KR100478339B1

KR100478339B1 - 회선쟁탈없는 글로벌 상호접속

Info

Publication number: KR100478339B1
Application number: KR10-1999-7003063A
Authority: KR
Inventors: 발렌틴 모로초프; 로버트 엘. 에머랄드
Original assignee: 노달 인더스트리즈 인코포레이티드; 발렌틴 모로초프
Priority date: 1996-10-09
Filing date: 1997-10-08
Publication date: 2005-03-24
Also published as: KR20000049004A; EP0933005A1; US5798580A; RU2198481C2; IL129325A0; EP0933005A4; JP2002513524A; IL129325A; AU4673597A; WO1998016084A1

Abstract

N개의 입력소스로 부터 M개의 출력 수신지로 메시지 경로지정을 위한 회선쟁탈없는 스위치, 네트워크 및 글로벌 상호접속 시스템이 설명된다.

Description

회선쟁탈없는 글로벌 상호접속{CONTENTION FREE GLOBAL INTERCONNECTION}

본 발명은 일반적으로 회선쟁탈없는 글로벌 상호접속에 관한 것이고, 더 상세하게 회선쟁탈없는 글로벌 상호접속 스위치와 네트워크에 관한 것이다.

광학은 컴퓨터와 다른 타입의 스위치 구조에 상호접속을 제공하기 위해 사용되어 왔다. 스위치는 컴퓨터 구조와 전기통신 같은 다른 시스템의 여러가지 레벨에서 사용된다.

특히, 현재 자유공간 광 상호접속을 다루는 적어도 두개의 응용 즉, 전기통신/데이터 통신 스위칭 네트워크와 파인-그레인(fine-grained) 병렬 컴퓨터가 있다.

전기통신/데이터 통신 스위칭 네트워크에 관해서, 멀티미디어에 액세스한 커스터머는 수십만 개의 가입자 라인을 요구할 것이고, 각 라인은 초당 500 메가바이트 이상에서 동작할 것이다. 이러한 요구에 응하기 위해서, 현재 전기적 상호접속 기술의 고안된 처리능력보다 3내지 4배 더 큰 크기의 처리능력이 요구될 것이다.

병렬 컴퓨터에서, 병렬 컴퓨터의 파워는 각각의 컴퓨터 처리 소자간의 통신 등급에 직접적인 관계가 있다. IEEE 스케일러블 코히런트 인터페이스(SCI)는 많은 수의 프로세서 집적화를 단순하게 하도록 약정한다. 대부분의 버스 설계는 기껏해야 4개의 프로세서에 연결할 수 있고 심지어 대부분의 로버스트 버스 디자인은 32개의 프로세서 이상은 지원할 수 없다. 버스 접근이 갖는 다른 문제점은 버스 회선쟁탈이다. 공유버스에서, 한 프로세서는 다른 프로세서가 메모리를 판독하거나 기록할 때마다 메모리에 액세스하기 위해 기다려야 한다. 따라서, 컴퓨터의 여러가지 프로세싱 소자사이에서 정보를 공유하고 전송하는 컴퓨터의 상호접속 시스템은 병렬 컴퓨터 구조의 중요한 특성 가운데 하나이다.

이상적으로, 전기통신 또는 데이터 통신 시스템에서, 각 입력 노드는 각 출력 노드에 직접적으로 연결된다. 유사하게, 이상적인 컴퓨터에서, 각 프로세서는 시스템이 완전하게 그리고 광범위하게 연결되도록 모든 다른 프로세서에 직접적으로 연결된다.

각 노드 또는 프로세서가 모든 다른 노드 또는 프로세서에 직접 연결 또는 링크된 이상적인 시스템의 예시도가 도 1에 도시되어 있다. 도 1에서, 각 노드는 원으로 표시된다. 그러나, 핑크스톤의 "The GLORY Strategy for Multiprocessors: Intergrating Optics into the Interconnects Architecture"와 시겔의 "Interconnection Networks for Large-Scale Parallel Processing"에 상세하게 설명되었듯이, 이러한 방법으로 큰 시스템을 연결한다는 것은 상당히 실용적이지 못하다.

순수하게 기능적인 관점에서 보면, 도 2에 도시된 크로스바 스위치 시스템 네트워크는 어떤 입력 채널을 어떤 출력 채널에 용이하게 직접 연결할 수 있다. 도 2에서, 크로스바 스위치는 원으로 표현되고 입력과 출력포트는 사각형으로 표현된다. 그러나, 도 2에 도시된 크로스바 시스템을 실행하려면 n²개의 스위치가 요구된다(n은 도 2에 도시된 시스템의 입력포트와 출력포트의 갯수이다).

