專利名稱：用于電信網絡節點的分組交換系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于電信網絡領域，并且涉及網絡節點中所使用的交換系統。
背景技術：
本發明更特別地涉及能夠處理組織成分組的數據(分組交換)的交換系統。其還涉及所謂的“多服務”交換系統，即能夠實現分組交換，以及處理以其它的傳輸格式(電路交換)所組織的數據，典型地以諸如那些遵照SDH或SONET協議，又或者ODU(“光數據單元”)的時分復用(“TDM”)所組織的數據。
術語“分組”在這里意味著根據將要傳輸的信息數據(“有效負載”)的預置格式而組合的任何一組數據，以及包含于例如報頭中的輔助數據。報頭特別地含有對分組的目的地以及一般服務質量等級的指示。指示可以是明確的目的地址或者是代表該目的地的“標記”。最常見的分組格式包括大小可變的IP(網際協議)、MPLS或以太網分組，以及大小固定的ATM信元。
可以回想到網絡包括由傳輸鏈路互連的多個節點。節點經常連接到幾個其它的節點，并且因而合并路由鏈路，以根據數據相應的目的地將接收于上游鏈路的信號所攜帶的數據選擇性地交換到其它的下游鏈路。一些節點具有能夠將數據引入網絡或者從網絡提取數據的訪問功能。
為了實現路由功能，節點被配備了交換系統，或者更簡單地，“交換機”。交換系統包括一方面通過上游鏈路連接到用戶站或其它節點的許多輸入端口，以及另一方面通過下游鏈路連接到其它用戶站或其它節點的接收機的許多輸出端口。通常，交換系統的功能是選擇性地根據通過其各種輸入端口所接收的數據流的相應的目的地，將該數據流交換到分配給這些目的地的輸出端口。
交換系統的基本任務是沖突管理，即數據交換的固定檢查，以便將大量接收到的運往單個輸出端口的數據在不同的時間引導至該端口。系統的性能由其帶寬，即在不丟失數據的情況下系統可以平均交換的總的二進制數據輸出來評估。
圖1示意性地表示交換系統的典型結構。該系統包括由中央控制器2操縱的交換矩陣1、分別由輸入控制器IC1、IC2、ICi、ICm操縱的多個輸入模塊IM1、IM2、IMi、IMm，以及分別由輸出控制器OC1、OC2、OCi、OCn操縱的多個輸出模塊OM1、OM2、OMj、OMn。輸入模塊通過輸入端口IP1、IP2、IPi、IPm分別連接到上游鏈路，并且輸出模塊通過輸出端口OP1、OP2、OPj、OPn分別連接到下游鏈路。每個輸入端口IPi或者輸出端口OPj可以“聚合”多個物理或邏輯分組傳輸通道。輸入和輸出模塊還與組合了中央系統控制功能的中央控制器2協作。輸入和輸出模塊的數目m和n經常是相等的，但根據所討論的網絡的類型和部分可能不同。
通過輸入模塊IMi將通過輸入端口IPi接收的用于交換的數據傳輸到矩陣，并且根據從中央控制器2接收的指令，矩陣借助于輸出模塊OMi實現將該數據選擇性地交換到輸出端口OPj。為了交換控制信號和與選擇性交換的正確運行有關的數據，每個輸入模塊IMi或輸出模塊OMj還與控制器2通信。
更確切地，每個輸入模塊IMi利用關聯的上游鏈路都具有物理接口任務，并且包括存儲和處理接收到的數據的裝置，這些裝置被設計以臨時存儲該數據，例如在分組的情況下，同時形成和管理分組隊列。如果在網絡中提供服務質量的幾個等級(或者更簡單地“服務等級”)，則會提供許多隊列并且將隊列分別分配給這些等級。
通常，規劃每個輸入模塊以構成由目的輸出端口以及由服務質量等級二者所組織的許多隊列。因而，這些隊列中的每一個均含有前往特定的輸出端口并且享有特定的服務質量等級的等待分組。如果輸出模塊的每一個都被提供來管理共享相同的輸出端口的許多輸出通道，則還會針對每個輸出端口輸出通道，針對每個服務質量等級來提供隊列。這樣組織的隊列有時被稱為“虛擬輸出隊列”或VOQ。
管理隊列包括首先利用接收到的新數據來不斷地插裝這些隊列，并且其次從這些隊列提取經準許將要傳送到矩陣的數據。
首先在輸入模塊IMi與交換矩陣1之間的數據傳送，以及其次在矩陣與輸出模塊OMj之間的傳送，通常會通過此后被稱為“傳送持續時間”的固定持續時間T的連續的交換周期來實現。交換還應當被設計，以便利用每個交換周期，每個輸入和輸出模塊可以同時分別發送和接收許多分組。例如，可以規劃輸入模塊以利用每個周期構成并且發送合并了一組分組的數據塊，大小固定的每個塊合并了分別與不同的輸出模塊關聯的許多組分組，每個組包括計劃給關聯于該組的單個輸出模塊的分組。組的大小應當可編輯。如有必要，還會將其再分成分別關聯于許多通道和/或許多服務等級的子組。在2005年6月29日公布的歐洲專利申請EP 1549103中更為詳細地描述了該類型的交換機，該申請對應于公布為US 2005/0135350的美國申請。
為了矩陣可以實現如此傳送的數據的交換，中央控制器必須特別了解該傳送數據必須被矩陣交換到哪些相應的輸出端口。從包含于分組報頭中的目的地，并且根據預先載入路由表中的路由數據獲得該交換數據。裝載輸入模塊用于準備該交換數據并且將其傳輸到中央控制器，以及被傳送到矩陣的相關分組。控制器然后考慮關聯于分組的交換數據以便然后能夠交換它。
