CN112769647B - 一种实现级联交换矩阵无阻塞通道切换的系统和方法 - Google Patents

一种实现级联交换矩阵无阻塞通道切换的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种实现级联交换矩阵无阻塞通道切换的系统和方法，采用将级联交换矩阵中各级矩阵的输入端口和输出端口按照一一对应的方法分别到另外一级矩阵，通过划分档位的方式，根据设定的通道参数，依次将其所对应各级矩阵的不同输入端口和输出端口档位进行计算，得出无阻塞通道路径，并对各级矩阵进行切换；本发明具有计算简便和适应性广的特点，在各种通过8×8、16×16、32×32交换矩阵级联成的64×64、128×128、256×256大规模交换矩阵中都可以实现无阻塞通道切换，不占用已有通道，新设置的通道不会对已有通道产生影响。

Description

一种实现级联交换矩阵无阻塞通道切换的系统和方法
技术领域
本发明属于通信测试技术领域，具体涉及一种实现级联交换矩阵无阻塞通道切换的系统和方法。
背景技术
交换矩阵在通信测试中有广泛应用，如在大规模的通信产品生产车间内，对产品参数进行测试时通常采用交换矩阵使后端多个测试平台共用前端多台仪器仪表，可以减少仪器仪表数量，提高生产效率，降低测试成本。随着技术的发展，通信产品的产量逐渐提高，产品参数的测试量也越来越大，64×64、128×128、256×256等大规模交换矩阵也逐渐应用于通信测试中。
通信设备的性能指标涉及其有效性、可靠性、适应性、经济性、标准性、可维护性等。尽管不同的通信业务对设备性能的要求不尽相同，但从通信测试的角度来说，通信的有效性和可靠性是主要的矛盾所在。所谓有效性是指传输一定信息量时所占用的信道资源，而可靠性则是指接收信息的准确程度，也就是传输的“质量”问题。这两个问题互相矛盾而又相对统一，并且还可以进行互换。
交换矩阵的输入和输出之间可以实现全交换，每个输入可任意连接单个或多个输出，这样的工作方式决定了交换矩阵内部有多种通道。当矩阵内部的每一个通道都在使用的情况下，此时切换其中一任意条通道的输入输出连接状态，都必须切换另外通道的连接状态为其让路。而在此情况下，另外通道会发生无路可走的情况，从而产生了阻塞现象。为了提高通信的有效性，需要增加冗余通道来防止切换通道之间的阻塞现象。但是增加冗余通道之后，交换矩阵的内部通道数量提升，信号经过的路径延长，降低了通信的可靠性。
随着技术的快速发展，小规模交换矩阵通常采用功分器与射频开关交叉相连的方式实现，一台16×16交换矩阵内部包含16个1分16功分器和16个16选1射频开关。但是大规模交换矩阵难以采用同样的方式实现，一个1分256功分器的长度长达数米，加工工艺复杂且装配成本高昂。目前大规模交换矩阵基本都是以多台小规模交换矩阵级联的方式堆叠而成。
为了避免多台级联的交换矩阵中存在阻塞现象，其内部的每个小规模交换矩阵都留有冗余通道。一台256×256交换矩阵的内部通常是由54个18×18交换矩阵交叉相连，每个18×18交换矩阵有两路输入和输出是冗余通道，不仅硬件的成本较高，而且设备的体积也较大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种实现级联交换矩阵无阻塞通道切换的系统和方法，具有计算简便和适应性广的特点，在各种通过8×8、16×16、32×32交换矩阵级联成的64×64、128×128、256×256大规模交换矩阵中都可以实现无阻塞通道切换，不占用已有通道，新设置的通道不会对已有通道产生影响。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种实现级联交换矩阵无阻塞通道切换的系统，包括第一级交换矩阵、第二级交换矩阵和第三级交换矩阵；
