專利名稱：交換設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及包交換電信網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)的交換。更確切地講，本發(fā)明涉及這種網(wǎng)絡(luò)，尤其是ATM網(wǎng)絡(luò)中使用的交換設(shè)備。
為了便于連接以下描述，首先定義后面將會(huì)用到的一些術(shù)語(yǔ)。
交換設(shè)備或交換矩陣(這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)都可以使用)包括多個(gè)交換元件，它們或者相同，或者不同，按照給定的拓?fù)浠ミB。在本領(lǐng)域的(英語(yǔ))文獻(xiàn)中，這種交換矩陣也可以稱為“交換網(wǎng)絡(luò)”，因?yàn)檫@些交換元件形成了具有給定拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)。因此，如果交換矩陣的交換元件及其相互之間的連接已知，則認(rèn)為交換矩陣具有確定的形式。
交換設(shè)備由交換元件組成，它通過將多個(gè)交換元件連接成包括并行或串接的交換元件的網(wǎng)絡(luò)而形成。并行交換元件組成一個(gè)交換級(jí)。連續(xù)交換級(jí)的交換元件通過內(nèi)部鏈路按照上述拓?fù)浠ミB。
術(shù)語(yǔ)交換機(jī)用于表示配置成交換矩陣的實(shí)體。因此，交換機(jī)可以表示用于電信網(wǎng)中的信號(hào)交換的任何裝置。在本申請(qǐng)中，交換機(jī)是包交換機(jī)，因?yàn)楸景l(fā)明涉及包交換電信網(wǎng)，尤其是ATM網(wǎng)中的交換。有時(shí)還可以將交換機(jī)稱為交換系統(tǒng)。
ATM(異步傳遞模式)是面向連接的包交換技術(shù)，它由國(guó)際電信標(biāo)準(zhǔn)化組織ITU-T選作實(shí)現(xiàn)寬帶多媒體網(wǎng)絡(luò)(B-ISDN)的目標(biāo)傳遞模式方案。在ATM網(wǎng)絡(luò)中，常規(guī)包交換網(wǎng)(例如X.25網(wǎng))的問題通過發(fā)送定長(zhǎng)(53字節(jié))的稱為信元的短包來克服。每個(gè)信元包括48字節(jié)凈荷部分和5字節(jié)消息頭。該消息頭包括的數(shù)據(jù)中有地址信息，在ATM網(wǎng)絡(luò)中根據(jù)該地址信息進(jìn)行信元的尋路。此處不再進(jìn)行ATM網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步討論，因?yàn)樗鼘?duì)理解本發(fā)明并不是必要的。如果需要，可以在本領(lǐng)域的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和教科書中發(fā)現(xiàn)該課題的詳細(xì)描述。
常規(guī)TDM網(wǎng)(時(shí)分復(fù)用，也稱為STM，同步傳遞模式)中的交換機(jī)無法直接實(shí)現(xiàn)ATM網(wǎng)絡(luò)中的交換處理。為常規(guī)包網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的交換方案通常也不適用于ATM網(wǎng)的交換。優(yōu)化ATM交換體系結(jié)構(gòu)的選擇不僅受固定信元大小和信元消息頭的有限功能的影響，而且還受信元流的統(tǒng)計(jì)行為和ATM交換機(jī)必須以非常高的速率工作(目前一般約150...600Mbit/s)的事實(shí)的影響。


圖1概要地示出了從外部看的ATM交換級(jí)。該交換機(jī)有n個(gè)輸入線路I1...In，m個(gè)輸出線路O1...Om。信元流CS通過每根輸入線到達(dá)ATM交換機(jī)11。信元流中單個(gè)信元的消息頭由索引HD表示。在ATM交換機(jī)中，信元從輸入線Ii交換到輸出線Oj，同時(shí)信元消息頭的值從入值轉(zhuǎn)換成出值。為此，交換機(jī)包括轉(zhuǎn)換表12，利用它完成所述轉(zhuǎn)換。從該表中還可以看出，例如通過線Ii接收的，消息頭的值為X的所有信元都被交換到輸出端口O1，從而它們的消息頭值同時(shí)社置為值K。在不同輸入線上出現(xiàn)的信元的消息頭可以具有相同值；例如，在輸入線In接收的，具有相同消息頭值X的信元也被交換到輸出線O1，但在輸出線上它們的消息頭值為J。
下面將采用現(xiàn)有技術(shù)消息頭轉(zhuǎn)換方法描述本發(fā)明，這種轉(zhuǎn)換方法按如下步驟轉(zhuǎn)換消息頭使用交換機(jī)內(nèi)部唯一的連接標(biāo)識(shí)符，例如輸入側(cè)標(biāo)識(shí)符ICI，輸出側(cè)標(biāo)識(shí)符ECI。在這種情況下，消息頭轉(zhuǎn)換鏈?zhǔn)荲PIin/VCIin→ICI→ECI→VPIout/VCIout。這種過程的優(yōu)點(diǎn)在于，標(biāo)識(shí)符ICI和ECI可以是直接的存儲(chǔ)器地址，利用該地址可以快速地訪問與連接相關(guān)的數(shù)據(jù)。
