SE470299B - Kösystem för väljare med "Fast-Circuit"-egenskaper - Google Patents

Description

f) -470 29 2 _ 9103719-2. Genom sina egenskaper kan denna väljare även fungera som en datakomswitch med höga prestanda.

Teknikens ståndpunkt.

Ett av de svårare problemen i datakomswitching är att få en rättvis fördelning när flera sändare vill sända till en mottaga- re samtidigt i ex.vis ett stjärnnät, eller motsvarande för bussar/ringar när alla noder delar på samma media och vill sända samtidigt. Som exempel på lösningar för bussar kan nämnas kolli- sionsupptäckt med "back-off"-algoritmer för t.ex. ETHERNET-nät och "tokens" som man kan reservera.

I stjärnkopplade nät löses problemet vanligtvis med att man bufferterar hela meddelandet i stjärnpunkten som då kan drabbas av tillfällig stockning, med överspill som följd. Buffertering fungerar dessutom dåligt i andra nät än sådana med måttliga till låga överföringshastigheter. (runt 64 kbit).

För stjärnkopplade väljare, som den enligt ovan nämnda patentansökan finns problemet också, men där kan man av praktis- ka skäl inte buffertera hela datameddelandet (kostnad, volym, effekt och datahastigheter).

Det medför b1.a. att två noder kan konkurrera ut en tredje om att få sända till samma mottagare.

Redogörelse för uppfinningen. _ Syftet med uppfinningen är att på ett enkelt och billigt sätt lösa problemet med att åstadkomma en rättvis fördelning när flera sändare vill sända till en mottagare samtidigt.

Enligt uppfinningen har detta uppnåtts genom att en väljare av inledningsvis definierat slag innefattar ett kösystem i an- slutning till styrminnes-terminalen och ledig-minnet, innefat- tande minne och styrlogik, för att för en första terminalenhet, som försöker få en uppkoppling till stånd till en andra termina- lenhet, vilken är upptagen, köa en anropsbegäran samt till första terminalenheten sända kvittensen “koppelbegäran satt i kö" och, vid mottagande av ned- kopplings-begäran från den andra terminal-enheten, direkt koppla upp den första terminalenheten mot den andra terminalenheten, samt sända kvittenser till de första och andra terminal-enheterna med "uppkoppling-verkställd"- resp. "begäran-verkställd"-besked.

Enligt en utföringsform innefattar därvid anordningen ett kö- 470 299 3 minne, och till ledig-minnet hör en tillståndskod för "upptagen och köad" samt en associerad pekare in i kö-minnet.

Därvid kan en eller flera kö-positioner vara tilldelade varje position i ledig-minnet och pekaren vara förverkligad genom adress i ledig-minnet.

Enligt en ytterligare utföringsform utnyttjas kö-minnet som en gemensam resurs.

Därvid kan till ledig-minnet en pekare vara allokerad, som pekar på nästa anrop lagrat i kö-minnet för den till positionen i ledig-minnet associerade terminal-enhetens mottagare.

Företrädesvis är då kö-minnet organiserat som ett antal an- rops-positioner, som tilldelas anrop, varvid de tilldelade positionerna länkas till varandra och till positionen i ledig- minnet för uppbyggnad av köstrukturer av variabel längd.

Figurbeskrivning.

Uppfinningen skall nu beskrivas närmare med hjälp av utför- ingsexempel och med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka fig. 1 är ett funktionellt blockschema över en digital väljare med anslutna terminalenheter, fig. 2 är ett logiskt format för manövrerings- och kvittens- paket vid väljaren enligt fig. 1, fig. 3 visar disposition av ledig-minne och kö-minne vid en utföringsform av uppfinningen, fig. 4 visar disposition av ledig-minne och kö-minne vid en annan utföringsform av uppfinningen, fig. 5 visar en detalj av väljaren enligt fig. 1, åskådlig- görande intern struktur för styrminnes-terminal med anslutna ledig- och kö-minnen.

Föredragna utföringsformer.

I fig. 1 betecknas en digital väljare allmänt med 2. Till väljaren 2 är terminalenheter 4A-M anslutna, vilka visas från sändande och mottagande sida, innebärande att samma terminal- enhets sändande och mottagande sida utgör en fysisk enhet.

