Elementy komutacyjne - Podstawowa terminologia

Podstawowa terminologia

2.2. Elementy komutacyjne

W teorii komutacji podstawowym elementem struktury pola komutacyjnego jest komutator, zwany także elementem przełączającym lub elementem komutacyjnym (ang. Switching Element – SE). Realizuje on funkcję przełączania sygnału pojawiającego się na danym wejściu SE do określonego wyjścia z tego SE. Pojedynczy element komutacyjny składa się z kolei z mniejszych elementów zwanych punktami komutacyjnymi (ang. crosspoints) [22]. Jeden punkt komutacyjny realizuje jedynie połączenie pochodzące z jednego wejścia i kierowane do jednego wyjścia danego komutatora. Połączenie takiego typu jest też często w związku z tym nazywane połączeniem typu jeden do jednego (ang. point-to-point lub unicast ) [22, 46, 72, 75, 91, 96, 128, 174].

Jeżeli na wejściu komutatora pojawi się jedno połączenie kierowane do więcej niż jednego wyjścia SE, to takie połączenie jest nazywane połączeniem rozsiewczym lub konferencyjnym

(ang. multicast ) [24–29, 33, 68, 86]. Połączenia typu konferencyjnego nie stanowią jednak istoty rozprawy i nie będą dalej rozważane.

Przykłady symboli oznaczających komutator o rozmiarze x × y, gdzie x oznacza liczbę wejść a y liczbę wyjść komutatora, przedstawiony jest na rysunku 2.1 [72, 75]. W dalszej części rozprawy do oznaczania komutatorów stosowane będą jedynie symbole z rysunku 2.1(a).

x y

(a)

x y

(b)

x y

(c)

(d) Rysunek 2.1. Sposoby oznaczania komutatora o rozmiarze x × y

Komutatory można ze sobą odpowiednio łączyć i grupować je w sekcje tworząc w ten sposób nowe struktury zwane polami komutacyjnymi [22,71–73,75,91,128,142]. Przykładowa struktura pola komutacyjnego, będąca wynikiem odpowiedniego połączenia kilku komutatorów ze sobą, przedstawiona jest na rysunku 2.2.

Rysunek 2.2. Architektura pola komutacyjnego przedstawiona ze pomocą symboli komutatorów i łączy

Szczególnym przypadkiem architektury pola komutacyjnego będzie pojedynczy komutator o rozmiarze x × y. Pojedynczy komutator zawiera xy punktów komutacyjnych. Clos [22] wyka-zał, że można budować większe struktury pól, które przy tej samej pojemności x × y zawierają

mniejszą liczbę punktów komutacyjnych niż pojedynczy komutator. Ograniczenie liczby punk-tów komutacyjnych pozwala obniżyć koszt danej struktury pola komutacyjnego (zagadnienie kosztu pola komutacyjnego jest omówione w rozdziale 2.7).

Szczególny przypadek komutatora to komutator kwadratowy, czyli komutator, który ma tyle samo wejść i wyjść (y = x). Stąd, rozmiar komutatora wynosi x × x i taki komutator nazywany jest komutatorem symetrycznym. Z komutatorów symetrycznych zbudowana jest architektura pola komutacyjnego typu baseline, która stanowi punkt wyjściowy dla zaproponowanej w pracy struktury pola komutacyjnego typu log₂N − 1 (struktura ta opisana jest dokładniej w rozdziale 4). Z kolei pole komutacyjne typu log₂N − 1 zbudowane jest zarówno z komutatorów syme-trycznych o rozmiarze 2 × 2 i 3 × 3 jak i z komutatorów niesymesyme-trycznych o rozmiarze 2 × 3 oraz 3 × 2.

