CN1081053A - 交叉连接通信网络中选择连接路径的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于寻找经过通信矩阵的路径的方法和系 统，利用输入级数组代表经过输入开关到输入门的中 央线开关的分配，利用中央级数组代表在输入级开关 和输出级开关之间的中央级开关连接，利用输出级数 组代表到输出门的输出级开关连接，以及利用空闲输 入数组代表到中央级开关的空闲输入开关链路和利 用空闲输出数组代表来自中央线开关的空闲输出开 关链路。这种方法和系统对这些数组执行抽吸操作 以确定最佳中央级开关。

Description

本发明总体上讲涉及电子设备，具体地说涉及通信系统。再具体些，本发明涉及利用一组描述通信矩阵状态的矩阵或数组来发现一条通过通信矩阵的最佳路径的方法和系统，这些矩阵或数组包括一个输入级数组、一个中央级数组、一个输出级数组，以及表示从输入级开关到中央级开关的空闲链的数组和表示从中央级开关到输出级开关的空闲链的数组。
数字交叉连接通信网络设备，比如Alcatel网络系统公司制造的1631SX，用于在输入开关的输入门与输出开关的输出门之间建立连接。已知的这类交叉连接设备的设计中使用了矩阵来连接输入门和输出门。为限制矩阵的物理空间和制造费用，设计者试图减少矩阵中交叉连接的数量。当通信服务的市场需求增长时，这种目标变得更加复杂。尤其是，当网络设备占据更大市场时，设备必须服务于越来越多的输入输出信号。这些因素对于通信矩阵设备而言更加加剧了空间和费用限制问题。
对于给定数量的输入门和输出门利用最小数量的矩阵交叉连接并提供一个可能的最优解法的矩阵配置称为“可重排的”矩阵。对于可重排的矩阵，中央级开关的数目必须等于或超过矩阵中每个开关上输入门的数目。在可重排矩阵中，存在一组条件使得尽管设备没有使用全部的输入门和输出门，也禁示使用空闲的输入门和输出门，因为已有的连接阻断了经过矩阵的信号流动。这种情况是可能的，例如在正被考虑的输入门和输出门之间的所有可能路径中，已有的连接已经占用了其中至少一条链路。
在可重排网络中，通过删去网络中已有的连接来接通从某空闲输入门到某空闲输出门的流路总是可能的。因此“可重排”这一词说明了这种性质，对于给定的网络状态及任何给定的输入和输出门空闲对，在必要时，矩阵中已有的连接可以被重新分配到新路径中以连接空闲对。
在可重排矩阵中连接输入和输出的现有方法和系统通常使用标准重排技术，该标准重排技术决定重排矩阵中哪些交叉连接以允许信号流动。N.C.Paull在《贝尔系统技术期刊》（The    Bell    Systemtechnical    Journal）1962年5月刊的833-856页的“网络连接的重新切换”（Reswitching    of    Connection    Networks）中说明了这种已知的用于接通可重排矩阵的方法。该方法（此后称为Paull方法）受到一种主要的限制。Paull方法需要终断某些交叉连接并建立某些其他交叉连接以重排矩阵。这一过程需要时间并导致在矩阵重排期间内不希望的服务延迟或中断。
因此，本发明目的在于为重排通信矩阵提供一种选择最佳连接路径的方法和系统，它允许空闲输入门到空闲输出门的快速连接。本发明只用最少量的附加电路实现这一目的，并避免了在不能迅速选择电佳连接配置的现有连接路径选择方法和系统中的服务延迟或中断。
因此本发明目的在于为可重排通信矩阵提供一种选择最佳连接路径的方法和系统，它允许空闲输入门到空闲输出门的快速连接。本发明只用最少量的附加电路实现这一目的，并避免了在不能迅速选择最佳连接配置的现有连接路径选择方法和系统中的服务延迟和中断。
本发明的还在于提供一种发现通过通信矩的最佳连接路径或配置的方法或系统，它利用了一个五矩阵组，第一个矩阵代表输入开关的输入门到中央级开关的分配，其中利用了将中央级开关联系于输入级开关及输入开关输入门的输入数组值，第二个矩阵代表中央级开关连接，其中利用了将中央级开关联系于输入级开关及输出级开关的中央级数组值，第三个矩阵代表输出级连接，其中利用了将输出级开关联系于输出门及中央级开关的输出级数组值，第四个矩阵代表了从输入级开关到中央级开关的空闲链路，其中利用了空闲输入链路数组，数组值指明了链路的空间状态，最后一个矩阵代表从中央级开关到输出级开关的空闲链路，其中利用了空闲输出链路数组，数组值指明链路的空闲状态。该方法和系统利用这五个数组对它们执行一种称为“抽吸”（pumping）的过程，以便在预定的输入门和预定的输出门之间确定具有空闲连接的最佳中央级开关，然后为连接配置设定相关的输入级数组值及输出级数组值以指明最佳中央级开关。
结合附图参考下述实施例的说明，其他目的及优点将变得很明显并能得到最好的理解。其中
图1所示为五级连接网络（TSSST），内部含有三级空间矩阵（SSS）;
图2中，详细展示了逻辑上能嵌于图1中的五级TSSST网络的三级连接网络;
图3是一个三级连接网络，概括为N（m，n，r）情况;
图4介绍了为理解实施例的表示方法;
图5提供了最佳实施例方法的流程图;
图6至14图示了最佳实施例序列生成部分的举例;
图15至34图示了最佳实施例简化的空间举例。
图1中所示大矩阵结构为1631SX设备的多至1024个DS3端口（或等量的32678DS1端口）提供连接和测试通路。这是一个五级分割即时间-空间-空间-空间-时间（TSSST）一分割多路连接矩阵网络50。矩阵结构50包括时间级52，其通过连接54连接到总体上由参考数字56所指的三个中央空间级（SSS）。三个中央空间级SSS56通过输出线58连接到输出时间级60。采用这种结构，网络50包括时间级52和60的时间域以及三个中央空间级56的空间域。图1图示了时间级52和60与中央空间级56之间的逻辑关系。输入时间级52在每个输入62中使用128个时隙。时隙可以通过I/O架输入62之间的连接64表示为矩阵56的每个时隙66。中央空间级56包括128个时隙66，其中每个时隙66包含一个N（17，16，16）矩阵。时隙矩阵66的数字门代表中央级开关的数量;第一个数字16代表每个输入级开关的输入的数量，第二个数字16代表输入级开关的数量。（由于对称，有16个输出级开关，每个输出级开关有16个输出）输出时间级60使用128个时隙连接，如每个矩阵输出70至I/O架的连接68。
