CN1074228C - 随机选出一个单元的装置和方法及使用该装置的若干设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及把一个业务流随机分配到几个业务流的装置和方法，以及使用该装置的交换单元交换网络和交换中心。对一张具有至少一个随机操作的分配元素表中元素进行循环移位和交换操作。在周期性地处理一张在每个循环后被移位和随机交换两个表元素操作改变的分配表的基础上把输入单元分配到几个输出上的交换单元。

Description

随机选出一个单元的装置和方 法及使用该装置的若干设备
本发明涉及一个从N个类似单元中随机选出一个单元的方法和装置，一个交换单元，交换网络和一个交换中心。
在交换网络中经常出现一些内部通路负载过重而其它的通路却负载很轻的情况。这种效应起因于在交换网络入口处不平衡的业务负载，业务特性以及入站业务的相关性。对付这种效应的一个方法是首先混合入站业务并接着尽可能均衡地把它分配在交换网络上。
本发明基于一个在一篇由D.Bttle和M.A.Henrion发表的文章“Das ATM-Koppelfeld von Alcatel und seine Eigenschaften”,Elek-trisches Nachrichtenwesen,vol.64,No.2/3,1990年，第156-165页中描述的针对该问题的解决方案。
该文章描述了一个包括由两个或两个以上交换单元构成的两个以上的交换阶段的ATM交换网络(ATM=异步传输模式)。第一个交换阶段表示分配阶段。这些阶段的交换单元把入站单元分配在所有的输出上。在后续阶段中进行寻找路径工作。这里也可能是寻找多路径。对于整个交换网络，则使用依赖于其阶段号进行特定类型路由处理的自路由多路径交换单元。到达这样一个交换单元的输入端口的单元可以被随机地分配在一组复合链路上。
这里没有描述如何把单元随机分配在一组链路上。
在由J.S.Twrner发表的一篇名为“一个广播包交换网的设计”，IEE Irfocom Conf.,1986年pp.667-675的文章中描述了进行业务混合的另一个交换网络。
该交换网包括一个分配网络和一个后续路由网路。分配网络的交换单元具有两个输入端口和两个输出端口。它们把一个输入数据分组交替路由到一个或其它的输出端口上。若一个或全部两个输出端口都不可用，则使用第一个成为可用的端口。
这种把入站数据分组分配到两个输出线的方法具有所使用的算法有局限性的缺点。这可能产生新的相关而从业务的观点看数据分组的分配则不是最优的。
把数据分组分配给一些输出线的问题对应于从一些相似单元选择一个单元的问题。事实说明象在多处理系统中把处理分配到一些可用处理器上那样的许多其它技术领域中也会出现这种问题。而对于这些领域本解决方法也是可用的。而本发明将针对在交换技术的应用来描述。
一位数学家可通过计算伪随机排列解决这个问题。然而所需的算法相当复杂且不适于在例如对高速交换网络所必需的硬件上加以实现。
本发明的目的是从一些相似单元中随要选择一个单元。
本发明提出一种从N个类似单元(OUT0到OUT7)中随机选择一个单元的方法，其特征在于在分配循环中周期性地处理一张包含至少N个分配元素而每个元素指向N个类似单元(OUT0到OUT7)中的一个的表，通过循环移位操作和交换操作来改变该表，至少有一个上述操作是以随机方式加以控制的，而分配循环，移位操作和交换操作是交替进行的。
本发明还提出一种用于从N个类似单元(OUT0到OUT7)中随机选择一个单元的装置，其特征在于该装置设有一个存储装置(MEM)，一个扰频器(RAN)和一个选择装置(CH)，存储装置(MEM)包括一张含有至少N个分别指向N个类似单元(OUT0到OUT7)中相对应的一个单元的分配元素的表，扰频器被设计成通过循环移位操作和交换操作来改变存储装置(MEM)中分配元素的位置(P1到P8)，至少有一个上述操作被以随机方式控制，而选择装置(CH)被设计成在分配循环中周期性地处理存储装置(MEM)中的表从而选择出当前分配元素所指的对应的输出(OUT0到OUT7)。