所述第一级交换矩阵、第二级交换矩阵和第三级交换矩阵级联成一个N2×N2交换矩阵；
第一级交换矩阵包括N个N×N交换矩阵，此N个N×N交换矩阵的N2个输入端口分别连接N2×N2交换矩阵的N2个输入端口；
第二级交换矩阵包括N个N×N交换矩阵，此N个N×N交换矩阵的N2个输入端口分别连接第一级交换矩阵N个N×N交换矩阵的N2个输出端口；
第三级交换矩阵包括N个N×N交换矩阵，此N个N×N交换矩阵的N2个输入端口分别连接第二级交换矩阵N个N×N交换矩阵的N2个输出端口，此N个N×N交换矩阵的256个输出端口分别连接N2×N2交换矩阵的N2个输出端口。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
上述的N取8、16或32。
上述的N2×N2交换矩阵的输入和输出每N个端口分为一档，输入和输出分别有N档，端口数和档位数必须相同，两者相乘等于输入或输出端口数；输入N个档位对应N个第一级矩阵，按照档位，给第一级矩阵从1到N编号，每个矩阵对应一个矩阵号码。输出N个档位对应N个第三级矩阵，按照档位，给第三级矩阵从1到N编号，每个矩阵对应一个矩阵号码；
第一级交换矩阵、第二级交换矩阵和第三级交换矩阵分别用于输入端口交换、中间端口交换、输出端口交换；输入信号依次经过第一级交换矩阵、第二级交换矩阵和第三级交换矩阵后输出，形成一个完整的通道；
第二级交换矩阵输入状态保存缓存值,保存的是第二级交换矩阵对应的实际输入,第二级交换矩阵保存的实际输出，保存的应为一个二维数组,数组第一位是矩阵的输入端口位置,第二位是矩阵的输入端口对应的输出端口列表；
第二级交换矩阵输出状态保存实际输出与实际输入,在重设时根据输出状态进行清零,只有0值进行设置即一个第二级交换矩阵的输出直到一个输出,第三级交换矩阵根据第二级交换矩阵输出进行计算第二级输出端不需要考虑相同输入,只需要考虑输出,计算数组中0的个数,0为N个，代表可以修改该输出。
一种实现级联交换矩阵无阻塞通道切换的方法，采用将级联交换矩阵中各级矩阵的输入端口和输出端口按照一一对应的方法分别连接到另外一级矩阵，通过划分档位的方式，根据设定的通道参数，依次将其所对应各级矩阵的不同输入端口和输出端口档位进行计算，得出无阻塞通道路径，并对各级矩阵进行切换。
上述的一种实现级联交换矩阵无阻塞通道切换的方法，包括：
步骤S101，接收某个输入端口连接到某个输出端口的控制指令，读取N2×N2交换矩阵需要建立连接关系的输入端口和输出端口数据，计算对应的输入与输出档位；
步骤S102，第二级交换矩阵的N个交换矩阵中是否存在一个交换矩阵的输出值与第三级交换矩阵输入对应的第二级交换矩阵输出档位相同，如果是则执行步骤S108，否则执行步骤S103；
步骤S103，将实际输出值对应第二级交换矩阵的输入数组中保存的相同实际输出值清零；
步骤S104，判断数组中0的个数与申请的初始值是否相同，如果是则执行步骤S105，否则执行步骤S109；
步骤S105，使用对应的第二级交换矩阵输入端口；
步骤S106，计算出对应的第二级交换矩阵输出端口；
步骤S107，计算出对应的第一级和第三级交换矩阵的输入输出切换通道；
步骤S108，第二级交换矩阵输入端口是否连接到相同的第一级交换矩阵输出端口，如果是则执行步骤S105，否则执行步骤S103；
步骤S109，跳过该输入端口；
步骤S110，在输入档位内进行计算；
步骤S111，输入档位是否超界，如果是则执行步骤S112，否则执行步骤S104；