在图2中，中央空间级56被数字表示为矩阵72的三级连接网络立方体，其中每个矩阵可以用符号N（17，16，16）完全说明。这样，对于每个N（17，16，16）矩阵72在图2所示的例子中存在16个输入开关（如输入开关74），每个开关接收16个输入门（如输入门76）。输入门76的总数对于每个时隙而言形成了图1中的I/O架到时隙连接64。输入开关-中央开关连接78从每个输入开关74到中央开关，如中央开关80。在最佳实施例中，每个N（17，16，16）矩阵72包括17个中央级开关80。从每个中央级开关80经16个输出开关连接82到输出开关，比如输出开关84。每个输出开关84提供了16个输出门（如输出门86），其连接到I/O架（如图1中的I/O架70）。输出门86的总数对于每个时隙而言形成了图1中的时隙到I/O架连接68。
利用本发明的技术在输入门76和输出门86之间迅速建立连接。该技术利用经过输入开关74、中央开关80和输出开关84的一种路径建立连接，该路径试图最先利用矩阵72中的最多使用部分、最后利用矩阵72中的最少使用部分。在建立给定连接时通过利用可能的矩阵的重载部分，则在需要对矩阵72进行重排时，最佳实施例的重排过程遇到最少数目的预先已有连接的元素。这样使矩阵重排所需的计算量最小化。
最佳实施例在需要重排时使用时间域中专用的时隙。例如，参照图1，可以指定第128个时隙作为在矩阵50重排中使用的一个附加时隙。同样，在空间域中，重排使用专用的或附加中央开关。例如，参照图2，中央开关17可以是专用的或附加中央开关。当存在可重排的阻断条件时，本连接技术自动使用专用的或附加的元素（时间域中的专用的或附加时隙，或空间域中专用的中央级开关）。
图3说明图2中的N（17，16，16）矩阵72可以概括为矩阵88，其结构由表达式N（m，n，r）说明。仿照N（17，16，16）矩阵16，概括的表示法N（m，n，r）说明了概括的矩阵88。在N（m，n，r）表示法中，m等于r×r中央级开关数（以及自每个n×m）入级的输出数和至每个m×n输出级开关的输入数）;n等于至每个n×m输入级开关的输入数（以及自每个m×n）输出级开关的输出数）;r等于n×m输入级开关数（以及m×n输出级开关数）。同时注意，在矩阵88中，m至少为n+1。这种根据给定的n对m的限制保证至少存在一个附加中央级开关。
再参照图3，概括的矩阵88有n个连接于输入开关如输入开关92的输入门90，m个输出连接94。在概括的矩阵88中，也许有比如r个输入开关92。输入开关到中央开关连接94连接到r×r中央开关，如中央开关96，在此每个中央开关96接收r个中央开关连接94并提供r个输出连接98。在图3的举例中，有m个中央开关96。每个来自中央开关96的中央开关到输出开关连接98连接到输出开关100。每个输出开关100接收m个中央开关到输出开关连接98并输出到n个输出门如输出门102。
如果各自对于给定的矩阵状态和任何给定的输入门76或90和输出门86或102的空闲对，在需要时，矩阵中已有在连接可以被重新分配到新的路径以允许连接各自的空闲对，则图2中的N（17，16，16）矩阵72和图3中的N（m，n，r）矩阵88被称为可重排矩阵，且仅当m≥n时，矩阵才为可重排的。在表达式N（m，n，r）表示的网络中为表示方便，表示法△（m，n，r）表示必须重排以连接输入和输出门空闲对的连接数量。Paull方法来自于这种性质△（n，n，n）≤n-1。换言之，对于N（n，n，n）矩阵，需要移动至多n-1个连接以将一个空闲输入门连接到一个空闲输出门。作为该性质方法的一个典型应用例如图2中的矩阵72，重排需要改变至多n-1＝17-1＝16个连接以将一个空闲输入门连接到一个空闲输出门。
在下述讨论中，图4介绍了一种有助于理解最佳实施例的表示法。图5提供了一个流程图以说明本发明中迅速连接方法和系统的基本概念。之后，图6至14给出了三中央级空间矩阵56中的矩阵72中存在可重排的阻断条件时该方法和系统的操作举例。为更详细地理解本发明，在图15至34中利用简化的N（5，4，4）可重排矩阵说明该方法和系统的操作，其具有在可重排阻断条件时进行迅速连接的能力。
图4中，利用理解本发明的表示法使用方阵110表示存在于一个空间域矩阵（如图3中的矩阵88）中的连接。方阵110中，行112代表输入开关（比如图3的输入开关92），列114代表输出开关（比如图3的输出开关100）。图4中简化的举例示出行112和列118的个数为8。注意相应于图2的N（17，16，16）矩阵图5可以给出一个矩阵，它具有16行代表输入开关74，76列代表输出开关（如输出开关84）。在方阵中每一个位置如方阵位置116中，可以出现m种可能符号。这m种符号相应于中央开关（如图3的中央级开关96）。例如，方阵位置116可以具有m种表目，每一种都相对于图3中所示的中央级开关96的一个。
图4中，有序对（3，1）表示方阵位置116，其中3为行标，即行3具有参考数字118，1为列标，即列1具有参考数字120。方阵位置（3，1）的表目B（1≤B≤m）相应于自输入开关3经中间开关B到输出开关1的连接。在方阵位置中没有表目的话，如参考箭头122所指的空方阵位置（3，2）表明在输入开关3和输出开关2之间没有连接。
