Глобальное бесконфликтное соединение

 

Изобретение относится к коммутаторам и сетям бесконфликтных глобальных межсоединений. Технический результат заключается в создании средств, предназначенных для преодоления проблем, связанных с маршрутизацией передаваемого блока данных и конфликтом передаваемого блока данных в сетях глобальных межсоединений. Устройство содержит N входных источников сигналов и М выходных приемников упомянутых сигналов, где N и М являются положительными целыми числами, входную схему для каждого источника, причем упомянутая входная схема содержит входную ячейку для каждого выходного приемника, источник света для каждой входной ячейки, фотоприемник для каждого источника света, выходную ячейку для каждого фотоприемника, выходную схему для каждого выходного приемника, причем упомянутая выходная схема содержит выходную ячейку для каждого входного источника. 6 с. и 20 з.п.ф-лы, 10 ил.

Область техники Изобретение относится в общем к глобальному бесконфликтному межсоединению, а более конкретно - к коммутаторам и сетям бесконфликтных глобальных межсоединений.

Предпосылки для создания настоящего изобретения Оптические системы нашли применение для обеспечения межсоединений в вычислительных и других типах коммутационных структур. Коммутаторы применяют в различных уровнях архитектуры вычислительных и других систем, например в электросвязи.

В частности, имеется по меньшей мере два применения для удовлетворения текущей потребности в оптических межсоединениях в свободном пространстве, а именно в коммутационных сетях электросвязи/передачи данных и мелкомодульных параллельных вычислительных машинах.

Что касается коммутационных сетей электросвязи/передачи данных, то предварительные оценки показывают, что абонентский доступ к системам с комплексным представлением информации потребуют коммутаций сотен тысяч абонентских линий, причем каждая линия обеспечивает прогон более пятисот мегабайт в секунду. Для удовлетворения этих перспективных требований потребуются пропускные способности, которые на три-четыре порядка больше планируемых возможностей современной технологии электросвязи.

Что касается параллельных вычислительных машин, то мощность параллельных вычислительных машин непосредственно зависит от степени коммуникации между процессорами вычислительной машины. Масштабируемый когерентный интерфейс, разработанный в Институте инженеров по электротехнике и электронике, обещает упрощение интеграции большого числа процессоров. Большинство конструкций шин обеспечивает возможность связи между не более, чем четырьмя процессорами, и даже шины наиболее эффективной конструкции не могут поддерживать больше, чем тридцать два процессора. Другой проблемой, возникающей при использовании шин, является возникновение конфликтов при обращении к шине. При общей шине один процессор должен ждать доступа к шине, пока другой процессор осуществляет считывание данных из запоминающего устройства или выполняет запись данных в память. Таким образом, система межсоединений, посредством которых вычислительная машина совместно использует и передает данные между различными процессорами машины, является одной из самых важных характеристик архитектуры параллельных вычислительных машин.

В идеальном случае в системе электросвязи или передачи данных каждый входной узел непосредственно соединен с каждым выходным узлом. Аналогичным образом, в идеальной вычислительной машине каждый процессор непосредственно связан с каждым другим процессором так, чтобы система была полностью или глобально соединена.

На фиг.1 приведена иллюстрация идеальной системы, в которой каждый узел (или процессор) непосредственно соединен или связан с каждым другим узлом (или процессором). Как показано на фиг.1, каждый узел показан в виде круга. Однако, как подробно описано Пинкстоном в работе "Стратегия GLORY для мультипроцессоров: интегральная оптика в архитектуре межсоединений" и Зигелем в работе "Сети межсоединений для крупномасштабной параллельной обработки", такая сеть очень непрактична для соединения больших систем.

С чисто функциональной точки зрения, сеть системы многократных координатных коммутаторов, которая иллюстрируется на фиг.2, может облегчить прямое соединение любого входного канала с любым выходным каналом. На фиг.2 многократные координатные коммутаторы представлены кругами, а входные и выходные порты - прямоугольниками. Однако реализация сети системы многократных координатных коммутаторов, иллюстрируемой на фиг.2, требует n² коммутаторов (где n - число входных и выходных портов системы, иллюстрируемой на фиг.2).

Число коммутаторов значительно уменьшается при использовании сетей многокаскадных межсоединений. Сеть многокаскадных межсоединений является практичным компромиссом, который обеспечивает возможность получения динамически реконфигурируемого межсоединения каждого узла или процессора системы одновременно только с одним другим узлом или процессором. Сети многокаскадных межсоединений получили распространение, поскольку по сравнению с сетью системы многократных координатных коммутаторов комплексность аппаратных средств уменьшается при сохранении способности установления прямого соединения между любым данным входным портом и любым данным выходным портом. Сеть многокаскадных межсоединений, в которой используются многократные координатные коммутаторы 2•2, требует (n/2) log₂n коммутаторов. Это меньше, чем n² коммутаторов, требуемых при применении системы многократных координатных коммутаторов. При большом значении числа n, разность числа коммутаторов, требуемых сетью системы многократных координатных коммутаторов, и числа коммутаторов, требуемых сетью многокаскадных межсоединений, становится значительной.

