DE68922650T2 - Knotenpunkt zur schnellen Paketvermittlung in der optoelektrischen Technologie. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf Fernmeldesysteme mit Paketvermittlung und betrifft speziell einen Knotenpunkt für ein schnelles Paketvermittlungsnetz in der optoelektrischen Technologie, bei dem das Schalten auf der Basis von Wegewählinformation stattfindet, die in einem Kopfteil jedes Pakets enthalten ist, umfassend: eine optische Schaltmatrix mit einer Vielzahl von Schaltstufen, die jeweils eine Vielzahl von Schaltelementen umfassen, zum Schalten von als optische Signale übertragenen Informationspaketen, eine elektrische Schaltmatrix, die zur Wegesuche durch den Knotenpunkt durch Auswertung von in den Kopfteilen der Informationspakete enthaltenen und in elektrische Form umgesetzten Informationen dient, und ein zentralisiertes Knotensteuergerät für die elektrische Verarbeitung der Signalisierungspakete.
• Die schnelle Paketvermittlung, die auch als etikettadressierte Vermittlung oder asynchrone Zeitteilungsvermittlung bekannt ist, ist eine digitale informationsschalttechnik, bei der Informationsblöcke, denen ein die Information kennzeichnendes Etikett zugeordnet ist und die zu beliebigen Zeitpunkten an den Schaltgeräten eintreffen, nur auf der Basis des Inhalts des Etiketts geschaltet werden. Diese Technik erlaubt einen wesentlich verbesserten Betrieb im Vergleich zu üblicher Paketvermittlung, insbesondere was die Protokolleinfachheit, die Informationsverarbeitungsgeschwindigkeit und die Flexibilität betrifft. Aus diesen Gründen erscheint sie als die vielversprechendste Vermittlungstechnik zum Darstellen eines Breitbandnetzes für integrierte Dienste, bei dem den Breitbandanforderungen der einzelnen Kommunikationen entsprochen wird, während ihren Zeitbegrenzungen Rechnung getragen wird, und die Information unabhängig von der Art des Dienstes geschaltet wird.
• Beim Implementieren eines Breitbandnetzes erscheint die Verwendung der optischen Technologie als dffensichtliche Lösung und es ist erwünscht, diese Technologie nicht nur für die Übertragung zwischen Netz-Knotenpunkten, sondern auch zur Vermittlungsschaltung in den Knoten zu verwenden. Hierdurch könnten alle Optik-Elektrik-Umwandlungen und umgekehrt unterbleiben.
• Ein vollständig optisches schnelles Paketvermittlungsnetz erfordert optische Schaltmatrizen und optische Verarbeitungseinrichtungen zum Durchführen der für die Knotenverwaltung wichtigen Operationen und speziell für das Behandeln der Signalisierungen und für den Verbindungswegaufbau.
• Optische Schaltmatrizen zur Verwendung in Durchschalte-Vermittlungssystemen in Zeitteilung oder Raumteilung werden in der Literatur vielfältig beschrieben. Beispielsweise beschreibt der Artikel "Photonic Switching Using Directional Couplers" von H. S. Hinton, IEEE Communications Magazine, Band 25, Nr. 5, Mai 1987, Seiten 16 bis 25, optische Vermittlungsmatrizen, die auf Schaltelementen mit zwei Eingängen und zwei Ausgängen beruhen; diese Elemente können auch dazu verwendet werden, Vermittlungsmatrizen mit automatischem Verbindungswegaufbau zu implementieren, beispielsweise mit Omega- oder Delta-Topologie, die sich besser für die schnelle Paketvermittlung eignen, wie es im Arikel "Access and Alignment of Data in an Array Processor" von D. H. Lawrie, IEEE Transactions on Computers, Band C- 25, Dezember 1975, Seiten 1145 und folgende, beschrieben ist.
• In der Druckschrift EP-A-0 224 244 ist ein Vermittlungssystem für ein schnelles Paketvermittlungsnetz in opto-elektrischer Technologie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben, bei dem das Schalten auf der Grundlage von in einem Kopfteil, der als "token" bezeichnet wird, jedes Pakets enthaltener Information über den Verbindungsweg stattfindet. Das System umfaßt ein optisches Koppelnetz und ein elektrisches Koppelnetz, wobei das elektrische Koppelnetz, außer daß es das optische Koppelnetz einstellt, auch die Steuerinformation schaltet.
• Andererseits existieren derzeit keine optischen Verarbeitungseinrichtungen, die die zum Verwalten der Knoten eines Netzes der betrachteten Art erforderliche Verarbeitungskapazität aufweisen, wenn auch möglicherweise in der Zukunft relativ einfache Verarbeitungseinrichtungen, die den Verbindungswegaufbau durch die optische Schaltmatrix steuern, verfügbar sein können. Heutzutage erscheint es somit als die realistischste Lösung des Problems, die optische Technologie in ein schnelles Paketvermittlungsnetz einzubringen, daß man zwischen den Knotenpunkten Lichtleitfaserverbindungen und innerhalb der Knotenpunkte elektrisch gesteuerte optische Schaltmatrizen verwendet.
