CN101459598B - 实现分组交换的方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种实现分组交换的方法及其系统。所述实现分组交换的方法包括根据配置的业务数据，仲裁得到每个时刻业务源端队列的排布顺序和矩阵连接关系；将所述业务源端队列的排布顺序和矩阵连接关系分别发送给业务源端和交换网板，触发业务源端按照所述业务源端队列的排布顺序将分组信元发送给交换网板，以及交换网板根据所述矩阵连接关系，将从业务源端接收到的分组信元转发给业务宿端。通过本发明实施例提供的技术方案，能够提高业务源端和交换网板之间总线的利用率、提高网络传输的速度、解决多播请求的线头阻塞问题。

Description

实现分组交换的方法及其系统 

技术领域

本发明涉及电子通信技术领域，特别涉及一种建立实现分组交换的方法及其系统。 

背景技术

现有的交换技术主要分为电路交换和分组交换。电路交换是计算机终端之间进行通信时，一方发起呼叫，独占一条物理线路。当交换机完成接续后，对方收到发起端的信号，双方即可进行通信。因此在整个通信过程中双方一直占用该电路。它的特点是实时性强，时延小，交换设备成本较低。但同时也带来线路利用率低，电路接续时间长，通信效率低，不同类型终端用户之间不能通信等缺点。电路交换比较适用于信息量大、长报文，经常使用的固定用户之间的通信。分组交换实质上是在“存储-转发”基础上发展起来的。分组交换指在线路上采用动态复用技术来传送多个数据分组。把来自发送端的数据暂存在交换机的存储器内，接着在网内转发，到达接收端后，再去掉分组头将各数据字段按顺序重新装配成完整的报文。与电路交换相比，分组交换利用率较高。 

当前的分组交换技术按照交换的单元又分为非定长交换和定长信元交换。定长信元交换相对于非定长交换增加了将报文切片和组包的过程，但是定长交换更加容易实现大容量快速的交换 

现有的定长信元交换网主要采用的是M-C-M的架构，即中间级是纵横交叉交换芯片(SC，Switching Crossbar Chip)，两边是共享缓存交换芯片(SM，Switching memory Chip)，需要被交换的信元在SM缓存下来，向SC提交换请求，在SC交换网中，多个输入可能同时竞争一个输出，即输入输出之间存在竞争，需要仲裁算法对信元进行调度。经过仲裁算法调度后，SC向SM回告准许信号，SM收到准许信号后，将信元调出来后，传送给SC进行交换。因此，由于存在请求和准许这些开销，导致SM和SC之间总线的利用率降低，且在SM处缓存的请求，需要收到准许信号才能发送出去，需要一定的延时，因此会影响网络传输的速度。 

另外，对于分组信元向SC提出的交换请求，需要额外的带宽进行缓存，可以放在信元开销中或者单独的信元中。对于单播的请求，因为目的单一，所 以可以每次把所有的请求发送出去，但是对于多播，因为目的存在不同的组合，比如1、3的目的相同是一组，2、3、4目的相同是另一组，如果有n个目的，就会存在2ⁿ种组合，所以无法一次发送所有的交换请求。由于仲裁单元无法一次获取多播请求，所以存在线头阻塞的问题，例如：在第一、第二个调度周期，尽管输出端口2空闲，输入端口1的第三个信元也不能得到调度。 

因此，在进行本发明创造过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：现有技术提供的技术方案中，由于存在请求和准许这些开销，导致SM和SC之间总线的利用率降低；对于SM中缓存的请求，需要收到准许信号才能发送出去，需要一定的延时，因此会影响网络传输的速度；对于多播请求，会出现线头阻塞的问题。 

发明内容

本发明实施例要解决的技术问题是提供一种实现分组交换的方法及其系统，能够提高总线利用率、减少延时、避免出现线头阻塞。 

为解决上述技术问题，本发明实施例的目的是通过以下技术方案实现的： 

本发明实施例提供一种实现分组交换的方法，包括： 

根据配置的业务数据，每个未匹配的输入接口向其对应的输出接口发送连接请求，收到连接请求的输出接口根据应答指针选择输入接口，并向其返回应答消息，收到应答消息的输入接口根据认可指针选择输出接口，并向其返回认可消息，以此确定业务源端分组信元的发送顺序以及业务源端接口和业务宿端接口之间的连接关系； 