該控制數據通常被稱為“開銷”，并且被添加到“相關的”信息數據用于交換。圖1表示了該方面，其中相關的負載以及開銷分別由空白矩形PL和陰影矩形OH表示。
在以上提及的實際的交換操作之前，分組交換系統的基本功能是這樣的機制，即該機制使你在操作期間的任何時間對多少數據以及從哪些允許傳送的隊列進行選擇。常規地，將該任務給予所謂的“仲裁”裝置(“調度器”或“仲裁器”)，其被提供來根據預定義的規則實現選擇。
為了識別將要選擇的數據，仲裁裝置運行被設計以根據所選擇的準則來優化數據傳送的仲裁過程。在其它可能的準則中，至少必須滿足這些條件-避免沖突，如已闡明的；-準許輸入模塊按照周期傳送與一方面在每個輸入模塊與矩陣之間，且另一方面在矩陣與每個輸出模塊之間的最大傳送容量一致的數據量。
此外，好的仲裁機制一般必須滿足以下補充條件-以“公平”度對排隊分組進行選擇，即按照盡可能短的時間范圍上所估計的平均傳送時間公平地處理具有單個服務等級的所有分組，而不管它們經由哪些輸入和/或輸出端口轉接，例如，通過考慮用于交換的分組到達的順序；-根據它們各自的服務等級，給予將要提取的分組具有不同的優先權的隊列；-有助于優化交換資源的使用，即最大化其帶寬。
總之，仲裁機制實現可通過連續的仲裁周期執行的仲裁函數，以便對每個周期以及對每個隊列，并且根據由所有的輸入模塊所發送的請求，確定在具有固定的傳送周期T的單個交換周期內，用于從管理該隊列的輸入模塊傳送到矩陣的所接受的數據量。
如果在每個輸入模塊中提供幾個隊列，例如每服務等級和/或每通道的隊列，關于數據量可以區別幾個粒度級。這產生了與理解本發明的上下文有關的許多定義。
我們將相對于輸入模塊的“分項”分組量定義為構成由該輸入模塊所接收的一組分組的數據量，其具有特定的優先級并且被分配給特定的輸出模塊的單個輸出通道。如果后者具有固定的大小，該量可以是例如許多字節或二進制字或者信元或分組。
“請求”會是這樣的分項分組量的表達，其在輸入模塊準備傳送以前等候，并且會由“需要的”分項分組量指定“請求”。
對于所有的優先級以及對于由輸入和輸出模塊對IMi-OMj中的輸出模塊OMj管理的所有的輸出通道，所謂的“合計”分組量通常被定義為相對于特定的輸入和輸出模塊對IMi-OMj分項的幾個量的總和。
用于輸入模塊IMi的以及相對于從該輸入模塊和特定的輸出模塊OMj所形成的對的“需要的”合計分組量，被定義為在該輸入模塊準備傳送以前排隊的合計分組量。
相對于特定的輸入模塊IMi的“接受的分項”分組量被定義為這樣的分項分組量，即準許該輸入模塊的輸入控制器ICi在單個交換周期的單個傳送周期T期間傳送該分項分組量。
用于輸入模塊IMi的以及相對于由該輸入模塊和特定的輸出模塊OMj所形成的對的“接受的合計”分組量，被定義為這樣的合計分組量，即準許該輸入模塊的輸入控制器ICi在單個交換周期的單個傳送周期T期間傳送該合計分組量，其與相對于從該輸入模塊和其它的輸出模塊所形成的其它對的其它接受的合計量相競爭。
不管輸入模塊中隊列的數目和組織，我們可以在一般的仲裁機制中區別特定的仲裁函數，稱為“中央仲裁函數”，該函數具有作為其特殊的任務的對于每個周期根據請求確定“接受的合計”量，該量因此是這樣的分組量，即該分組量至多等于需要的合計量，限于可以在固定的傳送周期T期間，一方面在每個輸入模塊與矩陣之間，且另一方面在矩陣與每個輸出模塊之間傳送的最大數據量。
分別相對于每個輸入模塊的以及相對于每個輸出模塊的這些最大量分別被稱為“最大輸入容量”和“最大輸出容量”。
一般的仲裁機制因而會包括該中央仲裁函數以及更特別地被裝載以考慮與服務等級和不同的輸出通道端口有關的補充限制的“分項”仲裁函數。
當然，在每輸入模塊僅提供單個隊列的系統中，一般的仲裁機制會與中央仲裁函數相同。
本發明特別涉及這樣的中央仲裁函數及其在交換系統中的使用。因此，此后僅展開此部分。此外，由于僅涉及以上所定義的合計分組量，因此今后術語“合計”將被省略并且被認為是隱含的。
本發明的一個目的是提出一種交換系統，其中設計中央仲裁函數以-遵守矩陣與輸入和輸出模塊之間的最大傳送容量，-允許關于分組的良好公平，而不管它們通過哪些輸入和輸出模塊轉接，-準許相對簡單的實現，甚至是對高容量交換，并且尤其是對在處理時間上施加了嚴格限制的多服務交換系統。
例如，將在光纖基礎設施網絡(英語中的“骨干”)中普遍安裝的交換系統通常必須遵守以下規范-既處理分組又處理“TDM”電路交換業務；-處理每輸出端口幾百個通道；-處理每個輸入模塊中的幾千個隊列。
可以用數學公式將中央仲裁函數表示為具有限制的矩陣問題的解決方案。事實上，可以將與所有的輸入和輸出模塊對IMi、OMj有關的所有請求表示為具有m行和n列的請求矩陣，其中i行和j列處的每個元素是分組的需要量RQij，該分組是從輸入模塊IMi向輸出模塊OMj傳送的候選者。圖2表示在m＝n＝4的特殊情況下的這樣的矩陣[RQij]。
仲裁函數因而包括計算相同大小的矩陣[GRij](未示出)的元素，其中在i行和j列相交處的每個元素是相對于相應的輸入和輸出模塊對IMi、OMj的接受量GRij，接受量必須滿足先前所提及的條件。