• Schnelle Paketvermittlungsnetze, die ein optisches Schalten mit einer elektrischen Steuerung kombinieren, sind in der Technik noch nicht bekannt und die Erfindung hat zum Ziel, einen Knotenpunkt für ein Netz dieser Art zu schaffen.
• Der erfindungsgemäße Knotenpunkt ist dadurch gekennzeichnet, daß die von der elektrischen Schaltmatrix angenommene Konfiguration in der optischen Schaltmatrix reproduziert ist, die mit dieser topologisch identisch ist; eine als optischer Speicher dienende Verzögerungsstrecke zwischen den Eingang und die optische Schaltmatrix geschaltet ist; den Eingängen der elektrischen Schaltmatrix eine erste Gruppe von Verarbeitungsvorrichtungen für die zum Suchen eines Verbindungswegs zwischen einem Eingang und einem Ausgang der elektrischen Schaltmatrix und zum Fortschreiben der Kopfteile in den optischen Informationspaketen notwendigen elektrischen Verarbeitungen der Informationspaket-Kopfteile zugeordnet ist; und den Ausgängen der elektrischen Schaltmatrix eine zweite Gruppe von elektrischen Verarbeitungsvorrichtungen zum Erkennen, daß zwischen einem Eingang und einem Ausgang der elektrischen Schaltmatrix eine Verbindung hergestellt ist, und zum Abgeben eines Pakets, das diese Verbindungsherstellung an die Verarbeitungsvorrichtungen der ersten Gruppe meldet, zugeordnet ist. Hierbei wird die gesamte Information durch das optische Netz geschaltet.
• Die Erfindung wird veranschaulicht durch die Zeichnung, in der zeigen:
• - Fig. 1 die allgemeine Struktur eines schnellen Paketvermittlungsnetzes;
• - Fig. 2 einen Blockschaltplan eines erfindungsgemäßen Knotenpunkts;
• - Fig. 3 ein schematisches Diagramm der Betriebsphasen des Knotenpunkts.
• Gemäß Fig. 1 kann ein schnelles Paketvermittlungsnetz als aus einer Anzahl von Durchgangsknotenpunkten NT1...NTn gebildet angesehen werden, denen jeweils eine Anzahl örtlicher Knotenpunkte zugeordnet ist, die mit ihm über Lichtleitfaserverbindungen verbunden sind. Zur Vereinfachung der Zeichnung sind nur zwei örtliche Knotenpunkte NL1i und NLnj dargestellt, die mit NT1 bzw. NTn verbunden sind. Die Endstellen, welche Informationen in Paketform erzeugen, die als optische Signale übertragen werden, sind mit den örtlichen Knotenpunkten über multiplexierende/demultiplexierende Systeme verbunden. Wiederum zur Vereinfachung der Zeichnung sind nur die den Knotenpunkten NL1i und NLnj zugeordneten multiplexierenden/demulti-plexierenden Systeme MD1 bzw. MDN und nur die mit MD1 und MDN verbundenen Endstellen T1x bzw. Tny dargestellt. Die Verbindungen zwischen den Endstellen und den multiplexierenden/demultiplexierenden Systemen sind Verbindungen relativ niedriger Geschwindigkeit, während die Verbindungen zwischen den Knotenpunkten untereinander und zwischen den Knotenpunkten und den Blöcken MD Verbindungen hoher Geschwindigkeit sind. Beim dargestellten Aufbau können relativ niedrige Geschwindigkeiten solche Geschwindigkeiten sein, die bis zu 100 Mbit/s betragen, während die hohen Geschwindigkeiten solche Geschwindigkeiten sind, die von einigen 100 Mbit/s bis zu einigen Gbit/s reichen.
• Jedes Paket umfaßt zusätzlich zum aktuellen Informationsgehalt einen Kopfteil, der unter anderem folgendes enthält: eine Anzeige des Paketbeginns; eine Anzeige der Art des Pakets (Signalisierung, Information, ...); ein Schutzfeld für den Kopfteil; ein Etikett (geographisches Etikett), das die Verbindung kennzeichnet und an jedem Knotenpunkt fortgeschrieben wird; und eine Wegeangabe ("routing tag") für den Verbindungswegaufbau innerhalb des Knotens.
• Die Informationspakete und die Signalisierungspakete können mit unterschiedlicher Wellenlänge und möglicherweise auch mit unterschiedlicher Geschwindigkeit übertragen werden. Es ist möglich, daß einige Eingangs/Ausgangs-Leitungen in einem Knotenpunkt nur Informationspakete führen, andere nur Signalisierungspakete, wiederum andere beide Paketarten.
• Wie es für den Knotenpunkt NL1i angedeutet ist und im einzelnen später gezeigt wird, umfassen die Knotenpunkte einen optischen Vermittlungsteil OS und einen elektrischen Steuerteil EC. Der optische Vermittlungsteil OS schaltet nur Informationspakete. Der elektrische Steuerteil verarbeitet die Signalisierungspakete und die Kopfteile der Informationspakete: im einzelnen schreibt er das Etikett fort und baut die Wegeangabe auf.
• Die Signalisierungsverarbeitung in einem Knotenpunkt wird in zentralisierter Weise durchgeführt, während die Kopfteile der Informationspakete in verteilter Weise verarbeitet werden, und zwar unabhängig für jeden Eingang der Schaltmatrix. Außerdem wird hinsichtlich des Verbindungswegaufbaus durch den Knotenpunkt eine Lösung angewendet, bei der der Verbindungsweg durch eine elektrische Vermittlungsmatrix gesucht wird, die die selbe Topologie wie die optische Matrix hat: die von der elektrischen Matrix angenommene Konfiguration wird dann in identischer Weise in der optischen Matrix nachgebildet.