因此，交換機(jī)的主要任務(wù)是從輸入線向所需輸出線傳送信元(包)，以及消息頭轉(zhuǎn)換。但是，在該圖中也很明顯，兩個(gè)信元可能會(huì)偶爾同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)同一輸出線的訪問。為此，交換機(jī)必須具有緩存容量以避免在該情況下不得不丟棄信元。因此，交換機(jī)的第三個(gè)主要任務(wù)是提供緩存。這三個(gè)主要任務(wù)的完成方式以及在交換機(jī)的哪個(gè)部分處理實(shí)現(xiàn)的不同導(dǎo)致了不同的交換方案。
另一方面，根據(jù)裝置中使用的交換元件是否被緩存，可以將ATM交換設(shè)備劃分成兩類。
在采用無緩存的交換元件的裝置中，信元通過裝置的路由尋址工作在信元層，使得可以為每個(gè)信元獨(dú)立選擇路由，而不管信元屬于哪個(gè)虛信道。在簡(jiǎn)化的情況下，信元通過該裝置的行動(dòng)可以被認(rèn)為包括兩個(gè)步驟。在第一步驟中，信元從輸入端口通過裝置發(fā)送，在第二步中，交換元件或輸出端口向輸入端口指示哪些信元成功地通過了該裝置。必須進(jìn)行后一步，因?yàn)槿绻旁赡車L試使用裝置的同一內(nèi)部鏈路，則所有同時(shí)傳輸?shù)男旁挥幸粋€(gè)得以繼續(xù)，其余都需要丟棄，因?yàn)榻粨Q元件沒有緩存器。這種交換設(shè)備的問題在于，它的所有元件的操作必須相互同步，即所有元件和輸入和輸出端口必須同時(shí)處于上述步驟。因?yàn)樾旁獋鬏敺浅？?，?shí)際上除上上述兩步之外，還可能需要若干其它的步驟，同步無法僅通過元件間的握手信號(hào)來實(shí)現(xiàn)，而是所有元件必須與公用的時(shí)鐘源同步，如果交換設(shè)備非常寬，則難以將時(shí)鐘信號(hào)分發(fā)給所有元件，必須將其劃分成多個(gè)插入單元。還必須注意，即使具有無緩存交換元件的交換機(jī)也必須在該裝置的輸入或輸出端口中具有緩存容量，以避免在信元同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)交換機(jī)同一輸出線的訪問情況下不得不丟棄信元。
由緩存交換元件構(gòu)成交換設(shè)備沒有上述同步需求。信元通過交換設(shè)備的路由選擇可以與虛擬信道相關(guān)。但是，為此通常必須維護(hù)一個(gè)交換設(shè)備內(nèi)部鏈路的負(fù)載記錄。緩存交換設(shè)備通常阻塞在連接層，因?yàn)閷⑵錁?gòu)造成無阻塞裝置通常需要過多的容量，使得它在經(jīng)濟(jì)上不可行。在阻塞裝置中，連接路由的選擇是嘗試減少阻塞時(shí)需要考慮的相當(dāng)重要的因素。
考慮前述因素，許多生產(chǎn)廠商希望從以下方法中尋求一種方案在具有緩存交換元件的交換設(shè)備中也在信元層選擇路由。為了避免維護(hù)裝置內(nèi)部鏈路負(fù)載記錄的必要性，并使得負(fù)載的分布更均勻，通常隨機(jī)選擇信元路由。(該選擇也可以按照適當(dāng)?shù)姆请S機(jī)算法完成)。在這種情況下，交換設(shè)備可以以合理的成本構(gòu)造成無阻塞裝置。
因?yàn)樵谶@種隨機(jī)路由選擇過程中，信元的路由會(huì)發(fā)生變化，所以后發(fā)的信元可能會(huì)更快地通過交換設(shè)備，超過較早發(fā)送的信元。這是因?yàn)榻粨Q元件的負(fù)載及其緩沖器的填充速率不斷變化，因此信元在該裝置中的停留時(shí)間也隨時(shí)間和不同路由而不同。要想恢復(fù)信元順序，必須使用稱為重新排序的特殊方案。
原則上，根據(jù)重新排序在交換設(shè)備的哪一部分中執(zhí)行，有兩種基本方案。信元可以在為此提供的重新排序(微)電路中的交換設(shè)備之后重新排序(方案1)，或者在交換設(shè)備內(nèi)部的交換級(jí)之間已完成重新排序(方案2)。
通用于上述方案的因素是測(cè)量信元通過交換設(shè)備(方案1)或者發(fā)送到交換元件(方案2)所用的傳輸時(shí)間，這可以例如利用時(shí)間戳來實(shí)現(xiàn)，之后將信元延時(shí)一段時(shí)間，該時(shí)間足以超過預(yù)定的總傳輸時(shí)間。這確保了所有信元通過交換設(shè)備的延時(shí)相同。但是，這些方案的缺陷是，它們需要在交換設(shè)備的輸出端口(方案1)，或者在交換元件(方案2)中采用非常復(fù)雜的并行處理電路。
與方案1相關(guān)的一種重新排序?qū)崿F(xiàn)在美國(guó)專利第5,481,536中公開。該方案為信元采用序列號(hào)，利用它可以推斷出通過同一連接的信元的相對(duì)順序。信元被寫入公用的存儲(chǔ)器，從內(nèi)容可尋址存儲(chǔ)器(CAM)中搜索地址，利用這些地址可以從公用存儲(chǔ)器中讀出信元。
這種方案也具有復(fù)雜的實(shí)現(xiàn)，要求特殊的存儲(chǔ)器(CAM)，該存儲(chǔ)器在檢索時(shí)間和成本上不等于常規(guī)(快速)存儲(chǔ)器。
另一方面，美國(guó)專利第5,319,360和5,173,897公開了一種ATM結(jié)點(diǎn)，其中虛連接上的信元也具有序列號(hào)，利用它識(shí)別信元的相對(duì)順序。在交換設(shè)備和結(jié)點(diǎn)的輸出端口之間的輸出單元中，信元存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，在該存儲(chǔ)器的首部提供了移位寄存器部分，之后是第一FIFO單元。從隊(duì)列的頭部將信元讀入鎖存器，信元進(jìn)一步從該結(jié)點(diǎn)的鎖存器讀出。在從鎖存器讀出之前，比較鎖存器上的信元的連接標(biāo)識(shí)符和移位寄存器部分和FIFO單元的所有其它信元的連接標(biāo)識(shí)符，對(duì)連接標(biāo)識(shí)符與鎖存器上的信元相同的所有信元進(jìn)行附加比較，在該比較中，比較這兩個(gè)信元的序列號(hào)。如果存儲(chǔ)器中的信元較早，那么它替換鎖存器上的信元，鎖存器上的信元被傳送回存儲(chǔ)器，替換掉較早的信元。通過這種方式，在需要傳送信元時(shí)，得到屬于所述連接的最早存儲(chǔ)的信元。
