2도의 시스템에서 사용하기 위한 전체의 용량성 노드, 선택성을 가진 하나의 용량성 노드 및 선택성을 가지고 있지 않은 하나의 용량성 노드의 다이어그램.

제9도는 제2도와 유사하지만 집속이 없는 네트워크 토폴로지의 다이어그램.

제10도는 제2도와 유사하지만 팽창이 없는 네트워크 토폴로지의 다이어그램.

제11도는 엄격하게 블로킹 시키지 않는 단일 스테이지의 네트워크를 나타낸 다이어그램.

제12도는 엄격하게 블로킹 시키지 않는 3개의 스테이지의 clos 네트워크를 나타낸 다이어그램.

제13도는 엄격하게 블로킹 시키지 않는 일반적인 3개의 스테이지의 clos 네트워크를 나타낸 다이어그램.

제14도는 엄격하게 블로킹 시키지 않는 5개의 스테이지의 clos 네트워크를 나타낸 다이어그램.

제15도는 멀티스테이지의 상호 접속 네트워크(MIN)를 나타낸 다이어그램.

제16도는 연장되어 일반화된 셔플(EGS)네트워크로서 언급되는 MIN의 특별한 형태를 나타낸 다이어그램.

제17도와 제18도는 EGS네트워크를 나타낸 다이어그램.

제19도는 제17도와 제18도의 네트워크에서 입구(x)에서 출구(y)까지의 채널 그래프L(x,y)를 예증한 다이어그램.

제20도는 제19도의 채널 그래프L(x,y)에 추가하여 단일한 교차 호출을 도시한 다이어그램.

제21도와 제23도는 네트워크용으로 블로킹 시키지 않는 기준을 유도하는데 사용된 제16도의 네트워크를 나타낸 다이어그램.

제22도는 순방향-역방향 불변성질(FBIP)로서 언급된 네트워크 성질을 기술하기 위해 사용된 제18도의 네트워크를 나타낸 다이어그램.

제24도는 블로킹 시키지 않는 EGS 네트워크를 나타낸 다이어그램.

제25도는 완전한 셔플 등가 네트워크인 크로스오버(또는 반크로스오버) 네트워크의 다이어그램.

제26도는 특별히 중요한 경우의 완전한 셔플 등가 네트워크를 나타낸 EGS 네트워크의 다이어그램.

제27도는 전체 용량성 노드를 가진 제16도의 EGS 네트워크에서 경로 탐색 기능을 효과적으로 해온 경로 탐색 처리 흐름도.

제28도는 하나의 용량성 노드를 가진 제16도의 EGS 네트워크에서 경로 탐색 기능을 효과적으로 해온 경로 탐색 흐름도.

제29도는 입구, 경로 및 출구 숫자에 대한 셔플 네트워크의 링크와 스위치의 관계를 설명해온 전형적인 셔플 네트워크를 나타낸 다이어그램.

제30도는 단일 2진 숫자를 구성하는 제29도의 네트워크를 위한 입구, 경로 및 출구 숫자의 2진 표시의 관계를 예증하고 있은 다이어그램.

제31도는 단일 2진 숫자로부터 제29도의 네트워크를 위한 스위치, 링크, 입력과 출력의 결정을 예증하고 있는 다이어그램.

제32도는 2개의 동형 네트워크 형태인 크로스오버 네트워크와 셔플 네트워크의 다양한 스테이지의 변환을 도식적으로 예증한 도면이며, 여기서 변환은 테이블 1-3에 표시되어 있다.

제34도 내지 제36도는 제33도에 따라 배열될 때 1차원 어레이의 노드를 사용하는 16×16의 2차원 크로스 오버 네트워크의 다이어그램을 포함하고 있는 도면.

제37도는 제34도 내지 제36도의 16×16크로스 오버 네트워크, 128×128 크로스 오버 네트워크 및 제38도의 512×512 크로스 오버 네트워크의 대응하는 크기를 예증하는 다이어그램.

제38도는 512×512 크로스 오버 네트워크와 대응하는 크로스 오버 네트워크 제어기의 다이어그램.

제39도는 제38도의 크로스 오버 네트워크 제어기를 위한 접속 요청 처리 흐름도.

제40도는 제38도의 크로스 오버 네트워크 제어기를 위한 분리 요청 처리 흐름도.

제42도 내지 제44도는 제41도에 따라 배열될 때 제38도의 크로스 오버 네트워크 제어기의 하드웨어 논리 회로 실시의 다이어그램을 포함하고 있는 도면.

제45도는 네트워크 제어기 메모리의 부본을 가지고 있는 대체 네트워크 제어기 실시예의 다이어그램.

제46도는 제42도 내지 제44도의 제어기의 해체 경로 검색 유니트의 다이어그램.

제47도는 제42도 내지 제44도의 제어기에 의한 중복 경로 탐색 처리를 예증하고 있는 타이밍도.

제48도는 제45도의 대체 제어기에 의한 중복 경로 탐색 처리를 예증하고 있는 타이밍도.

제49도는 제1스테이지의 1×2ⁿ소자의 최종 스테이지의 2ⁿ×1소자를 가지고 있는 네트워크의 다이어그램이며, 제46도의 해체 경로 검색 유니트가 응용될 수 있음을 도시한 도면.

제50도는 제42도 내지 제44도의 제어기의 셔플 매핑 유니트에 대한 크로스 오버의 다이어그램.

제51도는 제42도 내지 제44도의 제어기의 유휴 경로 선택 유니트의 다이어그램.

제52도와 제53는 각각 2차원 크로스 오버 네트워크 실시와 2차원 셔플 네트워크 실시를 도시한 다이어그램.

제55도 내지 제57도는 제54도에 따라 배열될 때 지세학으로 제34도 내지 제36도의 2차원 크로스 오버 네트워크와 등가인 3차원 크로스 오버 네트워크, 16×16의 다이어그램을 포함하고 있음을 도시한 도면.

제58도는 제55도 내지 제57도에서 사용된 자체 대칭 전자 광학 효과 장치(S-SEED)의 어레이를 도시한 다이어그램.

제59도는 스위칭 섹션내에서 뿐만 아니라 팬아웃(팽창)과 팬인(집속)섹션내 2개의 입력과 2개의 출격 스위칭 노드를 가진 크로스 오버 네트워크의 다이어그램.

제60도는 2-모듈로서 언급된 스위칭 노드의 전자 트리-스테이트 버퍼 실시의 다이어그램.

제61도는 제60도의 트리-스테이트 버퍼의 동작을 한정하는 진리치표.

제62도는 2-모듈의 전자 변환 트리-스테이트 버퍼 실시의 다이어그램.

제63도는 M-SEED로서 언급된 장치를 사용하는 광학 2-모듈 수행의 다이어그램.

제64도는 제63도의 M-SEED 수행의 동작을 한정하는 진리치표.

제65도는 2-모듈의 전자 OR/AND 수행의 다이어그램.

제66도는 제65도의 전지 OR/AND 수행의 동작을 한정하는 진리치표.

제67도는 2-모듈의 광학 NOR/OR 수행의 다이어그램.

제68도는 2-모듈의 광학 NOR/OR S-SEED 수행의 다이어그램.

제69도 제68도의 광학 NOR/OR S-SEED 수행의 동작을 한정하는 진리치표.

제70도는 2-모듈의 전자 NAND/AND 수행의 다이어그램.

제71도는 2-모듈의 전자 NAND/AND S-SEED 수행의 동작을 한정하는 진리치표.

제72도는 제71도의 광학 NAND/AND S-SEED 수행의 동작을 한정하는 진리치표.

제73도는 단일 네트워크 스테이지를 위한 레이저 다이오드를 구동해온 타이밍 회로의 다이어그램.

제74도는 3개의 연속 네트워크 스테이지를 위한 레이저 다이오드를 구동해온 타이밍 회로의 다이어그램.

제75도는 제74도의 타이밍 회로와 관련된 타이밍 다이어그램.

제76도는 제55도 내지 제57도의 3차원 크로스 오버 네트워크에서 수평 접속을 예증하는 다이어그램.

제77도는 제55도 내지 제57도의 3차원 크로스 오버 네트워크에서 수직 접속을 예증하는 다이어그램.

제78도는 9개의 노드 스테이지와 굵은 링크에 의해 확인된 단일 경로를 가지고 있는 네트워크의 다이어그램.

제79도는 제78도의 단일 경로의 링크된 2-모듈과 디스에이블된 2-모듈을 도시한 다이어그램.

제80도는 제78도의 네트워크의 2-모듈 연속 스테이지 관계를 예증하는 다이어그램.

제81도는 제1도의 포토닉 시스템 부분을 도시한 기능적 블럭 다이어그램.

제82도는 제1도의 포토닉 시스템내의 광학 크로스 오버 상호 접속의 수행을 도시한 다이어그램.

제83도는 제82도의 광학 크로스 오버 상호 접속에 의해 구성된 접속을 예증하는 다이어그램.

제84도는 크로스 오버 네트워크에서 횡선의 폭을 변경 시키는 제82도의 광학 크로스 오버 상호 접속부내의 프리즘 미러를 대체시킬 수 있는 프리즘 미러어레이의 다이어그램.

제85도는 제1도의 포토닉 시스템에서 프리세트와 전력 빔 어레이를 발생시키기 위해 사용된 광학 장치의 다이어그램.

제86도는 제1도의 포토닉 시스템에서 디스에이블 빔 어레이를 발생시키기 위해 사용된 공간 광 변조기를 보유하고 있는 광학 장치의 다이어그램.

제87도, 제88도 및 제90도는 제1도의 포토닉 시스템에 보유된 빔 결합 유니트의 보조 유니트를 도시한 다이어그램.

제89도는 850-nanometer 작용을 위해 설계된 편광 빔 분할기에 대한 전형적인 전송 곡선을 나타낸 도면.

제91도는 제90도의 빔 결합 보조 유니트에 보유된 패턴 되어진 미러 반사기에 의한 전송 및 반사 지점을 예증하고 있는 다이어그램.

제92도는 제58도의 S-SEED에 의한 수신 및 반사지점을 예증하고 있는 다이어그램.

제93도는 제82도의 광학 크로스 오버 상호 접속과, 제87도와 제88도 및 제90도의 빔 결합 보조 유니트와, 제85도에 도시된 형태의 전력과 프리세트 빔 어레이 발생기과, 제86도에 도시된 형태의 디스에이블 빔 어레이 발생기 및 제58도의 S-SEED 어레이를 포함하고 있으며, 제1도의 포토닉 시스템에 보유된 광학 하드웨어 모듈의 다이어그램.

제95도와 제96도는 제94도에 따라 배치될 때 제1도의 포토닉 시스템에 보유된 2개의 직렬로된 광학 하드웨어 모듈의 다이어그램을 포함하고 있는 도면.

제97도는 제1도의 포토닉 시스템에 보유된 데이타 입력 유니트의 다이어그램.

제98도와 제99도 및 제100도는 대체용 파장 의존 빔 결합 장치의 다이어그램.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 포토닉 시스템 50, 51 : 광학 하드웨어 모듈

1020 : 크로스 오버 네트워크 1140 : 셔플 네트워크

1300 : 크로스 오버 네트워크 제어기 1650 : 세플 네트워크 제어기

본 발명은 정보 처리 또는 스위칭을 위한 네트워크에 관한 것이다.

통신 네트워크는 네트워크에 접속된 많은 다수의 단자로부터 선택된 단자의 쌍을 요청에 따라 상호 접속 시키는 포인트-포인트 네트워크와 같이 일반적으로 설계 되어 있다. N네트워크 입구에 N네트워크 출구를 접속시킬 수 있는 가장 간단한 네트워크는 스위칭 소자 또는 크로스 포인트의 N×N크로스바 어레이이다. 어떤 유휴 입구가 다른 어레이 상호 접속과 관계없이 어떤 유휴 출구에 항상 접속될 수 있다는 점에서 그러한 어레이가 비블로킹 된다고 하더라도, 크로스바 어레이는 많은 숫자의 어레이 크로스 포인트의 아주 비싼 가격 때문에 많은 응용에서 실용적인 네트워크가 되지 못한다.

크로스 바 어레이보다 현저하게 적은 크로스 포인트를 가지고있는 하나의 공지된 비 블로킹 네트워크는 C.Clos씨에 의해 1953년 3월에 Bell System Technical Journal지의 406-424페이지에서 A study of Non-Blocking Switching Networks라는 기사에 기술되어 있다. 쓰리-스테이지(three-stage) Clos 네트워크로서 언급된 네트워크는 N입구와 M출구를 가지고 있으며 N/n 직각 n×r의 제1스테이지 스위치와, r직각 N/n×M/m의 제2스테이지 스위치 및 M/m 직각 r×m의 제3스테이지 스위치를 포함하고 있다. 상기 네트워크에는 각각의 제2스테이지 스위치에 각각의 제1스테이지 스위치를 접속시키는 하나의 링크와, 각각의 제3스테이지 스위치에 각각의 제2스테이지 스위치를 접속시키는 하나의 링크가 있다. 제2스테이지 스위치의 숫자(r)가 r=n+m-1로 주어지는 쓰리-스테이지 Clos네트워크는 비 블로킹 포인트-포인트 네트워크이다. 주어진 제1스테이지 스위치입력 단자는 항상 주어진 제1스테이지 스위치의 다른 n-1 입력단자와 주어진 제3스테이지 스위치의 m-1출력 단자에 접속되지 않은 제2스테이지 스위치를 경유하여 주어진 제3스테이지 스위치 출력 단자에 접속될 수 있기 때문에 이러한 것은 사실이다. 화이브-스테이지(five-stage) Clos네트워크는 각각의 제2스테이지 스위치와 쓰리-스테이지 Clos네트워크를 대체시킴으로써 구성될 수 있다. 더 일반적으로, S+2 스테이지 Clos네트워크는 쓰리-스테이지 Clos네트워크와 주어진 스테이지에서 각각의 스위치를 대체시킴으로써 S스테이지 Clos네트워크로부터 순환적으로 구성될 수 있다. 그러나, Clos네트워크는 예를들면 스위칭 소자가 통상적으로 매우 크고, 네트워크의 중앙으로 향하여 기하학적으로 증가하는 링크의 숫자를 가진 스테이지 사이에 다른 숫자의 링크가 있기 때문에 포토닉스 영역에서 실시하는 것은 어렵다. 효과적인 포토닉 네트워크 수행은 통상적으로 예를들면 2×2노드와 같은 작고 복잡하지 않은 스위칭 소자를 가지고 있으며, 스테이지에서 스테이지까지의 공간이 비교적 변하지 않는다. 포토닉 네트워크에서의 관심은 병렬 구성을 대량으로 이행하는 전위에 의해 주로 자극된다. 이러한 것은 특히 자유공간 시스템용으로 필요하며, 여기서 3차원 공간은 통신매체이고, 영상 처리 장치는 광학 논리 장치의 2차원 어레이를 상호 접속시키는 빔 분할기, 렌즈 및 미러와 같이 대부분 광학 소자를 사용한다.

다른 공지된 네트워크 구조는 퍼펙트 셔플(perfect shuffle)로서 불리워진다. 2×2노드의 퍼펙트 셔플 네트워크는 예를들면 규모가 큰 병렬 및 분포된 수퍼 컴퓨터 시스템용의 가격 효과적인 상호 접속 네트워크이며, 이러한 것은 어떤 N네트워크 입구에서 어떤 N네트워크 출구까지의 네트워크 접속성을 단지 log₂N 스테이지에 제공하기 때문이다. 인터 -스테이지 상호 접속 패턴은 플레잉 카드의 데크를 셔플링 시키는 것과 유사한 방법으로 노드에 연속적으로 링크를 할당시킨다. 상기의 구조에는 각각 자체의 특정한 상호 접속 패턴을 가지고 있다고 하더라도 퍼펙트 셔플과 지세학적으로 동등한 밴연(banyan)과 크로스오버와 같은 다른 공지된 많은 네트워크가 있다. 이러한 각각의 네트워크에 대해, 어떤 쌍의 연속 스테이지 사이의 인터-스테이지 링크의 숫자는 네트워크 입구의 숫자인 N과 같다. 자유공간 광학 상호 접속을 사용하는 그러한 네트워크의 포토닉 수행은 1989년 1월 11일에 출원된 K. Brenner씨에 의한 발명의 명칭이 Optical Shuffle Arrangement인 미합중국 특허 제296, 284호와, 1988년 7월 15일에 출원된 J. Jahns씨등에 의한 발명의 명칭이 Optical Crossover Network인 미합중국 특허 제219,623호에 기술되어 있으며, 상기 2개의 출원은 본 발명과 같은 양수인에게 할당되었다. 그러나, 이러한 형태의 네트워크는 고장 허용(fault-tolerant)되지 않으며 높은 블로킹을 가지고 있다. 토폴로지와 함께 그러한 문제점은 log₂N 스테이지를 가지고 있는 네트워크내에 주어진 네트워크 입구에서 주어진 네트워크 출구까지 단지 하나의 경로만이 존재한다는 것이다. 그래서, 만약 그러한 경로가 고장이거나 또는 그러한 경로의 어떤 부분이 통화중이면, 어떠한 통신도 불가능하게 된다. G. B. Adams씨에 의한 기사인, 1982년 5월 컴퓨터에 관한 IEEE Transactions의 제C-31권, 제5호의 The Extra Stage Cube : A Fault-Tolerant Interconnection Network for Supersystems에는 네트워크에 특별한 스테이지의 추가를 기술하고 있으며, 그러한 특별 스테이지의 추가는 어떤 입구가 어떤 출구 사이에 하나의 추가 경로를 제공하는 것이다. 비록 이러한 것이 실제로 네트워크를 더 확실하게 해준다고 하더라도, 아직까지 수용할 수 없는 정도의 높은 블로킹 확률(probability)을 가지고 있다. 또한, 특별한 스테이지의 간단한 추가는 포인트-포인트에서 결과적으로 대부분 높은 트래픽 네트워크 응용에서 수용할 수 있을 정도로 낮은 블로킹 확률을 가진 네트워크 또는 엄격하게 비 블로킹 시키는 네트워크를 결코 야기시키지 않을 것이다.

이전에 언급된 이러한 기술에서 인식된 문제점은 포토닉스 영역에서 효과적으로 수행할 수 있는 낮은 블로킹 또는 비 블로킹 네트워크의 부족이다.

이전에 언급된 문제점은 해결되고 기술적인 진보는 전형적인 시스템에서 본 발명에 따른 원리에 의해 성취되며, 여기서 링크 스테이지에 의해 연속적으로 상호 접속된 다수의 노드 스테이지를 가지고 있고 한정된 페펙트 셔플 등가 네트워크는 임의로 낮거나 또는 제로 블로킹 확률을 가진 시스템의 설계를 허용하는 방법으로 노드 스테이지후의 집속 및 노드 스테이지 전의 확장과 함께 유리하게 결합된다. 예증된 포토닉 시스템 수행(제1도)은 H.S. Hinton씨등에 의해 1988년 6월 28일에 출원된 미합중국 특허 제4, 754, 132호에 기술되어 있는 예를들면 대칭 셀프 전자-광학 효과 장치(Self electro-optic effect devices; S-SEEDs)를 포함하고 있는 스위칭 노드의 2차원 어레이의 크로스 오버 상호 접속과 저손실을 성취하는 자유공간 광학 장치를 사용한다. 일부 저손실 빔 결합 기술은 빔의 다중 어레이를 S-SEED 어레이에 향하게 하고, 반사된 출력 빔 어레이를 후속 노드 스테이지에 다시 향하도록 하는데 사용된다.

본 발명에 따른 시스템은 N입구와 M출구를 가지고 있으며 퍼펙트 셔플 등가 네트워커를 집합적으로 포함하고 있는 링크의 스테이지와 노드의 스테이지를 보유하고 있다. 각각의 노드는 하나 또는 그 이상의 입력과 하나 또는 그 이상의 출력을 가지고 있으며, 여기서 입력의 갯수와 출력의 갯수의 합은 2개이상이다. 노드 스테이지의 갯수는 최소 4개이다. 퍼펙트 셔플 등가 네트워크에 추가하여, 상기의 시스템은 제1노드 스테이지의 N입력보다 더 많은 N입구를 확장시키기 위한 수단과 M출구에 최종 노드 스테이지의 M출력보다 더 많은 출력을 집속 시키기 위한 수단을 보유하고 있다. 이러한 시스템은 최종 노드 스테이지의 각각의 출력과 각각의 N입구 사이에 최소 2개의 경로를 가지고 있다.

예증된 포토닉 시스템(제1도)에서, 퍼펙트 셔플 등가 네트워크와 확장 및 집속은 자유공간 광학(optics)를 사용하여 수행된다. 각각의 N=16시스템의 입구는 본 발명에서 한정된 퍼펙트 셔플 유지 패턴으로 퍼펙트 셔플 등가 네트워크의 제1노드 스테이지의 F=4입력에 접속된다. 퍼펙트 셔플 등가 네트워크의 각각의 노드 스테이지는 2개의 입력과 2개의 출력(시스템용 3차원 네트워크 토폴로지는 제55도 내지 제57도에 도시되어 있음)을 각각 가지고 있는 32개의 노드를 가지고 있다. 시스템의 확장부는 하나의 입력과 2개의 출력을 각각 가지고 있는 노드의 log₂F=2스테이지를 포함하고 있다. 각각 2개의 입력과 한 개의 출력을 가지고 있는 노드의 log₂F=2스테이지를 포함하고 있는 시스템의 집속부는 퍼펙트 셔플 유지 패턴으로 M=16시스템 출구의 각각에 퍼펙트 셔플 등가 네트워크의 최종 노드 스테이지의 F=4출력을 접속시킨다.