Każdy element komutacyjny SE o rozmiarze 2 × 2 może znajdować się w dwóch stanach punkt-punkt: stanie na wprost K₁^s (ang. bar ) lub stanie na krzyż K₂^s (ang. cross), gdzie K_i^s oznacza i-ty stan komutatora symetrycznego. Oba stany przedstawione są odpowiednio na rysunku 2.3(a) i rysunku 2.3(b). Gdy komutator jest w stanie na wprost, sygnał może być przesłany z danego wejścia na wyjście o takim samym numerze jak numer wejścia, z którego ten sygnał pochodzi. Będzie to spełnione dla połączenia h0, 0i i h1, 1i (rysunek 2.3(a)), gdzie hx, yi oznacza połączenie pomiędzy wejściem x a wyjściem y. Natomiast gdy komutator jest w stanie na krzyż, to sygnał może być przesłany z danego wejścia na wyjście o innym numerze niż numer wejścia, z którego ten sygnał pochodzi. Będzie to spełnione dla połączenia h0, 1i i h1, 0i (rysunek 2.3(b)).

1 0

(a)

1 0

(b)

Rysunek 2.3. Stany symetrycznego elementu komutacyjnego o rozmiarze 2 × 2: (a) stan na wprost K₁^s, (b) stan na krzyż K₂^s

Na rysunku 2.4 oraz na rysunku 2.5 przedstawione są komutatory niesymetryczne, z których zbudowana jest architektura nowego pola komutacyjnego typu log₂N − 1.

Rysunek 2.4. Stany niesymetrycznego elementu komutacyjnego z ekspansją o rozmiarze 2 × 3: (a) stan K_e1ⁿ, (b) stan K_e2ⁿ, (c) stan K_e3ⁿ, (d) stan K_e4ⁿ, (e) stan K_e5ⁿ, (f) stan K_e6ⁿ

Każdy element komutacyjny SE o rozmiarze 2 × 3 może znajdować się w sześciu różnych stanach punkt-punkt: K_e1ⁿ, K_e2ⁿ, K_e3ⁿ, K_e4ⁿ, K_e5ⁿ i K_e6ⁿ, gdzie K_eiⁿ oznacza i-ty stan komutatora niesymetrycznego z ekspansją (ekspansja została wyjaśniona w dalszej części tego rozdziału).

Odpowiednie stany przedstawione są na rysunku 2.4. Z kolei komutator o rozmiarze 3 × 2 może znajdować się także w sześciu różnych stanach punkt-punkt: K_k1ⁿ, K_k2ⁿ, K_k3ⁿ, K_k4ⁿ, K_k5ⁿ i K_k6ⁿ, gdzie K_kiⁿ oznacza i-ty stan komutatora niesymetrycznego z kompresją (kompresja została wyjaśniona w dalszej części tego rozdziału).

Komutator może być wykonany w różnej technologii, na przykład może być zbudowany z wykorzystaniem bramek logicznych (ang. logical gates) [73, 91]. Przykład realizacji komutatora o rozmiarze 4 × 4 w takiej technologii jest przedstawiony na rysunku 2.6. Każda bramka jest sterowana sygnałem kontrolnym c_xy, gdzie x oznacza numer wejścia a y numer wyjścia, które mają być ze sobą połączone w celu przesłania sygnału między nimi. Gdy sygnał kontrolny c_xy jest ustawiony na „1” (stan wysoki), to bramka logiczna jest otwierana i wówczas możliwe

Rysunek 2.5. Stany niesymetrycznego elementu komutacyjnego z kompresją o rozmiarze 3 × 2: (a) stan K_k1ⁿ, (b) stan K_k2ⁿ, (c) stan K_k3ⁿ, (d) stan K_k4ⁿ, (e) stan K_k5ⁿ, (f) stan K_k6ⁿ

jest przesłanie sygnału informacyjnego między wejściem x a wyjściem y (połączenie hx, yi jest zestawione). Natomiast gdy sygnał kontrolny c_xy = 0 (stan niski), to bramka logiczna jest zamknięta i nie ma możliwości przesłania sygnału informacyjnego z wejścia x do wyjścia y. Każda bramka musi być kontrolowana oddzielnie, co oznacza, że potrzeba tyle sygnałów kontrolnych ile jest bramek logicznych w danym komutatorze. Liczba bramek logicznych jest uzależniona bezpośrednio od liczby wejść i wyjść danego komutatora, stąd całkowita ich liczba, z których zbudowany jest komutator o dowolnej pojemności, wynosi xy. Ponieważ komutator o rozmiarze N × N (lub innymi słowy, komutator kwadratowy o pojemności N ) zbudowany jest z N² bramek logicznych, to potrzebnych jest w sumie N² sygnałów sterujących.