스위치 갯수는 멀티스테이지 상호접속 네트워크(MIN)를 사용함으로써 상당히 줄어든다. 멀티스테이지 상호접속 네트워크는 실용적으로 시스템의 각 노드 또는 프로세서의 상호접속을 단지 한번에 시스템의 다른 노드 또는 프로세서에 동적으로 재구성할 수 있게한다. MINs는 크로스바 스위치 시스템 네트워크에 비교하여, 주어진 입력포트와 주어진 출력포트 간에 직접 연결할 수 있는 능력이 유지되면서도 하드웨어의 복잡성이 감소하기 때문에 인기가 있다. 2×2 크로스바 스위치를 채용한 MIN은 (n/2)log₂n개의 스위치를 요구한다. 이것은 완전한 크로스바 스위치 시스템에서 요구하는 n²개의 스위치보다 적다. n이 클때, 크로스바 스위치 시스템 네트워크에 요구되는 스위치 갯수와 멀티스테이지 상호접속 네트워크에 요구되는 스위치의 갯수의 차이는 중요하다. 대규모 군의 MINs는 위상적으로 동일하다(동일구조인). 즉, 그것은 동일한 기능을 수행한다. 그러한 동일구조 시스템은 셔플-익스체인지, 반얀, 오메가, 플립, 베이스라인과 델타 네트워크를 포함한다. 또한 오메가 네트워크로 알려진 셔플-익스체인지 MIN이 도 3에 도시된다. 도 3은 메시지 데이터 패키지를 8개의 입력포트 또는 소스로 부터 8개의 출력포트 또는 수신지로 전송하기 위한 상호접속 패턴을 설명한다. 도 3에서, 스위치는 사각형으로 표현되었다. 도 3에서 설명된 네트워크는 세개의 셔플 스위치 스테이지와 세개의 익스체인지 스위치 스테이지를 갖는다. 네트워크를 통과하는 메시지 데이터 패키지는 경로 정보를 헤더에 보낸다. 경로 정보는 적당한 메시지 경로를 위해 네트워크 스위치를 세팅하도록 사용된다. 예를 들면, 수신지 어드레스를 나타내는 2진 메시지 헤더부분에서, "1"은 직선으로(꺾이지 않음) 세팅하는 스위치를 나타내고, "0"은 교차 세팅(꺾임)을 나타낸다. 상기 MIN의 제 1 스테이지 스위치가 최상위비트를 "1"로 판독하면, 이 비트를 소모하는 동안 자체적으로 직진하도록 셋팅한다. 제 2 스테이지 스위치는 최상위 다음 비트를 인식하고 이 비트 값에 의존하는 위치로 교차할 것인지 직진할 것인지를 스스로 셋팅한다. 마지막 스테이지 스위치는 최하위비트를 인식하고 그 비트값에 따라 스스로 셋팅하고, 따라서 메시지를 적당한 수신지 어드레스에 경로를 정한다.

전기적 상호접속의 한계로 인하여, 자유공간 광 상호접속은 서류, 영상, 사운드와 비디오 등과 같은 대규모 데이터 분야를 처리하려는 경향에 따라 더 중요하게 될 것이다.

모든 존재하는 자유공간에서, 광섬유와 도파관 상호접속 네트워크는 홀로그래픽수단 또는 종래의 광학수단과 같은 변조수단에 의해 상호접속된 광전자 스위치에 기초를 두고 있다. 종래의 이미징 광학 또는 종래의 광학수단은 프리즘, 거울, 렌즈 및 다른 광학 소자를 포함한다. 광학 소자는 광선을 회절, 굴절, 반사, 팬아웃, 시준, 초점을 맞추며 또는 다른 방법으로는 광선을 변조하여 주어진 응용회로에 의해 원하는 만큼 상기 광선이 유도되고 또는 재유도된다. 명백하게, 도파관과 특히 홀로그램을 내장한 도파관(소위 도파관 홀로그램)은 자체적인 상호접속 시스템이고 상호접속 시스템내에서 서브시스템 또는 변조 수단으로써 역할을 수행할 수도 있다. 자유공간 MIN에 대한 기본 빌딩 블록은 두개의 입력과 두개의 출력을 갖는 2×2 크로스바 스위치이다. 제어신호에 따라, 어떤 입력은 어떤 출력에 전송될 수 있지만, 통상적으로 유용한 광전자 크로스바는 두개의 입력을 한개의 출력에 동시에 전송하지 않는다. 대규모 MIN의 실현은 제어신호가 매우 복잡하게 되고 메시지 수신지가 알려지지 않기 때문에 더 복잡해진다. 그러나, MIN 디자인과 실현에 대부분의 일반적인 문제중의 하나는 메시지 회선쟁탈을 처리하는 것이다. 메시지 회선쟁탈은 동일한 스위치에 두개이상의 입력이 동일한 출력을 요구할 때 발생한다.

발명의 개요

본 발명의 목적은 상호접속 네트워크에서 메시지 경로와 메시지 회선쟁탈의 문제를 극복하기 위한 수단을 소개하는 것이다. 특히, 글로벌 상호접속 네트워크에서 메시지 경로와 메시지 회선쟁탈의 문제점을 극복하기 위한 수단을 소개하는 것이 본 발명의 목적이다.

본 발명의 또다른 목적은 멀티스테이지 상호접속 네트워크, 크로스바, 완전히 연결된 네트워크 및 다른 스위칭 시스템에 회선쟁탈없는 스위치의 사용을 소개하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 회선쟁탈이 없는 스위치를 소개하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 실제적으로 완전히 연결된 시스템을 소개하는 것이다.

또 다른 목적은 서브회로 또는 셀을 소개하는 것이고, 각 셀은 입력과 출력 어드레스가 특정하고 특정한 입력 셀은 직접 또는 간접적으로 특정한 출력 셀에 대응한다.

본 발명의 또다른 목적은 스위치에 버퍼의 사용과 특히 상기 스위치의 셀에 버퍼의 사용을 소개하는 것이고, 상기 버퍼는 다음에 전송되는 메시지 데이터 패키지를 저장한다.

본 발명의 또다른 목적은 스위치에 제어기의 사용과 특히 상기 스위치의 셀에 제어기의 사용을 소개하는 것이고, 상기 제어기는 메시지 데이터 패키지에 대한 시간 지연을 제공하고 메시지 데이터 패키지의 출력 광 강도를 조정한다.

본 발명의 목적은 광소스와 회로를 단순화한 광검출기에 대응하는 이상적인 정렬을 더 소개하는 것이고 홀로그래픽 또는 두 지점간 전송하는 종래의 이미징 광학의 사용을 선택하게 하는 것이다.