Väljaren innefattar en multiplexor 6 anordnad att fysiskt kon- centrera ihop trafik från terminal-enheterna 4, vilka t.ex. kan innefatta processorstationer. Nämnda trafik är logiskt uppdelad i datatidluckor och styrtidluckor, varvid efter koncentreringen datatidluckorna fortfarande är logiskt åtskilda medan styrtid- luckorna är sammanslagna till en gemensam resurs. 4-70 299 4 En demultiplexor 8 är anordnad att spjälka upp datatidluckor- na och styrtidluckorna, varvid ett väljarminne 10 mottager datatidluckorna. Ett styrminne 12 innehållar information med vars hjälp genomkoppling av datatidluckorna i väljarminnet 10 äger rum. En styrminnes-terminal 14 är anordnad att mottaga styrtidluckorna med däri befintliga manövreringspaket och skriva in information i styrminnet 12, samt att sända kvittenspaket avseende genomförd uppkoppling eller upptaget-besked till an- ropande terminalenhet.

Fig. 2 beskriver schematiskt utseendet på ett manövrerings- paket och ett kvittenspaket.

Manövreringspaketet innehåller, enligt fig. 2, "operations- kod", som anger typ av operation (upp- eller nedkoppling), "kontrollnummer", "logisk mottagare", som anger adresserad mottagande terminal-enhet, "logisk sändare", som anger adresse- rad sändande terminal-enhet, samt "fysisk källadress", som anger den fysiska adressen till den terminal-enhet som sänder manövre- ringsbegäran.

Kvittenspaketet innehåller, likaledes med hänvisning till fig. 2, "fysisk destinationsadress", som anger den fysiska adressen till den terminal-enhet, som sände ursprunglig manövre- ringsbegäran, "kvittenskod", som anger typ av kvittens (opera- tion utförd respektive ej utförd), samt "kontrollnummer".

Styrminnes-terminalen hämtar "fysisk källadress" från manöv- reringspaketet och använder den som "fysisk destinationsadress" i kvittenspaketet. "Kontrollnumret" returneras i kvittensen så att manövreringsbegärande terminal-enhet skall veta vilken manövrering som är expedierad, om den har flera utestående.

Ett ledig-minne 16 samverkar med styrminnes-terminalen 14 och innehåller lagrad information avseende aktuell status för varje terminal-enhets mottagare.

En andra multiplexor 18 är anordnad att inlänka styrtidluckor från styrminnes-terminalen 14 och datatidluckor från väljarmin- net 10 på samma fysiska resurs. En andra demultiplexor 20 är anordnad att spjälka upp datatidluckorna till respektive motta- gande terminal-enhet, medan kvittenspaketen styrs till adresse- rad terminal-enhet.

Det som beskrivits ovan av väljaren enligt fig. 1, liksom den följande funktionsredogörelsen därav, framgår även av den svens- 470 299 5 ka patentansökan 9103719-2, från vilken ytterligare detaljbe- skrivning kan hämtas.

Från en av terminal-enheterna, ex.vis 4A, sänds ett manövre- ringspaket för uppkoppling av väljar-minnet 10. Manövreringspa- ketet använder samma vägar som det genomkopplade datat fram till multiplexorn 6. Där avskiljs manövreringspaketet för vidare transport ned till styr-minnes-terminalen 14.

Manövreringspaketet innehåller en operationskod som i detta fall är uppkoppling med tillhörande kopplingsdata utpekande en given förbindelse. Styr-minnes-terminalen 14 jämför operations- begäran och tillhörande kopplingsdata med rådande status för begärd förbindelse genom väljar-minnet 10. Rådande status för varje förbindelse finns lagrad i ledig-minnet 16.

Anger ledig-minnet 16 vid en uppkopplingsbegäran att adres- serad mottagare, ex.vis terminal-enhet 4M, är ledig, ändrar styrminnes-terminalen 14 status "ledig" i ledig-minnet 16 till status "upptagen", samt skriver in den nya förbindelsen i styr- minnet 12, som i sin tur påverkar utläsningen ur väljar-minnet 10, så att en enkelriktad dataväg från terminal-enhet 4A till terminal-enhet 4M upprättas.

Styrminnes-terminalen 14 sänder därefter ett kvittenspaket via multiplexorn 18 till terminal-enhet 4A, så att den skall veta att uppkopplingsbegäran är verkställd.

