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    公开号:WO1985004544A1
    申请号:PCT/DE1985/000091
    申请日:1985-03-22
    公开日:1985-10-10
    发明作者:Peter Joachim Becker；Dirk Heger；Frank Saenger；Peter Peschke；Hermann Bolle；Kym Watson；Walter Heil
    申请人:Fraunhofer-Gesellschaft Zur Förderung Der Angewand；
    IPC主号:G02B6-00
    专利说明:
    [0001] Anordnung zum übertragen von digitalen Daten
    [0002] Technisches Gebiet Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum übertragen von digitalen Daten zwischen Datenquellen und Datensenken.
    [0003] Die Datenquellen und -senken können beispielsweise Mikropro¬ zessoren, Digitalspeicher, Ein-/Ausgabegeräte, aber auch di- gitale Telefonvermittlungssysteme oder sonstige Informa¬ tionsübertragungseinrichtungen sein, in denen Daten von ei¬ ner Vielzahl von Datenquellen in Abhängigkeit von dem jewei¬ ligen Betriebszustand auf eine Vielzahl von Datensenken übertragen werden müssen.
    [0004] Stand der Technik
    [0005] Gemäß dem Stand der Technik werden diejenigen Datenquellen und Datensenken, die Daten entsprechend ihrer Funktion mit¬ einander austauschen, entweder durch einzelne direkte elek- trische Übertragungswege (Punkt-zu-Punkt-Verbindungen) über Bussysteme oder Kreuzschienenverteiler so miteinander ver¬ bunden, daß bei vertretbarem Realisierungsaufwand die Struk¬ tur des 'Verbindungsnetzwerkes den angeforderten Datendurch¬ satz mit möglichst geringen Durchsatzbehinderungen ermög- licht. Zum Stand der Technik wird auf folgende Literatur¬ stellen hingewiesen, auf die im übrigen auch hinsichtlich der Erläuterung von hier im einzelnen nicht definierten Be¬ griffen Bezug genommen wird:
    [0006] - Peschke, P., Heger, D., Viehweger, W.: "Schaltungsanord¬ nung zum Übertragen von digitalen Nachrichten zwischen mehreren Datenstationen"; P 26 44 616.2-31, 1980.
    [0007] - Wulf, W.A., Bell, CG.: "C.mmp - A Multi-Mini-Processor" , Proc. AFIPS Fall Joint Computer Conference, Vol. 41 , Part II , 1 972 , S . 765-777.
    [0008] - Kober, R.: "Parallel System Structures" , Siemens For- schungs- und Entwicklungsberichte Bd. 7, Nr. 6, 1978, S. 316-318.
    [0009] - Händler, W., Hofmann, F., Schneider, H.J.: "A General Pur¬ pose Array with a Broad Spectrum of Applications", Infor- matik-Fachberichte, Bd. 4, Springer-Verlag Berlin-Heidel- berg-New York 1975, S. 311-335.
    [0010] - Swan, R.J., F ller, S.H., Sieworek, D.P.: "Cm* - A Modu- lar, Multi-Microprozessor", Proc. AFIPS National Computer Conference, Vol. 46, 1977, S. 637-644.
    [0011] - Keller, R.M., Lindstrom, G., Patil, S.: "A Loosely-Coupled Applicative Multi-Processing System", Proc. AFIPS National Computer-Conference, Vol. 48, 1979, S. 613-621.
    [0012] - Denelcor Inc.: "Heterogeneous Element Processor (HEP)
    [0013] Principles of Operation", Denver, Colorado, 1979.
    [0014] - Freundl, M.: "Multiprozessorpro ekt MUPSI: Untersuchung von Strategien zur Verteilung der Anwenderprozesse auf die
    [0015] Einzelprozessoren" , Diplomarbeit am IMMD IV, Universität
    [0016] Erlangen-Nürnberg, 1981.
    [0017] - Händler, W., Schreiber, H., Sigmund V.: "Computation Structures Reflected in General Purpose and Special Pur¬ pose Multi-Microprocessor Systems", Proc. Int. Conf. on Parallel Processing, Bellaire, Michigan, 1979, S. 95-102.
    [0018] - Hockney, R.W., Jesshope, C.R. : Parallel Computers. Adam
    [0019] Hilger Ltd., Bristol, 1981; Chapter 3.2 "Switching Net- works". - Haynes, L.S., Lau, R.L., Siewiorek, D.P., Mizel, D.W.: "S Survey of Highly Parallel Computing", IEEE Computer, Vol. 15, S. 9-24, 1982.
    [0020] - Giloi, W.K. : "Rechnerarchitektur", Heidelberger Taschen¬ bücher Bd. 208, Springer Verlag Berlin-Heidelberg-New York, 1981, Kap. 4.8 "Verbindungen der PEs (processing elements) zu einem Prozessor-Array".
    [0021] All den vorstehend genannten Vorschlägen ist gemeinsam, daß aus Gründen des Aufwands kein Verbindungsnetzwerk vorgesehen ist, das sämtliche Datenquellen mit allen Datensenken voll¬ ständig vernetzt. Unter vollständiger Vernetzung wird hier¬ bei eine Verbindung verstanden, die es jedem einzelnen Teil¬ nehmer (Datenquelle oder Datensenke) ermöglicht, mit jedem anderen Teilnehmer, entsprechend der für den Teilnehmer vor¬ gesehenen Übertragungsrichtung in Verbindung zu treten, wo- bei alle Teilnehmer miteinander gleichzeitig und ohne ge¬ genseitige Störung Daten austauschen können, sofern die ein¬ zelnen Teilnehmer aufgrund ihrer technischen Auslegung hier¬ zu in der Lage sind.