본 발명에서 소개된 스위치는 메시지 데이터 패키지를 상기 입력 채널의 특정한 입력회로에 전송하는 적어도 한개의 소스(입력 채널)를 포함한다. 상기 메시지 데이터 패키지는 최종 수신지(출력 채널) 또는 수신지를 가리키도록 태그된다. 각 입력회로는 각 수신지에 대해 특정한 입력 셀을 포함한다. 입력회로의 기능은, 시분할 멀티플렉서의 기능과 유사하고, 또는 입력회로가 수신지 태그를 판독하고 직렬로 수신된 데이터를 병렬로 전송되도록 데이터를 변환한다는 점에서 병렬 아웃 모드에 직렬로 세트된 병렬 시프트 레지스터의 기능과 유사하다. 입력회로는 수신된 각 메시지 데이터 패키지의 수신지 태그를 판독하고 각 메시지 데이터 패키지를 적당한 입력 셀로 유도한다. 바람직하게, 각 셀의 서브회로는 수신된 메시지 데이터 패키지를 저장하기 위한 버퍼와 메시지 데이터 패키지에 필요한 시간지연을 제공하고 메시지 데이터 패키지에 요구되는 것으로서 출력 광 강도를 조정하기 위한 제어기를 포함한다. 따라서, 입력 채널로부터 직렬로 수신된 메시지 데이터 패키지는 최종 수신지에 동시에, 동일한 강도로 그리고 병렬로 경로지정을 받는다. 각 입력 셀은 수신하는 메시지 데이터 패키지를 특정한 광 소스에, 또는 버티컬-캐비티 서피스-에미팅 레이저(VCSEL) 어레이 또는 다른 광 소스 어레이와 같은 광 소스 어레이의 특정한 위치에 전송한다. 상기 광 소스 어레이의 각 위치는 각각 제어되고 주어진 입력 셀에 대해 특정적이다. 메시지 데이터 패키지는 다음에 변조수단을 통과한 광 소스 어레이로부터 특정한 광검출기 또는 광검출기 어레이의 특정한 위치로 전송된다. 특히, 광소스 어레이 각 위치의 광 출력은 변조수단의 특정한 소정 위치를 조명한다. 변조 수단은 각각의 입사되는 광선을 적당한 광검출기 어레이상의 특정한 소정 위치로 유도한다. 메시지 데이터 패키지는 다음에 광검출기 어레이의 위치로부터 적당한 출력회로로 전송된다. 각 출력회로는 각 입력회로 채널에 대해 특정한 출력 셀을 포함한다. 각 출력 회로는 메시지 데이터 패키지의 소스와 수신지가 특정화된 위치인 적어도 한개의 광검출기 어레이 위치로부터 출력 신호를 수신한다. 출력회로의 기능은 시분할 디멀티플렉서의 기능과 유사하고 또는 출력회로가 수신지 태그를 판독하고 병렬로 수신된 데이터를 직렬로 전송되는 데이터로 변환한다는 점에서 직렬 출력 모드에 대해 병렬로 설정된 병렬 시프트 레지스터의 기능과 유사하다. 수신된 메시지 데이터 패키지의 소스(입력 채널)에 근거하여, 각 출력 회로는 각 메시지 데이터 패키지를 적당한 출력 셀로 유도한다. 각 출력 셀은 다음에 메시지 데이터 패키지를 출력회로에 연결된 출력채널로 전송한다.

예를 들면 인쇄 회로 기판에서 단지 전기적 상호접속의 허용된 밀도가 초과되지 않을 때, 실용적인 대체 스위치는 종래의 이미징 광학의 사용을 허용한다. 이러한 스위치에서 각 메시지 데이터 패키지는 전기적으로 연결된, 광검출기 어레이의 위치로부터 적당한 출력회로의 적당한 출력 셀에 상호접속된 광섬유 또는 도파관을 따라 전송될 수 있다.

그러한 대체 스위치에서 각 메시지 데이터 패키지는 병렬로, 두 지점간의 광 상호접속으로 전송된다. 상기 스위치는 메시지 데이터 패키지를 상기 입력 채널의 특정한 입력회로에 전송하는 적어도 한개의 입력채널을 포함한다. 상기 메시지 데이터 패키지는 최종 수신지를 지정하도록 태그된다. 각 입력회로는 각 수신지에 대한 특정한 입력 셀을 포함한다. 각 입력회로는 수신된 각 메시지 데이터 패키지의 수신지 태그를 판독하고 각 메시지 데이터 패키지를 적당한 입력 셀로 유도한다. 각 입력 셀은 광 소스 어레이의 특정한 위치에 수신되는 메시지 데이터 패키지를 전송한다. 메시지 데이터 패키지는 다음에 광 소스 어레이로부터 광검출기 어레이의 위치로 전송된다. 메시지 데이터 패키지는 다음에 광검출기 어레이의 위치로부터 적당한 출력회로로 전송된다. 각 출력회로는 각 입력채널에 대해 특정한 출력 셀을 포함한다. 각 출력회로는 적어도 한개의 광검출기 어레이 위치로부터 신호를 수신하고, 상기 위치는 소스와 메시지 데이터 패키지의 위치에 특정된 위치이다. 수신된 메시지 데이터 패키지의 소스에 근거하여, 각 출력 회로는 각 메시지 데이터 패키지를 적당한 출력 셀로 유도한다. 각 출력 셀은 다음에 메시지 데이터 패키지를 출력회로에 연결된 출력채널로 전송한다.

