CN1431832A - 高低双速率等级严格无阻塞扩展的三级交换结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高低双速率等级严格无阻塞扩展的三级交换结构，适用于网络节点设备中的交换结构的严格无阻塞扩展和实现大规模网络无阻塞互连。主要特征是由光纤和高低双等级速率的矩阵开关组成，在常规三级CLOS网络互连方式和常规CLOS严格无阻塞条件的基础上，通过增加少量的矩阵开关，按照给定的方式连接并满足给定的定量条件，可以实现高低两种速率等级的交换结构的严格无阻塞性扩展，构造超大规模、超大容量的无阻塞的交换结构。

Description

高低双速率等级严格无阻塞扩展的三级交换结构
技术领域：
本发明涉及一种高低双速率等级严格无阻塞扩展的三级交换结构，适用于光纤通信技术和网络技术领域。
技术背景：
随着电信网络高速宽带化的发展，在电信骨干网和核心城域网中，需要对多种速率级别的通道连接进行交叉、疏导、级联、调度、分插等处理，出现了光交叉连接设备、电交叉连接设备、分插复用设备等电信骨干网和核心城域网的节点设备。同时，也出现了一种带疏导功能的电交叉芯片。
用N×N表示电交叉芯片的交换端口规模，表示N个输入端口和N个输出端口，以及任意输入和输出端口之间的无阻塞交叉连接。每端口的接口速率用G表示。电交叉连接芯片的总容量用NG表示(单位Gbps)。例如一个规模为64×64的电交叉芯片，每端口速率G＝2.5Gbps，总容量为160Gbps。
节点设备的更大规模和更大容量的需求已经大大超出了单个电交叉芯片的处理能力，需要使用多个芯片，通过一定的方式组成无阻塞的扩展交换结构。三级CLOS网络互连方式是一种常用的扩展交换结构，CLOS是人名，三级CLOS网络是由CLOS发明的一种网络(C.Clos，A study of no blocking switching networks，Bell System Tech.J.，Vol.32，No.2，Mar.1953，pp.406-424)。常规三级CLOS网络互连方式是：第一级使用R个N×(2N-1)矩阵开关，第二级用2N-1个R×R矩阵开关，第三级用R个(2N-1)×N矩阵开关。扩展后的总容量是NR×NR(扩展R倍)，可以实现严格的无阻塞交换结构。
另一方面，电交叉芯片还能处理低于端口速率的通道(用g表示)的交换，显然，G＞＞g，例如g＝51Mbps，相当于STS-1速率等级。但是，上述常规的三级CLOS网络互连方式扩展的交换结构，是针对单速率等级的矩阵开关的扩展交换结构，只能保证高速率等级G的严格无阻塞，并不能保证低速率等级g的严格无阻塞。
发明内容：
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种严格无阻塞的扩展结构，解决两种速率等级的大规模、大容量交换结构的扩展问题。
为实现这一目的，本发明提出了一种高低双速率等级的严格无阻塞扩展的三级交换结构，在常规三级CLOS网络互连方式的基础上，通过增加少量的电交叉芯片，按照给定的方式连接，可以实现高低两种速率等级的交换结构的严格无阻塞性扩展。
本发明提出的高低双速率等级的严格无阻塞扩展的三级交换结构，由光纤和高低双等级速率的矩阵开关(电交叉芯片)组成，高低双等级速率的矩阵开关为同时处理基于高速率通道(常指端口)G和低速率通道g的矩阵开关，其规模用端口数描述，如N×N表示N个输入端口和N个输出端口，以及任意端口之间的无阻塞交叉连接；N×M表示N个输入端口和M个输出端口，以及任意端口之间的无阻塞交叉连接。
在高低双等级速率的矩阵开关中，每个高速率等级G的通道(端口)中，最多包含有K个低速率等级g的通道。可以虚拟地基于低速率等级，构造一个虚拟的三级CLOS网络。其中，第一级用R个NK×(2NK-1)低速率等级g的矩阵开关，第三级用R个(2NK-1)×NK低速率等级g的矩阵开关，第二级用(2NK-1)个R×R低速率等级g的矩阵开关。此时能够保证低速率等级的严格无阻塞。
但是，实际上，没有诸如NK×(2NK-1)等规格的低速率等级g的矩阵开关。在上述严格无阻塞的低速率等级的交换结构中，将低速率等级的开关进行适当合并，例如，每K个R×R低速率等级g的矩阵开关为一组，合并为一个RK×RK低速率等级g的矩阵开关，实际上是一个R×R高速率等级G的矩阵开关。合并后的结果是，第一级可以用R个N×2N高速率等级G的矩阵开关最小代替，第三级可以用R个2N×N高速率等级G的矩阵开关最小代替，第二级可以用2N个R×R高速率等级G的矩阵开关最小代替。由此而得到的三级交换结构能够同时满足高低双速率的严格无阻塞扩展。
