專利名稱：對多個面向分組的信號進行交換的裝置的信元爭用分辨單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于對多個面向分組的信號進行交換的裝置的信元爭用分辨單元。
最近幾年網(wǎng)絡(luò)上的傳輸容量以及數(shù)據(jù)傳輸速率劇增。此點導(dǎo)致必須研制出其數(shù)據(jù)吞吐量達幾千兆比特或甚至兆兆比特范圍的交換裝置，尤其是接線器和路由。在這種高的傳輸速度的情況下只能作為硬件實現(xiàn)必要的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
一種實現(xiàn)這種高傳輸速度的交換裝置的方案是作為采用縱橫結(jié)構(gòu)的有源背板加以實現(xiàn)的?？v橫交換體系結(jié)構(gòu)完全以并行方式工作，因而這種裝置的吞吐量將受到端口的數(shù)量和內(nèi)部采用的協(xié)調(diào)協(xié)議的限制。
縱橫體系結(jié)構(gòu)通常用多個端口-芯片工作，所述端口芯片通過接口與中央的縱橫芯片連接。已知的縱橫芯片通常包含有緩沖存儲器，以便在出現(xiàn)爭用時對數(shù)據(jù)分組或信元進行緩沖存儲。通過通常的-尤其是可變的數(shù)據(jù)分組的長度-采取的將數(shù)據(jù)分組分段成具有特定長度的信元而形成信元，所述信元然后在交換裝置中被繼續(xù)處理。因此可以以有利的方式時鐘同步地實現(xiàn)對信元的處理。另外在出現(xiàn)爭用時，即端口芯片的多個端口試圖向另一個端口芯片的同一端口傳輸時，將便于實現(xiàn)對在競爭的端口上的信號或數(shù)據(jù)分組的“公平的”傳輸。為此在一定數(shù)量的具有縱橫芯片的已知的設(shè)備具有一外部的爭用分辨單元(爭用分辨單元)，所述信元爭用分辨單元應(yīng)用特定的算法確定出對競爭的端口的公平的選擇。
例如在DE 195 40 160 A1中披露了一種利用串行線路對輸入-緩沖存儲的ATM交換裝置進行協(xié)調(diào)，避免輸出阻塞的方法，其中針對輸出的競爭的ATM-信元在相應(yīng)的交換裝置的輸入端已經(jīng)被緩沖存儲。這種交換裝置主要由多個分別具有多個端口的的端口芯片構(gòu)成，其“輸出端口”通過一個縱橫芯片相互連接在一起。裝置的無阻塞是采用占用矢量實現(xiàn)的，其各個位分別與(目的-)端口-芯片相符。在傳輸一個信元之前占線矢量順序地由一個端口芯片被傳遞給另一個端口芯片，其中每個端口芯片根據(jù)占線矢量傳遞的順序可以占用占線矢量一個位。當(dāng)一個位被占用時，這意味著，有關(guān)所述(信源)端口芯片打算將一個信元傳遞給(信宿)端口芯片，所述(信宿)端口芯片與占用矢量的占用位的相應(yīng)的位置相符。該(信宿)端口芯片或縱橫-芯片的該輸出和占線矢量的被相應(yīng)占用的位不再可以供將在相應(yīng)的時隙內(nèi)的一個信元傳遞給下一個占用矢量向其傳遞的端口芯片使用。
采用這種公知的裝置時，在端口芯片上進行對占線矢量的處理，其中在端口芯片之間的串行連接線路上進行占線矢量的傳輸。
因此需要在端口-芯片之間的外部高速傳輸線路實現(xiàn)這種交換裝置的硬件，這將需要相應(yīng)的設(shè)計和硬件開銷。另外以時鐘脈沖控制和串行的方式實現(xiàn)占線矢量由一個端口芯片向另一個端口芯片的傳遞，其中在每個時鐘周期內(nèi)分別僅進一位。采用此方式使每個有占用矢量的一位供使用的端口單元可以分別僅處理一位，優(yōu)選處理在某個時鐘周期內(nèi)正好被傳遞的位。如果有N個端口-芯片，則需要2N個時鐘周期，以便可以對占用矢量完全進行處理。此點在端口芯片數(shù)量較大時將會帶來定時問題，這是因為僅有有限的時段供檢查使用，該時段短于用于傳輸信元(時隙)的總周期。因此或者限制端口芯片的數(shù)量或者必須采用特別高的時鐘速率處理占用矢量。該裝置具有一個帶有分散式結(jié)構(gòu)的信元爭用分辨單元，該單元具有上述缺點。
在采用DE 195 40 160 A1中披露的裝置時可以以如下方式實現(xiàn)有關(guān)向各個(信宿)端口芯片的競爭傳輸?shù)墓骄?，即分別在總周期開始時改變分配給每個其它的端口芯片的各個端口芯片的緩沖存儲器的存取順序。從而基本上可以實現(xiàn)分派給端口芯片的占用矢量的位的位置的變化，從而通過改變占用的順序?qū)崿F(xiàn)公平的均衡。
另外在DE 195 44 920 C2中披露了一種用于對信號進行快速的和公平的建立在硬件基礎(chǔ)上的隨機選擇的方法，其中根據(jù)偽隨機產(chǎn)生的順序始終對所有信號的總量的活性進行檢驗并且根據(jù)所需的有待選出的信號的數(shù)量k分別選出根據(jù)檢驗順序遇到的第一個有效的k信號。這種方法以簡單的方式實現(xiàn)非常公平的均衡。
基于該已有技術(shù)，本發(fā)明的目的在于，提出一種用于對多個面向分組的信號進行交換的裝置的信元爭用分辨單元，利用該單元可以以簡單方式并且以非常少的外部硬件開銷實現(xiàn)交換裝置，并且該單元的特征在于在對面向分組的信號的交換裝置的多個端口之間同時可能的傳輸時求出充分公平的無阻塞的組合時的特別高的處理速度。
采用權(quán)利要求1的特征實現(xiàn)了本發(fā)明的目的。