또 다른 대체 스위치는 광 소스와 광 검출기에 대응하는 이상적인 정렬을 제공한다. 이러한 정렬에서는, 전송통로의 어떤 교차없이 두 지점간 전송이 있다. 특히, 전송 표면에 계층이 있다. 각 전송 표면은 특정한 출력 채널과 관계된 광검출기, 상기 광검출기와 관계된 광 소스 및 상기 광 소스로부터 상기 광검출기로의 전송 통로를 포함한다. 이러한 전송표면이 계층화되고 따라서 교차하지 않음에도 불구하고, 어떤 주어진 계층의 정확한 윤곽은 복잡할 수도 있다. 광소스로부터 그것과 관계된 광검출기로 그려진 선의 수직단면에서, 전송표면은 예를 들면 평행 직선, 동심원 또는 타원, 또는 평행 정현 커브로서 나타난다. 상기 전송표면의 계층은 지도의 등고선과 유사하다. 계층은 매우 불규칙적일 수 있고 얽힌 모양일 수도 있지만, 서로 교차하지는 않는다. 전송표면의 정확한 윤곽은 특정한 출력 채널과 관계된 광검출기, 상기 광검출기와 관계된 광소스 및 각 광소스로부터 그것이 관계된 광검출기로의 전송경로의 위치에 의해 결정된다. 예를들면, 도 8에서, 입력 셀과 관계된 광소스로부터 출력 셀과 관계된 대응하는 광검출기로의 광선 경로는 어떤 다른 광선 경로로부터 그것과 대응하는 광검출기로의 광선 경로에 평행하다. 도 8에 도시된 배열에 있어서, 각 전송표면은 사각판이고, 전송표면은 계층화되며, 전송표면의 단면이 나란한 평행선으로 도시된다. 명백하게 전송경로는 자유공간 전송경로와 도파관 전송경로를 포함할 수 있다.

설명된 상기 스위치에서, 입력채널로부터 출력채널까지 회선쟁탈이 없는 것이 분명하다. 스위치가 완전하게 회선쟁탈이 없게 하기 위해서는, 출력회로로부터 출력채널로의 메시지 데이터 패키지 전송 또한 회선쟁탈이 없어야 한다. 이것을 실현하기 위하여, 본 발명은 또한 데이터의 흐름을 제어하기 위해 주어진 스위치의 적당한 위치에 사용될 버퍼의 사용을 소개한다. 예를들면, 각 출력셀은 출력채널이 상기 패키지를 수신하는 것이 자유로울 때까지 메시지 데이터 패키지를 저장하는 버퍼를 포함할 수 있다. 버퍼의 사용을 더 설명하기 위하여, 각 입력채널이 지정된 메시지 데이터 패키지를 동일한 출력채널로 전송하는 2×2 크로스바 스위치를 고려해보자. 이러한 경우에, 각 두개의 메시지 데이터 패키지는 동일한 출력회로의 상이한 두개의 출력 셀로 지정된다. 출력 셀중 한개로부터의 메시지 데이터 패키지는, 다른 출력 셀에 있는 메시지 데이터 패키지의 전송이 다른 출력셀로부터 전송이 완전히 끝난 후에 단지 전송되기 위하여 저장되고 출력채널이 또다른 메시지 데이터 패키지를 수신할 여유가 있을 때, 출력 채널에 전송된다.

본 발명은 시스템의 각 노드가 시스템의 각 노드에 신호를 전송할 수 있도록 완전히 실용적으로 연결된 시스템을 더 소개한다. 완전히 연결된 시스템의 이점은 선천적으로 회선쟁탈이 없다는 것이다. 하나의 완전히 연결된 시스템에는 입력과 출력이 연결되어 있다. 동작원리는 크로스바 스위치와 동일하다. 완전히 연결된 시스템의 동작을 용이하게 하기 위하여, 본 발명은 거대한 시스템에서 발생하는 공간의 어려움을 극복하기 위하여 변조 수단의 사용을 소개한다. 변조수단은 출력광선을 각각 광 소스로부터 시스템의 어떤 노드에 직접 출력하도록 위치되어 있다. 바람직하게 상기 변조수단은, 광소스로부터 수신된 출력광선을 시준하고 촛점을 맞추는 렌즈, 및 광소스와 산란 또는 반사 마이크로 프리즘 어레이 또는 광선을 다시 향하게 하는 세그먼트된 거울의 어레이 같은 굴절 광 소자의 어레이를 포함한다. 본 발명에서 입력 어레이와 출력 어레이가 광검출 어레이에 광소스 어레이를 두 지점간 연결하도록 공간적으로 정렬된, 실제적으로 완전히 연결된 대체 시스템을 더 소개한다.

바람직하게, 각 광 소스의 강도는 각각 제어되거나 또는 시간 변조된다. 즉, 특정한 광 소스는 다른 각각의 광소스와는 독립적으로 시간변조된다. 2진("0" 또는 "1") 또는 아날로그 또는 연속 시간변조가 데이터를 전송하는데 사용될 수 있다. 각각의 광소스 또는 위치는 VCSEL을 포함할 수 있다. 대체적으로, 외부 광 소스는 셀 또는 공간 광 변조기 어레이(SLM)의 셀 어레이를 조명하고, 각 셀의 출력(즉 전송 또는 반사)은 각각 시간변조되어 광 소스로부터 전송된 광 강도를 제어한다. 다른 경우에 광 강도는 시간 변조되어 변조 수단을 통과하고 광검출기에 전송된다.

본 발명의 목적으로, 광소스 어레이는 광소스 개개의 한 군, 수 또는 어레이를 포함한다. 본 발명의 목적으로, 광검출기 어레이는 광검출기 개개의 한 군, 수 또는 어레이를 포함한다. 본 발명의 목적으로, 입력 어레이는 입력 셀 각각의 한 군, 수 또는 어레이를 포함한다. 본 발명의 목적으로, 출력 어레이는 출력 셀 각각의 한 군, 수 또는 어레이를 포함한다. 본 발명의 목적으로, 변조수단 어레이는 변조수단 각각의 한 군, 수 또는 어레이를 포함한다. 더우기, 각 개개의 변조수단은 홀로그래픽 수단과 종래의 광학 수단을 포함한다.