本发明在三级CLOS网络互连方式的基础上，通过增加少量的矩阵开关，即第一级由R个N×(2N-1)矩阵开关增加为R个N×2N高速率等级G的矩阵开关，第二级由2N-1个R×R矩阵开关增加为2N个R×R高速率等级G的矩阵开关，第三级由R个(2N-1)×N矩阵开关增加为R个2N×N高速率等级G的矩阵开关，三级矩阵开关按照CLOS网络互连方式互连，即实现了高低双速率等级的严格无阻塞扩展的三级交换结构。
本发明中第一级和第三级的输入和输出端口数目为互补，因此，可以将第一级的一个矩阵开关和第三级的一个矩阵开关合并为一个第一级和第三级共用的矩阵开关，成为一种折叠的扩展交换结构，按此连接方式，可以同时保证高低双速率等级的交换结构扩展后的严格无阻塞性。
本发明以常规三级CLOS网络为基础，以较小的代价、较低的成本克服了常规三级CLOS网络的缺点，不仅保证高速率等级的严格无阻塞，还能保证低速率等级的严格无阻塞，实现了高低双速率等级的超大规模、超大容量的无阻塞交换。
附图说明：
附图1为本发明高低双速率等级的严格无阻塞扩展的三级交换结构示意图。
如附图1所示，第一级使用R个N×2N矩阵开关，第二级用2N个R×R矩阵开关，第三级用R个2N×N矩阵开关。
附图2为高低双等级速率的矩阵开关的结构示意图。
如附图2所示，高低双等级速率的R×R矩阵开关同时处理基于高速率通道(指端口)G和低速率通道g；对外端口为高速率等级，每个高速率等级大通道中最多含K个低速率等级小通道。
附图3为虚拟的基于低速率等级g的三级网络互连方式。
如附图3所示，第一级用R个NK×(2NK-1)低速率等级g的矩阵开关，第三级用R个(2NK-1)×NK低速率等级g的矩阵开关，第二级用(2NK-1)个R×R低速率等级g的矩阵开关。此时能够保证低速率等级的严格无阻塞。
附图4为本发明的第二个实施例。
如附图4所示，第一级和第三级共用R个24×24矩阵开关，第二级是16个R×R矩阵开关，是一种折叠型的高低双速率无阻塞扩展交换结构。高速率等级大通道中最多含K个低速率等级小通道。
具体实施方式：
以下结合附图和实施例对本发明中构造双速率等级严格无阻塞扩展的三级交换结构的技术方案作进一步描述。
在高低双等级速率的矩阵开关中，每高速率等级G的通道(端口)中，最多包含有K个低速率等级g的通道，
在如附图3所示的严格无阻塞的低速率等级的交换结构中，将低速率等级的开关进行适当合并，例如，每K个R×R低速率等级g的矩阵开关为一组，合并为一个RK×RK低速率等级g的矩阵开关，实际上是一个R×R高速率等级G的矩阵开关。合并后的结果是，第一级可以用R个N×2N高速率等级G的矩阵开关最小代替，第三级可以用R个2N×N高速率等级G的矩阵开关最小代替，第二级可以用2N个R×R高速率等级G的矩阵开关最小代替。由此而得到的三级交换结构能够满足低速率的严格无阻塞扩展，并且由于此时的三级结构每一级都大于基于高速率的等级的严格无阻塞扩展的三级交换结构，所以也能够满足高速率的严格无阻塞扩展。
实施例1：
当N＝8时，如附图1所示的高低双速率等级的严格无阻塞扩展的三级交换结构变成第一级是R个8×16矩阵开关，第二级是16个R×R矩阵开关，第三级是R个16×8矩阵开关。按附图1所示连接方式将上述三级互连，可以同时保证高低速率等级的交换结构扩展后均严格无阻塞。
实施例2：
在实施例1中，第一级和第三级的输入和输出端口数目是互补的，第一级矩阵开关是8×16，第三级是16×8。因此，可以将第一级的一个矩阵开关8×16和第三级的一个矩阵开关16×8合并为一个第一级和第三级共用的24×24矩阵开关，第二级不变，成为一种折叠的扩展交换结构，如附图4所示。按此连接方式，可以同时保证高低双速率等级的交换结构扩展后的严格无阻塞性。

Claims (2)

1、一种高低双速率等级严格无阻塞扩展的三级交换结构，其特征在于由光纤和高低双等级速率的矩阵开关组成，在三级CLOS网络互连方式的基础上，第一级由R个N×(2N-1)矩阵开关增加为R个N×2N高速率等级G的矩阵开关，第二级由2N-1个R×R矩阵开关增加为2N个R×R高速率等级G的矩阵开关，第三级由R个(2N-1)×N矩阵开关增加为R个2N×N高速率等级G的矩阵开关，三级矩阵开关按照CLOS网络互连方式互连。
2、如权利要求1所说的高低双速率等级严格无阻塞扩展的三级交换结构，其特征在于第一级的一个矩阵开关和第三级的一个矩阵开关合并为一个第一级和第三级共用的矩阵开关，成为一种折叠的扩展交换结构。
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