本發(fā)明以如下認識為基礎(chǔ)，通過設(shè)有N個級聯(lián)的比較單元在保證充分公平的情況下采用如下方式實現(xiàn)在求出中央交換裝置的N個端口單元之間可同時允許的傳輸路徑的無阻塞組合時的極高的速度，在級聯(lián)的比較單元中對占用矢量進行并行傳輸，其中在比較單元中對占用矢量的處理和隨之授權(quán)信息的產(chǎn)生是并行或半并行進行的。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，在比較單元內(nèi)的占用矢量的處理和在比較單元之間的占用矢量的傳遞是以時鐘同步控制方式進行的，其中在考慮到一個時鐘周期內(nèi)參與的硬件的信號渡越時間和開關(guān)時間的情況下，可以在多個或所有的比較單元中對占用矢量進行處理。因而可以大大提高處理速度。
在優(yōu)選的實施方式中，每個由一特定的端口單元向特定的比較單元傳遞的支配矢量具有N位，其中在支配矢量中一個位的位置包含在該位中含有的信息對一特定的端口單元的分配并且其中位的邏輯狀態(tài)表示在提供支配矢量的端口單元內(nèi)有一個應(yīng)向某個端口單元傳輸?shù)姆纸M或信元，所述分組或信元與支配矢量的某位的位置相符，并且其中其它的邏輯狀態(tài)表示沒有供支配的分組或信元。因而可以實現(xiàn)對同時無阻塞傳輸?shù)姆纸M或信元的簡單的選擇。
雖然對每個端口單元僅需要N-1位作為支配矢量，但由于位對(接收)端口單元的不同的分配，有可能將導(dǎo)致處理的困難。
同樣，在優(yōu)選的實施方式中，占用矢量也具有N位，其中在占用矢量中的一個位的位置包含有信息向一特定的端口單元的分配并且其中位的邏輯狀態(tài)表示為接收來自其它端口單元的分組或信元對有關(guān)端口單元實現(xiàn)的占用并且另一個邏輯狀態(tài)表示有關(guān)端口單元處于待機狀態(tài)。
控制單元在處理周期開始時向第一個比較單元傳遞一個開始-占用矢量。如果例如并不是對信元爭用分辨單元的每個端口都分配有一個端口單元或如果有意識地出于特定的原因防止向一個端口單元傳輸，則該開始-占用矢量可以已經(jīng)具有占用。
在保持就有關(guān)端口單元或占用矢量的各個位的預(yù)定的順序的情況下，在比較單元內(nèi)求出有待于向與比較單元連接的端口單元傳遞的授權(quán)信息。
為了建立就接收的端口單元的公平均衡，可以在由N個比較單元確定授權(quán)信息的周期開始時由預(yù)定數(shù)量的偽隨機產(chǎn)生的順序中選擇出順序。
替代在每個周期或在一定數(shù)量的周期后改變在比較單元中的處理順序，可以總是根據(jù)占用矢量的位的順序由每個比較單元求出對端口單元的授權(quán)信息。在每個比較單元前可以接有一個比較單元，支配矢量被輸送給排列單元并且排列單元根據(jù)預(yù)先的規(guī)定對支配矢量的位進行重新排序。同時一個反向排列單元后置于每個比較單元，反向排列單元在考慮到支配矢量的位的順序的實現(xiàn)的排列的情況下，根據(jù)比較單元輸送給其的有關(guān)占用矢量的位是否被占用和哪個位被占用的信息，求出將向與某個比較單元連接的端口單元傳遞哪個授權(quán)信息。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，在每個比較單元中通過N-1個對其它的N-1端口單元每個端口單元設(shè)置的配額(quoten)計數(shù)器或通過N個為占用矢量的每位設(shè)置的配額(quoten)計數(shù)器對分組或信元向一個其它的端口單元傳輸?shù)倪x擇授權(quán)進行控制。配額(quoten)計數(shù)器的計數(shù)狀態(tài)(配額(quoten))在實現(xiàn)對分配的接口單元的選擇后或在每個占用矢量的所屬位的占用后遞增或遞減。在實現(xiàn)預(yù)定的計數(shù)狀態(tài)后將對有關(guān)端口單元的選擇授權(quán)或?qū)φ加檬噶康挠嘘P(guān)位的占用授權(quán)進行阻塞。
其中當(dāng)同時進行對支配矢量的位排列時，因為否則要附加向某個比較單元傳遞信息，而對N個位的一些位反正不能占用，因為這將意味著向某個信源端口單元反向發(fā)送分組或信元，則設(shè)置N個計數(shù)器是較為簡單的方案。此點雖然在理論上是可行的，但優(yōu)選在某個端口單元內(nèi)對信號在同一個端口單元的不同端口之間進行的信號交換進行控制。
如果在一個比較單元內(nèi)進行的對占用矢量的位的處理順序保持不變，則在一個比較單元中可以僅設(shè)置N-1配額(quoten)計數(shù)器，因為總是有一個并且同一個位不得占用或不可以占用。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，比較單元13的配額(quoten)計數(shù)器21被分別分配給占用矢量CRres的一個特定的位。當(dāng)不再存在比較單元13，其中有關(guān)的配額(quoten)計數(shù)器21還具有一個配額(quoten)時，并且同時經(jīng)排列的支配矢量Crreq*的有關(guān)位表明有一有待傳輸?shù)姆纸M或有一有待傳輸?shù)男旁獣r，在此情況下控制單元11可以將分配給占用矢量CRres的一個特定的位的所有比較單元13的所有配額(quoten)計數(shù)器21置于一初始值(初始-配額(quoten))。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，比較單元13的配額(quoten)計數(shù)器21被分別分配給一特定的端口單元3。當(dāng)不再存在比較單元13，其中有關(guān)的配額(quoten)計數(shù)器21還具有一個配額(quoten)時，并且同時有一個分組或一個信元有待于由與比較單元13連接的端口單元向有關(guān)的端口單元傳輸時，在此情況下控制單元11可以將分配給占用矢量CRres的一個特定的位的所有比較單元13的所有配額(quoten)計數(shù)器21置于一初始值(初始-配額(quoten))。