参照图3举例，因为至每个输入开关92可能只有n个输入门90，自每个输出开关100只有n个输出门102，在任何行112或列114中，只可能出现n种符号。因为每个输入开关92到每个中央开关96只有一个连接94，则在任一行112中不可能出现相同的符号。同理，每个输出开关100来自每个中央开关96的连接98只有一个，则在任一列114中不可能有相同的符号。在图4中满足这些限制的方阵110称为“合法的”，因为它只含有合法的表目。
注意，如果到某输入开关的所有输入线路如行1所指的输入开关1已被连接，则发生平凡阻断情况。相应在行1中有n种符号（例如，对于图2的情况有16种符号）。同理，例如如果至输出开关3的所有输出线路已相应于列3中的n种符号（例如，对于图2的例中的16种符号）被连接，则图2的网络矩阵72和图3的网络矩阵88被平凡阻断，方阵110将表示了这种事实。
图5中，流程图140说明了本发明最佳实施例的步骤和功能。由开始步骤142开始，本方法先询问是否存在提出连接的端口对，如询问框144所示。在图3的例子中，该步是询问是否存在连接到一个空闲的输出门102的一个空闲的输入门90。如果存在这样一个对，流程转向框146以便开始时间域连接。如果不存在提出连接的端口对，流程转向如下所述的框148。在开始时间域步骤146，流程转向框150，在此该方法可用于连接的最低标号的时隙。然后，在框152开始空间域操作，以便在步骤154处选择可用于连接的最低标号的中央级输入开关。在选定用于连接的最低标号的中央级之后，在框156处建立连接，在框158处更新方阵110或类似的指定连接的状态表。
在框160处，询问是否需要进行空间重排。如果需要，流程转向框162，在此步骤是选择两个用于重排的中央级开关。接着，在框164处，步骤是从连接中找到需要重排的连接，在框166处询问哪条路径需要最少的重排数。如果路径X→A需要最少的重排数，则程序取路径168。如果路径X→B需要最少的重排数，则程序取路径170。不管程序取哪条路径，在步骤172处连接以“无中断卷动”（hitless    roll）方式一次一个地重排。术语“无中断卷动”在下述论述中定义。流程转向步骤174，结束空间域操作。注意不需要进行空间重排，则流程从询问框100直接转到框174的结束空间域步骤。
在询问176处，询问是否需要进行时间重排。如果需要，则流程转至步骤178，在此选择两个用于重排的时隙。然后，在框180处，找到需要重排的连接。在框182处，询问哪条路径需要最少的重排数。如果路径X→A需要最少的重排数，流程走路径184。否则，如果路径X→B需要最少的重排数，则流程走路径186。下一步，不管程序流径184或186，在步骤188，一次一个地对连接进行重排，仍在时间域中使用无中断卷动。程序流程转至步骤190结束时间域操作。注意如果框176的询问决定不需要重排，则流程直接转到框190结束时间域操作。
从结束时间域框190，流程转至询问148，在此决定是否出现要断开端口对。如果没有，则流程返回询问框144进行前述过程。如果出现了某个要断开的端口对，在此该方法是如框192要求的那样移去连接，然后在步骤194更新反映矩阵连接的数据表。
在询问196处，决定是否能够进行“断开之后的压缩连接（pack    conneotions”功能。如果可以，则流程转至询问198检查是否正在进行某个重排。如果是，则流程经路径200循环直至重排结束。尽管图5所示断开发生在任何所需重排完成之后，但是本方法和系统可以处理与重排并行的断开请求。因此，如果本发明的系统试图首先控制矩阵的最多使用部分的连接以便在断开之后压缩请求，框198的正在进行重排的询问避免在重排期间进行压缩。
如果没有重排正在进行，询问框198之后的下一步骤是在步骤202决定进行空间压缩的连接。流程图140的下一步是在框204处利用无中断卷动在空间域中压缩连接。然后，在框260处，确定进行时间压缩的连接，接着利用自动的无中断卷回在时间域中对这些连接进行压缩。程序流程返回到点210，继续流程图140的前述操作。
下面的论述说明图5流程图140的各步如何联系于图4的方阵110。再看一下在步骤158中更新方阵110或类似的表之后，最佳实施例的方法检测是否存在可重排的阻断条件。这样，当矩阵连接结构中专用的元素（或者是时间域中的某时隙或者是空间域中的中央级开关）用于在空闲输入门与空闲输出门之间迅速建立连接时，自动检测可重排阻断条件的存在。
步骤162和178执行Paull方法以寻找需要最少重排的路径。尤其是，对于指定的阻断单元（r1，C1）如图4中的单元121，此方法测试找到满足如果A在行1中但不在列1中以及如果B在列1中则不在行1中的所有符号对（A，B）。对于给定的符号对，比如（A，B），有两种可能的重排序列，其中之一将较短。进行这种确定是空间域的步骤166或时间域的步骤182的一部分。
序列“X→A”表明一个序列，它始于经过专用的元素（例如，对于空间域而言为图2中的中央级开关17，对于时间域而言为图1中的时隙128）的迅速连接止于分配给元素A的阻断单元。例如，在图4中序列始自在121处的阻断单元（r1，c1）。因为行r1中没有B，开始在r1中搜索A。在行r1中一定有一个A，否则矩阵未阻断。一旦在行r1中找到A，则它被圈定或做标记。
一般情况下，假设被圈定的A在（rj，ck）内，1≤j，K≤8。则在列Ck中搜索B。如果列Ck中没有B，则序列终止，然后下一步在框164或180中适当地找到需重排的连接。如果列Ck中有B，则下一步圈定B并继续。如果圈定的B在（rk，Cj）位置，则在行rk中搜索A。序列X→A继续在圈定列中的B和圈定行中的A之间交替，直至存在无B可圈的列或无A可圈的行。注意并非全部A和B都被圈定，只有那些在上述搜索中遇到的被圈定。