Elementy komutacyjne mogą umożliwiać przesyłanie nie tylko sygnałów elektrycznych, ale także i sygnałów optycznych. Pierwsze zainteresowania komutacją optyczną pojawiły się już w latach 70-tych ubiegłego wieku. Jednak dopiero w latach 80-tych poprzedniego stulecia i wprowadzenie jako medium transmisyjnego światłowodów do transmisji sygnałów optycznych

We 0

Rysunek 2.6. Komutator symetryczny o rozmiarze 4 × 4 zrealizowany za pomocą bramek logicznych

spowodowało szybszy rozwój komutacji optycznej. Pierwsze doświadczenia czysto optyczne [7, 21, 53–60, 120, 121] polegały na odpowiedniej adaptacji wcześniejszych prac prowadzonych w dziedzinie komutacji nad:

• przełącznikami elektrycznymi,

• urządzeniami optycznymi i opto-elektronicznymi,

• obliczeniami optycznymi oraz z ówczesnej komutacji optycznej.

Od początku lat 90-tych ubiegłego wieku technologia optyczna była już na tyle rozwinięta, że przystąpiono do bardziej zaawansowanych badań nad komutacją pozwalającą przesyłać sygnały optyczne. Od wczesnych lat 90-tych poprzedniego stulecia powstawały technologie pozwalające budować optyczne elementy komutacyjne. Jednak w początkowej fazie były one dość nowa-torskim rozwiązaniem, stąd były często niedopracowane [153]. Głównymi technologiami z tego okresu były [42, 102, 112, 122, 125, 126, 139, 140, 143, 158, 159, 179, 181]:

• mikrolustra (ang. micromirrors) – zastosowanie malutkich luster w miejscu tradycyjnych punktów komutacyjnych,

• elektro-optyczne przełączniki fal (ang. guided-wave electro-optic switches) – przeważ-nie stosowane włókna światłowodowe wykonane z niobianu litu domieszkowane tytanem T i : LiN bO₃,

• opto-mechaniczne przełączniki makro (ang.macro opto-mechanical switches) – np. prze-łącznik światłowodowy (ang. fiber switch),

• przestrzenne modulatory światła (ang. spatial light modulators) – zastosowanie ciekłych kryształów,

• półprzewodnikowe wzmacniacze optyczne (ang. semiconductor optical amplifiers – SOA).

Przykładowy komutator o rozmiarze 4 × 4 zrealizowany za pomocą mikroluster przedsta-wiony jest na rysunku 2.7. Wejściami takiego elementu komutacyjnego są włókna światłowo-dowe, wyjściami także są włókna światłowoświatłowo-dowe, natomiast wewnątrz znajdują się mikrosko-pijne lustra, które odpowiednio ustawione kierują strumień światła. Odpowiedni wybór drogi połączeniowej jest powodowany sterowaniem – podobnie jak ma to miejsce przy realizacji komu-tatora elektronicznego za pomocą bramek logicznych. Gdy lustro jest zamknięte (opuszczone), sygnał optyczny nie jest kierowany do żadnego wyjścia komutatora, natomiast gdy lustro jest otwarte (podniesione), sygnał optyczny pada na nie i odbija się, podążając do wybranego wyj-ścia SE. Stany mikrolustra przedstawione są na rysunku 2.8. W tym rozwiązaniu technologicz-nym, sygnał optyczny kierowany z dowolnego wejścia do dowolnego wyjścia danego komutatora może być odbijany jedynie przez jedno lustro. Na rysunkach 2.7 i 2.8 lustra otwarte zaznaczone są pogrubioną linią natomiast lustra zamknięte oznaczone są linią normalną. Podobnie sygnały optyczne, które odpowiadają zrealizowanym połączeniom w tym komutatorze, przedstawione są pogrubioną linią. Są to odpowiednio połączenia: h0, 0i, h1, 2i, h2, 1i oraz h3, 3i.