Vill nu ex.vis terminal-enhet 4B koppla upp en förbindelse till terminal-enhet 4M kommer styr-minnes-terminalen 14 via ledigminnet 16 att konstatera att terminal-enhet 4M är upptagen.

Det är denna situation och de därav förorsakade problemen, som den föreliggande uppfinningen tar hand om.

Enligt ovannämnda svenska patentansökan 9103719-2 kommer styr-minnes-terminalen 14 att sända ett kvittenspaket till terminal-enhet 4B med beskedet att adresserad mottagare är upp- tagen. Den indirekta följden blir att terminal-enhet 4B får försöka senare.

Detta är ingen idealisk lösning och kan ge upphov till orättvisa genom att terminal-enhet 4M alltid är upptagen just när terminal-enhet 4B försöker koppla upp, exempelvis genom att terminal-enhet 4C har hunnit emellan. En annan negativ konse- kvens är att styr-minnes-terminalen 14 stressas om ex.vis termi- nal-enhet 4B upprepar sitt manövreringspaket med uppkopplingsbe- 478 299 6 gäran högfrekvent för att säkerställa att den inte skall hamna på mellanhand.

Genom att enligt uppfinningen införa ett nedan närmare be- skrivet system för "rättvis köfunktion", kan dessa nackdelar med en "Fast Circuit Switch" elimineras. De funktionella tilläggen som krävs har i fig, 1 betecknats allmänt med 22, och består implementeringsmässigt av minne och styrlogik, som kan vara program- eller maskinvara.

Såsom kommer att framgå av nedanstående beskrivning är skillnaden för terminal-enhet B att den får anropet köat och en kvittens "koppelbegäran satt i kö" när den försöker koppla upp mot terminal-enhet M, som redan är uppkopplad mot terminal-enhet A enligt ovan beskrivna exempel.

När terminal-enhet M skickar ett manövreringspaket med ned- kopplingsbegäran, så kopplar styrminnes-terminalen 14 direkt upp terminal-enhet B mot M samt sänder en kvittens både till M ("begäran verkställd“) och till B ("köad koppelbgäran upp- ställd").

Detta åstadkommas genom att till ledig-minnet 16 addera en tillståndskod för "upptagen och köad" samt en associerad pekare in i ett kö-minne 24 där väntande anrop lagras.

För att hantera denna extra funktionalitet, med den hastighet som krävs av en "Fast Circuit Switch", krävs också extra logik i styrminnes-terminalen 14.

Enligt ett första utföringsexempel kan en eller flera köposi- tioner tilldelas varje position i ledig-minnet 16. I detta fall krävs ingen pekare till kö-minnet 24, eftersom en sådan finns underförstått genom adressen i ledig-minnet 16. En position i ledig-minnet 16 representerar också en "logisk mottagare" (en- ligt ovan med hänvisning till fig. 2 givna definition), varvid exempelvis position 1 representerar terminal-enhet A, position 2 terminal-enhet B, osv.

Figur 3 visar disposítionen för ledig-minnet 16 och kö-minnet 24 för detta första utföringsexempel, vilket är funktionellt enkelt.

Ledigminnet 16 innehåller ett antal positioner med vardera en statuskod, antydda vid 26. Dessa statuskoder är: "ej använd", "ledig", "upptagen och köad", "upptagen och ej köad". Att ange status för "upptagen och köad" respektive "upptagen och ej köad" -x 470 299 7 direkt i kod är inte nödvändigt då det även kan framgå av pekar- värden i en funktion "areabeskrivning", antydd vid 26, i kö- minnet 24. Att indikera detta i statuskoden i ledigminnet 16 är dock en fördel hanteringsmässigt då en av operationskoderna, (jfr. fig. 2), i ett manövreringspaket kan vara "koppla upp om ledigt, köa om ingen före i kö".

Varje position 26 i ledig-minnet 16 pekar, antytt med pil 28, på sin egen "anropsarea", vid 30, i kö-minnet 24, som har en fördefinierad storlek lika stor för alla positioner 26 i ledig- minnet 16. I varje "anropsarea" 30 ingår en “areabeskrivning" 31 och ett antal positioner för "anrop" 32. Varje "anropsarea" 30 kan lagra ett antal anrop 32 med "kontrollnummer", "logisk sändare" och "fysisk destinations-adress" (jfr. fig. 2), antytt vid 34.