产生序列X→B有类似的方式如下。例如，在图4中序列始自阻断单元（r1，C1）121，在列1中没有A，所以在列C1中搜索B。列C1中一定存在一个B，否则矩阵未阻断。然后圈定找到的B。因为圈定的B在位置（r3，C1）中，则开始在行r3中搜索A。如果r3中没有A，则该序列终止程序流程转至对空间或时间域适合的步骤164或180。否则，圈定A并继续。本例中，被圈定的A在位置（r3，C3）中，然后在列C3中搜索B。如果列C3中没有B，则序列终止。否则，序列是圈定B并继续。这一过程继续在圈定列中的B和圈定行中的A之间交替直至无B可圈的列或无A可圈的行被找到。注意并非全部A和B都被圈定，只是那些在上述搜索中遇到的才被圈定。
对于给定的符号对（A，B），下一步是选择由序列（或为序列X→A，或为序列X→B）生成的路径，序列中含有最少数目的被圈定的符号（即A或B）。对于所有这样的符号对，步骤是选择含有最少数目的被圈定的符号（A或B）的符号对（A，B）。该序列确定了为在可重排矩阵中从输入到输出建立一条路径所需的重排的最小数目。
并非完全生成所有的X→A和X→B序列，最佳实施例生成最短的序列。这由空间域的框164和时间域的框180完成，其中利用了最佳实施例的技术，此后称为扩散（flooding）式算法。扩散式算法以寻找X→A序列的首元素开始。如果X→A序列没有结束，找到X→B序列的首元素。然后，如果X→B序列未结束，找到X→A序列的下一元素。继续该过程直到产生两个序列中的较短者。此时生成两个序列中的较短者，搜索结束。
扩散式算法终止的位置确定了空间域的框166和时间域的框182指定的最小数目的重排的路径。
在空间域的步骤172和时间域的步骤188中，利用无中断卷动进行重排。上述步骤确定的圈定的符号或为A或为B的序列然后变为利用适当的X→A或X→B卷动清除阻断单元，根据这些卷动产生最小数目的重排。
下述表1及相应文字说明了当X→A导致最小数目的连接重排时为产生中央级开关重排而建立连接的步骤：
表
步骤    动作
1 X→(r1,C1)
2 ,X
Figure 931057469_IMG3
如果X→A序列产生最小数目的重排，则适当参照图4的方阵110和图5的步骤172或188，该方法将“X”放入位置（r1，C1）指明连接通过附加中央级开关被建立（表1步骤1指明这一动作）。然后对于圈定的B，卷动操作首先加入X（步骤2），然后移动圈定的B（步骤3）。接着，对于圈定的A，卷动操作首先加入B（步骤4），然后移动圈定的A（步骤5）。然后，对于矩阵中出现的X，首先加入A（步骤6）然后移动X（步骤7）。
下述表2及相应文字说明了当X→B导致最小数目的连接重排时为产生中央级开关重排而建立连接的步骤：
表2
X→B卷动的方式类似于X→A卷动。例如，第一步将X放入位置（r1，C1）指明连接通过附加中央级（表2，步骤1）而建立。对于圈定的A，卷动首先加入X（步骤2）然后移去圈定A（步骤3）。接着，对于圈定的B，卷动加入A（步骤4）然后移去圈定的B（步骤5）。然后，对于X，该卷动加入B（步骤6），最后移去X（步骤7）。
有必要进行重排时，利用“头-尾-桥”和“接收-尾-开关”对矩阵中较低标号的元素进行无中断卷动（包括置于指定的或附加元素中的最初连接）。术语头-尾-桥”和“接收-尾-开关结合下述圈15至34的实例进行定义和解释。这些步骤澄清了附加元素并准备好在可重排阻断条件下进行下一步的迅速连接。
尽管认为本发明和附图已完全准确地说明了该系统并提供了足够的信息以便任何本领域的技术人员可以实施本发明构思，但是在此提供了“未公开的附录A”。未公开的附录A含有工作源代码清单使计算机操作并执行本方法和系统的迅速连接方法。
上面已总体上说明了最佳实施例的处理过程，下述图示的实例展示了最佳实施例在空间域中出现可重排条件时如何提供迅速连接。在理解了空间域方法的实现以后，时间域方法是明显的。
图6至14说明了最佳实施例迅速连接方法的举例，在图6方阵110中，标记单元（1，1）为阻断的，因为本连接算法检测到专用的中央级开关是唯一的既具有到输入开关1的空闲链路又具有到输出开关1的空闲链路的中央级开关。
在这种条件时，有效的连接算法将X放入（r1，C1）以产生连接，如图6所示。此外标记“X”表示在可重排阻断条件中使用专用或附加中央级开关。当连接算法使用一个大矩阵结构的指定的专用中央级开关，自动检测可重排阻断条件。
因为连接对（1，1）为可重排阻断的，为使连接成为可能，必须在输入开关1和其中央级开关比如A之间存在空闲链路。再有，必须在输出开关1和某中央级开关比如B之间存在空闲链路。（A，B）对为一对考虑用于重排的中央级开关。本例中，（A，B）对仅为满足上述标准的中央级开关对。因为（A，B）对构成被搜索对的整个集，所以（A，B）对应是需要最少的重排的对。
图7示出了最佳实施例的迅速连接算法的X→A序列，图8示出了其X→B序列。图7图8一起示出了最佳实施例扩散式算法的操作。例如，图7行r1处开始第一步骤并在（r1，C2）中找到一个被圈定A。图8示出扩散式算法的第二步骤，该步骤利用X→B序列并在列C1处开始在（r3，C1）处找到圈定的B。然后在图7中执行第3步骤，在列C2中搜索B。在（r2，C2）位置处找到并圈定。因为在行r2中无A，该X→A序列完成。图7中的两个符号指明需要两个重排。
尽管本方法的扩散式算法结束于第三步，但是如果继续，则将在图8行r3中搜索A，并可在位置（r3，C3）处找到它。该过程将继续交替地在列中圈B及在行中圈A直至无B可圈的列或无A可圈的行出现。因此，图8中圈定的4个符号指明本例中需要4个重排。
因为X→A序列仅需要两个重排，X→B序列需要4个重排，所以最佳实施例为（A，B）对选择X→A序列。因为（A，B）对仅为考虑到的中央级开关，所以X→A序列产生最少数目的重排。
下一步是利用以前提及的“无中断卷动”进行重排。因为X→A序列产生最少数目的重排，本例中最佳实施例利用X→A卷动。无中断卷动包括置于专用中央级开关中的初始连接。该卷动通过首先利用头-尾-桥和接收-尾-开关执行必要的重排而发生。
图9至14说明了X→A无中断卷动的执行。该方法改变前边圈定的符号A和B的序列以清除阻断的单元如下所述：