Большой класс сетей многокаскадных межсоединений представляет собой топологически эквивалентные (изоморфные) системы. То есть они имеют эквивалентные функциональные характеристики. Такие изоморфные системы включают в себя: схемы переключения-коммутации, баньянные схемы, омега схемы, триггерные схемы, основные схемы и дельта схемы. Сеть многокаскадных межсоединений по схеме 8•8 переключения-коммутации, известной так же, как омега схема, иллюстрируется на фиг.3. На фиг.3 показана конфигурация межсоединений для передачи блока данных из восьми входных портов или источников к восьми выходным портам или приемникам. Как следует из фиг.3, коммутаторы представлены прямоугольниками. Сеть, иллюстрируемая на фиг.3, имеет три каскада переключения и три каскада коммутации.

Передаваемые блоки данных, проходящие через сеть несут в своих головных метках данные маршрутизации. Данные маршрутизации используются для установки коммутаторов сети для правильной маршрутизации передаваемого блока данных. Например, в части головной метки, представляющей головную метку передаваемого блока двоичных данных, представляющих адрес приемника, "единица" может представлять коммутатор, установленный для прямого соединения (без переключения), а " ноль" в этом случае будет представлять установку перехода (коммутации). Если коммутатор первого каскада многокаскадного межсоединения считывает наиболее значительный бит как "единицу", то он автоматически устанавливается для прямого соединения, принимая этот бит.

Коммутатор следующего каскада считывает следующий наиболее значительный бит и автоматически устанавливается в положение для коммутации или для прямого соединения, в зависимости от величины этого бита. Коммутатор последнего каскада считывает наименее значительный бит и автоматически устанавливается в соответствии с величиной этого бита, маршрутизируя таким образом передаваемый блок данных в соответствующий адрес приемника.

Вследствие ограничений электрических межсоединений, оптические межсоединения в свободном пространстве, вероятно, приобретут более высокую важность при продолжении тенденции к обработке больших полей данных, связанных, например, с документами, изображениями, звуком и видеоданными.

Все существующие волоконно-оптические сети связи основаны на применении оптоэлектронных коммутаторов, соединенных посредством модулирующих средств, например голографических средств или обычных оптических средств. Обычные, формирующие изображение, оптические системы или обычные оптические средства включают в себя призмы, зеркала, линзы и другие оптические элементы. Оптические элементы дифрагируют, преломляют, отклоняют, расщепляют, коллимируют, фокусируют или иначе модулируют лучи света так, чтобы указанные лучи направлялись или переадресовывались, как это необходимо для данного случая применения. Следует отметить, что светопроводы и, в частности, светопроводы с внедренными голограммами, так называемые светопроводные голограммы, сами представляют собой систему связи и могут служить в качестве подсистемы или в качестве модулирующего средства в системе межсоединений.

Основным структурным модулем сети многокаскадных межсоединений является многократный координатный коммутатор •2, имеющий два входа и два выхода. С помощью управляющего сигнала любой входной сигнал может быть передан к выходу, но обычные, выпускаемые на промышленной основе, оптоэлектронные коммутаторы не позволяют одновременно посылать два входных сигнала к одному выходу. Реализация крупномасштабной сети многокаскадных межсоединений дополнительно усложняется тем, что управляющие сигналы становятся очень сложными и приемник передаваемого блока данных может быть не известен. Однако одной из наиболее общих проблем сетей многокаскадных межсоединений, является конфликт, возникающий при передаче блоков данных. Конфликт при передаче блока данных возникает в том случае, если два или более входных сигнала в одном коммутаторе запрашивают один выход.

Краткое изложение сущности настоящего изобретения Задачей настоящего изобретения является внедрение средств, предназначенных для преодоления проблем, связанных с маршрутизацией передаваемого блока данных и конфликтом передаваемого блока данных в сетях межсоединений. В частности, задачей настоящего изобретения является внедрение средств, предназначенных для преодоления проблем, связанных с маршрутизацией передаваемого блока данных и конфликтом передаваемого блока данных в сетях глобальных межсоединений.

Другой задачей настоящего изобретения является внедрение в сети многокаскадных межсоединений, перекрещивающиеся магистрали, полностью соединенные сети и другие коммутационные системы бесконфликтных коммутаторов.

Дополнительной задачей настоящего изобретения является внедрение коммутатора, который является бесконфликтным.

Еще одной задачей настоящего изобретения является внедрение практически полностью соединенной системы.

Другой задачей настоящего изобретения является внедрение подсхем или ячеек, причем каждая ячейка специфична для адреса входа и выхода и специальная входная ячейка прямо или косвенно соответствует специальной выходной ячейке.

Дополнительной задачей настоящего изобретения является применение в коммутаторах буфера и, в частности, применение буфера в ячейках указанных коммутаторов, причем указанные буферы хранят передаваемые блоки данных для последующей передачи.

Другой задачей настоящего изобретения является применение в коммутаторах контроллера и, в частности, применение контроллера в ячейках указанных коммутаторов, причем указанные контроллеры обеспечивают получение требуемой временной задержки для передаваемого блока данных и регулируют уровень выходного светового сигнала передаваемого блока данных. Дополнительной задачей настоящего изобретения является внедрение модулирующих средств, которые обеспечили бы возможность получения законченного межсоединения каждого узла системы, независимо от пространственной связи одного узла с другим.

Еще одной задачей настоящего изобретения является получение идеального совмещения соответствующих источников света и фотоприемников для упрощения схемотехники и для обеспечения возможности выбора применения голографических или обычных оптических систем, формирующих изображение, для передачи данных от точки к точке.

