NL2000069C1

NL2000069C1 - Werkwijze voor het bedrijven van een communicatiesysteem en communicatiesysteem geschikt voor het uitvoeren van een dergelijke werkwijze.

Info

Publication number: NL2000069C1
Application number: NL2000069A
Authority: NL
Inventors: Ronald Dekker; Elroy Gerard Christiaan Pluk; Edwin Jan Klein; Gerard Nicolaas Van Den Hoven; Douwe Harmen Geuzebroek
Original assignee: Genexis B V
Priority date: 2006-05-04
Filing date: 2006-05-04
Publication date: 2007-11-06
Also published as: EP2016695A1; US20090083817A1; JP2009535949A; WO2007128649A1

Description

Werkwijze voor het bedrijven van een communicatiesysteem en communicatiesysteem geschikt voor het uitvoeren van een dergelijke werkwijze

ACHTERGROND VAN DE UITVINDING

5 De uitvinding betreft een werkwijze voor het bedrijven van een communicatiesysteem dat bevat een centraal station en meerdere eindgebruikerstations die met het centrale station verbonden zijn door middel van een fysiek medium en een op dat medium gerealiseerd stelsel van één of meerdere kanalen, welk communicatiesysteem een toewijzingsmechanisme bevat voor het toewijzen van een relevant kanaal aan een eindgebruikerstation. Zulke 10 communicatiesystemen worden veel gebruikt, in het bijzonder zulke waarbij elk kanaal op een respectievelijk golflengte(-gebied)/frequentie(-gebied) gerealiseerd wordt. Men onderscheidt broadcasting (één kanaal bedient alle eindgebruikers), unicasting (elk kanaal bedient precies één eindgebruiker), en multicasting (elk kanaal kan meerdere eindgebruikers bedienen, waarbij het aantal eindgebruikers een kanaalvariabele of kanaalparameter is. In de 15 beschrijving hierna wordt soms naar glasvezels verwezen, en deze realiseren een voorkeursuitvoering. Op zichzelf is de uitvinding echter niet tot glasvezel technologie beperkt.

Men tracht de algemene (overall) capaciteit van een dergelijk systeem optimaal te gebruiken voor de door de eindgebruikerstations gewenste informatiestromen. Broadcasting is 20 voor tweerichtingstransport niet of weinig geschikt. Bij unicasting wordt de transportcapaciteit zelden optimaal gebruikt. Het is op zichzelf mogelijk om golflengten of golflengtegebieden door dynamisch omschakelen onder meerdere eindgebruikerstations gedeeld te gebruiken (sharing), maar dit vergt complexe procedures en dito complexe componenten.

25 De uitvinder heeft zich gerealiseerd dat het mogelijk is om elk eindgebruikerstation op elk moment slechts toe te staan op één kanaal te zenden en op één kanaal te ontvangen, en dat daardoor een eenvoudige hardware mogelijk wordt. Van meerdere aanwezige kanalen kan dan (telkens) een enkel kanaal gedeeld worden toegewezen aan een exclusieve deelverzameling van één of meerdere eindgebruikerstations. Zo kan in principe de beschikbare bandbreedte 30 beter of optimaal binnen de verzameling van kanalen verdeeld worden. Het is duidelijk dat daarbij de respectievelijke kanalen voldoende capaciteit moeten hebben om steeds de afzonderlijke daaraan toegewezen eindgebruikerstations genoegzaam te bedienen, al hoeft dit niet te betekenen dat elk kanaal elk afzonderlijk eindgebruikerstation moet kunnen bedienen.

2

SAMENVATTING VAN DE UITVINDING

Dientengevolge is het onder meer een doelstelling van de onderhavige uitvinding om in de omgeving van een dergelijk communicatiesysteem een stabiel en gemakkelijk te besturen werkwijze te verschaffen.

5 Derhalve is volgens één harer aspecten de uitvinding gekenmerkt door datgene wat is gereciteerd in het kenmerk van Conclusie 1. Op zichzelf kan de specifieke toedeling van de kanalen op allerlei manieren worden georganiseerd. Een kanaalsoverbelasting kan als zodanig worden gedetecteerd, bijvoorbeeld als er nog slechts een bepaald reservepercentage van de kanaalcapaciteit over is. Andere situaties van eindgebruikersdynamiek treden op als van te 10 voren bekend is dat de gevraagde capaciteit over de tijd varieert, bijvoorbeeld in de zin dat zakelijke klanten vooral overdag bandbreedte nodig hebben, terwijl privé-klanten vooral ’s avonds televisie kijken. Verdere redenen om de toewijzingsverdeling te veranderen kunnen zijn dat men bepaalde klanten of bepaalde categorieën berichten niet samen op één kanaal wenst, bijvoorbeeld om redenen van security, of dat bepaalde toewijzingsverdelingen 15 “handiger” zijn vanwege diverse technologische overwegingen. Bijvoorbeeld kan een eerste kanaal een capaciteit hebben van lGB/s, en een tweede kanaal een capaciteit van 10GB/s. Het tweede kan men dan bijvoorbeeld gebruiken voor “drukke” klanten. Hier betreft de dynamiek dus dat aan kwalitatieve eisen aan de op een bepaald kanaal tezamen werkzame eindgebruikers niet meer wordt of niet meer zal worden voldaan. In het algemeen laten 20 systeem en werkwijze volgens de uitvinding onder invloed van gebruikersdynamiek telkens wanneer nodig het bepalen van een nieuwe eindgebruikerstoedeling toe. Het toewijzingsmechanisme zal in het algemeen slechts van tijd tot tijd geactiveerd worden; en na het realiseren van een nieuwe toedeling is deze daarna voorlopig stationair.