對于此類計算，可以使用常規的方法，例如Brikhoff方法。其實現然后包括例如基于微處理器使用程控運行相應的算法的常規處理裝置。
因為計算接受量包括對每個周期的所有的需要量，因此該解決方案可以在公平方面獲得精確的結果。然而，對于高容量交換，這需要長運行時間和/或強加資源給因此而昂貴的特高速處理裝置。
為了產生高容量交換，仲裁函數的實現應當更簡單。為實現這點，本發明提出了能夠既順序又并行地操作的特定的體系結構，但其在公平方面仍然是適合的。
發明內容
更確切地，本發明的目的是一種用于電信網絡節點的交換系統，其包括m個輸入模塊和n個輸出模塊，每個模塊與交換矩陣以及控制所述矩陣的中央控制器協作，所述系統能夠通過所述矩陣，將經由所述輸入模塊接收的數據分組根據其各自的目的地，選擇性地交換到相應的目的輸出模塊，與特定的一對輸入和輸出模塊有關的分組量，其被定義為構成由該輸入模塊所接收的并且計劃給該對的輸出模塊的分組的數據量，與特定的一對輸入和輸出模塊有關的請求是被稱為“需要的”量的代表，其被定義為在該輸入模塊中排隊的分組的以及將要傳送到該輸出模塊的候選者的量，所述中央控制器合并中央仲裁單元以便實現通過連續的仲裁周期可執行的仲裁函數，每個周期根據與所有的輸入和輸出模塊有關的所述請求，確定被定義為分組量的稱為“接受的”相應的量，其至多分別等于所述需要量，限于能夠在固定的傳送周期期間，一方面在每個輸入模塊與矩陣之間且另一方面在矩陣與每個輸出模塊之間傳送的數據的最大量，這些最大量分別被稱為“最大輸入容量”和“最大輸出容量”，其特征在于所有的輸入和輸出對都能夠被分成N個單獨的子組，從而使得輸入模塊和輸出模塊均不屬于一對以上的單個子組，對于每個仲裁周期，所述中央仲裁單元能夠激活分別關聯于p個函數的p個連續的階段，并且合并每個都能夠運行所述p個函數的多個處理單元，每個函數應用于被稱為“剩余需要量”、“輸入容量”和“輸出容量”的至少三個參數，以及相對于該對的所述最大輸入和輸出容量，在所述參數中，值是相對于單個對的，并且由對應于請求的需要量在所述周期的起始處分別設置，在于每個階段由分別關聯于所述子組的N個連續的步驟組成，每個步驟由所述處理單元并行地運行，以便為每對關聯的子組實現以下操作-通過將關聯于包括該步驟的階段的函數應用于所述參數的值，計算所謂的“部分”接受量值(dGR)，-通過從所述參數在步驟的起始處具有的每個值中減去該部分接受量值，計算所述參數的修訂值，所述修訂值為下一步驟提供參數值，相對于單個對的并且在完整的周期期間所計算的部分接受量值的總和，構成與該對有關的接受量，以及在于所述p個函數是這樣的，即對于所述三個參數的特定的正值，對特定的階段合成的部分接受量值＞對前面的階段所獲得的合成值。
在連續的階段以及相對于如上所定義的輸入和輸出模塊對的子組的步驟中組織仲裁過程的舉動，準許通過并行運行的、相互獨立的幾個處理裝置來執行每個步驟，與常規的解決方案相比，其減少了處理時間。
此外，當體系結構模塊化時，其具有易于升級的優點，即允許系統元素的自適應以改變到輸入和輸出端口的數目，而沒有太多的問題，不增加處理時間。這對于產生先前所提及的多服務交換系統特別有用。實際上，通過TDM類型的單個數據矩陣的處理施加給系統同步于所施加的節奏的操作，與簡單的分組交換系統相比，其對仲裁函數構成補充限制。
為了提供符合要求的公平而不管將要支持的業務類型，應當對特定的周期定義所述子組以區別于對隨后的周期而定義的那些。該部署會以同樣的方式使每個輸入與輸出模塊被處理，至少在幾個周期上平均。
其次，假定實際上在每個周期的結尾處，所計算的接受量確保與最大輸入和輸出容量一致，則根據使用上下文，可以以不同的方式設想函數。
根據遵守該條件的一個特定的實施例，每個函數由具有關聯于該函數的值的除數分別除需求量、輸入容量和輸出容量的所述參數的所述值中的最小者而組成，分別關聯于p個連續階段的所述除數從初始值遞減直到達到等于1的最終值。
這樣，由于其實現基本上需要比較器和除法器電路，因此易于產生每個函數。此外，取得等于1的最終值的舉動保證不會有傳送容量未用過。
每個因子應當具有等于2的冪的值。這樣除法器電路可以由單個移位寄存器組成。
然而，存在用于定義輸入和輸出模塊對的子組的各種選項。盡管如此，子組的選擇應當允許子組的選擇盡可能均勻地在處理單元中劃分仲裁函數。
因此，優選地，輸入和輸出模塊對的子組的選擇每個都會由單個數目M的輸入和輸出模塊對組成。中央仲裁單元因此還可以包括M個處理單元，這些單元與打算同步和/或協調相應的處理單元操作的普通序列發生器協作。
本發明的其它方面以及優點在以下參照附圖的描述中將變得明顯。
圖1如前所述示意性地表示可以使用本發明的交換系統的例子。
圖2如前所述是請求的矩陣表示。
圖3示意性地示出了根據本發明的中央仲裁單元。
圖4表示根據實現本發明的第一方法的仲裁周期階段的第一指數矩陣代表。
圖5表示根據實現本發明的第二方法的仲裁周期階段的第二指數矩陣代表。
圖6是解釋根據本發明的仲裁單元的操作的流程圖。
具體實施例方式
圖3示意性地表示與輸入模塊IM1、IM2、IMi、IMm相連的中央仲裁單元CSC的實現的例子。