Коммутатор, соответствующий настоящему изобретению, содержит по меньшей мере один источник (входной канал), который передает блоки данных к входной схеме, специфичной для указанного входного канала. Указанный передаваемый блок данных помечается для индикации конечного приемника (выходного канала) или приемников. Каждая входная схема содержит выходные ячейки, специфичные для каждого приемника. Функция входной схемы аналогична функции демультиплексора с временным уплотнением или функции параллельного сдвигового регистра, в том отношении, что входная схема считывает метку приемника и трансформирует данные, принимаемые последовательно, в данные, передаваемые параллельно. Входная схема считывает метку приемника на каждом передаваемом блоке данных и направляет каждый передаваемый блок данных к соответствующей входной ячейке или ячейкам.

Предпочтительно, чтобы подсхемы каждой ячейки содержали буфер для хранения принятого передаваемого блока данных и контроллер для обеспечения возможности получения любой временной задержки, необходимой для передаваемого блока данных, и для регулировки уровня выходного светового сигнала, как требуется для передаваемого блока данных. Таким образом, передаваемые блоки данных, принятые последовательно из выходных каналов, маршрутизируются параллельно, одновременно и с одинаковой интенсивностью к их конечным приемникам. Каждая входная ячейка передает передаваемый блок данных, который она принимает, к специальному источнику света или к специальному местоположению на матрице источников света, например матрице лазеров с излучающей поверхностью вертикальной полости или другой матрице источников света. Каждое местоположение на указанной матрице источников света индивидуально управляется и специфично для данной входной ячейки.

После этого передаваемый блок данных передается из матрицы источников света через модулирующее средство к специальному фотоприемнику или к специальному местоположению на матрице фотоприемников. В частности выходной световой сигнал каждого местоположения на матрице источников света освещает специально заданное место на модулирующем средстве. Модулирующее средство направляет каждый из входящих лучей в специально заданное местоположение на соответствующей матрице фотоприемников. После этого передаваемый блок данных передается из этого местоположения на матрице фотоприемников к соответствующей выходной схеме. Каждая выходная схема содержит выходные ячейки, специфичные для каждого входного канала. Каждая выходная схема принимает выходные сигналы по меньшей мере из одного местоположения на матрице фотоприемников, причем указанное местоположение специфично для источника и приемника передаваемого блока данных. Функция выходной схемы аналогична функции демультиплексора с временным уплотнением или функции параллельного сдвигового регистра в том отношении, что входная схема считывает метку приемника и трансформирует данные, принимаемые последовательно, в данные, передаваемые параллельно. На основе источника (входного канала) принимаемого передаваемого блока данных каждая выходная схема направляет каждый передаваемый блок данных к соответствующей выходной ячейке. После этого каждая выходная ячейка передает передаваемый блок данных к соответствующей выходной ячейке. Затем каждая выходная ячейка передает передаваемый блок данных к выходному каналу, соединенному с выходной схемой.

Альтернативный коммутатор, который имеет практическое значение только в том случае, если не превышена допустимая плотность электрических межсоединений, позволяет применять обычные оптические системы, формирующие изображение. В этом коммутаторе каждый передаваемый блок данных может быть передан электропроводным, волоконно-оптическим или светопроводным межсоединением из его местоположения на матрице фотоприемников к соответствующей выходной ячейке в соответствующей выходной схеме.

В таком альтернативном коммутаторе каждый передаваемый блок данных передается от точки к точке посредством параллельных оптических межсоединений. Коммутатор содержит по меньшей мере один входной канал, который передает блоки данных к входной схеме, специфичной для указанного входного канала. Указанный передаваемый блок данных помечается для индикации его конечного приемника. Каждая входная схема содержит входные ячейки, специфичные для каждого приемника. Каждая входная схема считывает метку приемника на каждом принимаемом передаваемом блоке данных и направляет каждый передаваемый блок данных к соответствующей входной ячейке. Каждая входная ячейка направляет передаваемый блок данных, который она принимает, в специальное местоположение на матрице источников света.

После этого передаваемый блок данных передается оптической системой, формирующей изображение, из матрицы источников света к специальному местоположению на матрице фотоприемников. Затем передаваемый блок данных передается из этого местоположения на матрице фотоприемников к соответствующей выходной схеме. Каждая выходная схема содержит выходные ячейки, специфичные для каждого входного канала. Каждая выходная схема принимает сигналы по меньшей мере из одного местоположения на матрице фотоприемников, причем указанное местоположение специфично как для источника, так и для приемника передаваемого блока данных. На основе источника принимаемых передаваемых данных каждая выходная схема направляет каждый передаваемый блок данных к соответствующей выходной ячейке. После этого каждая выходная ячейка передает передаваемый блок данных к выходному каналу, соединенному с выходной схемой.

Другой альтернативный коммутатор обеспечивает получение идеального совмещения соответствующих источников света и фотоприемников. В этом устройстве имеет место передача данных от точки к точке без какого-либо пересечения с каналами передачи данных. В частности, имеет место многоуровневое расположение передающих поверхностей. Каждая передающая поверхность содержит фотоприемники, связанные со специальным выходным каналом, источники света, связанные с указанными фотоприемниками, и каналы передачи из указанных источников света к указанным фотоприемникам. Хотя эти передающие поверхности являются многоуровневыми и, таким образом, не пересекаются, точный контур каждой данной поверхности может быть сложным.