예증된 시스템에서, 노드는 여기서 2-모듈로서 언급된 기능성이 감소된 스위칭 노드이다. 2-모듈은 입력 선택성과 출력 선택성을 가지고 있지 않지만, 대신에 연속 노드 스테이지의 2개 노드에 출력 신호를 방송시키기 위한 제어 신호에 응답하며, 여기서 출력 신호는 선행하는 노드 스테이지의 노드중 2개의 노드로부터 수신할 수 있는 논니 결합된 신호이다. 스위칭 네트워크의 기능성을 노드에 의해서 성취될 특별한 노드 입력과 출력의 접속을 규격화 시키기 보다는 인에이블된 노드를 제어함으로써 성취된다. 이러한 시스템의 노드는 주이진 2-모듈이 어느때라도 선행하는 스테이지로부터 최대한 하나의 액티브 신호를 수신하도록 제어된다. 2-모듈은 S-SEED를 사용하여 수행된다.

다수의 빔 어레이는 각각의 S-SEED어레이 상으로 투사된다. 또한, 여기서 디스에이블 빔으로 언급될 제어 빔의 어레이는 대응하는 S-SEED의 광학 접속성을 제어하는데 사용된다. 이러한 디스에이블 빔 어레이는 디스에이블될 S-SEED와 대응하는 균일한 어레이의 그러한 빔을 선택적으로 전송시키기 위한 전기 제어 신호에 응답하는 공간 광 변조기를 사용하여 빔의 균일한 어레이로부터 발생된다. 전기 제어 신호는 시스템을 통하여 접속시키기 위한 요청에 응답하여 발생된다. 프리세트 빔의 어레이는 광학 정보의 통신 이전에 대응하는 S-SEED의 광학상태를 확립시키는데 사용된다. 각각의 S-SEED는 선행하는 스테이지의 2개의 S-SEED중 하나의 S-SEED로부터 시스템을 통하여 전달시키기 위한 정보를 수신한다. 따라서, 2개의 어레이의 정보 빔은 S-SEED어레이에 의해 수신된다. S-SEED는 투사 정보 빔의 논리값에 응답하여 광학 상태를 변경시킨다. 전력 빔의 어레이는 대응하는 S-SEED의 광학상태를 판독하는데 사용된다. S-SEED는 광학 상태에 의존하여 전력 빔을 반사시키거나 흡수한다. 반사된 전력 빔은 다음의 스테이지에 대한 출력 빔으로서 조정된다. 빔 분할기는 각각의 출력빔을 다음 노드 스테이지의 하나의 S-SEED에 전송시키기 위해 2개의 빔으로 분할시킨다. 다수의 빔 어레이의 저손실 결합과 재조정은 극성의존, 공간위치 의존 및 파장의존 광학 소자를 사용하여 빔 결합 유니트(제93도)에 의해 성취된다. 예증된 포토닉 시스템에서, 정보와 전력 및 출력 빔 어레이는 하나의 파장(850-nanometers)에 있으며, 반면에 디스에이블과 프리세트 빔 어레이는 다른 파장(780-nanometers)에 있다.

본 발명의 토폴로지는 예증된 포토닉 시스템의 특정한 예보다 훨씬 광범위하게 응용된다. 확장의 일부 또는 전부, 퍼펙트 셔플 등가 네트워크와 시스템의 집속은 예를들면 전기 분야에서 수행될 수 있다. 퍼펙트 셔플 등가 네트워크는 다른 숫자의 노드 입력과 노드 출력 및 다른 숫자의 노드를 가지고 있는 노드 스테이지를 보유할 수 있다. 노드 그 자체는 최대 하나의 정보 신호를 운반하는 용량성의 하나의 노드 또는, 다중 노드 입력과 다중 노드 출력을 동시에 그리고 선택적으로 상호 접속시키는 수용 능력을 가지고 있는 용량성 노드로 채워질 수 있다. 예증된 포토닉 시스템에서와 같이 노드의 추가 스테이지를 사용하여 확장 및 집속을 수행하기 보다는, 다른 팬아웃과 팬인(fanout and fanin)장치가 사용될 수 있다. 예를들면 0.5보다 작은 임의의 블로킹 확률을 가진 시스템 또는 포인트-포인트 접속을 위한 비 블로킹 네트워크의 시스템을 설계하기 위한 표준이 기술되어 있다. 설계의 신축성은 특정한 노드 스테이지에서 노드 출구의 갯수와 노드 입구의 갯수 사이의 관계에 의존하는 것보다는 오히려 비 블로킹 표준이 총체적인 것이라는 사실로부터 유래된다.

대체적으로, 본 발명에 따른 시스템은 N입구와 M출구를 가지고 있으며 노드의 스테이지와 링크의 스테이지를 보유하고 있다. 각각의 노드 하나 또는 그 이상의 입력과 출력을 가지고 있으며, 여기서 입력과 출력 갯수의 합은 2개 이상이다. 노드 스테이지의 갯수는 최소 4개이다. 각각의 링크 스테이지는 노드 스테이지중 하나의 노드 스테이지의 출력을 2^r분할을 가지고 있는 크로스 오버 상호 접속 패턴에 따른 상기 노드 스테이지중 하나의 연속적인 노드의 입력에 접속시킨다. 여기서 r은 링크 스테이지와 함께 변하는 정수이다. 상기 시스템은 또한 제1 노드 스테이지의 더 많은 N입력과 N입구를 확장시키기 위한 수단과 M출구에 최종 노드 스테이지의 더 많은 M출력을 집속시키기 위한 수단을 보유하고 있다. 시스템은 최종 노드 스테이지의 각각의 출력과 각각의 N입구 사이에 최소 2개의 경로를 가지고 있다.

본 발명의 하나의 특정한 예증적인 실시예는 16×16회로 스위칭된, 공간 분할 스위칭 네트워크를 수행하는 전형적인 포토닉 시스템(10; 제1도)에서 사용된다. 16개의 광학 입력 신호는 2×8섬유 케이블 어레이(21)의 섬유상에 수신된다. 각각의 광학 입력 신호는 광학 출력 신호로서 2×8 섬유 케이블 어레이(22)의 한 섬유상에 전송시키기 위한 포토닉 시스템(10)에 의해 회로-스위치될 수 있다. 포토닉 시스템(10)은 렌즈(80), 데이타 입력 유니트(40), 8개의 광학 하드웨어 모듈(50 내지 57) 및 렌즈(70)를 보유하고 있다. 포토닉 시스템(10)이 병렬로 빔의 어레이를 처리하고 제1도내의 단일 빔으로 나타난 광학 전송이 직각 크로스-섹션의 빔 어레이임을 주목하는 것은 중요하다. 데이타 입력 유니트(40)와 광학 하드웨어 모듈(56, 57)에 의해 성취된 광학 접속이 고정된다. 단일 소프트웨어-제어된 프로세서 또는 하드웨어 논리 회로 장치를 사용하여 수행될 수 있는 네트워크 제어기(60)는 광학 하드웨어 모듈(50 내지 55)에 대응하는 스테이지 제어기(30 내지 35)를 경유하여 포토닉 시스템(10)을 통하여 경로를 확립시키고 분리시킨다.

포토닉 시스템(10)에 의해 수행된 네트워크 토폴로지는 확장과 퍼펙트 셔플 등가 네트워크 및 집속을 포함하고 있다. 이러한 토폴로지는 9개의 노드 스테이지(N0 내지 N8)와 8개의 링크 스테이지(L0 내지 L7)를 가지고 있는 3차원 크로스 오버 네트워크(2110; 제55도 내지 제57도)를 기초로 하고 있다. 예를들면, 스테이지(N2)와 같은 각각의 노드 스테이지는 0에서 31까지의 숫자로된 32개의 노드를 포함하고 있다. 포토닉 시스템(10)에서, 대칭적 셀프 전자-공학 효과 장치(S-SEEDs)의 4×8 어레이(500; 제1도와 제58도)는 네트워크(2110)의 한 개의 노드 스테이지와 대응한다. 광학 상태에 의존하여 광을 선택적으로 반사시키는 S-SEEDs는 포토닉 시스템(10)의 스위칭 노드이다. 각각의 광학 하드웨어 모듈(50 내지 57)은 네트워크(2110; 제55도 내지 제57도)의 스테이지(LO 내지 L7)중 하나의 링크 스테이지와 대응하는 상호 접속을 성취시키고 S-SEED어레이(500) 중 하나의 어레이 상에 집중될 정보(신호)와 제어(프리세트와 디스에이블) 및 전력 빔 어레이의 결합을 성취시키는 광학 기구를 보유하고 있다. 예를들면, 제93도에 더 상세하게 도시된 광학 하드웨어 모듈(51)은 네트워크(2110)의 링크 스테이지(L1)와 대응하는 광학 크로스 오버 상호접속부(100)와, S-SEED 어레이(500)에 전송시키기 위한 결합 빔 어레이에 추가하여, 다음의 광학 하드웨어 모듈(52)에 전송시키기 위해 S-SEED어레이(500)로부터 반사된 출력 빔 어레이를 재조정하는 빔 결합 유니트(200)를 보유하고 있다. 통신 경로는 디스플레이블될 개별적인 S-SEED와 대응하는 디스에이블 빔의 어레이의 발생을 제어하는 공간 광 변조기(409)를 사용하여 포토닉 시스템(10)을 통하여 확립된다.

네트워크(2110; 제55도 내지 제57도)의 링크 스테이지(LO, L1, L5, L6)는 수평 접속을 성취시키고 링크 스테이지(L2, L3, L4, L7)는 수직 접속을 성취시킴을 주목 해야 한다. 또한 분할 또는 크로스 갯수는 스테이지에서 스테이지까지 변함을 주목해야 한다. 이러한 변경은 기술된 바와 같은 광학 하드웨어 모듈(50 내지 57)사이의 변경에 의해 포토닉 시스템(10)에서 수행된다.

다음의 설명은 4개의 부분으로 배열된다. 첫째, 포토닉 시스템(10)을 기초로한 감소된 블로킹 네트워크 토폴로지가 기술된다. 둘째, 네트워크 제어 장치는 그러한 감소된 블로킹 네트워크를 통하여 통신을 확립하고 신속하게 경로를 찾기 위한 방법이 기술된다. 셋째, 3차원 크로스 오버 네트워크(2110)와 2-모듈로서 언급된 감소된-기능성 스위칭 노드를 보유하고 있는 포토닉 시스템(10)이 상세히 기술된다. 마지막으로, 다른 파장의 빔을 결합시키기 위한 광학 기구를 보유하고 있는 포토닉 시스템(10)을 수행해온 자유-공간 광학 장치가 기술된다.

제2도는 집속(팬인 : fanin) 섹션(1630)과 퍼펙트 셔플 등가 네트워크(1620) 및 확장(팬아웃 : fanout) 섹션(1610)을 포함하고 있는 시스템(1600)의 다이어그램이다. 이러한 시스템(1600)은 N=4 입구와 M=4 출구를 가지고 있다. 퍼펙트 셔플 등가 네트워크(1620)는 연속 노드 스테이지의 같은 퍼펙트 셔플 상호 접속을 성취하는 3개의 링크 스테이지(1622-0, 1622-1, 1622-2)와 2×2노드를 포함하고 있는 4개의 노드 스테이지(1621-0, 1621-1, 1621-2, 1621-3)를 가지고 있다. 확장 섹션(1610)은 N=4입구를 제1노드 스테이지(1621-0)의 16(N이상)입력으로 확장시킨다. 집속섹션(1630)은 M=4출구에 최종 노드 스테이지(1621-3)의 16(M 이상)출력을 집속시킨다. 시스템(1600)은 각각의 N입구와 M출구 사이에 2개 이상의 경로를 가지고 있다. 노드 스테이지(1621-0, 1621-1, 1621-2, 1621-3)의 개별 노드는 셔플 네트워크 제어기(1650)로 부터의 명령에 응답하여 대응하는 스테이지 제어기(1640, 1641, 1642, 1643)에 의해 제어된다.

제3도와 제4도 및 제5도에는 집속 섹션(1630)과 확장 섹션(1610)에 대한 3개의 대체적인 수행이 도시되어있다. 확장섹션(1710; 제3도)에서, N=4 입구의 각각은 노드 스테이지(1621-0)의 4개의 입력에 직접 접속된다. 집속 섹션(1730)에서, 노드 스테이지(1621-3)의 4개의 출력은 각각의 M=4 출구에 직접 접속된다. 확장 섹션(1810; 제4도)은 1×4 노드의 단일 스테이지(1811)를 가지고 있고, 집속 섹션(1830)은 4×1노드의 단일 스테이지(1831)를 가지고 있다. 확장 섹션(1910; 제5도)은 1×2노드의 2개의 스테이지(1911, 1912)를 가지고 있고, 접속 섹션(1930)은 2×1노드의 2개의 스테이지(1931, 1932)를 가지고 있다. 각각의 확장 섹션(1710, 1810, 1910)은 각각의 N입구를 여기서 한정된 바와 같은 퍼펙트 셔플 유지 패턴으로 노드 스테이지(1621-0)의 다중입력에 접속시킨다. 각각의 집속 섹션(1730, 1830,1930)은 노드 스테이지(1621-3)의 다중 출력을 여기서 한정된 바와 같은 퍼펙트 셔플 유지 패턴으로 각각의 M출구에 접속시킨다.

제6도, 제7도 및 제8도에는 시스템(1600)에서 사용하기 위한 3개의 대체적인 2×2 스위칭 노드(1510, 1520, 1530)가 도시되어 있다. n입력과 m출력을 가진 노드는 동시에 min{n,m} 신호를 전달할 수 있으며 전용량성 노드(full capacity node)로 말하여 진다. 하나의 노드는 하나의 신호만을 전달할 수 있다면 하나의 용량성 노드로 말하여 진다. 하나의 용량성 노드는 입력 또는 출력의 선택성을 가질 수도 있고 어떠한 선택성도 가질 수 없게 될 수도 있다.

전 용량성 노드인 노드(1510; 제6도)는 2개의 선택기(1511, 1512)를 포함하고 있다. 선택기(1511)는 선택신호(S1)에 응답하여 노드 출력(01)에 노드 입력(I1 또는 I2)를 접속시킨다. 선택기(1512)는 선택신호(S2)에 응답하여 노드 출력(02)에 노드 입력(I1 또는 I2)을 접속 시킨다.

입력 선택성을 가진 하나의 용량성 노드인 노드(1520; 제7도)는 2개의 NAND 게이트(1521, 1522)와 하나의 OR게이트(1523)를 포함하고 있다. AND게이트(1521)는 OR게이트(1523)를 경유하여 입력(I1)으로부터의 신호를 선택 신호(S1)에 응답하여 2개의 출력(O1, O2)에 전송시킨다. AND게이트(1522)는 OR게이트(1523)를 경유하여 입력(I2)으로부터 신호를 선택 신호(S2)에 응답하여 2개의 출력(O1, O2)에 전송시킨다. 단지 하나의 선택 신호(S1, S2) 만이 그때에 논리 1이다.

선택성이 없는 하나의 용량성 노드인 노드(1530; 제8도)는 OR게이트(1531)와 AND게이트(1532)를 포함하고 있다. 제어 신호(C)가 논리 1일 때, AND게이트(1532)는 입력(I1, I2)에서 신호의 논리 조합(union)을 2개의 출력(O1, O2)에 전송시킨다. 제어신호(C)가 논리 0일 때, AND게이트(1532)는 논리 0를 2개의 출력(O1, O2)에 전송시킨다. 입력(I1, I2)중 하나의 입력만이 어떤때에도 액티브 신호를 수신한다.

노드(1530)는 여기서 n×m모듈로서 언급된 더 일반적인 스위칭 노드의 특별한 경우를 나타낸 것이다. n입력과 m출력을 가지고있는 n×m모듈은 n입력에서 신호의 논리적 조항을 모든 m출력에 발송하거나, 또는 n입력에서 어떠한 신호도 어떠한 m출력에 발송하지 않는다. 만약 n×m모듈의 네트워크가 최대한 n×m 모듈의 하나의 입력이 액티브 신호를 가지도록 제어된다면, n×m 모듈은 모든 m 출력에 신호를 발송하거나 또는 유휴 m출력을 남겨 놓는 기능을 한다. 노드(1530)는 여기서 또한 2-모듈로서 언급된 2×2모듈이다.

시스템(1600; 제5도)이 확장 섹션(1910)과 집속 섹션(1930)뿐만 아니라 퍼펙트 셔플 등가 네트워크(1620)의 스위칭 노드와 같은 노드(1530)인 2-모듈을 사용하여 수행될 때, 퍼펙트 셔플 등가 네트워크(1620)의 2-모듈은 어떠한 2-모듈이 한 개의 액티브 입력 신호보다 더 많은 신호를 가지지 못하도록 하는데 필요로 하는 바와 같이 개별적으로 디스에이블 되거나 또는 인에이블된다. 최종 확장 노드 스테이지(1912)의 2-모듈은 또한 N입구중 주어진 하나의 입구에 수신된 신호가 노드 스테이지(1621-0)의 단지 2개의 2-모듈에 전송되도록 개별적으로 디스에이블 되거나 또는 인에이블(제5도에 도시되지 않음)된다. 하나의 논리값에 고정된 특별한 2-모듈 출력과 같은 고장에 대한 시스템91600)의 공차(tolerance)를 향상시키기 위해, 모든 확장 및 집속 2-모듈은 제어될 수 있다.

제9도는 N=4입구와 M=16출구를 가지고 있는 시스템(1601)의 다이어그램이다. 시스템(1601)은 집속 섹션(1630)이 필요하지 않다는 점을 제외하면 시스템(1600; 제2도)과 동일하다.

제10도는 N=16입구와 M=4출구를 가지고 있는 시스템(1602)의 다이어그램이다. 시스템(1602)은 확장 섹션(1610)이 필요하지 않다는 점을 제외하면 시스템(1600; 제2도)과 동일하다.

시스템(1600)과 같은 시스템의 블로킹 특성을 기술하기 전에, 엄격하게 비 블로킹 네트워크의 기본 원리가 언급되어야 한다. 엄격하게 비 블로킹될 네트워크용 조건은 어떤입력-출력쌍 사이에 경로의 최소 갯수는 그러한 쌍 사이에서 블럭될 수 있는 경로의 최대 갯수를 초과해야만 한다는 것이다. 그러나, 엄격하게 비 블로킹될 네트워크용의 충분한 (꼭 필요치 않음) 조건은 입력-출력 쌍 사이에서 경로의 최소 갯수가 어떤 입력-출력 쌍 사이에서 블럭될 수 있는 경로의 최대 갯수를 초과한다는 것이다.

방정식 형태로, 이러한 충분 조건은 다음과 같이 표기될 수 있다.

경로≥블럭된 경로+1

도움이 되는 네트워크는 경로와 블럭된 경로의 갯수가 어떤 입력-출력 쌍 선택을 위해서만 약간(또는 전혀) 변경되는 네트워크이다.

제11도에는 엄격하게 비 블럭킹 시키는 네트워크(1002)의 단일 스테이지가 도시되어 있다. 네트워크(1002)에서 어떤 입력-출력 쌍 사이에서 경로의 최소 갯수는 1이다. 상기 네트워크에는 각각의 수평 레일(rail)이 유일하게 입력과 관련되고, 각각의 수직 레일은 출력과 관련되기 때문에 비 블럭된 경로가 존재하지 않게 된다.

그래서, 다음과 같이 표기될 수 있다.

경로 = 1≥블럭된 경로 + 1=0+1

따라서, 네트워크(1002)는 엄격하게 비 블로킹 시키는 네트워크이다. 네트워크(1002)에는 N×M크로스 포인트가 있지만, 단지 min{N,M}이 한번 사용된다. 이 효과적인 네트워크를 만들기 위해, 다중 스테이지는 크로스 포인트의 갯수를 동시에 감소시키는 동안에 가능한 블럭된 경로보다 더 많은 경로를 생성시키기 위해 이용된다.

제12도에는 24×24의 엄격하게 비 블로킹 시키는 쓰리 스테이지 Clos네트워크(1004)가 도시되어 있다. 상기 네트워크에는 각각의 입구와 출구사이에 5개의 경로가 있으며, 그 중 하나는 각각의 중간 스테이지 스위치를 통하여 작동된다. 어떤 입구(출구)는 스위치에 따라 다른 2개의 입구(출구)에 의해 블럭된 2개의 경로를 가질 수 있다. 만약 블럭된 쌍의 이러한 2개의 쌍이 분리되면, 총 4개의 경로가 블럭된다. 그래서, 엄격하게 비 블로킹 조건을 응용할 때, 우리는 다음과 같은 관계를 가진다. 즉, 5≥(2+2)+1네트워크(1004)에서 크로스 포인트의 갯수는 3×5×8+8×8×5+5×3×8=560. 비교를 위해, 24×24 크로스바 네트워크는 576크로스 포인트를 가진다.

제13도에는 일반적으로 엄격하게 비 블로킹 시키는 쓰리 스테이지 Cols네트워크(1006)가 도시되어 있다(스테이지 간의 링크는 제13도에서 생략되었다) 네트워크(1006)에 엄격하게 비 블로킹 조건을 인가할 때, 어떤 입력-출력 쌍 사이의 경로의 최소 갯수는 r과 같다. 블럭된 경로의 최대 갯수는 (n-1)+(m-1)과 같으며, 그래서 r≥n+m-1일때마다, 네트워크(1006)는 엄격하게 비 블로킹된다. S+2스테이지 Clos네트워크는 쓰리 스테이지 Clos네트워크를 가진 주어진 스테이지에서 각각의 스위치를 간단히 대체시킴으로써 S스테이지 Clos 네트워크로부터 순환적으로 생성될 수 있다는 점을 주목해야 한다. 엄격하게 비 블로킹 파이브 스테이지 Clos 네트워크(1008)는 표기된 스테이지 사이에서 링크의 갯수와 함께 제14도에 도시되어 있다. 포토닉 범위에서 Clos 네트워크를 수행함에 있어서 2가지 문제점이 생기며, 그것은 1)구형이 아니고 크기가 작지 않은 스위칭 소자라는 것과, 2)스테이지(중앙을 향하여 입체적으로 증가하는) 사이에서의 링크의 다른 갯수이다.