对于圈定的B加入X如图9所示。本例中，该步骤对应于对于从输入开关2经过中央级开关B的已存在的连接在附加开关X处建立一个经过中央级开关的头-尾-桥，对于从中央级B到输出级2的已存在的连接建立一个经过中央开关X的接收-尾-开关。
下一步是移去圈定的B如图10所示。本例中，当存在经过中央级开关X的某连接，并且输出开关2接收好的信号，则下一步记录下始自输入开关2经中央级开关B至输出开关2的连接。
然后，如图11所示对于圈定的A加入B。本例中，该步相应于对于已存在的自输入开关1经中央级开关A的连接建立一个经中央级开关B的头-尾-桥，对于已存在的自中央级开关A至输出开关2的连接建立一个经中央级开关B的接收-尾-开关。然后，如图12所示，移去圈定的A。本例中，当存在某经中央级开关B的连接并且输出开关2接收一个好信号时，则下一步是记录下自输入开关2经中央级开关A至输出级开关2的连接。
下一步将A加入到含有X的位置中，如图B所示。本例中，该步骤对应于为自输入开关2经中央开关X至输出开关2的连接和自输入开关1经中央开关X至输出开关1的迅速连接，建立一个经中央级开关A的头-尾-桥。
最后一步移去X（如图14所示）。本例中，当每个经中央级开关A的连接存在并且相应的输出开关接收一个好的信号时，则记录下相应的自输入开关经中央开关X至相应输出开关的连接。注意附加中央级开关X被留作空闲，因为所加的连接都从附加中央级开关X卷下到适当的中央级开关。
上面已经详细说明了最佳方法和系统的操作，以下论述说明最佳实施例的路径选择方法和系统。为简便说明本发明的这一方面，本例考虑图15中进一步简化的N（5，4，4）空间阵220。
图15图示了初始化之后简化的N（5，4，4）空间阵220。注意第五中央级开关224被标以X以指明其为专用或附加的中央级开关。如图例226所示，短虚线228指空闲链路，实践230指忙链路，长虚线230指开关连接。因为图15中没有输入连接到任何输出上，因此没有输入级、中央级或输出级开关连接并且所有开关之间的链路都空闲。
考虑到简化的N（5，4，4）空间阵，能够详细说明如何实现计算机软件以完成本发明的连接路径选择及其他目的。然而注意，空间阵220的规模并不限制软件实现的实用或可应用性。为便于理解软件实现，以下论述介绍在计算图16的矩阵222，234，236，238和240时相关的数据定义和表示法。同样注意，为便于理解连接，图15对出现在图3的概括N（m，n，r）矩阵中的输入门90，输入级开关92等使用了相同的参考数字。下述数据定义用于说明本连接方法和系统。
在软件实现中，存在输入/输出门或线路转换。例如，需要的连接形式为IL-m→OL-n。换言之，输入线路m到输出线路n。ine    mto    output    linen输入线路号转换为输入开关级号i且对于此输入关级j的输入号则成为IL-m→I（i，j）。同理，输出线路号转换为输出开关的级号k且对于输出开关级l的输出号则成为OL→n→O（k，l）。
正规地，I（i，j）确定于IL-m，O（k，l）确定于OL-n，通过：
i＝1+QuotN（m-1）
j＝1+RemN（m-1）
k＝1+QuotN（n-1）
l＝1+RemN（n-1）
其中：
N为第一（输入）级开关的个数，它等于第三（输出）级开关的个数;
QuotN为变元除以N的整数商;以及
RemN为变元除以N之后的整数余数。
下述语句和数据定义可以参考图15和16理解，它们提供计算机生成矩阵以完成本发明的目标。
数据定义
图16中，对于图15的N（5，4，4）例的空间输入矩阵222，是4×4矩阵，其代表SSS中输入级开关（如开关92）的连接。空间输入矩阵222的每行相应于输入开关92中的一个。空间输入矩阵222的列相应于至每个第一级开关的输入门90。空间输入矩阵的表项相应于第一级开关的输出比如输出94。因为每个输入级开关的输出连接到相同标号的中央级开关，空间输入矩阵的表项可以被看作中央级开关，其上连接了特定的输入级开关（行）、输入（列）。
结果是，语句
语句
Figure 931057469_IMG6
使空间输入矩阵222指明一个自第i个第一级开关的第j个输入到中央级开关C的连接。
空间输入矩阵222的表项根据图5的简化例范围为0到X。0说明未分配连接。表项1至4为正常连接。矩阵222的数字表项5，在本例中相应于图6的表项“X”，指明已经分配了附加中央级开关224并已主调用重排过程。
数据定义
Figure 931057469_IMG7
空间中央矩阵234为5×4矩阵，它代表中央开关如中央级开关96在空间域中的连接图。空间中央矩阵的每行相应于中央开关96中的一个。空间中央矩阵的列相应于至每个中央级开关的输入比如输入94。空间中央矩阵中的表项相应于中央级开关的输出如输出98。因为每个中央级开关96的输出连接到相同标号的输出级开关，所以空间中央矩阵234的表项可以被视为某输出级开关，其上连接了特定的中央级开关（行），输入列。
结果是，语句
语句
Figure 931057469_IMG8
使空间中央矩阵234指明一个自中央级开关“C”的第j个输出到第k个输出级开关的连接。空间中央矩阵234的表项在0至4范围内。0说明未分配连接。表项1至4为正常连接。第X行（即本例中第5行）中的0表项说明已经分配了附加中央级开关224并调用重排过程。
数据定义
空间输出矩阵236为4×4矩阵，其代表空间矩阵输出级在空间域的连接图。空间输出矩阵236的每行相应于输出开关如输出开关100中的一个。空间输出矩阵236的各列相应于自每个输出开关如输出门102的输出。空间输出矩阵236的表项相应于连接于输出的输入如连接98。因为每个输出开关的输入连接到相同标号的中央级开关，空间输出矩阵236的表项可视为中央级开关，其上连接有特定输出开关100（行）、输出门102（列）。
结果是，语句
语句
Figure 931057469_IMG10