步骤S112，档位加1。
上述的一种实现级联交换矩阵无阻塞通道切换的方法，第二级交换矩阵输出值与输出档位判断包括步骤如下：
步骤S201，清零对应第二级交换矩阵的输出缓存值：根据输出值,清零对应第二级交换矩阵的输出缓存值,然后计算第二级输出保存的额实际输出的0的个数,便于进行下一步赋值；
步骤S202，根据输出档位,取第一个第二级交换矩阵输出与第二级交换矩阵号码；
步骤S203，判断该第二级交换矩阵输出保存的实际是否为0，如果是则执行步骤S207，否则执行步骤S204；
步骤S204，保存值加1；
步骤S205，判断是否超过输出档位，如果是则执行步骤S208，否则执行步骤S206；
步骤S206，根据输出档位,取第一个第二级交换矩阵输出,第二级交换矩阵号码加1；
步骤S207，反馈计算结果。该输出档位可以使用，反馈计算结果；
步骤S208，反馈计算结果。该输出档位可以使用，反馈计算结果。
本发明具有以下有益效果：
（1）本发明采用48个16×16交换矩阵级联成256×256交换矩阵的方式，内部没有冗余通道，降低了硬件成本，缩小了设备体积；
（2）本发明优化了级联交换矩阵通道切换方式，通过输入和输出接口分档位的方式，避免了切换通道之间的阻塞现象；
（3）该通道切换方法具有适应性广的特点，在同样的硬件连接方式下，可适用于级联成的64×64交换矩阵和级联成的128×128交换矩阵等大规模交换矩阵中。
附图说明
图1是实现级联交换矩阵无阻塞通道切换方法的硬件系统原理框图；
图2是实现级联交换矩阵无阻塞通道切换方法的流程图；
图3是第二级交换矩阵输出值与输出档位判断的流程图。
实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
一种实现级联交换矩阵无阻塞通道切换的系统，包括第一级交换矩阵、第二级交换矩阵和第三级交换矩阵；
所述第一级交换矩阵、第二级交换矩阵和第三级交换矩阵级联成一个N2×N2交换矩阵；
第一级交换矩阵包括N个N×N交换矩阵，此N个N×N交换矩阵的N2个输入端口分别连接N2×N2交换矩阵的N2个输入端口；
第二级交换矩阵包括N个N×N交换矩阵，此N个N×N交换矩阵的N2个输入端口分别连接第一级交换矩阵N个N×N交换矩阵的N2个输出端口；
第三级交换矩阵包括N个N×N交换矩阵，此N个N×N交换矩阵的N2个输入端口分别连接第二级交换矩阵N个N×N交换矩阵的N2个输出端口，此N个N×N交换矩阵的256个输出端口分别连接N2×N2交换矩阵的N2个输出端口。
第二级交换矩阵的N个N×N交换矩阵，其中第一个N×N交换矩阵的所有输入端口分别连接第一级交换矩阵中N个N×N交换矩阵的输出端口1，所有输出端口分别连接第三级交换矩阵中N个N×N交换矩阵的输入端口1，第二级交换矩阵剩余的N-1个N×N交换矩阵中的连接关系以此类推。
N取8、16或32。
实施例中，N2×N2交换矩阵的输入和输出每N个端口分为一档，输入和输出分别有N档，端口数和档位数必须相同，两者相乘等于输入或输出端口数；输入N个档位对应N个第一级矩阵，按照档位，给第一级矩阵从1到N编号，每个矩阵对应一个矩阵号码。输出N个档位对应N个第三级矩阵，按照档位，给第三级矩阵从1到N编号，每个矩阵对应一个矩阵号码；
第一级交换矩阵、第二级交换矩阵和第三级交换矩阵分别用于输入端口交换、中间端口交换、输出端口交换；输入信号依次经过第一级交换矩阵、第二级交换矩阵和第三级交换矩阵后输出，形成一个完整的通道；
第二级交换矩阵输入状态保存缓存值,保存的是第二级交换矩阵对应的实际输入,第二级交换矩阵保存的实际输出，保存的应为一个二维数组,数组第一位是矩阵的输入端口位置,第二位是矩阵的输入端口对应的输出端口列表；