    [0022] Gerade bei den zur Zeit diskutierten Rechnern mit Parallel-
    [0023] Struktur oder auch bei digitalen Telefonvermittlungssystemen wäre es jedoch wünschenswert, eine vollständige Vernetzung zwischen Datenquellen und Datensenken herzustellen.
    [0024] Darstellung der Erfindung
    [0025] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Übertragen von digitalen Daten zwischen Datenquellen und Datensenken anzugeben, die bei vertretbarem technischen Auf¬ wand eine vollständige Vernetzung zwischen den Datenquellen und Datensenken ermöglicht, die aufgrund ihrer Funktion miteinander Daten austauschen können. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeich¬ nenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale ge- 5 löst: Erfindungsgemäß erfolgt die Übertragung der digitalen Daten zwischen den Datenquellen und den Datensenken auf op¬ tischem Wege. Hierzu sind die Datenquellen mit Lichtsendern und die Datensenken mit Lichtempfängem verbunden. Zwischen den Lichtsendern und Lichtempfängern ist ein hόlografisches ιn Speichermedium angeordnet, das für eine Abbildung des Lich¬ tes der einer bestimmten Datenquelle zugeordneten Lichtsen¬ der auf den oder die bei dem jeweiligen Über ragungsfall anzusprechenden Lichtempfänger sorgt. Die in dem holografischen Speichermedium angeordneten Hologramme
    [0026] , _ stellen damit die jeweils gewünschte Verbindung zwischen den 15 entsprechenden Lichtsendern und den entsprechenden Lichtempfängern her, ohne daß eine leitungsmäßige Verbindung zwischen den einzelnen Elementen beispielsweise durch Lichtwellenleiter etc. erforderlich wäre.
    [0027] 20
    [0028] Anders ausgedrückt wirken die in dem holografischen Spei¬ chermedium gespeicherten Hologramme als Schalt-Abbildungs- elemente, die den jeweils gewünschten Übertragungskanal zwischen den Lichtsendern und den Lichtempfängern öffnen und gleichzeitig verhindern, daß Licht" von Lichtsendern auf Lichtempfänger auftrifft, die zu nicht angesprochenen Daten¬ senken gehören.
    [0029] Die Struktur der einzelnen in dem Speichermedium gespeicher-
    [0030] Λ ten Hologramme bestimmt dabei, welche Lichtsender mit wel- 30 chen Lichtempfängern verbunden werden. Durch Löschen der in dem Speichermedium gespeicherten Hologramme oder durch einen einfachen Austausch des Speichermediums durch ein anderes
    [0031] Speichermedium mit anderen Hologrammstrukturen kann damit in einfacher Weise — ohne daß beispielsweise leitungsmäßige 35
    [0032] Verbindungen gelöst werden müßten — eine andere Verknüpfung 1 der Datenquellen mit den Datensenken hergestellt werden.
    [0033] In dem holografischen Speichermedium lassen sich bei ausrei- oc chender Winkelselektivität, d.h. bei ausreichender Kanal- trennung zwischen den einzelnen Übertragungskanälen bis zu 10^ Einzelhologramme speichern, die als "Lichtweg-Schal¬ ter" 10* Übertragungskanäle öffnen und schließen können. Mittels dieser 10^ Über.tragungskanäle lassen sich bis zu _ 104 Datenquellen, mit 104 Datensenken entsprechend der vorstehend gegebenen Definition vollständig vernetzen, d.h. die 104 Datenquellen können mit allen 104 Datensenken gleichzeitig und ohne gegenseitige Störung Daten austauschen (sofern die einzelnen Datenquellen und Datensenken aufgrund ihrer technischen Auslegung hierzu in der Lage sind.
    [0034] Durch das erfindungsgemäß zwischen Lichtsendern und Licht¬ empfängern vorgesehene holografische Speichermedium, das die Verbindung herstellt, wird eine Reihe von überraschenden Vorteilen erreicht:
    [0035] In dem holografischen Speichermedium lassen sich bei aus¬ reichender Winkelselektivität bis zu 10^ Einzelhologramme speichern.
    [0036] Dabei ist die Herstellung der einzelnen Hologramme in dem holografischen Speichermedium, die die entsprechenden Licht¬ wege zur Verbindung der einzelnen Datenquellen mit den Da¬ tensenken schalten, sehr einfach: Um ein Hologramm zu spei¬ chern, das einen oder mehrere bestimmte Lichtsender mit ei- nem oder mehreren bestimmten Lichtempfängern verbindet, müs¬ sen lediglich an den Orten dieser Lichtsender und Licht¬ empfänger koherentstrahlende Lichtsender angeordnet und das Wellenfeld dieser Lichtsender in dem jeweiligen Hologramm aufgezeichnet werden. Natürlich müssen die zur Aufzeichnung benutzten Lichtsender eine Wellenlänge haben, die einen Auf- zeichnungsVorgang in dem verwendeten Speichermedium bewirkt.