使空间输出矩阵236指明一个自中央级开关“C”到第K个输出级开关的第l个输出的连接。空间输出矩阵236的表项在0至X范围内。0说明未分配连接。表项1至4为正常连接。表项X（即本例中的5）说明已经分配了附加中央级开关224并且调用了重排过程。
继续参考图15和16，以下论述详细说明了如果实现最佳实施例以代表输入门和输出门之间的空闲连接。正常操作时，本连接方法试图经过最低标号的中央级开关建立一给定的连接。为了自一个给定的输入级开关如输入开关92到一个给定的输出级开关如输入开关100建立连接，必须存在一确定的中央级开关如中央开关96，并且从输入开关92到中央开关96存在空闲输入链路，从中央开关96到输出开关100存在空闲输出链路。
本方法和系统利用两个不同的位图数组（一个用于输入链路，一个用于输出链路）跟踪空闲输入链路和空闲输出链路。对于空间中央矩阵的每行，每个位图数组具有独立的行。该方法利用一组原语作用到位图上以完成连接和断开操作。这些原语依次当需要时调用重排过程。
数据定义
Figure 931057469_IMG11
对于图15和16中的例子，空间输入空闲链路位图238为4×5位数组，其代表空间域中输入开关92和中央开关96之间的空闲输入链路94。空间输入空闲链路位图238的每行相应于输入级开关92中的一个。空间输入空闲链路位图238的表项对于给定的行（输入级）和列（中央级）指明了输入级和中央级之间的输入链路94的空闲状态。表项为1指明输入链路空闲并可用于分配。0值说明输入链正被使用不能用于分配。列X的表项O指明附加中央级开关234正被使用并且正进行重排方法。
Figure 931057469_IMG12
空间输出空闲链路位图240的4×5位数组，它代表空间域中在输出和中央开关96之间的空闲输出链路。空间输出空闲链路位图240的每行相应于输出级开关100中的一个。空间输出空闲链路位图240的表项对于给定的行（输出开关）和列（中央开关）指明在输出开关和中央开关之间的输出链路98的空闲状态。表项1指明输出链路空闲并可用于分配。O值指明输出链路正被使用不能用于重排。列X中的表项O指明附加中央级开关224正被使用且重排方法正在进行。
已经说明了代表空闲链路的位图，以下说明有助于为连接和断开操作而处理空间空闲链路位图238和240的原语操作。
初始空闲链路位图原语（只用于启动操作）为最佳实施例建立了空间输入空闲链路位图238和空间输出空闲链路位图240。空闲链路位图中的所有表项初始为1，以指明所有链路空闲。
Figure 931057469_IMG14
该原语将“i/o”参数确定的位图的第j行第k位置为1。如果位图有n个元素且j值超过了n，则计算机返回出锗标志。否则，第k个元素置1。
Figure 931057469_IMG15
该原语将“i/o”参数确定的位置的第j行第k位清为0。如果位图含有n个元素且j值大于n，则计算机返回出错标志。否则，第k个元素置0。
原语
最佳方法和系统利用可用的最少小标号的中央级开关在输入开关i和输出开关级k之间建立连接。这是通过对space-in-link[i]和space-out-link[k]进行一种后叙为“抽吸”（pumping）的过量实现的。即space-in-link[i]与space-out-link[k]进行逻辑与以确定C，即最低标号的中央级开关既有列输入级i的空闲链路又有到输出级k的空闲链路。逻辑与的结果中第一个非零表项的下标为C，即最低标号的中央级开关既有列输入级i的空间链路又有到输出级k的空闲链路。列C的两条链路在space-in-link[i]和space-out-link[k]中标以“busy（忙）”并返回中央级号C。表3说明了本原语宏指令的一个实施例。
Figure 931057469_IMG17
图16说明了初始化之后的实现数据矩阵。本例中，连接路径选择矩阵space-in-mat    222，space-cnt-mat234中相应的表项在图10中说明。因为没有开关连接，所有表项为0。space-in-link238和space-out-link240位图的内容如初始化时所示。注意每个输入级开关和每个输出级开关对每个空闲中央级开关具有一个为1的元素。本例中在初始化之后，所有五个中央级开关都被标以“idle”（空闲）。
图17给出第一次连接之后的实现数据。假设所需的第一次连接将输入线路1连接至输出线路1，或简化为IL-1→OL-1。第一步是对于那一输入开关级将输入线路号转换为输入开关级号和输入号。在这种情况下为IL-1-I（1，1）。同理，对于那一输出开关级将输出线路号转换为输出开关级号和输出号。在这种情况下为OL-1→0（1，1）。这样，在输入级1和输出级1之间将建立一个连接。
本方法和系统试图利用可用的最低标号的中央级开关即在此为中央级1在输入级1和输出级1之间建立连接。这是通过利用表3的pump-list宏指令与图16中的space-in-link[1]与space-out-link[1]进行比较并设置与两个位图中相同的最低中央级号的空闲连接为“0”来实现的。然后，设置space-in-mat（i，j）和space-out-mat（k，l）都等于那个中央级号，space-cnt-mat（c，j）设为k。相应的空间矩阵数据表项示于图17，空间矩阵220的结果状态示于图18。
下述语句实现该过程：
Figure 931057469_IMG18
假设继续增加连接的过程直到已经建立了n2-2个连接（假设没有重排），得到空间矩阵（如图19所示）及连接路径选择矩阵数据（如图20所示）。