仲裁單元CSC基本上包括與處理單元PU1、PU2、PUi、PUm協作的序列發生器SQ。根據所表示的例子，處理單元的數目和輸入模塊的數目相同，但如稍后將解釋的一樣，這不是僅有的可能性。
設計序列發生器SQ以將連續的仲裁周期激活到特定的節奏。該節奏理論上是固定的頻率Fa，但是如果需要，它可以遵循其它的規則。
對于每個仲裁周期，序列發生器SQ激活分別關聯于p個函數的p個連續的階段。這p個函數例如由除數的不同值dx來定義，其中“x”是1和p之間且包含1和p的整數，其中每個值是特定周期的相應階段的指示符。
根據所表示的例子，序列發生器還合并了在每個階段期間激活N個連續的步驟的裝置，每個步驟由1和N之間且包含1和N的整數“y”標識。
在每一步驟，序列發生器從存儲器Mj提取(或準備)指數j，該指數j標識將關聯于指數i的輸入模塊的輸出模塊，從而使得不同的處理單元實現應用于請求的規定的操作，該請求與由這些指數標識的輸入和輸出對IMi-OMj有關。在圖上，該函數標記為j(i，y)，“y”在1和N之間且包含1和N。
序列發生器還包括存儲器MCO，該存儲器在每一步驟更新并且存儲與不同的輸出模塊有關的輸出容量的值。標記在階段x的步驟y的起始處將要考慮的輸出模塊OMj的輸出容量值為COj(x，y)。在周期的起始處，即在周期的第一階段的第一步驟的起始處，每個輸出模塊的輸出容量會使其最大輸出容量作為值。隨后，在涉及該輸出模塊的每一步驟的結尾處，更新該容量以取得對應于“剩余”輸出容量的值。
處理單元PUi每個合并能夠實現p個函數的電路，該p個函數對應于每個仲裁執行周期的p個連續的階段。
每個函數支持與單個輸入和輸出模塊對有關的至少三個參數“需要量”RQ、“輸入容量”CI和“輸出容量”CO，在由序列發生器激活的每個周期的起始處設置它們相應的值。在每一步驟，將函數應用于這些參數以提供部分接受量值。然后，通過從三個參數在步驟的起始處具有的每個值中減去該部分接受量值，為下一步驟重新設置參數值。
相對于單個對的并且在單個完整的周期期間所計算的所有的部分接受量值的總和grij，因而構成與該對有關的接受量GRij。然后，將相對于每一對的該接受量GRij的值傳輸到相關對的每個輸入模塊。
在一個特定的實施例中，序列發生器SQ控制處理單元，以便給它們指示在每個階段將要執行的函數和在每個步驟相關的輸入和輸出模塊對，以及將由該步驟包括的輸入和輸出容量值。
稍后將參照圖6給出該特定情況中有關順序操作的更詳細的解釋。
在此之前，解釋用于實現本發明的各種可能性會是有用的。為做到這點，重申圖2所介紹的矩陣表示是方便的。根據該表示，矩陣[RQij]的每個元素RQij的指數對ij標識各種輸入和輸出模塊對IMi-OMj。
在所示出的例子中，輸入模塊的數目m等于輸出模塊的數目n。我們已取m＝n＝4，深知實際上輸入或輸出模塊的數目確實會大得多，例如等于32或者更多。顯然，m＜n的情況由列數多于行數的矩形矩陣表示，例如4列和3行。相反地，m＞n情況由行數多于列數的矩形矩降表示，例如4行和3列。
本發明的一個特征包括規定將所有的輸入和輸出模塊對IMi-OMj劃分(或分割)成N個單獨的子組，從而使得輸入模塊和輸出模塊均不屬于一對以上的單個子組。這意味著代表矩陣被分成N個對角線或部分對角線，至接近于分別被分配給輸入和輸出模塊的行和列的排列。
關于構成子組的輸入和輸出模塊對的數目的選擇以及因此對角線或部分對角線的元素相應的數目，適宜進行以下觀察。
首先，對角線元素的數目至多≥兩個數m和n。其次，為了符合要求地使用處理裝置，優選地，應當及時均勻地并且在處理單元中劃分仲裁函數。為此，對于輸入和輸出模塊對的每個子組來說，由單個固定數目的對M組成是適當的。這意味著會將矩陣分成合并了單個數目的元素M的對角線或部分對角線。該結果是對角線或部分對角線的數目以及因而每個階段的步驟通過N＝m.n/M給出。
這種情況適于這樣的實現，即中央仲裁單元包括M個處理單元，每個這些單元每階段執行N個步驟。
優選的情況是每個子組對應于完整的對角線，其對應于最大平行性(maximum parallelism)。
在這種情況下，為了限制數據在單元和序列發生器之間交換，每個處理單元還應當固定不變地要么關聯于單個輸入模塊IMi，要么關聯于單個輸出模塊OMj。換句話說，應當保留每個處理單元PUi用于處理-關聯的單個輸出模塊IMi所需要的并且計劃給n個輸出模塊的量，-或者m個輸入模塊所需要的并且計劃給單個關聯的輸出模塊(OMj)的量。
如果m和n不相等，應當選擇N≥m和n二者，并且M應當至少等于m和n兩個數中的較小者，每個處理單元PUi專用于處理需要量，分別取決于m＜n或m＞n，其涉及關聯的輸入模塊IMi或者關聯的輸出模塊OMj。
該實現具有取得具有最小數目的處理單元的最大平行性的特性。
借助于與一個階段有關的指數矩陣[ij]，圖4中描述了根據這些規則的第一例。矩陣的每一列逐步地包括請求的指數ij的序列，根據該請求，由關聯于單個輸入模塊IMi的單個處理單元PUi處理圖2的矩陣[RQij]和該請求。每一行因而表示在單個步驟期間由處理單元PU1-PU4平行處理的請求的指數ij。因此，形成指數矩陣[ij]的連續行從矩陣[RQij]指定相應的請求指數，其在單個周期的每個階段的連續的步驟y＝1至4期間被處理。