    [0037] Ein derart erzeugtes Hologramm hat — wie sich unmittelbar aus der Theorie von Hologrammen ergibt — die Eigenschaft, daß Wellenfeld eines Lichtsenders, der an die Stelle eines "Aufzeichnungs-Lichtsenders" gesetzt wird, so zu beeinflus¬ sen, daß das aus dem Hologramm austretende Wellenfeld des Lichtsenders gleich dem Wellenfeld des zweiten "Aufzeich- zeichnungs-Lichtsenders" während der Herstellung des Holo¬ gramms ist. Setzt man nun an die Stelle des zweiten "Auf- zeichnungs-Lichtsenders" einen Lichtempfänger, so wird das Wellenfeld des Lichtsenders auf den Lichtempfänger abge¬ lenkt bzw. gebeugt.
    [0038] Die Positionierung des Speichermediums zwischen den Licht¬ sendern und Lichtempfängem ist dabei vergleichsweise unkri¬ tisch: Ein Parallelversatz des Speichermediums zur Sollage spielt dabei nahezu keine Rolle; Verkippungen des Speicher- mediums gegenüber der Sollage müssen dagegen so klein sein, daß kein übersprechen zwischen benachbarten Kanälen auf¬ tritt. Im Extremfall, d.h. bei der vollständigen Vernetzung von 104 Datenquellen mit 104 Datensenken, bei denen die maximale Winkelselektivität von ca. 0,02° ausgenutzt wird, dürfen Verkippungen nur in dieser Größenordnung sein. Wer- den weniger als 10 Δ*. Datenquellen mit weniger als 10 A4 Da¬ tensenken vernetzt oder ist bei einer Zahl von 104 Daten¬ quellen bzw. Datensenken keine vollständige Vernetzung er¬ forderlich, so daß die maximale Winkelselektivität nicht ausgenutzt wird, können entsprechend größere Verkippungen des Speichermediums zugelassen werden.
    [0039] Die erfindungsgemäße Anordnung zum Übertragen von digitalen Daten zwischen Datenquellen und Datensenken eignet sich da¬ mit auch zum Ersatz von gedruckten Schaltungen in Rechnern etc. mit dem besonderen Vorteil, daß bei einer Änderung der ι
    [0040] Schaltung kein neues "layout" der gedruckten Schaltung er¬ forderlich ist, sondern lediglich das Speichermedium ausge¬ tauscht oder neu beschrieben werden muß.
    [0041] Weiterbildungen ., der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben .
    [0042] Gemäß Anspruch 2 ist für jede benötigte Verbindung minde¬ stens ein Hologramm gespeichert. Speichert man für jede be- nötigte Verbindung mehr als ein Hologramm, so lassen sich auch Ersatz-Übertragungskanäle realisieren, die z.B. ver¬ wendet werden können, wenn bestimmte Lichtsender und/ oder -empfänger bereits durch die Übertragung auf anderen Über¬ tragungskanälen belegt sind.
    [0043] Wenn sämtliche möglichen Übertragungskanäle gleichzeitig be¬ nutzbar sein sollen, ist es gemäß Anspruch 3 erforderlich, für jeden Übertragungskanal einen Lichtsender oder bei pa¬ ralleler Übertragung eine Gruppe von Lichtsendern vorzuse- hen. Die Zahl der insgesamt vorzusehenden Lichtsender be¬ stimmt sich damit nach der Gesamtzahl der Vernetzungen, bei einer vollständigen Vernetzung von beispielsweise 100 Daten¬ quellen mit 100 Datensenken sind demnach bei bitserieller Übertragung 104 Lichtsender und 104 Lichtempfänger vor- zusehen, bei wortserieller Übertragung (Anspruch 15) ent¬ sprechend mehr.
    [0044] Wenn es nicht erforderlich ist, sämtliche möglichen Übertra¬ gungskanäle gleichzeitig zu realisieren, d.h. wenn die Da- tenstationen nicht vollständig miteinander vernetzt sein müssen, oder wenn nicht alle Datensenken mit allen Daten¬ quellen Informationen austauschen müssen, kann die Zahl der Lichtsender und Lichtempfänger entsprechend verringert werden. 1
    [0045] Hierzu sind in den Ansprüchen 4 und 5 Möglichkeiten angege¬ ben: Gemäß Anspruch 4 wird der benötigte Übertragungskanal, d.h. die Verbindung zwischen einer bestimmten Datenquelle e und einer bestimmten Datensenke dadurch ausgewählt,. daß aus einer bestimmten Zahl von Lichtsendern der Datenquelle ein bestimmtes Muster aufleuchtet. Durch dieses Muster wird der entsprechende Übertragungsweg geöffnet.