在此，排列信息被輸送給比較單元13，其中比較單元13按照其順序?qū)ε漕~(quoten)計數(shù)器進行排列并且由經(jīng)排列的支配矢量CRreq*得出是否有一個信元供傳輸?shù)男畔ⅰ?br> 如果由控制單元將一高于其它的配額(quoten)計數(shù)器的初始-配額(quoten)分配給一個或多個配額(quoten)計數(shù)器時，則可以因此實現(xiàn)特定的傳輸路徑以及交換裝置的節(jié)點的優(yōu)先化。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，可以在分別采用N-級優(yōu)先-編碼器的情況下實現(xiàn)比較單元，其中優(yōu)先級-編碼器的N個輸入端與與門的輸出端連接并且其中被排列的支配矢量的相應(yīng)的位被輸送給與門的第一輸入端，加在在前的比較單元的輸出端上的占用矢量的有關(guān)位被輸送給與門的第二輸入端，并且所屬的配額(quoten)計數(shù)器的信息被輸送給與門的第三個輸入端，當(dāng)還可以發(fā)出一個選擇授權(quán)時，則配額(quoten)計數(shù)器為邏輯1，當(dāng)不再可以發(fā)出選擇授權(quán)，則配額(quoten)計數(shù)器為邏輯0。
在從屬權(quán)利要求中給出本發(fā)明的進一步的實施方式。
下面將對照附圖中所示的實施例對本發(fā)明做進一步的說明。圖中示出

圖1為交換裝置的示意結(jié)構(gòu)圖，其中同時示意示出數(shù)據(jù)流以及集成在縱橫-芯片內(nèi)的本發(fā)明的信元爭用分辨單元；圖2為圖1中所示的中央交換單元和端口單元的示意圖，其中同時示出在進行爭用分辨時的信息流；圖3為由端口單元向中央交換單元(圖3a)和由中央交換單元向端口單元(圖3b)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)組；圖4為圖1和2中示出的中央交換單元的示意結(jié)構(gòu)圖；圖5為本發(fā)明的信元爭用分辨單元的示意結(jié)構(gòu)圖和圖6圖5中的比較單元的核心部分的示意結(jié)構(gòu)圖。
圖1示意示出本發(fā)明的交換裝置的結(jié)構(gòu)，所述交換裝置總共由N個端口單元31至3N和一個中央交換單元5構(gòu)成。N個端口單元31至3N具有n個端口71至7n，分別有一個信號Sij輸送給端口，其中1≤i≤n和1≤j≤N。端口單元通常的設(shè)計應(yīng)使在每個端口上可以實現(xiàn)雙向通信。當(dāng)然本發(fā)明的原理也適用于特定的或所有的端口的設(shè)計僅用于單向通信的系統(tǒng)。但在實踐中這種情況是很罕見的。
在圖1中所示的端口單元3優(yōu)選是集成端口元件或分立元件。同樣這也適用于中央交換單元5。因此可以實現(xiàn)一模塊結(jié)構(gòu)，此點又實現(xiàn)了簡單的標度，即交換裝置與必要數(shù)量的有待交換的數(shù)據(jù)線路的適配。
如圖1所示，端口單元3與中央交換單元5通過接口單元相互連接。其中用“CB-IF”(縱橫-接口)標示在端口單元3中具有的接口單元和用“Port IF”(端口-接口)標示在中央交換單元5中具有的接口單元。其中對每個端口單元3在中央交換單元5中都具有一個單獨的接口單元PortIF。如圖4所示的中央交換單元，每個接口單元Port IF和CB-IF通過一個低壓差分信令單元(LVDS)利用端口單元3與中央交換單元5之間的傳輸線路連接。因此可以減少連接線路的數(shù)量，其中例如在接口單元PortIF及CB-IF與LVDS-單元16之間可以有16比特寬的數(shù)據(jù)線路并且在LVDS-單元之間可以有4比特寬的數(shù)據(jù)線路(分別有微分信號在所有的8條實線路上)。
中央交換單元5起著縱橫-接線器的作用，從而可以完全同時地實現(xiàn)最多N個(縱橫-內(nèi)部的)信號的數(shù)據(jù)傳輸(通過LVDS-單元實現(xiàn)全雙工傳輸)。接口單元Port IF的數(shù)據(jù)輸入/輸出端與固有的交換-矩陣連接。另外端口IF可以以向其通告的方式連通交換-矩陣，從而在中央交換單元內(nèi)所需的由一個端口IF向另一端口IF的電路供數(shù)據(jù)傳輸使用。為防止不同的端口單元3的多個端口7同時對另一個端口單元的一個端口7進行存取-這將意味著產(chǎn)生信元損耗以及出現(xiàn)內(nèi)部的阻塞-，具有一個用于分辨爭用的單元8，下面將其稱作爭用分辨單元(CR)。優(yōu)選在中央交換單元內(nèi)設(shè)置CR-單元并與中央交換單元構(gòu)成一個集成電路。如下面所述，CR-單元8必須快速地實現(xiàn)CR-單元與接口單元Port IF之間的數(shù)據(jù)交換，通過引入CR-單元可以實現(xiàn)的優(yōu)點是，高速傳輸線路非常短。
下面將對照附圖對本發(fā)明的方法以及根據(jù)本發(fā)明交換裝置的功能做進一步的說明如圖1所示，分別有一個信號Sij被輸送給端口單元31至3N的端口71至7n。所述信號系指具有不同長度的數(shù)據(jù)分組流。