• Es ist noch zu beachten, daß der optische Vermittlungsteil entweder synchron oder asynchron arbeiten kann. Im ersten Fall gibt es Zyklen konstanter Dauer, während derer zuerst die elektrische Schaltmatrix (und danach die optische) eingestellt wird und dann alle Pakete, für die der Leitweg durch den Knotenpunkt gefunden wurde, gleichzeitig übertragen werden. Die Pakete, die nicht befördert werden konnten, bilden in Knotenpunkt-Eingangspuffern Schlangen. Offensichtlich werden geeignete Strategien angewendet, um zu verhindern, daß ein Paket unbegrenzt verzögert wird. Im zweiten Fall werden den einzelnen Elementen des Vermittlungsnetzes Puffer zugeordnet, in denen die Pakete, die den gewünschten Elementenausgang nicht selbst erreichen können, eine Warteschlange bilden, und sind Verarbeitungseinrichtungen zum Verwalten der Puffer vorhanden. Die Schwierigkeit, ein Vermittlungsnetz mit verteilten Speichern und optischer Verarbeitungskapazität zu implementieren, hat uns dazu motiviert, für die vorliegende Erfindung den synchronen Betrieb zu wählen.
• Fig. 2 zeigt den Knotenpunktaufbau im allgemeinsten Fall, in dem die Eingangsleitungen sowohl Signalisierungspakete, die mit einer Wellenlänge W1 übertragen werden, und Informationspakete, die mit einer Wellenlänge W2 übertragen werden, führen. Die verschiedenen Paketarten werden mit unterschiedlicher Geschwindigkeit übertragen. Zur Vereinfachung der Zeichnung sind nur eine einzige Eingangsleitung 1 und einzige Ausgangsleitung 17 dargestellt. Doppellinien zeigen optische Signalwege an und Einfachlinien zeigen elektrische Signalwege an.
• Jede Eingangsleitung 1 eines Knotens trifft an einem entsprechenden Wellenlängen-Demuliplexer WD ein, der die Sinalisierungspakete von den Informationspakete trennt und die ersteren auf einer Leitung 5 und die letzteren auf einer Leitung 2 weitergibt.
• Die Sinalisierungspakete auf der Leitung 5 werden durch einen optoelektrischen Umsetzer COE1 in elektrische Signale umgesetzt und zu Signalisierungs-Verarbeitungsvorrichtungen in einer elektrischen Steuerung EC gesendet. Die Informationspakete auf der Leitung 2 treffen an einem Strahlspalter SEP ein, der die Leistung der optischen Signale zwischen einer Leitung 3, die zu einer optischen Koppelvorrichtung OS führt, und einer Leitung 4, die zu einem optoelektrischen Umsetzer COE2 führt, und somit zu Vorrichtungen zur Verarbeitung der Kopfteile der Informationspakete in der elektrischen Steuerung EC führt. Am Knotenpunktausgang rekombiniert ein Wellenlängenmultiplexer WM die von der Koppelvorrichtung OS ausgehenden Pakete und die von der Steuerung EC eintreffenden Pakete, die durch einen elektrooptischen Umsetzer CEO wieder in optische Form umgesetzt worden sind, zu einem einzigen optischen Paketfluß auf der Leitung 17.
• Die optischen Koppelvorrichtungen OS umfassen eine tatsächliche Schaltmatrix MOT und für jeden Eingang der Schaltmatrix MOT einen optischen Puffer BOT, wobei die Puffer dazu dienen, die durch MOT durchzuschaltenden Informationspakete zeitweise zu speichern.
• Die elektrische Steuerung EC umfaßt zwei Gruppen von Vorrichtungen, die die Signalisierungspakete bzw. die Informationspaket-Kopfteile verarbeiten.
• Die Vorrichtungen der ersten Gruppen, die zwischen COE1 und CEO eingeschaltet sind, umfassen:
• - eine Synchronisationsvorrichtung SIN1, die aus dem eintreffenden Signalisierungspaketfluß Zeitsteuersignale CKE1 zur Signalisierungspaketakquisition durch den Knotenpunkt extrahiert und den Beginn jedes dieser Pakete erkennt, wobei sie ein Signal IN1 erzeugt;
• - ein Puffer BEIS, das vorübergehend die Signalisierungspakete,
• die von SIN1 auf einer Verbindung 6 abgegeben worden sind, speichert;
• - ein Knotenpunkt-Steuergerät CEL für die elektrische Verarbeitung der auf einer Leitung 9, die von BEIS ausgeht, vorliegenden Signalisierungspakete;
• - einen Ausgangspuffer BEOS, der die von CEL auf einem Ausgang 10 abgegebenen Signalisierungspakete speichert, bevor er sie auf einer Leitung 11 an die Elemente CEO, WM und die Leitung 17 abgibt.
• Die die Kopfteile der Informationspakete verarbeitenden Vorrichtungen umfassen:
• eine Synchronisations- und Dekodiervorrichtung SIN2, die identisch zu SIN1 aufgebaut ist und Zeitsteuersignale CKE2, IN2 abgibt, die die selben Funktionen wie CKE1, IN1 haben, aber für die Informationspakete;
• - einen Puffer BEL, der vorübergehend die von SIN2 ausgehenden, auf einer Leitung 7 auftretenden Kopfteile der Informationspakete speichert;
• - eine erste Verarbeitungseinheit PEE (Eingangsprozessor), die die für die Paketvermittlung im Knotenpunkt geforderten Verarbeitungen der Kopfteile der Informationspakete auf der Basis der von CEL über eine Verbindung 12 gelieferten Informationen durchführt;