    [0046] Q Wählt man das Muster gemäß Anspruch 5 nach einem gleichge¬ wichtigen Code aus, so ergibt sich empfängerseitig eine besonders einfache Signalauswertung, da der Signalpegel un¬ abhängig von dem verwendeten Übertragungkanal immer gleich bleibt. 5
    [0047] Die erfindungsgemäße Anordnung erlaubt nicht nur die Über¬ tragung von Daten zwischen jeweils einer Datenquelle und ei¬ ner Datensenke. Es können vielmehr auch Daten zwischen einer Datenquelle und einer Reihe von Datensenken bzw. zwischen einer Reihe von Datenquellen und einer Datensenke übertragen werden. Ferner ist es möglich, von einer Datenquelle an sämtliche Datensenken bzw. von sämtlichen Datenquellen an eine Datensenke Daten zu übermitteln (Anspruch 6). Die Fä¬ higkeit der erfindungsgemäßen Anordnung, von einer Daten- quelle an eine Reihe von Datensenken Daten zu übermitteln, 5 kann auch dazu benutzt werden, die Zahl der benötigten Holo¬ gramme sowie der Lichtsender und/oder -empfänger zu verrin¬ gern: Um dennoch eine Übertragung zwischen nur jeweils einer Datenquelle und einer Datensenke zu ermöglichen, wird op- tisch ein in an sich bekannter Weise aufgebautes Steuertele¬ gramm übertragen, das der Vielzahl von Datensenken, deren Lichtempfänger aufgrund des mittels eines bestimmten Holo¬ gramms geöffneten Übertragungskanals Daten empfangen, mit¬ teilt, welche Datensenke speziell angesprochen werden soll
    [0048] (Anspruch 7) . 5 1
    [0049] Eine weitere Möglichkeit, die Zahl der benötigten Lichtsen¬ der bzw. Lichtempfänger zu verringern, besteht darin, nur jeweils so viele Lichtsender bzw. Lichtempfänger vorzusehen,
    [0050] 5 wie die jeweilige Datenquelle bzw. Datensenke gleichzeitig Daten übertragen bzw. Daten empfangen muß. Dabei ist es je¬ doch unter Umständen erforderlich, für einen bestimmten Übertragungskanal, d.h. die Verbindung zwischen einer Daten¬ quelle und einer Datensenke, mehrere Hologramme vorzusehen,
    [0051] Q da unter Umständen unterschiedliche Lichtsender mit unter¬ schiedlichen Lichtempfängern kommunizieren müssen (Anspruch 9).
    [0052] In den Ansprüchen 10 bis 14 sind verschiedene Möglichkeiten angegeben, die Lichtsender und Lichtempfänger so anzuordnen, 5 daß bei hoher Packungsdichte kein Übersprechen zwischen be¬ nachbarten Übertragungskanälen auftritt.
    [0053] Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn entweder die Lichtsender und/oder die Lichtempfänger zellenförmig oder auf einem oder mehreren konzentrischen Kreisen angeordnet sind, da sich durch eine derartige Anordnung ein Überspre¬ chen zwischen benachbarten Kanälen weitgehend unterdrücken läßt, das sich ansonsten aufgrund des dreidimensionalen Ho¬ logrammaufbaus, das als dreidimensionales Beugungsgitter wirkt, sowie des Auftretens höherer Ordnungen ergeben würde.
    [0054] Durch die in Anspruch 16 beanspruchte Anordnung von opti¬ schen Abbildungssystemen, wie Linsen etc., kann die Licht- ausbeute auf den Empfängern, d.h. der Wirkungsgrad der Übertragung weiter erhöht werden.
    [0055] Im Prinzip können beliebige Hologramme für die erfindungs¬ gemäße Anordnung verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist jedoch die Verwendung von Volumenhologrammen, da Volu- menhologramme eine besonders hohe Winkelselektivität haben, 1 die bei der Verwendung von Lichtquellen mit großer Kohärenz¬ länge, wie Gaslasern etc. die Größenordnung von 1/100° er¬ reichen kann. (Anspruch 17).
    [0056] 5
    [0057] Bei Verwendung von Volumenhologrammeπ können gemäß Anspruch
    [0058] 18 beliebige photochrome oder photorefraktive Materialien, wie Lithiumniobat, Lithiumtantalat, Photoacryle oder Dichro- matgelatine verwendet werden.
    [0059] 10
    [0060] Als Lichtsender können inkohärent strahlende Lichtquellen, beispielsweise Leuchtdioden, verwendet werden. Mit derarti¬ gen Leuchtdioden können ohne weiteres Übertragungsraten bis zu 100 Mbit/s erreicht werden. Höhere Übertragungsraten, beispielsweise 300 Mbit/s lassen sich jedoch beispielsweise 15 dadurch erreichen, daß gemäß Anspruch 19 als Lichtsender La¬ serdioden, wie Pictail-Dioden (Anspruch 20) verwendet wer¬ den.
    [0061] Zur Herabsetzung der strahlenden bzw. empfangenden Fläche der Lichtsender bzw. Lichtempfänger können Lichtwellenlei¬ terbündel, beispielsweise Glasfasern etc., verwendet werden, mittels . derer das Licht von dem Lichtsender mit* größerer Querschnittsfläche zu der eigentlichen Austrittsstelle ge¬ leitet wird bzw. umgekehrt von dem Empfangsort zu dem Lic -
    [0062] _ 5 empfänger mit größerer Querschnittsfläche.
    [0063] In den Ansprüchen 22 bis 24 sind Möglichkeiten angegeben, wie mittels der erfindungsgemäßen Anordnung eine vollständi¬ ge Vernetzung von Einheiten, die sowohl Datenquellen als auch Datensenken sein können, herstellbar ist.