将所述业务源端分组信元的发送顺序和业务源端接口和业务宿端接口之间的连接关系分别发送给业务源端和交换网板，触发业务源端按照所述业务源端分组信元的发送顺序将分组信元发送给交换网板，以及触发交换网板根据所述业务源端接口和业务宿端接口之间的连接关系，将从业务源端接口接收到的分组信元转发给业务宿端接口。 

本发明实施例还提供一种实现分组交换的系统，包括： 

仲裁装置，用于根据配置的业务数据，每个未匹配的输入接口向其对应的输出接口发送连接请求，收到连接请求的输出接口根据应答指针选择输入接 口，并向其返回应答消息，收到应答消息的输入接口根据认可指针选择输出接口，并向其返回认可消息，以此仲裁得到业务源端分组信元的发送顺序和业务源端接口和业务宿端接口之间的连接关系； 

业务源端，用于接收所述仲裁装置发送的业务源端分组信元的发送顺序，并根据所述业务源端分组信元的发送顺序发送分组信元； 

交换网板，用于接收所述仲裁装置发送的业务源端接口和业务宿端接口之间的连接关系，并根据所述业务源端接口和业务宿端接口之间的连接关系，将从业务源端接收到的分组信元转发给业务宿端； 

业务宿端，用于接收所述交换网板发送的分组信元。 

本发明实施例还提供一种仲裁装置，包括： 

配置单元，用于对业务源端的业务数据进行配置； 

仲裁单元，用于根据所述配置单元所配置的业务数据，每个未匹配的输入接口向其对应的输出接口发送连接请求，收到连接请求的输出接口根据应答指针选择输入接口，并向其返回应答消息，收到应答消息的输入接口根据认可指针选择输出接口，并向其返回认可消息，以此确定业务源端分组信元的发送顺序和业务源端接口和业务宿端接口之间的连接关系； 

发送单元，用于将所述仲裁单元得到的业务源端分组信元的发送顺序和业务源端接口和业务宿端接口之间的连接关系分别发送给业务源端或者交换网板。 

通过本发明实施例提供的实现分组交换的方法及其系统，仲裁装置能够根据配置的业务数据，仲裁出每个时刻业务源端队列的排布顺序和矩阵连接关系，因此不需要业务源端和交换网板之间进行请求和准许的信令交互，提高了业务源端和交换网板之间总线的利用率；分组信元无需在交换网板中缓存后再发送给业务宿端，因此减少了延时，提高了网络传输的速度；对于多播请求，由于仲裁装置预先配置了业务数据，因此，仲裁时考虑了所有多播请求，解决了线头阻塞问题。 

附图说明

图1为本发明实现分组交换的方法一个实施例的流程图； 

图2A为本发明业务源端队列的排布顺序示意图； 

图2B为本发明矩阵连接关系示意图； 

图3为本发明实现分组交换的系统一个实施例的结构图。 

具体实施方式

本发明实施例提供一种实现分组交换的方法及其系统。为使本发明的技术方案更加清楚明白，以下参照附图并列举实施例，对本发明进一步详细说明。 

请参照图1，为本发明实现分组交换的方法的一个实施例的流程图。 

所述实现分组交换的具体过程包括： 

步骤101：仲裁装置根据配置的业务数据，仲裁得到每个时刻业务源端队列的排布顺序和矩阵连接关系； 

本实施例中，仲裁装置可以对业务源端的业务数据进行配置。下表1为本实施例中的业务数据配置表。 

业务源板位	业务宿板位	业务数量
			1	1	1
2	4
			2	0	0
3	2	4
			4	1
4	4	1

本实施例中，业务源端为业务源板，业务宿端为业务宿板。 

如上表1中所示，对应于每个业务源板的四个输出接口设有：业务源板位1、业务源板位2、业务源板位3、业务源板位4；对应于每个业务宿板的四个输入接口设有：业务宿板位1、业务宿板位2、业务宿板位3、业务宿板位4。 