本发明还提出一种包括从N个类似单元(OUT0到OUT7)中随机选择一个单元的装置的交换单元，其特征在于该交换单元设有一个存储装置(MEM)，一个扰频器(RAN)和一个选择装置(CH)，存储装置(MEM)包括一张含有至少N个分别指向N个类似单元(OUT0到OUT7)中对应一个单元的分配元素的表，扰频器(RAN)被设计用于通过循环移位操作和交换操作改变存储装置(MEM)中分配元素的位置，其中至少一个上述操作是以随机方式控制的，而选择装置(CH)用来在分配循环中周期性地处理存储装置(MEM)中的表并借以选择当前分配元素所指的对应单元(OUT0到OUT7)。
本发明具有随机产生一个分配表的所有可能排列的优点。这使得该表特别适合于业务流。
另一个优点是一个基于本发明的设施适合于在象高速交换网所需的硬件中加以实现。
而且，通过适当选择参数，可固定后续的单元选择最小和最大延迟。这对于在输入和输出的后续使用中存在时间条件的交换单元是重要的。
根据下面对两个实施例的描述和配合附图的使用例本发明会变得更易于理解，其中：
图1为关于第一个和第二个实施例的新颖装置的示例实现的业务混合器的方框图；
图2为改变第一实施例的表的方案图；
图3为改变第二实施例的表的方案图。
在第一个实施例中，解释了在业务混合器中新颖方法的应用和新颖装置的使用。
该新颖装置也可用于大量其它任务。一些例子是：一个或多个信道，接收器，发送器，处理单元，存储区域，或交换单元的选择。
图1说明了一个交换设备SW和一个控制器CONTR。交换设备SW接收来自控制器CONTR的一个控制信号CON。
交换设备SW具有OUT0到OUT7的8个输出和一个输入IN。它把出现在输入端IN的例如包括数据分组或数据单元的业务流分配给输出OUT0到OUT7。这时，交换设备SW在一个给定时间间隔，比如一个数据单元的持续期间内从输出OUT0到OUT7中选择一个并把业务流从输入IN传送到选择的输出上。这种选择是响应来自控制器CONTR的控制信号CON而作出的。
输出OUT0到OUT7或输入IN也可以是数据分组或数据单元的队列。交换设备SW可以在某时选择，比如输出队列中的一个并把来自输入队列的数据分组或单元写入这个输出队列。
交换设备SW也可以有8个输入和一个输出，而不是一个输入和8个输出。则它可以把出现在输入端的各业务流合并成一个业务流。仿照前面所述，该输入或输出也可以是队列。
控制器CONTR包含一个选择装置CH，一个存储装置MEM和一个扰频器RAN。
选择装置CH提供控制信号CON，接收时钟信号CL并与存储装置MEM交换数据。扰频器RAN与存储装置MEM交换数据并接收来自选择装置CH的数据。
存储装置MEM包含一张具有8个分配元素的表。在该表中每个分配元素占有一个指定位置并向输出OUT0到OUT7中的一个。
存储装置MEM中的表也包含多于8个的分配元素且两个或更多的分配元素可以指向输出OUT0到OUT7中的一个。如果针对不同的频率选择不同的输出则这种方式是具有优点的。
输出OUT0到OUT7被赋于代码号0到7。一个分配元素包含其所指向的输出的代码号。分配元素也可以包含标识输出OUT0到OUT7中的一个的其它数据。
存储装置MEM是，比如，一个有8个区域，每个对应一个代码号的RAM(=随机存取存储器)。
时钟信号CL来自于控制器CONTR的一个内部时钟发生器。它确定控制器CONTR选择新输出的速率。时钟信号CL也可以由一个外部时钟发生器来产生。这对于时钟发生器在输入IN处影响数据分数的到达的情况显得更有好处。
选择装置CH以由时钟信号CL确定的速率读取来自存储装置MEM的分配元素。它在分配循环中按照分配元素被存储在存储装置MEM中的表中的顺序周期性地读取分配元素。当选择装置到达最后的分配元素时，它通知其扰频器。然后再读取第一个分配元素，因而开始了一个新的分配循环。
选择装置CH也可以按不同于其在表中存储的顺序来读取存储装置MEM中的分配元素。
扰频器RAN通过循环移位操作和随机交换操作来改变两个分配循环间分配元素的位置。通过一个对应的来自于选择装置CH的消息，每个分配周期的结束被指示给扰频器RAN。在选择装置CH开始一个新的分配循环之前，扰频器RAN已终止其操作。