• - eine elektrische Schaltmatrix MEL, die topologisch identisch zu MOT ist und bei der Wegesuche verwendet wird;
• - einen Speicher MPM, der die in jedem Netzzyklus von MEL eingenommene Konfiguration speichert und entsprechend die Einstellung von MOT steuert;
• - eine zweite Verarbeitungseinheit (Ausgangsprozessor), die erkennt, daß eine Verbindung zwischen einem Eingang und einem Ausgang von MEL errichtet worden ist, und ein Paket abgibt, das die Durchführung der Verbindung an den diesem Eingang zugeordneten Eingangsprozessor PEE als Bestätigung sendet.
• Das Steuergerät CEL ist ein einziges Steuergerät für den gesamten Vermittlungs-Knotenpunkt: wird angenommen, daß mit dem Knotenpunkt z Eingangs/Ausgangsleitungen verbunden sind, von denen k sowohl Informationspakete als auch Signalisierungspakete führen, so bezeichnen die Bezugszeichen 9a...9k, 10a...10k die Verbindungen von CEL mit den k Zweigen, die jeweils Vorrichtungen COE1, SIN1, BEIS bzw. BEOS und CEO umfassen, die die Signalisierungspakete handhaben. Bezugszeichen 12a...12z bezeichnen die Verbindungen mit den z Zweigen, die jeweils Vorrichtungen SEP, COE2, SIN2, BEL, PEE, PUE und BOT umfassen, die die Informationspakete handhaben.
• Auch die Matrizen MOT, MEL und der Speicher MPM sind nur einfach vorhanden; die Matrizen haben z Eingänge/Ausgänge, die in der Figur mit 13a...13z, 14a...14z (für MEL) und 15a...15z, 16a...16z (für MOT) bezeichnet sind.
• Der Knotenpunkt umfaßt auch eine Zeitsteuerung BT, die von einem Haupttaktsignal CKM (Knotenpunkttakt) die lokalen Signale ableitet, die zur zeitlichen Steuerung der verschiedenen Operationen im Knotenpunkt nötig sind. Am Ausgang von BT ist die Gesamtheit der örtlichen Signale als CKL bezeichnet. An den Eingängen der verschiedenen Blöcke gibt es explizit mit CKL1, CKL2, CKL3, RC, T und R bezeichnete Signale, die jeweils für die folgenden Zwecke gebraucht werden: Zeitsteuerung des Lesens in BEIS und des Schreibens/Lesens in BEOS; Zeitsteuerung des Lesens in BOT; Zeitsteuerung des Lesens in BEL; Nachbildung der Konfiguration von MEL in MOT über MPM; Starten der optischen Paketübertragung durch die Matrix MOT; und Starten der Einstellung der elektrischen Matrix MEL.
• Die Signale CKE1 und CKE2 werden direkt aus den Paketflüssen auf den Leitungen 5, 2 von den Vorrichtungen SIN1, SIN2 extrahiert, indem Synchronisationspakete oder in den Kopfteilen von Signalisierungs/Informationspaketen enthaltener Synchronisationsinformationen ausgewertet werden; sie dienen als Synchronisationssignale zum Schreiben in die Eingangspuffer BEIS und BOT bzw. BEL.
• Die Signale CKL1 und CKL2 haben die selbe Rate wie CKE1 bzw. CKE2. CKL3 ist ein langsameres Signal, wie später noch erläutert wird.
• Die optische Schaltmatrix MOT besteht aus Schaltelementen mit zwei Eingängen und zwei Ausgängen, die Pakete mit einer Länge beispielsweise in der Größenordnung von eintausend Bits schalten können und so zusammengeschaltet sind, daß sie ein selbst-durchschaltendes Netz bilden, das sich für ein schnelles Paketvermittlungssystem mit Delta- oder Omega-Topologie eignet.
• Der optische Puffer BOT lädt die Bits eines Informationspakets ab dem Zeitpunkt der Erkennung des Paketbeginns (Signal IN2) mit der von CKE2 etablierten Zeitsteuerung. Nachdem der Kopfteil durch PEE fortgeschrieben worden ist, wird die in BOT gespeicherte Information mit der von CKL2 etablierten Zeitsteuerung gelesen. Wird berücksichtigt, daß das Schreiben in BOT erst nach der Erkennung des Paketanfangs in SIN2 beginnen kann, ist zweckmäßigerweise in die Leitung 3 eine Verzögerungsstrecke eingebaut, die an BOT optische Pakete liefert, die gespeichert werden sollen. Die Verzögerungsstrecke ist schematisch durch eine Schleife 3a dargestellt und besteht beispielsweise aus einer Windung der selben Faser, die die Leitung 3 bildet. Der Speicher BOT kann aus einer Gruppe bistabiler Laser und direktionaler Koppler bestehen, die vom Eingangsprozessor PEE gesteuert sind. Die Verwendung bistabiler Laser als Speicherelemente und ihre Steuerung durch elektrische Signale ist beispielsweise in dem Artikel "An experiment on high speed optical time-division switching" von S. Suzuki und anderen, Journal of Lightwave Technology, Band LT-4, Nr. 7, Juli 1986, Seiten 894 bis 899 beschrieben.
• Die elektrischen Puffer BEIS und BEOS sind vollständig konventionell und haben je eine Kapazität entsprechend dem Vielfachen der Signalisierungspaketlänge (in der Größenordnung von 100 bis 300 Bits). Der elektrische Puffer BEL, der ebenfalls konventionell ist, hat eine Kapazität entsprechend dem Mehrfachen der Länge des Kopfteils des Pakets (beispielsweise 32 Bits).
