CN109450823B - 一种基于聚合式交叉节点的网络大容量交换装置 - Google Patents

一种基于聚合式交叉节点的网络大容量交换装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于聚合式交叉节点的网络大容量交换装置，属于专用通信网络技术领域。其包括输入处理单元、聚合处理单元、交叉节点网络单元、解聚合处理单元、输出处理单元以及管理配置单元。本发明具有支持超大容量交换、可扩展性强、工程实现占用资源少等优点，适用于各类专用通信网络的交换节点。

Description

一种基于聚合式交叉节点的网络大容量交换装置
技术领域
本发明涉及一种基于聚合式交叉节点的网络大容量交换装置，属于专用通信网络技术领域。
背景技术
随着用户对于各类通信服务需求的不断提高，传统的话音和短信业务已经不能满足用户需求，随着高清晰度视频的应用扩展以及用户规模的不断扩大，各类专用通信网络的交换节点对交换容量的需求越来越大，例如在卫星通信网络中交换节点容量已经从传统的Mbps量级提高到了Gbps、Tbps量级。
在传统交换方式中，交换装置采用共享总线方式、共享缓存方式或者Crossbar方式。一般而言，共享总线方式和共享缓存结构适合于单个交换单元（或模块）自身交换容量不太高、端口数目中等和端口速率不太高的交换单元。它的优点是交换时延低、吞吐率可以达到100%。缺点是需要的加速比高，不太适合高速、大容量（Tbps）的交换。采用Crossbar的交换结构，可以支持大容量、高速的交换，但实现复杂度要比共享总线和共享缓存方式的结构高，不能支持端口数过多的情况使用。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种基于聚合式交叉节点的网络大容量交换装置，其适合多端口超大容量交换节点，具有可扩展性强、工程实现占用资源少等优点，适用于各类专用通信网络的大容量交换装置。
本发明的目的是这样实现的：
一种基于聚合式交叉节点的网络大容量交换装置，包括输入处理单元1、解聚合处理单元4、输出处理单元5以及管理配置单元6，还包括聚合处理单元2和交叉节点网络单元3；
多个输入处理单元1对外部输入的通信数据帧进行格式适配，将高速串行数据帧适配为内部并行数据帧后存储，等待聚合处理单元2调度处理；
管理配置单元6接收外部控制单元输入的数据帧并进行解析，将表项配置信息输出给聚合处理单元2；并对多个聚合处理单元2发送的控制数据帧进行合路并发送给外部控制单元；
聚合处理单元2对多个输入处理单元1根据设定的算法进行调度聚合处理，对聚合后的数据帧根据管理配置单元6输出的表项配置信息添加内部通信头并进行缓存管理，之后将控制数据帧发送给管理配置单元6，并将其他数据帧发送到交叉节点网络单元3；
交叉节点网络单元3对多个聚合处理单元2发送的数据帧根据内部通信头指示的位置缓存到交叉节点网络单元3中对应的横向节点中，等待解聚合处理单元4调度处理；
解聚合处理单元4根据设定的算法对交叉节点网络单元3的纵向节点数据进行调度，根据内部通信头将数据帧解聚合到多个输出处理单元5；
输出处理单元5将内部并行数据帧适配为外部高速串行数据帧后发送出去。
具体的，所述的聚合处理单元2由输入调度模块2-1、流分类处理模块2-2、查表控制模块2-3、分组处理模块2-4以及队列管理模块2-5组成；
输入调度模块2-1对多个输入处理单元1根据设定的算法进行调度聚合处理，将数据帧分别交给流分类处理模块2-2和分组处理模块2-4；
流分类处理模块2-2提取数据帧的关键信息，将查表信息交给查表控制模块2-3，并依据流分类器的规则定义以及查表控制模块2-3输出的查表结果进行匹配得到对应的指令码；
查表控制模块2-3根据管理配置单元6输出的表项配置信息对流分类处理模块2-2输出的查表信息进行查找，得出查表结果后返回给流分类处理模块2-2；
分组处理模块2-4依照流分类模块2-2输出的指令码对输入调度模块2-1输出的数据帧进行分类处理操作并添加内部通信头，生成调度信息后将调度信息同数据帧发送给队列管理模块2-5；
队列管理模块2-5根据分组处理模块2-4输出的调度信息将数据帧缓存到对应队列中，之后根据管理配置单元6及交叉节点网络单元3反馈的缓存信息，将控制数据帧发送给管理配置单元6，并将其他数据帧发送到交叉节点网络单元3。
具体的，所述交叉节点网络单元3中，每个节点均具有单播缓存和组播缓存。
具体的，所述设定的算法为轮询调度算法、加权调度算法或优先级调度算法。
本发明相比背景技术具有如下优点：
1.本发明通过多端口聚合和解聚合方式实现共享缓存与CROSSBAR两种交换架构的结合，可以克服共享缓存和CROSSBAR的缺点，满足端口数较多、交换容量较大时的应用，同时可以通过扩展聚合端口和交叉节点网络数目实现扩展。