這種方案的缺陷在于，它包括非常復(fù)雜的存儲(chǔ)器裝置，并且它要求大量的比較處理來找到各種情況下最早存儲(chǔ)的信元。
本發(fā)明的目的是消除上述缺陷并提供一種方法，利用該方法可以使用盡可能簡(jiǎn)單的設(shè)備實(shí)現(xiàn)包的重新排序，而不需要大量的比較處理。
該目的通過獨(dú)立的權(quán)利要求所定義的方案實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明使用了上述基本方案，其中連接上的每個(gè)包(或信元)具有一個(gè)次序戳，它是一個(gè)序列號(hào)，通過它可以以正確的順序?qū)B接上的信元排序。此外，本發(fā)明采用了為預(yù)期包維護(hù)序列號(hào)的基本方案。其思想在于，將包或與其相關(guān)的信息(例如存儲(chǔ)器指針)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)區(qū)中，按照給定的預(yù)定聯(lián)系，該存儲(chǔ)區(qū)至少取決于該包的序列號(hào)。這種處理至少在每次根據(jù)預(yù)期序列號(hào)檢測(cè)到包的順序發(fā)生了改變時(shí)進(jìn)行。如果到來的包的序列號(hào)等于預(yù)期包的序列號(hào)(即如果包的次序沒有改變)，那么該包還可以直接傳送給輸出緩存器。通過在取決于包的序列號(hào)的存儲(chǔ)區(qū)中存儲(chǔ)，至少每次沒有接收到包時(shí)，按照相同聯(lián)系，可以從取決于當(dāng)前預(yù)期序列號(hào)的存儲(chǔ)區(qū)中搜索出需要傳送給緩存器(或其存儲(chǔ)器指針)的包。
在本發(fā)明的一種特定的優(yōu)選實(shí)施例中，存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)在僅根據(jù)包的序列號(hào)確定的存儲(chǔ)區(qū)中進(jìn)行，并從僅根據(jù)預(yù)期序列號(hào)確定的存儲(chǔ)區(qū)中讀出存儲(chǔ)器。通過這種方式，可以盡可能減小所需的存儲(chǔ)器容量。
下面結(jié)合圖2...6，通過附圖的例子來詳細(xì)描述本發(fā)明及其優(yōu)選實(shí)施例，在附圖中圖1說明了ATM交換的基本原理；圖2一般說明了按照本發(fā)明的交換機(jī)；圖3說明了在交換機(jī)邊界進(jìn)行的信元處理；圖4說明了通過交換設(shè)備的信元的結(jié)構(gòu)；圖5示出了在交換設(shè)備的每個(gè)輸出端口中包含的單元的框圖，該單元按照本發(fā)明的第一實(shí)施例實(shí)現(xiàn)，以及圖6示出了在交換設(shè)備的每個(gè)輸出端口中包含的單元的框圖，該單元按照本發(fā)明的第二實(shí)施例實(shí)現(xiàn)。
為了說明按照本發(fā)明的方案，下面首先給出交換機(jī)構(gòu)造的描述，該描述是從本發(fā)明的角度給出的一般描述。在這一層次上，這些方案仍然象已知的那樣。
交換機(jī)能夠從功能上劃分成3個(gè)部分，如圖2所示信元預(yù)處理單元PPU、分發(fā)部分RRS，以及路由尋址部分RS。只有后兩部分包含交換元件，因此它們形成了實(shí)際交換設(shè)備(或交換矩陣)SWN。
本發(fā)明的出發(fā)點(diǎn)是單獨(dú)考慮通過交換設(shè)備的每個(gè)連接(交換)。為此，在交換設(shè)備之前提供了信元預(yù)處理單元PPU，為每根輸入線Ii(i＝1...n)包括一個(gè)預(yù)處理單元PPUi。這些單元為每個(gè)連接上的信元指派序列號(hào)，使得每個(gè)連接具有唯一的信元序列號(hào)，該序列號(hào)獨(dú)立于其它連接。在建立連接時(shí)，可以開始信元的序列編號(hào)，例如從0開始，增大到某個(gè)上限，例如到值N-1，之后，編號(hào)重新從0開始。但是，所有連接使用相同的序列號(hào)范圍(0...N-1)，從該范圍中連續(xù)分配序列號(hào)。
分發(fā)部分RRS隨機(jī)或按照給定的預(yù)定算法為信元選擇路由，使得在給定輸入線到達(dá)的信元盡可能平均地發(fā)送給最好是分發(fā)部分的所有輸出線。這使得信元流能夠平均地分發(fā)給所有可用的路徑，這又減少了交換機(jī)的內(nèi)部阻塞。該部分的路由尋址部分RS基于包含在信元中的路由尋址標(biāo)記將信元尋路到正確的輸出端口。因此，路由尋址部分使得具有給定輸出端口地址的所有信元都從分發(fā)部分尋路到所述輸出端口，而不管它們發(fā)向路由尋址部分的哪個(gè)輸入端口。
這樣，在按照本發(fā)明的交換機(jī)中，信元所經(jīng)過的路徑由隨機(jī)或按照給定算法選擇的第一部分，以及基于路由尋址信息選擇的第二部分組成，從而信元能夠被發(fā)往正確的輸出端口。這種結(jié)構(gòu)是以前所知的。