I fältet 32 för "areabeskrivning" lagras in- och utpekare, vid 36 resp. 38.

Inpekare 36 anger var nästa anrop skall lagras relativt i dess anropsarea 30. Inpekaren 36 stegas ett steg efter inlägg- ning, så att den pekar på nästa fria position. Kontroll måste göras vid inläggning av anrop att inpekaren 36 inte har samma värde som utpekaren 38. Är detta fallet måste inskrivning hin- dras, så att inte ett icke expedierat anrop överskrivs. Styrmin- nes-terminalen 14 får i sådant fall skicka en kvittens som anger att mottagaren är upptagen och att inga köplatser är tillgängli- ga.

Utpekaren 38 anger vilket anrop som är i tur att expedieras när mottagaren nedkopplas. Upptäcker styrminnes-terminalen 14 att statuskoden är köad vid nedkoppling läses koppeldata för mottagaren från den del i anropsarean 30 som utpekaren 38 in- dikerar. Efter uppställning av kopplet stegas utpekaren 38 till nästa position. Är då inpekaren 36 och utpekaren 38 lika så ändrar styrminnes-terminalen 14 statuskoden för mottagaren till "upptagen men ej köad". Styrminnes-terminalen 14 sänder natur- ligtvis även en kvittens till den köande terminal-enheten att den begärda förbindelsen är upprättad. Den "fysiska destina- tionsadressen" (jfr fig. 2) hämtas från det utpekade anropet i anropsarean 30.

En anropsarea hanteras som en rundstegande buffert, vilket innebär att när en pekare nått sista positionen så stegas den 470 299 till första positionen.

I styrminnes-terminalen 14 skall finnas styrlogik, (program eller egen maskinvara) för att jämföra pekarna 36, 38 med varan- dra och med sista möjliga positionen i anropsarean 30 och vidta ovan beskrivna åtgärder.

Den utföringsform med enklare logisk implementering som är beskriven ovan, kan innebära slöseri med köminne i och med att alla mottagare reserveras en anropsarea av en given storlek.

Detta gäller speciellt i sådana fall där endast ett fåtal av de anslutna terminal-enheterna är processorstationer, av vilka det i sin tur endast behöver vara en del av dessa som har användning av köfunktionen.

I sådana fall kan en utförandeform där kö-minnet utnyttjas som en gemensam resurs reducera minnesbehovet drastiskt och göra funktionen mer praktisk att implementera. Fig. 4 visar disposi- tionen av ledig-minne och kö-minne vid ett sådant utförande.

Vid denna utföringsform är till ledig-minnet en pekare allokerad, som pekar på nästa anrop lagrat i kö-minnet för den till positionen i ledig-minnet associerade terminal-enhetens mottagare. Genom att organisera kö-minnet som ett antal "an- ropspositioner" och genom att tilldela "anropspositioner" anrop och länka de tilldelade positionerna till varandra och till positionen i ledig-minnet kan köstrukturer byggas upp av varia- bel längd och med avsevärt mindre minnesåtgång än i det funktio- nellt enklare implementeringsförfarandet, enligt föregående utföringsexempel.

Naturligtvis kan även andra varianter på köstrukturer byggas upp där man exempelvis tilldelar färdiga köstrukturer ett visst antal anropspositioner enligt det enklare implementeringsför- farandet.

Hänvisning görs nu till fig. 4. När ett manövreringspaket anländer till styrminnes-terminalen 14 med operationskoden "koppla upp om ledigt, köa om köplats finns tillgänglig", läser styrminnes-terminalen 14 ledig-minnet 16 i vanlig ordning, men finner att mottagaren är upptagen. Styrminnes-terminalen 14 söker då i till kö-minnet 22 hörande markerare, vid 50, efter en ledig anropsbuffert, vid 52. I markerararean 50 representerar varje bitposition adressen till en anropsbuffert 52, och in- nehållet representerar antingen ledig eller upptagen. 479 299 9 När en ledig buffert 52 hittats, upptagetmarkeras markeraren 50 för denna buffert och en kvittens med beskedet köad skickas.