다중 스테이지 상호 접수 네트워크(MIN1010)는 제15도에 도시되어 있으며, 다음과 같은 5개의 조건에 의해 한정된다. 즉 (1) MIN은 노드의 몇몇의 임의 갯수 S스테이지를 가지고 있고,

(2)n_i입력과 m_i출력을 각각 가지고 있는 스테이지(i)에는 r_i노드가 있으며,

(3)다른 스테이지 내의 노드는 n_i와 m_i의 다른 값을 가질 수 있으며,

(4)1≤i≤S-1에 대해, 스테이지(i)내의 노드의 출력은 스테이지(i+1)내의 노드의 입력에 링크를 경유하여 접속되며,

(5)r_im_i= r_i+1n_i+1, 1≤i≤S-1

제16도에는 확장되어 일반화된 셔플(EGS ; extended generalized shuffle)네트워크(1012)가 도시되어 있다. EGS네트워크는 특별하게 규정된 링크 상호 접속 패턴은 가진 MIN이다. 어떤 스테이지(i)에서, 노드는 0에서 r_i-1까지 연속적으로 숫자가 정해지고, 특별한 노드 상의 출력은 0에서 m_i-1까지 연속적으로 숫자가 정해진다. 스테이지(i)노드의 출력은 0에서 r_im_i-1까지 연속적으로 숫자가 정해진다. 여기서 노드(xi)상의 출력(Oi)은 x_im_i+O_i로 숫자가 정해진다. EGS상호 접속 패턴은 다음과 같이 언급된다. 즉, 스테이지(i) 출력(x_im_i+O_i)은 스테이지(i+1)에서 노드( x_im_i+O_i)modr_i+1에 접속된다. 이러한 상호 접속 패턴은 연속적으로 링크를 다음의 스테이지(퍼펙트 셔플로 언급됨)에서 노드에 할당시킨다.

EGS상호 접소 패턴이 내포하고 있는 중요한 점은 2개의 주어진 스테이지에서 어떤 2개의 노드 사이에서의 경로의 갯수가 1이상의 숫자와 결코 다르지 않다는 것이다.

i〈j에 대해, 스테이지(i)내의 노드와 스테이지 (j)내의 노드 사이에서 경로의 갯수는 또는

이며, 여기서

는 X이상인 가장 작은 정수를 나타내고,

는 X이하인 가장 큰 정수를 나타낸다. N=n₁r₁입구와 m=m_sr_s출구를 가진 EGS네트워크를 고려해 보자. 어떤 입구-출구 쌍 사이에서 경로의 최소 갯수는 다음식에 의해 주어진다. 즉,

제17도와 제18도에는 EGS네트워크(1014)의 예가 도시되어 있다. 입력(x)과 출력(y)사이에서 경로의 갯수를 결정하기 위해, 우리는 다음과 같이 계산한다.

입력(x)과 출력(y)의 채널 그래프{L(x,y)}는 x와 y사이의 모든 경로의 조합이다. 블럭된 경로의 갯수에 대한 상한을 조사하기 위해, 우리는 어떤 채널 그래프를 교차할 수 있는 호출(call)의 갯수와 각각의 호출을 블럭시킬 수 있는 경로의 갯수를 결정해야만 한다. 채널 그래프{L(x,y)} 는 제19도에서 검은선으로 도시되어있다.

채널그래프 {L(x,y)}는 제20도에서 점선으로 도시되어 있다. 단일 교차 호출(제20도에서 검은선으로 도시됨)은 L(x,y)의 3개의 경로중 하나의 경로를 블럭시킨다. 노드 스테이지(i)에서 노드 스테이지(j,j〉1) 까지의 j-i링크 상에서 L(x,y)를 교차시키는 호출을 고려해보자. 노드 스테이지(K)에서 노드 스테이지(K + 1)까지의 링크를 스테이지(K)링크로서 표기하라. 교차하는 호출 {C(i,j)} 의 링크(i)에 의해 블럭된 입력(x)과 출력(y)사이에서 경로의 갯수는 x에서 C(i,j)의 스테이지(i) 노드까지의 경로의 갯수와 C(i,j)의 스테이지 (i+1)노드에서 y까지의 경로의 갯수의 곱에 의해 주어진다. 어떤 입력(또는 스테이지 1노드)에서 어떤 스테이지(i)노드까지의 경로의 최대 갯수는

이고, 어떤 스테이지 (i+1) 노드에서 어떤 출력(또는 스테이지 s노드) 까지의 경로의 최대 갯수는

이다. 그래서, C(i,j)의 링크에 의해 블럭된 x와 y사이의 경로의 최대 갯수

가 된다. 링크(i+1)에 의해 블럭된 경로의 추가되는 갯수는

에 의해 주어진다. 제2항에 감산은 제1항이 링크(i)에 의해 블럭된 몇몇의 경로들 보유하고 있다는 사실에 대한 교정을 하며; 이러한 모든 경로는 링크(i)를 경유하여 링크(i+1)에 도달한다. C(i,j)의 각각의 잔류하여 있는 링크에 대한 유사한 교정을 이용하여, 우리는 C(i,j)에 의해 블럭된 경로의 갯수가 다음의 식에 의해 주어진다는 것을 알게 된다.

네트워크(1012; 제21도)를 고려해 볼 때, 다음을 생각해 보자.

과

가 k사이에서 감소되지 않기 때문에,

대해

=1이고,

에 대해

이 되도록 어떤 스테이지(t)가 존재해야만 한다. 유사하게,

에 대해

이고,

에 대해서는

가 되도록 스테이지(u)가 존재해야만 한다. 관계

는 모든 입구가 모든 스테이지(t+1)노드에 대해 최소한 하나의 경로를 가지고 있고, 그래서 교차 호출 {C(i,j)}을 i≤t+1을 가져야만 하고, 유사하게

때문에 j≥u-1을 가져야만 한다는 것을 의미한다. 이러한 모든 정보를 사용하여, 우리는 블럭된 경로에 대한 표시가 다음과 같이 되도록 확립할 수 있다.

여기서, 합산 항

이 만약 t+1〉u-2이면 제로와 같고, 곱이 항

이 만약 t+2≥s이면 1과 같게 됨을 이해하게 된다.

은 유입(entry)포인트(i)의 함수이고,

은 퇴거(departure)포인트(j)의 함수임을 주목해야 한다.

추가로,

은 모든 교차 요청에 대한 상수이다. 그래서, 단일 교차 호출에 의해 블럭된 경로에 대한 상한은 유입 포인트와 퇴거 포인트의 분리 가능한 함수이고, 상수를 플러스한 것이다.

우리는 이제 채널그래프를 교차할 수 있는 호출의 최대 갯수를 결정하는 것을 남겨 놓았다. 단일 교차 호출에 의해 블럭된 경로의 갯수가 입장 포인트와 출발 포인트의 분리 가능한 함수이고, 상수를 플러스한 것이기 때문에, 우리는 각각의 스테이지에서 들어갈 수 있고 출발할 수 있는 호출의 최대 갯수를 결정만 할 필요가 있다. 우리는 주어진 호출의 유입 및 퇴거 포인트를 연결시켜서는 안된다. 우리는 이제 특별한 조건을 충족시키는 네트워크의 연속적인 스테이지의 어떤 세트를 유지하고 있는 EGS네트워크(순방향-역방향 불변 성질이라 불리워짐)의 성질을 고려할 것이다. 만약 순방향-역방향 불변성질이 네트워크의 어떤 부분을 유지하고 있다면, 유입 및 퇴거 호출의 최대 갯수는 각각의 스테이지에서 현저하게 감소될 수 있다.

순방향-역방향 불변성질(FBIP)은 다음과 같이 언급될 수 있다. 주어진 스테이지(i)노드에 의해 도달될 수 있는 모든 스테이지(i)노드는 정확히 스테이지(i)노드의 같은 세트에 도달한다. FBIP는 만약

가 rj를 나눈다면 EGS네트워크에서 스테이지(i, j)를 유지한다. 네트워크(1014)에 대한 어떤 스테이지(3)와 스테이지(5)느드 사이의 경로는 제22도에서 검은선으로 도시되어 있다. 주어진 스테이지(3)노드에 의해 도달될 수 있는 모든 스테이지(5)노드가 스테이지(3)노드의 같은 세트에 정확하게 도달한다는 것을 주의해야 한다. FBIP 는 교차 호출을 현저하게 감소시키고 다중 스테이지의 모듈성(modularity)을 생성시키기 때문에 중요하다.

제23도에 도시된 네트워크(1012)를 참고로 하여, FBIP가 스테이지(1내지 i), 예를들면

가 r_i를 나눔과같은 스테이지를 유지한다고 가정하다. 어떤 입구(X)에 의해 도달될 수 있는 모든 스테이지(i) 노드는 제1스테이지 노드 또는 입구와 같은 세트에 정확히 도달한다. 어떤 스테이지(i) 노드가 최대한

입구(스테이지 i에서 스테이지 1까지 n_p팬 아웃의 곱)에 도달할 수 있기 때문에 최대한

호출은 스테이지(1)에서 스테이지(i; 제23도에서 포인트 A)까지의 채널 그래프{L(x,y)}를 유입시킬 수 있다. 유사하게, 만약 FBIP가 스테이지(i+2 내지 S)를 유지한다면, 최대한

호출은 스테이지(i+2)에서 스테이지(S; 제23도에서 포인트 B)까지 퇴거할 수 있다. 최악의 경우에 대해, 스테이지(i)에서 또는 스테이지(i)전에 유입되는 모든 호출이 스테이지(i+1)에서 또는 스테이지(i+1)전에 퇴거하고, 스테이지(i+2)에서 또는 스테이지(i+1)후에 퇴거되는 모든 호출은 스테이지(i+1)에서 또는 스테이지(i+1)전에 유입된다고 가정한다. 그래서 주어진 i에 대해

에서 채널 그래프를 교차하는 호출의 갯수는

에 의해 상한된다. i를 최소화시키고, 최대한으로 최소 {N-1, M-1}호출이 채널 그래프를 교차할 수 있다고 고려할 때, 채널 그래프를 교차하는 호출의 최대 갯수(w)는 다음과 같은 식에 의해 주어진다.

이러한 결과를 얻기 위해 사용된 논거는 만약 FBIP가

에서 모든 스테이지 (1내지 i)와

에서 모든 스테이지(j 내지 s)를 유지한다면 타당한 것이다.

그래서, 우리는 지금까지

(1) 어떤 입력 - 출력쌍사이에 최소한의

경로와,

(2) 스테이지(i)에서 채널 그래프를 유입시키고, 스테이지(j)에서 퇴거시키는 호출에 의해 블럭된 최대한의

경로와,

(3)만약

에 대해

가 N을 나누고,

에 대해

가 M을 나눈다면 채널 그래프를 교차하는 최대한의

호출이 있게 됨을 결정하여 왔다. 그래서, 우리가 결정하기 위해 남겨 놓았던 모든 것을 채널 그래프의 각각의 스테이지에서 유입될 수 있고 퇴거될 수 있는 호출의 최대 갯수이다.

최대한의

호출이 스테이지(1)에서 스테이지(i)까지의 포인트(A)에서 네트워크(1012, 제23도)에 L(x,y)를 유입시킬 수 있음을 회상해 보라. 그러나 또한, 최대한의 w호출도 스테이지(1)에서 스테이지(i)까지 유입 시킬 수 있다. 또한, 최대한의

호출이 스테이지(i+2)에서 스테이지(S)까지 네트워크(1012)의 포인트(B)로부터 L(x,y)를 퇴거 시킬 수 있음도 회상해 보라. 그러나, 또한, 최대한의 w호출은 스테이지(i+2)에서 스테이지(S)까지 퇴거 시킬 수 있다. 그래서, 가능한 많은

호출은 스테이지(1)에서 스테이지(i)까지 유입 될 수 있고,

호출은 스테이지(1)에서 스테이지(i-1)까지 유입될 수 있다. 스테이지(i-1)를 통하여 유입되는 호출의 최대 갯수를 가정해 볼 때, 우리는 스테이지(1)에서 유입되는 최대한의

호출을 가진다. 비슷하게, 우리는 스테이지(i)에서 퇴거하는 최대한의

호출을 가진다. 이제 우리는 엄격하게 비 블로킹 EGS네트워크에 대한 기본적인 조건을 논의할 수 있다:

여기서,

는 입력-출력쌍 사이의 경로의 최소 갯수이고,

는 스테이지(i)에서 유입되는 호출의 최대 갯수이며,

은 스테이지(i)에서 유입되는 호출에 의해 블럭된 경로의 갯수이고,

은 스테이지(i)에서 퇴거하는 호출의 최대 갯수이고,

는 스테이지(i)에서 퇴거하는 호출에 의해 블럭된 경로의 갯수이고, w는 교차하는 호출의 최대갯수이고,

는 모든 교차하는 호출에 대한 블럭된 경로의 일정한 성분이다.

이러한 것은 엄격하게 비블로킹 EGS네트워크에 대한 기본적인 이론으로서 언급될 수 있으며 : 어떤 EGS네트워크는

입구와

출구를 가지고 있으며,

에 대해

는 N을 나누고,

에 대해

는 나누며, 상기 네트워크에서

의 관계가 존재하며, 여기서 t는

인 i의 가장 큰 값이며, u는

인 i의 가장 작은 값이다. 그리고

는 포인트-포인트 접속을 위한 비블로킹이다.

이전의 발전은 전 용량성 노드

을 가정했었다. 유사한 발전은 선택성을 가진 용량성의 하나의 노드와 선택성이 없는 용량성의 하나의 노드로 생성 될 수 있다. 분리된 결과는 변수(α)의 도입을 통하여 합병되며, 여기서 α=1은 전 용량성 노드이고, α=0는 선택성을 가진 용량성의 하나의 노드이며, α=-1은 선택성이 없는 용량성의 하나의 노드를 나타낸다. 엄격하게 비블로킹 시키는 EGS네트워크에 대한 기본 원리는 다음과 같이 언급된다 : 즉, 어떤 EGS 네트워크 (여기서, 전 용량성 노드용 α=1, 선택성을 가진 용량성의 하나의 노드용 α=0, 선택성을 가지지 않는 용량성의 하나의 노드용 α=-1)는

입구와

입구를 가지고 있으며,

에 대해

는 N을 나누고,

에 대해

는 M을 나누며, 상기의 EGS네트워크에서는

의 관계가 존재하며, 여기서, t는

인 i의 가장 큰 값이고, u는

인 i의 가장 작은 값이며,

는 포인트-포인트 접속용의 비 블로킹이다.

EGS네트워크의 설계의 좋은 융통성은 비 블로킹 작용에 대한 조건이 총체적인 것이고, N, M, α 및 다양한 n_i, m_i의 곱에 전적으로 기초를 두고 있다는 사실로부터 기원된다. 그래서, 일반적으로, 비 블로킹 조건은 특별한 n_i와 m_i사이의 관계에 의존하지 않는다.

제24도에는 비 블로킹 EGS네트워크(1016)의 한 예가 도시되어 있다. 만약 이러한 네트워크의 각각의 스테이지에서 출력 링크가 연속적으로 다음 스테이지(퍼펙트셔플)에서 노드에 할당되면, 어떤 유휴 입력은 예를들면 엄격하게 비 블로킹 시키는 바와 같은 네트워크의 현재의 접속상태와 관계없이 어떤 유휴 출력에 접속될 수 있다.

다중 스테이지 상호 접속 네트워크(MIM;G)는 만약 다음의 2가지 조건중 하나의 조건을 보유하게 되면 퍼펙트 셔플등가 네트워크(perfect shuffle equi valent network)가 될 것이다.

[조건 1]

G의 모든 스테이지(i)에는 G의 r_i스테이지(i) 노드에서 정수 세트{0, 1, ....., r_i-1} 까지 원-투-원(one-to-one) 매핑(mapping ;

)이 존재 하도록 G의 스테이지(i)에서 노드(α)는 만약

이면 G의 스테이지(i+1)에서 노드(β)에 접속한다.

[조건 2]

G의 모든 스테이지(i)에는 G의 r_i스테이지(i) 노드에서 정수 세트 {0, 1, ....., r_i-1} 까지 원-투-원 매핑(4i)이 존재하도록 G의 스테이지(i+1)에서 노드(β)는 만약

이면 G의 스테이지(i)에서 노드(α)에 접속된다.

EGS네트워크는 각각의

가 간단히 식별 매핑될 때 조건 1을 보유한다는 점에서 퍼펙트 셔플 등가 네트워크 임을 주목해야 한다.

가 조건 1을 만족하는 S매핑

의 세트를 나타내고,

가 조건 2를 만족하는 S매핑을 나타낸다고 하자.

확장 수단은 만약 다음의 2가지 조건중 하나의 조건을 보유한다면 퍼펙트 셔플 유지 패턴으로 G의 제1스테이지 노드의 다수의 입력에 G의 각각의 N입구를 접속시킨다.

[조건 1e]

C₁은

인 정수이며, G의 N입구에서 정수 세트{0, 1, ....., N-1} 까지 원-투-원

매핑

이 존재하도록 입구(α)는 만약

여기서

이면 G의 스테이지(1)에서 노드(β)에 접속된다.

[조건 2e] :

C₂는

인 정수이며, G의 N입구에서 정수 세트 {0, 1, ....., N-1} 까지 원-투-원 매핑 (4_I)이 존재하도록 G의 스테이지(1)에서 노드(β)는

여기서

이면 G의 입구(α) 에 접속된다.

접속수단은 다음의 2가지 조건중 하나의 조건을 보유하면 퍼펙트 셔플 유지 패턴으로 G의 각각의 M출구에 G의 노드의 최종 스테이지(S)의 다수 출력을 접속시킨다.

[조건 1c]

C₁은

인 정수이며, G의 M출구에서 정수세트 {0, 1, ....., M-1} 까지 원-투-원 매핑

이 존재하도록 G의 스테이지(S)에서 노드(α)는

여기서

이면 출구(β)에 접속된다.

[조건 2c] :

C₂는

인 정수이며, G의 M출구에서 정수세트{0, 1, ....., M-1} 까지 원-투-원 매핑

이 존재하도록 출구(β)는

여기서

이면 G의 스테이지(S)에서 노드(α)에 접속된다.

그러한 확장과 집속 수단을 가진 네트워크(G)는 N 1×F노드의 확장 스테이지와, G의 S스테이지와 M F'×1노드의 집속 스테이지로 구성되어 있는 S+2 스테이지 퍼펙트 셔플 등가 네트워크로서 나타낼 수 있다. 조건 {1(2)}이 해당되면,

는 N입구 노드에 인가되고, 입구 노드(α)는 조건 {1e(2e)}에 빠른 G의 스테이지(i)에서 노드(β)에 접속되며,

는 M출구 노드에 인가되고, G의 스테이지(S)에서 노드(α)는 조건 {1c(2c)}에 따른 출구 노드(β) 접속된다. 엄격하게 비 블로킹 시키는 조건에 관한 상기의 이론은 그러한 네트워크를 응용한 것이다.

제25도에 도시된 크로스 오버 네트워크(1020)는 퍼펙트 셔플 등가 네트워크이다. 이러한 것은 스테이지 사이에서 상호 접속과 각각의 스테이지에서 노드의 라벨을 조사함으로써 쉽게 변경될 수 있다. 퍼펙트 셔플 등가 네트워크의 그러한 규격화된 실제의 상호 저속 패턴의 존재는 요건을 수행하기 위해 중요한 것이다.

스테이지 당 2×2노드, 2^K를 가진 크로스 오버 네트워크에서, 각각의 링크 스테이지(i)는 2^ri분할을 가지고 있는 크로스 오버 상호 접속 패턴으로 구성되어 있으며, 여기서

이다. 다양한 r_i에 대해 선택된 값은 네트워크의 접속성과 수행에 큰 영향을 미친다.

r_i선택(퍼펙트 셔플 등가 네트워크를 생성 시킴)의 매우 유용한 하나의 패턴은 i≥k, r_i=r_j에 대해 I(K)의 어떤 순열(permutation)에 의해 주어지게 될 r_1,r_{2 ....}r_k를 가지고 있으며, 여기서 j=1+(i+1)_modk이고; 예를들면 r_k+1=r₁,r_k+2,=r₂,……,r_2k=r_k이다. 많은 다른 유용한 패턴은 퍼팩트 셔플 등가 네트워크 훼밀리에서가 아닌 네트워크에 대응하는 패턴이 존재한다.

제26도에 도시된 EGS네트워크(1022)는 중요한 특별한 경우의 퍼팩트 셔플 등가 네트워크를 나타내고 있다. 네트워크(1022)에서, S≥3에 대해

에 대해서는 n_j=m_i=n 이고

이다.

P(B) = 주어진 유휴 입구와 출구가 접속(블럭)될수 없을 확률.

P(F) = 스테이지(2내지 S-1)에서 주어진 n×n노드가 고장에 기인하여 이용할 수 없을 확률.

OCC = 주어진 입구 또는 출구가 통화 중 일 확률.

α = 용량성의 하나의 n×n노드(선택성을 가짐)에 대해 0.

α = 전용량성 n×n 노드에 대해 1이라고 가정하면,

N, F, n, S, P(B), OCC와 α는 대략적으로

에 대해 다음의 식으로 표기된다.

스테이지를 가진 네트워크용의 P(B)이면,

와

는 대략적으로 다음의 식으로 표기되며,

만약

이면, 지수는 1보다 더 크며,

는 S에서 이중 지수적으로 감소되며; 예를들면, S에 대해 표기된

은 직선이다. 이러한 효과를 설명하기 위해,

이고,

이라고 가정하면,

이고,

이고,

이며,

등등이다. 그래서, 그러한 네트워크에서 우리는 간단하게 4개의 스테이지를 추가시킴으로써 10^-1에서 10^-16까지의 블로킹의 확률을 감소시켜 왔다.