De uitvinding betreft mede een communicatiesysteem volgens conclusie 2, dat 25 geschikt is voor het uitvoeren van de werkwijze volgens conclusie 1.

Heengaande communicatie en teruggaande communicatie kunnen op gescheiden fysieke media of op een enkel fysiek medium zijn gerealiseerd. Zo kan afwegen van kosten tegenover flexibiliteit worden gerealiseerd. Bij voorkeur bevat genoemd centraal station een zendsubstation en een ontvangsubstation die op genoemd fysiek medium zijn aangesloten 30 middels een als een circulator werkend mechanisme om met de eindgebruikerstations een tweerichtingsverkeer te kunnen onderhouden. Dit is een flexibele realisatie.

Bij voorkeur bevat het fysiek medium één of meerdere nodes, waarbij tenminste één node parallelsgewijs is aangesloten op meerdere eindgebruikerstations en elk eindgebruikerstation is aangesloten op één node. Bij voorkeur bevat een node verstembare 3 filters, zodat per eindgebruiker het heengaande kanaal (van centraal station naar eindgebruiker) en het teruggaande kanaal (van eindegebruiker naar centraal station) ingesteld kunnen worden door het verstemmen van de filters. Zo kan op eenvoudige manier een groot aantal eindgebruikerstations “bediend” worden. Een fysische eigenschap van genoemd filter 5 is zijn free spectral range (FSR), gedefinieerd als het golflengte verschil tussen twee opeenvolgende pieken in de doorlaatkarakteristiek van het filter.

Bij voorkeur zijn de kanalen in een richting naar genoemd centraal station toe op respectievelijke door het centraal station geleverde dragergolven gemoduleerd, en zijn alle kanalen die in een eerste richting werkzaam zijn tenminste één geheel aantal FSRs verwijderd 10 van alle kanalen die in de tegenovergestelde richting werkzaam zijn. Hierdoor volgen de kanalen in een richting naar centraal station hetzelfde pad als de kanalen van centraal station af.

Verdere voordelige aspecten van de uitvinding zijn gereciteerd in verdere afhankelijke conclusies.

15 De aanvrager kent als relevante stand van de techniek de volgende publicaties: a. P.J. Urban et al, “First Design of Dynamically Reconfigurable Broadband Photonic Access Networks (BB Photonics)”, 2005 IEEE/LEOS Symposium Benelux Chapter Proceedings, Mons BE 2005, p. 117-120; b. D. Gutierrez et al, FTTH Standards, Developments, and Research Issues, Joint Conference 20 on Information Sciences, JCIS, Salt Lake city, UT, USA, p. 1358-1361, July 2005.

De onderhavige uitvinding bevat echter op het niveau van zowel concept als implementatie een groot aantal uitbreidingen, verbeteringen en functies ten opzichte van de bovengenoemde referenties.

KORTE BESCHRIJVING VAN DE TEKENINGEN 25 Deze en verdere elementen, aspecten en voordelen van de uitvinding zullen hierna in meer detail worden besproken aan de hand van voorkeursuitvoeringen van de uitvinding, en in het bijzonder aan de hand van de bijgevoegde figuren en tabellen welke illustreren:

Figuur 1, een diagram van een flexibel Passief Optisch Netwerk (FLEXPON);

Figuur 2, een variatie op de configuratie van Figuur 1; 30 Figuur 3, een tweede variatie op de configuratie van Figuur 1;

Figuren 4a, 4b, 4c diagrammen van een node met meerdere aangesloten gebruikers; Figuren 5a, 5b twee mogelijkheden voor het kiezen van de golflengten;

Figuur 6, een voordelige uitvoeringsvorm van een node;

Figuur 7, een node met aangesloten controlesignaal; 4

Figuur 8, een stroomdiagram volgens de werkwijze;

GEDETAILLEERDE BESCHRIJVING VAN DE VOORKEURSUITVOERINGEN

Figuur 1 toont bij wijze van voorkeursuitvoering een diagram van een flexibel Passief Optisch Netwerk (PON) volgens de uitvinding, dat bevat links blok 20 met een centraal S station en rechts een veld 23 met het eigenlijke netwerk en de eindgebruikerstations. In het centraal station 20 worden een aantal frequentiebanden geproduceerd, bijvoorbeeld in de blokken 19 acht golflengten λι...λ* met telkens een modulatiebandbreedte van 1,25 GHz, waarbij de pijlen verder niet aangegeven informatiebronnen suggereren. Deze blokken 19 voeden als getoond via een multiplexer de heengaande vezel 24 van het externe netwerk 23.

10 Op zichzelf kunnen de golflengten willekeurig zijn gekozen, maar zoals later beschreven moeten ze voldoende van elkaar verschillen. Het centraal station kan gemakkelijk zelf bepalen op welk tijdstip naar welk van de eindgebruikerstations informatie zal worden gezonden.

De ontvangblokken 27 worden via een demultiplexer gevoed door de teruggaande vezel 26. De pijlen uit blokken 27 geven de uitgaande informatiestromen aan. In een 15 eenvoudige uitvoering worden de blokken 18 en de circulator 21 weggelaten.