• Der Eingangsprozessor PEE hat die typischen Aufgaben ähnlicher Vorrichtungen in früher vorgeschlagenen schnellen Paketvermittlungsnetzen: speziell schreibt er das Etikett im in BOT gespeicherten optischen Paket fort und baut die Wegeangabe im elektrischen "Kopfteilpaket" auf der Basis der von CEL gelieferten Information. Die Aufgaben von PEE werden im einzelnen beispielsweise im Artikel "Fast packet-switching technique in first generation ISDN", vorgelegt von C. Demichelis, G. Giandonato, S. Giorcelli und R. Melen beim International Switching Symposium ISS '87, Phoenix (USA), 15. bis 20. März 1987, beschrieben.
• Die Matrix MEL basiert auf Topologien, die für schnelle Paketvermittlungsnetze vorgeschlagen worden sind, und ist der Matrix MOT topologisch identisch. Sie besteht aus Schaltelementen von erheblich kleinerer Kapazität als der für die Elemente von MOT geforderten Kapazität, da sie nur die Kopfteile der Pakete schalten müssen. MEL kann deshalb mit wesentlich niedrigerer Geschwindigkeit arbeiten als MOT und wird vom Signal CKL3 zeitgesteuert, nicht jedoch vom Signal CKL2, das die Leitungsgeschwindigkeit wiedergibt. Findet beispielsweise die optische Übertragung mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von einigen hundert Mbit/s statt, so kann die in MEL geforderte Geschwindigkeit einige zehn Mbit/s betragen. Die Wegewahl für jedes Paket wird ebenso wie in einem konventionellen Netz durch MEL gebildet und dann in MOT nachgebildet.
• Der Speicher MPM umfaßt eine Position für jedes Schaltelement in MEL und eine derartige Position speichert, wenn die verschiedenen Elemente in MEL eingestellt werden, das Bit, das die vom entsprechenden Element in MEL eingenommene Konfiguration anzeigt. Der Block MPM umfaßt auch die Treiber, die man zum Transformieren der darin gespeicherten logischen Signale in Signale einer ausreichenden Leistung zum Treiben der Elemente von MOT benötigt.
• Der Ausgangsprozessor PUE kann aus einem Festwertspeicher bestehen, dessen Lesebefehl dem Eintreffen des "Kopfteilpakets" am damit verbundenen Ausgang der Matrix MEL zugeordnet ist.
• Alle anderen Blöcke des Knotenpunkts führen Funktionen aus, die in der Technik bekannt sind, so daß weitere Informationen überflüssig sind.
• Fig. 3 zeigt die Unterteilung eines Betriebszyklus des Knotenpunkt im beschriebenen Fall einer verteilten Steuerung des Verbindungsaufbaus und eines synchronen Betriebs. Wie gezeigt, sind grundsätzlich drei Zeitphasen erkennbar:
• - in der ersten Phase, die von einem Zeitpunkt t0 des Zyklusbeginns bis zu einem Zeitpunkt t1 dauert, finden die Operationen statt, die zum Einstellen von MEL und zum Fortschreiben des Kopfteils des Pakets in BOT notwendig sind: diese Phase dauert Te (Lh + S), wobei Te = Dauer eines elektrischen Bits, Lh = Länge des Kopfteils des Pakets, ausgedrückt als Bitzahl, und S = Anzahl der Stufen in MEL;
• - die zweite Phase, t1 bis t2, ist der Übertragung des Bestätigungspakets von PUE nach PEE gewidmet: die Dauer der zweiten Phase beträgt Te (La + S), wobei La = Länge des Bestätigungspakets in Bits; Te und S haben die oben angegebene Bedeutung; in dieser zweiten Phase wird auch die Einstellung von MOT durchgeführt;
• - in der dritten Phase, von t2 zum Zyklusende t3, findet die Übertragung der in den Speichern BOT gespeicherten Pakete durch die Matrix statt; diese Phase hat eine Dauer To Lp, wobei To = Dauer eines optischen Bits, und Lp = Länge der durchzuschaltenden Pakete in Bits.
• Es ist zu beachten, daß, während ein Paket übertragen wird, die Akguisition des nachfolgenden am Eingang des selben Knotenpunkts vorliegenden Pakets und die Etikettverarbeitung beginnen können: die Netzzyklen können sich dann überlappen. Außerdem werden geeignete Überwachungszeiten zwischen den verschiedenen Phasen eingerichtet.
• Unter Bezugnahme auf das Diagramm von Fig. 3 wird nun der Knotenpunktbetrieb beschrieben.
• Ein auf der Leitung 1 (Fig. 2) eintreffendes Paket kann ein Signalisierungspaket oder ein Informationspaket sein. Es wird angenommen, daß das Paket im ersten Fall auf der Wellenlänge W1 und im zweiten Fall auf der gegenüber W1 unterschiedlichen Wellenlänge W2 moduliert ist. Der Wellenlängen-Demultiplexer WD, der am Knotenpunkteingang angeordnet ist, befördert das Paket auf die Leitung 5, wenn es ein Signalisierungspaket ist, oder auf die Leitung 2, wenn es ein Informationspaket ist.