2.本发明基于星上处理的卫星通信系统而提出，架构设计满足星上资源占用少的特点，可推广至各类专用通信网络的交换节点中使用。
附图说明
图1是本发明实施例中基于聚合式交叉节点网络大容量交换装置的一种电原理图。
图2是聚合处理单元的一种电原理图。
具体实施方式
参照图1，一种基于聚合式交叉节点的网络大容量交换装置，包括输入处理单元1、聚合处理单元2、交叉节点网络单元3、解聚合处理单元4、输出处理单元5以及管理配置单元6。图1是本发明一种基于聚合式交叉节点网络大容量交换装置实施例的电原理图，实施例按照图1连接线路。该装置的各单元可通过硬件描述语言实现，该装置可基于FPGA实现。
其中，输入处理单元1的作用是对外部输入的通信数据帧进行格式适配，将高速串行数据帧适配为内部并行数据帧后存储，等待聚合处理单元2调度处理；管理配置单元6的作用是接收外部控制单元输入的数据帧并进行解析，将表项配置信息输出给聚合处理单元2；聚合处理单元2的作用是对多个输入处理单元1根据设定的算法进行调度聚合处理，对聚合后的数据帧根据管理配置单元6输出的表项配置信息添加内部通信头以及缓存管理处理后，将控制数据帧发送给管理配置单元6，将其他数据帧发送到交叉节点网络单元3；管理配置单元6的作用是对多个聚合处理单元2发送的控制数据帧进行合路发送给外部控制单元；交叉节点网络单元3的作用是对多个聚合处理单元2发送的数据帧根据内部通信头指示的位置缓存到对应的交叉节点网络横向节点中，等待解聚合处理单元4调度处理；解聚合处理单元4的作用是根据设定的算法对交叉节点网络纵向节点数据进行调度，根据内部通信头将数据帧解聚合到多个输出处理单元5；输出处理单元5的作用是将内部并行数据帧适配为外部高速串行数据帧后发送出去。
上述提及的设定的算法可以采用轮询调度算法、加权调度算法或优先级调度算法等等本领域技术人员公知的算法，此处不再赘述。
此外，交叉节点网络单元3中，每个节点均可具有单播缓存和组播缓存。
所述的聚合处理单元2由输入调度模块2-1、流分类处理模块2-2、查表控制模块2-3、分组处理模块2-4以及队列管理模块2-5组成；实施例按照图2连接线路。
聚合处理单元2的输入调度模块2-1的作用是对多个输入处理单元1根据设定的算法进行调度聚合处理，将数据帧分别交给流分类处理模块2-2和分组处理模块2-4；流分类处理模块2-2的作用是提取数据帧的关键信息，将查表信息交给查表控制模块2-3，并依据流分类器的规则定义以及查表控制模块2-3输出的查表结果进行匹配得到对应的指令码；查表控制模块2-3的作用是根据管理配置单元6输出的表项配置信息对流分类处理模块2-2输出的查表信息进行查找，得出查表结果后返回给流分类处理模块2-2；分组处理模块2-4的作用是依照流分类模块2-2输出的指令码对输入调度模块2-1输出的数据帧进行分类处理操作并添加内部通信头，生成调度信息后将调度信息同数据帧发送给队列管理模块2-5；队列管理模块2-5的作用是根据分组处理模块2-4输出的调度信息将数据帧缓存到对应队列中，之后根据管理配置单元6及交叉节点网络单元3反馈的缓存信息，将控制数据帧发送给管理配置单元6，将其他数据帧发送到交叉节点网络单元3。
本发明简要工作原理如下：
多个输入处理单元1对外部输入的通信数据帧进行格式适配，将高速串行数据帧适配为内部并行数据帧后存储，等待聚合处理单元2调度处理；管理配置单元6接收外部控制单元输入数据帧进行解析，将表项配置信息输出给聚合处理单元2；聚合处理单元2对多个输入处理单元1根据设定的算法进行调度聚合处理，对聚合后的数据帧根据管理配置单元6输出的表项配置信息添加内部通信头以及缓存管理处理后，将控制数据帧发送给管理配置单元6，将其他数据帧发送到交叉节点网络单元3；管理配置单元6对多个聚合处理单元2发送的控制数据帧进行合路发送给外部控制单元；交叉节点网络单元3对多个聚合处理单元2发送的数据帧根据内部通信头指示的位置缓存到对应的交叉节点网络横向节点中，等待解聚合处理单元4调度处理；解聚合处理单元4根据设定的算法对交叉节点网络纵向节点数据进行调度，根据内部通信头将数据帧解聚合到多个输出处理单元5；输出处理单元5将内部并行数据帧适配为外部高速串行数据帧后发送出去。
总之，本发明的输入处理单元实现将外部输入接口适配为内部数据接口功能；聚合处理单元实现多个输入处理单元聚合、查表转发及分类处理功能；交叉节点网络单元实现各聚合处理单元存储交换功能；解聚合处理单元根据数据帧的目的端口完成解聚合功能；输出处理单元实现将内部输出接口适配为外部数据接口功能；管理配置单元实现与外部控制单元的数据通道和控制接口功能。本发明具有支持超大容量交换、可扩展性强、工程实现占用资源少等优点，适用于各类专用通信网络的交换节点。