    [0064] Kurze Beschreibung der Zeichnung
    [0065] Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei¬ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrie- 35 ben, in der zeigen: Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsge¬ mäßen Anordnung,
    [0066] Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsge¬ mäßen Anordnung, und
    [0067] Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Zahl der benö¬ tigten Lichtempfänger und Lichtsender herabgesetzt ist.
    [0068] Wege zur Ausführung der Erfindung
    [0069] Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das zur Verbindung einer großen Zahl von Datenquellen 4 mit Datensenken 5 ein volumenholographisches System, bestehend aus einem Speichermedium 1 , einer Sendermatrix 2 sowie einer Empfängerzeile 3 aufweist.
    [0070] In dem Speichermedium 1 sind eine Vielzahl von Hologrammen gespeichert, von denen jedes das von einem bestimmten Licht- sender aus der Sendermatrix 2 ausgehende Licht so beugt, daß es auf einem Lichtempfänger in der Empfängerzeile 3 auf¬ trifft. Diese Eigenschaft der einzelnen Hologramme wird da¬ durch erzielt, daß bei ihrer Herstellung zwei "Aufzeich- nungs-Lichtsender" am Ort des Lichtsenders in der Senderma- trix 2 bzw. am Ort des (gewünschten) Lichtempfängers in der Empfängerzeile 3 angeordnet werden, und das von diesen "Auf- zeichnungs-Lichtsendern" ausgehende (kohärente) Wellenfeld in dem Speichermedium 1 aufgezeichnet wird. Das so erzeugte Hologramm hat dann die Eigenschaft, das von einem Licht- sender in der Sendermatrix 2 ausgehende Licht so zu beugen, daß auf der "Empfängerzeilen-seitigen" Seite des Speicher¬ mediums ein Wellenfeld entsteht, dessen Struktur mit der Struktur des zur Herstellung des Hologramms benutzten Wel¬ lenfelds übereinstimmt, anders ausgedrückt beugt das Holo- gramm das Licht des Lichtsenders auf den entsprechenden Lichtempfänger.
    [0071] Damit ermöglicht die in Fig. 1 gezeigte Anordnung, eine große Zahl von Datenquellen 4 und Datensenken 5 mit holo¬ graphisch optischen Mitteln so zu verbinden, daß von den Datenquellen zu den Datensenken gleichzeitig und kolli¬ sionsfrei digitale Daten übertragen werden können.
    [0072] Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung läßt sich bezüglich ihres optischen Wirkungsgrades durch Einfügen von optischen Abbildungssystemen zwischen der' Sendermatrix 2 und dem Speichermedium 1 sowie zwischen dem Speichermedium 1 und der Empfängerzeile 3 verbessern.
    [0073] Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel enthält das hologra¬ phische System für jede benötigte Verbindung zwischen einer Datenquelle und einer Datensenke ein Hologramm. Die Sender¬ matrix 2 enthält für jede Datenquelle 4 soviele Lichtsender, wie Datensenken 5 von einer Datenquelle direkt adressiert werden sollen. Die Empfängerzeile 3 enthält für jede Daten¬ senke soviele Lichtempfänger wie Datenquellen die jeweilige Datensenke direkt adressieren können.
    [0074] Die matrixförmige Anordnung der Lichtsender und die zellenförmige Anordnung der Lichtempfänger hängen ursächlich mit den optischen Eigenschaften der hier vorgesehenen Volu¬ menhologramme zusammen. Hierdurch werden nicht nur höhere BeugungsOrdnungen, sondern auch Übersprechen unterdrückt, das sich aufgrund des dreidimensionalen Hologrammaufbaus und damit des dreidimensionalen BeugungsVerhaltens ergeben wür¬ de. Ebenso können natürlich auch die Lichtsender zellen¬ förmig und die Lichtempfänger matrixförmig oder Lichtsender und Lichtempfänger zellenförmig angeordnet werden. Daneben können die Lichtsender und/oder . Lichtempfänger auch auf einem Kreis oder mehreren konzentrischen Kreisen ange- ordnet werden. Die letztere Anordnung hat den Vorteil, daß das Übersprechen aufgrund höherer Beugungsordnungen sehr gut unterdrückt wird.
    [0075] Bei holographischen Systemen mit anderen optischen Eigen¬ schaften können die Lichtsender und die Lichtempfänger auch gleichartig, z.B. vorzugsweise matrixförmig angeordnet wer¬ den.
    [0076] Volumenholgramme haben die Eigenschaft, daß die Winkelselek¬ tivität zwischen benachbarten Kanälen ca 0,01° beträgt. Da typische Speichermedien für Volumenhologramme Lithiumniobat- kristalle mit Kantenlängen in der Größenordnung von mehreren Millimetern sind, können bei einer Winkeltrennung, die für „ typische Geometrien ausreichend ist, bis zu 10° Hologramme gespeichert und für die Kanalwahl benutzt werden. Somit können ebensoviele gleichzeitig benutzbare Verbindungen hergestellt werden.
    [0077] Die Verbindungen können entweder bitseriell oder wortseriell ausgeführt sein. Bei wortserieller Ausführung ist für jedes
    [0078] Bit eines Digitalwortes auf der Sendermatrix 2 ein
    [0079] Lichtsender, auf der Empfängerzeile 3 ein Lichtempfänger und im holographischen System ein Hologramm für jede Kombination zwischen Datenquellen und Datensenken abzuspeichern.