В поперечном сечении, перпендикулярном линии, проведенной от источника света к связанному с ним фотоприемнику, передающие поверхности могут, например, иметь вид параллельных прямых линий, концентрических окружностей или эллипсов, или параллельных синусоидальных кривых. Многоуровневое расположение указанных передающих поверхностей аналогично изобарам на карте. Слои могут быть очень нерегулярными и могут переплетаться, но не пересекаться. Точный контур передающей поверхности определяется положением фотоприемников, связанных со специальным выходным каналом, источников света, связанных с указанными фотоприемниками, и каналов передачи от каждого источника света к связанному с ним фотоприемнику.

Например, как показано на фиг.8, траектория луча света из источника света, связанного с выходной ячейкой, к соответствующему фотоприемнику, связанному с выходной ячейкой, параллелен траектории луча света из любого другого источника света к соответствующему фотоприемнику. Для конфигурации, показанной на фиг.8, каждая передающая поверхность будет прямоугольной плоскостью, передающие поверхности являются многоуровневыми, а поперечное сечение передающих поверхностей будет иметь вид ряда параллельных линий. Следует отметить, что каналы передачи могут содержать каналы передачи свободного пространства и светопроводные каналы передачи.

Вполне очевидно, что в описанных коммутаторах не может быть конфликта между входными каналами и выходными схемами. Для того, чтобы коммутатор был полностью бесконфликтным, передача блоков данных из входных схем к выходным каналам также должна быть бесконфликтной. Для осуществления этого настоящее изобретение предлагает внедрение применения буферов для использования в соответствующих местах в данном коммутаторе для управления потоком данных. Например, каждая из выходных ячеек может содержать буфер, который хранит передаваемый блок данных до тех пор, пока выходной канал не освободится для приема указанного блока данных.

Для дополнительной иллюстрации применения буферов рассмотрим многократный координатный коммутатор 2•2, в котором каждый из двух входных каналов передает блок данных, предназначенный для одного выходного канала. В этом случае каждый из двух передаваемых блоков данных маршрутизируется к двум разным выходным ячейкам на одной выходной схеме. Передаваемый блок данных из одной из выходных ячеек передается к выходному каналу, тогда как передача передаваемого блока данных в другой ячейке хранится только для передачи после завершения передачи из другой выходной ячейки, когда выходной канал освободится для приема другого передаваемого блока данных.

Настоящее изобретение дополнительно вводит практически полностью соединенную систему, в которой каждый узел системы может передавать сигнал к каждому другому узлу системы. Преимуществом полностью соединенной системы является то, что она является бесконфликтной. В одной полностью соединенной системе входы и выходы спарены. Принципы работы аналогичны принципам работы многократных координатных коммутаторов. Для облегчения работы полностью соединенной системы настоящее изобретение вводит применение модулирующего средства для преодоления пространственных трудностей, которые возникают в больших системах. Модулирующие средства расположены так, чтобы позволять направление выходных лучей от отдельных источников света к любому узлу в системе. Предпочтительно, чтобы указанные модулирующие средства содержали линзы для фокусировки и коллимации выходного луча, принимаемого из источника света, и матрицу преломляющих оптических элементов, например матрицу рассеивающих или отражающих микропризм или матрицу сегментированных зеркал для переадресовки оптических лучей. Настоящее изобретение дополнительно вводит альтернативную практически полностью соединенную систему, в которой входная матрица и выходная матрица пространственно совмещены для обеспечения возможности соединения от точки к точке матрицы источников света с матрицей фотоприемников.

Предпочтительно, чтобы яркость каждого источника света регулировалась отдельно или имела временную модуляцию. То есть специальный источник света имеет временную модуляцию независимо от каждого другого источника света. Для передачи данных может быть использована бинарная ("0" или "1") или аналоговая или непрерывная временная модуляция. Каждый отдельный источник света может содержать лазер с вертикальной поверхностью вертикальной полости. В альтернативном варианте внешний источник света может освещать ячейку или матрицу ячеек в матрице пространственных модуляторов света и выход, то есть коэффициент пропускания и коэффициент отражения каждой ячейки получает индивидуальную временную модуляцию, реализуя таким образом индивидуальное регулирование яркости света, передаваемого из источника света. В любом случае яркость света получает временную модуляцию и затем передается через модулирующие средства к фотоприемникам.

Для реализации задач настоящего изобретения матрица источников света содержит группу, некоторое количество или матрицу отдельных источников света. Для целей настоящего изобретения матрица фотоприемников содержит группу, некоторое количество или матрицу отдельных фотоприемников. Для целей настоящего изобретения входная матрица содержит группу, некоторое количество или матрицу отдельных входных ячеек. Для целей настоящего изобретения выходная матрица содержит группу, некоторое количество или матрицу отдельных выходных ячеек. Для целей настоящего изобретения матрица модулирующих средств содержит группу, некоторое количество или матрицу отдельных модулирующих средств. Кроме того, каждое отдельное модулирующее средство содержит голографическое средство и обычное оптическое средство.

Для целей настоящего изобретения порт содержит входной канал и выходной канал. Для целей настоящего изобретения узел содержит входной канал, выходной канал, порт и спаренные входной/выходной каналы.