Claims (4)

1.一种基于聚合式交叉节点的网络大容量交换装置，包括输入处理单元(1)、解聚合处理单元(4)、输出处理单元(5)以及管理配置单元(6)，其特征在于：还包括聚合处理单元(2)和交叉节点网络单元(3)；
多个输入处理单元(1)对外部输入的通信数据帧进行格式适配，将高速串行数据帧适配为内部并行数据帧后存储，等待聚合处理单元(2)调度处理；
管理配置单元(6)接收外部控制单元输入的数据帧并进行解析，将表项配置信息输出给聚合处理单元(2)；并对多个聚合处理单元(2)发送的控制数据帧进行合路并发送给外部控制单元；
聚合处理单元(2)对多个输入处理单元(1)根据设定的算法进行调度聚合处理，对聚合后的数据帧根据管理配置单元(6)输出的表项配置信息添加内部通信头并进行缓存管理，之后将控制数据帧发送给管理配置单元(6)，并将其他数据帧发送到交叉节点网络单元(3)；
交叉节点网络单元(3)对多个聚合处理单元(2)发送的数据帧根据内部通信头指示的位置缓存到交叉节点网络单元(3)中对应的横向节点中，等待解聚合处理单元(4)调度处理；
解聚合处理单元(4)根据设定的算法对交叉节点网络单元(3)的纵向节点数据进行调度，根据内部通信头将数据帧解聚合到多个输出处理单元(5)；
输出处理单元(5)将内部并行数据帧适配为外部高速串行数据帧后发送出去。
2.根据权利要求1所述的一种基于聚合式交叉节点的网络大容量交换装置，其特征在于：所述的聚合处理单元(2)由输入调度模块(2-1)、流分类处理模块(2-2)、查表控制模块(2-3)、分组处理模块(2-4)以及队列管理模块(2-5)组成；
输入调度模块(2-1)对多个输入处理单元(1)根据设定的算法进行调度聚合处理，将数据帧分别交给流分类处理模块(2-2)和分组处理模块(2-4)；
流分类处理模块(2-2)提取数据帧的关键信息，将查表信息交给查表控制模块(2-3)，并依据流分类器的规则定义以及查表控制模块(2-3)输出的查表结果进行匹配得到对应的指令码；
查表控制模块(2-3)根据管理配置单元(6)输出的表项配置信息对流分类处理模块(2-2)输出的查表信息进行查找，得出查表结果后返回给流分类处理模块(2-2)；
分组处理模块(2-4)依照流分类处理模块(2-2)输出的指令码对输入调度模块(2-1)输出的数据帧进行分类处理操作并添加内部通信头，生成调度信息后将调度信息同数据帧发送给队列管理模块(2-5)；
队列管理模块(2-5)根据分组处理模块(2-4)输出的调度信息将数据帧缓存到对应队列中，之后根据管理配置单元(6)及交叉节点网络单元(3)反馈的缓存信息，将控制数据帧发送给管理配置单元(6)，并将其他数据帧发送到交叉节点网络单元(3)。
3.根据权利要求1所述的一种基于聚合式交叉节点的网络大容量交换装置，其特征在于：所述交叉节点网络单元(3)中，每个节点均具有单播缓存和组播缓存。
4.根据权利要求1所述的一种基于聚合式交叉节点的网络大容量交换装置，其特征在于：所述设定的算法为轮询调度算法、加权调度算法或优先级调度算法。
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