交換設(shè)備的類型或詳細(xì)結(jié)構(gòu)對(duì)本發(fā)明并不重要，因?yàn)閷?duì)本發(fā)明而言，信元的路由尋址如何實(shí)現(xiàn)并不重要。該路由尋址可以以任何已知的方式實(shí)現(xiàn)。但是，隨機(jī)路由尋址交換設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)在于，該設(shè)備可以比較均勻地分發(fā)負(fù)載，在這種情況下，包的順序被改變的可能性也較小。因此，最好是交換設(shè)備包括一個(gè)分發(fā)部分，可以建立從該分發(fā)部分的每根輸入線(Ij，j＝1...n)到最好是分發(fā)部分的所有輸出線(RO1...ROk)的路由，該交換設(shè)備包括這樣一個(gè)路由尋址部分，其中可以(按照路由尋址信息)建立從每根輸入線(ROi，i＝1...k)到所需輸出線(Oi)的至少一個(gè)路由。
圖3示出了每個(gè)預(yù)處理單元PPUi的結(jié)構(gòu)。進(jìn)入信元首先傳送到第一轉(zhuǎn)換單元ICUi，根據(jù)包含在每個(gè)信元中的VPI/VCI標(biāo)識(shí)符生成交換設(shè)備的輸入側(cè)使用的內(nèi)部連接標(biāo)識(shí)符ICI，并將其插入信元。這樣，在輸入側(cè)，每個(gè)連接接收設(shè)備內(nèi)部唯一的連接標(biāo)識(shí)符，利用它在交換設(shè)備內(nèi)部區(qū)分不同連接的信元。最好使用交換設(shè)備內(nèi)部的連接標(biāo)識(shí)符來進(jìn)行區(qū)分，因?yàn)閂PI/VCI標(biāo)識(shí)符不使用單個(gè)連續(xù)值范圍，這在另一方面通過內(nèi)部連接標(biāo)識(shí)符實(shí)現(xiàn)。
信元從第一轉(zhuǎn)換單元傳送到編號(hào)單元SNUi，后者包括表T1，用以維護(hù)連接特定的一個(gè)順序戳SNi。該順序戳是該連接上下一待發(fā)送信元的序列號(hào)(或者通過所述連接的上一信元的序列號(hào)，在該信元到達(dá)時(shí)增量1，給該信元正確的序列號(hào))。在連接啟動(dòng)時(shí)，該編號(hào)初始化。在編號(hào)單元中，讀出附在信元上的連接標(biāo)識(shí)符ICI的值，根據(jù)讀出的值，從表中搜索對(duì)應(yīng)的序列號(hào)。采用預(yù)定數(shù)量的離散值作為序列號(hào)，例如從模計(jì)數(shù)器得到的整數(shù)值，使得計(jì)數(shù)器從連接開始時(shí)例如從0到(N-1)計(jì)數(shù)信元，之后它再次從0開始，以此類推。序列號(hào)被附在信元上。
在預(yù)處理單元中，還可以(以已知方式)將交換機(jī)內(nèi)部的路由尋址標(biāo)記插入信元；這在路由尋址標(biāo)記插入單元RIUi中進(jìn)行。每個(gè)預(yù)處理單元中的最后一個(gè)元素是第二轉(zhuǎn)換單元ICU2i，其中輸入側(cè)的連接標(biāo)識(shí)符ICI被轉(zhuǎn)換成輸出側(cè)的連接標(biāo)識(shí)符ECI。前面提過，最好在輸入和輸出側(cè)使用唯一的內(nèi)部連接標(biāo)識(shí)符，從而能夠快速訪問連接相關(guān)數(shù)據(jù)(這兩個(gè)標(biāo)識(shí)符都使用相同的地址值范圍)。
因此，到達(dá)交換設(shè)備的每個(gè)信元如圖4所示。眾所周知，實(shí)際ATM信元包括48字節(jié)的凈荷和5字節(jié)的消息頭。最好有3個(gè)標(biāo)識(shí)符字段，每個(gè)字段包含一個(gè)交換機(jī)內(nèi)部的標(biāo)識(shí)符，在交換機(jī)的輸出端將其刪除，該標(biāo)識(shí)符被插入ATM信元。消息頭字段不需要通過交換設(shè)備傳送，它可以在交換矩陣的輸入端口刪除，在交換矩陣的輸出端口插入帶有新信息的消息頭字段。路由尋址標(biāo)記字段RI_F包括交換機(jī)內(nèi)部的路由尋址標(biāo)記，信元通過它在交換機(jī)(路由尋址部分)中以已知方式尋路到正確的輸出端口。序列號(hào)字段SN_F包含編號(hào)單元所指派的序列號(hào)，或是表T1直接包含的值，或者利用該表所包含的值生成的值。連接標(biāo)識(shí)符字段ECI_F包含第二轉(zhuǎn)換單元所指派的連接標(biāo)識(shí)符ECI。
分發(fā)部分所完成的信元分發(fā)可以例如以如下方式實(shí)現(xiàn)隨機(jī)或者按照給定算法生成路由尋址標(biāo)記中對(duì)應(yīng)于分發(fā)部分中的交換級(jí)的那些比特，因此在分發(fā)部分中隨機(jī)或者按照所述算法為信元選擇路由。整個(gè)路由尋址標(biāo)記可以在交換矩陣的輸入端口生成，或者可以留下對(duì)應(yīng)于隨機(jī)分發(fā)級(jí)的部分不生成，在這種情況下，所述級(jí)獨(dú)立完成隨機(jī)分發(fā)。但是，因?yàn)槁酚蓪ぶ房梢砸匀魏我阎绞綄?shí)現(xiàn)，所以信元中不一定需要路由尋址標(biāo)記。
下面詳細(xì)描述單個(gè)輸出單元OUi的結(jié)構(gòu)和操作。
圖5說明了在按照本發(fā)明的第一實(shí)施例實(shí)現(xiàn)輸出單元時(shí)，單個(gè)輸出單元的功能框圖。輸出單元的核心由重新排序表(或者一般是重新排序存儲(chǔ)器)RST1構(gòu)成，其中存儲(chǔ)了一些到達(dá)的信元(或者這些信元的信息，例如存儲(chǔ)器指針)。在該實(shí)施例中，重新排序表為每個(gè)連接包括一行，以及數(shù)量等于每個(gè)連接(連接的數(shù)量為K)的重新排序值的數(shù)量(N)的存儲(chǔ)單元。這樣，該表總共包括K行和N列。在行和列交叉處的表元構(gòu)成一個(gè)存儲(chǔ)位置，因此在重新排序表中共有K×N個(gè)存儲(chǔ)單元。