Для целей настоящего изобретения выражение от точки к точке означает соответствие конкретной точки на изображении источника аналогичной точке на изображении приемника.

Для целей настоящего изобретения слово "глобально" означает "полностью" и совершенно.

Краткое описание чертежей Фиг. 1 - иллюстрация идеальной системы, в которой каждый узел или процессор системы непосредственно соединен или связан с каждым другим узлом или процессором системы.

Фиг.2 - иллюстрация сети системы многократных координатных коммутаторов.

Фиг. 3 - иллюстрация сети многокаскадных межсоединений типа переключение-коммутация.

Фиг.4 - схематическая иллюстрация бесконфликтного многократного координатного коммутатора 2•2.

Фиг.5 - схематическая иллюстрация бесконфликтного многократного координатного коммутатора 4•4.

Фиг.6 - иллюстрация примера возникновения конфликтной ситуации.

Фиг. 7 - схема, иллюстрирующая бесконфликтный коммутатор 4х4, основанный на получении оптических параллельных межсоединений от точки к точке.

Фиг.8 - иллюстрация идеально пространственно совмещенных входных и выходных матриц.

Фиг. 9 - схема, иллюстрирующая конфигурацию межсоединения для полностью соединенной коммутационной системы с четырьмя узлами.

Фиг.10 - схема, иллюстрирующая конфигурацию межсоединения для одного узла в полностью соединенной системе с восьмью узлами.

Описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения Настоящее изобретение обеспечивает возможность получения нового многократного координатного коммутатора N•М. Для простоты иллюстрации на приведенных чертежах иллюстрируются примеры, на которых М=N. В соответствии с приведенными чертежами, бесконфликтный многократный координатный коммутатор 2•2 показан на фиг.4, а бесконфликтный многократный координатный коммутатор 4•4 - на фиг.5.

Предлагаемый новый многократный координатный коммутатор N•М имеет N входных каналов 11, N входных схем 12, N•М источников 13 света, N•М модулирующих средств 14, М•N фотоприемников 23, М выходных схем 22 и М выходных каналов 21. Каждая входная схема принимает сигнал из входного канала. Каждая входная схема имеет М входных ячеек 121. Входные схемы направляют сигналы к соответствующим входным ячейкам в зависимости от приемника сигнала. Каждая входная ячейка соединена с источником света. Световой выходной сигнал каждого источника света освещает модулирующее средство. Модулирующее средство 14 предпочтительно представляет собой голографическую решетку. Модулирующие средства направляют каждый вводимый луч из каждого источника света к каждому фотоприемнику.

Фотоприемники соединены с выходными схемами. Каждая выходная схема принимает сигнал от фотоприемника. Каждая выходная схема содержит N выходных ячеек 221. Фотоприемники направляют сигналы к соответствующим выходным ячейкам. Каждая выходная схема передает сигнал, если она его принимает, из каждой из своих ячеек к выходным каналам. Предпочтительно, чтобы подсхемы каждой входной и выходной ячейки содержали буфер для хранения принятого передаваемого блока данных и контроллер для обеспечения любой временной задержки, необходимой для передаваемого блока данных и для регулировки уровня выходного светового сигнала, как требуется для передаваемого блока данных. Необходимо отметить, что каждый из N•М источников света, N•М модулирующих средств и N•М фотоприемников может быть расположен независимо или может входить в состав матрицы, содержащей соответственно другие источники света, модулирующие средства и фотоприемники.

Например, пусть i будет входным сигналом из входного канала i, где i=l, 2, . .. N, и пусть j будет приемником к выходному каналу j, где]=1, 2,... М. Тогда сигнал из канала i к приемнику j направляется к ячейке i, j входной схемы i, затем к местоположению i, j на матрице i источников света и затем от матрицы i источников света к местоположению j, i на матрице i модулирующих средств. Матрица i модулирующих средств направляет сигнал к местоположению j, i на матрице j фотоприемников, которая в свою очередь направляет сигнал к ячейке j, i выходной схемы j.

Следует отметить, что передаваемый блок данных может содержать любое число битов из одного бита данных, например 0 или 1, для всего блока данных, например одного или более машинных слов. Кроме того, весь или любая часть сигнала может быть размещена в одном или более передаваемых блоков данных. Передаваемые блоки данных соответственно помечаются так, чтобы данные принимались в канале вывода в правильной или требуемой последовательности.

На фиг. 6 жирными линиями иллюстрируется пример конфликтной ситуации, возникающей в коммутационной схеме 8•8 межсоединений. В том случае, если более чем один сигнал запрашивают один приемник, то возникает конфликт. Для решения такой конфликтной проблемы передаваемые блоки данных должны храниться где-либо вдоль линии передачи передаваемого блока данных. Путем модификации выходных ячеек, включив в них буфер, получают возможность такого хранения и решают проблему, возникшую в процессе возникновения конфликтной ситуации. Передаваемый блок данных хранится в буфере до тех пор, пока не завершится передача принятого ранее блока данных, запрашивающего тот же выходной канал, и выходной канал не освободится для приема следующего блока данных.