블로킹의 확률(probability)에 대한 이전의 대략적인 표시는 노드의 S스테이지와

노드로 구성된 스테이지(i)와

입구 및

출구를 가진 어떤 퍼펙트 셔플 등가 네트워크(G)용으로 일반화 될 수 있다.

P(F)=0, OCC=1 및 α=1로 세트 시킬 때, 다음의 식

에 의해 대략적으로 G, P(G)에서 블로킹의 확률을 얻게 된다.

는 응용할 때 사용될 네트워크(G)용보전 임계치이며, 여기서 블로킹 확률은 어쨋든 중요하다.

[네트워크 제어]

제16도에 도시된 네트워크(1012)가 퍼펙트 셔플 상호 접속인 다음의 스테이지에서 간단하게 링크를 연속적으로 스위치에 할당시키는 상호 접속패턴을 가지고 있는 EGS네트워크임을 회상해 보라. 네트워크(1012)에서 어떤 입구(X)와 어떤 출구(Y) 사이에서 경로(P)의 갯수는 다음의 식에 의해 두어지게 된다.

I(K)는 정수세트{0, 1, ....., K-1}에 표기하고, 입구(X)에서 출구(y)까지 트리플

에 의해 주어진 경로를 표기하라. 여기서, P^*는 I(P)의 소자이다. 경로

는

에 대해 스테이지(i) 스위치

를 통하여 통과할 것이다. 스테이지(i)링크로서 스테이지(i, i+1)사이에 링크를 표기하라. 경로

는 스테이지(i)링크

를 이용한 것이며, 여기서 1≤i≤S-1이다.

제27도는 네트워크(1012)에서 경로추적 기능을 성취하기 위해 사용된 경로 추적처리 흐름도이다. 여기서 스위치는 예를들면 cap(Si)=min{n_i, m_i}인 전 용량성이다. 처리는 블럭(1102)에서 시작되며, 여기서 이전에 검색되지 않은 경로(P^*)가 선택된다. 블럭(1104)에서Li(x,P^*,y)의 통화중/유휴(busy/idle)상태는 1≤i≤S-1인 모든 i에 대해 검색된다. 결정블럭(1106)에서, 모든Li(x,P^*,y)가 유휴상태인지의 여부를 결정하게 된다. 만약 모든Li(x,P^*,y)가 유휴상태이면, 처리는 블럭(1106)에서 블럭(1108)으로 진행되며, 여기서 경로(P^*)가 출구(y)에 입구(x)를 접속시키는데 사용될 수 있는가를 결정하게 된다. 만약 블럭(1106)에서 모든Li(x,P^*,y)가 유휴상태가 아님이 결정되면, 처리는 결정블럭(1110)에서 시작한다. 블럭(1110)에서는 검색되지 않은 경로가 있는지의 여부를 결정하게 된다. 만약있다면, 처리는 블럭(1102)으로 복귀되고, 처리흐름도는 새로운 검색되지 않은 경로에서 반복된다.

그러나, 결정블럭(1110)에서 다른 검색되지 않은 경로가 없다는 것이 결정되면, 처리는 블럭(1112)로 진행하며, 여기서 모든 경로는 입구(x)와 출구(y)사이에서 블럭된다는 것이 결론지어 진다. 링크(Li)는 네트워크(1012)의 스위치가 전 용량성으로 된다고 가정되었기 때문에 제1도의 흐름도에서 검색된다.

제28도는 스위치가 예를들면 cap(Si)=1과 같은 용량성의 하나인 네트워크(1012)에서 경로 추적기능을 성취해온 경로추적 처리흐름도이다. 처리는 블럭(1122)에서 시작되며, 여기서 이전에 검색되지 않은 경로(P^*)가 선택된다. 블럭(1124)에서si(x,P^*,y)의 통화중/유휴상태는 1≤i≤S인 모든 i에 대해 검색된다. 결정블럭(1126)에서는 모든 Si(x,P^*,y)가 유휴상태인지의 여부를 결정하게 된다. 만약 모든 Si(x,P^*,y)가 유휴상태이며, 처리는 블럭(1126)에서 블럭(1128)으로 진행되며, 여기서 경로(P^*)가 입구(x)를 출구(y)에 접속시키는데 사용될 수 있는지가 결론지어진다. 만약 모든 S_i(x,P^*,y가 유휴상태가 아님이 블럭(1126)에서 결정되면, 처리는 결정블럭(1130)에서 시작된다. 블럭(1130)에서, 다른 검색되지 않은 경로가 없음이 결정되면, 처리는 블럭(1132)으로 진행되며, 블럭(1132)에서는 모든 경로가 입구(x)와 출구(y)사이에서 블럭되는 것으로 결론지어진다. 스위치(Si)는 네트워크(1012)의 스위치가 용량성의 하나가 될 것으로 가정되었기 때문에 제28도의 흐름도에서 검색된다.

네트워크(1012)에 대해 경로 추적을 수행함에 있어서 병렬 작용이 가능하다는 점에 주의해야 한다. i와 P^*에 대해 모든 Si(x,P^*,y)또는 Si(x,P^*,y)통화중/유휴상태는 동시에 판독될 수 있으며, 그후 모든 p경로는 동시에 통화중 또 유휴상태임이 결정될 수 있다. 특정한 경로는 그후 만약 어떤 것이 있다면 유휴상태로 발진된 것으로부터 선택된다.

고려하에 네트워크가 EGS네트워크가 아니고, EGS네트워크의 동형 변환이라면, 입구(x)와 출구(y)는 루팅연산을 응용하기 전에 EGS등가로 매핑되어야만 한다. 역 매핑은 스위치를 작동시키는데 필요하다.

오버랩 작용은 만약 각각의 입구/출구쌍에 대한 모든 경로가 모든 다른 입구/출구쌍으로부터 분리되면 구성될 다수의 접속부상에서 수행될 수 있다. 편리를 위해

로 표기하라. 만약 M이 M₁을 나누면, 이전에 주어진

와

에 대한 방정식은

이 될 것이다.

에 대해서

인 네트워크(G)를 고려해 보자. 여기서 n와 k는 정수이다. 그러면,

우리는 또한

에 대해

이고

를 가지며, 추가로

에 대해서는

의 관계를 얻게된다.

그래서 항

는

가되며, 정수값

의 범위를 X와 y는 가지게 되며, P^*는 정수값

의 범위를 가진다. 그래서

은 값

을 가지고,

는 0에서

까지의 모든 정수값의 범위를 가진다. 또한

는 값

을 가지게 되어

는 0에서

까지의 모든 정수값의 범위를 가지게 된다. 그래서 우리는 다음과 같이

비트 2진 숫자로서

를 나타낼수 있다.

에 대해

을 고려해 보자. 2^s-i로 2진 숫자를 나누고 플로어 함수를 취하는 것은 오른쪽으로 2진 숫자(S-1) 위치를 시프트 시키는 것과 같다. 그래서,

는 다음의 직각형으로 둘러싸여 있는 2진 숫자와 같다 :

2진 숫자 모듈로(2^n+k-1)는 2진 숫자의 가장 오른쪽에 있는 n+k-1비트에 의해 주어진다. 그래서

는 다음의 직사각형으로 둘러싸여진 2진 숫자와 같다 :

Si(x,p^*,y)는 xM₁+P^*M+y의 2진 표시의 오른쪽으로부터

비트에 의해 변위된

의 윈도우에 의해 주어진다. 유사하게,

는

의 2진표시의 오른쪽으로부터

비트에 의해 변위된

비트의 윈도우에 의해 주어진다.

입구/출구와 경로 갯수에 대한 셔플 네트워크의 링크와 스위치의 관계는 제29도에 도시된 전형적인 네트워크(1140)를 참고로 하여 기술된다. 제30도는 단일 2진 숫자를 구성하는 입구(137)와 경로(417) 및 출구(291)의 2진 표시의 연결을 예증한 것이다. 제31도는 주어진 스테이지에서 특별한 스위치의 결정이 2진 숫자의 연속적 비트의 어떤 숫자를 선택함으로써 간단하게 행하여 질 수 있음을 예증한 것이다. 제31도에는 스테이지(2) 스위치와 스테이지(16)스위치를 식별 해온 특별한 11비트 시퀀스가 예증되어있다.

비슷하게, 스테이지(2)와 스테이지(16)에서 특별한 링크를 식별해온 12비트 시퀀스가 예증되어 있다. 11비트열은 2048스위치에서 하나(one)를 식별하고, 12비트열은 2048개의 링크에서 하나를 식별한다. 제31도에는 또는 스위치와 링크를 식별해온 비트 시퀀스에 인접한 비트를 기초로 하여 다양한 스테이지의 특별한 입력과 출력을 식별하기 위한 방법이 예증되어 있다. 예를들면, 스테이지(2)와 스테이지(16)입력은 식별되고, 스테이지(1)와 스테이지(2) 및 스테이지(16)출력은 식별된다. 네트워크(1140)에 대해 출력 루팅은 입력과 관계없는 셀프-루팅(self-routing)임을 주의해야 한다.

크로스오버 네트워크의 셔플 네트워크는 동형임을 회상해 보라. 2개의 네트워크 형태의 다양한 스테이지 사이에서의 변형은 제32도에 도식적으로 예증되어 있다. 제32도에 식별된 특별한 변형은 테이블 1-3에 기입되어 있다. 제32도에서, 블럭(1150)에서 식별된 크로스오버 네트워크의 스테이지(i)의 출력과 스위치 및 블럭(1154)에서 식별된 셔플 네트워크 스테이지(i)의 출력과 스위치는 블럭(1152)의 변형(1, 2, 3, 4)에 의해 관련된다. 유사하게, 블럭(1160)에서 표시된 크로스오버 네트워크의 스테이지 (i+1)에 대한 스위치와 입력 및 블럭(1164)에 표시된 셔플 네트워크의 스테이지(i+1)에 대한 스위치 및 입력은 블럭(1162)의 변형(9, 10, 11, 12)에 의해 한정된 바와 같이 관련된다. 크로스오버 네트워크에 대한 스테이지(i) 스위치와 출력 갯수 및 크로스 오버 네트워크에 대한 스테이지(i+1) 스위치와 입력 갯수 사이에서의 변형은 블럭(1156)의 변형(13, 14, 15, 16)에 의해 지정된다. 셔플 네트워크의 연속 스테이지 사이에서 대응하는 관계는 블럭(1158)의 변형(5, 6, 7, 8)에 의해 주어진다. 변형(1내지 16)은 테이블 1-3에 기입되어 있다. 각각의 변형에 대해, 변형될 숫자는 B_n-1, ....B₁B₀로 표기된 n-비트 2진 숫자이다.

[테이블 1]

[테이블 2]

[테이블 3]

이제 512×512 크로스 오버 네트워크(제38도)를 제어하기 위한 장치가 설명된다. 그러한 네트워크의 크기를 보다 잘 이해하기 위해, 처음에는 16×16 크로스 오버 네트워크(1170; 제34도 내지 제36도)를 언급 할 것이며, 스테이지에서 스테이지로의 크로스 오버 접속의 패턴을 주의해서 참고하라. 제37도는 16×16 네트워크(1170)와 512×512 네트워크(1200)의 대응하는 크기를 나타낸 것이다. 또한 제37도에는 중간 크기의 128×128 네트워크가 도시되어 있다. 크로스 오버 네트워크(1200; 제38도)는 15스테이지를 보유하고 있지만, 스테이지(1, 2, 3, 13, 14, 15)는 스위칭 기능을 수행하지 않고 팬아웃/팬인 F=8을 수행하기 위해서만 사용된다. 크로스 오버 네트워크 제어기(1300)는 스테이지(4내지 12) 각각에 대해 다수의 스테이지 제어기 (1201 내지 1209)를 경유하여 네트워크(1200)에 대한 경로 추적과 접속 및 분리 기능을 성취하는데 사용된다. 현재의 예에 대해, 스위칭 스테이지(4내지 12)의 노드는 제5도의 노드와 같은 전 용량성 스위칭 노드이다. 팬아웃(fanout) 스테이지(1, 2, 3)의 노드와 팬인(fanin) 스테이지(13, 14, 15)의 노드는 각각 간단한 팬아웃 소자 및 팬인 소자이다. 저장된 프로그램 제어 하에서 작동된 단일 프로세서 또는 하드웨어 논리회로 장치로서 수행될 수 있는 크로스 오버 네트워크 제어기(1300)는 각각 접속과 분리를 성취 시키는 제39도와 제40도에 도시된 제어 처리를 수행한다.

접속 처리(제39도)는 주어진 접속요청에 대한 네트워크(1200) 입구/출구 쌍이 블럭(1402)에서 대기 행렬(queue)로 저장될 때 시작한다. 저장된 입구/출구 쌍이 처리될 때, 입구와 출구 숫자의 변환은 블럭(1404)에서 지형적으로 네트워크(1200)와 균등한 셔플 네트워크의 대응하는 입구와 출구 숫자로 만들어진다. 그 뒤 블럭(1406)에서 분리 경로 검색은 여기서 기술된 절차를 사용하여 이러한 접속요청에 대한 어떤 가능한 경로가 동시에 처리된 다른 접속요청에 대한 어떤 가능한 경로와 교차하는지의 여부를 결정하게 해준다. 만약 처리에서 다른 접속 요청에 대한 대립이 없다면 블럭(1408)으로 진행하고, 여기서 등가의 셔플 네트워크의 입구에서 출구까지의 모든 경로와 관련된 스위치 또는 링크가 결정된다. 네트워크(1200)에서, 스위치(또는 노드)가 전용량성 스위치이기 때문에, 네트워크를 통하여 주어진 경로의 링크를 결정하는 것은 충분하다. 만약 네트워크 스위치가 용량성의 하나의 스위치이면, 네트워크를 통하여 주어진 경로의 스위치를 결정하는 것은 충분하다. 일단 모든 경로의 경로 성분이 결정되기 때문에, 유휴 경로는 그러한 유휴 경로가 존재한다면 블럭(1410)에서 식별된다. 유휴경로가 발견 될 때, 경로 메모리는 등가의 셔플 네트워크를 위한 입구와 출구 및 경로 숫자를 사용하여 유휴 경로를 한정하도록 블럭(1412)에서 갱신된다. 접속 명령은 블럭(1414)에서 네트워크 스테이지 제어기(1201 내지 1209)에 보내어진다. 또한, 식별된 경로에 대한 경로 성분(스위치 또는 링크)은 모든 스테이지에 대해 블럭(1416)에서 통화중으로 표시된다.

블럭(1406)으로 복귀할 때, 주어진 접속 요청이 처리된 다른 접속 요청과 함께 대립된다는 것이 결정되면, 주어진 접속요청에 관한 정보는 블럭(1420)에 대기 행렬로 저장된다. 일단 유휴경로가 다른 접속 요청중 하나의 접속 요청에 대한 블럭(1410)에서 발견되면, 리포트는 블럭(1420)의 대기 행렬로 행하여진다. 그후 블럭(1406)의 분리 경로 검색이 반복된다. 만약 유휴 경로가 접속 요청을 위한 블럭(1410)에서 식별되지 않으면, 블럭(1422, 1424)이 실시된다. 블럭(1422)에서, 리포트는 접속 처리가 완료된 블럭(1420)의 대기행렬로 행하여 진다. 블럭(1424)에서, 블로킹 고장 리포트는 성공되지 않은 접속요청이 후에 다시 처리될 수 있도록 블럭(1402)의 대기 행렬로 행하여진다.

분리 처리(제40도)는 주어진 분리 요청에 대한 네트워크(1200)입구가 블럭(1440)에서 대기 행렬로 저장될 때 시작된다. 저장된 입구가 처리될 때, 입구 숫자의 변환은 블럭(1442)에서 네트워크(1200)에 지형적으로 등가인 셔플 네트워크의 대응하는 입구 숫자로 행하여진다. 블럭(1444)에서, 셔플 입구 갯수는 접속용 경로 갯수와 셔플 출구 갯수를 결정하는 경로 메모리를 인덱스하는데 사용된다. 분리 명령은 블럭(1448)에서 네트워크 스테이지 제어기(1201 내지 1209)에 보내여 진다. 또한, 분리된 경로를 위한 경로성분(스위치 또는 링크)은 모든 스테이지에 대해 유휴상태로 다시 표시된다.

제42도 내지 제44도에는 네트워크 제어기(1300)의 하드웨어 실시예가 도시되어 있다. 특별한 네트워크(1200) 입구/출구 쌍을 지정하는 접속 요청은 접속 요청 대기행렬(1302)에 저장된다. 9비트 2진 크로스 오버 입구 숫자와 9비트 2진 크로스 오버 출구 숫자는 대응하는 9비트 셔플 입구 숫자와 대응하는 9비트 셔플 출구 숫자에 대한 변환을 위한 셔플 매핑 유니트(1304; 제50도)에 대한 크로스 오버에 전송된다. 셔플 입구와 출구 숫자는 접속/분리 요청 대기행렬(1305)에 저장된 후 분리 경로 검색 유니트(1306; 제46도)에 전송된다. 유니트(1306)는 현재의 입구/출구 숫자 쌍이 다른 입구/출구 숫자 쌍과 관련된 경로로부터 링크 분리되는 네트워크(1200)를 통하여 경로를 한정하는지의 여부를 결정한다. 2개 이상의 접속요청이 네트워크(1200)를 통하여 분리 경로를 한정할 때, 다수의 접속요청과 경로 추적은 여기서 동작의 오버랩 모드(overlap mode)로서 언급된 것으로 동시에 처리될 수 있다. 그후 셔플 입구/출구 숫자는 접속/분리 요청 대기행렬(1308)에 저장된다. 경로추적이 수행될 때, 접속 요청 대기 행렬(1308)은 판독요청신호를 네트워크(1200)의 링크 스테이지(4내지 11)중 대응하는 링크 스테이지에 대해 링크 통화중/유휴 비트를 저장하는 다수의 메모리(1312)에 전송시킨다. (링크 스테이지 i는 노드 스테이지 i와 노드 스테이지 (i+1)사이의 링크의 스테이지이다.) 9비트 셔플 입구와 9비트 셔플 출구 신호는 접속 요청 대기 행렬(1308)로부터 병렬로 전송되고, 입구와 출구신호의 선정된 신호는 메모리(1312)의 장소를 어드레스 하는데 사용된다.

네트워크(1200)에는 어떤 지정된 입구/출구 쌍과 관련된 8개의 경로가 있음을 주목해야 한다. 각각의 메모리(1312)는 512장소를 가지고 있으며, 각각 8비트를 포함하고 있다. 주어진 메모리(1312)의 512장소의 각각은 제30도의 방법으로 입구 숫자와 경로 숫자 및 출구 숫자를 연결시킴으로써 구성된 2진 숫자로부터 감산된 선정되어진 9비트의 다른 값과 대응한다. 그러나, 어떠한 경로 숫자 비트도 어떤 스테이지를 위해 감산되지는 않는다. 결과로서, 메모리(1312) 장소는 주어진 입구/출구 숫자쌍과 관련된 8개의 경로중 각각의 경로에 대한 링크 스테이지의 통화중/유휴 상태를 한정한다. 어드레스된 메모리(1312) 장소의 모든 8비트는 판독되어 동시에 다중-입력 OR게이트와 같이 실시된 다수의 경로 통화중/유휴 검색유니트(1314)에 의해 결합된다. 경로 검색 유니트(1314)중 하나의 경로 검색 유니트는 모든 입력신호가 링크의 유휴상태를 나타낼 때 유휴신호를 전송한다. 유휴 경로 선택유니트(1316; 제51도)는 각각의 유니트(1314)로부터 통화중/유휴신호를 수신하고 선정된 방식으로 한정된 유휴경로중 하나의 유휴 경로를 선택한다. 그후 유휴 경로 선택유니트(1316)는 선택된 8개의 경로중 하나의 경로와 대응하는 2진 숫자를 전송한다. 유니트(1316)는 또한 실제로 어떠한 경로가 발견되지 않으면 블럭된 경로 표시기를 전송시킨다. 블럭된 경로 표시기는 접속 요청이 나중에 반복될 수 있도록 접속 요청 대기행렬에 다시 공급된다. 블럭된 경로 표시기의 인버스(inverse)는 메모리(1312)의 각각에 통화중 비트를 기록하는 기록요청 신호로서 사용된다. 유휴 경로 숫자는 특별한 경로를 추가로 식별하는 메모리(1312)에 전송되어 장소의 특별한 비트는 입구와 출구 숫자에 의해 어드레스 된다. 추가로, 경로 메모리(1318)는 기록 요청에 응답하여 갱신되며, 셔플 입구에 의해 한정된 어드레스에 셔플 출구와 선택된 유휴 경로 숫자를 저장한다.

분리 요청 대기 행렬(1320)은 분리될 크로스 오버 입구를 전송시킴으로써 대응하는 셔플 입구에 대한 변환을 위해 셔플 매핑 유니트(1304)에 크로스오버 시키는 분리를 성취시킨다. 그후 셔플 입구는 경로 메모리(1318)를 어드레스 시키는데 사용된다. 분리 요청대기 행렬(1320)은 판독 요청신호를 경로 메모리(1318)에 전송시키고, 셔플 입구 어드레스에 의해 한정된 경로 메모리(1318)의 장소에 저장된 셔플 출구를 판독한다. 그후 판독 셔플 출구는 대기행렬(1305)과 분리 경로 검색 유니트(1306) 및 대기 행렬(1308)을 경유하여 어드레스 메모리(1312)에 셔플 입구에 따라 전송된다. 어드레스된 경로 메모리(1308)장소는 또한 분리될 경로의 경로 숫자를 보유하고 있다. 판독 경로 숫자는 유휴상태로 복귀될 특별한 비트를 추가로 지정하는 각각의 메모리(1312)에 병렬로 전송된다. 그후, 분리 요청 대기행렬(1320)은 변경을 성취하는 기록 요청을 메모리(1312)내의 유휴상태에 전송시키고, 또한 경로 메모리(1318)로부터 그러한 접속에 관한 정보를 제지한다. 노드 스테이지 제어기(1201 내지 1209)의 각각은 분리를 위해 디스에이블 되거나 또는 새로운 경로의 부분과 같이 인에블될 노드 출력 접속에 대한 노드 입력과 노드를 결정하는 경로 신호와 출구 및 셔플 입구의 선정된 결합을 성취하는 번역기를 보유하고 있다. 이러한 번역기의 설계는 다음의 논리를 기초로 하고 있다.