• Es seien zuerst die Signalisierungspakete betrachtet. Diese Pakete werden nach der Umsetzung in elektrische Signale in COE1 vorübergehend im Speicher BEIS gespeichert (der durch ein von SIN1 abgegebenes Signal IN1 aktiviert ist) und werden anschließend in CEL verarbeitet. Wie oben erwähnt, wird die Speicherung in BEIS durch CKE1 zeitgesteuert, während die Übertragung zu CEL von CKL1 zeitgesteuert wird. Die Signalisierungsverarbeitung, die sich von der Verarbeitung in irgendwelchen elektrischen schnellen Paketvermittlungsnetzen nicht unterscheidet, führt zur Erzeugung neuer Signalisierungspakete oder zum Senden des empfangenen Pakets zu einem anderen Netzknotenpunkt. In jedem Fall wird das von CEL ausgehende Paket bzw. werden die von CEL ausgehenden Pakete im Speicher BEOS (mit der durch CKL1 festgesetzten Zeitsteuerung) gespeichert und dann aus diesem abgezogen, von CEO in optische Signale einer Wellenlänge Wl umgesetzt und mit den von der Leitung 16 kommenden optischen Informationspaketen bei der Wellenlänge W2 wellenlängen-multiplexiert.
• Die Signalisierungsverarbeitung wird durch die vorliegende Erfindung nicht betroffen und wird deshalb nicht näher beschrieben.
• Wenn ein Informationspaket eintrifft, wird es von WD auf die Leitung 2 gegeben und durch SEP dupliziert: das Paket auf der Leitung 3 wird im optischen Puffer BOT gespeichert, während das Paket auf der Leitung 4 in elektrische Signale umgesetzt und zu SIN2 übertragen wird; SIN2 erkennt den Paketanfang und aktiviert die Speicherung in BOT und BEL. Speziell muß nur der Kopfteil des Pakets in BEL eingespeichert werden. Das Paket wird in BOT und BEL mit der Zeitsteuerung CKE2 geladen, die aus dem eintreffenden Informationspaket genommen wird. Da BEL nur den Kopfteil speichern soll, während das Laden in BOT fertig durchgeführt wird, ist der Kopfteil des Pakets bereits für PEE verfügbar, das dann seinen Betrieb starten kann.
• PEE empfängt von CEL über die Verbindung 12 die Information, die sich auf die Kommunikation bezieht, die das Paket betrifft, und auf der Basis dieser Information ersetzt er das Eingangsetikett durch das Ausgangsetikett im in BOT gespeicherten optischen Paket und baut die Wegeangabe im elektrischen "Kopfteilpaket" auf, das von BEL mit der von CKL3 festgesetzten Zeitsteuerung gelesen und an PEE über die Leitung 8 geliefert wird. Das modifizierte elektrische "Kopfteilpaket" wird durch das selbst-wegesuchende Netz MEL geleitet (der Betrieb startet durch das Signal R) und, da die individuellen Elemente von MEL in der durch die Bits der Wegeangabe angezeigten Weise eingestellt werden, wird die Konfiguration der einzelnen Elemente (überkreuz oder gerade) in MPM gespeichert.
• Die gleichen Operationen werden parallel für alle anderen Knoteneingänge durchgeführt.
• Unabhängig vom Ergebnis der Suche nach einem Verbindungsweg sind zum Zeitpunkt t1 (Fig. 3) die auf die Einstellung von MEL (Fig. 2) bezogenen Operationen vorüber und zum Einstellen von MOT kann der Lesebefehl RC für MPM abgegeben werden.
• Angenommen, ein Verbindungsweg sei für das betrachtete "Kopfteilpaket" gefunden worden, so liegt dieses Paket zum Zeitpunkt t1 am Ausgang von MEL vor und aktiviert den Ausgangsprozessor PUE dazu, das Zurücksenden des Bestätigungspakets über den selben vom "Kopf teilpaket" verfolgten Weg zu starten. Nachdem PEE dieses Paket empfangen hat (Zeitpunkt t2), kann das Lesen des gesamten in BOT gespeicherten Informationspakets ermöglicht werden (Signal T) und das Paket wird über MOT und WM zur Leitung 17 übertragen. Gleichzeitig werden alle anderen optischen Pakete, für die ein Verbindungsweg durch MEL hergestellt worden ist, gelesen. Während ein optisches Paket durch das Netz MOT übertragen wird, können die die Akquisition des folgenden Pakets betreffenden Operationen beginnen.
• Es ist beachtenswert, daß die Pakete an den verschiedenen Netzeingängen zu zufälligen Zeitpunkten eintreffen. In einem Zyklus werden nur die Pakete durch MOT durchgeschaltet, deren Kopfteile vollständig in die Puffer BEL geladen worden sind und innerhalb der zutreffenden Zeitphase verarbeitet worden sind; die anderen werden in den nachfolgenden Zyklen gelesen.
• Es ist klar, daß das Beschriebene nur als nicht begrenzendes Beispiel angegeben wurde und daß Variationen und Modifikationen innerhalb des Rahmens der Erfindung möglich sind. So ist ersichtlich, daß, obwohl implizit angenommen wurde, daß die Vorrichtungen PEE, PUE jedem Eingang/Ausgang von MEL zugeordnet sind, ihre Zahl auch niedriger sein kann als die der Eingänge/Ausgänge von MEL, da eine selbe Vorrichtung PEE oder PUE auch eine Gruppe von Eingängen bzw. Ausgängen von MEL bedienen kann. Es ist außerdem ersichtlich, daß die Leitungen, die nur Informationspakete führen, direkt mit den Vorrichtungen SEP verbunden sind, während die Leitungen, die nur Signalisierungspakete führen, direkt mit dem Umsetzer COE1 verbunden sind: in beiden Fällen ist die Vorrichtung WD unnötig, wie auch die Vorrichtung WM unnötig ist bei Ausgangsleitungen, die nur eine der Paketarten führen.