    [0080] Außer Adressenpaaren für Datenquellen und Datensenken lassen sich auch andere Kombinationen durch jeweils ein Hologramm festlegen, z.B. sind Gruppenadressierungen von mehreren Datensenken durch jede beliebige Datenquelle oder auch Sam¬ meladressierungen von allen Datensenken durch jede belie¬ bige Datenquelle möglich. Wichtig ist jedoch, daß die Gesamtzahl der mit ausreichendem Wirkungsgrad speicherbaren
    [0081] Hologramme nicht überschritten wird, für die vorgeschlagenen Q
    [0082] Volumenhologramme sind dies mindestens 10°. Zur Minia- 1 turisierung und optimalen geometrischen Formgebung der Sen¬ dermatrix 2 sowie der Empf ngerzeile* 3 können beispiels¬ weise geordnete Lichtwellenleiterbündel verwendet werden, in 5 denen je Lichtsender und je Lichtempfänger ein Lichtwel¬ lenleiter benutzt wird. Damit kann eine gegebenenfalls erforderliche geometrische Anpassung des holographischen Systems an die nachgeschalteten Datenquellen und Datensenken vorgenommen werden.
    [0083] 10
    [0084] Auf diese Weise können nun bis zu einer sehr großen Zahl von
    [0085] Datensenken und Datenquellen entweder ein vollständig vernetztes Verbindungsnetzwerk oder auch Verbindungsnetz¬ werke mit anderen Adressierungsmustern hergestellt werden.
    [0086] 15
    [0087] Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfin¬ dungsgemäßen Anordnung, die Komponenten 24 enthält, die so¬ wohl Datenquellen als auch Datensenken sein können. Man kann sich unter diesen Komponenten Digitalprozessoren, Digital- Speicher, Digitalrechner bestehend aus Digitalprozessoren und Digitalspeichern oder Ein-/Ausgabeelemente vorstellen. Im folgenden werden diese Komponenten 24 als Datenkompo¬ nenten bezeichnet. Diese Datenkomponenten mögen z.B. eine gemeinsame Datenverarbeitungsaufgabe zu lösen haben. Hierzu müssen sie untereinander entsprechend dem Bedarf aus der
    [0088] __5 gemeinsamen Datenverarbeitungsaufgabe Daten austauschen.
    [0089] Die Datenkomponenten 24 sind sowohl mit einer Sendermatrix 24 als auch mit einer Empfängermatrix 29 verbunden. Das von den Sendern der Sendermatrix 22 ausgehende Licht wird von
    [0090] 30 Hologrammen in einem ersten Speichermedium 21 auf eine Em¬ pfängerzeile 23 abgelenkt. Die Empfängerzeile 23 ist über über eine elektrische Übertragungsstrecke 25 mit Sender¬ bausteinen 27 verbunden, die eine Senderzeile 26 ansteuern.
    [0091] Das von den Sendern der Senderzeile 26 ausgehende Licht wird 35 von Hologrammen in einem zweiten Speichermedium 28 auf die 1
    [0092] Empfänger der Empfängermatrix 29 gelenkt.
    [0093] Die Anordnung gemäß Fig.2 arbeitet wie folgt: 5 Auf der Sendermatrix 22 wird bei einer Datenübertragung die Adresse eines anzusteuernden Kanals beispielsweise dadurch eingestellt, daß ein bestimmtes Lichtpunktmuster auf¬ leuchtet. Ein Kanal besteht aus einem Empfänger, der in der Empfängerzeile 23 angeordnet ist und das Lichtsignal in ein -n elektrisches Signal umsetzt, das über die nachgeschaltete elektrische Übertragungsstrecke 25 an den Senderbaustein 27 angelegt ist. Der Senderbaustein 27 enthält eine Steuerelektronik, die aufgrund von über die elektrische Übertragungsstrecke 25 empfangenen Steuertelegrammen an der
    [0094] , _ Senderzeile 26 kanalweise die Zieladresse der Datensenke' 24 15 einzustellen gestattet. Die Anordnung enthält mehrere gleichartige Kanäle, so daß abhängig von Kanalbelegungen für die Datenübertragung oder von nicht betriebsfähigen Kanälen andere Kanäle der Anordnung benützt werden können. 0
    [0095] Der Datenaustausch kann in dieser Anordnung nach dem
    [0096] Einschalten des der Anordnung entsprechenden Systems dadurch durchgeführt werden, daß die erste sendewillige Daten¬ komponente ihren Wunsch zum Datentransfer mit Hilfe eines ersten Sammeltelegramms (Telegramme an alle anderen Daten- 5 quellen) mitteilt. Dieses erste Sammeltelegramm hat eine
    [0097] Steuerungsaufgäbe und enthält die Information, über welchen der in beschränkter Anzahl vorhandenen Kanäle 23, 25, 27 die
    [0098] Übertragung stattfinden und welche Datenkomponente 24 (als
    [0099] Datensenke) adressiert werden soll. Mit Hilfe dieses ersten 0
    [0100] Sammeltelegramms wird einerseits allen möglichen