На фиг.7 иллюстрируется коммутатор, в котором каждый блок данных передается параллельно от точки к точке оптических межсоединений. Коммутатор содержит по меньшей мере один входной канал, который передает блок данных к входной схеме специфичной для указанного входного канала. Указанный передаваемый блок данных помечается для указания его конечного приемника. Входная схема содержит входные ячейки, специфичные для каждого приемника. Входная схема считывает пометку приемника на каждом принятом блоке данных и передает каждый принимаемый блок данных к соответствующей входной ячейке. Каждая входная ячейка передает блок данных, который она принимает, к матрице источников света. Затем передаваемый блок данных передается посредством оптической системы 15, формирующей изображение, от матрицы источников света к матрице фотоприемников. Оптическая система 15, формирующая изображение, содержит обычные оптические средства, голографические средства или как обычные оптические средства, так и голографические средства. После этого передаваемый блок данных передается из этого местоположения на матрице фотоприемников к соответствующей выходной схеме. Каждая выходная схема содержит выходные ячейки, специфичные для каждого входного канала. Каждая выходная схема принимает выходные сигналы по меньшей мере из одного местоположения на матрице фотоприемников, причем указанное местоположение специфично для источника и приемника передаваемого блока данных. Основываясь на источнике принятого передаваемого блока данных, каждая выходная схема направляет каждый передаваемый блок данных к соответствующей выходной ячейке. После этого каждая выходная ячейка передает передаваемый блок данных к выходному каналу, соединенному с выходной схемой.

На фиг.8 иллюстрируется идеальное совмещение входных ячеек входной матрицы или схемы с выходными ячейками выходной матрицы или схемы, где каждая входная ячейка содержит источник света, а каждая выходная ячейка содержит фотоприемник. В частности, каждая пара соответствующих источников 321 света и фотоприемников 421 идеально совмещаются в пространстве для обеспечения возможности передачи от точки к точке без какого-либо пересечения с каналом 521 передачи. Например, траектория светового луча от любого источника света к соответствующему ему фотоприемнику параллельна траектории светового луча от любого другого источника света к соответствующему ему фотоприемнику. Каждый канал передачи может проходить через модулирующее средство 16. Как показано на фиг. 8, источники света, связанные с ячейками выходной схемы, расположены параллельными рядами, причем каждый ряд соответствует специальному выходному каналу. Аналогичным образом, фотоприемники, связанные с ячейками выходной схемы, расположены рядами, при этом каждый ряд соответствует специальному выходному каналу.

На фиг.8 иллюстрируется совмещение прямоугольных матриц. Другие совмещения обеспечивают возможность передачи от точки к точке без пересечения с каналом передачи. Например, источники света, связанные с ячейками входной схемы, могут быть расположены аналогично спицам колеса, тогда как соответствующие фотоприемники, связанные с ячейками выходной схемы, расположены в виде концентричных кругов. Важно, что при идеальном совмещении соответствующих источников света и фотоприемников модулирующие средства могут содержать голографические средства или соответствующие оптические средства или комбинацию голографических и оптических средств. Идеальное совмещение для оптической коммутации дает возможность применения обычных линз и матриц элементарных линз в качестве модулирующих средств.

При идеальном совмещении, как показано на фиг.8, бесконфликтный многократный координатный коммутатор 4•4 содержит двумерную матрицу источников света, расположенных горизонтальными рядами, и двумерную матрицу фотоприемников, расположенных вертикальными рядами. Каждый горизонтальный ряд матрицы источников света соединен с входным каналом с помощью входной схемы. Каждая входная схема принимает сигнал из входного канала. Каждая входная схема содержит входные ячейки. Входные схемы направляют сигналы к соответствующей входной ячейке в зависимости от приемника сигнала. Предпочтительно, чтобы подсхемы каждой входной ячейки содержали буфер для хранения передаваемого блока данных и для регулировки уровня выходного светового сигнала, как требуется для блока передаваемых данных. Каждая входная ячейка передает свой сигнал к источнику света и от источника света через модулирующее средство, например через голографическую или обычную оптическую систему, причем указанное модулирующее средство специфично для приемника передачи из указанной входной ячейки. Помимо буфера и контроллера, входная ячейка может содержать источник света или модулирующее средство.

После этого сигнал передается к фотоприемнику специальному для источника сигнала и от каждого фотоприемника к выходной ячейке. Фотоприемники расположены в виде двумерной матрицы, в которой каждый вертикальный ряд соединен с выходным каналом посредством выходной схемы. Каждый фотоприемник передает свой сигнал к выходной ячейке. Каждая выходная схема передает сигнал, если она принимает его, из каждой своей ячейки к выходному каналу. Каждая выходная схема содержит выходные ячейки, связанные с фотоприемниками в одном из вертикальных рядов матрицы фотоприемников. Предпочтительно, чтобы подсхемы каждой выходной ячейки содержали буфер для хранения принимаемого передаваемого блока данных и контроллер для обеспечения получения любой временной задержки, необходимой для передаваемого блока данных и для регулировки уровня выходного светового сигнала, как требуется для передаваемого блока данных. Помимо буфера и контроллера, выходная ячейка может содержать фотоприемник.

Конфигурация межсоединения от точки к точке, показанная на фиг.8, не только обеспечивает бесконфликтную коммутацию, но также обеспечивает возможность соединения с помощью обычных оптической системы, формирующей изображение, волокон и светопровода, а также с помощью голографических средств. Кроме того, предпочтительнее всего, чтобы не только источники света и соответствующие им фотоприемники были идеально совмещены, но чтобы были идеально совмещены входные ячейки с соответствующими им выходными ячейками. Идеальное совмещение входных и выходных ячеек сильно упрощает проводную и оптическую схемотехнику.