본 발명의 목적으로, 포트는 입력채널과 출력채널을 포함한다. 본 발명의 목적으로, 노드는 입력채널, 출력채널, 포트 및 연결된 입력/출력 채널을 포함한다.

본 발명의 목적으로, 두 지점간 연결은 소스 이미지상의 특정한 점을 수신지 이미지상의 동일한 점에 매핑한다.

본 발명의 목적으로 "글로벌"이란 말은 "완전히" 그리고 "완벽히"를 의미한다.

도 1은 시스템의 각 노드 또는 프로세서가 시스템의 모든 다른 노드 또는 프로세서에 직접 연결 또는 링크되어진 이상적인 시스템을 도시한다.

도 2는 크로스바 스위치 시스템 네트워크를 도시한다.

도 3은 셔플-익스체인지 타입의 멀티스테이지 상호접속 네트워크(MIN)를 도시한다.

도 4는 회선쟁탈없는 2×2 크로스바 스위치의 개략도이다.

도 5는 회선쟁탈없는 4×4 크로스바 스위치의 개략도이다.

도 6은 회선쟁탈 문제의 예를 도시한다,

도 7은 두 지점간 광학 병렬 상호접속에 근거한 회선쟁탈없는 4×4 스위치를도시한다.

도 8은 공간에 이상적으로 정렬된 입력과 출력 어레이를 도시한다.

도 9는 4개의 노드를 갖는 스위칭 시스템에 완전히 연결된 상호접속 패턴 도이다.

도 10은 8개의 노드를 갖는 완전히 상호접속된 시스템의 한개의 노드에 대해서 상호접속 패턴을 도시한다.

본 발명은 새로운 N×M 크로스바 스위치를 제공한다. 설명을 간단하게 하기 위하여, 도면은 M=N인 예를 설명한다. 도에서 회선쟁탈없는 2×2 크로스바 스위치는 도 4에 도시되어 있고, 회선쟁탈없는 4×4 크로스바 스위치는 도 5에 도시되어 있다. 이것은 N개의 입력채널(11), N개의 입력회로(12), N×M개의 광소스(13), N×M개의 변조수단(14), M×N개의 광검출기(23), M개의 출력회로(22) 및 M개의 출력채널(21)을 포함하는 N×M 크로스바 스위치를 새롭게 제공한다. 각 입력회로는 입력채널로부터 신호를 수신한다. 각 입력회로는 M개의 셀(121)을 포함한다. 입력회로는 신호를 신호의 수신지에 의존하는 적당한 입력 셀로 향하게한다. 각 입력 셀은 광소스에 연결되어 있다. 각 광소스의 광출력은 변조수단을 조명한다. 변조수단은(14) 바람직하게 홀로그래픽 어레이다. 변조수단은 각 광소스로부터의 입사광선 각각을 적당한 광검출기로 유도한다. 광검출기는 출력회로에 연결되어 있다. 각 출력회로는 광검출기로부터 신호를 수신한다. 각 출력회로는 N개의 셀(221)을 포함한다, 광검출기는 신호를 적당한 출력셀로 유도한다. 각 출력회로는 신호를 각 셀로부터 출력채널로 전송한다. 바람직하게, 각 입력과 출력셀의 서브회로는 수신된 메시지 데이터 패키지를 저장하기위한 버퍼와 메시지 데이터 패키지에 대해 필요한 어떤 시간지연을 제공하고 메시지 데이터 패키지에 대해 요구되는 것으로서 출력 광 강도를 조정하기위한 제어기를 포함한다. 각 N×M개의 광소스, N×M개의 변조수단 및 M×N개의 광검출기는 독립적으로 위치될 수 있고 또는 각각 다른 광소스, 변조수단 및 광검출기를 포함하는 어레이에 통합될 수 있다.

예를 들면, i=1,2,...N 인 입력채널 (i)로부터의 입력신호를 i로 하고, j=1,2,...M 인 출력채널 (j)로부터의 수신지를 j로하자. 그러면, 채널(i)로부터 수신지(j)로의 신호는 입력회로(i)의 셀(i,j)로 향하게 되고, 다음에 광소스 어레이(i)상의 위치 (i,j)로, 다음에 광소스 어레이(i)로부터 변조수단 어레이(j)상의 위치(i,j)로 향하게된다. 변조수단 어레이(i)는 교대로 신호를 출력회로(j)의 셀(i,j)로 향하게하는 광검출기 어레이(j)상의 위치(i,j)로 유도한다.

특히, 메시지 데이터 패키지는 하나이상의 컴퓨터 워드같은 전체의 정보패키지에 "0" 또는"1"과 같은 단일 정보 비트로부터 비트의 어떤 수를 포함한다. 더우기, 신호의 전체 또는 어떤 부분은 하나이상의 메시지 데이터 패키지로 패키지된다. 메시지 데이터 패키지는 적당하게 태그되어 정보가 정정되거나 또는 원하는 시퀀스로 출력채널에 수신된다.

도 6은 8×8 셔플 익스체인지 상호접속 네트워크에서 발생하는 회선쟁탈 문제의 예를 굵은 선으로 설명한다. 한개보다 많은 입력신호가 동일한 수신지를 요구할 때, 회선쟁탈이 발생한다. 이러한 회선쟁탈 문제를 해결하기위해, 메시지는 메시지의 경로에 따라 어떤 곳에 저장되어야 한다. 출력셀이 버퍼를 포함하도록 수정함으로써 이러한 저장이 이루어지고 회선쟁탈 문제가 해결된다. 메시지는 동일한 출력 채널을 요구하는 미리 수신된 메시지의 전송이 완료되고 출력채널이 다음 메시지를 수신할 수 있을 때까지 버퍼에 저장된다.