首先由端口單元3將各個信號Sij的數(shù)據(jù)分組分段，即分成恒定長度的各個信元。信元被存儲在緩沖存儲器9內(nèi)，緩沖存儲器可以集成在端口單元3中或者也可以作為外部存儲器，在每個端口單元3中設(shè)置的圖中未示出的控制單元用于對分組進行分段，該控制單元對緩沖存儲器9進行組織，使對每一個其它的接口單元3都有一個單獨的虛緩沖存儲器(9a)，在該緩沖存儲器內(nèi)包含有有待向有關(guān)的其它端口單元傳輸?shù)男旁?。為此每個端口單元3及其控制單元對每個收到的分組的地址信息進行計值，并根據(jù)該信息確定分組以及相應(yīng)的信元是否傳輸給一其它的端口單元3并將相應(yīng)的信元分配給某個虛(9a)存儲器。其中可以通過設(shè)置指示器保持一個數(shù)據(jù)分組的信元的分配。當(dāng)然對每個其它的端口單元也可以分別設(shè)置一個單獨的存儲器。
由于在寫入和讀出信元時必須保持其順序，所以就其類型而言，所述單獨的或虛存儲器(9a)系先進先出(FIFO)存儲器。
一旦確定不需要向一其它的端口單元傳輸時，則由端口單元進行端口單元-內(nèi)部的交換過程。當(dāng)然通常對此也還需要對數(shù)據(jù)分組進行緩沖存儲，并不非得對分組進行分段。鑒于交換裝置1的端口單元-內(nèi)部的交換功能對本發(fā)明是不相關(guān)的，所以在此對其不再贅述。
由于在內(nèi)部分別只有一個信元可以由端口單元向中央交換單元進行傳輸，所以在任何情況下每個端口單元3都需要有這樣一個緩沖存儲器9。另外在對信號Sij進行異步傳輸時也需要緩沖存儲，以便對傳輸峰值進行收集。由于不同的業(yè)務(wù)和不同的端口以不同的傳輸速率工作并且尤其在IP-通信業(yè)務(wù)中對報頭-計值時間非常分散，例如在ATM-和以太網(wǎng)系統(tǒng)就是此種情況。
原則上講也可以省去用于內(nèi)部傳輸?shù)膶Ψ纸M的分段并且作為整體在交換裝置1內(nèi)進行數(shù)據(jù)分組傳輸。但采用分段的優(yōu)點是，在交換裝置內(nèi)不受分組長度的影響可以實現(xiàn)時鐘同步傳輸。另外對端口單元(的各個輸出)進行公平的處理較為簡單。
在交換裝置1中以時鐘同步的方式，即在一個時隙中實現(xiàn)分別將一個或多個信元由端口單元3向中央交換單元5或由中央交換單元5向端口單元3的傳輸。時隙內(nèi)部的傳輸速度為2千兆比特/秒(在端口單元與中央交換單元之間和在中央交換單元內(nèi)的每個連接上)和信元長度或大小為70比特時例如具有的時間為280毫微秒。
為了防止在交換裝置內(nèi)部出現(xiàn)阻塞，每個端口單元3首先將支配信息傳遞給中央交換單元5。支配信息包括瞬時在某個端口單元內(nèi)存在有有待向哪些其它的端口單元傳輸?shù)男旁Ｔ谏厦娼o出的模型中，該模型表示端口單元內(nèi)針對其它的端口單元具有的虛的單獨的緩沖存儲器(9a)，支配信息還包括是否在各個虛的緩沖存儲器中沒有或至少包含有一個信元。
如圖3a中所示，支配信息可以在由端口單元3向中央交換單元5傳輸?shù)男旁膱箢^中傳輸，因而可以避免單獨的傳輸步驟和因該單獨的傳輸步驟造成的較高的協(xié)議開銷。
其中支配信息可以被綜合成爭用-請求-矢量CRreq，其中矢量與端口數(shù)量相符由N位構(gòu)成。在CRreq-矢量內(nèi)每位的位置示出端口單元3j的編號j(1≤j≤N)和有關(guān)位的占用示出在某個端口單元內(nèi)是否有向端口單元3j傳輸?shù)男旁?br> CRreq-矢量不必非得與實際在下一個時隙內(nèi)有待傳輸?shù)男旁暯?，而是可以面向未來的一個或多個時隙，即支配信息涉及未來在兩個或多個時隙內(nèi)可能傳輸?shù)男旁?，其中在所有的端口單?中的時延必須是恒定的。
中央交換單元5以及接口單元端口IF在接收多個同時由端口單元傳輸?shù)男旁笞x出其中含有的支配信息并將該信息與有關(guān)由哪個端口單元傳輸支配信息的信息一起傳遞給CR-單元8。CR-單元8根據(jù)預(yù)定的爭用分辨算法分別求出一個可能的，即無爭用的由相應(yīng)的信源端口單元向相應(yīng)的信宿端口單元的傳輸方案的可能組合。
采用此方式求出的組合以授權(quán)信息CRgnt的方式至少傳遞給那些對有關(guān)的時隙獲得傳輸授權(quán)的端口單元3。
如圖3b所示，優(yōu)選該授權(quán)信息重新在信元的報頭中傳輸。當(dāng)對與某個接口單元端口IF連接的端口單元頒發(fā)對相關(guān)的時隙的傳輸授權(quán)(對有關(guān)的信元)時，優(yōu)選某個接口單元端口IF將對其釋放與某個接口單元端口IF連接的端口單元的傳輸?shù)亩丝趩卧木幋a的芯片-識別符寫入有待傳輸?shù)男旁膱箢^內(nèi)。當(dāng)將不向有關(guān)的端口單元頒發(fā)授權(quán)時，則報頭在為授權(quán)信息準備的范圍內(nèi)可以含有一定義的占用，該占用將被端口單元理解為“沒有授權(quán)頒發(fā)”。
中央交換單元5以及接口單元端口IF在接收到一個信元后不僅讀出支配矢量CRreq，而且還讀出那些必要的地址信息(在圖3中稱作“目的”)，以便求出那些有關(guān)信元將向其傳輸?shù)亩丝趩卧?br> 替代這種地址分析方式，每個接口單元端口IF也可以為此采用CR-單元向其輸送的授權(quán)信息，以便在有關(guān)的時隙內(nèi)將交換-矩陣連通，使某個信元在同一時隙內(nèi)傳輸給正確的端口單元。