    [0101] Datenquellen die Belegung eines bestimmten Kanals mitgeteilt. Falls andere Datenquellen ihrerseits Daten übertragen möchten, leiten sie ihren Übertragungsvorgang gleichermaßen ein und wählen dabei einen augenblicklich 5 nicht belegten Kanal. Andererseits wird mit Hilfe des ersten 1
    [0102] Sammeltelegramms an der Senderzeile 26 des entsprechenden belegten Kanals die Adresse der Datensenke 24 (Zieladresse) eingestellt. Danach überträgt die Datenquelle die
    [0103] 5 Nutzinformation über den nun eingerichteten Übertra¬ gungsweg. Nach Abschluß der Nutzübertragung sendet die Da¬ tenquelle ein zweites Sammeltelegramm als Steuertelegramm aus, in dem der bisher belegte Kanal gekennzeichnet ist. Alle möglichen Datenquellen empfangen dieses zweite Sammel- n telegramm und erhalten damit die Mitteilung, daß dieser
    [0104] Kanal nun wieder für die weitere Verwendung frei ist. Auf diese Weise sind sämtliche möglichen Datenquellen über die augenblicklichen Belegungszustände der Kanäle informiert und können so jeweils freie Kanäle belegen. Das zweite Sammelte-
    [0105] , _ legramm bewirkt auch, daß mit einem neuen ersten Sammeltele- 15 gramm eine neue Zieladresse an der Senderzeile 26 für die nächste Übertragung eingestellt werden kann. Wollen nun meh¬ rere Datensenken gleichzeitig einen geraden freien Kanal be¬ legen, so tritt eine Kollision der Belegwünsche auf. Diese
    [0106] Λ wird nach dem bekannten CSMA/CD-Verfahren (carrier sense 20 multiple access/collision detection) oder einem ähnlichen
    [0107] Zugriffssteuerungsverfahren - wie für Sammelleitungssysteme bekannt - aufgelöst (Heger, D.: Zur Klassifizierung, theo¬ retischen Beschreibung und Bewertung lokaler Datensammellei¬ tungen, Dissertation an der Universität Karlsruhe, 1983; Ό
    [0108] Fortschritt-Berichte der VDI-Zeitschriften, Reihe 10, Nr.24, 1983). Auch hier gilt wie bei der zuerst beschriebenen Anordnung, daß die Lichtsender 22, 26 und Lichtempfänger 23, 29 gleichartig z.B. vorzugsweise matrixförmig angeordnet werden können, daß optische Abbildungssysteme in das erste und zweite holographische System zur Verbesserung des Wirkungsgrades eingesetzt werden können, daß die Ver¬ bindungen entweder bitseriell oder wortseriell ausgeführt sein können, daß Gruppen und Sammeladressierungen in jedem holographischen Speichermedium 21 , 28 festgelegt sein 35 können und daß beispielsweise geordnete Lichtwellen- 1 leiterbündel zur geometrischen Anpassung des ersten und zweiten holographischen Systems eingesetzt werden.
    [0109] 5 Der erfindungsgemäße Gedanke der zweiten Anordnung, besteht darin, daß eine vollständige logische Vernetzung zwischen einer großen Anzahl von Datenquellen und Datensenken über eine wählbare Anzahl von physikalischen Kanälen hergestellt wird, daß die Übertragung zwischen den Datenquellen und den . - Kanälen durch ein erstes holographisches System und die Übertragung zwischen Kanälen und Datensenken über ein zwei¬ tes holographisches System erfolgt, und daß die Auswahl, Be¬ legung und Freigabe der Kanäle über ein Protokoll mittels Steuertelegrammen bzw. über Methoden vorgenommen wird, wie
    [0110] . _ sie für die Kanalzuteilung in lokalen Netzwerken bekannt 15 sind.
    [0111] Fig. 3 zeigt eine Modifikation der in den Fig. 1 und 2 ge¬ zeigte Ausführungsbeispiele, bei der ein "Mehrfach-Bussys- te " zur Anwendung kommt. Die in dem in Fig. 3 nicht im ein¬ zelnen dargestellten Speichermedium gespeicherten Holo¬ gramme beeinflußen das von Lichtsendern der Baugruppen T1 - T18 ausgehende Licht derart, daß es auf die Lichtempfänger mehrerer Baugruppen abgelenkt wird. Dies ist durch die Punk-
    [0112] __ te an den Kreuzungen der Linien A1 - A18 mit den Linien b1 , 25 c1 , d1 , e1 , f1 - a18...e18 symbolisiert. Beispielsweise wird das von dem Lichtsender der Baugruppe T1 ausgehende Licht von den Lichtempfänger der Baugruppen T1 , T5, T8, T , T12 und T18 empfangen. Durch ein optisch mit übertragenes Steuertelegramm bzw. Übertragungsprotokoll wird von diesen Baugruppen diejenige ausgewählt, an die die Datenübertragung gerichtet ist, beispielsweise die Baugruppe T5. Der weitere Aufbau des in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiels kann wie bei den in Fig. 1 oder 2 dargestellten Beispielen sein. 5
    [0113] Dieser Gedanke läßt sich natürlich auch auf eine wortseriel- le Übertragung etc.' ausdehnen, bei der mehrere Lichtsender und -empfänger einen Übertragungskanal bilden.