Na rysunku 2.9(a) przedstawione jest zdjęcie mikrolustra [152], z kolei na rysunku 2.9(b) przedstawiony jest fragment matrycy złożonej z wielu mikroluster [45].

Komutatorem może być także sprzęgacz kierunkowy (ang. directional coupler ) [59, 73].

Sprzęgacze są najczęściej używane w komutacji optycznej, aczkolwiek pojawiały się one także w komutacji elektrycznej w przełącznikach IP i ATM (miały wówczas dwa wejścia i dwa wyjścia). Najczęściej sprzęgacze kierunkowe mają rozmiar 2 × 2, ale można także spotkać sprzęgacze o jednym wejściu i kilku wyjściach, o kilku wejściach i jednym wyjściu, bądź też

We 0 We 1 We 2 We 3

Wy 0 Wy 1 Wy 2 Wy 3

Rysunek 2.7. Komutator symetryczny o rozmiarze 4 × 4 zrealizowany za pomocą mikroluster

(a) (b)

Rysunek 2.8. Stan mikrolustra: (a) zamknięte (opuszczone), (b) otwarte (podniesione)

sprzęgacze kierunkowe symetryczne lub niesymetryczne o kilku wejściach i kilku wyjściach [16, 41, 44, 61, 62, 83, 104, 168].

Komutator wykonany całkowicie w technologii optycznej (ang. Optical Switching Element – OSE ) może być zbudowany z półprzewodnikowych wzmacniaczy optycznych SOA. Wzmacnia-cze takie są optycznymi elementami aktywnymi. Zaletą wzmacniaczy SOA jest to, że charakte-ryzują się stosunkowo dużym pasmem przenoszenia sygnałów optycznych [23, 42]. W związku z tym, mogą one obsłużyć sygnały optyczne przenoszone za pomocą fal z większego spektrum dostępnych długości fal λ, co może przekładać się na większą elastyczność w późniejszym wy-korzystaniu takiego komutatora.

Każdy półprzewodnikowy wzmacniacz optyczny może mieć nieco inną charakterystykę wzmoc-nienia sygnału optycznego przechodzącego przed ten SOA [23,42]. Wzmacniacze SOA mogą być w związku z tym tak wysterowane, aby ich wzmocnienie kompensowało wszystkie straty wy-nikające z podziału sygnału optycznego w danym elemencie przełączającym. Generalnie przyj-muje się takie ustawienie wzmocnienia, aby sygnał na wyjściu komutatora charakteryzował

(a) (b)

Rysunek 2.9. Fizyczna realizacja mikrolustra: (a) pojedyncze mikrolustro [152], (b) matryca mikroluster [45]

się bardzo zbliżoną mocą sygnału optycznego jak na wejściu danego komutatora. Takie podej-ście zapewnia porównywalną moc sygnału optycznego w każdym miejscu danej struktury pola komutacyjnego. Stąd, przy architekturach pól komutacyjnych o bardziej skomplikowanej bu-dowie, gdzie sygnał optyczny przesyłany jest przez różną liczbę elementów optycznych, łatwiej jest uzyskać na wyjściu takiej architektury pola komutacyjnego sygnał optyczny o pożądanej mocy optycznej.

1 1

0 0

Rysunek 2.10. Komutator symetryczny o rozmiarze 2 × 2 zrealizowany za pomocą półprzewodnikowych wzmacniaczy optycznych SOA

Komutator symetryczny o rozmiarze 2 × 2, zbudowany w technologii półprzewodnikowych wzmacniaczy optycznych, był do niedawna najczęściej stosowanym rozwiązaniem w komuta-cji optycznej. Taki komutator przedstawiony jest na rysunku 2.10. Ponieważ w rozprawie nie są rozważane struktury pól komutacyjnych zapewniające połączenia typu konferencyjnego, to sygnał optyczny pojawiający się na danym wejściu komutatora może trafić tylko do jednego