第二级交换矩阵输出状态保存实际输出与实际输入,在重设时根据输出状态进行清零,只有0值进行设置即一个第二级交换矩阵的输出直到一个输出,第三级交换矩阵根据第二级交换矩阵输出进行计算第二级输出端不需要考虑相同输入,只需要考虑输出,计算数组中0的个数,0为N个，代表可以修改该输出。
以N取16为例，图1为实现级联交换矩阵无阻塞通道切换方法的硬件系统原理框图，硬件系统原理框图包括第一级交换矩阵、第二级交换矩阵和第三级交换矩阵，三级交换矩阵级联成一个256×256交换矩阵。第一级交换矩阵包括16个16×16交换矩阵，此16个16×16交换矩阵的256个输入端分别连接256×256交换矩阵的256个输入接口，第二级交换矩阵包括16个16×16交换矩阵，此16个16×16交换矩阵的256个输入端分别连接第一级交换矩阵16个16×16交换矩阵的256个输出端；第三级交换矩阵包括16个16×16交换矩阵，此16个16×16交换矩阵的256个输入端分别连接第二级交换矩阵16个16×16交换矩阵的256个输出端，此16个16×16交换矩阵的256个输出端分别连接256×256交换矩阵的256个输出接口。第二级交换矩阵的16个16×16交换矩阵，其中第一个16×16交换矩阵的所有输入端口分别连接第一级交换矩阵中16个16×16交换矩阵的输出端口1，所有输出端口分别连接第三级交换矩阵中16个16×16交换矩阵的输入端口1，第二级交换矩阵剩余的15个16×16交换矩阵中的连接关系以此类推。
一种实现级联交换矩阵无阻塞通道切换的方法，采用将级联交换矩阵中各级矩阵的输入端口和输出端口按照一一对应的方法分别连接到另外一级矩阵，通过划分档位的方式，根据设定的通道参数，依次将其所对应各级矩阵的不同输入端口和输出端口档位进行计算，得出无阻塞通道路径，并对各级矩阵进行切换。
图2为实现级联交换矩阵无阻塞通道切换方法的流程图，一种实现级联交换矩阵无阻塞通道切换的方法，包括：
步骤S101，接收某个输入端口连接到某个输出端口的控制指令，读取N2×N2交换矩阵需要建立连接关系的输入端口和输出端口数据，计算对应的输入与输出档位；
用户在使用256×256交换矩阵时，每次操作只能切换一个通道，即发送一个某个输入端口连接到某个输出端口的控制指令。256×256交换矩阵的输入和输出每16个端口分为一档，输入和输出分别有16档。256×256交换矩阵接收到控制指令后，读取输入值和输出值，计算出其对应的输入与输出档位。
步骤S102，第二级交换矩阵的N个交换矩阵中是否存在一个交换矩阵的输出值与第三级交换矩阵输入对应的第二级交换矩阵输出档位相同，即根据输出值与输出档位,判断第二级输出是否到相同的第三级输入，如果是则执行步骤S108，否则执行步骤S103；
步骤S103，将实际输出值对应第二级交换矩阵的输入数组中保存的相同实际输出值清零；
将实际输出值对应第二级矩阵的输入数组中保存的相同实际输出值清零。由于第二级输出没有到相同的第三级输入，因此第二级矩阵的输入数组中保存的相同实际输出值需要重新计算。
步骤S104，判断数组中0的个数与申请的初始值是否相同，如果是则执行步骤S105，否则执行步骤S109；
步骤S105，使用对应的第二级交换矩阵输入端口，因为该第二级输入没有接入实际的矩阵交换中来,可以使用该第二级输入端口；
步骤S106，计算出对应的第二级交换矩阵输出端口，确定了使用具体的第二级交换矩阵输入端口后，计算出该交换矩阵的输出端口；
步骤S107，计算出对应的第一级和第三级交换矩阵的输入输出切换通道；