    [0114] Vorstehend ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispie¬ len ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens beschrieben worden, gemäß dem speziell hergestellte Holo¬ gramme verwendet werden, um Datensender bzw. um Datenquel¬ len mit Datensenken bzw. Datenempfängern zu vernetzen.
    权利要求:
    ClaimsP a t e n t a n s p r ü c h e
    1. Anordnung zum Übertragen von digitalen Daten zwischen Datenquellen und Datensenken, dadurch gekennzeichnet ,daß die Datenquellen (4) Lichtsender (2) und die Datensenken (5) Lichtempfänger (3) aufweisen, und daß zwischen den Lichtsendern (2) und den Lichtempfän- gern (3) ein holografisches Speichermedium (1) angeordnet ist, in dem Hologramme gespeichert sind, die beim Aufleuch¬ ten von Lichtsendern oder Gruppen von Lichtsendern Über¬ tragungskanäle zwischen diesen Lichtsendern und durch die Struktur der Hologramme frei wählbaren Lichtempfängern öff- nen.
    2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet ,daß im Speichermedium (1) für jede zwischen den Datenquellen (4) und den Datensenken (5) benö- tigte Verbindung mindestens ein Hologramm gespeichert ist.
    3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß jede Datenquelle (4) für jede Datensenke (5), an die Daten übermittelbar sein sollen, einen Lichtsender (2) oder eine Gruppe von Lichtsendern auf¬ weist.
    4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der jeweils benötigte Über- tragungskanal durch das Aufleuchten eines Teils der Licht¬ sender aus einer Gruppe von Lichtsendern wählbar ist.
    5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Auswahl des aufleuchtenden Teils der Lichtsender nach einem gleichgewichtigen Code er¬ folgt.
    6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß in dem holographischen Spei- 5 chermedium (1) Hologramme gespeichert sind, die. jeweils einen Übertragungskanal zur Übertragung von Daten an Gruppen von Datensenken und/oder alle Datensenken öffnen.
    7. Anordnung nach Anspruch 6,
    1Q dadurch gekennzeichnet , daß bei der Übertragung von Daten an eine Gruppe von Datensenken eine bestimmte Datensenke durch ein optimal übertragenens, in an sich bekannter Weise aufgebautes Steuertelegramm auswählbar ist.
    , _
    8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 15 dadurch gekennzeichnet ,daß jede Datensenke (5) so viele Lichtempfänger (3) aufweist, wie Datenquellen (4) an diese Datensenke (5) Daten übertragen können.
    9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet ,daß jede Datensenke (5) so viele Lichtempfänger (3) aufweist, wie gleichzeitig Datenquellen (4) an diese Datensenke (5) Daten übertragen können.
    10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    _a5 dadurch gekennzeichnet ,daß die Lichtsender (2) und die Lichtempfänger (3) matrixförmig angeordnet sind.
    11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Lichtsender und/oder die Lichtempfänger auf einem Kreis oder mehreren konzentrischen Kreisen angeordnet sind.
    12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet ,daß die Lichtsender (2) matrixför- 35 mig und die Lichtempfanger (3) zellenförmig angeordnet sind.
    13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Lichtsender (2) zeilenför- mig und die Lichtempfänger (3) matrixförmig angeordnet sind.
    14. Anordnung nach einem der Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Lichtsender (2) und die Lichtempfänger (3) zellenförmig angeordnet sind.
    15. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet ,daß die Datenübertragung zwischen Datenquellen (4) und Datensenken (5) bit- oder wortseriell erfolgt.
    16. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet ,daß optische Abbildungssysteme zwi¬ schen Lichtsender (2) und Speichermedium (1) und/oder zwi¬ schen Speichermedium (1) und Lichtempfänger (3) eingesetzt sind.
    1 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 , dadurch gekennzeichnet ,daß das Speichermedium die gespei¬ cherten Hologramme als Volumenhologramme speichert .
    18. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß für das Speichermedium ein fotochromes oder fotorefraktives Material verwendet wird.
    19. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet , daß die Lichtsender Laserdioden sind.
    20. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß die Laserdioden Pictail-Dioden sind.
    21. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet ,daß die Lichtsender (2) und die 5 Lichtempfänger (3) Lichtwellenleiterbündel aufweisen..
    22. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet ,daß eine vollständige logische Ver¬ netzung zwischen Datenquellen (4) und Datensenken (5) über n eine wählbare Anzahl von optischen Überkanälen hergestellt wird, wobei die Verbindung zwischen den Datenquellen und den Kanälen durch ein erstes holografisches System und die Verbindung zwischen den Kanälen und den Datensenken über ein zweites hologra isches System erfolgt. 5
    23. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet ,daß die Zieladresse der Datensenke (24) über eine Steuerelektronik, die im Senderbaustein (27) enthalten ist, und die über ein Steuertelegramm, das über die elektrische Übertragungsstrecke (25) des Kanals empfan¬ gen wird, steuerbar ist an der Anordnung der Lichtsender (26) eingestellt wird.
    24. Anordnung nach einem der Ansprüche 1. bis 23, dadurch gekennzeichnet ,daß die Auswahl Belegung und Frei- 5 gäbe der Kanäle über ein Protokoll mittels Steuertelegramme oder über an sich bekannte Verfahren der Kanalzuteilung vor¬ genommen werden.
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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