如果m＜n，則指數矩陣將僅有m列和n行，如圖4中所示，其中括號中示出了缺少的指數，在作為例子而給出的情況下，n＝4并且m＝3。一般而言，每階段因此會有m個處理單元和n個步驟。
借助于另一指數矩陣[ij]在圖5中描述了第二例，其中每一列包括請求的指數ij，該請求由關聯于單個輸出模塊OMj的單個處理單元處理。
如在先前的情況下，如果m＞n，則指數矩陣將僅有n列和m行，如圖5中所示，其中括號中示出了缺少的指數，在作為例子而給出的情況下，n＝3并且m＝4。一般而言，每階段因此會有n個處理單元和m個步驟。
然而，輸入和輸出模塊對的子組的選擇通過考慮下面的備注(remark)而遵循其它的準則。
由處理單元計算的接受量GRij通常計劃給輸入模塊IMi，其是相應的請求RQij的源。
再者，為了簡化涉及處理單元的互連，如果由輸入模塊創建請求RQij，則在任何情況下這都可能是有利的，即應當保留每個處理單元用于處PUi理由單個關聯的輸入模塊IMi輸出的需要量。當然，由于每個處理單元PUi仍然關聯于單個輸入模塊IMi，因此根據圖4的示圖，例如，可以直接完成從每個輸入模塊到關聯的處理單元的請求的傳輸以及作為接受量的回復的傳輸，而不需要可編輯的交換接口。
可以注意到，如果m＞n，則系統會像存在m個輸入模塊和m個輸出模塊似的發揮作用，區別在于會運行與m-n個不存在的輸出模塊有關的虛擬步驟，以便維持處理單元的同步。
圖6將用于解釋仲裁單元的順序操作。
根據將針對特定的情況所描述的示圖，該操作涉及序列發生器SQ和所有的處理單元PUi，在所述特定的情況下，每個處理單元關聯于相應的輸入模塊。圖6更確切地示出了處理單元PUi如何與序列發生器SQ協作，其中，保留該處理單元用于處理與單個關聯的輸入模塊IMi有關的需要量RQij。
此外，已選擇特殊的仲裁函數作為例子。
圖6以流程圖的形式分組主要操作A1至A11，該主要操作A1至A11在連續的步驟和階段期間，由關聯于輸入模塊IMi的I′處理單元PUi順序地實現，并且與序列發生器SQ進行數據交換。
為了便于解釋，我們應當首先回想或定義所使用的記號-CIi輸入模塊IMi的最大輸入容量；-CI“輸入容量”參數，在每一步驟的結尾處修訂在每一步驟的起始處所包括的該參數的值；-COj輸出模塊OMj的最大輸出容量；-RQij對應于請求的需要量，該請求由用于將分組傳送到輸出模塊OMj的輸入模塊IMi發送；-GRij響應于需要量RQij的接受量，-rqij在每一步驟的結尾處所修訂的相對于IMi-OMj對的剩余需要量的值；-RQ“剩余需要量”，其在每一步驟的起始處取得在先前的步驟中所修訂的剩余需要量的值rqij；-p每周期的仲裁階段的數目；-x仲裁階段的指示符(序號)；-D與用于經過執行的階段的仲裁函數有關的除數；-dx用于各種x階段的除數的值；-N每仲裁階段的步驟的數目；-y仲裁階段中步驟的指示符(序號)；-CO“輸出容量”參數，在每一步驟的結尾處修訂在每一步驟的起始處所包括的該參數的值；-COj(x，y)用于特定的輸出模塊OMj的輸出容量值，以考慮作為在階段x的步驟y的起始處的參數CO的值，在步驟的結尾處所修訂的CO的值為相同階段x的下一步驟y+1提供相同的輸出模塊的輸出容量值；-dGR每步所計算的部分接受量；-grij與IMi-OMj對有關的并且從周期的起始計算的部分接受量值的累積；如示圖上所示意性表示的，仲裁周期開始于設置操作，對于每個周期重復該操作-在A1中，將關聯的輸入模塊IMi的最大輸入容量值CIi分配給輸入容量CI，-在A2中，將分別與由輸入模塊IMi和n個輸出模塊OMj所形成的n個IMi-OMj對有關的部分接受量值的累積grij設置為0。
-在A3中裝載對應于請求的需要量RQij，該請求與分別從輸入模塊IMi向n個輸出模塊OMj傳送的分組有關。
如果由輸入模塊準備請求，則相應的需要量RQij可以通過單個鏈路直接在每個輸入模塊IMi與關聯的處理單元PUi之間傳送，而沒有通過序列發生器SQ的任何交換舉動。如果由輸出模塊準備請求則情況不會是這樣。
由對周期的特定的設置操作使仲裁周期連續。為了做到這點，通過合適的裝置Mj(預加載的存儲器或程控模塊)，序列發生器可以為每個周期標識輸入和輸出對IMi-OMj的連續，對于輸入和輸出對，必須由該周期的每個階段的連續的步驟包括相應的請求。
如在我們的例子中，諸如PUi的每個處理單元僅處理與諸如IMi的單個關聯的輸入模塊有關的需要量RQij，通過輸出模塊OMj的單個指數j的值的連續，完全可以為每個處理單元PUi標識對的連續，該連續對于每個輸入模塊IMi是特定的，并且因而被標記為j(i，y)，“y”在1和N之間且包括1和N。相應地，對每一步驟的y，單元接收對于將要執行的步驟相關的輸出模塊OMj的標識符j(i，y)。