本实施例中，交换网板上具有4×4的接口：input 1、input 2、input 3、input4、outputl、output 2、output 3、output 4，分别与业务源板的四个输出接口、业务宿板的四个输入接口相连。表1中的业务数据配置说明：业务源板位1需要发送1个数据包给业务宿板位1、发送4个数据包给业务宿板位2；业务源板位3需要发送4个数据包给业务宿板位2、发送1个数据包给业务宿板位4；业务源板位4需要发送1个数据包给业务宿板位4。 

所述业务源端队列的排布顺序和矩阵连接关系分别指示：业务源板中储存的分组信元中的数据包发送的顺序以及各源板位和各宿板位之间连接关系。 

下面以一次仲裁为例，说明仲裁得到业务源端队列的排布顺序和矩阵连接关系的具体过程如下： 

步骤A：根据配置的业务数据，每个未匹配的输入接口向其对应的输出接口发送连接请求； 

所述未匹配的输入接口是指该输入接口未确定与其连接的输出接口。 

例如，input 1向output 1、output 2发送连接请求，input 3向output 2、output4发送连接请求，input 4向output 4发送连接请求。 

步骤B：输出接口选择距离应答(grant)指针最近的输入接口，并返回应答消息； 

本实施例中，交换网板的每个输入接口和输出接口均具有一个认可(accept)指针和一个应答(grant)指针，初始状态下，各输入接口的accept指针指向output1，各输出接口的grant指针指向input 1。因此，本实施例中，当input 1向output1、output 2发送连接请求，input 3向output 2、output 4发送连接请求，input 4向output 4发送连接请求时，output 1选择向input 1发出应答消息，output 2选择向input 1发出应答消息，output 4向input 3发出应答消息。 

步骤C：输入接口选择向距离认可指针最近的输出接口，并返回认可消息； 

同时，接收应答消息的输入接口的认可指针指向发出应答消息的输出接口的下一个输出接口，应答消息被认可的输出接口的应答指针指向发出认可消息的输入接口的下一个输入接口。 

本实施例中，由于input 1选择output 1并向output 1发出认可消息，input3选择output 4并向output 4发出认可消息，因此，input 1的认可指针指向output2，output1的应答指针指向input 2；input 3的认可指针指向output 1，output 4的应答指针指向input 4。 

所述业务源端队列的排布顺序用于指示业务源端中的分组信元的输出顺序，因此这一次仲裁得出的业务源端队列的排布顺序是：业务源板位1和业务源板位3发送数据给交换网板；矩阵连接关系是：业务源板位1与业务宿板位 1相连，业务源板位3与业务宿板位4相连。 