Bij wijze van voorbeeld zijn vier nodes 30..36 aangegeven die elk bijvoorbeeld zestien eindgebruikerstations kunnen bedienen, die op beide vezels 24/26 zijn aangesloten via genoemde nodes en die hier schematisch zijn aangegeven als woonhuizen van klanten. De ontvangblokken 27 zijn bijvoorbeeld telkens geschikt voor een respectievelijk uniek 20 golflengte(gebied), waarbij deze golflengten weer onderling voldoende verschillen. Door het voorzien van twee vezels 24/26 is er geen interferentie tussen heen- en teruggaande informatiestromen. Aan de hand van Figuren 4a-4c zullen verschillende aansluitings-configuraties van de eindgebruikerstations nader worden beschreven, daaronder het gebruik van slechts een enkele vezel voor beide transportrichtingen.

25 Verder is in het centraal station (headend station) een controlebouwsteen 50 voorzien om de nodes te besturen via de gestippelde besturingslijnen 51, en in het bijzonder voor het uitvoeren van de hierna verder te beschrijven toedeling van de golflengten/kanalen. De realisatie van deze besturingslijn is eenvoudshalve niet nader gespecificeerd; deze kan bijvoorbeeld zijn als gereserveerde (dedicated) lijnen, of als een gemeenschappelijk bus-30 systeem. De controlebouwsteen 50 kent ook de voor het uitvoeren van de toedeling relevante criteria. De twee fysiek gescheiden vezelrichtingen vormen in feite twee netwerken (heen/24 respectievelijk terug/26). Ten opzichte van een enkele in twee richtingen werkzame vezel is de flexibiliteit groter, maar is de kostprijs uiteraard hoger.

Het delen van een enkel zendkanaal vanuit het centraal station naar meerdere 5 ontvangende eindgebruikerstations is in de beschreven realisatie vanzelfsprekend Als meerdere eindgebruikerstations een enkel ontvangkanaal delen kan het voordelig zijn om de volgende extra voorziening uit Figuur 1 te implementeren. De blokken 18 en de circulator 26 vormen acht (evenveel als in de blokken 19) “blanco” kanalen, die via de respectievelijke 5 nodes naar de eindgebruikers worden gestuurd. Elk blanco kanaal heeft een eigen ongemoduleerde draaggolf, die met de uitgaande signaalinhoud vanuit de eindgebruikerstations wordt gemoduleerd en wordt teruggereflecteerd naar het centraal station, en welke draaggolf via de circulator 21 wordt gerouteerd naar een bijbehorend ontvangblok 27 in het centraal station. De voorzieningen hiertoe in de nodes zullen later 10 worden besproken. Eventueel vindt nog versterking plaats. Op zichzelf is met bekende componenten een als circulator werkende bouwsteen te realiseren.

De voorzieningen in een woonhuis of eindgebruikerstation zijn aangegeven bij 37. Ontvangerbouwsteen Rx 42 ontvangt de ingaande data, en is veelal operationeel voor alle golflengten van de respectievelijke kanalen. Bouwsteen RSOA 40 bevat bij afwezigheid van 15 de blokken 18 een zendmechanisme. Blok 39 vormt dan een tweerichtings-doorgeef-element van/naar de node. Als evenwel de bouwstenen 18 voorzien zijn, ontvangt blok 40 daarvan een blanco of ongemoduleerde golf; deze wordt gemoduleerd met de teruggaande informatie, voor zover nodig versterkt, waardoor deze laatste het centraal station zal bereiken. Blok 39 scheidt de twee ontvangen golflengten (één uit blok 19 en één uit blok 18), en het geheel vormt een 20 zogenaamde kleurloze zendontvanger (transceiver). Het voordeel van zo’n zendontvanger is dat geen rekening dient te worden gehouden met welke golflengte kanalen de eindgebruikers bediend gaan worden en dat slechts één type zendontvanger geproduceerd en geïnstalleerd hoeft te worden. In voorkeursuitvoering hier beschreven is er een nog belangrijker voordeel: door het gebruik van een kleurloze zendontvanger kunnen de toegewezen golflengtekanalen 25 steeds weer veranderd worden zonder dat de zendontvanger verstemd hoeft te worden naar steeds wisselende golflengten.

Figuur 2 illustreert een variatie op de configuratie van Figuur 1, waarin heen- en teruggaande signalen gecombineerd zijn op één vezel 25. Het eigenlijke netwerk 23 is op de circulator 21 aangesloten via een optische schakelaar 28. Daardoor is één omloop-richting van 30 de lus bedoeld naar de eindgebruikerstations toe en de andere omlooprichting bedoeld van de eindgebruikerstations af. Als echter bijvoorbeeld het fysiek medium onderbroken wordt, kan het resterend netwerk gereduceerd worden tot dat van Figuur 1, zonder dat de algemene functionaliteit vermindert. In veel gevallen liggen de eindgebruikerstations relatief dicht bij elkaar en relatief ver van het centraal station. Een onderbreking kan gemakkelijker optreden 6 in zo’n lang traject naar/van het centraal station.

Als voor de heengaande en teruggaande signalen slechts een enkele vezel wordt gebruikt, zijn de blokken 19 samen met de blokken 18 op de circulator 21 aangesloten. De aansluiting van het netwerk wordt later getoond. Nu moeten de golflengten echter selectiever 5 gekozen worden, omdat heengaande en teruggaande hetzelfde optische pad volgen en elkaar niet merkbaar mogen storen. Dit zal later worden besproken. Omdat de heengaande signaalgolflengten (uit blokken 19) en de blanco golflengten (uit blokken 18) per definitie niet dezelfden zijn, kunnen ze in het centraal station samen gemultiplexed worden. Een andere uitvoering is om hiervoor afzonderlijke multiplexers te kiezen.