由于在由中央交換單元5傳輸給某個端口單元3的信元的報頭內(nèi)不得包含有CRreq-矢量，所以在報頭內(nèi)的該位置可以用于傳輸其它信息，例如端口單元3的狀態(tài)信息。
在接收一個信元后，在端口單元3內(nèi)讀出授權(quán)信息CRgnt并確定是否對有關(guān)的時隙是否頒發(fā)授權(quán)(根據(jù)事先向中央交換單元5發(fā)送的支配信息)。
端口單元以及相應(yīng)的控制單元在接收一個信元后確定是否存在授權(quán)信息，將有關(guān)的信元置于準備在有關(guān)的時隙傳輸?shù)臓顟B(tài)，對所述信元事先有一個支配信息傳遞給中央交換單元。為此由存儲器9讀出有關(guān)的信元并將其傳遞給接口單元CB-IF。
在端口單元3接收到一個信元后，端口單元的控制單元讀出信元報頭內(nèi)的地址信息并將信元分配給某個輸出端口以及某個媒體訪問控制單元(MAC)(圖中未示出)。另外在端口單元以及各個端口的媒體訪問控制單元中將各個信元重新組合成原始的數(shù)據(jù)分組并傳遞給接收方。
在端口單元的接口單元CB-IF接收到一個信元并讀出和分析授權(quán)信息后必須立刻求出一個新的支配信息CRreq并將其插入下一個有待向中央交換單元5傳輸?shù)男旁獌?nèi)。該過程在時間上要求是非常嚴格的。
圖5示出爭用分辨單元8的示意內(nèi)部結(jié)構(gòu)，爭用分辨單元8具有一個控制單元11和級聯(lián)的N個比較單元13(131至13N)。在圖5中所示的實施方式中一個排列單元15(151至15N)前置于每個比較單元13，所述排列單元分別與中央交換單元5的接口單元端口IF連接。由計數(shù)器16對排列單元15加載。在級聯(lián)內(nèi)，比較器通過并行的連接線路17連接在一起，通過連接線路分別由一個比較單元將占用矢量CRres(參見如下描述)傳遞給級聯(lián)內(nèi)的下一個比較單元。在圖5中所示的爭用分辨單元中，一個反向排列單元19(191至19N)后置于每個比較單元13?？刂茊卧?1對計數(shù)器16進行控制并且為此與每個比較單元13連接。另外，控制單元11通過連接線路17與級聯(lián)的第一個比較器131連接。
圖5中所示的爭用分辨單元的工作方式如下在每個時隙內(nèi)，爭用分辨單元8將經(jīng)過整個周期，在周期內(nèi)分別求出對所有端口單元的授權(quán)信息CRgnt，所述端口單元然后通過接口單元端口IF傳輸給端口單元。
其中通過時鐘同步控制求出授權(quán)信息CRgnt，其中優(yōu)選在爭用分辨單元8內(nèi)的時鐘與通常的中央交換單元內(nèi)的時鐘相同。
在整個周期開始時，爭用分辨矢量CRreq，即各個端口單元的支配矢量被傳遞給排列單元15。在排列單元15中分別存儲有一定數(shù)量的偽隨機產(chǎn)生的順序，從這些偽隨機產(chǎn)生的順序中總是同一順序分別在所有的排列單元中起作用。采用計數(shù)器16的輸出對排列單元15加載，使分別有一特定的順序被激活。當(dāng)然在排列單元內(nèi)也可以確定順序的次序，以便通過對“轉(zhuǎn)接-脈沖”簡單的輸送可以分別將下一個順序激活?？梢苑謩e在一定數(shù)量的總周期后實現(xiàn)順序的改變。但在實踐中優(yōu)選也可以在每個總周期后轉(zhuǎn)換到另一個順序。
排列單元分別采用活化的順序，對CRreq矢量的位重新排列。因此可以實現(xiàn)沒有一個端口單元3(作為信宿-端口單元)由于其在占用矢量內(nèi)的位置是優(yōu)選的。被重新排列的CRreq矢量被傳遞給比較單元13。
控制單元11將初始-占用矢量CRres傳遞給第一比較單元131。在每個比較單元13中為此為占用矢量的每個位設(shè)有一個配額(quoten)計數(shù)器21(圖6)。每個配額(quoten)計數(shù)器將確定占用矢量的有關(guān)位被有關(guān)的比較單元13選擇的頻度。當(dāng)超過預(yù)定的最大的數(shù)量，則在比較單元中將阻塞對該位的重新選擇的授權(quán)。
為此配額(quoten)計數(shù)器21例如是可由控制單元復(fù)位的反向計數(shù)器(計數(shù)器通過復(fù)位被置于預(yù)定義的固定值)。當(dāng)有意識地產(chǎn)生一個端口單元(作為信源的端口單元)的優(yōu)先時，則配額(quoten)計數(shù)器是可由控制單元將預(yù)定的值寫入的計數(shù)器。
配額(quoten)計數(shù)器優(yōu)選具有一個二進制的輸出端，其中一個邏輯狀態(tài)(例如邏輯1)表示選擇授權(quán)并且另一個狀態(tài)(例如邏輯0)表示沒有選擇授權(quán)。
首先在第一比較單元131中利用初始-占用矢量、被重新排列的CRreq矢量和配額(quoten)計數(shù)器的輸出對占用矢量的每個位進行檢查，檢查該位是否被占用或是空閑的。其中初始-占用矢量也可以具有已經(jīng)被占用的位。例如當(dāng)并不是中央交換單元5的所有的接口單元端口IF都與端口單元3連接時，則控制單元可對相應(yīng)的位預(yù)占。
當(dāng)確定出一個位被占用時，則不必再進行每個其余的檢查。如果與此相反確認一個位未被占用，則檢查被重新排列的CRreq矢量有關(guān)位(具有相同的位置)是否表示一個有待傳輸?shù)男旁拇嬖?。如果是此情況并且根據(jù)有關(guān)配額(quoten)計數(shù)器的輸出識別出選擇授權(quán)，則比較單元131占用占用矢量的有關(guān)位。由于分別只能有一個信元可以傳輸給相應(yīng)的端口單元，則檢查過程因此結(jié)束。如果對占用矢量CRres的該位識別出沒有選擇授權(quán)或CRreq矢量示出沒有有待傳輸?shù)男旁?，則檢查過程繼續(xù)進行。這種檢查過程進行到直至CRres矢量的一個位被比較單元131占用或直至矢量的所有位被檢測完。