计算出对应的第一级和第三级交换矩阵的输入输出切换通道。确定了使用具体的第二级交换矩阵输入和输出端口后，按照硬件系统原理框图，对应的第一级和第三级交换矩阵也可以确定下来，可以计算出第一级和第三级交换矩阵的输入输出切换通道；
步骤S108，第二级交换矩阵输入端口是否连接到相同的第一级交换矩阵输出端口，即根据输入值与输出档位,判断第二级输入是否到相同的第一级输出，如果是则执行步骤S105，否则执行步骤S103；
步骤S109，跳过该输入端口，该输入端口同时承担着其他的输出端口的信号,在此通道中不能使用，如果使用了会造成阻塞占用；
步骤S110，在输入档位内进行计算，在该档位的16个矩阵中寻找可用的矩阵；
步骤S111，输入档位是否超界，如果是则执行步骤S112，否则执行步骤S104；
步骤S112，档位加1，计算的输入档位中没有可用的矩阵，回退计算,使用下一档位。
图3为第二级交换矩阵输出值与输出档位判断的流程图，第二级交换矩阵输出值与输出档位判断和第二级交换矩阵输入值与输入档位判断方法流程一致；
第二级交换矩阵输出值与输出档位判断包括步骤如下：
步骤S201，清零对应第二级交换矩阵的输出缓存值：根据输出值,清零对应第二级交换矩阵的输出缓存值,然后计算第二级输出保存的额实际输出的0的个数,便于进行下一步赋值；
步骤S202，根据输出档位,取第一个第二级交换矩阵输出与第二级交换矩阵号码；
步骤S203，判断该第二级交换矩阵输出保存的实际是否为0，如果是则执行步骤S207，否则执行步骤S204；
步骤S204，保存值加1；
步骤S205，判断是否超过输出档位，如果是则执行步骤S208，否则执行步骤S206；
步骤S206，根据输出档位,取第一个第二级交换矩阵输出,第二级交换矩阵号码加1；
步骤S207，反馈计算结果。该输出档位可以使用，反馈计算结果；
步骤S208，反馈计算结果。该输出档位可以使用，反馈计算结果。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种实现级联交换矩阵无阻塞通道切换的系统，其特征在于，包括第一级交换矩阵、第二级交换矩阵和第三级交换矩阵；
所述第一级交换矩阵、第二级交换矩阵和第三级交换矩阵级联成一个N2×N2交换矩阵；
第一级交换矩阵包括N个N×N交换矩阵，此N个N×N交换矩阵的N2个输入端口分别连接N2×N2交换矩阵的N2个输入端口；
第二级交换矩阵包括N个N×N交换矩阵，此N个N×N交换矩阵的N2个输入端口分别连接第一级交换矩阵N个N×N交换矩阵的N2个输出端口；
第三级交换矩阵包括N个N×N交换矩阵，此N个N×N交换矩阵的N2个输入端口分别连接第二级交换矩阵N个N×N交换矩阵的N2个输出端口，此N个N×N交换矩阵的N2个输出端口分别连接N2×N2交换矩阵的N2个输出端口；
基于所述的一种实现级联交换矩阵无阻塞通道切换的系统的实现级联交换矩阵无阻塞通道切换的方法，具体为：将级联交换矩阵中各级矩阵的输入端口和输出端口按照一一对应的方法分别连接到另外一级矩阵，通过划分档位的方式，根据设定的通道参数，依次将级联交换矩阵所对应各级矩阵的不同输入端口和输出端口的档位进行计算，得出无阻塞通道路径，并对各级矩阵进行切换；
所述的实现级联交换矩阵无阻塞通道切换的方法，包括：
步骤S101，接收某个输入端口连接到某个输出端口的控制指令，读取N2×N2交换矩阵需要建立连接关系的输入端口和输出端口数据，计算对应的输入与输出档位；
步骤S102，第二级交换矩阵的N个交换矩阵中是否存在一个交换矩阵的输出值与第三级交换矩阵输入所连接的第二级交换矩阵输出档位相同，如果是则执行步骤S108，否则执行步骤S103；