在每個(gè)輸出單元的輸入端提供了檢查單元CU，它從每個(gè)到來的信元讀取連接標(biāo)識(shí)符和序列號(hào)。序列號(hào)單元PSN包含每個(gè)連接的序列號(hào)值，該值是該連接上下一預(yù)期信元的序列號(hào)。為此，該單元包括表T2，它與預(yù)處理單元的表T1類似。在信元到達(dá)時(shí)，該檢查單元從表T2中根據(jù)輸出側(cè)的連接標(biāo)識(shí)符值讀出該連接上預(yù)期的下一序列號(hào)值，將其與到達(dá)的信元的序列號(hào)值相比較。如果值相等，則檢查單元將信元直接傳送到FIFO類型的輸出緩存器OB，將表T2中序列號(hào)的值增量1。如果這兩個(gè)序列號(hào)不等，則檢查單元在重新排序表中存儲(chǔ)該信元，存儲(chǔ)在對(duì)應(yīng)于該信元的連接標(biāo)識(shí)符的行中對(duì)應(yīng)于該信元序列號(hào)的存儲(chǔ)單元中。每當(dāng)檢查單元將信元存儲(chǔ)在重新排序表中，它還將該信元所承載的連接標(biāo)識(shí)符存儲(chǔ)在FIFO類型的連接標(biāo)識(shí)符緩存器ECI_B中。這樣，當(dāng)信元沒有在由其序列號(hào)所指示的連接的信元隊(duì)列點(diǎn)上出現(xiàn)，則存儲(chǔ)在重新排序表和連接標(biāo)識(shí)符緩存器中。在這種情況下，表T2中序列號(hào)的值也不增加。
輸出單元還包括單獨(dú)的讀取單元SU，它連續(xù)掃描存儲(chǔ)在重新排序表中的信元，將其移入輸出緩存器，使得在輸出緩存器中，每個(gè)連接的信元的順序又變成正確順序。讀取單元可以與檢查單元并行工作，或者，例如在沒有信元到達(dá)輸出端口時(shí)工作。讀取單元首先從連接標(biāo)識(shí)符緩存器ECI_B的頭部中讀取連接標(biāo)識(shí)符，據(jù)此從序列號(hào)單元讀出所述連接上預(yù)期的序列號(hào)。之后，讀取單元在重新排序表的存儲(chǔ)單元搜索對(duì)應(yīng)于所述序列號(hào)和連接標(biāo)識(shí)符的信元。如果該存儲(chǔ)單元上有信元，則讀取單元將其傳送給輸出緩存器，將預(yù)期序列號(hào)的值增量1。如果所述存儲(chǔ)單元中沒有信元，則讀取單元將連接標(biāo)識(shí)符返回給緩存器ECI_B，從緩存器的頭部取出一個(gè)新的連接標(biāo)識(shí)符，它對(duì)該連接標(biāo)識(shí)符再次執(zhí)行上述操作。這樣，當(dāng)信元被傳送到輸出緩存器時(shí)，僅更新預(yù)期的序列號(hào)。如果發(fā)現(xiàn)信元，可以確信它被傳送到該連接的信元序列，傳送到其序列號(hào)所指示的位置。
在啟動(dòng)連接時(shí)，所述連接上的預(yù)期序列號(hào)被更新為0。如果例如編號(hào)為0的信元首先通過連接到達(dá)，則直接將它傳送給輸出緩存器。如果首先到達(dá)的信元的序列號(hào)例如是1，則將其存儲(chǔ)在列1中，在對(duì)應(yīng)于該連接標(biāo)識(shí)符的存儲(chǔ)單元。連接標(biāo)識(shí)符也存儲(chǔ)在緩存器ECI_B中。如果通過連接到達(dá)的下一信元的序列號(hào)例如是2，則再次將信元存儲(chǔ)在重新排序表中，將連接標(biāo)識(shí)符存儲(chǔ)在緩存器中。在這種情況下，當(dāng)讀取單元在序列號(hào)0到達(dá)之前讀取信元時(shí)，它發(fā)現(xiàn)重新排序表沒有包含可以進(jìn)一步傳送的信元(因?yàn)樵趯?duì)應(yīng)于0的存儲(chǔ)區(qū)沒有信元)。預(yù)期序列號(hào)保持為0，直至序列號(hào)為0的信元到達(dá)。當(dāng)該信元到達(dá)時(shí)，它直接傳送給輸出緩存器，預(yù)期序列號(hào)被更新為1。之后，當(dāng)讀取單元從緩存器中取出所述連接的標(biāo)識(shí)符，并從序列號(hào)單元PSN取出預(yù)期序列號(hào)時(shí)，它找到重新排序表中序列號(hào)為1的信元，并將其傳送到輸出緩存器。在傳送后，預(yù)期序列號(hào)被更新為2，因此，讀取單元在重新排序表中找到序列號(hào)為2的信元。
不是整個(gè)信元，而是僅有連接標(biāo)識(shí)符和公用存儲(chǔ)器的指針可以存儲(chǔ)在重新排序表的一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)，前述公用存儲(chǔ)器存儲(chǔ)所有不能直接傳送給輸出緩存器的信元。該公用存儲(chǔ)器由圖中的索引CM表示，因?yàn)樗窃摻Y(jié)構(gòu)的可選部分，所以以虛線表示。因此，重新排序表包含了信元或與信元相關(guān)的其它數(shù)據(jù)，據(jù)此可以找到該信元。特定的指針值(或比特)可指示該信元未存儲(chǔ)在公用存儲(chǔ)器中。