На фиг.9 иллюстрируется система глобального межсоединения узлов. Принципы передачи данных, используемые в этом случае, отличаются от принципов, которые были описаны ранее для многократных координатных коммутаторов, но они обеспечивают эффект создания полностью соединенной системы, в которой каждый угол соединен с каждым углом, включая его самого, системы. На фиг.9 иллюстрируется глобальное межсоединение четырех узлов. На фиг.10 иллюстрируется конфигурация межсоединения для одного узла 1 в системе, имеющей 8 узлов. Углы 2, 3 и 4 составляют 22,5, 45 и 67,5 градусов соответственно. Как показано на фиг.10 имеются пространственные ограничения, которые должны быть преодолены для того, чтобы сделать эту систему практически полезной. Эти ограничения преодолевают посредством применения модулирующих средств, содержащих отклоняющие и преломляющие оптические элементы, например рассеивающие призмы, отклоняющие призмы и сегментированные зеркала. Могут быть также использованы другие модулирующие средства, например голограммы, голографические или обычные светопроводы и решетки.

Как следует из фиг.9, узел 90 содержит по меньшей мере одну входную ячейку 91 (черные квадраты) и по меньшей мере одну выходную ячейку 92 (серые квадраты). Данные передаются из входной ячейки к источнику света, например к лазеру с излучающей поверхностью вертикальной полости, и от указанного источника света по траектории 93 прохождения света через модулирующее средство к фотоприемнику и от фотоприемника к выходной ячейке. Предпочтительно, чтобы модулирующие средства были выбраны из группы, состоящей из голограмм, светопроводов, решеток, призм и зеркал. Модулирующее средство направляет и переадресует траекторию прохождения света от источника света к фотоприемнику. Следует отметить, что модулирующие средства могут отражать свет назад к тому же узлу, от которого он пришел. Примечательно, что, хотя на фиг.9 показано, что один узел соединен с каждым другим узлом, очевидно, что любое из этих соединений может быть отражено модулирующим средством назад для соединения этого узла с самим с собой, если в этом возникнет необходимость. Следует также отметить, что для передачи блока данных требуемому приемнику, в системе может быть использовано более одного типа модулирующих средств. Таким образом, размещение соответствующих модулирующих средств дает возможность создания систем бесконфликтных многократных координатных коммутаторов, например систем, иллюстрируемых на фиг.4 и фиг.5, преобразуемых в полностью соединенные системы.

При совмещении, показанном на фиг.9, бесконфликтный многократный координатный коммутатор 4•4 имеет узлы, причем каждый узел содержит входную и выходную схемы. То есть в узлах 90, иллюстрируемых на фиг.9, входные каналы и выходные каналы спарены. Каждая входная схема соединена с выходным каналом. Каждая входная схема принимает сигнал из указанного входного канала. Каждая входная схема содержит входные ячейки, показанные на фиг.9 черным цветом. Входные схемы направляют сигналы к соответствующим входным ячейкам в зависимости от приемника сигнала. Предпочтительно, чтобы подсхемы каждой входной ячейки содержали буфер для хранения принятого передаваемого блока данных и контроллер для обеспечения получения любой временной задержки, необходимой для передаваемого блока данных и регулировки уровня выходного светового сигнала, как требуется для передаваемого блока данных. Каждая входная ячейка передает свой сигнал источнику света и от источника света через модулирующее средство, например через голографическую или обычную оптическую систему, причем указанное модулирующее средство специфично для приемника передачи из указанной входной ячейки. Помимо буфера и контроллера, входная ячейка может содержать источник света или модулирующее средство. Предпочтительно, чтобы указанное модулирующее средство содержало линзы для фокусировки и коллимирования выходного луча, принятого от источника света, и матрицу преломляющих оптических элементов, например матрицу рассеивающих или отражающих микропризм или матрицу сегментированных зеркал для переадресовки световых лучей.

После этого сигнал передается к чувствительному элементу, специальному для источника сигнала и от каждого чувствительного элемента - к выходной ячейке. Выходные ячейки соединены с выходным каналом посредством выходной схемы. Каждая выходная схема передает сигнал, если она его принимает, из каждой из своих ячеек к выходному каналу. Каждая выходная схема содержит выходные ячейки. Предпочтительно, чтобы подсхемы каждой входной ячейки содержали буфер для хранения принятого передаваемого блока данных и контроллер для обеспечения получения любой временной задержки, необходимой для передаваемого блока данных и регулировки уровня выходного светового сигнала, как требуется для передаваемого блока данных. Помимо буфера и контроллера, выходная ячейка может содержать чувствительный элемент. Для преодоления пространственных ограничений больших углов отклонения между узлами предпочтительно, чтобы модулирующие средства содержали отклоняющие или отражающие оптические элементы, например рассеивающие призмы, отражающие призмы и сегментированные зеркала.

Геометрические конфигурации, использованные в этом случае применения, выбраны для обеспечения простоты иллюстрации и не предназначены для ограничения объема принципов, описанных в этой заявке.

Например, принципы, описанные для узлов, расположенных на окружности, показанной на фиг.9, действительны также для узлов, расположенных на квадрате, на шестиугольнике или любом регулярном или нерегулярном многоугольнике.