10 Figuur 3 illustreert een tweede variatie op de configuratie van Figuur 1. Hierbij is het fysieke netwerk verdeeld over verschillende geleiders. Het door geleider 100 gerealiseerde subalterne netwerk komt overeen met dat van Figuur 1. De subalterne netwerken 102-106 realiseren eveneens dergelijke netwerken met elk slechts één node (of ook met meerdere nodes). Uiteraard kunnen met de voorbeelden van Figuren 1, 2 en 3 allerlei homogene en 15 inhomogene netwerken worden gerealiseerd, waarbij heen- en teruggaande signalen op één enkele of op twee gescheiden vezels gezet kunnen worden . Diverse stippellijnen suggereren verschillende mogelijkheden.

Figuren 4a, 4b en 4c illustreren diagrammen van een node met meerdere aangesloten eindgebruikerstations. De cirkels zijn geïmplementeerd als verstembare filters, bijvoorbeeld 20 als op zichzelf bekende microring resonatoren die zorgen dat de heengaande draaggolven inderdaad naar de eindgebruikerstations worden geschakeld, en dat de teruggaande draaggolven naar het centraal station worden geschakeld. Het aan een gebruiker toegekende heen- en of teruggaande kanaal kan veranderd/geschakeld worden door het verstemmen van het filter. Door bij het verstemmen ervoor te zorgen dat slechts een gedeelte van het kanaal 25 wordt toegewezen aan een eindgebruiker kan dat kanaal door meerdere eindgebruikers gedeeld worden.

In Figuur 4a gaan de heen- en teruggaande signalen via gescheiden vezels 107,108 van en naar het centraal station en tussen de nodes. Heen- en teruggaande kanalen worden met aparte filters behandeld waardoor de heen- en teruggaande golflengte praktisch onafhankelijk 30 van elkaar te kiezen en te schakelen zijn. Eventueel kunnen er ook per eindgebruikerstation voor de twee communicatierichtingen gescheiden vezels naar de node lopen.

In Figuur 4b gaan de heen- en teruggaande signalen over één vezel 107. Hiervoor is dan een speciale keuze tussen de frequenties nodig, die bij Figuren 5a, 5b uitgelegd zal worden. De cirkels zijn weer microring resonatoren. De node is aan linker- en rechterzijden 7 serieel door te koppelen op een voorgaande/volgende node met bijbehorende eindgebruikerstations.

Figuur 4c geeft een derde uitvoeringsvorm voor een node. De heengaande signalen worden door de filters, bijvoorbeeld weer microring resonatoren, in de bovenste tak verdeeld 5 over de eindgebruikers volgens het voorgaande. Voor het teruggaande signaal wordt weer gebruik gemaakt van blanco’s die in het centraal station worden gegenereerd en het systeem worden ingestuurd. Zo een blanco wordt dan niet geselecteerd door de filters in de bovenste tak, zodat ze daaropvolgend in de onderste tak terechtkomen. Door de filters in de onderste tak worden de blanco draaggolven verdeeld over de juiste eindgebruikers, waar ze worden 10 gemoduleerd. Via dezelfde routes als de blanco’ s vinden de teruggaande gemoduleerde kanalen hun weg naar het centraal station.

Het voordeel van de opzet volgens Figuur 4c is dat heen- en teruggaande signalen apart geschakeld kunnen worden zoals in Figuur 4a, maar dat de communicatie met het centraal station via een enkele vezel 111 verloopt. In Figuur 4a kan dit ook, maar daarvoor 15 zijn extra multiplexer elementen (zoals elementen 110/112 in Figuur 6) nodig. Deze multiplexer elementen leggen mogelijke beperkingen op de keuze van de golflengten; de uitvoering van Figuur 4c geeft een praktisch onafhankelijke keuze van heen- en teruggaande golflengten mogelijk, zolang de golflengtekanalen elkaar niet in de weg zitten.

Figuren 4a en 4c hebben nog een ander belangrijk voordeel. Normaal gesproken in een 20 systeem waarin meerdere eindgebruikers een enkel communicatie kanaal delen is het cruciaal om de juiste ogenblikken te bepalen waarop elk eindgebruiker station informatie mag zenden naar het centrale station. Immers, als twee eindgebruikers tegelijk informatie zenden komt dat tegelijk en gemengd aan in het central station, waardoor het onleesbaar wordt, hetgeen kan leiden ernstige “file vorming”. Er is dus een protocol of handshake nodig aan elk 25 eindgebruikerstation aan te geven wanneer het aan de beurt is om te zenden. Zo’n protocol wordt in bekende PON systemen toegepast.

Figuren 4a en 4c bieden de mogelijkheid om de teruggaande signalen (naar het centrale station toe) onafhankelijk te schakelen van de heengaande. Door een teruggaand kanaal dat gedeeld wordt door een of meerder eindgebruikers op elk moment slechts open te 30 stellen aan één enkele eindgebruiker, wordt voorkomen dat eindgebruikers die een kanaal delen door elkaar heen kunnen zenden. Dit kan worden uitgevoerd door de filter elementen in de nodes per eindgebruiker open en dicht te schakelen zodanig dat elke gebruiker een door een toewijzingmechanisme toegewezen hoeveelheid tijd krijgt voor het zenden van informatie. Door het gebruik van de blanco moduleerbare kanalen wordt de besturing nog 8 eenvoudiger: zodra de eindgebruiker mag zenden wordt het relevant filter van de node (30-36) open gezet voor die eindgebruiker en zal het blanco kanaal die (en op dat moment alléén die) eindgebruiker bereiken. Het eindgebruikerstation detecteert de aanwezigheid van de blanco, en dat is het teken waarop dat station mag zenden. Het eindgebruikerstation moduleert de 5 blanco met zijn te zenden informatie; en het nu gemoduleerde signaal wordt teruggereflecteerd via de openstaande node naar de centrale. Zodra het in het centraal station (20) geregelde toewijzingsmechanisme beslist dat de hoeveelheid zendtijd voor die eindgebruiker op is, wordt het relevante filter in de node dicht gezet waardoor de blanco de eindgebruiker niet meer bereikt. Het eindgebruikerstation detecteert de alwezigheid van de 10 blanco en houdt op te moduleren. De blanco is nu beschikbaar voor een volgende eindgebruiker. In dit proces kan het toewijzingmechanisme rekening houden met de looptijden van het (licht) signaal. Door deze methode heeft een eindgebruikerstation geen protocol meer nodig, verder voor het gemak “protocol-loze-point-multipoint communicatie” genoemd.