의 2진 표시로부터

와

를 결정하는 것과 비슷한 이유에 따라, 우리는

과

을 결정할 수 있다.

에 대해서

이고

이며

이며,

는

의 2진 표시의 오른쪽으로부터 1비트 변위된

비트의 윈도우에 의해 주어진다.

Oi(x,p^*,y)는 그후 xM₁+P^*M+y의 2진 표시의 오른쪽으로부터 1비트 변위된 S-i-1비트의 윈도우에 의해 주어진다.

셔플 지역에서 크로스 오버 지역까지 Si(x,P*,y)와 Ii(x,P*,y)및 Oi(x,P*,y)를 맵(map)시키기 위해, 우리는 테이블 1에서 (3)과 (4)를 이용하고, 테이블3에서는 (12a)를 각각 이용한다. 필요로 하는 배타적-OR게이트 기능은 하드웨어에서 쉽게 실시되며, 이러한 기능에 대한 입력은 xM1+P^*M+y)의 2진 표시로부터 직접 얻어진다.

셔플 매핑 유니트(1304 : 제50도)에 대한 크로스 오버는 입구와 출구 신호를 적절히 결합시키는 배타적-OR게이트의 세트를 포함하고 있다. 네트워크는 8개의 팬-아웃과 팬-인을 가지고 있기 때문에, 우리는 8개의 팬-아웃중에서 하나의 팬-아웃에 대한 3개의 스테이지와 스위칭에 대한 9개의 스테이지 및 8개의 팬-인 중에서 하나의 팬-인에 대한 3개의 스테이지의 총15개의 스테이지로 구성되는 것과 같은 전체 네트워크를 해석할 수 있다. 팬-아웃/팬-인은 8개의 입구/출구(4개의 스위치중 하나의 스위치에 대한 하나의 입구/출구)중에서 단지 하나를 선택적으로 갖춤으로써 성취된다. 선택된 512 입구와 출구 스위치는 그후 테이블1의 (1)을 사용하여 셔플지역에 맵된다. 제50도에서는 결론적인 논리가 표시되어있다.

메모리(1312)는 링크 통화중/유휴 비트를 저장하는 각각의 512×8RAM이다. 경로 통화중/유휴 검색 유니트(1314)는 OR게이트와 같이 수행한다. 선택 유니트(1316 : 제51도)는 3개의 경로 신호를 사용하여 선택된 유휴 경로를 한정하고, 기록 요청신호와 블럭된 경로표시기로서 사용하기 위한 단일 신호를 발생시키는 NOR게이트와 OR게이트 및 NAND게이트와 AND 게이트의 장치를 사용하여 수행된다.

분리 경로 검색 유니트(1306)는 제46도에 도시된 논리 장치를 기초로 한 것이다. 검색된 2개의 입구/출구쌍은 와

와같이 지정된다. 유니트(1306)의 논리 장치는 제49도에 도시된 네트워크(1330)에서 분리 경로를 검색하기 위해 응용될 수 있다. 그리고 상기의 네트워크(1330)는 1×2ⁿ가 된 소자의 제1스테이지에 의해 표시된 바와 같은 팬아웃과 2ⁿ×1 소자가 된 소자의 최종 스테이지에 의해 표시된 바와 팬인에 독립적으로 된다. 유니트(1306)의 논리장치는 입구/출구 쌍에 대한 모든 경로가 링크 분리 되지 않을 때 논리 0 신호를 발생시키고, 모든 쌍이 링크 분리 될 때 논리 1 신호를 발생시킨다. 이러한 논리의 설명은 다음과 같다. 2개의 입구/출구 쌍에 대해 xM+P^*M+y의 2진 표시가 검색되어 있는 상황을 고려해 보자.

는

에 대해 이러한 2진 값의 오른쪽으로부터

비트에 의해 변위되어진

비트의 윈도우에 의해서 주어진다. 어떤 스테이지(1,2 또는 3) 링크가 단지 하나의 입구(팬-아웃의 3개의 스테이지)에 의해서만 액세스 가능하게 되고, 어떤 스테이지(12, 13 또는 14)링크가 단지 하나의 출구(팬-인의 3개의 스테이지)에 의해서만 액세스 가능하기 때문에, 우리는

에 대해서만 Li를 고려해야한다. 여기서

를 고려해 보자.

PPP필드는 8개의 가능한 값에 대해 취할 수 있기 때문에, 링크의 이러한 2개의 세트는 잔류 비트가 최소한 하나의 위치에서 다르면 분리될 것이다. 그래서, 이러한 2개의 링크 세트는 만약

이면 분리될 것이다. 비슷하게,

는 만약 우리가

에 도달할 때까지와

이면

로 분리될 것이다. 링크의 전체 세트는 만약

또는

일때만 분리될 것이며, 제46도에 도시된 논리는 D_T의 Boolean감소이다.

2개의 입구/출구 쌍이 링크 분리되도록 결정될 때, 접속을 확립시키는 경로 추적 기능은 제47도의 타이밍 다이어그램으로 도시된 바와 같은 동작의 오버랩 모드로 수행될 수 있다. 도시된 바와 같이, 메모리(1312)의 판독을 수행하는데 필요로 하는 시간과, 유휴 경로 선택 유니트(1316) 및 OR게이트(1314)를 포함하고 있는 논리 회로망의 연속 동작과, 메모리(1312)에 통화중 비트를 기록할 뿐만아니라 경로 메모리(1318)의 기록을 위한 연속시간은 R1, L1, Wl의 시간으로 제47도에 표시되어 있다. 제2접속요청에 대한 대응하는 시간은 R₂, L₂W₂로 지정된다. 도시된 바와 같이, 제2판독은 제1판독 처리의 결과가 논리 게이트의 몇몇 레벨을 통하여 보급되는 시간동안에 발생한다. 제48도에 도시된 바와 같이, 네트워크 제어기 메모리의 이중 복사본이 제45도에서와 같이 사용될 때, 4개의 판독은 대응하는 4개의 기록이 발생하기 전에 성취될 수 있다.

대용적으로, 제1입구 및 제1출구와 제2입구 및 제2출구 사이의 경로에서 어떤 대립이 존재하는지의 여부를 검색하는 것 대신에, 선택된 경로가 대립 되지 않으면 간단히 진행 할수 있으며, 대립이 있는 경우에는 제2입구와 출구 사이에서 대체 경로를 선택하라. 대립이 존재하는 것의 여부는 어떤 통화중-유휴 표시기가 제2의 선택된 경로에 대해 통화중인 것으로 표시되면 검출된다; 그러한 경우에, 이미 통화중으로 검출된 것을 제외하고, 제2경로에 대한 통화중-유휴 표시기는 유휴상태를 유지해야만 하고, 제2입구와 출구사이의 대체 경로에 대한 추적이 행하여 진다.

많은 EGS네트워크에서, 2개의 접속요청이 분리되는 확률은 높다. N입구 및 M출구와 S스테이지를 가지고 있고, 스테이지(i)에서 각각의 스위치에 관한 ni입구와 스테이지(i)에서 각각의 스위치에 관한 mi출구를 가지고 있는 EGS 네트워크를 고려해 보면, 여기서

에 대해서

이고,

에 대해서는

가 된다. 입구(a)와 출구(b) 사이의 모든 경로에서 모든 링크의 세트로서 L(a, b)를 정의하고, 입구(a)와 출구(b)사이의 모든 경로에서 모든 스위치의 세트로서 S(a,b)를 정의하고, 비어 있거나 또는 존재하는 많은 세트로서

를 정의하라. 이러한 정의와 함께, 우리는 다음의 원리를 정하게 된다.

링크 분리(또는 해체) 경로의 일반 원리 :

만약

이면

스위치 분리(또는 해체) 경로의 일반 원리 :

만약

이면

여기서, t는

에 대한 i의 최소값이고,

u는

에 대한 i의 최대값이며,

여기서

는 최대 정수 ≤W이고,

는 최소정수 ≥W이다.

x,y 와 x', y'에 대해 2가지 경우를 고려해 보자 :

[경우 0]

x와 x'는 N입구 세트로부터 대체시키기 위해 선택되고, x와 x'는 같은 입구가 되도록 허용된다.

비슷하게, y와 y'는 M출구의 세트로부터 대체 시키기 위해 선택된다. 이러한 경우에 대해서, 우리는 변수를 β=0로 세트 시킨다.

[경우 1]

x와 x' 및 y와 y'는 N입구와 M출구의 세트로부터 대체없이 선택된다. 그래서 x≠x'이고 y≠y'이다. 이러한 경우에 우리는 β=1로 세트시킨다.

링크 분리 경로 확률 :

에 의해 주어진다.

스위치 분리 경로 확률 :

인 확률은

에 의해 주어진다.

에 대해서 : P(분리) = P(주어진 입구/출구 쌍 사이의 모든 경로는 다른 입구/출구 쌍사이의 모든 경로로부터 링크 분리이며 스위치이다)

몇몇 경로를 위한 공통 스위치를 가지고 있는 2개의 입구/출구 쌍을 선택하는

방식이 있으며, 2개의 입구/출구쌍을 선택하는

방식이 있다. N=512와 S=9인 예에대해, 교차하는 경로를 가진 2개의 입구/출구 쌍을 선택하는

방식이 있으며, 2개의 입구/출구쌍을 선택하는

=34, 225, 651, 712 방식이 있다. P(분리) = 1

=0.9843이 된다. 추가로, P(3쌍의 최소 2는 분리)

0.99999613이고, P(4쌍중 각각의 쌍은 다른 3개로부터 분리)

0.996이다.

포토닉 시스템(10: 제1도)의 현재 설명에 대해, 팬 아웃 섹션(확장)과 스위칭 섹션 및 팬인 섹션(집속: 제2도)을 보유하고 있는 N-입력과 N출력 네트워크가 고려된다. 스위칭 섹션에서 모든 노드 스테이지는 NF/2의 2개의 입력과 2개의 출력 스위칭 노드를 가지고 있다. 팬 아웃 섹션은 스위칭 섹션의 압력에 F링크에 대한 각각의 N입력을 병렬로 연결시킨다. 따라서, 팬 아웃 섹션에는 스위칭 섹션을 유입시키는 FN링크가 있다. 스위칭 섹션은 선행하는 노드 스테이지에 상호 접속된 각각의 노드 스테이지를 가지고 있는 S노드 스테이지와 퍼펙트 셔플 등가 상호 접속을 가진 연속적인 노드 스테이지를 보유하고 있다. 팬인 섹션은 F링크의 세트를 함께 그룹 짓게하고 N출력의 다른 출력에 링크의 각각의 그룹을 접속시킨다.

크로스 오버 상호접속은 지형적으로 퍼펙트 셔플 상호 접속과 균등하다. 제52도와 제53도는 N=4와 F=2 및 S=4를 가진 네트워크의 2개의 다른 2차원 수행을 도시한 것이다. 네트워크(2101; 제52도)는 크로스 오버 상호 접속을 사용하고, 네트워크(2102; 제53도)는 셔플 상호접속을 사용한다. 2차원 크로스 오버 네트워크(2101)내의 노드는 네트워크(2101)가 2차원 셔플 네트워크(2102)와 같은 노드 접속성을 가지도록 번호가 다시 정해진다는 것을 주목해야 한다. 또한, 셔플 상호 접속이 링크 스테이지에서 링크 스테이지까지 변하지 않으며, 반면에 크로스 오버 상호 접속은 링크 스테이지에서 링크 스테이지까지 변하는 것을 주목해야 한다.

3차원 크로스 오버 네트워크(2110; 제55도 내지 제57도)는 지형적으로 제34도 내지 제36도의 2차원 크로스 오버 네트워크(1170)와 균등하다. 네트워크(1170)에서, 주어진 노드 스테이지의 각각의 노드는 0에서 31까지의 숫자로 정하여 진다. 네트워크(1170)는 하프-크로스오버(half-crossover)네트워크이기 때문에, 네트워크(1170)는 크로스오버 접속과 스트레이트(straight)접속을 보유하고 있다. 만약 0에서 31까지의 숫자로 정해진 노드가 2진 어드레스(00000 내지 11111)로 표시된다면, 크로스 오버 접속은 하나의 스테이지 내의 노드가 각각 P 저 순위 비트 위치에서 다른 2진 어드레스를 가지고 있는 다음의 스테이지 내의 노드에 접속되도록 해주며, 여기서 P는 최대한 5와 같은 양의 정수이다. 그래서 스테이지 0내의 노드 0(00000)은 스테이지 1 내의 노드 1(00001)에 접속되고, 스테이지 1내의 노드 0(00000)는 스테이지 2내의 노드 3(00011)에 접속되고, 스테이지 2내의 노드 0(00000)는 스테이지 3내의 노드 7(00111)에 접속되고, 스테이지 3내의 노드 0(00000)는 스테이지 4내의 노드 15(01111)에 접속되고, 스테이지 4내의 노드 0(00000)는 스테이지 5내의 노드 31(11111)에 접속되고, 스테이지 5내의 노드 0(00000)는 스테이지 6내의 노드 1(00001)에 접속되고, 스테이지 6내의 노드 0(00000)는 스테이지 7내의 노드 3(00011)에 접속되며, 스테이지 7내의 노드 0(00000)는 스테이지 8내의 노드 7(00111)에 접속된다. 스트레이트 접속에 대해서, 하나의 스테이지 내의 각각의 노드는 같은 2진 어드레스를 가지고 있는 다음 스테이지 내의 노드에 접속된다. 3차원 크로스 오버 네트워크(2110; 제55도 내지 제57도)는 0에서 31까지의 노드 숫자가 행의 연속 노드와 관련되고, S자 곡선 방식으로 연속적인 행의 양단과 반대방향으로 관련될 때 2차원 크로스 오버 네트워크(1170; 제34도 내지 제36도)와 같은 노드 접속성을 성취한다는 점을 주목해야 한다. 또한, 어떤 스테이지는 단지 수평방향(같은 행에서 상호 접속된 노드만)으로 상호 접속되고, 다른 스테이지는 단지 수직방향(같은 열에서 상호 접속된 노드만)으로 상호 접속된다는 점을 주목해아 한다. 더 일반적으로, 만약 네트워크가 노드의 2차원 어레이로 구성되면, 크로스 오버 접속은 다음과 같이 한정된다. 여기서 각각의 어레이는 R행과 C열을 가지고 있다. O에서 RC-1까지의 정수와 대응하는 2진 어드레스가 S자 곡선 방식으로 연속적인 행양단의 반대방향과 행의 연속적인 노드와 각각 관련될 때, 하나의 어레이 내의 각각의 노드는 각각의 P 저 순의 비트 위치에서 다른 2진 어드레스를 가지고 있는 연속적인 어레이 내의 노드에 접속되며, P는

와 최대한 같은 양의 정수이다.

포토닉 시스템(10)은 스위칭 섹션 내부뿐만 아니라 팬 아웃 섹션과 팬인 섹션내부에 2개의 입력과 2개의 출력 스위칭 노드의 스테이지를 보유하고 있다. 네트워크(2112; 제59도)는 이러한 형태의 크로스 오버 네트워크의 보기이다. 사용되지 않은 노드와 링크는 제59도에서 점선으로 표시되어 있다. 팬 아웃 섹션내부의 각각의 스테이지는 결과적으로 2개의 팬 아웃을 야기시키기 때문에 log₂F 스테이지는 F의 팬 아웃을 성취하는데 필요하게 된다. 비슷하게, log₂F 스테이지는 F의 팬인을 위해서도 필요하다. 그래서, F 와 같은 팬 아웃과 팬인을 가지고 있고 스위칭 섹션 내에 S스테이지를 가지고 있는 네트워크에서 노드-스테이지의 총 숫자(T)는 T=S+2log₂F 에 의해 주어진다. 네트워크(2112)는 N=4와 F=4 및 S=2의 파라미터를 가지고 있기 때문에, 노드-스테이지의 총 숫자는 6개가 된다.

n×m모듈이 모든 m출력에 대한 n입력의 논리 조합을 방송하는 노드임을 회상해 보라. 포토닉 시스템(10)은 스위칭 노드{전 용량성 노드를 가지고 있는 것으로 가정되었던 제34도 내지 제36도의 네트워크(1170)와 다른}와 같은 2-모듈을 사용하여 수행된다. 시스템(10)은 어떤 주어진 2-모듈이 어떤 때에도 단지 하나의 액티브 입력을 가지도록 제어된다. 2-모듈의 몇몇의 전자 수행은 광학 대응부(optical counterparts)를 따라 기술된다.

하나의 전자식 2-모듈 수행은 트리-스테이트(tri-state) 버터(2120; 제60도)를 기초로 하고 있다. 제61도의 진리표는 트리-스테이트 버퍼의 작용을 규정한 것이다. 만약 트리-스테이트 제어 입력이 낮으면(0), 출력은 액티브 입력 신호의 재생된 변형이다. 만약 트리-스테이트 제어 입력이 높으면(1), 출력은 트리-스테이트 되어 고 임피던스로서 나타난다. 트리-스테이트 버퍼는 입력에 와이어-OR방식으로 접속된 신호로부터 단지 하나의 액티브 입력신호만을 받아들이기 때문에, 최소한 하나의 입력 신호는 이전의 스테이지에 의해 디스에이블 되거나 또는 트리-스테이트 되어야만 한다.

인버팅 트리-스테이트 버퍼(2122; 제62도)와 비슷한 광학장치(2125; 제63도)는 광학 2-모듈을 수행하는데 사용될 수 있다. 이러한 장치는 쓰리-다이오드 M-SEED이며, 또한 인에이블된 S-SEED로서 언급된다. 1989년 1월 24일에 A. L. Lentine 씨에 의해 출원된 미합중국 특허 제4,800,262호에 기술된 M-SEEDs(M=3)는 직렬로 접속된 퀀텀-웰 다이오드(quantum-well diode; 제63도)를 가지고 있고, 제64도의 진리표에 의해 규정된 바와 같이 작동한다. 2진수 1이 광학 전력이 존재할 때 인코드되고, 2진수 0는 예를들면 미리 규정된 임계값보다 작은 광학 전력이 존재하지 않을 때 인코드 된다고 가정하자.

제63도에서, 3개의 다이오드는 S(세트), R(리세트) 및 E(인에이블)로서 정하여 진다. 진리표는 S와 R다이오드는 E다이오드가 정해진 광학 전력을 가지고 있을 때 S-R플립-플롭으로서 동작한다. E다이오드가 광학 전력을 가지고 있지 않을 때(미리 규정된 임계값보다 작은 전력), 어떤 광학 전력도 클럭 또는 전력 신호가 3개의 다이오드로 향하게 될 때 S또는 R출력으로부터 전송되지 않는다.

M-SEED의 동작은 트리-스테이트 버퍼의 동작과 유사하다. 현재의 설명을 통하여, 도면의 상부 레일(rail)은 퍼지티브 레일이고, 하부 레일은 네가티브 레일로 가정된다. 결과로서, 2진수 1은 상부(퍼지티브) 레일 상에 광학 전력이 존재 할 때와 하부(네가티브) 레일상에 광학 전력이 존재하지 않을 때 인코드 된다. S-R 플립-플롭은 인버팅 버퍼로서 작동한다. 데이타 스트림은 2개의 위상 접근 방식을 사용하여 S-R 플립-플롭을 통하여 전송되며, 여기서 비트는 비트 주기의 제1하프(half) 동안에 저장되고, 상기의 데이타 스트림은 비트 주기의 제2하프 동안에 다음의 스테이지에 전송된다. 각각의 비트 주기는 판독 사이클에 뒤이은 기록 사이클을 보유하고 있다. 클럭 또는 전력 신호는 판독 사이클 동안에 M-SEED의 3개의 모든 다이오드로 향하게 된다. 이러한 신호는 M-SEED에 의해 변조되고, 파생되는 출력신호는 이전의 사이클 동안에 저장되었던 비트의 보수를 나타낸다. 데이타는 0출력이 S-R 플립 플롭의 R입력과 연관되어 있기 때문에 M-SEED를 통하여 전송될 때 보수가 된다. S-R 플립-플롭에 유입되는 2진수 1은 장치를 리세트 시키고, 2진수 0로서 전송(S-4 플립-플롭이 클럭 될 때)된다. M-SEED(2125; 제63도)는 인버팅 버퍼(2122; 제62도)의 기능을 수행한다. 인버팅 버퍼의 많은 스테이지를 통하여 전송된 데이타는 연속적으로 보수가 되기 때문에, 보수화는 스테이지의 짝수 숫자에 영향을 미치지 않는다. 만약 스테이지의 홀수 숫자가 있다면, 하나의 추가 보수화가 출력에서 성취 될 수 있다.

제65도에는 제2전자식 2-모듈(2130)이 도시되어 있다. 제66도에는 대응하는 진리표가 주어져 있다. 2-모듈(2130)에서, 2개의 입력신호가 OR게이트에 의해 결합된다. OR게이트의 출결은 인에이블 제어 신호가 데이타 신호와 결합되는 AND 게이트에 전송된다. 만약 인에이블 제어 신호가 높으면(1), 데이타는 2개의 출력에 전송된다. 만약 인에이블 제어 신호가 낮으면(0), 2-모듈은 디스에이블되어 출력은 논리 0로 유지된다. OR게이트에 대한 2개의 입력중 하나의 입력은 데이타가 OR게이트의 출력에서 결합되고 차단되어야만 하기 때문에 이전의 스테이지의 2-모듈에 의해 디스에이블 되어야만 한다. 전자식 2-모듈(2130)은 트리-스테이트 버퍼의 디스에이블된 출력에서 발생된 고 임피던스 대신에 디에이블된 출력에서 논리 0를 발생시킨다. 그래서, 와이어-OR처리의 기술은 2-모듈의 2개 입력을 사용되지 않고; 라 OR-게이트를 필요로 한다.