(Hittas ingen ledig buffert skickas en kvittens med beskedet "upptaget och inga köplatser tillgängliga"). För att länka in bufferten i en anropslista läser styrminnesterminalen 14 från ledig-minnet 16 en till positionen knuten in-kö-pekare, vid 54.

In-kö-pekaren 54 anger absolutadressen i kö-minnet 24 till den buffertposition 52 där senast lagrat anrop för denna mottagare finns.

Om tidigare lagrat anrop finns (status i ledig-minnet 16 är: "upptagen och köad“) så skriver styrminnes-terminalen 14 abso- lutadressen till den buffertposition 52 där nya anropet skall lagras i den buffertposition 52, vid 56, där senaste anropet lagrats så att dess position 56 pekar på buffertpositionen 52 för det nya anropet.

Om tidigare lagrat anrop ej finns (status i ledig-minnet 16: "upptagen och ej köad“) så skriver styrminnes-terminalen 14 absolutadressen till den buffertposition 52 där nya anropet skall lagras i den till ledig-minnet 16 knutna positionen för ut-kö-pekare, likaledes vid 54. Därefter skrivs anropet in i den tilldelade bufferten, vid 52, varvid dess position 56 noll- ställs.

När en upptagetmarkerad och köad position i ledig-minnet 16 läses i samband med en nedkopplingsbegäran, så läser styrminnes- terminalen 14 en till positionen hörande ut-kö-pekare, likaledes vid 54, som pekar på det anrop som står i tur att expedieras för associerad mottagare. Ut-kö-pekaren 54 anger absolutadressen till anropsbufferten 52 för anropet. Efter uppkoppling ledigmar- keras buffertpositionen i markerar-arean 50 och en länkpekare, vid 56, för den ledigmarkerade buffertpositionen skrivs in som ny ut-kö-pekare. Om länkpekaren 56 är noll, alternativt in-kö- pekaren lika med ut-kö-pekaren, innebär detta att inga mer anrop finns köade. Styrminnesterminalen 14 ändrar då även status i ledigminnet 16 till: "upptagen och ej köad".

För att accelerera styrlogiken i styrminnes-terminal 14 som hanterar köminnet 24 som en gemensam resurs, kan maskinvara för att snabbt hitta lediga buffertar 52 i markerararean 50 adderas.

Exempel på detta är maskinvarulogik, som med hjälp av kombinato- rik hittar den mest signifikanta ettan i en variabel. 470 299 10 Figur 5 visar schematiskt hur en styrminnes-terminal 14, tillsammans med ledig-minne 16 och kö-minne 24, kan vara upp- byggd internt, enligt känd mikroprocessor-arkitektur, med en aritmetisk logisk enhet 60 som central kombinatorisk enhet samt minnen och funktionsenheter anslutna via systembussar 62, 64, 66. Ett programminne 68 med tillhörande kontrollenhet 70 styr interaktionen mellan enheterna för varje programsteg via en styrbuss 72. En enhet som snabbt hittar mest signifikant etta i en variabel, enligt ovan, betecknas med 74.

Anrops-fifo för manövreringspaket betecknas med 76, och kvittens-fifo för kvittenspaket betecknas med 78.

Flödesriktningen för operationer, som utförs, framgår av inritade pilriktningar.

Följande operationskoder för manövreringsoperationer knutna till köfunktionen är därvid tänkbara: 1. Koppla upp om ledigt, köa inte vid upptaget, 2. Koppla upp om ledigt, köa om ingen före i kö, 3. Koppla upp om ledigt, köa om köplats finns tillgänglig, 4. Koppla ned (koppla upp köande anrop), 5. Tag bort anrop i kö. Detta kommando behandlas på samma sätt som vid tidigare beskrivet förfarande när ny uppkoppling skall göras av köat anrop. Enda skillnaden är att uppkopplingen inte görs och att hela anropsarean resp. den länkade listan rensas innan status i ledigminnet 16 sätts till: "upptagen och ej köad". Därefter sänds vederbörlig kvittens "begäran verkställd".

Följande kvittenser knutna till köfunktionen kan tänkas: 1. Uppkoppling verkställd, 2. Koppelbegäran satt i kö, 3. Köad koppelbegäran uppställd, 4. Begäran verkställd (koppla ned, tag bort anrop i kö). 5. Upptaget och inga köplatser tillgängliga.

Claims (13)

475 299 11 Patentkrav.