15 Het door dezelfde groep eindgebruikers gedeelde kanaal in de heengaande richting kan, maar hoeft niet, de hele tijd open te worden gelaten voor het gehele groep eindgebruikers. Immers, in de heengaande richting is er geen kans op het door elkaar zenden van informatie want alle informatie wordt in het centrale station in een enkele zender gegenereerd. Het toewijzen van meer of minder informatie (bandbreedte) in de heengaande 20 richting aan een eindgebruiker wordt simpelweg gedaan door meer of minder informatie te adresseren aan die eindgebruiker. Hoewel alle eindgebruikerstations in de groep deze informatie zullen ontvangen, zal vanwege de adressering alleen dat station de informatie aan de eindgebruiker doorgeven voor wie het bestemd is.

Een verder groot voordeel van de het zojuist beschreven protocol-loze-point-25 multipoint methode is dat het optische vermogen op elk moment volledig ingezet wordt voor één eindgebruikerstation. Dit lost een groot probleem in PON en andere punt-naar-multipunt systemen op: daar wordt het vermogen meestal verdeeld over de eindgebruikerstations waardoor het beschikbare optisch vermogen als beperking werkt voor bijvoorbeeld het aantal eindgebruikers.

30 Figuren 5a, 5b illustreren twee mogelijkheden voor het kiezen van de golflengten in het geval van een enkelvoudige node. Figuur 5a toont een mode die gebruik maakt van het FSR (free spectral range) principe. De heengaande golflengten DS links (vanuit het centraal station) zijn daarbij telkens een FSR gescheiden van de daarbij behorende teruggaande golf US. De gezamenlijke heengaande golven, en dito voor de gezamenlijke teruggaande golven 9 liggen binnen een gebied dat kleiner is dan de FSR. De scheiding tussen opvolgende kanalen is bijvoorbeeld 50 GHz, terwijl tussen twee groepen kanalen een verschil van 500 GHz is geïmplementeerd.

Figuur 5b toont een werkmode waarbij een paar van twee dichtbij elkaar gelegen 5 golflengten wordt gebruikt als één voor heengaande (d) en één voor teruggaande signalen (u) die beide passen binnen de doorlaatband van een desbetreffende node. Daarbij moet in voorkomende gevallen dan de golflengtemultiplexer van de eindgebruikerstations worden omgeschakeld wanneer een andere golflengte gebruikt gaat moeten worden.

Figuur 6 toont een voordelige uitvoeringsvorm van een node. Hier worden heen- en 10 teruggaande signalen samen over het netwerk gemultiplext. Ze zijn nu echter ondergebracht in twee aparte banden die door de linker en rechter golflengtemultiplexers 110,112 gecombineerd worden. Binnen de eigenlijke node worden ze dan weer apart behandeld op de manier van Figuur 4a. Er zijn dus twee rijen schakelende als ringen aangegeven elementen. Het geheel kan desgewenst op een enkele chip (onderbroken lijn) geïntegreerd worden.

15 Uiteraard levert het gebruik van slechts één enkele vezel voor het eigenlijke netwerk een besparing, niet alleen op het eigenlijke materiaal, maar ook op de handling, bescherming, enzoverder.

Figuur 7 illustreert een node, bijvoorbeeld geïmplementeerd volgens Figuren 4a, 4b, of 4c met aangesloten controlesignaal middels de elementen 101, 103, 105. Het controlesignaal 20 kan op diverse manieren naar de nodes worden gestuurd. Er kan bijvoorbeeld een aansluitpoort van de eindgebruikerstations worden “opgeofferd” om als communicatiepoort voor de node te worden gebruikt. De Figuur geeft echter een andere oplossing die niet voor de heen- en teruggaande communicatie wordt gebruikt. Het controlesignaal wordt via (de)multiplexers 101, 105 die frequentie-specifiek werken buiten de glasvezel in 25 controlebouwsteen 103 beschikbaar gemaakt. Combinaties met die van Figuren 4a, 4b, 4c en 6 zijn voor een deskundige uiteraard goed realiseerbaar.

Figuur 8 illustreert een stroomdiagram van het uitvoeren van de werkwijze. Er wordt verondersteld dat het systeem aanvankelijk in werking is, hetgeen ook totale afwezigheid van informatieverkeer kan betekenen. In blok 70 worden de voor de besturing noodzakelijke 30 hardware en software hulpbronnen gereserveerd. In blok 72 worden de aangeboden belastingshoeveelheden gerangschikt in aflopende grootte. Eenvoudshalve wordt verondersteld dat alle kanalen dezelfde capaciteit hebben en dat alle belastingen per station in alle kanalen “passen”. Dan wordt in blok 74 de eerste belasting toegedeeld aan het eerste kanaal. Vervolgens wordt in ditzelfde blok 74 de tweede belasting toegedeeld aan het eerste 10 kanaal dat nog voldoende ruimte biedt. Dit proces zet zich voort totdat alle belastingen zijn toegedeeld. Om een stabielere toestand te krijgen wordt een bepaalde fractie per kanaal niet toebedeeld, bijvoorbeeld enkele (tientallen) procenten.