wyjścia tego OSE. Jest to zapewnione przez odpowiednie wysterowanie elementów aktywnych SOA. Jeden z SOA przepuszcza sygnał optyczny, a pozostałe SOA, do których dociera sygnał optyczny z danego wejścia komutatora, silnie go tłumią. Ponieważ SOA nie są jednak ideal-nymi optyczideal-nymi elementami aktywideal-nymi, to mała część optycznego sygnału wejściowego jest przepuszczana przez nie i propaguje się do innych wyjść danego komutatora tworząc przenik sygnału optycznego. Dokładniej zagadnienie przeniku zostało omówione w rozdziale 2.3. Do zastosowań w komutacji optycznej zaproponowany został komutator symetryczny o rozmiarze 3 × 3 [43, 151]. Taki komutator zbudowany za pomocą wzmacniaczy SOA, przedstawiony jest na rysunku 2.11. W obecnych czasach możliwa jest bezproblemowa realizacja komutatorów symetrycznych za pomocą wzmacniaczy optycznych o rozmiarze 4 × 4 i większych [43, 151].

Komutator o rozmiarze 4 × 4 przedstawiony jest na rysunku 2.12. Możliwa jest także realizacja komutatorów niesymetrycznych o rozmiarze 2 × 3 oraz 3 × 2. Komutatory takie przedstawione są odpowiednio na rysunkach 2.13 i 2.14.

2 2

1 1

0 0

Rysunek 2.11. Komutator symetryczny o rozmiarze 3 × 3 zrealizowany za pomocą półprzewodnikowych wzmacniaczy optycznych SOA

Każdy z OSE zawiera oprócz wzmacniaczy SOA pewną liczbę rozgałęźników (przed wzmac-niaczami) i pewną liczbę łączników (za wzmacwzmac-niaczami). Rozgałęźniki i łączniki są pasywnymi elementami optycznymi. Każdy rozgałęźnik ma jedno wejście i tyle wyjść ile wyjść ma komu-tator, a każdy łącznik ma jedno wyjście i tyle wejść ile wejść ma komutator. Pojedynczy pół-przewodnikowy wzmacniacz optyczny SOA jest aktywnym elementem optycznym i odpowiada za wzmacnianie sygnału optycznego, pojawiającego się na wyjściu rozgałęźnika optycznego, do poziomu mocy optycznej zbliżonego do poziomu mocy optycznej sygnału optycznego na wejściu tego komutatora (zanim sygnał optyczny trafił do rozgałęźnika optycznego). Jeden wzmacniacz

3 3

2 2

1 1

0 0

Rysunek 2.12. Komutator symetryczny o rozmiarze 4 × 4 zrealizowany za pomocą półprzewodnikowych wzmacniaczy optycznych SOA

1 2

0 0

Rysunek 2.13. Komutator niesymetryczny z ekspansją o rozmiarze 2 × 3 zrealizowany za pomocą półprzewodnikowych wzmacniaczy optycznych SOA

2 2

0 0

Rysunek 2.14. Komutator niesymetryczny z kompresją o rozmiarze 3 × 2 zrealizowany za pomocą półprzewodnikowych wzmacniaczy optycznych SOA

wzmacnia tylko ten sygnał, który ma być skierowany do odpowiedniego wyjścia. Pozostałe SOA tłumią ten sygnał tak aby nie pojawiał się on na niepożądanych wyjściach komutatora.

Z kolei rozgałęźniki optyczne stanowią pasywne elementy optyczne i odpowiadają za rozga-łęzianie sygnału optycznego pojawiającego się na wejściu danego komutatora tak, aby sygnał ten mógł dotrzeć do elementów aktywnych SOA. Sygnał optyczny z wejścia komutatora pojawia się zatem na wejściu każdego za wzmacniaczy. Jednakże, jak wspomniani wcześniej, tylko jeden SOA ma za zadanie wzmacniać sygnał. Pozostałe SOA tłumią ten sygnał, ale z powodu nie-doskonałych charakterystyk tłumienia część sygnału będzie przepuszczana przez wzmacniacze i przez to będzie się pojawiać na wyjściach komutatora przenik.

Natomiast łączniki optyczne stanową także pasywne elementy optyczne i odpowiadają za doprowadzenie sygnału optycznego, pojawiającego się na wyjściach elementów aktywnych SOA, do wyjścia danego komutatora.