也可以在存储装置MEM中存储并行使用的两个或更多的表。这些表可以被选择装置CH和扰频器RAN交替处理，这样在例如两个表的情况下，可以从一个表中读取分配元素而同时扰频另一个表中的分配元素。这可能使该新的方法完成得更快。
下面参照图2要更详细地描述扰频器RAN改变分配元素位置的确切过程。
图2给出了在时间Ⅰ,Ⅱ和Ⅲ时在存储装置MEM中的表包含的8个位置P1到P8中的代码号。
在时间Ⅰ，位置P1到P8分别包含代码号7,5,3,4,6,0,2和1。作为第一步，扰频器进行一次5个位置的循环移位。也可以进行其它位置个数的循环移位。循环移位操作也可以一种不同于其存储在存储设备MEM中的顺序来对分配元素加以移位。
对于移位操作，扰频器配置有例如一个模8加法器。选择装置CH拥有一个指示表中第一个分配元素位置的指针。通过模8加法器，3加上模8得到该指针的值。结果落在0到7的范围内(间距被删除)并被存储作一个新的指针值。第二个可能性是为扰频器提供一个缓冲区来自存储装置MEM的分配元素被顺序输入，以便以一个改变的顺序顺次再输入到存储装置中。
移位操作后在时间Ⅱ处，存储装置MEM中的表包含代码号4，6,0,2,1,7,5和3。作为第二步，扰频器RAN进行一次交换操作。在知道被交换的代码号的位置为固定的且交换进行与否取决于机会的情况下，扰频器随机交换在位置2和4的代码号。
对于这种随机交换操作，扰频器RAN被配置一个随机序列发生器。这样的发生器可以通过比如一个众所周知的具有多反馈的移位寄存器来构成。发生器提供一个随机置为1或0的位并驱动交换电路。这样的交换电路可用每次交换两个代码号的方式的顺序逻辑系统来实现。为做到这一点，把与第一代码号的位置相应的第一预定地址加到构成存储装置MEM的RAM的地址输入端并读取代码号和暂时加以存储。然后，对于由第二预定地址决定其位置的第二代码号，则重复同样的处理。接着两个暂存代码号被写入交换过的RAM，即第二个地址加到第一个代码号的RAM的地址输入，而第一个地址则用于第二个代码号。
若进行了交换，则在时间Ⅲ，即在随机交换操作后，存储装置MEM中的表包含代码号4,2,0,6,1,7,5和3。
扰频器的这种操作模式提供了一个优点即对在两次连续输入选择之间经过的时钟信号CL的时钟周期数可固定一个下限。这里可得到下限为3个时钟周期。这个限定值可通过下述计算得出：5个位置的循环移位减去两个不同位置的代码号的交换。这样就给出了下限为3个位置。
输入个数的两倍减1可得出15作为在两次连续输入选择之间经过的时钟周期数的绝对上限。
在第二个实施例中也说明了在业务混合器中新方法和新装置的应用。
该业务混合器在构成上与图1中的一样。只是扰频器的操作与图1中的扰频器RAN不同。
下面借助图3对扰频器的操作加以说明。
图3给出了在时间Ⅰ,Ⅱ和Ⅲ处包含在存储装置MEM的表中的位置P1到P8上的代码号。
在时间Ⅰ，选择装置CH刚完成一次分配循环而扰频器将开始通过一个随机循环移位操作来改变存储装置MEM中的表。在时间Ⅱ，扰频器已完成随机移位操作而选择装置MEM将开始一个新的分配循环。在该分配循环完成后，扰频器通过一个随机交换操作来改变该表。在时间Ⅲ，随机交换操作已完成而选择装置CH将开始另一个分配循环。这样，在每两个分配循环之间可交替进行循环移位操作和交换操作。
在时间Ⅰ，表中的位置P1到P8分别包含代码号7,5,3,4,6,O,2和1。这时扰频器进行随机循环移位操作。根据随机变量，它对该表循环移位3,4或5个位置，这里是3个位置。
也可能进行其它位置数的随机循环移位。
循环移位后在时间Ⅲ，表中包含代码号0,2,1,7,5,3,4和6。在下一次分配循环后，该表被四个随机交换操作所改变。
要交换的位置是先前确定的。位置P1/P4,P2/P3,P5/P8和P6/P7是可能的成对交换对。对于每个这样的对，是否进行交换取决于机会。因此，例如需要四个独立的随机发生器，每个驱动一个交换电路。在该例中，在P1/P4和P6/P8对进行一次交换。因此，在时间Ⅲ，表中包含代码号7,2,1,0,6,3,4和5。