Vervolgens wordt in blok 76 de feitelijke communicatie uitgevoerd. In blok 78 wordt 5 gedetecteerd of er een overbelastingssituatie bestaat voor een kanaal, dat zo’n situatie dreigt te ontstaan, of dat er andere redenen zijn om de toewijzingsveideling opnieuw te activeren. Als dat zo is, gaat het systeem terug naar blok 72 en wordt het toedelen opnieuw uitgevoerd. Als deze overbelastingssituatie en dergelijke echter niet bestaat, pauzeert de besturing in blok 80, en gaat daarna het systeem terug naar blok 78.

10 Het getoonde diagram is uiteraard een eenvoudige versie. Zo is bijvoorbeeld geen uitgang voorzien. Deze kan bijvoorbeeld gerealiseerd worden doordat in de lus van blokken 78/80 een aparte detectie aanwezig is voor het detecteren van de afwezigheid van allen communicatie. Met kanalen van niet-uniforme capaciteit kan een dergelijk stroomdiagram op analoge wijze worden opgezet.

15 Verder kunnen verschillende eerder genoemde randvoorwaarden in de beschouwing in blok 74 worden meegenomen, zodat andere aspecten van eindstationsdynamiek in rekening gebracht kunnen worden.

Onderstaande tabel toont relevante aspecten van verschillende netwerken.

Point-to-Point PON__FlexPON_

Data snelheid per kanaal 0.125 Gbit/s * 1.25 Gbit/s 1.25 Gbit/s

Aantal kanalen__1__1__f-8_

Aantal eindgebruikers__1_ 32 64

Gemiddelde snelheid per 0.125 Gbit/s 0.039 Gbit/s 0.0039 - 0.156 eindgebruiker____Gbit/s_

Piek snelheid per 0.125 Gbit/s 1.25 1.25 eindgebruiker____

Statistisch multiplexen nee__beperkt__uitgebreid

Opschalen van de moeilijk nee gemakkelijk capaciteit____

Opschalen van het aantal gemakkelijk moeilijk gemakkelijk eindgebruikers____

Benodigde optisch laag hoog (redelijk) laag vermogensbudget____

Redundante “feeder”__nee__mogelijk__mogelijk_

Dichtheid centrale laag hoog redelijk hoog

Daarbij zijn de volgende parameters van belang. De gemiddelde snelheid per eindgebruiker is de gegevenssnelheid als de bandbreedte van het totale systeem gelijkmatig over de 20 11 eindgebruikerstations wordt verdeeld. De pieksnelheid per eindgebruiker is de gegevenssnelheid als de bandbreedte van het systeem maximaal wordt toegekend aan één eindgebruiker. In het geval van de onderhavige realisatie is dit de maximale snelheid van één kanaal omdat elke eindgebruiker door hoogstens één kanaal bediend kan worden.

5 Bandbreedte optimalisatie is de mogelijkheid om de bandbreedte toekenning af te stemmen op de behoefte. Statistisch multiplexen is het beter benutten van de capaciteit door de totale capaciteit te verdelen over een grotere groep gebruikers. In één-op-één ofwel point-to-point netwerken is geen sprake van bandbreedte optimalisatie of statistisch multiplexen. Daar heeft immers elk eindgebruikersstation een eigen afzonderlijke verbinding. In het 10 bekende PON systeem is bandbreedte optimalisatie slechts gedeeltelijk gerealiseerd: als voor een bepaalde eerste gebruiker de behoefte toeneemt, terwijl de anderen minder bandbreedte vragen, dan kan de eerste meer toegekende bandbreedte krijgen. De statistische mogelijkheden zijn echter beperkt. Als bijvoorbeeld tien gebruikers een snelheid wensen van 0,125 Gbits/sec, dan is er geen bandbreedte meer over voor de 22 andere gebruikerstations. In 15 de beschreven realisatie zijn bandbreedte optimalisatie en statistisch multiplexen veel ruimer toepasbaar, omdat de algemene capaciteit van het systeem 8 x 1,25 Gbits/seconde is. Er kan dus zowel binnen een kanaal van 1,25 Gbits/sec geoptimaliseerd worden als in PON, maar er kan tevens geoptimaliseerd worden tussen de 8 kanalen. In de voorbeeldimplementatie wordt deze capaciteit weliswaar verdeeld over 64 in plaats van over 32 gebruikerstations, maar dan 20 nog is de capaciteit groter. Verder geldt de wet van de grote getallen: doordat het aantal gebruikerstations groter is vertoont de groep als geheel vaker gemiddeld gedrag. Het systeem kan dan beter ontworpen worden op het leveren van gemiddelden in plaats van het opvangen van de pieken.

