Казанский Николай Александрович – кандидат технических наук, доцент
Москва
Kazansky, Nikolai A., Ph.D. (Eng), Associate Professor
Moscow
Лысюк Полина Игоревна – преподаватель специальных дисциплин
Москва
Lysyuk, Polina I., Teacher of special subjects
Moscow
Развитие высокоскоростного железнодорожного транспорта требует внедрения новых телекоммуникационных технологий, реализованных в интегрированной цифровой системе технологической связи (ИЦТС). Одной из особенностей построения таких систем является обеспечение коммутации оптических каналов данных с использованием фотонных коммутаторов (ФК). Процессы коммутации в ФК происходят на фотонном (оптическом) уровне. Особенностью построения ФК является использование многозвенных топологий, выполненных на бинарных коммутаторах (БК). БК представляет собой простейший коммутационный элемент с количеством входных/выходных портов, равным одному или двум. Концепции построения ФК основаны на технологиях известных коммутационных схем на БК, которые, как правило, носят фамилии их создателей (схемы Бенеша, Шпанке, Шпанке–Бенеша, сеть Клоза и др.). С увеличением ёмкости ФК усложняется его структура: увеличиваются число звеньев в схеме коммутации, общее число БК, длина маршрутов коммутации, коэффициент избыточности. Кроме того, возникает необходимость расчёта вероятностей возникновения внутренних блокировок в коммутационных схемах, скорости коммутации оптических сигналов, величины затухания оптического сигнала в схеме ФК и т.д. Целью исследования является разработка методов анализа и синтеза коммутационных схем фотонных коммутаторов на примере схем Шпанке заданной ёмкости с расчётом вероятностей возникновения внутренних блокировок. В статье авторами использованы общенаучные и инженерные методы математического моделирования, теории вероятностей и массового обслуживания. В качестве примера авторами рассмотрен алгоритм анализа структур схем Шпанке с ёмкостью от 4×4 до 128×128. Определены их топологические и вероятностные характеристики (число звеньев в схеме коммутации, общее число БК, длины маршрутов коммутации, вероятности возникновения внутренних блокировок в схемах ФК). Результаты расчётов представлены в форме таблиц. Разработанные методы анализа и синтеза могут применяться при исследовании подобных коммутационных схем, построенных на БК.
The development of high-speed rail requires introduction of new telecommunications technology implemented in an integrated digital technological communication system (IDTC). Features of building such systems comprise provision of switching optical data channels using photonic switches (PS). Switching processes in PS occur at the photon (optical) level. A feature of construction of PS is the use of multi-tier topologies, performed using binary switches (BSs). BS is the simplest switching element with the number of input/output ports equal to one or two. The concepts for constructing PS are based on the technology of the well-known switching circuits using BS whose architecture and topology are assigned the names of their creators (Benes, Spanke, Spanke–Benes architecture, Clos network, etc. With an increase in PS capacity, its structure becomes more complicated: the number of links in the switching circuit, the total number of BSs, the length of switching routes, and the redundancy factor increase. In addition, it becomes necessary to calculate the probabilities of the occurrence of internal blocking in switching circuits, speed of switching optical signals, the value of attenuation of the optical signal in PS circuit, etc. The objective of the study was to develop methods of analysis and synthesis of switching circuits of photonic switches using the example of a circuit of Spanke architecture of a given capacity with calculation of the probabilities of occurrence of internal blocking. The authors used general scientific and engineering methods of mathematical modelling, probability and queuing theory and an example of an algorithm for analysing the structures of Spanke topology with capacities from 4×4 to 128×128. Their topological and probabilistic characteristics (the number of links in the switching circuit, the total number of BS, the length of the switching routes, the probability of occurrence of internal blocking in PS circuits) have been determined. The results of calsulations are presented in the form of tables. The developed methods of analysis and synthesis can be used in the study of similar switching circuits built using BS.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.