OR/AND 논리의 몇몇의 변경은 광학지역에서 2-모듈을 수행하는데 사용된다. 포토닉 시스템(10)의 현재의 실시예에서, 2가지 형태의 2-모듈이 3차원 네트워크를 수행하는데 사용된다. 제65도의 OR/AND수행을 사용하는 대신에, NOR/OR 수행(2132; 제67도)과 NAND/AND수행(2136; 제70도)이 2가지 형태의 2-모듈의 기초로서 사용된다.

NOR/OR 수행(2132; 제67도)은 NOR 게이트에서 2개의 데이타 입력을 결합시키고, NOR 게이트를 통하여 전송될 때 유입되는 데이타의 감지를 보수처리 한다. 보수 처리된 데이타는 디스에이블 제어 신호와 함께 결합된 OR게이트에 전송된다. 디스에이블 제어 신호가 낮을 때(0), 보수 처리된 데이타는 2개의 출력에 전송된다. 디스에이블 제어 신호가 높을 때(1), 2-모듈은 디스에이블 되고, 출력은 논리1을 유지하게 된다. 2개의 NOR게이트 입력중 하나의 NOR게이트 입력은 이전의 스테이지에서 2-모듈부터 디스에이블된 논리 0신호가 되어야만 하다. NOR/OR 2-모듈 수행은 디스에이블된 출력에서 논리 1을 발생시키기 때문에, 제2형태의 2-모듈은 디스에이블된 출력에서 논리 0를 발생시키는 것을 필요로 한다.

NAND/AND수행(2136; 제70도)은 NAND게이트에서 2개의 데이타 입력을 결합시키고, NAND게이트를 통하여 전송될 때 유입되는 데이타의 감지를 보수처리 시킨다.

보수처리된 데이타는 디스에이블 제어 신호의 보수와 결합된 AND게이트에 전송된다. 디스에이블 제어 신호가 낮을 때(0), 보수 처리된 데이타는 2개의 출력에 전송된다. 디스에이블 제어 신호가 높을 때(1), 2-모듈은 디스에이블되고, 출력은 논리 0을 유지하게 된다. 2개의 NAND게이트 입력중 하나의 NAND게이트 입력은 이전의 스테이지에서 2-모듈로부터 디스에이블된 논리 1신호가 되어야만 한다.

데이타의 보수 처리가 상호 접속에서 발행하지 않으면, NOR/OR 2-모듈은 NAND/AND 2-모듈과 함께 선행하는 스테이지에서 사용될 수 있으며, NAND/AND 2-모듈은 NOR/OR 2-모듈과 함께 선행하는 스테이지에서 사용될 수 있다.

1988년 6월 28일에 H. S. Hinton씨 등에 의해 출원된 미합중국 특허 제4,754,132호에 기술되어 있는 대칭적 셀프 전자-광학 효과장치(S-SEED)는 2가지 형태의 2-모듈의 기능성을 제공하는데 사용된다. 비트 스트림(stream)이 S-SEED논리 게이트를 통하여 전송될 때, 3개의 기능은 각각의 비트 주기 동안에 타임 시퀀스로 수행된다. 첫 번째의 프리 세트 주기 동안에, S-SEED는 출력Q(t)가 공지된 2진수 값이 되도록 공지된 상태가 된다. 2번째의 기록 주기 동안에, 이중-레일 입력 데이타는 S-SEED의 새로운 상태를 기록하는데 사용된다. S-SEED 윈도우가 R(리세트)과 같이 언급된 상부 윈도우와 S(세트) 입력(제68도와 제71도)과 같은 하부 윈도우와 함께 수직으로 지향된다고 가정하자. 상부 윈도우로부터의 출력은 Q 출력으로서 언급되고, 하부 윈도우로 부터의 출력은

출력으로서 언급된다. S-SEED는 하나의 광학 윈도우에 유입되는 전력과 다른 광학 윈도우에 유입되는 전력에 대한 비율이 미리 규정된 임계값(T)을 초과할 때 상태를 변경 시키는 비율 장치이다. S윈도우에 유입되는 전력이 Ps이고, R윈도우에 유입되는 전력이 P_R이면, S-SEED는 Ps/P_R〉T이면 세트 (Q[t+1]=1) 이다. S-SEED는 Ps/P_R〉T이면 리세트(Q[t+1]=0)이다. 세 번째 판독 주기 동안에, S-SEED의 새로운 상태는 판독되어 다음 스테이지에 전송된다. R과 S입력에 같은 강도의 전력 신호 또는 전력이 높은 클럭을 인가 시킴으로써, 클럭 신호는 S-SEED에 저장된 이중-레일 정보를 나타내는 2개의 같지 않은 강도를 가진 윈도우로부터 변조되어 반사된다. Q출력 전력은 S-SEED가 세트일 때

출력 전력을 초과하며 :

출력 전력은 S-SEED가 리세트일 때 Q출력 전력을 초과 한다. 제58도에 도시된 S-SEED 어레이(500)는 네트워크(2110 : 제55도 내지 제57도)와 포토닉 시스템(10; 제1도)의 각각 노드 스테이지를 수행하는데 사용된다. 비록 현재의 보기와 예증의 4가지 목적에서, 어레이(500)가 4×8직각 S-SEED어레이 일지라도, 그러한 어레이는 통상적으로 광 검출기가 스퀘어 어레이(square array)가 되도록 수행된다.

프리세트, 기록 및 판독주기 지속기간은 클럭 또는 전력신호, 프리세트 신호 및 디스에이블 신호(연속적인 디스에이블 신호도 사용될 수 있다.)를 발생시키는 레이저 다이오드 펄스 비율에 의해 결정된다. 레이저 다이오드(301, 401, 451)를 구동시키는 전자 클럭 신호의 타이밍 제어는 제73도의 회로에 의해 제공된다. 제73도의 원-샷(one-shot 452)의 출력 펄스는 통상적으로 비트 주기의 1/4보다 작은 지속기간(Tshot)을 가지고 있으며, 데이타 비트 스트림에 동기화 된다. 제74도의 회로는 스테이지 사이에서 광학 전파 지연을 책임지는 전자 신호 경로에 적절한 지연선(도시되지 않음)이 추가되면 시스템의 3개의 스테이지에서 레이저를 구동시키는데 사용될 수 있다.

제75도는 전형적인 3개의 스테이지에 대한 타이밍도이며, 여기서 입력 데이타는 제로로 복귀하는 포맷을 사용하여 포맷되고 입력에 도달하는 직렬 비트는 알파벳 순서(A, B, C, D, E)로 지정된다고 가정된다. 각각의 비트 주기의 제1하프 동안에, 데이타는 홀수로 된 S-SEED어레이에 기록되고 짝수로 된 S-SEED어레이로부터 판독된다. 각각의 비트 주기의 제2하프동안에, 데이타는 짝수로 된 S-SEED어레이에 기록되고 홀수로 된 S-SEED어레이로부터 판독된다. 그래서, 데이타는 마스터-슬레이브 플립-플롭의 시프트 레지스터의 도관으로 구성된 방식으로 네트워크 내의 스테이지에서 스테이지로 전송된다. 홀수로된 S-SEED어레이는 마스터 플립-플롭과 같이 수행하며, 짝수로 된 S-SEED어레이는 슬레이브 플립-플롭과 같이 수행한다.

데이타는 클럭신호와 어레이(i)로 향하는 프리세트 신호가 낮을 때(off)의 간격동안에 S-SEED어레이 기록된다. 이전 스테이지(i-1)로부터의 데이타는 이러한 간격동안 어레이(i)에 전송된다. S-SEED어레이(i-1)에서 클럭은 S-SEED어레이(i)에서 클럭이 낮을 때(off) 높게(on) 세트 된다. 이러한 것은 S-SEED어레이가 동시에 데이타와 프리세트 신호를 수신하도록 해준다. 프리세트 신호는 낮은 광학 전력 데이타 신호의 어떤 효과를 극복하는 충분한 광학 전력을 가지고 있다. 원-샷(452)에 의해 발생된 펄스의 지속기간은 기록주기의 길이를 규정한다. 특히, 유입하는 비트 주기의 지속기간이 Tbit이고, 원-샷 주기가 Tshot이면, S-SEED어레이에 대한 판독주기는 Tbit/2이고 기록주기는 (Tbit/2)-Tshot이 된다. 각각의 S-SEED에서 데이타와 같이 도달하는 차동 전력은 기록 주기내에서 S-SEED의 스테이트를 세트하기에 충분해야만 한다.

2-모듈(2132; 제67도)의 기능은 제68도에 도시된 바와같이 향하게 된 신호를 가지고 있는 S-SEED(2134)에 의해 수행된다. S-SEED(2134)를 포함하고 있는 광학 2-모듈에 대한 진리표는 제69도에 도시되어 있다. S-SEED의 스테이트는 프리세트 주기 동안에 R입력을 펄스 처리시킴으로써 Q[t]=1로 초기에 세트된다고 가정된다. P(S)와 P(R)로 표기된 열은 기록 주기 동안에 S-SEED윈도우에 유입되는 전력을 나타낸다. 표기된 바와 같이

가 된다. 설명을 하기 위해, 전형적인 전력 값이 가정된다. 어떤 데이타 입력

에 대한 액티브 신호는 3.0 전력 유니트를 제공하고, 반면에 인 액티브 신호는 각각 1.0전력 유니트를 제공한다. 그래서, 이전의 스테이지에서 S-SEED의 대조비율은 3:1이다. 디스에이블 신호가 작동될 때, 디스에이블 신호는 7.1 전력 유니트를 제공하며; 디스에이블 신호가 작동되지 않을 때는 0.071전력 유니트를 제공한다. 그래서, 디스에이블 신호를 제어하는 공간 광 변조기는 100:1의 대조비율을 가지고 있는 것으로 가정된다. S-SEED 비율 임계값(T)은 1.5와 같은 것으로 가정된다. 그래서, 비율 {P(S)/P(R)}이 1.5보다 크면, 출력은 Q[t]=1로 세트된다. 만약 비율 {P(R)/P(S)}이 1.5보다 크면, 출력은 Q[t+1]=0로 리세트 된다. 만약 {P(S)/P(R)}이 0.667과 1.5사이에 있으면, 출력은 변하지 않으며, 그래서 프리세트 출력 스테이트인 Q[t+1]=Q[t]=0가 된다. 판독 주기 동안에 출력 판독은 제69도의 진리표의 최종열에 주어진다.

2-모듈(2136 : 제70도)의 기능은 제71도에 도시된 바와 같이 향하게 된 신호를 가지고 있는 S-SEED(2138)에 의해 수행된다. 제72도에는 S-SEED(2138)를 포함하고 있는 광학 2-모듈을 위한 진리표가 도시되어 있다. 제71도의 수행은 디스에이블 신호가 S입력에서 R입력으로 이동되고, 프리세트 신호는 R입력에서 S입력으로 이동된다는 점을 제외하면 제68도의 수행과 매우 유사하다. S-SEED의 스테이트는 프리세트 주기 동안에 S입력을 펄스 처리 시킴으로써 초기에 Q[t]=1로 세트된다. 파워 레벨에 관한 같은 가정과 함께, 판독 주기 동안에 출력 판독은 제72도의 진리표의 최종열에 주어지게 된다.

2가지 기본적인 접근은 2-모듈 광학 수행용으로 기술되어 있으며...그중 하나는 쓰리-다이오드 M-SEEDs를 사용하며, 다른 하나는 루-다이오드 S-SEEDs를 사용한다. M-SEED접근은 단지 2개의 레이저를 필요로 한다는 잇점을 가지고 있으며(클럭 또는 전력 신호용 레이저와 인에이블 신호용 레이저), 반면에 S-SEED 접근3개의 레이저(클럭 또는 전력 신호용 레이저, 디스에이블 신호용 레이저 및 프리세트 신호용 레이저)를 사용한다. 그러나, M-SEED접근은 2개의 다이오드 보다는 3개의 다이오드를 필요로 하며; 따라서, 시스템 광학(optics)은 M-SEED접근을 따를 때 더 큰 필드를 영상화 해야만 한다. S-SEED접근은 제1도의 포토닉 시스템에서 사용된다.

S-SEED의 지향과 크로스오버 접속에서 크로싱 링크를 보유하고 있는 평면의 지향사이에서 관계는 전체 네트워크의 설계에 영향을 미친다. 이러한 관계는 네트워크의 특별한 스테이지에서 사용된 2-모듈(NOR/OR 또는 NAND/AND)의 형태를 결정한다. S-SEED는 제58도에 도시된 바와 같이 수직으로 지향된다고 가정하라.

수평크로스 오버 접속은 S-SEED 다이오드에 의해 구성된 라인에 수직인 평면을 크로싱 링크가 구성하는 크로스 오버 접속이 되도록 한정된다. 수직 크로스 오버 접속은 S-SEED 다이오드에 의해 구성된 라인에 평행한 평면을 크로싱 링크가 구성하는 크로스 오버 접속이 되도록 한정된다.

제1도와 제93도의 광학 하드웨어 모듈(51)은 수평 크로스 오버 스테이지용 스트레이트 접속과 수평 크로싱 접속을 제공하는데 사용된다. 스트레이트 접속은 플래너 미러(108)에 의해 제공되고, 수평 크로싱 접속은 프리즘 미러(105)에 의해 제공되거나 또는, 만약 하나의 크로싱 이상이 필요하게 되면 프리즘 미러 어레이(110; 제84도)에 의해 제공된다. 프리즘 미러 어레이(110)는 수평 시프트를 제공하는 수직방향으로 지향된 V홈(groove)을 가지고 있다. 2개의 연속적인 S-SEED어레이 사이에서 파생되는 수평 크로스 오버 접속은 제76도에 도시되어 있다.

제93도의 광학 하드웨어 모듈(51)의 변경은 수직 크로스 오버 스테이지를 제공하는데 사용된다. 크로싱 접속을 제공하는 프리즘 미러는 광학축에 대하여 90도로 회전된다. 다수의 크로스를 필요로 하는 수직 크로스 오버 스테이지에 대해, 프리즘 미러 어레이는 90도로 회전한다. 결과로서, 프리즘 미러 어레이의 V홈은 수직 시프트를 수평으로 제공하도록 지향한다. 수직 크로스 오버 스테이지 내의 크로싱 접속은 또한 데이타 레일을 크로스 시킨다. 이중 레일 시스템내의 레일을 크로스 시키는 것은 데이타 비트를 보수처리(complemeting)시키는 것과 같다. 만약 스트레이트 접속이 제93도에서와 같은 미러로 수행되면, 스트레이트 접속을 따라 이동하는 데이타 비트는 링크 스테이지 내의 몇몇 비트는 보수 처리되고 다를 비트는 보수처리 되지 않기 때문에, 시스템의 출력에서 장비가 출력되는 데이타 스트림이 보수처리 되고 출력되는 데이타 스트림이 보수 처리되지 않는 것을 결정하는데 필요하게 된다. 이러한 것은 네트워크를 통하여 정해진 모든 경로에 대해 정보를 필요로하게 된다. 이러한 문제점을 피하기 위해, 수직 크로스 오버 스테이지의 스트레이트 접속내에서 데이타 비트는 이중 레일을 크로싱 시킴으로써 보수처리된다. 이러한 것은 매우 좁은 V홈을 가진 프리즘 미러 어레이와 제33도의 미러(108)를 대체 시킴으로써 성취된다. 이러한 홈의 폭은 S다이오드와 R다이오드 사이에서 스페이싱을 정합시켜서 이중 레일 데이타를 인버팅 시킴으로써 각각의 S-SEED의 출력위치를 반전시킨다. 제77도에는 2개의 연속 S-SEED 어레이 사이에서 파생되는 수직 크로스 오버 접속이 도시되어 있다.

수평 크로스 오버 스테이지의 양 측면상의 2-모듈은 수직 크로스 오버 스테이지의 양 측면상의 2-모듈보다 다르게 설계된다. 디스에이블된 출력 데이타의 감지는 NOR/OR 2-모듈에 유입되는 데스에이블된 데이타가 논리 1이 되고, NAND/AND 2-모듈에 유입되는 디스에이블된 테이타가 논리 0이 되도록 제어된다. 단지 수평 크로스 오버 스테이지만이 고려되었던 이전의 설명에서, NOR/OR2-모듈과 NAND/AND2-모듈 사이에서 대체시키는 네트워크는 필요로 하는 디스에이블된 출력을 제공한다. 그러나, 수직 크로스오버 스테이지가 네트워크에 추가될 때, 설계 방법은 변경된다. 수직 크로스 오버 접속을 통하여 통과하는 이중 레일 데이타 모두는 접속에 의해 보수 처리 되기 때문에, NOR/OR 2-모듈의 디스에이블된 출력(논리1)은 수직 크로스오버에 의해 보수 처리되어 다음의 스테이지에서 NOR/OR 2-모듈의 입력으로 직접 논리1로서 통과된다. 비슷하게, NAND/AND 2-모듈의 디스에이블된 출력(논리0)은 수직 크로스 오버에 의해 보수 처리되어 다음의 스테이지에서 NAND/AND 2-모듈의 입력에 직접 논리0으로서 통과된다. 그래서, 수직 크로스 오버 스테이지 양측면상에서 2-모듈은 같은 형태(NOR/OR 또는 NAND/AND)가 되어야 한다. 다음의 5가지 설계규칙이 응용될 수 있다. : 1) 제1노드 스테이지는 이전 스테이지로부터 수신된 디스에이블된 입력을 대체시키는 논리1 신호의 세트를 발생시킬 필요가 없도록 NOR/OR 2-모듈을 사용해야만 하고, 2) 이전의 노드 시테이지에서 NOR/OR 2-모듈을 뒤 따르는 어떤 노드 스테이지와 이전의 링크 스테이지 내의 수평 크로스 오버는 NAND/AND 2-모듈을 사용해야만 하고, 3) 이전의 노드 스테이지에서 NOR/OR 2-모듈을 뒤따르는 어떤 노드 스테이지와 이전의 링크 스테이지내의 수직 크로스 오버는 NOR/OR 2-모듈을 사용해야만 하고, 4) 이전의 노드 스테이지에서 NAND/AND 2-모듈을 뒤따르는 어떤 노드 스테이지와 이전의 링크 스테이지내의 수평 크로스 오버 접속은 NOR/OR 2-모듈을 사용해야만 하며, 5) 이전의 노드 스테이지에서 NAND/AND 2-모듈에 뒤따르는 어떤 노드 스테이지와 이전의 링크 스테이지에서 수직크로스 오버 접속은 NOR/OR 2-모듈을 사용해야만 한다. 이러한 규칙은 S-SEED 윈도우가 수직으로 지향된다는 가정을 기초로 하고 있다. 이러한 규칙은 다른 형태의 2-모듈이 수평 크로스 오버 스테이지의 양쪽 측면상에서 사용되고, 같은 형태의 2-모듈은 수직 크로스 오버 스테이지의 양쪽 측면상에서 사용되는 것을 필요로 한다. 만약 S-SEED 윈도우가 수평으로 지향된다면, 설계규칙은 다른 형태의 2-모듈이 수직 크로스 오버 스테이지의 양쪽 측면상에서 사용되고, 같은 형태의 2-모듈은 수평 크로스 오버 스테이지의 양쪽 측면상에서 사용되도록 변경된다.

만약 5개의 설계 규칙이 포토닉 시스템 네트워크를 설계하는데 사용되면, 네트워크를 통하여 통과된 데이타 스트림은 다중 스테이지 네트워크를 통하여 발송될 때와 같이 여러번 보수처리 된다. 보수처리는 NOR와 NAND게이트의 기능에 기인하여 모든 노드 스테이지에서 발생하며, 또한 보수처리는 수직 크로스 오버 링크 스테이지에서도 발생한다. 모든 보수처리 작동은 전체 네트워크를 책임져야만 한다. 만약 데이타가 네트워크를 통하여 통과할 때 홀수의 배수를 보수 처리 한다면, 하나 이상의 보수처리 기능이 데이타의 감지를 교정하도록 추가 된다. 이러한 추가된 보수 처리 기능은 예를들면 2-모듈의 특별한 스테이지를 추가시키고, 레일을 크로스 시키는 접속의 특별한 스테이지를 추가 시키고, 네트워크 출력에서 인터페이스 일렉트로닉스에 데이타를 인버팅 시키거나 또는 적절한 S-SEED 다이오드와 출력 섬유 매트릭스의 정렬에 의해 제공될 수 있다. 예로서, 9개의 노드 스테이지를 포함하고 있는 네트워크(2200 ; 제78도)를 고려해 보자. 네트워크를 통하여 단일 경로는 제78도내의 보울드(bold)링크에 의해 확인된다. 제79도는 제78도의 단일 경로의 2-모듈과 관련된 디스에이블된 2-모듈을 포함하고 있는 링크된 2-모듈의 라인을 도시하고 있다. 네트워크를 통하여 다양한 포인크에서 데이타의 감지가 도시된다. 수직 링크 스테이지에서 보수 처리도 또한 도시된다. 네트워크(2200)의 출력에서, 데이타는 보수처리 된다. 따라서, 데이타는 초기 형태로 복귀하는 네트워크의 출력에서 하나의 추가 시간을 보수처리 시켜야만 한다.