在圖5中所示的實施方式中，優(yōu)選以CRres矢量位的順序進行該檢查。
但原則上也可以用改變在比較單元中CRres矢量位的檢查順序替代在排列單元15中對CRreq矢量的重新排列。
當(dāng)在比較單元131中對CRres矢量檢查后，該CRres矢量被傳遞給比較單元132。在該比較單元中然后根據(jù)上述方案重新開始檢查過程。該步驟反復(fù)進行直至占用矢量被所有的比較單元檢驗和必要時相應(yīng)的空閑位被占用。以此結(jié)束整個周期。
在每個總周期結(jié)束時，加在每個反向排列單元19上的授權(quán)信息通過接口單元端口IF被傳遞給有關(guān)的端口單元3。每個反向排列單元19由有關(guān)的比較單元13得到有關(guān)占用矢量位是否和占用矢量哪個位被占用的信息。反向排列單元識別出由排列單元采用的重新排列規(guī)定并根據(jù)被占用位的位置求出位的原始位置。
為此可以在反向排列單元19中存儲反向的順序，通過對反向的順序的應(yīng)用可以將在排列單元15中進行的重新排列復(fù)員。與在排列單元15的情況相同，也可以在反向排列單元19中通過輸送給前者的計數(shù)器13的輸出促使對反向順序的選擇以及轉(zhuǎn)接。
另外，每個反向排列單元19根據(jù)占用矢量CRres的反向轉(zhuǎn)換及其已知的端口單元3對作為授權(quán)信息CRgnt的CRreq矢量的位的分配將某個端口單元3的識別編號傳遞給與某個比較單元連接的端口單元，所述的端口單元3可以對該端口單元傳輸一個信元。
在級聯(lián)的比較單元13中對CRres矢量進行檢查開始前(或在在先的總周期內(nèi)對CRres矢量檢查結(jié)束后)，控制單元11判定是否對CRres矢量的一個特定位至少有一個比較單元13的配額(quoten)計數(shù)器21還有配額(quoten)并且輸送給該比較單元的經(jīng)排列的CRreq矢量(用CRreq*表示)的有關(guān)位顯示一個有待向有關(guān)的單元3傳輸?shù)男旁Ｈ绻皇谴饲闆r，則控制單元11促使將比較單元13的所有的負責(zé)對CRres矢量的有關(guān)位的配額(quoten)計數(shù)器21恢復(fù)到初始配額(quoten)。
在采用上述方案中配額(quoten)計數(shù)器被以簡單的方式分派給CRres矢量的一個特定位的同時，可以在另一個實施方式中實現(xiàn)配額(quoten)計數(shù)器21對中央交換單元5的輸出端以及向端口單元的分派。但因為在任何情況下經(jīng)排列的矢量CRreq*都被分配給比較單元13，所以在該情況下也還要將排列信息通告給比較單元13。利用該信息可以檢查是否特定的計數(shù)器必須被設(shè)置在初始配額(quoten)狀態(tài)，或者對配額(quoten)計數(shù)器的順序的重新排列或者將CRreq*矢量的位的重新排列復(fù)位。
根據(jù)另一個實施方式也可以除了CRreq*矢量外還可以將未經(jīng)排列的CRreq矢量傳遞給比較單元13。因此分派給端口單元2的配額(quoten)計數(shù)器21可以直接確定是否還有一個信元有待向有關(guān)的端口單元3傳遞。
在省去對分別信源端口單元的優(yōu)先化時，可以在最簡單的情況下采用配額(quoten)1，其中在此可以通過一位，硬件，例如通過雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器加以實現(xiàn)。然后可以將配額(quoten)計數(shù)器綜合成一個具有N位的矢量并且例如通過一個長度為N的寄存器實現(xiàn)。一個設(shè)置的位例如可以顯示例如存在配額(quoten)并且另一個設(shè)置的位顯示沒有配額(quoten)。
圖6示出比較單元13的一個實施方式的核心部分的基本結(jié)構(gòu)。該比較單元包括一個N級優(yōu)先-編碼器23，所述編碼器的特性如下當(dāng)所有的在先輸入Ii-1在邏輯0并且所屬的輸入Ii在邏輯1時，每個輸出O1(1≤i≤N)被置于邏輯1。換句話說，只有其所屬的輸入在優(yōu)先-編碼器的N級的順序中是第一并在邏輯1狀態(tài)，則輸出才被置于邏輯1。
圖6中為此僅示出具有輸入狀態(tài)a、b、c、d的優(yōu)先級-編碼器23的在前面的四個級A、B、C、D和產(chǎn)生相應(yīng)的初始狀態(tài)的邏輯電路。
優(yōu)先級-編碼器23的各個級的輸入端Ii分別與與門25連接，所述與門分別將三個信號，即CRreq矢量的某個位CRreq[i]、輸送給比較單元13的占用矢量CRres的某個位CRres[i]和某個配額(quoten)計數(shù)器21的輸出進行邏輯運算。因此可以實現(xiàn)如下所需的目的，即只有當(dāng)占用矢量的某個位未被占用并且當(dāng)一個相應(yīng)的信元有待傳輸并且同時還發(fā)出一個占用授權(quán)時，占用矢量的該位才被占用。