此外，通過適合的裝置Md(例如預加載的存儲器)，序列發生器可以為每個周期標識分別關聯于周期的p個連續的階段的p個函數的連續。根據這里所描述的例子，簡單地由除數D的不同值dx標識p個函數，其中“x”是1和p之間且包括1和p的整數，其標識周期的相應階段。
序列發生器還包括存儲器MCO，該存儲器在每一步驟更新，并且存儲與不同的輸出模塊OMj有關的輸出容量值。對于特定的輸出模塊OMj，標記在階段x的步驟y的起始處將要考慮的輸出容量CO為COj(x，y)。相應地，在周期的起始處，其輸出容量CO會具有值COj(1，1)，該值與其最大輸出容量COj一致。
仲裁周期因而繼續以下設置操作-在A4中，利用需要量值RQij設置剩余需要量值rqij，需要量值RQij與對應于連續j(i，y)的第一指數j，j(i，1)的輸出模塊OMj有關。因此需要量RQij是對于周期的第一階段的第一步驟將包括的剩余需要量值rqij；-在A5中，利用對于第一階段的dx的值，即d1，設置除數D；-在A6中，利用對應于第一步驟(y＝1)的值j(i，y)，即利用指數j(i，1)，設置指數j，并且利用對應于該相同指數j(i，1)的并且因而對應于周期的第一階段(x＝1)的第一步驟(y＝1)的輸出容量值COj(x，y)，即利用對應于指數j(i，1)的輸出模塊OMj的最大輸出容量COj，設置“輸出容量”參數CO；-在A7中，利用在A4中設置的剩余需要容量的值rqij，即利用需要量值RQij，設置“剩余需要量”RQ。
然后通過操作A8至A10執行第一步驟-在A8中，通過將關聯于第一階段的函數，即函數dGR＝Min[RQ，CI，CO]/D應用于參數RQ、CI、CO的值，計算第一部分接受量值dGR。
-在A9中，通過替換A8中由參數CO在步驟起始處具有的值所計算的部分接受量值dGR，計算“輸出容量”參數CO的修訂值，并且將該修訂值發送到序列發生器SQ，以便在存儲器MCO中更新與對于該步驟相關的輸出模塊OMj有關的輸出容量值，并且對于相同的輸出模塊，其在相同階段x的下一步驟y+1處必須被包括。
-在A10中，通過替換A8中為這些參數在步驟的起始處具有的每個值所計算的部分接受量值dGR，計算參數CI和rqij的修訂值，并且通過向累積在步驟的起始處具有的值添加部分接受量值dGR，計算該累積grij的修訂值。
CI的修訂值成為下一步驟所包括的輸入容量值CI。rqij和grij的修訂值成為在涉及相同的指數對ij的下一步驟、在相同的周期中將要包括的這些參數的值。
通過使用指數j(i，x)的連續值以及在每個新步驟的起始處由序列發生器提供的輸出容量COj(x，y)的連續值，在以下步驟期間重復操作A6至A10。
在執行N個步驟之后，下一階段的過程通過向除數D分配由序列發生器提供的下一dx值(即用于第二階段的d2)，從操作A5重新開始。
重復相同的操作，直到周期的最后階段(x＝p)的下一步驟(y＝N)。周期然后結束，并且處理單元PUi在A11中對每個指數j放置接受量GRij，其等于由在該相同指數j的周期期間所計算的部分接受量值的累積grij在該階段所取的值。
然后根據相同的算法執行隨后的周期。為了在輸入和/或輸出模塊中提供符合要求的公平而不管將要支持的業務類型，應當對特定的周期定義所述子組以區別于對隨后的周期而定義的那些。當然，首先由連續的周期所考慮的請求應當涉及不同的輸入和/或輸出模塊，這樣選擇使得每個輸入和輸出模塊被類似地處理，至少在幾個周期上平均。
前面的描述應用于特定的情況，其中每個處理單元PUi專用于處理由單個關聯的輸入模塊IMi所需要的量。
對于實際的實現，其足以進行以下布置-每個處理單元具有并且管理本地寄存器，該本地寄存器存儲階段指示符和對于該輸入模塊的最大輸入容量的值，以及與由關聯的輸入模塊和n個輸出模塊所形成的n個對有關的需要量和接受量，-所述序列發生器(SQ)在每一步驟的起始處，向每個處理單元提供由輸出模塊及其輸出容量的標識符所形成的一對值，-提供每個處理單元，以在每個步驟期間向序列發生器傳輸輸出容量的修訂值，并且確定與由關聯的輸入模塊和每個輸出模塊所形成的每一對有關的部分接受量值的總和。
沒有詳細描述的另一特定的情況是每個處理單元專用于處理計劃給單個關聯的輸出模塊的需要量。然后會規定以下供應-每個處理單元具有并且管理本地寄存器，該本地寄存器存儲階段指示符和對于該輸出模塊的最大輸出容量的值，以及與由關聯的輸出模塊和m個輸入模塊所形成的m個對有關的需要量和接受量，-序列發生器(SQ)在每一步驟的起始處，向每個處理單元提供由用于輸入模塊以及用于其輸入容量的標識符所形成的一對值，-提供每個處理單元，以在每個步驟期間向序列發生器傳輸輸入容量的修訂值，并且確定與由關聯的輸出模塊和每個輸入模塊所形成的每一對有關的部分接受量值的總和。
在兩種前述的情況下，序列發生器SQ不但具有同步任務以便激活周期開始，而且分發用于執行每個周期的每個步驟所需要的數據，以及集中存儲在每個步驟更新的輸入或輸出容量。
還存在另一種實現可能性，根據該實現可能性，序列發生器SQ不再在每個步驟行動，而是僅在每個周期的起始處行動。