以上列举的是一次仲裁过程，仲裁装置可以根据每个分组信元中所包括的数据包数目来设定多次仲裁次数，每次仲裁之间的间隔可以通过时钟信号来控制。 

如图2A所示，为仲裁装置经过多次仲裁后得出的业务源端队列的排布顺序。其中，仲裁装置总共进行了7次(拍)仲裁。 

第一拍业务源端队列的排布顺序为：源板位1、源板位3发送分组信元； 

第二拍业务源端队列的排布顺序为：源板位1、源板位4发送分组信元； 

第三拍业务源端队列的排布顺序为：源板位3、源板位4发送分组信元； 

第四拍业务源端队列的排布顺序为：源板位1、源板位4发送分组信元； 

第五拍业务源端队列的排布顺序为：源板位3发送分组信元； 

第六拍业务源端队列的排布顺序为：源板位1发送分组信元； 

第七拍业务源端队列的排布顺序为：源板位1发送分组信元。 

如图2B所示，为仲裁装置经过多次仲裁后仲裁得出的矩阵连接关系。其中，仲裁装置总共进行了7次(拍)仲裁。 

第一拍矩阵连接关系为：源板位1与宿板位1相连、源板位3与宿板位4相连； 

第二拍矩阵连接关系为：源板位1与宿板位2相连、源板位4与宿板位4相连； 

第三拍矩阵连接关系为：源板位3与宿板位2相连、源板位4与宿板位4相连； 

第四拍矩阵连接关系为：源板位1与宿板位2相连、源板位4与宿板位4相连； 

第五拍矩阵连接关系为：源板位3与宿板位2相连； 

第六拍矩阵连接关系为：源板位1与宿板位2相连； 

第七拍矩阵连接关系为：源板位1与宿板位2相连。 

步骤102：将所述业务源端队列的排布顺序和矩阵连接关系分别发送给业务源端和交换网板； 

本实施例中，仲裁装置单元将所述业务源端队列的排布顺序发送给业务源板的队列控制器；将矩阵连接关系发送给交换网板的交换矩阵单元。 

步骤103：业务源端按照所述业务源端队列的排布顺序将分组信元发送给交换网板，交换网板根据所述矩阵连接关系，将接收到的分组信元转发给业务宿端。 

例如，本实施例中，业务源板的队列控制器根据所述业务源端队列的排布顺序(如图2A所示)，在第一拍时，控制源板位1和源板位3分别将分组信元发送给交换网板，交换网板的交换矩阵单元根据所述矩阵连接关系(如图2B所示)，将源板位1发送的分组信元转发给业务宿板位1，将源板位3发送的分组信元转发至业务宿板位4。其它时刻以此类推。 

所述仲裁方法除了采用上述指针轮流的算法，也可以采用对角传播指针(DPA，Diagonal Propagation Arbiter)进行仲裁，来建立从输入到输出端口的无冲突连接。 

综上可知，由于仲裁装置能够根据配置的业务数据，仲裁出每个时刻业务源端队列的排布顺序和矩阵连接关系，因此不需要业务源端和交换网板之间进行请求和准许的信令交互，提高了业务源端和交换网板之间总线的利用率；分组信元无需在交换网板中缓存后再发送给业务宿端，因此减少了延时，提高了网络传输的速度；对于多播请求，由于仲裁装置预先配置了业务数据，因此，仲裁时考虑了所有多播请求，解决了线头阻塞问题。 

请参照图3，为本发明实现分组交换的系统一个实施例的结构图。所述实现分组交换的系统包括仲裁装置31、业务源端32、交换网板33、业务宿端34。 

所述仲裁装置31，用于根据配置的业务数据，仲裁得到每个时刻业务源端队列的排布顺序和矩阵连接关系； 

所述业务源端32，用于接收所述仲裁装置31发送的每个时刻业务源端队列的排布顺序，并根据所述业务源端队列的排布顺序发送分组信元给所述业交换网板33； 

所述交换网板33，用于接收所述仲裁装置31发送的每个时刻矩阵连接关系，并根据所述矩阵连接关系，将从业务源端32接收到的分组信元转发给业 务宿端34； 

所述业务宿端34，用于接收缩所述交换网板33发送的分组数据。 

所述仲裁装置31可以进一步包括： 

配置单元，用于对业务源端的业务数据进行配置； 

仲裁单元，用于根据所述配置单元所配置的业务数据，仲裁得到每个时刻业务源端队列的排布顺序和矩阵连接关系； 

发送单元，用于将所述仲裁单元得到的每个时刻业务源端队列的排布顺序和矩阵连接关系分别发送给业务源端或者交换网板。 

所述交换网板33可以进一步包括： 

接收单元，用于接收仲裁装置发送的每一时刻矩阵连接关系和业务源端发送的分组信元； 

交换矩阵单元，用于根据接收单元接收的矩阵连接关系，更新每一时刻矩阵连接关系； 

发送单元，用于根据所述交换矩阵单元中的每一时刻矩阵连接关系，将所述接收单元所接收的分组信元发送给对应的业务宿端的输入接口。 

通过本发明实施例提供的实现分组交换的方法及其系统，仲裁装置能够根据配置的业务数据，仲裁出每个时刻业务源端队列的排布顺序和矩阵连接关系，因此不需要业务源端和交换网板之间进行请求和准许的信令交互，提高了业务源端和交换网板之间总线的利用率；分组信元无需在交换网板中缓存后再发送给业务宿端，因此减少了延时，提高了网络传输的速度；对于多播请求，由于仲裁装置预先配置了业务数据，因此，仲裁时考虑了所有多播请求，解决了线头阻塞问题。 

