Лысюк П.И., Корчагина А.А., Новикова Д.А.
МЕТОДЫ СИНТЕЗА КОММУТАЦИОННЫХ СТРУКТУР ФОТОННЫХ КОММУТАТОРОВ НА ПРИМЕРЕ СТРУКТУРЫ ШПАНКЕ *
Аннотация:
развитие полностью оптических телекоммуникационных систем требует внедрения новых технологий. Особенностью построения ФК является использование многозвенных структур, выполненных на бинарных коммутаторах(БК). БК представляет собой простейший коммутационный элемент с количеством входных/выходных портов равным одному или двум. С увеличением ёмкости ФК усложняется его структура: увеличиваются число звеньев в структуре коммутации, общее число БК, длина маршрутов коммутации, коэффициент избыточности. В качестве примера авторами рассмотрен алгоритм синтеза структур Шпанке емкости от 4×4 до 128×128. Определены их топологические характеристики (число звеньев в структуре коммутации, общее число БК, длины маршрутов коммутации). Разработанные методы синтеза могут применяться при исследовании подобных коммутационных структур, построенных на БК
Ключевые слова:
фотонная коммутация, бинарный коммутатор, структура Шпанке, структурные характеристики
УДК 621.395.6
Лысюк П.И.
преподаватель специальных дисциплин
Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение
"Колледж связи № 54" имени П.М. Вострухина
(г. Москва, Россия)
Корчагина А.А.
студент
Российский университет транспорта (МИИТ)
(г. Москва, Россия)
Новикова Д.А.
студент
Российский университет транспорта (МИИТ)
(г. Москва, Россия)
МЕТОДЫ СИНТЕЗА КОММУТАЦИОННЫХ
СТРУКТУР ФОТОННЫХ КОММУТАТОРОВ
НА ПРИМЕРЕ СТРУКТУРЫ ШПАНКЕ
Аннотация: развитие полностью оптических телекоммуникационных систем требует внедрения новых технологий. Особенностью построения ФК является использование многозвенных структур, выполненных на бинарных коммутаторах(БК). БК представляет собой простейший коммутационный элемент с количеством входных/выходных портов равным одному или двум.
С увеличением ёмкости ФК усложняется его структура: увеличиваются число звеньев в структуре коммутации, общее число БК, длина маршрутов коммутации, коэффициент избыточности. В качестве примера авторами рассмотрен алгоритм синтеза структур Шпанке емкости от 4×4 до 128×128. Определены их топологические характеристики (число звеньев в структуре коммутации, общее число БК, длины маршрутов коммутации). Разработанные методы синтеза могут применяться при исследовании подобных коммутационных структур, построенных на БК.
Ключевые слова: фотонная коммутация, бинарный коммутатор, структура Шпанке, структурные характеристики.
В статье предложено рассматривать структуры многозвенных ФК с числом входов/выходов М×М, формирующихся по модульному принципу. А именно, коммутационная структура ёмкостью М×М формируется на основе коммутационных структур с числом входов/выходов равным М/2×М/2. На рис.1 приведена структура Шпанке минимальной ёмкости 2×2.
Рис. 1. Структура Шпанке 2×2 [6]
Любую структуру Шпанке ёмкости M=2N, где N=2, 3, 4… можно представить в виде трёхзвенной схемы. При этом БК первого и третьего звена представляют собой входные и выходные БК типа 1×2 и 2×1, а БК второго звена представляют собой блоки ёмкостью М/4.
Для анализа и синтеза структур ФК емкостью М введем следующие определения.
Звено БК - совокупность БК, которые относятся к одной ступени коммутации. Оконечные звенья строятся на БК типа 1×2 и 2×1, промежуточное звено – состоит из четырех блоков емкостью М/2.
Блок БК – коммутационная схема ёмкостью М/2, на основе которой строятся коммутационные структуры емкостью М.
Первое и третье звенья коммутационной структуры подразделяются на группы БК. Каждая группа состоит из M/2 базовых коммутаторов. Группам БК присвоена двойная нумерация. Первая цифра указывает на принадлежность к номеру звена (1 или 3), вторая цифра - порядковый номер группы в звене (1 или 2).
Введем следующие обозначения структурных характеристик структур Шпанке:
М –число входов/выходов в структуре коммутатора (M=2N);
Zk – номер звена в структуре коммутатора, k=1, 2, 3;
Bk– количество БК в звене Zk структуры коммутатора; для k=1, 3, Bk=М, для k=2, Bk=2·М·(М-2).
B- общее количество БК в структуре коммутатора;
Gij- номер группы в структуре коммутатора, где i=1, 3; j=1, 2;
Dm – номер блока в звене Z2структуры коммутатора, m=1, 2, 3, 4.
В качестве примера проведем анализ структурных характеристик структуры Шпанке ёмкостью 4×4, представленной на рис. 2.