根據該實現，處理單元根據環形網絡而互連，該環形網絡允許數據在每個單元與位于下游的相鄰單元之間預定義的方向上交換。然后每個單元被提供-在每個步驟期間，向位于下游的相鄰單元傳輸由輸出模塊及其修訂的輸出容量的標識符所形成的一對值，-在每個步驟期間，從位于上游的相鄰單元接收在前面的步驟期間所修訂的、由輸出模塊及其輸出容量的標識符所形成的一對值。
根據前面的實現的一個導出變量，通過交換輸入和輸出任務，同樣根據環形網絡互連處理單元，該環形網絡允許數據在每個單元與位于下游的相鄰單元之間預定義的方向上交換。每個單元被提供-在每個步驟期間，向位于下游的相鄰單元傳輸由輸入模塊及其修訂的輸入容量的標識符所形成的一對值，-在每個步驟期間，從位于上游的相鄰單元接收在前面的步驟期間所修訂的、由輸入模塊及其輸入容量的標識符所形成的一對值。
對于已知的技術，這最后的兩個變量具有減少用于執行仲裁函數的最大時間的優點。與此相對，它們提供了關于對連續的周期所采用的輸入和輸出模塊對的子組選擇的較小的靈活性。
如圖6的A8中舉例示出的，函數由具有關聯于該函數的值的除數D除參數RQ、CI、CO的值中的最小者組成dGR＝Min[RQ，CI，CO]/D，其中對于階段x，D＝dx。
分別關聯于p個連續階段的除數的值d1-dp從初始值＜1遞減直到dp的最終值等于1。
可以以各種方法選擇除數的值d1-dp。例如，仿真可以搜索對交換系統計劃用于的業務類型而優化的值。
實際上，除了很特殊的情況之外，可以由以下考慮產生合適的d1-dp值的選擇。
首先，令人注意的是，因子的每個值應當是2的冪，因為通過二進制數的簡單移位，將這些因子的除法轉換成二進制表示，這涉及借助于比真正的除法器簡單得多并且快得多的移位寄存器的實現。
其次，理論上通過考慮以下原因可以確定因子的初始值d1的數量級。如果我們考慮這樣的情況，即m＝n并且涉及輸入和輸出端口的業務是統一的，這樣使得每個輸入模塊所需要的量＞其最大輸入容量CIi，如果最大輸入容量全部具有單個的值，則接受量應當全部具有單個的值并且因此等于被m所除的最大輸入容量，即CIi/m。
假定公式被使用，則所獲得的第一部分接受量是dGR＝CIi/d1。相應地，除數的初始值應當≥輸入模塊的數目m。
本發明不單限于以上所描述的實現的方法。
權利要求
1.用于電信網絡節點的交換系統，所述系統包括m個輸入模塊(IM1、IM2、IMi、IMm)和n個輸出模塊(OM1、OM2、OMj、OMn)，每個模塊與交換矩陣以及控制所述矩陣(1)的中央控制器(2)協作，所述系統能夠通過所述矩陣(1)，將經由所述輸入模塊接收的數據分組根據其各自的目的地，選擇性地交換到相應的目的輸出模塊，與特定的一對輸入和輸出模塊(IMi，OMj)有關的分組量，其被定義為構成由該輸入模塊所接收的并且計劃給該對的輸出模塊的分組的數據量，與特定的一對輸入和輸出模塊有關的請求是被稱為“需要的”量(RQij)的代表，其被定義為在該輸入模塊中排隊的分組的以及將要傳送到該輸出模塊的候選者的量，為了實現通過連續的仲裁周期可執行的仲裁函數，所述中央控制器(2)合并中央仲裁單元(CSC)，根據與所有的輸入和輸出模塊有關的所述請求(RQij)，每個周期確定被定義為分組量的稱為“接受的”相應的量(GRij)，其至多分別等于所述需要量，限于能夠在固定的傳送周期期間，一方面在每個輸入模塊(IMi)與所述矩陣(1)之間且另一方面在所述矩陣(1)與每個輸出模塊(OMj)之間傳送的數據的最大量，這些最大量分別被稱為“最大輸入容量”(CIi)和“最大輸出容量”(COj)，其特征在于所有的輸入和輸出對(IMi，OMj)都能夠被分成N個單獨的子組，從而使得輸入模塊和輸出模塊均不屬于一對以上的單個子組，對于每個仲裁周期，所述中央仲裁單元(CSC)能夠激活分別關聯于p個函數的p個連續的階段(x)，并且合并每個都能夠運行所述p個函數的多個處理單元(PUi)，每個函數應用于被稱為“剩余需要量”(RQ)、“輸入容量”(CI)和“輸出容量”(CO)的至少三個參數，以及相對于該對的所述最大輸入和輸出容量(CIi，COj)，在所述參數中，值是相對于單個對的，并且由對應于請求的需要量(RQij)在所述周期的起始處分別設置，在于每個階段由分別關聯于所述子組的N個連續的步驟(y)組成，每個步驟由所述處理單元(PUi)并行地運行，以便為每對關聯的子組實現以下操作-通過將關聯于包括該步驟的階段(x)的函數應用于所述參數的值，計算所謂的“部分”接受量值(dGR)，-通過從所述參數在步驟的起始處具有的每個值中減去該部分接受量值(dGR)，計算所述參數的修訂值，所述修訂值為下一步驟提供參數值，相對于單個對的并且在整個周期期間所計算的部分接收量的總和(grij)，構成與該對有關的接受量(GRij)，以及在于所述p個函數是這樣的，即對于所述三個參數的特定的正值，對特定的階段合成的部分接收量值＞對前面的階段所獲得的合成值。
2.根據權利要求1的交換系統，其特征在于對于特定的周期所定義的所述子組，區別于對于隨后的周期所定義的那些。