以上对本发明所提供的一种实现分组交换的方法及其系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明所揭示的技术方案；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。 

Claims (8)

1.一种实现分组交换的方法，其特征在于，包括：

根据配置的业务数据，每个未匹配的输入接口向其对应的输出接口发送连接请求，收到连接请求的输出接口根据应答指针选择输入接口，并向其返回应答消息，收到应答消息的输入接口根据认可指针选择输出接口，并向其返回认可消息，以此确定业务源端分组信元的发送顺序以及业务源端接口和业务宿端接口之间的连接关系；

将所述业务源端分组信元的发送顺序和业务源端接口和业务宿端接口之间的连接关系分别发送给业务源端和交换网板，触发业务源端按照所述业务源端分组信元的发送顺序将分组信元发送给交换网板，以及触发交换网板根据所述业务源端接口和业务宿端接口之间的连接关系，将从业务源端接口接收到的分组信元转发给业务宿端接口。

2.根据权利要求1所述的实现分组交换的方法，其特征在于，所述配置的业务数据包括业务源端接口需要发送给对应的业务宿端接口的数据包数量。

3.根据权利要求1所述的实现分组交换的方法，其特征在于，所述根据配置的业务数据，确定业务源端分组信元的发送顺序和业务源端接口和业务宿端接口之间的连接关系具体为：

根据配置的业务数据，进行多次确定每个时刻的业务源端分组信元的发送顺序和业务源端接口和业务宿端接口之间的连接关系。

4.根据权利要求1所述的实现分组交换的方法，其特征在于，所述收到连接请求的输出接口根据应答指针选择输入接口的具体方式为：

收到连接请求的输出接口选择距离应答指针最近的输入接口，并向其返回应答消息。

5.根据权利要求1所述的实现分组交换的方法，其特征在于，所述收到应答消息的输入接口根据认可指针选择输出接口的具体方式为：

收到应答消息的输入接口选择距离认可指针最近的输出接口，并向其返回认可消息。

6.根据权利要求5所述的实现分组交换的方法，其特征在于，所述收到应答消息的输入接口选择距离认可指针最近的输出接口，并向其返回认可消息之后还包括：

接收应答消息的输入接口的认可指针指向发出应答消息的输出接口的下一个输出接口，接收认可消息的输出接口的应答指针指向发出认可消息的输入接口的下一个输入接口。

7.一种实现分组交换的系统，其特征在于，包括：

仲裁装置，用于根据配置的业务数据，每个未匹配的输入接口向其对应的输出接口发送连接请求，收到连接请求的输出接口根据应答指针选择输入接口，并向其返回应答消息，收到应答消息的输入接口根据认可指针选择输出接口，并向其返回认可消息，以此仲裁得到业务源端分组信元的发送顺序和业务源端接口和业务宿端接口之间的连接关系；

业务源端，用于接收所述仲裁装置发送的业务源端分组信元的发送顺序，并根据所述业务源端分组信元的发送顺序发送分组信元；

交换网板，用于接收所述仲裁装置发送的业务源端接口和业务宿端接口之间的连接关系，并根据所述业务源端接口和业务宿端接口之间的连接关系，将从业务源端接收到的分组信元转发给业务宿端；

业务宿端，用于接收所述交换网板发送的分组信元。

8.一种仲裁装置，其特征在于，包括：

配置单元，用于对业务源端的业务数据进行配置；

仲裁单元，用于根据所述配置单元所配置的业务数据，每个未匹配的输入接口向其对应的输出接口发送连接请求，收到连接请求的输出接口根据应答指针选择输入接口，并向其返回应答消息，收到应答消息的输入接口根据认可指针选择输出接口，并向其返回认可消息，以此确定业务源端分组信元的发送顺序和业务源端接口和业务宿端接口之间的连接关系；

发送单元，用于将所述仲裁单元得到的业务源端分组信元的发送顺序和业务源端接口和业务宿端接口之间的连接关系分别发送给业务源端或者交换网板。

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