Claims (11)

1. Knotenpunkt für ein schnelles Paketvermittlungsnetz in der optoelektrischen Technologie, bei dem das Schalten auf der Basis von Wegewählinformation stattfindet, die in einem Kopfteil jedes Pakets enthalten ist, umfassend

- eine optische Schaltmatrix (MOT) mit einer Vielzahl von Schaltstufen, die jeweils eine Vielzahl von Schaltelementen umfassen, zum Schalten von als optische Signale übertragenen Informationspaketen (W2);

- eine elektrische Schaltmatrix (MEL), die zur Wegesuche durch den Knotenpunkt (NL1i...NLnj, NT1...NTn) durch Auswertung von in den Kopfteilen der Informationspakete enthaltenen und in elektrische Form umgesetzten Informationen dient;

- ein zentralisiertes Knotensteuergerät (CEL) für die elektrische Verarbeitung der Signalisierungspakete (W1);

dadurch gekennzeichnet, daß

- die von der elektrischen Schaltmatrix (MEL) angenommene Konfiguration in der optischen Schaltmatrix (MOT) reproduziert ist, die mit dieser topologisch identisch ist;

- eine als optischer Speicher dienende Verzögerungsstrecke (3a) zwischen den Eingang (1) und die optische Schaltmatrix (MOT) geschaltet ist;

- den Eingängen (13) der elektrischen Schaltmatrix (MEL) eine erste Gruppe von Verarbeitungsvorrichtungen (PEE) für die zum Suchen eines Verbindungswegs zwischen einem Eingang und einem Ausgang der elektrischen Schaltmatrix (MEL) und zum Fortschreiben der Kopfteile in den optischen Informationspaketen notwendigen elektrischen Verarbeitungen der Informationspaket-Kopfteile zugeordnet ist;

- den Ausgängen (14) der elektrischen Schaltmatrix (MEL) eine zweite Gruppe von elektrischen Verarbeitungsvorrichtungen (PUE) zum Erkennen, daß zwischen einem Eingang und einem Ausgang der elektrischen Schaltmatrix (MEL) eine Verbindung hergestellt ist, und zum Abgeben eines Pakets, das diese Verbindungsherstellung an die Verarbeitungsvorrichtungen (PEE) der ersten Gruppe meldet, zugeordnet ist.

2. Knotenpunkt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Schaltmatrix (MEL) die gleiche Zahl von Stufen und die gleiche Zahl von Schaltelementen enthält wie die optische Schaltmatrix (MOT).

3. Knotenpunkt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Eingang (15a...15z) der optischen Schaltmatrix (MOT) ein optischer Puffer (BOT) zur vorübergehenden Speicherung der optisch durchzuschaltenden Pakete für eine Zeit, die erforderlich ist, um nach einem Verbindungsweg zwischen einem Eingang (13a...13z) und einem Ausgang der elektrischen Schaltmatrix (MEL) zu suchen und diesen einzurichten sowie die optische Schaltmatrix (MOT) einzurichten, zugeordnet ist, wobei die in allen Puffern (BOT) gespeicherten Pakete zum selben Zeitpunkt gelesen werden.