1. Anordning vid digital väljare för trafik från flera terminal-enheter (4A-M), t.ex. processorstationer, vilken trafik är logiskt uppdelad i datatidluckor och styrtidluckor med manöv- reringspaket, innefattande ett väljarminne (10) avsett att mottaga datatidluckorna, ett styrminne (12) innehållande information med vars hjälp genomkoppling av datatidluckorna i väljarminnet äger rum, en styrminnes-terminal (14) anordnad att mottaga styrtid- luckorna och däri befintliga manövreringspaket och skriva in information i styrminnet (12), samt att sända kvittenspaket till anropade och anropande terminalenheter, ett ledig-minne (16), som samverkar med styrminnes-terminalen (14) och i vilket aktuell status för varje mottagande terminal- enhet är lagrad, kännetecknad av ett kösystem i anslutning till styrminnes-terminalen (14) och ledig-minnet (16), innefattande minne och styrlogik, för att för en första terminalenhet (4B), som försöker få en uppkoppling till stånd till en andra terminalenhet (4M), vilken är upptagen, köa en anropsbegäran samt till första terminalenheten sända kvittensen "koppelbegäran satt i kö" och, vid mottagande av ned- kopplings-begäran från den andra terminal-enheten, direkt koppla upp den första terminalenheten mot den andra terminalenheten, samt sända kvittenser till de första och andra terminal-enheterna med "uppkoppling-verkställd"- resp. "begäran-verkställd-besked.

2. Anordning enligt krav 1, kännetecknad av att den innefat- tar ett kö-minne (24), och till ledig-minnet (16) hör en till- ståndskod för "upptagen och köad" samt en associerad pekare in i kö-minnet.

3. Anordning enligt krav 2, kännetecknad av att en eller flera kö-positioner är tilldelade varje position i ledig-minnet (16) och att pekaren är förverkligad genom adress i ledig-min- net.

4. Anordning enligt krav 3, kännetecknad av att en position i ledig-minnet (16) representerar en adresserad mottagande termi- nal-enhet.

5. Anordning enligt krav 4, kännetecknad av att ledigminnet 470 299 12 (16) innehåller ett antal positioner med vardera en statuskod för "ej använd", "ledig", "upptagen och köad", och "upptagen och ej köad".

6. Anordning enligt krav 5, kännetecknad av att status för "upptagen och köad" och "upptagen och ej köad" framgår av in- pekare (36) resp. utpekare (38), alternativt in-kö-pekare resp. ut-kö-pekare (54).

7. Anordning enligt krav 6, kännetecknad av att varje posi- tion i ledig-minnet (16) pekar på sin egen anropsarea i kö- minnet (24), som har en fördefinierad storlek lika stor för alla positioner i ledig-minnet, varvid varje anropsarea kan lagra ett antal anrop i ett fält för areabeskrivning, med kontrollnummer, adresserad sändande terminal-enhet, och fysisk destinations- adress till terminal-enhet, som sände ursprunglig manövrerings- begäran.

8. Anordning enligt krav 7, kännetecknad av att i fältet för areabeskrivning i köminnet (24) lagras in- och utpekare, där inpekare anger var nästa anrop skall lagras relativt i dess anropsarea, och utpekare anger vilket anrop som är i tur att expedieras när mottagaren nedkopplas.

9. Anordning enligt krav 8, kännetecknad av att i styrminnes- terminalen (14) ingår styrlogik för att jämföra in- och utpekar- na med varandra och med sista möjliga positionen i anropsarean.

10. Anordning enligt krav 1, kännetecknad av att kö-minnet (24) utnyttjas som en gemensam resurs.

11. Anordning enligt krav 10, kännetecknad av att till ledig- minnet (16) är en pekare allokerad, som pekar på nästa anrop lagrat i kö-minnet (24) för den till positionen i ledig-minnet associerade terminal-enhetens mottagare.

12. Anordning enligt krav 11, kännetecknad av att kö-minnet är organiserat som ett antal anrops-positioner, som tilldelas anrop, varvid de tilldelade positionerna länkas till varandra och till positionen i ledig-minnet (16) för uppbyggnad av kö- strukturer av variabel längd.

13. Anordning enligt krav 12, kännetecknad av maskinvara (74) för att hitta lediga anropspositioner från en markerararea tillhörande kö-minnet.