上述方案占用的存儲(chǔ)器空間相當(dāng)高。實(shí)際上，順序戳N的數(shù)量的實(shí)際值是512。如果假定僅在重新排序表中存儲(chǔ)指向公用存儲(chǔ)器的指針，并且連接標(biāo)識(shí)符由14比特表示，這種情況下每個(gè)端口有214＝16384個(gè)連接，每個(gè)信元在重新排序表中占用的空間是4字節(jié)(連接標(biāo)識(shí)符2字節(jié)，指針2字節(jié))，則重新排序表所需的存儲(chǔ)空間為512×16384×4字節(jié)＝32MB。
圖6說明了從存儲(chǔ)器空間占用角度來看更為有利的一種實(shí)施例。在這種情況下，重新排序表(或者一般是重新排序存儲(chǔ)器)RST2包括數(shù)量等于序列號(hào)的列，但是選擇值M作為行數(shù)，它是一個(gè)合適的限度，使得重新排序表中多于M個(gè)信元同時(shí)需要具有相同序列號(hào)的信元的可能性非常小。實(shí)際上，可以認(rèn)為M小于連接的數(shù)量，后面將會(huì)看到。
重新排序表的這種大幅度壓縮可以通過以下考慮來證實(shí)。在低速系統(tǒng)中，連接上信元的順序幾乎很難變化(在這種情況下，也不需要較大的重新排序表)，因?yàn)樵谒鼈冎校踔猎谙乱恍旁竭_(dá)交換設(shè)備的輸入端口之前，前一信元就已通過交換設(shè)備。按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ITU-T的標(biāo)準(zhǔn)I.371，交換設(shè)備的信元延時(shí)最大可以是300毫秒。信元以300毫秒間隔到達(dá)的連接的速度是1.4Mbit/s(＝1/0.0003×54(信元中的字節(jié))×8(字節(jié)中的比特)。因此，連接上速率小于1.4Mbit/s的信元序列從不需改變。因?yàn)樯鲜鲭S機(jī)路由選擇部分相當(dāng)均勻地分發(fā)負(fù)載，所以交換設(shè)備中一個(gè)路由遠(yuǎn)比較快的另一路由要快的可能性非常小。讓我們假定一種趕超情況，其中后一信元通過詢問發(fā)現(xiàn)比設(shè)備中傳送前一信元的路由少例如50個(gè)信元(這幾乎不可能)。在這種情況下，假定到設(shè)備的鏈路是STM-4級(jí)(620Mbit/s)，為了使信元的順序能夠改變，連接速率應(yīng)當(dāng)至少是12.4Mbit/s(620/50Mbit/s)。這樣，鏈路上可以容納較大數(shù)量的低速連接，幾乎不會(huì)因信元順序變化而引起問題。另一方面，對(duì)較快的連接而言，其帶寬消耗越大，問題就越多，但同時(shí)鏈路上可容納的連接數(shù)量較少(在上述情況下最多為50)。因此，可以大幅度減少重新排序表中的行數(shù)。
圖6的實(shí)施例中，如果檢查單元檢測(cè)到序列號(hào)不等于預(yù)期序列號(hào)時(shí)，它將該信元存儲(chǔ)在對(duì)應(yīng)于它的序列號(hào)的列中，在第一空存儲(chǔ)單元。檢查單元從行0開始，在順序戳所指示的列中，簡(jiǎn)單地遍歷最多M行，在緩存器ECI_B中存儲(chǔ)第一空存儲(chǔ)單元和連接標(biāo)識(shí)符。
如果另一方面，在給定時(shí)刻沒有信元到達(dá)輸出單元，否則讀取單元會(huì)有空閑時(shí)間，它檢查重新排序表是否包含適于發(fā)送的信元。在這種情況下，讀取單元在連接標(biāo)識(shí)符緩存器中搜索輸出側(cè)的連接標(biāo)識(shí)符值，并在序列號(hào)單元中搜索預(yù)期序列號(hào)(象圖5的實(shí)施例那樣)。之后，它從對(duì)應(yīng)于該序列號(hào)的列的開始處搜索(從行0開始)所述列是否包括同一連接標(biāo)識(shí)符值。一旦發(fā)現(xiàn)正確的連接標(biāo)識(shí)符，讀取單元將所述信元傳送給輸出緩存器，將預(yù)期連接標(biāo)識(shí)符增量1。如果該列并不包含正確的連接標(biāo)識(shí)符，則讀取單元將連接標(biāo)識(shí)符返回給緩沖器ECI_B中隊(duì)尾，從對(duì)頭取出新的連接標(biāo)識(shí)符，對(duì)其進(jìn)行相同的操作。
在圖5和6中，傳送的信元(或者與信元相關(guān)的信息)由細(xì)箭頭標(biāo)記，序列號(hào)的傳送由粗箭頭表示，連接標(biāo)識(shí)符的傳送由虛線箭頭表示，行號(hào)的傳送由虛線小箭頭表示，存儲(chǔ)單元占用狀態(tài)信息由小箭頭表示。在圖5中，箭頭A1和A2說明了以下指針(坐標(biāo))的傳送，該指針指示按照箭頭A3將信元傳送到其中的重新排序存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元。箭頭A4和A5分別說明了以下指針(坐標(biāo))的傳送，該指針指示按照箭頭A6將信元從中讀出的重新排序存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元。類似地，圖6中箭頭A1和A2說明了說明了以下指針(坐標(biāo))的傳送，該指針指示按照箭頭A3將信元傳送到其中的重新排序存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元。箭頭A4和A5分別說明了以下指針(坐標(biāo))的傳送，該指針指示按照箭頭A6將信元從中讀出的重新排序存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元。另一方面，箭頭A7和A8說明了在空存儲(chǔ)單元的搜索和管理中需要傳送的信息。此外，這些圖并沒有示出實(shí)現(xiàn)以上轉(zhuǎn)換ECI→VPIout/VCIout。的裝置，因?yàn)樗鲅b置與實(shí)際的發(fā)明無關(guān)。