在開始一個爭用分辨周期時，控制單元11可以得到一個起始脈沖CRstart。出于安全的原因?qū)φ加檬跈?quán)，必要時還包括對授權(quán)信息CRgnt的產(chǎn)生檢查采用時鐘同步控制方式實現(xiàn)。其中在一個時鐘周期內(nèi)例如僅進行分別在一個比較單元13中必要的動作。然后利用輸出寄存器(圖中未示出)將分別經(jīng)處理的CRres矢量傳遞給級聯(lián)的下一個比較單元。
當(dāng)各個器件的開關(guān)時間、信號渡越時間等是被允許的，則也可以將多個比較單元13綜合在一起。為此在圖6中所示的實施方式中比較單元13的優(yōu)先級-編碼器23的輸出端分別直接與門25的輸入端，例如相關(guān)的輸入端連接。通過采取這些措施可以實現(xiàn)在一個時鐘周期內(nèi)對多個或甚至所有的比較單元的動作的運算，從而可以大大提高處理速度。
附圖標記對照表1交換裝置2端口單元(31至3N)5中央交換單元7端口單元的端口(71至7N)8用于分辨爭用的單元(爭用分辨單元)9緩沖存儲器9a 虛緩沖存儲器11 控制單元13 比較單元(131至13N)15 排列單元(151至15N)16 計數(shù)器17 連接線路19 反向排列單元(191至19N)21 配額(quoten)計數(shù)器23 優(yōu)先級-編碼器25 與門a、b、c、d邏輯狀態(tài)A、B、C、D優(yōu)先級-編碼器的等級1和4Ii、Oi優(yōu)先級-編碼器的輸入-和輸出(1≤i≤N)CRgnt 授權(quán)信息CRreq 爭用請求矢量，支配信息CRres 占用矢量CRstart 爭用分辨周期的起始信號N 端口單元的數(shù)量端口IF在5中的接口單元CB-IF 在3中的接口單元LVDS 低壓差分信令Sij在端口7上的信號(下標i、j)
權(quán)利要求
1.一種用于對多個面向分組的信號進行交換的裝置的信元爭用分辨單元，a)其中交換裝置(1)由一個中央交換單元(5)和最多N個與中央交換單元(5)連接的分別具有n個端口(7)的端口單元(3)構(gòu)成，對所述端口分別輸入一個信號，b)其中信元爭用分辨單元(8)具有N個輸入端，對所述輸入端分別由N個端口單元(3)中的一個輸送具有支配信息的支配矢量(CRreq)，所述支配信息包含是否和向哪個其它的端口單元(3)發(fā)送一個信號的分組或一個信號的被分段的分組的信元，c)其中每個支配矢量(CRreq)分別輸送給由N個級聯(lián)的比較器單元(131至13N)中的一個，和d)其中每個比較單元(13)采用針對某個分組或某個信元向端口單元的傳輸?shù)闹涫噶?CRreq)、一個分別由在先的比較器(13)或控制單元(11)產(chǎn)生的占用信息(CRres)并采用用于某個分組或某個信元向端口單元(3)的傳輸?shù)倪x擇授權(quán)信息求出一授權(quán)信息(CRgnt)并向與其連接的端口單元(3)傳輸，所述授權(quán)信息包括與某個比較單元(13)連接的端口單元(3)有權(quán)向哪個其它的端口單元(3)傳輸相應(yīng)的分組或相應(yīng)的信元，從而可以整個求出在端口單元(3)之間可以同時傳輸?shù)姆纸M或信元的無阻塞組合，e)其中由一個比較單元(13)產(chǎn)生的占用信息(CRres)以占用矢量(CRres)的形式并行分別傳遞給下一個比較單元(13)并在比較單元中并行或半并行被處理。
2.按照權(quán)利要求1所述的信元爭用分辨單元，在信元爭用分辨單元中比較單元(13)內(nèi)的占用矢量(CRres)的處理和在比較單元(13)之間的占用矢量(CRres)的傳遞是以時鐘同步控制方式實現(xiàn)的，其中在每個時鐘周期內(nèi)占用矢量(CRres)在至少一個占用單元(13)中被處理并做好向后續(xù)的比較單元(13)傳遞的準備。
3.按照權(quán)利要求2所述的信元爭用分辨單元，其中在每個時鐘周期內(nèi)占用矢量(CRres)在多個或所有的比較單元(13)中被處理。
4.按照上述權(quán)利要求中任一項所述的信元爭用分辨單元，其中每個支配矢量(CRreq)具有N位，其中在支配矢量(CRreq)中一個位的位置包含在該位中含有的向一特定的端口單元(3)的分配信息并且其中位的邏輯狀態(tài)表示確定給有關(guān)端口單元(3)的分組或信元的存在并且另一個邏輯狀態(tài)表示沒有支配的分組或信元。
5.按照上述權(quán)利要求中任一項所述的信元爭用分辨單元，其中占用矢量(CRres)具有N位，其中在占用矢量(CRres)中一個位的位置包含在該位中含有的向一特定的信宿端口單元(3)的分配并且其中位的邏輯狀態(tài)表示用于接收來自另一個端口單元(3)的分組或信元的有關(guān)端口單元(3)已經(jīng)實現(xiàn)占用并且另一個邏輯狀態(tài)表示有關(guān)端口單元處于待機狀態(tài)。
6.按照權(quán)利要求5所述的信元爭用分辨單元，其中控制單元(11)向級聯(lián)的N個比較單元(13)的第一個比較單元(131)傳遞一個開始-占用矢量(CRres)。
7.按照權(quán)利要求6所述的信元爭用分辨單元，其中用相應(yīng)的邏輯狀態(tài)預(yù)先占用那些與不能供接收或不存在的端口單元(3)相符的占用矢量(CRres)的位。
8.按照上述權(quán)利要求中任一項所述的信元爭用分辨單元，其中每個比較單元(13)求出根據(jù)與端口單元(3)或占用矢量(CRres)的各個位預(yù)定的順序的有關(guān)端口單元(3)的授權(quán)信息。
9.按照權(quán)利要求8所述的信元爭用分辨單元，其中在確定授權(quán)信息(CRgent)的周期開始時由N個比較單元(13)由預(yù)定數(shù)量的偽隨機產(chǎn)生的順序選出順序。