도 7은 두 지점간 광 상호접속에 각 메시지 데이터 패키지가 병렬로 전송되는 스위치를 도시한다. 스위치는 메시지 데이터 패키지를 상기 입력채널에 특정한 입력회로로 전송하는 적어도 한개의 입력채널을 포함한다. 상기 메시지 데이터 패키지는 최종 수신지를 향하도록 태그된다. 입력회로는 각 수신지에 대해 특정한 입력 셀을 포함한다. 입력회로는 수신된 각 메시지 데이터 패키지의 수신지 태그를 판독하고 각 메시지 데이터 패키지를 적당한 입력셀로 유도한다. 각 입력 셀은 메시지 데이터 패키지를 광소스 어레이에 수신되도록 전송한다. 메시지 데이터 패키지는 다음에 광소스 어레이로부터 광검출기 어레이로 이미징광학(15)에 의해 전송된다. 이미징 광학(15)은 종래의 광학 수단, 홀로그래픽 수단, 또는 종래의 광학수단과 홀로그래픽 수단을 포함한다. 메시지 데이터 패키지는 다음에 광검출기 어레이상의 위치로부터 적당한 출력회로로 전송된다. 각 출력회로는 각 입력채널에 대한 특정한 출력셀을 포함한다. 각 출력회로는 메시지 데이터 패키지의 소스와 수신지에 특정화된 위치인 적어도 한개의 광검출기 어레이 위치로 부터 출력신호를 수신한다. 수신된 메시지 데이터 패키지의 소스에 근거하여, 각 출력회로는 각 메시지 데이터 패키지를 적당한 출력셀로 향하게한다. 각 출력셀은 다음에 메시지 데이터 패키지를 출력회로에 연결된 출력채널로 전송한다.

도 8은 출력 어레이 또는 회로의 출력 셀을 갖는 입력 어레이 또는 회로의 입력 셀의 이상적인 정렬을 도시하고, 각 입력셀은 광소스를 포함하고 각 출력셀은 광검출기를 포함한다. 특히, 대응하는 광소스(321)와 광검출기(421)의 각 쌍은 전송경로(521)의 어떤 교차없이 두 지점간 전송되도록 공간적으로 이상적인 정렬이 되어 있다. 예를들면, 어떤 광소스로부터 대응하는 광검출기로의 광선 경로는 어떤 다른 광소스로부터 그것에 대응하는 광검출기로의 광선 경로에 평행하다. 각 전송경로는 변조수단(16)을 통과한다. 도 8에서, 입력회로의 셀과 관계된 광소스는 평행한 행에 정렬되고, 각 열은 특정한 출력 채널에 대응한다. 같은 방법으로, 출력회로의 셀과 관계된 광검출기는 열에 정렬되고, 각 행은 특정한 입력채널에 대응한다. 도 8은 사각형 어레이의 정렬을 도시한다. 다른 정렬도 전송경로의 교차없이 두 지점간 전송을 가능하게 한다. 예를들면, 입력회로의 셀과 관계된 광소스는 동심원으로 정렬된 출력회로의 셀과 관계된 대응하는 광검출기를 가지며 바퀴 살같이 정렬될 수 있다. 중요한 것은, 대응하는 광소스와 광검출기의 이상적인 정렬에 있어서, 변조수단은 홀로그래픽수단 또는 종래의 광학수단 또는 홀로그래픽수단과 종래의 광학수단의 조합을 포함할 수 있다. 광 스위칭의 이상적인 정렬은 변조수단으로써 종래의 렌즈와 렌즈셀 어레이를 사용할 수 있다.

도 8의 이상적인 정렬에서, 4×4 회선쟁탈없는 크로스바 스위치는 행에 배열된 광소스의 2차원 매트릭스와 열에 배열된 광검출기의 2차원 매트릭스를 포함한다. 광소스 매트릭스의 각 행은 입력회로의 수단에 의해 입력채널에 연결되어 있다. 각 입력회로는 입력채널로부터 신호를 수신한다. 각 입력회로는 입력셀을 포함한다. 입력회로는 신호를 신호의 수신지에 의존하는 적당한 입력셀로 유도한다. 바람직하게, 각 입력셀의 서브회로는, 수신된 메시지 데이터 패키지를 저장하기위한 버퍼, 및 메시지 데이터 패키지에 대해 필요한 어떤 시간지연을 제공하기 위한 그리고 메시지 데이터 패키지에 대해 요구되는 출력 광 강도를 조정하기 위한 제어기를 포함한다. 각 입력셀은 신호를 광소스에 그리고 광소스로부터 홀로그래픽 또는 종래의 광학수단과 같은 변조수단을 통과하도록 전송하며, 상기 변조수단은 상기 입력셀로부터 전송의 수신지가 특정화되어 있다. 버퍼와 제어기에 부가하여, 입력 셀은 광소스 또는 변조수단을 포함할 수 있다. 신호는 다음에 신호의 특정한 광검출기에 그리고 각 검출기로부터 출력셀에 전송된다. 광검출기는 매트릭스의 각 열이 출력회로에 의해 출력채널에 연결된 2차원 매트릭스로 정렬된다. 각 출력회로는 신호를, 있다면, 각 셀로부터 출력채널로 전송한다. 각 출력회로는 광검출기 매트릭스 열중의 한개에 광검출기와 관계된 출력셀을 포함한다. 바람직하게, 각 출력셀의 서브회로는 수신된 메시지 데이터 패키지를 저장하기 위한 버퍼, 및 메시지 데이터 패키지에 대해 필요한 어떤 시간지연을 제공하기 위한 그리고 메시지 데이터 패키지에 대해 요구되는 것으로써 출력 광 강도를 조정하기 위한 제어기를 포함한다. 버퍼와 제어기에 부가하여, 출력셀은 검출기를 포함할 수 있다. 도 8에 도시된 두 지점간 상호접속 패턴은 회선쟁탈없는 스위칭을 제공할뿐만 아니라 또한 홀로그래픽 수단과 종래의 이미징 광학, 광섬유 및 도파관수단에 의해 연결할 수 있다. 더 나아가, 광소스와 대응하는 광검출기가 이상적으로 정렬될뿐만 아니라 입력셀과 대응하는 출력셀이 이상적으로 정렬되는 것이 가장 바람직하다. 입력셀과 출력셀의 이상적인 정렬은 연결과 광학회로를 상당히 간소화한다.