然后，收到将IL-13连接到OL-7的请求。将IL-13连接到OL-7的请求转换为请求连接I（4，1）→O（2，3）。本方法和系统试图利用可用的最低标号的中央级开关在输入级4和输出级2之间建立连接，在这种情况下，中央级开关号4如图20所示。表1的pump-list宏将space-in-link[4]与space-out-link[3]进行比较，确定与两个位图中共同的最低中央级号，并将两个位图中的空闲状态设置为“busy（忙）”。然后设置space-in-mat（i，j）和space-out-mat（k，l）等于那一中央级号，设置space-cnt-mat（c，j）等于k。
相应的空间矩阵数据表项示于图21，空间矩阵的结果状态示于图22。该过程利用下列来自前述连接路径的语句实现：
Figure 931057469_IMG19
假设下一请求是断开从IL-13到OL-7的连接（其记录刚建立的连接）。断开从IL-13到OL-7的连接的请求转换为请求断开连接I（4，1）→O（2，3）。put-back宏通过拆断输入级4和输出级2之间的连接并将成为自由（freed-up）的中央级开关第4号放回输入/输出栈以利以后用来实现断接。更具体些，put-back宏确定已自由的中央级开关号并将之放回到space-in-link[4]与space-out-link[2]中有序链接表中的适当位置。然后，space-in-mat（i，j），space-out-mat（c，j）和space-out-mat（k，l）置为0。
相应的空间矩阵数据表项示于图23，空间矩阵的结果状态同于前述图18所示。利用下述取自put-bback宏的语句实现断接：
表6
Figure 931057469_IMG20
接着，假设收到将IL-13连接到OL-12的请求。将IL-13连接到OL-12的请求转换为连接I（4，1）→O（3，4）请求。本方法和系统试图利用可用的最小标号的中央开关在输入级4和输出级3之间建立连接。此例中，第X个或附加中央级开关224是最小标号的可用中央级开关，如图25所示。
如前所述，pump-list宏的实现步骤为：将图23中的space-in-stack[4]与space-out-stack[3]比较，确定对于两个位图都为最低的中央级号（本例中为中央级开关“X”），并将两个位图中的空闲状态设为“busy（忙）”。然后，space-in-mat（i，j），space-out-mat（k，l）都设为等于那一中央级号，space-cnt-mat（c，j）设为k。表项5说明第X个中央级开关已被分配并自动调用重排过程。重排期间的相应空间矩阵数据表项示于图24，排列期间空间矩阵的结果状态示于图25。
这由下述迅速连接语句实现：
表7
Figure 931057469_IMG21
作为重排算法的结果，图26所示的连接I（4，3）→O（2，1）被从中央级开关号2“卷动”到中央级开关号4。该卷动在输入级开关4产生一个头-尾-桥并在输出级开关2产生一个接收-尾-开关而无中断地执行（如图27所示）。当在输出级开关2接收到来自中央级开关4的正确路径时，则放弃经中央级开关2的原始连接如图28所示并更新空间矩阵数据如图29所示。
先前的卷动现在允许在中央级开关X224的如图31所示的迅速连接I（4，1）→O（3，4）卷动到中央级开关2。
该卷动在输入级开关4产生一个头-尾-桥并在输出级开关3产生一个接收-尾-开关而无中断地执行，如图31所示。当在输出级开关3接收到来自中央级开关2的正确路径，则放弃经中央级X224的原始连接。
从附加中央级开关卷下迅速连接I（4，1）→O（3，4）为该连接完成了重排过程。注意该过程清理了附加中央级开关并准备用于产生重排阻断条件时的下一连接。图32给出了重排之后空间矩阵的结果状态。图23给出了重排之后相应的空间矩阵数据表项。
图34中，最佳实施例的重排特征应用于上例。一旦最佳实施例利用专用中央级开关224以建立迅速连接，最佳实施例的系统自动调用重排过程。首先，系统确定两个中央级开关中哪一个将参加重排过程。这是利用Paull方法实现的，再次陈述如下：
如果（r1，c1）阻断，则测试所有符号对（A，B），使得满足A在行r1中而不在列c1中以及B的c1中而不在r1中，以找到哪一对需要最少变化。该方法然后对那一符号对执行改变算法。
返回到图25的空间矩阵举例，最好首先将图24的space-cnt-mat矩阵数据转换成图4的格式。图34图示了这一转换的结果。
专用中央级开关的使用是由图34的（r4，c3）中的X指明的。下步是找到所有符号对（A，B）满足A在行r4而不在列c3，以及B在列c3而不在行r4。本例中，行r4中有2，而列c3中无2，所以A置为2。同理，列c3中有4，而行r4中无4，所以B为4。因为A只有一个值且B只有一个值，显然需要最少改变的符号对（A，B）为（2，4）。
对于给定的符号对（A，B），存在两种可能的重排序列。其中之一一般较短。下述各步为本例产生序列X→A和X→B。
X→A序列始自经过附加元素的迅速连接并结束于分配到A或本例中的2的阻断单元。从阻断单元（r3，c4）开始，行r3中无4，所以该步需要在行r3中圈定2。现在，圈定的2在（r4，c2）中，然后，需要在列c2中搜索4。因为无4，该列完成（注意并非所有的2都被圈定）。
X→B序列始自经过专用元素224的迅速连接并终止于被分配到元素B或本例中的4的阻断单元。从阻断单元（r3，c4）开始，c4没有2，所以在c4中圈定2。现在，圈定的4在（r3，c3）中。然后，在r3中搜索2。因为无2，序列生产过程完成（注意并非全部4被圈定）。
扩散算法由找到X→A序列的第一个元素开始。如果X→A序列没有结束，则找到X→B序列的第一个元素。然后，如果X→B序列未结束，则找到X→A序列的下一元素。该过程继续直至两个序列中的较短者完成（这样，图34中所示X→B序列并未真正产生。只作为一个变化路径图示于此）。
