10.2.1.7. Коммутаторы на многослойных световодных жидкокристаллических матрицах

Этот тип коммутаторов использует способность жидких кристаллов (ЖК) становиться прозрач­ными (или светопроводящими) или непрозрачными под действием приложенного управляющего напряжения, широко используемую в ЖК-матрицах плоских мониторов.

При построении оптического коммутатора реализуется следующая технология [317]. На подложку, покрытую электропроводящим слоем (общим электродом) и поверх него светоотра­жающим слоем, наносится световодный ЖК-слой (СЖК-слой), на который наносится второй све­тоотражающий слой и поверх него - слой управляющих электродов. Подавая напряжение на управляющие электроды, в СЖК можно формировать прозрачные и непрозрачные зоны, причем непрозрачные зоны могут быть светоотражающим (это зависит от материала СЖК). Выбирая не­обходимую топологию управляющих электродов, можно формировать в СЖК-слое плоско­пространственные оптические каналы передачи, составленные из линейных отрезков. При разви­той системе управления электродами можно менять топологию каналов, и менять их состояние: открывать и закрывать (создавая в них прозрачные и непрозрачные зоны), имитируя таким обра­зом работу обычного, например матричного, коммутатора.

Используя несколько слоев, разделенных дополнительным (непрозрачным в обычном со­стоянии) СЖК-слоем, в которых сформированы межслойные (вертикальные) переходы на управ­ляемых дифракционных решетках с фокусирующими системами, можно сформировать много-

слойный СЖК-куб, существенно увеличивающий возможности плоского матричного коммутато­ра. Схема матричного коммутатора такого типа приведена на рис. 10-18. В отличие от предыду­щих технологий многослойные световодные ЖК-матрицы сразу позволяют создавать многопорто­вые коммутаторы, минуя стадию базового элемента размера 2x2, хотя и за счет сложной системы электрического управления процессом коммутации.

10.2.1.8. Коммутаторы на матрицах оптоэлектронных вентилей, коммутируемых лазерным лучом

Этот тип коммутаторов использует так называемую интеллектуальную глобальную (N⁴) техноло­гию взаимодействия с помощью оптического луча, распространяющегося в свободном простран­стве [318]. В этой технологии используются модули, состоящие из трех-пяти фиксированных пространственно разнесенных плоско-параллельных матриц (массивов), взаимодействие между элементами которых осуществляется с помощью оптического (лазерного) луча (см. рис. 10-19).

Элементами входной (слева) матрицы размера 8x8 являются лазеры с вертикальной резона-торной полостью и поверхностной эмиссией (VCSEL - Vertical Cavity Surface Emitting Laser), излу­чающие лучи на элементы матрицы (в середине) размера 8x8, в качестве которых используются со-

ставные элементы дифракционного оптического взаимодействия (DOIE - Diffractive Optical Interconnect Element). Эти элементы (в соответствии с хранящимися в них коммутационными шаб­лонами), в свою очередь, направляют (маршрутизируют) лазерные лучи на один или несколько ин­теллектуальных элементов выходной (правой) матрицы размера 8x8, которые играют роль детекто­ра, приемника и лазерного драйвера и изготавливаются по кремниевой МОП технологии.

Используя указанный набор матриц, можно коммутировать с помощью лазерного луча по­ток любого элемента входной матрицы либо на любой из п² элементов выходной матрицы (моде­лируя соединение точка-точка), либо на несколько таких элементов (моделируя соединение точка-многоточка, или функцию вещания, причем число одновременно соединяемых точек зависит от мощности лазера и порога срабатывания детектора). Интеллектуальность элементов выходной матрицы, называемых элементами DANE (Detect, Amplify, Negate, Emit), определяется тем, что они выполняют четыре функции: детектируют принимаемый сигнал (Detect), усиливают его (Amplify), инвертируют усиленные импульсы, выполняя функцию NOR (ИЛИ с отрицанием) со­вместно с пороговым элементом детектора (Negate), и возбуждают эмиссию лазера VCSEL (Emit), выходной сигнал которого в соответствии с теоремой DeMorgan дает на выходе сигнал, эквива­лентный преобразованию "AND" ("И") над входными битами данных. Указанные матрицы упако­вываются в модули, допускающие каскадирование.

10.2.2. Логика и топология многокаскадных оптических коммутаторов

Рассмотренные выше базовые оптические коммутаторы достаточно легко реализуются как пере­ключатели пхп только при и=2. Сложность технической реализации существенно возрастает с ростом п, что косвенно подтверждает и реализованный размер таких коммутаторов ( п не выше 4, 8), приведенный в табл. 10-3. Поэтому при построении коммутаторов большого размера исполь­зуют различные технологии каскадирования базовых переключателей 2x2 или 1x2/2x1.

В целом большие коммутаторы можно представить в виде упорядоченных наборов вход­ных и выходных портов, связанных между собой коммутируемой сетью связи (КСС). Если рас­сматриваемые коммутаторы осуществляют коммутацию цепей, а не пакетов, то КСС управляется централизованной системой управления (см. рис. 10-20). Если же осуществляется коммутация ячеек, пакетов или виртуальных контейнеров, то схема управления может быть распределенной и дополнительно могут быть использованы различные типы буферов на входе и выходе, схемы ор­ганизации очередей для устранения внутренних блокировок и т.д.

Мы рассматриваем ниже более простой случай - коммутацию цепей. Основной упор при таком подходе делается на реализацию КСС. Топология сетей при этом формально может быть различна (шина, кольцо, звезда, дерево, матрица, каждый с каждым) - та, что используется для се­тей в мультипроцессорных компьютерных системах [307], где роль наборов входных и выходных портов играют процессоры и блоки памяти. Однако, учитывая специфику коммутации цепей, в качестве топологий-кандидатов рассматривают только последние три, а с учетом сложности по­следней - две оставшиеся (дерево и матрица). Причем согласно вышесказанному основным прин­ципом построения остается каскадирование базовых переключательных элементов - БЭ.

В рамках выбранной топологии ряд факторов может оказать существенное влияние при такой реализации, к ним относятся: длина коммутируемой цепи и связанное с ней время ожида­ния переключения КСС (network latency), расширяемость сети, степень связи (connection degree) узлов сети [307].

Длина коммутируемой цепи может быть разной в зависимости от топологии и может ха­рактеризоваться минимальной и максимальной длиной цепи, а значит, и минимальным и макси­мальным временем ожидания переключения.

Расширяемость сети предполагает легкость подключения новых узлов сети, а под степе­нью связи понимается порядок аппроксимирующего сеть эквивалентного гиперкуба (см. ниже).

Прежде чем рассматривать реализацию коммутаторов большого размера, рассмотрим бо­лее подробно логику работы БЭ размера 2x2, как элемента коммутации цепей при передаче сигна­ла и приведем связанные с этим (и важные для последующего) определения.