도 9는 글로벌 상호접속된 노드의 시스템을 도시한다. 전송원리는 크로스바 스위치용으로 상기에 설명되었지만, 효과는 각 노드가 자체를 포함하여 시스템의 각 노드에 연결되어 있는 완전하게 상호접속된 시스템에 의한 새로운 것이다. 도 9는 4노드의 글로벌 상호접속을 도시한다. 도 10은 8노드 시스템에 있는 한개의 노드(1)에 대해 상호접속 패턴을 도시한다. 각 (2), (3) 및 (4)는 각각 22.5도, 45도, 67.5도이다. 도 10에 도시되었듯이, 이 시스템을 실용화하기 위해서는 극복해야만하는 공간적인 제약이 있다. 이러한 제약은 산란 프리즘, 반사 프리즘 및 세그먼트된 거울과 같은 편향 및 굴절 광 소자를 포함하는 변조수단을 사용함으로써 극복될 수 있다. 홀로그램, 홀로그래픽 또는 종래의 광 도파관과 같은 다른 변조수단이 또한 사용될 수 있다.

도 9에서, 노드(90)는 적어도 한개의 입력 셀(91)(검정 사각형)과 적어도 한개의 출력셀(92)(회색 사각형)을 포함한다. 데이터는 VCSEL과 같이 입력셀로부터 광소스로, 상기 광소스로부터 광경로(93)를 따라 변조수단을 통과하여 광검출기로 그리고 광검출기로부터 출력셀로 전송된다. 바람직하게, 변조수단은 홀로그램, 도파관, 회절격자, 프리즘 및 거울을 구성하는 그룹으로부터 선택된다. 변조수단은 광경로를 광소스로부터 광검출기로 향하게하거나 또는 다시 향하게한다. 특히, 변조수단은 광이 입사되는 곳으로부터 동일한 노드로 다시 광경로를 반사할 수 있다. 도 9에서 한개의 노드가 각각 다른 노드에 연결된 것으로 도시되었음에도 불구하고 노드 연결중의 어떤 한개는 원한다면 자체에 노드를 연결하기 위하여 변조수단에 의해 다시 반사될 수 있다는 것을 주목해야 한다. 한개 이상의 변조수단의 타입이 메시지의 경로를 원하는 위치로 하기 위하여 시스템에 사용될 수 있다는 것을 또한 주목해야한다. 따라서, 적당한 변조수단의 개입은 도 4와 도 5에 도시된 것과 같이 회선쟁탈없는 크로스바 스위치 시스템을 완전하게 연결된 시스템으로 바꾸는 것을 가능하게 한다.

도 9의 정렬에서, 4×4 회선쟁탈없는 크로스바 스위치는 4개의 노드를 포함하고, 각 노드는 입력회로와 출력회로를 포함한다. 즉, 도 9의 노드(90)에서, 입력채널과 출력채널은 연결되어 있다. 각 입력회로는 입력채널에 연결되어 있다. 각 입력회로는 신호를 상기 입력채널로부터 수신한다. 각 입력회로는 도 9에 검은색으로 도시된 입력셀을 포함한다. 입력회로는 신호를 신호의 수신지에 의존하는 적당한 입력셀로 유도한다. 바람직하게, 각 입력셀의 서브회로는, 수신된 메시지 데이터 패키지를 저장하기 위한 버퍼, 및 메시지 데이터 패키지에 대해 필요한 어떤 시간지연을 제공하기 위한 그리고 메시지 데이터 패키지에 대해 요구되는것으로써 출력 광 강도를 조정하기 위한 제어기를 포함한다. 각 입력셀은 신호를 광소스에 그리고 광소스로부터 홀로그래픽 또는 종래의 광학 수단을 통하여 전송되고, 상기 변조수단은 상기 입력셀로부터 전송의 수신지가 특정화되어 있다. 버퍼와 제어기에 부가하여, 입력셀은 광소스 또는 변조수단을 포함할 수 있다. 상기 변조수단은, 초점을 맞추기 위하여 그리고 광소스로부터 수신된 출력광을 시준하기 위한 렌즈, 및 산란 또는 반사 마이크로-프리즘 어레이 또는 광선을 다시 향하게 하기 위한 세그먼트된 거울의 어레이와 같은 굴절 광 소자의 어레이를 포함하는 것이 바람직하다. 신호는 다음에 신호의 소스에 대해 특정한 검출기로 그리고 각 검출기로부터 출력셀로 전송된다. 출력셀은 출력회로에 의해 출력채널에 연결되어 있다. 각 출력회로는 신호를, 있다면, 각 셀로부터 출력채널로 전송한다. 각 출력회로는 출력셀을 포함한다. 바람직하게, 각 출력셀의 서브회로는, 수신된 메시지 데이터 패키지를 저장하기 위한 버퍼, 및 메시지 데이터 패키지에 대해 필요한 어떤 시간지연을 제공하기 위한 그리고 메시지 데이터 패키지에 데해 요구되는것으로써 출력 광 강도를 조정하기 위한 제어기를 포함한다. 버퍼와 제어기에 부가하여, 출력셀은 검출기를 포함할 수 있다. 노드간의 큰 편향각의 공간적인 제약을 극복하기 위하여, 변조수단은 산란프리즘, 반사프리즘 및 세그먼트된 거울같은 편향 및 굴절 광 소자를 포함하는 것이 바람직하다.