Хотя на приведенных чертежах иллюстрируются коммутаторы в двух размерах, следует отметить, что принципы, описанные со ссылкой на эти коммутаторы применимы также к коммутаторам, представленным в трех размерах. Например, хотя коммутатор, показанный на фиг.9, имеет узлы, расположенные на окружности, принципы, описанные со ссылкой на этот коммутатор применимы к узлам, расположенным на поверхности сферы или другой пригодной трехмерной поверхности.

Принципы, описанные со ссылкой на чертежи, иллюстрирующие коммутаторы 2•2 и 4•4, могут быть распространены на многократный координатный коммутатор N•М. Принципы, иллюстрируемые на различных чертежах, могут быть комбинированно использованы для одного коммутатора. Кроме того, для обеспечения бесконфликтной сети может быть соединено любое число и разнообразие коммутаторов, описанных в этой заявке.

Приведенные описание и сопроводительные чертежи были представлены для иллюстрации. Очевидно, что без отклонения от сущности настоящего изобретения, которая ограничена только объемом прилагаемой формулы изобретения, могут быть сделаны различные изменения, адаптации и модификации.

Формула изобретения

1. Бесконфликтный коммутатор, содержащий N входных источников сигналов и М выходных приемников упомянутых сигналов, где N и М являются положительными целыми числами, входную схему для каждого источника, причем упомянутая входная схема содержит входную ячейку для каждого выходного приемника, при этом упомянутая входная схема направляет каждый сигнал, принятый из упомянутого входного источника, к входной ячейке, согласованной с приемником упомянутого сигнала, а каждая входная ячейка передает указанный сигнал к источнику света, источник света для каждой входной ячейки, причем упомянутый источник света принимает упомянутый сигнал из упомянутой входной ячейки и передает упомянутый сигнал к фотоприемнику, фотоприемник для каждого источника света, причем упомянутый фотоприемник принимает упомянутый сигнал, переданный из упомянутого источника света и передает упомянутый сигнал к выходной ячейке, выходную ячейку для каждого фотоприемника, причем упомянутая выходная ячейка принимает упомянутый сигнал из упомянутого фотоприемника и передает упомянутый сигнал к выходной схеме, выходную схему для каждого выходного приемника, причем упомянутая выходная схема содержит выходную ячейку для каждого входного источника, упомянутая выходная схема принимает сигнал из каждой упомянутой выходной ячейки и передает каждый упомянутый сигнал к упомянутому выходному приемнику.

2. Коммутатор по п.1, содержащий, по меньшей мере, один буфер.

3. Коммутатор по п.1, содержащий, по меньшей мере, один контроллер.

4. Коммутатор по п.1, в котором упомянутая входная ячейка содержит буфер.

5. Коммутатор по п. 1, в котором упомянутая входная ячейка содержит контроллер.

6. Коммутатор по п.1, в котором, по меньшей мере, один источник света и соответствующий ему фотоприемник согласованы.

7. Коммутатор по п.1, в котором каждый источник света и соответствующий ему фотоприемник согласованы.

8. Коммутатор по п. 1, в котором, по меньшей мере, одна входная схема спарена с одной выходной схемой.

9. Коммутатор по п.1, в котором яркость упомянутого источника света для передачи данных имеет временную модуляцию.

10. Коммутатор по п.1, в котором яркость света, передаваемого из упомянутого источника света, имеет временную модуляцию, осуществляемую посредством пространственного модулятора света.

11. Коммутатор по п.1, в котором упомянутый источник света является местоположением на матрице источников света.

12. Коммутатор по п.11, в котором упомянутая матрица является матрицей лазеров с излучающей поверхностью вертикальной полости.

13. Коммутатор по п.1, в котором N равно М.

14. Коммутатор по п.13, в котором каждая входная схема спарена с одной выходной схемой.

15. Коммутатор по п.1 дополнительно содержит модулирующее средство, по меньшей мере, для одного источника света, причем упомянутое модулирующее средство направляет сигнал, переданный из упомянутого, по меньшей мере, одного источника света к фотоприемнику.

16. Коммутатор по п.15, в котором упомянутое модулирующее средство содержит голографическое средство.

17. Коммутатор по п.16, в котором упомянутое голографическое средство содержит голографический светопровод.

18. Коммутатор по п.15, в котором упомянутое модулирующее средство содержит обычное оптическое средство.

19. Коммутатор по п.18, в котором упомянутое обычное оптическое средство содержит одну или более линз.

20. Коммутатор по п.15, в котором упомянутое модулирующее средство содержит волоконную оптику.

21. Коммутатор по п.15, в котором упомянутое модулирующее средство содержит светопровод.

22. Сеть межсоединений, содержащая, по меньшей мере, один коммутатор, выполненный в соответствии с п.1.

23. Сеть многокаскадных межсоединений, содержащая, по меньшей мере, один коммутатор, выполненный в соответствии с п.1.

24. Сеть бесконфликтных межсоединений, содержащая, по меньшей мере, один коммутатор, выполненный в соответствии с п.1.

25. Сеть бесконфликтных перекрещивающихся магистралей, содержащая, по меньшей мере, один коммутатор, выполненный в соответствии с п.1.

26. Сеть бесконфликтных глобальных меж соединений, содержащая, по меньшей мере, один коммутатор, выполненный в соответствии с п.14.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10