2-모듈 네트워크용으로 사용된 발송기술은 전용량성 스위칭 노드의 네트워크용 사용된 것과 다르다. 모든 2-모듈은 이전의 노드 스테이지에서 2개의 2-모듈로부터 데이타를 수신하여 제80도에 도시된 바와 같은 다음의 노드 스테이지내의 2개의 2-모듈에 데이타를 보낸다. 액티브 데이타 경로는 어떤쌍의 연속 노드 스테이지내의 4개의 2-모듈에 영향을 미친다. 제80도를 고려해 볼 때, 만약 노드 스테이지(j)내의 2-모듈(A)이 작동되면, 2-모듈(A)로부터 출력 데이타는 노드 스테이지(j+1)내의 2개의 2-모듈(C,D)로 향하게 된다. 포이트-투-포인트 접속에 대해, 노드 스테이지(j+1) 내의 데이타를 수신하는 2개의 2-모듈중 단지 하나의 2-모듈만이 노드 스테이지(j+2)에 데이타를 송달하도록 인에이블 된다. 스테이지(j+1)내의 다른 2-모듈은 디스에이블 된다. 2-모듈(C)은 인에이블 되고, 2-모듈(D)은 디스에이블 된다고 가정하자. 2-모듈(D)에 접속된 노드 스테이지(j)내의 다른 2-모듈(B)은 비록 2-모듈(D)이 액티브 데이타 경로를 운반하기 않는다고 하더라도 2-모듈(D)을 통하여 데이타를 통과시킬수 없다. 만약 2-모듈(D)이 2-모듈(B)로부터 데이타를 운반하도록 인에이블 되면, 2-모듈(B)로부터 2-모듈(D)의 입력에 도달하는 데이타는 2-모듈(A)로부터 2-모듈(D)에 도달하는 데이타에 의해 또한 차단된다. 그래서, 2-모듈(D)은 2-모듈(A)에서 2-모듈(C)로 데이타를 송달하는 액티브 데이타 경로에 의해 차단 된다. 따라서, 2-모듈(B)은 사용 될 수 없다. 효과적으로, 2-모듈을 기초로 한 네트워크 내의 노드는 쓰리 스테이트 중 하나의 스테이트에 존재한다: 1) 액티브 호출을 운반 할 때 통화중인 경우, 2) 노드를 통하여 통과하는 어떠한 호출을 가지고 있지 않은 유휴 상태인 경우, 또는 3) 같은 스테이지의 다른 2-모듈을 통하여 통과하는 호출의 존재에 의해서 단지 차단된 유휴상태인 경우. 그래서, 만약 호출이 Y스테이지와 함께 2-모듈을 기초로 한 네트워크를 통하여 통과되면, 상기 네트워크는 호출을 운반하는 Y액티브 2-모듈(스테이지 당 한개)을 사용하고, (Y-1)유휴 2-모듈(제1노드 스테이지를 제외한 스테이지 내의 스테이지 당 한 개)을 차단한다. 또한, (Y-1)유휴 2-모듈은 액티브 2-모듈과 다음의 노드 스테이지내의 차단된 2-모듈에 접속만 되기 때문에 사용될 수 없다.

2-모듈 네트워크는 선행하는 스테이지 노드로부터 수신할수 있는 신호중 최대한 하나의 신호가 어떤 때에도 액티브 되도록 제어된다. 각각의 노드는 같은 스테이지의 다른 노드와 관련되며.... 이러한 노드는 선행하는 스테이지의 같은 2개의 노드로부터 신호를 수신 하도록 결합된다. 통화중/유휴 정보는 각각의 스테이지의 각각의 노드에 저장된다. 스테이지 중 하나의 스테이지의 주어진 노드는 주어진 노드와 관련된 노드와 주어진 노드가 유휴 상태로 표시 될때만 네트워크를 통하여 접속의 부분과 같이 사용하기 위해 선택된다. 선택후에, 주어진 노드는 통화중으로 표시된다.

다음의 설명은 현재의 실시예에서 S-SEEDs인 스위칭 장치의 2차원 어레이를 사용하여 포토닉 시스템(10 ; 제1도)의 광학 스위칭 구조에 대한 하드웨어 요건을 함께 만족시키는 광학 기술의 결합과 관계가 있다. 전자 시스템에서, 데이타 신호 흐름에 따라 상호 접속 경로는 전체 시스템의 단지 한 부분이다. 포토닉 시스템(10)내의 각각의 S-SEED 어레이(500)는 다음과 같은 사항을 필요로 한다 : 1) S-SEEDs에 데이타 입력 영상을 중계(relay)하고, 2) S-SEEDs에 전력 입력 영상을 중계하고, 3) S-SEEDs에 제어 입력 영상을 중계하고, 4) 데이타 접속(크로스 오버 정렬 네트워크), 5) 데이타, 전력 및 제어 입력을 위한 빔 조합, 6) 다음의 스테이지에 대한 데이타 출력. 이러한 요건은 실제로 각각의 S-SEED 어레이에 대해서 같으며 ; 따라서 각각의 스테이지에 대한 요건을 대처해온 광학 하드웨어 모듈은 거의 변경되지 않는다.

제81도는 포토의 시스템(10)의 부분을 기능적으로 도시한 블록도이다. 입력 섬유상의 데이타 신호는 데이타 입력 유니트(40)에 의해 공간적으로 조절되고 정렬된다. 다양한 스테이지에 필요한 크로스 오버 상호 접속은 광학 크로스 오버 상호 접속 유니트(100)에 의해 제공된다. 전력과 제어 입력을 구성하는 스포트(spot)의 어레이는 전력과 제어 유니트(300, 400)에 의해 발생된다. 모든 스포트 어레이(데이타 또는 정보신호, 전력 또는 클럭, 제어)는 S-SEED 어레이(500)상에 영상화될 단일 스포트 어레이에 결합된다. 이러한 결합은 빔 결합 유니트(200)에 의해 수행된다. S-SEED 어레이(500)는 선택적으로 전력 신호를 반사 시키고, 빔 결합 유니트(200)는 입력 데이타 신호와 같은 반사된 전력 신호를 다음의 스테이지로 다시 향하게 한다. 이러한 기능은 마지막 까지 각각의 스테이지에 대해 반복되며, 여기서 데이타 신호는 렌즈(70 ; 제1도)에 의해 출력 섬유상에서 영상화 된다. 또한 신호 조절, 예를들면 디멀티플렉싱/멀티플렉싱, 클럭 추출, 비트와 프레임정렬, 에러검색, 재생성 등은 입력과 출력 섬유를 전송설비에 인터페이스 시키는데 필요하다는 것을 주목해야 한다.

S-SEED 어레이는 제82도에 도시된 광학 크로스 오버 상호 접속 유니트(100)를 사용하여 퍼펙트 셔플등가 방식으로 상호 접속된다. 네트워크(1170 ; 제34도 내지 제36도)에 도시된 바와 같이 크로스의 크기는 스테이지에서 스테이지로 변하며, 3차원 크로스 오버 네트워크(2110 ; 제55도 내지 제57도)에서도 크로스의 방향이 변한다.

제82도는 광학 크로스 오버 상호 접속(100)을 수행해온 광학 장치를 도시한 것이다. 입력 영상(제82도의 하부로부터 유입되는 것을 도시함)은 성극 빔 분할기(PBS; 102)에 렌즈(101)를 통하여 통과할 때 원형으로 성극되며 상기 영상은 2개의 복사본(copy)으로 분할 된다. PBS(102)를 통하여 복사본은 선형으로 성극되며 (P형; 병렬성극), 그러한 것은 쿼터-웨이브 플레이트(QWP; 106)를 통하여 통과하고 원형으로 성극될 때까지 선형으로 성극된다. 렌즈(107)는 평면 미러(108)상에서의 스포트 어레이에 영상을 집속시킨다. 미러(108)에서 반사될 때, 영상은 QWP(106)를 통하여 복귀한다. 이렇게 QWP(106)를 통과할 때, 영상은 선형으로 성극되며(S형; 수직성극), PBS(102)에 의해 반사된다. PBS(102)에 의해 초기에 반사된 다른 영상 복사본은 프리즘 미러(PM; 105)상에서 영상화 되는 것을 제외하고, 렌즈(104)와 QWP(103)를 통하여 비슷한 경로를 따른다. PM(105)은 영상을 다시 렌즈(104)에 반사시킬 뿐만 아니라 코너의 축에 관하여 영상을 반전시킨다. 이러한 반전되고 반사된 영상은 렌즈(104)에 의해 모여지고 다시 QWP(quarter-wave plate; 103)를 통하여 통과한다. 반사된 영상의 성극은 회전되고, 영상은 복귀(trip)동안에 PBS(102)를 통하여 통과한다. 출력에서, 2개의 영상 복사본은 단일의 중복된 영상으로 재결합된다. 그래서 제83도의 접속이 구성되고, 반전된 영상은 크로스된 접속을 구성하며, 다른 영상은 스트레이트 접속을 구성한다. 일단QWP(103, 106)가 적절하게 PBS(102)의 투사 평면에 45도로 빠른 축과 함께 지향되면, 상기의 QWP는 PBS(102)에 직접 결합될 수 있다. 성극과 고도의 재반사 성분의 사용은 이러한 상호 접속이 매우 작은 손실과 함께 수행될 수 있게 해준다.

이전에 언급된 바와 같이, 크로스의 폭은 스테이지에서 스테이지까지 변경된다. 이러한 것을 실현시키는 한가지 수단은 제84도에 도시된 바와 같이 프리즘 미러(105)와 프리즘 미러 어레이(PMA)를 대체시키는 것이다. 이러한 경우에, 각각의 프리즘의 작은 면은 영상의 부분을 반전시키거나 또는 크로스 시킨다. 그래서 크로스의 폭을 변경시키기 위해 작은 면의 폭이 변경된다. 몇몇의 시스템 스테이지는 수평 크로스오버를 성취하고, 다른 스테이지는 수직 크로스오버를 성취한다. 수직 크로스오버는 스포트 어레이 영상이 수직 축보다는 수평축에 대해 반전되도록 90도로 PMAS를 회전시킴으로써 성취된다. S-SEEDs의 S와 R 다이오드를 결합시키는 라인과 평행한 크로스 오버 접속은 수직 크로스 오버로 언급되며, 이러한 라인에 수직인 접속은 수평 크로스 오버로 언급된다. 수직 크로스 오버는 S-SEEDs를 상호 접속시킬 뿐만 아니라 S-SEEDs를 구성하는 S와 R 다이오드의 위치를 거꾸로 만든다. 이러한 것은 수직 크로스 접속내에서 데이타 변환을 발생시키며, 승강(companion) 스트레이트 접속을 위해 수행될 비슷한 데이타를 필요로 한다. 이러한 것은 매우 좁은 V 홈을 가지고 있는 PMA와 평면 미러(108)를 대체 시킴으로써 성취된다. 이러한 홈의 폭은 S-R 다이오드 스페이싱을 정합시켜 각각의 S-SEED의 S와 R 출력의 위치를 반전시킴으로써 이중 레일 데이타를 인버팅 시킨다. 모든 경우에서, 전체 크기와 형태 및 광학 크로스 오버 상호 접속 유니트(100)의 입력/출력 인터페이스는 같게 유지되고, 이러한 것은 시스템 집적을 현저하게 용이하게 해준다.

포토닉 시스템(10 ; 제1도)에서, 단일 크로스를 가지고 있는 수평 크로스 오버를 수행하는 광학 하드웨어 모듈(51)내의 프리즘 미러(105)와 평면 미러(108)를 주목해라. 광학 하드웨어 모듈(50, 55)에서, 프리즘 미러(105)는 2개의 크로스를 가지고 있는 수평 크로스오버를 수행하는 2개의 V홈을 가지고 있는 프리즘 미러 어레이에 의해 대체된다. 수직 크로스 오버를 수행하는 광학 하드웨어 모듈(52, 53, 54, 57)에서, 평면미러(108)는 수직 크로스 오버 스테이지에 필요한 데이타 변환을 수행하는 좁은 V홈을 가지고 있는 프리즘 미러 어레이와 대체된다. 또한 광학 하드웨어 모듈(52, 53, 54, 57)에서, 프리즘 미러 또는 프리즘 미러 어레이는 수직 크로스 오버를 성취하는데 필요한 바와 같이 90도로 회전된다.

포토닉 시스템(10)에서 사용된 S-SEEDs는 2차원 어레이를 구성하기 때문에, 한 스테이지에서 다음 스테이지로 통과된 데이타 신호는 스포트의 2차원 어레이의 형태를 취한다. 신호 증폭을 성취하는 전력 입력과, 네크워크 경로의 확립을 제어하고 장치 동작의 모드를 결정하는 제어 입력은 또한 2차원 스포트 어레이의 형태를 가지고 있다.

제85도에 도시된 광학장치는 좋은 대조의 균일한 강도 스포트의 어레이를 발생시키는데 사용된다. 레이저 다이오드(301)에 의해서 발생된 단일 레이저 빔은 렌즈(302)에 의해 조준되고, 빔을 많은 균일한 강도의 빔을 분할시키는 격자(303)상으로 투사된다. 이러한 빔은 렌즈(304)의 집속 평면내의 스포트의 어레이로 렌즈(304)에 의해 접속된다. 일반적으로, 균일한 스포트는 평면의 중앙지역을 차지하고 있으며 비 균일하고 더 낮은 강도의 스포트에 의해 둘러싸여 있다. 원하지 않은 비 균일한 스포트는 공간 필터(305)에 의해 윤곽이 나타나게 된다. 중앙 지역내의 스포트는 공간 필터(305)를 통하여 통과하며, 빔의 어레이를 구성하는 렌즈(306)에 의해 재 조준된다. 이러한 어레이는 어레이를 많은 균일한 복사본을 분할시키는 다수의 영상처리 격자(307)상에 투사된다. 이러한 복사본이 S-SEED 어레이(500)상의 스포트에 결국 집속될 때, 고유의 중앙지역 스포트 어레이의 많은 인접된 복사본이 생성된다. 큰 균일한 스포트 어레이는 작은 균일한 스포트 어레이의 많은 균일한 복사본을 인접시킴으로써 성취된다.

프리세트와 디스에이블 스포트 어레이를 발생시키기 위해, 제85도와 비슷한 광학 장치가 다음과 같은 차이점을 가진 장치를 사용한다. 신호, 전력 및 제어 스포트 어레이의 저 손실 결합을 허용하기 위해, 제어(프리세트와 디스에이블)스포트 어레이는 공칭 S-SEED 작동 파장(850 nanomenters)보다 더 낮은 파장(780 nanometers)을 가지고 구성된다. 프리세트 스포트 어레이내의 스포트는 전력 스포트가 영상 처리되는 바와 같은 2개의 다이오드 보다는 S-SEED 어레이 내의 각각의 S-SEED의 단지 하나의 다이오드로 영상처리 된다. 어레이당 스포트가 거의 구성되지 않기 때문에, 스포트는 마약 같은 전력 출력을 가지고 있는 레이저 다이오드가 사용되면 전력 스포트 어레이의 스포트보다 더 큰 광학 전력을 가질 수 있다; 대체용으로, 더 낮은 전력 레이저 다이오드가 프리세트 빔 용으로 사용될 수 있다.

디스에이블 빔은 각각의 S-SEED 어레이내의 디스에이블된 S-SEED 2-모듈 상에만 투사 된다. 이러한 공간-불편 스포트 어레이를 발생시키기 위해, 프리세트 스포트 어레이(하나의 다이오드 위치에 의해 시프트 된)와 동일한 공간-불변 스포트 어레이가 발생되고, 스포트는 인 에이블된 장치와 대응하는 스포트를 블럭시키는 전기적으로 제어된 공간 광 변조기를 통하여 통과된다. 잔류 수포트는 공간 광 변조기를 통하여 통과하며, 디스에이블될 S-SEEDs상에 영상 처리 된다.

제86도에는 디스에이블 스포트 어레이를 발생 시켜온 광학 장치가 도시 되어 있다. 레이저 다이오드(401), 렌즈(402), 격자(403), 렌즈(404), 공간필터(405) 및 격자(407)를 포함하고 있는 장치의 부분은 실제로 제85도의 장치와 동일하다. 렌즈(408)는 공간 광변조기(409)상에서 스포트 어레이에 빔 어레이를 집속시키는 격자(407) 뒤에 배치 된다. 공간 광 변조기(409)에 의해 통과된 스포트는 렌즈(410)에 의해 공간-변경 빔 어레이에 재조준된다. 이러한 빔은 결국 S-SEED 어레이(500)에 재집속된다. 네트워크를 통하여 경로가 새롭거나 또는 완료된 호출에 변경될 때, 공간 광 변조기(409)의 구성은 다른 2-모듈을 디스에이블 또는 인에이블 시키도록 변경된다.

빔 결합 유니트(200; 제81도)는 2개의 제어 빔 어레이(프리세트와 디스에이블), 전력 빔 어레이 및 S-SEED 어레이(500)상의 두 개의 신호 빔 어레이를 결합시킨다. 빔 결합 유니트(200)는 또한 S-SEED 어레이(500)로부터 반사된 출력 빔 어레이를 위한 출력 경로를 제공한다. S-SEED를 위한 전력/속도 교환(trade offs)은 결합이 가능한 작은 손실로 수행됨을 나타낸다. S-SEEDs의 크기는 또한 속도에 영향을 미치게 되어 S-SEEDs와 스포트는 매우 작게(1 내지 10 microns) 된다. 이러한 것은 공간-대역폭 생성과 퓨필(pupil) 분배를 보존하는 빔 결합기술의 사용을 나타낸다. 현재의 실시예에서, 빔 결합 유니트(200)는 3개의 보조 유니트(210, 240, 270)를 포함하고 있다. 빔 결합 보조 유니트(210; 제87도)는 프레세트와 디스에이블 빔 어레이를 제어 빔 세트에 결합시킨다. 빔 결합 보조 유니트(240; 제88도)는 이러한 제어 빔 세트를 전력 빔 어레이와 결합시킨다. 빔 결합 보조 유니트(270; 제90도)는 전력/제어 빔 세트를 2개(중첩된)의 신호 빔 어레이와 결합시키고, 출력 빔 어레이를 위한 경로를 제공한다. 보조 유니트(210, 240, 270)의 관계는 제93도의 광학 하드웨어 모듈(51)의 빔 결합 유니트(200)에 도시되어 있다.

빔 결합 보조 유니트(210; 제87도)는 프리세트와 디스에이블 빔 어레이를 결합시키는 공간-멀티플렉싱 기술을 사용한다. 디스에이블 빔의 발생은 PBS(216)의 투사 평면에 따라 선형으로 성극(S형; 수직 성극) 되도록 행하여 진다. 상기 빔은 PBS(216)에 의해 반사되며, S-성극에 90도로 지향된 빠른 축을 가진 QWP(211)를 통하여 통과한다. QWP(211)는 1/4파장에 의해 빠른 축에 수직인 광의 성분을 저지하여, 파생되는 빔은 원형으로 성극된다. 상기 빔이 렌즈(212)를 통하여 통과할 때, 상기 빔은 패턴된 미러 반사기(PRM;213)에 집속된다. PRM(213)은 투명한 기판상에 침착된 작은 미러의 어레이이다. 미러의 크기는 스포트 크기를 정합시키고, 미러는 반사된 스포트가 각각의 S-SEED의 하나의 다이오드상에 빔 결합광학(optics)의 나머지에 의해 영상 처리되도록 위치된다. 스포트가 PRM(213)을 반사시킨 후에, 스포트는 렌즈(212)에 의해 재조준되고 2번째로 QWP(211)를 통하여 통과한다. 이러한 2번째의 통과는 다시 다른 1/4 파장에 의해 직각 성분을 저지하게 되어 빔을 P형(병렬) 선형 성극으로 변환시키고, 빔은 PBS(216)를 통하여 통과한다.

프리세트 빔 어레이 발생은 빔이 P형 선형 성극과 함께 보조 유니트(210)에 유입되도록 지향된다. QWP(215)는 1/4 파장에 의해 빠른 축에 직각인 성극성분을 저지하고, 빔을 원형 성극으로 변환시킨다. 렌즈(214)는 빔을 PMR(213)의 투명한 지역상의 스포트에 집속시킨다. 이러한 스포트는 디스에이블 스포트를 가지고 있지 않은 S-SEEDs 다이오드에 영상처리 되도록 위치된다. 프리세트 스포트는 PRM(213)을 통하여 통과하며, 렌즈(212)에 의해 재조준된다. QWP(211)는 QWP(215)에 따라 90도로 빠른 축과 함께 지향된다. 그래서 QWP(211)는 1/4 파장에 의해 다른 성극 성분(하나의 성분은 QWP(215)에 의해 저지되지 않음)을 저지하고, 빔 어레이를 고유의 P형 선형 성극에 복귀시킨다. 프리세트 빔은 PBS(216)을 통하여 통과한다. 출력에서, 2개의 빔 어레이는 같은 구경과 성극으로 결합된다. 스포트는 유리판을 통하여 영상처리되기 때문에, 구형 수차(aberration)를 축적할 수 있다. 만약 평판이 가늘고 (대략1mm), 30mm 이상의 집속 길이를 가진 렌즈가 사용되면, 구형 수차는 중요하지 않게 된다. PRM(213)에서 스포트어레이 영상의 촛점의 깊이는 비교적 크기(16microns 이상) 때문에, PRM(213)에 대한 정렬 공차를 완화 시킨다.