Na wspomnianych rysunkach (2.10, 2.11, 2.12, 2.13 oraz 2.14) każdy optyczny element pasywny jest oznaczony trójkątem wypełnionym kolorem czerwonym (rozgałęźnik optyczny lub łącznik optyczny). Natomiast każdy optyczny element aktywny oznaczony jest jako zielony prostokąt (półprzewodnikowy wzmacniacz optyczny SOA).

Na rysunku 2.13 przedstawiony jest komutator niesymetryczny mający więcej wyjść niż wejść. Taki komutator jest nazywany komutatorem z ekspansją [72, 75]. W komutatorze można przesłać do jednego wyjścia jedynie sygnał z jednego wejścia, ponieważ w rozprawie rozważane są przestrzenne struktury pól komutacyjnych dla połączeń punkt-punkt. Oznacza to, że w komutatorze z ekspansją równocześnie może być zestawionych maksymalnie tyle połączeń, ile jest wejść. Innymi słowy, niektóre wyjścia komutatora niesymetrycznego z ekspansją nie będą wykorzystywane podczas zestawiania maksymalnej liczby połączeń w obrębie takiego OSE.

Natomiast, na rysunku 2.14 pokazany jest komutator niesymetryczny mający więcej wejść niż wyjść. Taki komutator nazywany jest komutatorem z kompresją [72, 75]. W komutatorze z kompresją można zestawić maksymalnie tylko tyle połączeń, ile jest wyjść. Innymi słowy, niektóre wejścia komutatora niesymetrycznego z kompresją nie są wykorzystywane podczas zestawiania maksymalnej liczby połączeń w obrębie takiego OSE.

Generalnie liczba optycznych elementów aktywnych, oznaczona jako α, i optycznych ele-mentów pasywnych, oznaczona jako β, dowolnego symetrycznego elementu komutacyjnego jest uzależniona od rozmiaru danego komutatora. Stąd, liczba wzmacniaczy SOA (elementów

ak-tywnych) wynosi:

α(d × d) = d², (2.1)

liczba rozgałęźników optycznych β_S wynosi:

β_S(d × d) = d, (2.2)

a liczba łączników optycznych β_C wynosi:

β_C(d × d) = d, (2.3)

gdzie d oznacza pojemność danego komutatora. Zatem, w sumie jest:

β(d × d) = β_S(d × d) + β_C(d × d) = 2d (2.4) optycznych elementów pasywnych i d² optycznych elementów aktywnych w komutatorze syme-trycznym o rozmiarze d × d.

W przypadku komutatora niesymetrycznego, czy to z ekspansją czy też z kompresją, liczba optycznych elementów aktywnych (oznaczona jako α) i optycznych elementów pasywnych (ozna-czona jako β), z których zbudowany jest dany OSE, uzależniona jest także od rozmiaru danego komutatora. Stąd, liczba wzmacniaczy SOA wynosi:

α(x × y) = xy, (2.5)

liczba łączników optycznych β_C wynosi:

βC(x × y) = y, (2.6)

a liczba rozgałęźników optycznych β_S wynosi:

β_S(x × y) = x, (2.7)

gdzie x oznacza liczbę wejść danego komutatora a y liczbę jego wyjść. Zatem, w sumie jest:

β(x × y) = x + y (2.8)

optycznych elementów pasywnych i xy optycznych elementów aktywnych w komutatorze nie-symetrycznym o rozmiarze x × y.

Można zauważyć, że zależności (2.5), (2.6), (2.7) i (2.8), dane dla przypadku dowolnego rozmiaru komutatora, w przypadku komutatora symetrycznego (x = y) przyjmują postać za-leżności (2.1), (2.2), (2.3) i (2.4).

2.3. Przeniki

Jeżeli przez dany komutator jest zestawione jedno połączenie, to zajęte są pewne zasoby tego OSE. Zajęte zasoby zapewniają propagację sygnału z odpowiedniego wejścia do odpowied-niego wyjścia tego komutatora. Pozostałe wejścia i wyjścia nie są używane przez wspomniane połączenie, więc można je wykorzystywać do zestawiania innych połączeń. Warto również przy-pomnieć, że w obrębie pojedynczego komutatora można zestawić tylko połączenia typu jeden do jednego – jedno wejście komutatora może być połączone tylko z jednym wyjściem tego OSE.