总之，本发明提供了一种经过通信矩阵找到最佳路径或连接结构的方法和系统，在通信矩阵中一输入级组代表输入门经输入开关至中央级的分配，其值将输入级开关联系于输入门和中央级开关，一个中央的数组代表在输出级和输入级之间的中央级开关连接，一个输出级数组代表输出级连接，其值将输出级开关联系于输出门和中央级开关，此外，其中一个空闲输入数组代表空闲输入门及一个空闲输出数组代表空闲输出门，在通信矩阵中最佳连接路径或结构的确定方法为：对输入级数组和输出级数组进行抽吸以确定在预定的输入门和预定的输出门之间的空闲连接的最佳中央级开关。本发明的一个重要方面其在于在确定一个可重排通信矩阵的可重排阻断条件的存在中的应用。
综上所述，尽管本发明参考上述实施例加以说明，但其说明并不意味着是一种限制。对所公开的实施例的各种修改以及本发明的其他实施例，对于本领域的技术人员在参考上述说明之后将是明显的。因此，所附的权利要求得覆盖所有的修改，并使之处于本发明的全部范围内。
Figure 931057469_IMG22
Figure 931057469_IMG23
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Figure 931057469_IMG41
Figure 931057469_IMG42
Figure 931057469_IMG43
Figure 931057469_IMG44

Claims (6)

1、一种用于找到经过一个通信矩阵的路径的方法，包括以下各步：
利用一个输入级数组代表经过一个输入开关到输入门的一个中央级开关的分配；
利用一个中央级数组代表一个输入级和一个输出级之间的中央级开关连接；
利用一个输出级数组代表经过一个输出级开关到输出门的中央级开关的分配；
利用一个空闲输入链路数组代表到上述中央级开关的空闲输入开关链路以及利用一个空闲输出链路数组代表来自所述中央级开关的空闲输出开关链路；
利用来自所述空闲输入链路数组和所述空闲输出链路数组的信息对所述输入级数组和上述输出级数组及上述中央级数组进行(抽吸操作)以确定具有在一个预定输入门和一个预定输出门之间的一个空闲连接的一个最佳中央级开关；以及
利用所述空闲输入链路数组和所述空闲输出链路数组跟踪所述空闲输入开关链路和所述空间输出开关链路。
2、一种用于找到经过一个通信矩阵的路径的系统，包括：
一个输入级数，用于代表经过一个输入开关到输入门的中央级开关的分配;
一个中央级数组，用于表示一个输入级和一个输出级之间的中央级开关连接;
一个输出级数组，用于代表经过输出级开关到输出门的中央级开关的分配;
一个空闲输入链路数组，用于代表到所述中央级开关的空闲输入开关链路;
一个空闲输出链路数组，用于代表来自中央级开关的空闲输出链路;
利用来自所述空闲输入链路和空闲输出链路数组对上述输入级数组和上述输出级数组进行抽吸以确定在一个预定的输出门之间具有一个空闲连接的一个最佳中央级开关的抽吸装置，以及
利用上述空闲输入链路数组跟踪上述空闲输入开关链路及利用上述空闲输出链路数组跟踪上述空闲输出开关链路的跟踪装置。
3、一种用于找到经过通信矩阵的最佳路径的方法，包括下述步骤：
利用输入级数组代表经过一个输入开关到输入门的一个中央级开关的分配;
利用一个中央级数组代表一个输入级开关和一个输出级开关之间的中央级开关连接;
利用一个输出级数组代表经过一个输出级开关到输出门的一个中央级开关的分配;以及
对所述输入输入级数组，所述输出级数组和所述中央级数组进行抽吸以确定一个最佳中央级开关，该最佳中央级开关既具有一个在一个预定的输入门开关和所述最佳中央级开关之间的空闲输入链路又具有一个来自所述最佳中央级开关和该预定输出级门之间的空闲链路。
4、一种用于经过一个通信矩阵找到一个最佳连接配置的系统，包括：
一个输入级数组，代表经过一个输入开关到输入门的一个中央级开关的分配;
一个中央级数组，用于代表一个输入级和一个输出级之间的中央的开关连接;
一个输出级数组，用于代表经过一个输出开关到输出门的一个中央级开关的分配;以及
一个抽吸装置，用于对所述输入级数组、所述输出级数组和所述中央级数组进行抽吸以确定一个最佳中央级开关，该最佳中央级开关既具有一个在一个预定输入门和所述最佳中央级开关之间的空闲输入链路又具有一个在所述最佳中央级开关和一个预定输出级门之间的空闲输出链路。
5、一种用于找到经过通信矩阵的连接配置的方法，包括下述各步：
利用一个输入级数组代表经过一个输入开关到输入门的一个中央级开关的分配;
利用一个中央级数组代表一个输入级和一个输出级开关之间的中央级开关连接;
利用一个输出级数组代表经过一个输出级开关到输出门的一个中央级开关的分配;
利用一个空闲输入链路数组的状态指示符代表到所述中央级开关的空闲输入开关链路以及利用空闲输出链路数组的状态指示符代表来自中央级的空闲输出开关链路;以及;
根据所述空闲输入链路数组和所述空闲输出链路数组的值将所述输入级数组，所述输出级数组和所述中央级数组连系起来以确定一个最佳中央级开关，该最佳中央级开关在一个预定输入门和所述最佳中央级开关之间具有一个空闲输入链路并在所述最佳中央级和一个预定输出门之间具有一个空闲输出链路。
6、一种用于找到经过通信矩阵的路径的系统，包括：
一个输入级数组，用于代表经过一个输入开关到输入门的一个中央级开关的分配;
一个中央级数组，用于代表在一个输入级和一个输出级开关之间的中央级开关连接，上述中央级数组含有一个专用中央级开关联系于多个输入级开关和输出级开关的一组元素;
一个输出级数组，用于代表到输出门输出级开关;
一个空闲输入链路数组，用于代表到中央级开关的空闲输入开关链路以及一个空闲输出链路组，用于代表来自中央级开关的空闲输出开关链路;以及
利用来自上述空闲输入链路数组和上述空闲输出链路数组的信息将上述输入级数组、上述输出级数组和上述中央级数组联系起来的装置，以确定一个最佳中央级开关，上述最佳中央级开关潜在地包括上述专用中央级开关并在一个预定的输入门和一个预定的输出门之间一个具有空闲连接。
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