步骤S103，将实际输出值对应第二级交换矩阵的输入数组中保存的相同实际输出值清零；
步骤S104，判断数组中0的个数与申请的初始值是否相同，如果是则执行步骤S105，否则执行步骤S109；
步骤S105，使用对应的第二级交换矩阵输入端口；
步骤S106，计算出对应的第二级交换矩阵输出端口；
步骤S107，计算出对应的第一级和第三级交换矩阵的输入输出切换通道，流程结束；
步骤S108，第二级交换矩阵输入端口是否连接到相同的第一级交换矩阵输出端口，如果是则执行步骤S105，否则执行步骤S103；
步骤S109，跳过该输入端口；
步骤S110，在输入档位内进行计算；
步骤S111，输入档位是否超界，如果是则执行步骤S112，否则执行步骤S104；
步骤S112，档位加1。
2.根据权利要求1所述的一种实现级联交换矩阵无阻塞通道切换的系统，其特征在于，N取8、16或32。
3.根据权利要求1所述的一种实现级联交换矩阵无阻塞通道切换的系统，其特征在于，
N2×N2交换矩阵的输入和输出每N个端口分为一档，输入和输出分别有N档，每一档中的端口数和档位数必须相同，两者相乘等于输入或输出端口数；输入N个档位对应N个第一级矩阵，按照档位，给第一级矩阵从1到N编号，每个矩阵对应一个矩阵号码；输出N个档位对应N个第三级矩阵，按照档位，给第三级矩阵从1到N编号，每个矩阵对应一个矩阵号码；
第一级交换矩阵、第二级交换矩阵和第三级交换矩阵分别用于输入端口交换、中间端口交换、输出端口交换；输入信号依次经过第一级交换矩阵、第二级交换矩阵和第三级交换矩阵后输出，形成一个完整的通道；
第二级交换矩阵输入状态缓存值,保存的是第二级交换矩阵对应的实际输入,第二级交换矩阵保存的实际输出，保存的为一个二维数组,数组第一位是矩阵的输入端口位置,第二位是矩阵的输入端口对应的输出端口列表；
第二级交换矩阵输出状态缓存值保存实际输出与实际输入,在重设时根据输出状态进行清零, 只有0值进行设置，第三级交换矩阵根据第二级交换矩阵输出进行计算；第二级输出端不需要考虑相同输入,只需要考虑输出,计算数组中0的个数,0为N个，代表可以修改该输出。
4.根据权利要求1所述的实现级联交换矩阵无阻塞通道切换的系统，其特征在于，包括：
第二级交换矩阵输出值与输出档位判断包括步骤如下：
步骤S201，清零对应第二级交换矩阵的输出缓存值：根据输出值，该输出值为控制指令中的输出端口号,清零对应第二级交换矩阵的输出缓存值, 然后计算第二级交换矩阵输出状态缓存值中0的个数,便于进行下一步赋值；
步骤S202，根据输出档位,取第一个第二级交换矩阵输出与第二级交换矩阵号码；
步骤S203，对第二级交换矩阵输出1~N的输出状态缓存值，依次进行是否为0的判断，如果是则执行步骤S207，否则执行步骤S204；
步骤S204，输出状态缓存值加1；
步骤S205，判断是否超过输出档位，如果是则执行步骤S208，否则执行步骤S206；
步骤S206，根据输出档位,取第一个第二级交换矩阵输出,第二级交换矩阵号码加1，流程结束；
步骤S207，反馈计算结果，该输出档位可以使用，流程结束；
步骤S208，反馈计算结果，该输出档位可以使用，流程结束。
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CN102740177A (zh) * 2012-07-17 2012-10-17 上海汇珏网络通信设备有限公司 一种无阻塞可拓展多级光开关阵列及其工作方法

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