Przy założeniu, że komutatory są zbudowane z pasywnych i aktywnych elementów optycz-nych, jeden sygnał optyczny, danego połączenia, będzie wzmacniany w obrębie pojedynczego komutatora jedynie przez jeden SOA oraz będzie tłumiony przez inne (pozostałe) SOA z tego komutatora tak, aby sygnał optyczny nie pojawiał się na innych wyjściach tego komutatora poza wyjściem, na którym jest on oczekiwany. To, czy sygnał będzie tłumiony przez więcej niż jeden wzmacniacz optyczny w obrębie jednego komutatora zależy od rozmiaru rozgałęźnika optycznego. Sygnał optyczny będzie zatem tłumiony przez więcej niż jeden SOA jeżeli rozgałęź-nik optyczny będzie mieć więcej niż dwa wyjścia (można to zauważyć porównując na przykład rysunek 2.15 z rysunkiem 2.16).

Przykładowa sytuacja dla komutatora o rozmiarze 2 × 2, znajdującego się w stanie K₁^s, przedstawiona jest na rysunku 2.15(a). Z kolei, przeniki w komutatorze o rozmiarze 2 × 2, znajdującym się w stanie K₂^s, przedstawione są na rysunku 2.15(b). Pogrubioną czarną linią oznaczone jest rozważane połączenie i jedynie dla tego połączenia wzmacniacz SOA przesyła użyteczny sygnał optyczny wzmacniając go do odpowiedniego poziomu. Natomiast, przery-waną pogrubioną czarną linią oznaczony jest niepożądany sygnał optyczny – jest to tłumiony przez SOA sygnał użyteczny (wzmacniacz optyczny nie działa zero-jedynkowo jak przełącznik przesyłając lub nie przesyłając sygnał optyczny, lecz albo taki sygnał optyczny wzmacnia lub bardzo silnie tłumi). Istotne jest tutaj właśnie to, że sygnał ten jest tłumiony, a nie całko-wicie zatrzymywany. Bardzo często w związku z tym taki sygnał traktowany jest jako szum, który wpływa na inny sygnał użyteczny w tym samym komutatorze (inne połączenie) albo wpływa na sygnał użyteczny w innych elementach komutacyjnych w strukturze danego pola komutacyjnego (sposób łączenia wielu komutatorów tworzących w ten sposób architekturę pola komutacyjnego został opisany w rozdziale 2.4).

1 1

0 0

(a)

1 1

0 0

(b)

Rysunek 2.15. Przeniki w komutatorze symetrycznym o rozmiarze 2 × 2: (a) dla stanu K₁^s, (b) dla stanu K₂^s

Z kolei, na rysunku 2.16 przedstawiona jest propagacja użytecznego sygnału optycznego oraz szumu optycznego w komutatorze symetrycznym o rozmiarze 3 × 3 dla stanów: K₁^s, K₂^s oraz K₃^s. Również w tym przypadku pogrubiona czarna linia ciągła oznacza rozważane połączenie, natomiast przerywaną pogrubioną czarną linią oznaczony jest szum optyczny propagujący się do innych wyjść komutatora.

Komutatory niesymetryczne, czy to z ekspansją czy też z kompresją, z których jest zbudo-wana architektura zaproponowanego w rozprawie pola komutacyjnego typu log₂N − 1, przed-stawione są odpowiednio na rysunkach 2.17 i 2.18. Na rysunku 2.17(a) przedstawiona jest sytuacja, gdy komutator o rozmiarze 2 × 3 jest w stanie K_e1ⁿ lub K_e5ⁿ, na rysunku 2.17(b) gdy komutator o rozmiarze 2 × 3 jest w stanie K_e3ⁿ lub K_e6ⁿ, a na rysunku 2.17(c) gdy komutator o rozmiarze 2 × 3 jest w stanie K_e2ⁿ lub K_e4ⁿ. Z kolei na rysunku 2.18(a) przedstawiona jest sytuacja gdy komutator o rozmiarze 3 × 2 jest w stanie K_k1ⁿ lub K_k5ⁿ, a na rysunku 2.18(b) gdy komutator o rozmiarze 3 × 2 jest w stanie K_k2ⁿ lub K_k6ⁿ. Stany komutatorów niesymetrycznych o rozmiarach 2 × 3 oraz 3 × 2 zostały dokładniej omówione w rozdziale 2.2.