就以下意義而言，上述讀出原則實(shí)現(xiàn)了不同連接之間的公平性重新排序表中連接具有的信元越多，從該連接標(biāo)識(shí)符緩存器中讀出該連接的標(biāo)識(shí)符的次數(shù)也就越多。
圖6的重新排序表中行的數(shù)量和必要的存儲(chǔ)容量可以例如通過以下方式大致估計(jì)。如果圖6的重新排序表RST2由快速存儲(chǔ)器，例如SSRAM(靜態(tài)同步RAM)實(shí)現(xiàn)，SSRAM目前的檢索時(shí)間低于20ns，并且信元以例如STM-4速率(即以0.68μs的間隔)到達(dá)重新排序表，在每個(gè)信元期間該單元有時(shí)間讀或?qū)懘鎯?chǔ)器至少34(＝680/20)次。如果實(shí)現(xiàn)如上所述，那么如果希望確保有時(shí)間讓至少一個(gè)信元搜索到達(dá)輸出端的每個(gè)信元，則M的值應(yīng)小于34。如果M的值是例如32，順序戳的數(shù)量例如是512，那么重新排序表僅在共享存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)連接標(biāo)識(shí)符(2字節(jié))和指針(2字節(jié))，重新排序表的存儲(chǔ)空間需求是512×32×4字節(jié)＝64kB。因此，實(shí)際上甚至可能增加N的值，使得連接信元在重新排序表中有更好的分布。
公用存儲(chǔ)器的大小不需要很大；實(shí)際上約100-200信元的存儲(chǔ)器便已足夠。
以上描述的簡(jiǎn)單過程中，信元直接位于表中該順序戳所指示的位置，即以增序排列。信元的位置也可以由已知的散列函數(shù)確定，該函數(shù)的值通過順序戳和另一常量，例如連接特定常量計(jì)算，這種情況下，所有連接上的信元均勻分布在重新排序表中。
也可以改變上述第一實(shí)施例，使得檢查單元不進(jìn)行比較，而是直接將所有信元(或指針)存儲(chǔ)在重新排序表中該連接標(biāo)識(shí)符和序列號(hào)所指示的存儲(chǔ)單元中。讀取單元從緩存器ECI_B中讀出連接標(biāo)識(shí)符，從序列號(hào)單元中讀出預(yù)期的序列號(hào)。之后，讀取單元直接在該連接標(biāo)識(shí)符值和序列號(hào)值所指示的存儲(chǔ)單元中搜索信元。如果發(fā)現(xiàn)了信元，則讀取單元將其傳送給輸出緩存器，更新所述連接的預(yù)期序列號(hào)。如果沒有發(fā)現(xiàn)信元，則讀取單元將連接標(biāo)識(shí)符返回給緩存器(ECI_B)，從緩存器的頭部取出新的標(biāo)識(shí)符進(jìn)行處理。因此，該過程是類似的，只是在這種情況下，接收信元時(shí)不進(jìn)行順序戳的比較，而是將到來的所有信元(或其存儲(chǔ)器指針)存儲(chǔ)在重新排序表中，將連接標(biāo)識(shí)符存儲(chǔ)在FIFO緩存器ECI_B中。這種實(shí)施例的功能框圖對(duì)應(yīng)于圖5和6，但是在這種情況下，檢查單元和序列號(hào)單元之間，或者檢查單元和輸出緩存器之間不提供連接。讀取單元每次從重新排序表中將一個(gè)信元移到輸出緩存器時(shí)，更新預(yù)期序列號(hào)。
公開的第一實(shí)施例在延時(shí)方面較為有利，因?yàn)槠渲写蠖鄶?shù)包可以直接傳送給輸出隊(duì)列。
盡管以上結(jié)合附圖的例子解釋了本發(fā)明，但顯然本發(fā)明并不局限于此，它可以在后附權(quán)利要求書所提出的創(chuàng)新思想范圍內(nèi)有所變化。例如，可以在圖5和6的輸出單元中增加連接特定信元或時(shí)間計(jì)數(shù)器，用于指示多于給定數(shù)量的信元到達(dá)了重新排序表，并且正在等待，或者重新排序表中的信元已等待了足夠長(zhǎng)的時(shí)間，在這種情況下，可以假定其間已丟失了至少一個(gè)信元，預(yù)期序列號(hào)可以增量1。只有存儲(chǔ)器指針作為包相關(guān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在重新排序表中，連接標(biāo)識(shí)符可以從公用存儲(chǔ)器中搜索，盡管這種方案需要附加的存儲(chǔ)器搜索。這樣，當(dāng)后附權(quán)利要求提到包數(shù)據(jù)時(shí)，這應(yīng)當(dāng)理解成是指包或包的一部分，或者利用它可以發(fā)現(xiàn)包或包的一部分的任何信息。輸出單元也可以包括不同業(yè)務(wù)量類別的多個(gè)連接標(biāo)識(shí)符緩存器(ECI_B)和其它連接特定信息，讀取單元可以利用這些連接特定信息來例如促成對(duì)延時(shí)敏感的業(yè)務(wù)量。
權(quán)利要求