이러한 응용에서 사용되는 기하학적인 배치는 설명의 간소화를 제공하고 상기에 설명된 원리의 범위를 제한하지 않는다.

예를들면, 도 9의 원에 위치된 노드에 대해서 설명된 원리는 사각형, 팔각형 또는 어떤 규칙적인 또는 불규칙적인 다각형에 위치된 노드에 대해서도 또한 유효하다.

도면이 2차원에서 스위치를 도시하지만, 상기에 관련된 원리는 또한 3차원에도 적용할 수 있다. 예를들면, 도 9에 도시된 스위치는 거의 원에 위치된 노드를 도시하지만, 동일한 원리는 구의 표면상 또는 다른 적당한 3차원 표면상에 위치된 노드에 적용된다.

2×2와 4×4 스위치의 도면에 도시된 원리는 N×M 크로스바 스위치로 확장될 수 있다. 다양한 도면에 도시된 원리는 단일 스위치에 결합될 수 있다. 더 나아가, 상기에 밝힌 스위치의 어떠한 개수의 다양한 스위치라도 회선쟁탈없는 네트워크를 제공하기위해 상호연결될 수 있다.

상기 설명과 첨부된 도면은 단지 예를 든 것이다. 다음의 청구범위에 의해 단지 제한받는 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않고 다양한 변화, 적용 및 수정이 가능하다는 것을 이해할 수 있다.

Claims

N과 M이 양의 정수이고, 신호 N개의 입력 소스와 상기 신호에 대한 M개의 출력 수신지;

상기 입력소스로부터 수신된 각 신호를 상기 신호의 수신지에 대해 특정한 입력셀로 향하게하고, 각 입력셀은 상기 신호를 광소스에 전송하며, 각 출력 수신지에 대해 입력셀을 포함하는 각 입력소스에 대한 입력회로;

상기 신호를 상기 입력셀로부터 수신하고 상기 신호를 광검출기로 전송하는 각 입력셀에 대한 광소스;

상기 광소스로부터 전송된 상기 신호를 수신하고 상기 신호를 출력셀로 전송하는 각 광소스에 대한 광검출기;

상기 광검출기로부터 상기 신호를 수신하고 상기 신호를 출력회로로 전송하는 각 광검출기에 대한 출력셀; 및

각 입력소스에 대한 출력셀을 포함하고, 상기 각 출력셀로부터 신호를 수신하며 상기 각 신호를 상기 출력 수신지로 전송하는 각 출력 수신지에 대한 출력회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 회선쟁탈없는 스위치.
제 1 항에 있어서, 적어도 한개의 상기 광소스로부터 전송된 상기 신호를 광검출기로 향하게 하는, 적어도 한개의 광소스에 대한 변조수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치.
제 1 항에 있어서, 적어도 한개의 버퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치.
제 1 항에 있어서, 적어도 한개의 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치.
제 1 항에 있어서, 상기 입력셀은 버퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치.
제 1 항에 있어서, 상기 입력셀은 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치.
제 1 항에 있어서, 적어도 한개의 광소스와 광소스에 대응하는 광검출기가 이상적으로 정렬된것을 특징으로 하는 스위치.
제 1 항에 있어서, 각 광소스와 광소스에 대응하는 광검출기가 이상적으로 정렬된 것을 특징으로 하는 스위치.
제 1 항에 있어서, 적어도 한개의 입력회로는 한개의 출력회로와 연결된 것을 특징으로 하는 스위치.
제 1 항에 있어서, N이 M과 동일한 것을 특징으로 하는 스위치.
제 10 항에 있어서, 각 입력회로는 한개의 출력회로와 연결된 것을 특징으로 하는 스위치
제 1 항에 설명된 바와 같은 스위치를 적어도 한개 포함하는 것을 특징으로 하는 상호접속 네트워크.
제 1 항에 설명된 바와 같은 스위치를 적어도 한개 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티스테이지 상호접속 네트워크.
제 1 항에 설명된 바와 같은 스위치를 적어도 한개 포함하는 것을 특징으로 하는 회선쟁탈없는 글로벌 상호접속 네트워크.
제 1 항에 설명된 바와 같은 스위치를 적어도 한개 포함하는 것을 특징으로 하는 회선쟁탈없는 크로스바 네트워크.
제 11 항에 설명된 바와 같은 스위치를 적어도 한개 포함하는 것을 특징으로 하는 회선쟁탈없는 글로벌 상호접속 네트워크.
제 1 항에 있어서,상기 광소스는 광소스 어레이상의 위치에 있는 것을 특징으로 하는 스위치.
제 17 항에 있어서, 상기 어레이는 버티컬-캐비티 서피스-에미팅 레이저 어레이인 것을 특징으로 하는 스위치.
제 2 항에 있어서, 상기 변조수단은 홀로그래픽수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치.
제 19 항에 있어서, 상기 홀로그래픽수단은 홀로그래픽 도파관을 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치.
제 2 항에 있어서, 상기 변조수단은 종래의 광학수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치.
제 21 항에 있어서, 상기 종래의 광학수단은 한개 이상의 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치.
제 2 항에 있어서, 상기 변조수단은 광섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치.
제 1 항에 있어서, 상기 광소스의 강도는 데이터를 전송하기 위해 시간변조된 것을 특징으로 하는 스위치.
제 1 항에 있어서, 상기 광소스로부터 전송된 광 강도는 공간 광 변조기에 의해 시간변조된 것을 특징으로하는 스위치.
제 2 항에 있어서, 상기 변조수단은 도파관을 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치.