Opschalen van de capaciteit is het uitbreiden van de capaciteit van het netwerk nadat 25 het geïnstalleerd is. In point-to-point kan dat alleen maar door individuele gebruikers te voorzien van een snellere zendontvanger, bijvoorbeeld 1,25 Gbits/sec, en het toevoegen van een vergelijkbare zendontvanger voor de specifieke eindgebruikers in de centrale. Het vanaf het begin al installeren van zulke snelle bouwstenen is erg duur, omdat er per eindgebruikerstation twee van zulke snelle bouwstenen nodig zijn. Het opschalen in PON is 30 moeilijk: want dan moeten alle eindgebruikerstations snellere zendontvangers krijgen, ook als de capaciteit in slechts een klein aantal daarvan vergroot zou moeten worden. In de opzet volgens de uitvinding hoeft men steeds slechts een extra kanaal toe te voegen om de capaciteit uit te breiden. In het geval dat een aantal eindgebruikers met nog grotere debietwensen zijn, hoeft men alleen bij die eindgebruikers snellere bouwstenen te installeren, samen met het 12 toevoegen van een corresponderend sneller kanaal in de centrale.

Opschalen van het aantal eindgebruikerstations: in point-to-point kan dat gemakkelijk door een poort toe te voegen in de centrale en een nieuwe eindgebruiker te voorzien van een zendontvanger. Er moet wel een ongebruikte glasvezel aanwezig zijn tussen de centrale en de 5 nieuwe eindgebruiker. In het PON systeem is het aantal gebruikers aan een maximum gebonden. Als er meer gebruikers actief zijn moet een geheel nieuw netwerk geïmplementeerd worden. Volgens de uitvinding kan gestart worden met een klein aantal gebruikers. Door het toevoegen van extra nodes kunnen in principe steeds meer eindgebruikers worden toegevoegd. In de praktijk wordt bij ongeveer 64 gebruikers het 10 beschikbare optische vermogensbudget een beperkende factor. Door het toevoegen van meerdere kanalen gaat enerzijds de capaciteit omhoog. Verder verbetert dan ook het optische vermogensbudget, omdat het vermogen over minder eindgebruikers wordt verdeeld. Hierdoor kan het aantal eindgebruikers desgewenst verhoogd worden. Dit geldt zeker in de gevallen van een protocol-loze-point-multipoint communicatie, die van nature een significant beter 15 vermogensbudget nodig heeft.

Benodigd optisch vermogensbudget: dit is het verschil tussen het uitgezonden vermogen in de centrale en het ontvangen vermogen bij de eindgebruiker, of het verschil tussen het uitgezonden vermogen bij de eindgebruiker en het ontvangen vermogen in de centrale. In point-to-point is het benodigde vermogensbudget klein omdat de centrale 20 zendontvanger direct in contact staat met de zendontvanger van de eindgebruiker, zonder dat verdere splitters, nodes of andere tussengelegen elementen dat vermogen aftappen.

In PON is het benodigde budget relatief hoog en dus kritisch, omdat het vermogen verdeeld wordt over 32 eindgebruikers en telkens dus een factor 32 kleiner is. Ditzelfde geldt voor het teruggaande verkeer.

25 Volgens de onderhavige uitvinding is het benodigde budget relatief laag. Hoewel het vermogen verdeeld wordt over vele eindgebruikers, is het netwerk flexibel: naarmate er meer eindgebruikers geïmplementeerd worden, worden er ook kanalen toegevoegd. Van elk kanaal apart beschouwd wordt het vermogen dus over minder eindgebruikers verdeeld. Verder heeft, zoals eerder al genoemd, de protocol-loze point-to-point communicatie op het teruggaande 30 verkeer geen verdelingsverliezen. Dit levert een significante verbetering op voor het benodigde vermogen, en dus dito minder moeilijk te bereiken specificaties voor te gebruiken componenten. Het heengaande verkeer heeft dit voordeel niet, maar omdat deze signalen centraal worden gegenereerd voor een grotere groep gebruikers kunnen hier gemakkelijk sterkere zenders worden gebruikt.

13

Redundante feeder: door middel van een optische schakelaar kan een redundant pad gecreëerd worden in het traject tot de nodes.

Dichtheid centrales: dit geeft aan hoeveel eindgebruikers per rek (rack) of een andere dergelijke bouw-eenheid in de centrale kunnen worden aangesloten. In veel gevallen betekent 5 een hoge ruimtelijke dichtheid ook een lager stroomgebruik per aangesloten gebruiker. Dit is belangrijk, omdat een centraal station duur is in termen van ruimtebeslag en stroomgebruik.

In het algemeen geeft Tabel 1 parameterwaarden op basis van de huidige stand der techniek. Binnen het kader van de uitvinding zijn verscheidene technologische verbetering in te voeren.

De uitvinding is hierboven beschreven aan de hand van voorkeursuitvoeringen 10 daarvan. Zij die deskundig zijn in de techniek zullen zich realiseren dat vele wijzigingen en veranderingen daarop kunnen worden aangebracht zonder de omvang van de bij gevoegde conclusies te buiten te gaan. Derhalve moeten dergelijke voorkeursuitvoeringen als illustratief in plaats van beperkend worden beschouwd, en mogen daaruit geen beperkingen worden opgevat anders dan zulke die in de bijgevoegde Conclusies uitdrukkelijk zijn verwoord.