3.根據權利要求1和2中任何一項的交換系統，其特征在于每個函數由具有關聯于該函數的值的除數(dx)分別除需要量、輸入容量和輸出容量的所述參數(RQ，CI，CO)的所述值中的最小者而組成，分別關聯于p個連續階段的除數的所述值(d1-dp)從初始值遞減直到達到等于1的最終值(dp)。
4.根據權利要求3的交換系統，其特征在于所述除數(dx)的每個值(d1-dp)是2的冪。
5.根據權利要求3或4中任何一項的交換系統，其特征在于所述除數的所述初始值≥輸入模塊的數目m。
6.根據權利要求1至5中任何一項的交換系統，其特征在于所述子組每個由單個數目M的輸入和輸出模塊對(IMi，OMj)組成，以及在于，所述中央仲裁單元(CSC)包括與普通的序列發生器(SQ)協作的M個處理單元(PUi)。
7.根據權利要求6的交換系統，其特征在于每個處理單元(PUi)專用于處理-關聯的單個輸入模塊(IMi)所需要的并且計劃給所述n個輸出模塊的量，-或者所述m個輸入模塊所需要的并且計劃給單個關聯的輸出模塊(OMj)的量。
8.根據權利要求7的交換系統，其特征在于如果m和n不相等，N等于m和n兩個數中的較大者，并且M等于m和n兩個數中的較小者，每個處理單元PUi專用于需要量的處理，分別取決于m是＜n或者＞n，其涉及關聯的輸入模塊(IMi)或者關聯的輸出模塊(OMj)。
9.根據權利要求7或8中任何一項的交換系統，其特征在于如果每個處理單元(PUi)通過單個關聯的輸入模塊(IMi)專用于處理需要量-每個處理單元(PUi)具有并且管理本地寄存器，所述本地寄存器存儲階段指示符(x)和對于該輸入模塊(IMi)的所述最大輸入容量(CIi)的值，以及與由關聯的輸入模塊(IMi)和n個輸出模塊(OMj)所形成的n個對有關的需要量(RQij)和接受量(GRij)，-所述序列發生器(SQ)在每一步驟(y)的起始處，向每個處理單元(PUi)提供由輸出模塊(OMj)及其輸出容量(COj(x，y))的標識符(j(i，y))所形成的一對值，-提供每個處理單元(PUi)，以在每個步驟期間向所述序列發生器(SQ)傳輸所述輸出容量(COj)的修訂值，并且確定與由關聯的輸入模塊(IMi)和每個輸出模塊(OMj)所形成的每一對有關的部分接受量值(grij)的總和。
10.根據權利要求7或8中任何一項的交換系統，其特征在于如果每個處理單元(PUi)專用于處理計劃給單個關聯的輸出模塊(OMj)的需要量-每個處理單元(PUi)具有并且管理本地寄存器，所述本地寄存器存儲階段指示符(x)和對于該輸出模塊的所述最大輸出容量(COj)的值，以及與由關聯的輸出模塊(OMj)和m個輸入模塊(IMi)所形成的m個對有關的需要量(RQij)和接受量(GRij)，-所述序列發生器(SQ)在每一步驟(y)的起始處，向每個處理單元(PUi)提供由輸入模塊(IMi)及其輸入容量(CI)的標識符所形成的一對值，-提供每個處理單元(PUi)，以在每個步驟期間向所述序列發生器(SQ)傳輸所述輸入容量(CI)的修訂值，并且確定與由關聯的輸出模塊(OMj)和每個輸入模塊(IMi)所形成的每一對有關的部分接受量值(grij)的總和。
11.根據權利要求7或8中任何一項的交換系統，其特征在于所述處理單元(PUi)根據環形網絡互連，所述環形網絡允許數據在每個單元與位于下游的相鄰單元之間預定義的方向上交換，以及在于，每個單元被提供-在每個步驟期間，向所述位于下游的相鄰單元傳輸由輸出模塊(OMj)及其修訂的輸出容量(COj(x，y))的標識符(i(i，y))所形成的一對值，-在每個步驟期間，從所述位于上游的相鄰單元接收在前面的步驟期間所修訂的、由輸出模塊(OMj)及其輸出容量(COj(x，y))的標識符(j(i，y))所形成的一對值。
12.根據權利要求7或8中任何一項的交換系統，其特征在于所述處理單元(PUi)根據環形網絡互連，所述環形網絡網絡允許數據在每個單元與位于下游的相鄰單元之間預定義的方向上交換，以及在于，每個單元被提供-在每個步驟期間，向所述位于下游的相鄰單元傳輸由輸入模塊(IMi)及其修訂的輸入容量的標識符所形成的一對值，-在每個步驟期間，從所述位于上游的相鄰單元接收在前面的步驟期間所修訂的、由輸入模塊(IMi)及其輸入容量的標識符所形成的一對值。
全文摘要
為了經由分組交換矩陣選擇性地交換在輸入模塊(IMi)中的等候以尋址輸出模塊，仲裁函數(CSC)通過連續的周期，從輸入和輸出模塊的所有對中選擇單獨的子組。每個周期包括分別關聯于p個仲裁函數的p個連續的階段(x)。處理單元(PUi)每個執行p個函數，每個函數作用于稱為“剩余需要量”、“輸入容量”和“輸出容量”的三個參數，參數的值與單個對有關，并且在周期的起始處被設置。每個階段由分別關聯于所述子組的N個連續的步驟(y)組成，由所述處理單元(PUi)并行地執行每個步驟，以便借助于所述仲裁函數計算“部分”接受量值并且為下一步驟重新設置參數。應用于電信網絡，特別是多服務。
文檔編號H04L12/56GK1976538SQ20061017182
公開日2007年6月6日 申請日期2006年11月24日 優先權日2005年11月24日
發明者G·波斯特, L·努瓦雷, S·古奇, F·瓦倫特 申請人:阿爾卡特公司