2 2

1 1

0 0

(a)

2 2

1 1

0 0

(b)

2 2

1 1

0 0

(c)

Rysunek 2.16. Przeniki w komutatorze symetrycznym o rozmiarze 3 × 3: (a) dla stanu K₁^s, (b) dla stanu K₂^s, (c) K₃^s

Aby zwiększyć czytelność rysunków 2.17 i 2.18, przedstawiona jest na nich sytuacja z zesta-wionym jedynie jednym połączeniem (pogrubiona ciągła czarna linia) oraz propagującym się z tego połączenia przenikiem do sąsiednich wyjść danego komutatora (pogrubiona przerywana czarna linia), do których nie jest kierowane rozpatrywane połączenie. Można również zauwa-żyć, że dla komutatora niesymetrycznego z ekspansją z rysunku 2.17 możliwe jest zestawienie większej liczby połączeń (dokładnie dwóch) tak, aby na niezajętym wyjściu pojawił się przenik (zestawione połączenia zajmują jedynie dwa spośród trzech wyjść).

1 2 1

0 0

(a)

1 2

0 0

(b)

1 2

0 0

(c)

Rysunek 2.17. Przeniki w komutatorze niesymetrycznym o rozmiarze 2 × 3 z ekspansją: (a) dla stanów K_e1ⁿ lub K_e5ⁿ, (b) dla stanów K_e3ⁿ lub K_e6ⁿ, (c) dla stanów K_e2ⁿ lub K_e4ⁿ

Ponieważ rozpatrywane są połączenia (reprezentujące odpowiednie sygnały optyczne), które przechodzą przez pasywne i aktywne elementy optyczne, to w każdym rozgałęźniku optycznym moc danego sygnału optycznego jest zmniejszana d-krotnie, gdzie d oznacza zarówno liczbę wyjść danego komutatora jak i liczbę wyjść danego rozgałęźnika optycznego. Z kolei każdy wzmacniacz optyczny SOA sterowany jest tak, aby wzmocnić sygnał optyczny przesłany przez rozgałęźnik optyczny do poziomu mocy, którą miał ten sygnał na wejściu danego komutatora (patrz rozdział 2.2). Takie podejście pozwala na uzyskiwanie porównywalnych mocy

optycz-2 1 1

0 0

(a)

2 1

0 0

(b)

Rysunek 2.18. Przeniki w komutatorze niesymetrycznym o rozmiarze 3 × 2 z kompresją: (a) dla stanów K_k1ⁿ lub K_k5ⁿ, (b) dla stanów K_k2ⁿ lub K_k6ⁿ

nych sygnałów w każdym miejscu struktury pola komutacyjnego. Należy jeszcze uwzględnić inne sygnały optyczne pochodzące z innych SOA w obrębie tego samego komutatora. Te sy-gnały optyczne (stanowiące w istocie szum z innych połączeń zestawionych w tym samym komutatorze) są sumowane przez łącznik optyczny ze wzmocnionym rozpatrywanym sygnałem optycznym. Szum charakteryzuje się jednak dużo mniejszą mocą optyczną niż wzmocniony rozpatrywany sygnał. Stąd też moc sygnału optycznego na danym wyjściu komutatora jest po-równywalna z mocą sygnału optycznego, który pojawił się na wejściu danego OSE (dokładniej wartości mocy optycznych zostały omówione w dalszej części tego rozdziału). Nadmienić jednak należy, że jeżeli w rozpatrywanym sygnale optycznym pojawiła się niepożądana składowa (szum pochodzący z innych połączeń wprowadzający zakłócenia do rozpatrywanego połączenia), to

W dokumencie baseline Nowaarchitekturaoptycznegopolakomutacyjnegobazującanastrukturzetypu KatedraSieciTelekomunikacyjnychiKomputerowych (Stron 34-57)