4. Knotenpunkt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsvorrichtungen (PEE) der ersten Gruppe mit dem zentralisierten Steuergerät (CEL) verbunden sind, von der sie die zum Fortschreiben des Informationspaket-Kopfteils und zum Erstellen einer Wegeangabe für den Verbindungswegaufbau durch die elektrische Schaltmatrix (MEL) im Kopfteil erforderliche Information empfangen, wobei das Fortschreiben des Kopfteils unmittelbar in den in den Puffern (BOT) enthaltenen optischen Paketen bewirkt wird.

5. Knotenpunkt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der elektrischen und der optischen Schaltmatrix (MEL, MOT) ein Speicher (MPM) eingeschaltet ist, der Information in der Form elektrischer Signale speichert, die die von den Elementen der elektrischen Schaltmatrix (MEL) angenommene Konfiguration anzeigt und die zu den gleichnamigen Elementen der optischen Schaltmatrix (MOT) als Einstellbefehle übertragen wird.

6. Knotenpunkt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er Synchronisationseinrichtungen (SIN1, SIN2) zum Extrahieren von Zeitsteuersignalen (CKE1, CKE2) aus dem ankommenden Paketfluß für die Paketakquisition durch den Knotenpunkt (NL1i...NLnj, NT1...NTn) umfaßt.

7. Knotenpunkt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er einen örtlichen Zeitgeber (BT) umfaßt, der Zeitsteuersignale (CKL1, CKL2, CKL3, RC, R, T) für die verschiedenen Vorrichtungen im Knotenpunkt (NL1i...NLnj, NT1...NTn) erzeugt und die Schaltvorgänge im Knotenpunkt (NL1i...NLnj, NT1...NTn) in Arbeitszyklen organisiert, die konstante Zeitdauer aufweisen und eine erste Phase, in der die elektrische Schaltmatrix (MEL) eingestellt und die Kopf teile in den in den optischen Puffern (BOT) vorhandenen Paketen fortgeschrieben werden, eine zweite Phase, in der die optische Schaltmatrix (MOT) eingestellt und die Verarbeitungsvorrichtungen (PUE) der zweiten Gruppe an die Verarbeitungsvorrichtungen (PEE) der ersten Gruppe mögliche Pakete, die melden, daß eine Verbindung zwischen einem Knotenpunkteingang (1) und einem Knotenpunktausgang (17) hergestellt worden ist, sendet, und eine dritte Phase, in der optische Pakete, für die eine Wegewahl durch den Knotenpunkt stattgefunden hat, durch die optische Matrix (MOT) zu den Ausgängen (17) des Knotenpunkts durchgeschaltet werden, umfassen.

8. Knotenpunkt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer selben Eingangs/Ausgangs-Leitung des Knotenpunkts (NL1i...NLnj, NT1...NTn) vorliegende Signalisierungspakete und Informationspakete unter Verwendung unterschiedlicher Wellenlängen übertragen werden.

9. Knotenpunkt nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß den Eingangs/Ausgangsleitungen (1, 17) des Knotenpunkts (NL1i...NLnj, NT1...NTn), die beide Pakettypen transportieren, einerseits eine Einrichtung (WD, SEP) zum Erkennen von Informationspaketen (W2) und von Signalisierungspaketen (Wl) und zum Senden der ersteren zur optischen Schaltmatrix (MOT) und zur ersten Gruppe von Verarbeitungsvorrichtungen (PEE) und der letzteren zum zentralisierten Steuergerät (CEL) zugeordnet ist bzw. andererseits eine Einrichtung (WM) zum Rekombinieren der von der optischen Schaltmatrix (MOT) geschalteten Pakete und der vom zentralisierten Steuergerät (CEL) abgegebenen Signalisierungspakete zu einem einzigen Fluß optischer Pakete zugeordnet ist.

10. Knotenpunkt nach den Ansprüche 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisationseinrichtungen eine erste Synchronisationsvorrichtung (SIN1) zum Erkennen des Beginns jedes Signalisierungspakets (W1) und zum Extrahieren von Zeitsteuersignalen (CKEL, IN1) für die Signalisierungspaketakquisition durch den Knotenpunkt (NL1i...NLnj, NT1...NTn) aus dem Signalisierungspaketfluß, sowie eine zweite Synchro-nisationvorrichtung (SIN2) zum Erkennen des Beginns jedes Informationspakets (W2) und zum Extrahieren von Zeitsteuersignalen (CKE2, IN2) für die Informationspaketakquisition durch den Knotenpunkt (NL1i...NLnj, NT1...NTN) aus dem Informationspaketfluß umfassen.

11. Knotenpunkt nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der selben Eingangs/Ausgangs-Leitung des Knotenpunkts (NL1i...NLnj, NT1...NTn) vorhandenen Informationspakete und Signalisierungspakete mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten übertragen werden.