也可以交换其它数量的位置或根据其它的组对方案。也可以省去要交换的预定位置。例如位置的选择可以随机地进行。根据不同于组对交换的其它方案也可以交换若干个位置。
第一个实施例的扰频器以随机交换操作来进行操作，而第二个实施例的扰频器以随机移位操作和随机交换操作来进行操作。扰频器也可能只以随机移位操作和确定交换操作来进行操作。
作为总结，将对在交换中心里使用基于本发明的装置的例子加以说明。
交换单元经常需要把来自输入线的数据分组或数据单元分配到一组输出线上。这样的一组可以包括所有的输出线或其中一个子集。对于这种分配，要使用一个或多个基于本发明的装置。对于使用这些装置的地方，存在几种可能性。
使用参考图1所描述的业务混合器，到达交换单元的输入端的各业务流可被合并成一个业务流，然后该业务流被分配到交换单元的输出。
到达输入端的各业务流可以被合并成一个业务流，而该业务流接着被参照图1所描述的业务混合器分配到输出上。
入站业务流的数据分组或数据单元可以被指配给输出组。该业务流被合并成两组或更多组的业务流，接着被一个或多个如图1所描述的业务混合器分配到交换单元的输出上。

Claims (11)

1．一种从N个类似单元(OUT0到OUT7)中随机选择一个单元的方法，其特征在于在分配循环中周期性地处理一张包含至少N个分配元素而每个元素指向N个类似单元(OUT0到OUT7)中的一个的表，通过循环移位操作和交换操作来改变该表，至少有一个上述操作是以随机方式加以控制的，而分配循环，移位操作和交换操作是交替进行的。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于每两个分配循环间进行一次循环移位操作和交换操作，上述两个操作之一是以随机方式控制的。
3．如权利要求1所述的方法，其特征在于每两个分配循环间交替地进行一次循环移位操作和交换操作。
4．一个如权利要求1所述的方法，其特征在于在循环移位操作期间，表中的分配元素被循环移动M个位置。
5．如权利要求1所述的方法，其特征在于在交换操作的情况下，表中那些要交换的位置是固定的而交换的进行与否取决于机会。
6．如权利要求5所述的方法，其特征在于交换是分配元素的成对交换。
7．一个如权利要求1所述的方法，其特征在于在循环移位操作期间，表中的分配元素被循环移位随机个数个位置。
8．一种用于从N个类似单元(OUT0到OUT7)中随机选择一个单元的装置，其特征在于该装置设有一个存储装置(MEM)，一个扰频器(RAN)和一个选择装置(CH)，存储装置(MEM)包括一张含有至少N个分别指向N个类似单元(OUT0到OUT7)中相对应的一个单元的分配元素的表，扰频器被设计成通过循环移位操作和交换操作来改变存储装置(MEM)中分配元素的位置(P1到P8)，至少有一个上述操作被以随机方式控制，而选择装置(CH)被设计成在分配循环中周期性地处理存储装置(MEM)中的表从而选择出当前分配元素所指的对应的输出(OUT0到OUT7)。
9．如权利要求8所述的装置，其特征在于N个类似单元是一组借以接收数据分组的N条线路。
10．如权利要求8所述的装置，其特征在于N个类似单元(OUT0到OUT7)是一组数据分组被分配到的N条线路。
11．一种包括从N个类似单元(OUT0到OUT7)中随机选择一个单元的装置的交换单元，其特征在于该交换单元设有一个存储装置(MEM)，一个扰频器(RAN)和一个选择装置(CH)，存储装置(MEM)包括一张含有至少N个分别指向N个类似单元(OUT0到OUT7)中对应一个单元的分配元素的表，扰频器(RAN)被设计用于通过循环移位操作和交换操作改变存储装置(MEM)中分配元素的位置，其中至少一个上述操作是以随机方式控制的，而选择装置(CH)用来在分配循环中周期性地处理存储装置(MEM)中的表并借以选择当前分配元素所指的对应单元(OUT0到OUT7)。
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