1.一種包交換電信網(wǎng)的交換裝置，該交換裝置包括-多個(gè)輸入端口和多個(gè)輸出端口，-交換設(shè)備(SWN)，-每個(gè)輸出端口和交換設(shè)備之間的輸出單元(OUi)，所述輸出單元包括一個(gè)輸出緩存器(OB)，其中存儲(chǔ)發(fā)出的包，每個(gè)包在離開交換設(shè)備之后，存儲(chǔ)在相應(yīng)的輸出端口的輸出緩存器中，按照該交換裝置，-使用虛連接進(jìn)行包交換，屬于每個(gè)虛連接的包中的序列號(hào)用于表示這些包的相對(duì)順序，每個(gè)虛連接具有位置的連接標(biāo)識(shí)符，以及-輸出單元(OUi)維護(hù)當(dāng)前預(yù)期包的序列號(hào)的虛連接特定信息，屬于給定虛連接的包按照包的序列號(hào)以正確次序排序，其特征在于，-包數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)區(qū)中單獨(dú)的重新排序存儲(chǔ)器(RST1，RST2)中，存儲(chǔ)區(qū)至少根據(jù)包的序列號(hào)確定，以及-利用重新排序存儲(chǔ)器，在各種情況下從至少根據(jù)預(yù)期序列號(hào)確定的重新排序存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)區(qū)中搜索包數(shù)據(jù)，將包傳送給輸出緩存器，從而在發(fā)現(xiàn)給定包數(shù)據(jù)時(shí)，所述包被傳送到輸出緩存器，以及-當(dāng)包被傳送到輸出緩存器時(shí)，更新預(yù)期包的序列號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的交換裝置，其中比較到達(dá)輸出單元的信元的序列號(hào)和預(yù)期包的序列號(hào)，其特征在于，當(dāng)序列號(hào)和預(yù)期包的序列號(hào)相等時(shí)，每個(gè)包被直接傳送給輸出緩存器，當(dāng)包的序列號(hào)和預(yù)期包的序列號(hào)不等時(shí)，每個(gè)包被傳送給重新排序存儲(chǔ)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的交換裝置，其特征在于，-包數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在僅根據(jù)包的序列號(hào)確定的存儲(chǔ)區(qū)，在從所述存儲(chǔ)區(qū)開始處開始的第一空閑存儲(chǔ)單元中實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)，以及-從僅根據(jù)預(yù)期序列號(hào)確定的存儲(chǔ)區(qū)的重新排序存儲(chǔ)器搜索包數(shù)據(jù)，該搜索通過連續(xù)遍歷所述存儲(chǔ)區(qū)的存儲(chǔ)單元來實(shí)現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的交換裝置，其特征在于，重新排序存儲(chǔ)器是兩維表，包數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在其中，并從該表的存儲(chǔ)區(qū)搜索，該表由各種情況下的序列號(hào)所指示的行或列構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的交換裝置，其特征在于，所述存儲(chǔ)區(qū)中單獨(dú)可尋址的存儲(chǔ)單元的數(shù)量小于支持的連接的數(shù)量。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的交換裝置，其特征在于，至少將與包相關(guān)的連接標(biāo)識(shí)符存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元中。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的交換裝置，其特征在于，根據(jù)包的序列號(hào)以及與包相關(guān)聯(lián)的連接標(biāo)識(shí)符確定存儲(chǔ)單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的交換裝置，其特征在于，重新排序存儲(chǔ)器是兩維表，包數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在其中，并從該表的存儲(chǔ)區(qū)搜索，該存儲(chǔ)區(qū)由包的序列號(hào)所指示的第一維坐標(biāo)和與包相關(guān)聯(lián)的連接標(biāo)識(shí)符所指示的第二維坐標(biāo)的交叉點(diǎn)上的表元確定。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的交換裝置，其特征在于，到達(dá)輸入端口的包所承載的連接標(biāo)識(shí)符形成交換機(jī)內(nèi)部的連接標(biāo)識(shí)符，它被插入需要傳送通過交換設(shè)備的包中。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的交換裝置，其特征在于，包被存儲(chǔ)在公用存儲(chǔ)器(CM)中，包數(shù)據(jù)包括一個(gè)指向公用存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)該包的區(qū)域的指針。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包交換電信網(wǎng)的交換裝置。該交換裝置包括多個(gè)輸入端口和多個(gè)輸出端口,交換設(shè)備(SWN),以及每個(gè)輸出端口和交換設(shè)備之間的輸出單元(OU
文檔編號(hào)H04L12/56GK1267441SQ98808148
公開日2000年9月20日 申請(qǐng)日期1998年7月14日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月14日
發(fā)明者皮特里·海曼 申請(qǐng)人:諾基亞網(wǎng)絡(luò)有限公司