10.按照權(quán)利要求1至8中任一項所述的信元爭用分辨單元，其中每個比較單元(13)根據(jù)占用矢量(CRres)位的順序求出占用矢量(CRres)的位的可能的占用，其中在每個比較單元(13)的前面都接有一個排列單元(15)，支配矢量(CRreq)被輸送給所述的排列單元并且排列單元將支配矢量(CRreq)按照預(yù)定的規(guī)定重新排序并且其中在每個比較單元(13)的后面都接有一個反向排列單元(19)，所述反向排列單元在考慮到實現(xiàn)的對支配矢量(CRreq)位順序的排列根據(jù)比較單元(13)輸送給其的有關(guān)是否和占用矢量(CRres)的哪些位被占用的信息，求出將向與有關(guān)的比較單元(13)連接的端口單元(3)傳遞哪些授權(quán)信息(CRgnt)。
11.按照上述權(quán)利要求中任一項所述的信元爭用分辨單元，其中將分組或信元傳輸給另一端口單元(3)的選擇授權(quán)是在每個比較單元(13)中通過對其它的N-1端口單元(3)中的每一個端口單元設(shè)置的N-1個配額(quoten)計數(shù)器或通過對占用矢量(Crres)的每位設(shè)置N個配額(quoten)計數(shù)器(21)實現(xiàn)的，其中配額(quoten)計數(shù)器(21)的配額(quoten)狀態(tài)在每次實現(xiàn)對配屬的端口單元(3)選擇后或在每次對占用矢量(CRres)的所屬位占用后遞增或遞減并且在實現(xiàn)預(yù)定的計數(shù)狀態(tài)時將對有關(guān)端口單元(3)的選擇授權(quán)或占用矢量(CRres)的有關(guān)位的占用授權(quán)進行阻塞。
12.按照權(quán)利要求11所述的信元爭用分辨單元，其中比較單元(13)的配額(quoten)計數(shù)器(21)分別配屬給占用矢量(CRres)的特定位并且當(dāng)不再存在比較單元(13)，其中有關(guān)的配額(quoten)計數(shù)器(21)還有一個配額(quoten)時并且同時經(jīng)排列的支配矢量(CRreq*)的有關(guān)位示出有待傳輸?shù)姆纸M或有待傳輸?shù)男旁獣r，控制單元(11)將配屬給占用矢量(CRres)的特定位的所有比較單元(13)的所有配額(quoten)計數(shù)器(21)置于初始值(初始-配額(quoten))。
13.按照權(quán)利要求11所述的信元爭用分辨單元，其中比較單元(13)的配額(quoten)計數(shù)器(21)分別配屬給特定的端口單元(3)并且其中當(dāng)不再存在比較單元(13)，其中有關(guān)的配額(quoten)計數(shù)器(21)還具有配額(quoten)時并且同時由與比較單元(13)連接的端口單元有待向有關(guān)的端口單元傳輸一個分組或一個信元時，控制單元(11)將配屬給特定端口單元(3)的所有比較單元(13)的所有配額(quoten)計數(shù)器(21)置于初始值(初始-配額(quoten))。
14.按照權(quán)利要求13所述的信元爭用分辨單元，其中排列信息被輸送給比較單元(13)，其中比較單元(13)對配額(quoten)計數(shù)器進行排列并且由排列好的支配矢量(CRreq*)得出有關(guān)是否有供傳輸?shù)男旁男畔ⅰ?br> 15.按照權(quán)利要求12至14中任一項所述的信元爭用分辨單元，其中一高于其它的配額(quoten)計數(shù)器(21)的初始-配額被分配給一個或多個配額(quoten)計數(shù)器(21)。
16.按照上述權(quán)利要求中任一項所述的信元爭用分辨單元，其中比較單元(13)分別具有一個N-級優(yōu)先-編碼器(23)，其中優(yōu)先級-編碼器(23)的N個輸入端(I1至IN)的每個輸入端與“與”門(25)的輸出端連接并且其中支配矢量的相應(yīng)位(CRreq[i])或經(jīng)排列的支配矢量的相應(yīng)位(CRreq*[i])被輸送給與門的第一輸入端，加在在前的比較單元(13)輸出端上的占用矢量(CRres[i])的有關(guān)位被輸送給與門(25)的第二輸入端并且所屬的配額(quoten)計數(shù)器(21)的信息被輸送給與門(25)的第三輸入端，當(dāng)還可以發(fā)出一個選擇授權(quán)時，所述信息為邏輯1，當(dāng)不再能發(fā)出選擇授權(quán)時，則為邏輯0。
17.按照上述權(quán)利要求中任一項所述的信元爭用分辨單元，該單元為集成電路。
18.中央交換裝置，具有用于連接最多N個端口單元(3)的N個端口，該中央交換裝置為集成電路，該集成電路包含有按照權(quán)利要求1至14中任一項所述的信元爭用分辨單元(8)。
全文摘要
為實現(xiàn)對爭用的分辨,在爭用分辨單元中有一占用矢量通過級聯(lián)的比較單元,其中每個比較單元對輸送給其的爭用分辨矢量進行分析并且僅占用矢量的第一個可能的位被占用。采用配額調(diào)整的方式實現(xiàn)最低限度的－公平均衡。通過在級聯(lián)中對占用矢量的的并行或半并行的處理實現(xiàn)非常高的處理速度。
文檔編號H04L12/56GK1372741SQ00812445
公開日2002年10月2日 申請日期2000年9月1日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月2日
發(fā)明者馬蒂亞斯·赫爾維西, 安德烈斯·基爾施泰特 申請人:印芬龍科技股份有限公司