Звено Z1 реализуется на БК типа 1×2, звено Z2 реализуется на БК типа 2×1. Число БК в звеньях соответствует количеству входов (выходов) коммутатора. Звено Z2 содержит 4 блока емкостью 2×2. Цветными линиями (зелеными, красными, голубыми, желтыми) изображены схемы подключения четырёх блоков ёмкостью 2×2 к БК звеньев Z1 и Z3. Звено Z1 состоит из групп G11 и G12, звено Z3 состоит из групп G31 и G32.
Рис. 2. Структура Шпанке 4×4 (выполнено авторами).
Авторами статьи предложен следующий обобщенный алгоритм синтеза коммутационных структур Шпанке емкостью M=2N:
-общее количество БК в структуре по формуле: B=2·М·(М–1)[2];
-количество БК в первом звене B1 и последнем звене B3 в схеме коммутатора: B1 = B3= M.
-общее количество БК в промежуточном звене Z2, вычисляется по формуле: B2=2M(M-2).
Заключение
В результате проведенного авторами исследования предложен блочный принцип синтеза структур, основанный на результатах анализа и синтеза структур Шпанке меньшей ёмкости. В дальнейших публикациях предполагается рассмотрение результатов математического моделирования для остальных классических структур ФК.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Убайдуллаев Р. Р. Волоконно-оптические сети. – М.: Эко-Трендз, 2001. – 267 с.
Дмитриев С.А., Слепов Н.Н. Волоконно-оптическая техника: современное состояние и перспективы. – М.: ООО «Волоконно-оптическая техника», 2005.
Скляров О.К. Волоконно-оптические сети и системы связи: Учебное пособие. 2-е изд., стер. — СПб.: Издательство «Лань», 2010. — 272 с.
Фокин В.Г. Когерентные оптические сети: Учебное пособие / Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики; каф. многоканальной электросвязи и оптических систем. Новосибирск, 2015. 372 с.
Агравал Г. Нелинейная волоконная оптика: Пер. с анг. – М.: Мир, 1996. – 323 с.
Листвин А.В., Листвин В.Н. Рефлектометрия оптических волокон. –М.: ЛЕСАРарт, 2005.
Руденко Д.В. Структурные характеристики оптических коммутаторов / РуденкоД. В. // Мир транспорта. 2012. № 4. С. 125–129.
Eduard Sackinger. Broadband circuits for optical fiber communication / Published by John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2005.
Ting Zhou, HaoJia. Method to optimize optical switch topology for photonic network-on-chip // Optics Communications. – 2018.-№413.- p.230–235.
Agrawal Govind P. Nonlinear fiber optics. – Boston: Academic Press, 2000. Р. 458.A. Q. Liu, X. M. Zhang, C. Lu, F. Wang, C. Lu, Z. S. Liu, Optical and Mechanical Models for a Variable Optical Attenuator Using Micromirror Drawbridge, J. Micromech. Microeng., Vol. 13, pp 400-411, 2003.
Lysyuk P.I.
teacher of special disciplines
P.M. Vostrukhin State Budgetary Professional Educational Institution
College of Communication No. 54
(Moscow, Russia)
Korchagina A.A.
student
Russian University of Transport (MIIT)
(Moscow, Russia)
Novikova D.A.
student
Russian University of Transport (MIIT)
(Moscow, Russia)
METHODS OF SYNTHESIS OF SWITCHING
STRUCTURES OF PHOTONIC SWITCHES
USING EXAMPLE OF SHPANKE STRUCTURE
Abstract: the development of fully optical telecommunication systems requires the introduction of new technologies. A feature of the FC construction is the use of multi-link structures made on binary switches (BC). BC is the simplest switching element with the number of input/output ports equal to one or two.
With increasing FC capacity, its structure becomes more complicated: the number of links in the switching structure, the total number of BC, the length of switching routes, and the redundancy coefficient increase. As an example, the authors considered an algorithm for the synthesis of structures of a capacity from 4×4 to 128×128. Their topological characteristics are determined (the number of links in the switching structure, the total number of BC, the lengths of switching routes). The developed synthesis methods can be used in the study of similar switching structures built on BC.
Keywords: photonic switching, binary switch, Shpanke structure, structural characteristics.
Номер журнала Вестник науки №11 (56) том 3
Ссылка для цитирования:
Лысюк П.И., Корчагина А.А., Новикова Д.А. МЕТОДЫ СИНТЕЗА КОММУТАЦИОННЫХ СТРУКТУР ФОТОННЫХ КОММУТАТОРОВ НА ПРИМЕРЕ СТРУКТУРЫ ШПАНКЕ // Вестник науки №11 (56) том 3. С. 197 - 202. 2022 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/6501 (дата обращения: 16.04.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2022. 16+