15

Claims

1. Een werkwijze voor het bedrijven van een communicatiesysteem dat bevat een centraal station en meerdere eindgebruikerstations die met het centrale station verbonden zijn 5 door middel van een fysiek medium en een op dat medium gerealiseerd stelsel van één of meerdere kanalen, welk communicatiesysteem een toewijzingsmechanisme bevat voor het toewijzen van een relevant kanaal aan een eindgebruikerstation, met het kenmerk dat aan een eindgebruikerstation slechts één enkel kanaal wordt toegewezen, dat elk kanaal wordt toegewezen aan een deelverzameling van nul, één of 10 meer eindgebruikerstations, en dat onder besturing van het detecteren van een kanaalsoverbelasting en/of een eindgebruikersdynamiek genoemd toewijzingsmechanisme wordt geactiveerd om een nieuwe toewijzing van meerdere kanalen te realiseren onder het handhaven van de voorwaarde dat aan elk eindgebruikerstation slechts ten hoogste één enkel kanaal wordt of blijft toegewezen. 15

2. Een communicatiesysteem dat geschikt is voor het uitvoeren van de werkwijze volgens conclusie 1, en dat bevat een centraal station en meerdere eindgebruikerstations die met het centrale station verbonden zijn door middel van een fysiek medium en een op dat medium gerealiseerd stelsel van één of meerdere kanalen, welk communicatiesysteem een 20 toewijzingsmechanisme bevat voor het toewijzen van een relevant kanaal aan een eindgebruikerstation, met het kenmerk dat in een toewijzing aan een eindgebruikerstation slechts één enkel kanaal wordt toegewezen, dat elk kanaal wordt toegewezen aan een deelverzameling van nul, één of meer eindgebruikerstations, en dat onder besturing van het detecteren van een 25 kanaalsoverbelasting en/of een eindgebruikersdynamiek genoemd toewijzingsmechanisme wordt geactiveerd om een nieuwe toewijzing van meerdere kanalen te realiseren onder het handhaven van de voorwaarde dat aan elk eindgebruikerstation slechts ten hoogste één enkel kanaal wordt of blijft toegewezen.

3. Een communicatiesysteem volgens conclusie 2, met het kenmerk dat voor heengaande communicatie vanuit het centraal station en voor teruggaande communicatie naar genoemd station twee gescheiden fysieke media (24,26) zijn gerealiseerd.

4. Een communicatiesysteem volgens conclusie 2, met het kenmerk dat voor het realiseren van zowel heengaande communicatie vanuit het centraal station als voor teruggaande communicatie naar het centraal station een gedeeld fysiek medium (25) is gerealiseerd.

5. Een communicatiesysteem volgens conclusie 2, waarin genoemd centraal station een zendsubstation en een ontvangsubstation bevat die op genoemd fysiek medium zijn aangesloten middels een als een circulator werkend mechanisme (21) om met de eindgebruikerstations een tweerichtingsverkeer te kunnen onderhouden.

6. Een communicatiesysteem volgens conclusie 2, waarin genoemd centraal station middels een driewegschakelaar (28) is aangesloten op genoemd fysiek medium dat als een lus is uitgevoerd om in genoemde lus een omkeerbare transportrichting mogelijk te maken.

7. Een communicatiesysteem volgens conclusie 2, waarbij genoemd fysiek medium één of meerdere nodes bevat, waarbij tenminste één node parallelsgewijs is aangesloten op meerdere eindgebruikerstations en elk eindgebruikerstation is aangesloten op één node.

8. Een communicatiesysteem volgens conclusie 7, waarbij genoemde nodes uitgevoerd zijn met minimaal één verstembaar filter per aangesloten eindgebruiker.

9. Een communicatiesysteem volgens conclusie 2, waarin genoemde kanalen in een richting naar genoemd centraal station toe op respectievelijke door het centraal station 25 geleverde dragergolven gemoduleerd zijn.

10. Een communicatiesysteem volgens conclusie 9, waarbij alle kanalen die in een eerste richting werkzaam zijn tenminste een geheel aantal maal de free spectral range behorende bij de verstembare filters verwijderd zijn van alle kanalen die in de 30 tegenovergestelde richting werkzaam zijn (Figuur 5a).

11. Een communicatiesysteem volgens conclusie 9, waarbij per eindgebruikerstation heengaande en teruggaande drager golven paarsgewijs relatief dichter bij elkaar gelegen zijn en verder af van andere paren drager golven die aan andere eindgebruikerstations zijn toegewezen (Figuur 5b).

12. Een communicatiesysteem volgens conclusie 2, waarin een eindgebruikerstation een kleurloze zendontvanger (39,40,42) bevat om naast het ontvangen 5 van een toegewezen kanaal het zenden van retourinformatie op een andere door genoemd centrale station toegewezen kanaal toe te staan.

13. Een communicatiesysteem volgens conclusie 2, uitgevoerd met één of meer hoofdnodes waarop respectievelijke subalterne nodes zijn aangesloten. 10

14. Een communicatiesysteem volgens conclusie 10 en uitgevoerd in een niet-homogene configuratie.

15. Een communicatiesysteem volgens conclusie 2, waarbij heengerichte en 15 teruggerichte kanalen in twee aparte golflengte-gebieden zijn ondergebracht.

16. Een communicatiesysteem volgens conclusie 2, waarin elk kanaal op elk moment slechts aan één enkele eindgebruiker toegekend wordt, en middels het schakelen van genoemde kanaal naar een volgende gebruiker de capaciteit van het netwerk verdeeld wordt 20 over de eindgebruikers.

17. Een communicatiesysteem volgens conclusie 9, waarin een door het centraal station geleverde dragergolf gemoduleerd op elk moment slechts aan één enkele eindgebruiker toegekend wordt waarbij het daarbijbehorende eindgebruikerstation de 25 aanwezigheid van genoemde dragergolf detecteert en daarmee de mogelijkheid heeft gekregen de dragergolf te moduleren.

18. Een communicatiesysteem volgens conclusie 16 of 17, waarin het toekennen van kanalen aan een eindgebruiker gebeurt door het schakelen van filterelementen in de node 30 waarop de eindgebruiker is aangesloten.