빔 결합 보조 유니트(240; 제88도)는 제어 빔 어레이(프리세트와 디스에이블)와 전력 빔 어레이를 결합시킨다. 보조 유니트(240)에서, 2색(dichroic) 또는 파장-선택 미러(DM; 243)는 공간 선택(공간-변경)미러 이다. DM(243)은 850-nanometer광을 반사시키고 780-nanometer광을 전송 시킨다. 보조유니크 (210; 제87도)내의 디스에이블 빔과 비슷한 전력 빔은 S형의 선형 성극과 함께 보조 유니트(240;제88도)에 유입되고, PBS(241; 850-nanometer 동작용으로 설계됨)와 DM(243)에 반사되고, PBS(241)를 통하여 통과하며, P형 선형 성극을 가지고 있는 출구를 통하여 통과한다. 780-nanometer 제어 빔 (프리세트와 디스에이블)은 보조 유니트(210)로부터 전송되며 P형 선형 성극을 가지고 유입되며 850-nanometer 동작용으로 설계된 QWP(244)를 통하여 통과한다. QWP(244)는 1/4 파장보다 더 큰 파장에 의해 빠른 축에 수직인 성극 성분을 저지시켜 결과적으로 타원형 성극을 발생시킨다. DM(243)을 통하여 통과한 후 QWP(242)와 직면하게 된다. QWP(242)는 QWP(244)에 따라 90도로 빠른 축과 함께 지향된다. QWP(242)는 성극의 동일한 (1/4 파장보다 더 큰) 저지를 발생시키고, 빔 어레이가 PBS(241)를 통하여 통과하도록 P형 선형 성극에 복귀시킨다. 보조 유니트(240)의 출력에서 다른 파장의 2개의 빔 세트는 같은 구경과 같은 성극으로 결합된다.

2개의 빔 세트가 같은 성극으로 결합된다는 것은 중요한 것이다. 0도의 투사를 제외하고, 광학 소자의 성극 성능과 파장을 분리시키는 것은 어렵다. 다음의 보조 유니트(270; 제90도)에서, 850-nanometer PBS(271)가 사용되지만 그러한 것은 780-nanometer 제어 빔 어레이의 빔이 반사 또는 전송시에 상기의 PBS(271)를 통하여 통과하는데 필요하다. 제89도는 850-nanometer 동작을 위해 설계된 PBS를 위한 전형적인 전송곡선의 도면이다. 성극 빔 분할기에서 사용된 얇은 박막 성분에 대해, 투사각의 변경은 파장의 변경과 대응된다. 현재의 실시예에서 사용된 빔 어레이는 ±5도의 실질적인 각의 필드(angular field)를 가질 수 있다. PBS(271)로부터 S형의 선형으로 성극된 광을 반사시키기 위해, S-쇼울더에서 P-쇼울더(shoulder)스페이싱(제89도에서 S-to-P로 표기됨)은 매우 넓어야만 한다. 이러한 것은 파장 범위에서 성취하는 것은 매우 어렵다. PBS(271)를 통하여 S형의 선형으로 성극된 광을 전송하기 위해, S형 전송 피크 면적(제89도에서 S-trans로 표기됨)은 넓어야만 한다. 이러한 것은 성취하기가 또한 어렵다. 그래서 현재의 실시예에서 성취된 해결책은 P형의 선형 성극을 가진 780-nanometer빔과 850-nanometer빔을 전송하는 것이다. 보조 유니트(240; 제88도)의 광학기구는 DM(243)이 대략 0도로 사용될 때 투사각과 성극에 비교적 민감하지 않기 때문에 사용된다.

빔 결합 보조 유니트(270; 제90도)는 공간-멀티플렉싱을 다시 사용함으로써 2개의 신호(정보) 빔 어레이와 전력/제어 빔 어레이를 결합시킨다. 광학 크로스 오버 상로 접속(100)이 공간적으로 중첩되지만 다른 성극상으로 두 개의 신호 빔 어레이를 발생시킴을 회상해 보라. S형 선형 성극을 가지고 있는 하나의 신호 빔 어레이는 PBS(271)로부터 반사되고 QWP(272)를 통하여 통과하며, PMR(274)의 미러로부터 반사시키고, S-SEED 어레이(500)로 QWP(272), PBS(271), QWP(279)를 통하여 통과한다. P형 선형 성극을 가지고 있는 다른 신호빔 어레이는 PBS(271)와 QWP(282)를 통하여 전송되고, PMR(278)미러에서 반사되며, QWP(282)를 통하여다시 통과하며, QWP(279)를 경유하여 S-SEED 어레이(500)에 PBS(271)에 의해 반사된다. 신호 빔 어레이는 촛점이 맞춰질 때(제91도) 중첩된 스포트 어레이를 생성시키기 때문에, PMR(274)과 PMR(278)은 동일하게 정렬된다. 2개의 신호 어레이는 제91도에 도시된 바와 같이 PMRs(274, 278)에서 반사된다. 도시된 바와 같이, PMRs(274, 278) 미러는 S-SEEDs의 다이오드 윈도우와 함께 정렬된다. 다이오드 윈도우는 제92도에 도시된 바와 같이 측면에 의해 2개의 스포트를 받아들이기에 충분히 크다. 전력/제어 빔 어레이는 제87도에서와 같은 프리 세트 빔과 같은 방법으로 S-SEEDs에 통과된다. 전력/제어 빔은 제91도에 도시된 바와 같은 미러와 인접하여 있는 PMR(274)의 투명한 지역을 통하여 촛점이 맞춰진다. 그래서, 상기 빔은 제92도에서와 같은 신호 스포트에 인접한 S-SEED 입력 윈도우 상에 투사된다. 프리세트와 디스에이블 스포트는 신호 스포트와 함께 각각의 S-SEED의 다른 다이오드 상에서 촛점이 맞춰지고 S-SEED의 스테이트를 세트시킨다. 전력 스포트는 각각의 S-SEED의 이중-레일 스테이트를 판독한다. 그후 반사된 출력 빔은 미러와 인접한 PMR(278)의 투명한 지역을 통하여 영상처리 된다. 출력 빔은 QWP(282)로부터 성극되어 재조준된 후 나타나기 때문에, 성극은 다음 스테이지의 광학 크로스 오버 상호 접속(100)에 의해 수신될 빔을 위해 교정된다. QWP(272, 276)에 의해 성취된 780-nanometer 제어 빔의 성극 변환은 빔 결합 보조 유니트(240; 제88도)내의 QWP(242, 244)에 의한 변환과 같다. 렌즈(273, 275, 277; 제90도)는 PMR(274, 278)을 통하여 스포트 어레이 영상을 온,오프 시키도록 중계되며, 보조 유니트(210)에서와 같이 30mm보다 더 큰 촛점 길이를 가지고 있다. S-SEED 어레이(500) 옆의 렌즈(280)는 매우 작은 스포트는 생성 시키지만, 10mm 보다 작은 촛점 길이를 가지고 있다. 각각 PMRs(274, 278) 내부의 렌즈(273, 277) 각각은 축소 시키는 망원경을 구성하는 렌즈(280)와 결합시킨다. PMRs(274, 278)은 생성공차를 완화시키는 축소인자의 상당하는것(reciprocal)에 의한 장치 보다 더 크게 스케일 될 수 있다.

상술된 다양한 광학 유니트는 필요로 하는 성극 지향이 유지되도록 상호 접속되지만, 그것을 초월하여 대응하는 지향 및 스페이싱은 영상 중계 또는 전체 실질적인 배치를 용이하게 하도록 조정될 수 있다. 하나의 가능한 장치가 제93도에 광학 하드웨어 모듈(51)용으로 도시되어 있다. 2개의 직렬로 된 광학 하드웨어 모듈(50, 51)은 제95도와 제96도에 도시되어 있다.

이전에 언급된 바와 같이, 포토닉 시스템(10)에 유입되는 데이타 신호는 처음에 전기적으로 처리되어 왔다. 각각의 전기 신호 채널은 분리된 레이저 다이오드를 구동시키는데 사용되었다. 레이저 다이오드는 예를들면 제1도의 2×8 섬유 케이블 어레이(21)와 같은 필요한 종횡비(aspect ratio)와 함께 매트릭스에 구성된 단일-모드 섬유 또는 다중-모드 섬유에 접속된다. S-SEED 어레이(500)의 S-SEED와 함께 입력 채널을 공간적으로 정렬시키는 것에 추가하여, 단일 레일 신호는 이중 레일로 변환되고 적절한 레벨로 일반화 되거나 또는 재발생된다. 이러한 것은 데이타 입력 유니트(40; 제97도)의 광학장치를 사용하여 성취된다. 케이블 어레이(21)에서 각각의 섬유로부터 단일 레일 입력 신호는 S-SEED 어레이(500)의 하나의 S-SEED 다이오드 만으로 영상처리 된다. 프리세트 스포트는 논리 0 비트(광 강도를 가지고 있지 않음)가 수신되면 각각의 장치의 다른 다이오드로 영상 처리되며, S-SEED는 이미 논리 0 스테이트로 스위치 된다. 만약 논리 1 비트가 수신되면, S-SEED는 논리 1 스테이트로 리세트 된다. 섬유 케이블 어레이(21) 출력은 처음에 PBS(271)를 통하여 통과하기 전에 렌즈(80)에 의해 빔의 어레이에 조준된다. 케이블 어레이(21)를 구성하는 섬유가 다중-모드 섬유의 짧은 길이가 되면, 빔 어레이는 거의 임의로 성극될 수 있다. PBS(271)는 케이블 어레이 영상을 2개의 복사본으로 분할시킨다. 복사본은 PMRs(274, 278)에 의해 반사되어 각각의 S-SEED의 하나의 다이오드로 영상처리 된다. 프리세트 빔은 신호 스포트에 의해 세트되지 않은 S-SEED 다이오드로 영상처리될 PMR(274)의 투명한 지역과 빔 결합 보조 유니트(240)를 통하여 통과된다. 전력 빔은 또한 빔 결합 보조 유니트(240)를 경유하여 결합되고, 제92도와 비슷한 방법으로 프리세트 또는 신호 스포트 장소에 인접한 다이오드 윈도우 상에서 영상 처리된다. 반사되고 변조된 전력 스포트는 포토닉 시스템(10)의 나머지 부분을 통하여 송달될 재 발생된 이중 레일 입력신호를 구성한다. 최종 광학 하드웨어 모듈(57; 제1도)의 출력에서, 렌즈(70)는 출력신호를 2×8 섬유 케이블 어레이(22)상에 영상처리 시킨다. 어레이(22)의 섬유는 신호를 다시 전송 조절에 필요한 전기 영역으로 변환시키는 발광 다이오드(도시되지 않음)상에서 종료시킨다. 출력 섬유 매트릭스는 하나의 S-SEED 다이오드와 함께 정렬될 수 있기 때문에, 데이타 반전은 이전의 데이타 반전의 홀수 숫자를 보상시키는데 필요로 하는 바와 같이 수행될 수 있다.

파장 종속 빔 결합을 수행하기 위한 대체용 광학 장치는 제98도에서 PBS(8101), QWP(8102), DM(8103)과 QWP(8104)를 포함하고 있는 바와 같이 도시되어 있다. PBS(8101), QWP(8102)와 QWP(8104)는 850-nanometer 동작용으로 설계된다. 결합된 전력과 제어 빔은 S형 선형 성극을 가지고 있다.

파장 종속 빔 결합을 수행하기 위한 제2도의 대체용 광학장치는 제99도에서 PBS(8201), QWP(8202), DM(8203)과 QWP(8204)를 포함하고 있는 바와 같이 도시되어 있다. PBS(8201), QWP(8202)와 QWP(8204)는 780-nanometer 동작용으로 설계된다. 결합된 전력과 제어 빔은 P형 선형 성극을 가지고 있다.

파장 종속 빔 결합을 수행하기 위한 다른 대체용 광학장치는 제100도에서 PBS(8301), QWP(8302), DM(8303), QWP(8304), QWP(8305), DM(8306)과 QWP(8307)을 포함하고 있는 바와 같이 도시되어 있다. PBS(8301), QWP(8302), QWP(8304), QWP(8305)와 QWP(8307)는 850-nanometer 동작용으로 설계된다. 결합된 2개의 빔은 S형 선형 성극을 가지고 있고, 결합된 다른 2개의 빔은 P형 선형 성극을 가지고 있다.

Claims (29)

1. N개의 입구와 M개의 출구를 가진 시스템에 있어서, 각각의 노드가 최소한 하나의 입력과 하나의 출력을 가지며, 한 노드에 대한 입력 갯수 및 출력 갯수의 합이 2 보다 큰 최소한 4 개의 다수의 노드 스테이지와; 각각의 링크 스테이지가 상기 노드 스테이지중 한 노드 스테이지의 출력들을 그 다음 노드 스테이지의 입력들에 접속시키는 다수의 링크 스테이지와; 상기 N개의 입구들 상기 노드 스테이지중 제1노드 스테이지의 N개 이상의 입력으로 확장시키기 위한 수단과; 상기 노드 스테이지중 최종 노드 스테이지의 M개 이상의 출력을 상기 M개의 출구에 집속시키기 위한 수단 ; 및 상기 최종 노드 스테이지의 각각의 출력과 상기 각각의 N입구 사이에 최소한 2 개의 경로를 구비하며, 상기 다수의 노드 스테이지 및 다수의 링크 스테이지가 공동으로(collectively) 퍼펙트 셔플 등가 네트워크(perfect suffle equivalent network)를 구성하는 것을 특징으로 하는 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 각각의 노드 스테이지가, 각각 스위치형 광학 접속을 제공하는 다수의 광학 스위칭 노드와, 각각 상기 스위칭 노드중 대응하는 한 스위칭 노드의 광학 접속을 제어하기 위한 제어 빔 어레이를 발생시키는 수단, 및 상기 각각의 제어 빔을 상기 스위칭 노드중 대응하는 한 스위칭 노드로 향하게 하는 자유공간 광학 수단(free-space optical means)을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 제어 빔 어레이가 상기 스위칭 노드중 대응하는 한 스위칭 노드를 통한 광학 정보의 전달을 디스에이블(disable) 시키기 위한 디스에이블 빔 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
4. 제2항에 있어서, 상기 제어 빔 어레이 발생 수단이, 상기 다수의 스위칭 노드에 대응하는 균일한 빔 어레이를 발생시키기 위한 수단, 및 전기 제어 신호에 응답하여 상기 제어 빔 어레이를 형성하도록 상기 균일한 빔 어레이를 선택적으로 전송시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
5. 제4항에 있어서, 시스템을 통한 접속 요청에 응답하여 상기 전기제어 신호를 발생시키는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로하는 시스템.
6. 제2항에 있어서, 상기 다수의 스위칭 노드가 각각 최소한 2개의 광학스테이트를 가지며, 상기 각각의 노드 스테이지가 상기 스위칭 노드중 대응하는 한 노드를 통한 광학정보의 전달 전에 상기 대응하는 한 노드의 광학 스테이트를 각각 설정하기 위한 프리세트 빔 어레이를 발생시키는 수단, 및 상기 각각의 프리세트 빔을 상기 스위칭 노드중 대응하는 한 스위칭 노드로 향하게 하는 자유공간 광학 수단을 더 포함하는 것을 륵징으로 하는 시스템.
7. 제2항에 있어서, 상기 다수의 스위칭 노드가 각각 최소한 2개의 광학스테이트를 가지며, 상기 각각의 노드 스테이지가 상기 스위칭 노드중 대응하는 한 스위칭 노드의 광학스테이트를 각각 판독하기 위해 전력 빔(power beams) 어레이를 발생시키는 수단, 및 상기 각각의 전력 빔을 상기 스위칭 노드중 대응하는 한 스위칭 노드로 향하게 하는 자유공간 광학 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
8. 제7항에 있어서, 상기 각각의 노드 스테이지가 출력 빔 어레이를 형성하도록 상기 다수의 스위칭 노드로부터 반사된 상기 전력 빔을 향하게 하는 자유 공간 광학 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
9. 제2항에 있어서, 상기 각각의 노드 스테이지가, 상기 네트워크를 통하여 전달할 정보들 포함하며, 상기 다수의 스위칭 노드에 각각 대응하는 제1 및 제2 정보 빔 어레이를 수신하는 수단, 및 상기 제1 및 제2 정보 빔 어레이를 상기 스위칭 노드중 대응하는 스위칭 노드로 향하게 하는 자유-공간 광학 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
10. 제9항에 있어서, 상기 다수의 광학 스위칭 노드가 각각 최소한 2개의 광학 스테이트를 가지며, 상기 각각의 노드 스테이지가, 상기 스위칭 노드중 대응하는 스위칭 노드의 광학 스테이트를 각각 판독하기 위한 전력 빔 어레이를 발생시키는 수단, 및 상기 각각의 전력 빔을 상기 스위칭 노드중 대응하는 스위칭 노드로 향하게 하는 자유-공간 광학 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
11. 제10항에 있어서, 상기 스위칭 노드중 대응하는 한 스위칭 노드를 통한 광학 정보의 전달에 앞서, 각각 상기 대응하는 스위칭 노드의 광학 스테이트를 설정하기 위해 프리세트 빔 어레이를 발생시키는 수단, 및 상기 각각의 프리세트 빔을 상기 스위칭 노드중 대응하는 스위칭 노드로 향하게 하는 자유-공간 광학 수단을 더 포함하는 것을 득징으로 하는 시스템.
12. 제1항에 있어서, 상기 르드 스테이지중 최소한 한 노드 스테이지의 각각의 노드가 한 제어 신호에 응답하여 그 다음 노드 스테이지의 최소한 2개의 노드에 출력 신호를 전파(broadcast)하는 수단을 포함하며, 상기 출력 신호는 상기 노드 스테이지의 선행하는 노드 스테이지의 최소한 2개의 노드로부터 수신가능한 신호의 논리 조합(logical combination)을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
13. 제12항에 있어서, 상기 제어 신호와, 출력 신호, 및 수신가능할 신호가 광학 신호인 것을 특징으로 하는 시스템.
14. 제13항에 있어서, 상기 출력 신호 및 수신가능한 신호가 소정의 파장을 가지며, 상기 제어 신호는 상기 소정의 파장과는 다른 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
15. 제14항에 있어서, 상기 수신가능한 신호중 제1신호가 제1데이타 입력신호 및 제 1상보 데이타 입력 신호를 포함하고, 상기 수신가능한 신호중 제2신호가 제2데이타 입력 신호 및 제2상보 데이타 입력 신호를 포함하며 , 상기 출력 신호가 데이타 출력 신호 및 상보 데이타 출력 신호를 포함하고, 상기 출력신호 전파 수단은, 하나의 콴텀 웰 영역(quantum well region)을 보유하고 있는 제1광 검출기(photo detector) 및 하나의 콴텀 웰 영역을 보유하고 있는 제2광 검출기를 포함하고 있는 대칭 셀프 전자-광학 효과 장치(symmetric self electro-optic effect device)를 포함하며, 상기 제1광 검출기는 상기 2개의 선행하는 스테이지 노드에 광학적으로 결합되어 상기 제1 및 제2 데이타 입력 신호를 수신하고, 상기 2개의 후속 스테이지에 광학적으로 결합되어 상기 데이터 출력 신호를 전송하며, 상기 제2광 검출기는 상기 2개의 선행하는 스테이지 노드에 광학적으로 결합되어 상기 제1도 및 제2도 상보 데이타 입력신호를 수신하고, 상기 2개의 후속 스테이지 노드에 광학적으로 결합되어 상기 상보 데이타 출력신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 시스템.
16. 제15항에 있어서, 상기 출력 신호 전파 수단이, 상기 데이타 출력 신호를 각각 상기 2개의 후속 스테이지 노드 중 하나의 노드 스테이지에 전송하기 위한 2개의 신호로 분할하고, 상기 상보 데이타 출력 신호를 각각 상기 2개의 후속 스테이지 노드 중 하나의 스테이지 노드에 전송하기 위한 2개의 신호로 분할하는 빔 분할기 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
17. 제1항에 있어서, 상기 각각의 링크 스테이지가, 상기 노드 스테이지중 한 노드 스테이지의 출력으로부터 상기 노드 스테이지의 후속 노드 스테이지의 입력으로의 광학 접속을 제공하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
18. 제1항에 있어서, 상기 확장 수단이 전기 수단(electrical means)을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
19. 제1항에 있어서, 상기 확장 수단이 광학 수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
20. 제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 확장 수단이 상기 제1 노드 스테이지의 다수 입력이 상기 N개의 입구를 각각 접속시키는 것을 특징으로 하는 시스템.
21. 제20항에 있어서, 상기 확장 수단이 상기 N개의 입구 각각을 퍼펙트 셔플 유지 패턴에서 상기 제1 노드 스테이지의 다수 입력에 접속시키는 것을 특징으로 하는 시스템.
22. 제20항에 있어서, 상기 확장 수단이 상기 N개의 입구 각각을 퍼펙트 셔플 유지 패턴에서 상기 제1 노드 스테이지의 F입력(F는 2의 거듭제곱)에 접속시키고, 상기 다수의 노드 스테이지는 각각 같은 수의 노드를 포함하며 , 상기 다수의 노드 스테이지의 각각의 노드는 2개의 입력과 2개의 출력을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
23. 제22항에 있어서, 상기 확장 수단이 각각 하나의 입력과 2개의 출력을 가진 다수의 노드를 보유한 log₂F스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
24. 제1항에 있어서, 상기 집속 수단이 전기 수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
25. 제1항에 있어서, 상기 집속 수단이 광학 수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
26. 제24항 또는 제25항에 있어서, 상기 집속 수단이 상기 최종 노드 스테이지의 다수 출력을 상기 M개의 출구에 각각 접속시키는 것을 특징으로 하는 시스템.
27. 제26항에 있어서, 상기 집속 수단이 상기의 최종 노드 스테이지의 다수 출력을 퍼펙트 셔플 유지패턴에선 상기 M개의 출구 각각에 접속시키는 것을 특징으로 하는 시스템.
28. 제26항에 있어서, 상기 집속 수단은 퍼펙트 셔플 유지 패턴으로 상기 M개의 출구 각각에 상기 최종 노드 스테이지의 F 출력(F는 2의 거듭제곱)을 접속시키고, 상기 다수의 노드 스테이지는 각각 같은 수의 노드를 포함하며 , 상기 다수의 노드 스테이지의 각각의 노드가 2개의 입력과 2개의 출력을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
29. 제28항에 있어서, 상기 집속 수단이 각각 2개의 입력과 하나의 출력을 가진 다수의 노드를 보유한 log₂F 스테이지들 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.

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