DE60115998T2

DE60115998T2 - Verbesserungen in oder zu Vermittlungsvorrichtungen

Info

Publication number: DE60115998T2
Application number: DE60115998T
Authority: DE
Inventors: Andrew Winchester Reeve; Simon Paul Romsey Davis
Original assignee: Roke Manor Research Ltd
Current assignee: Roke Manor Research Ltd
Priority date: 2000-07-05
Filing date: 2001-06-08
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2021-06-09
Also published as: EP1170906A3; EP1170906A2; JP2002094564A; ES2254316T3; CA2351020C; US20020021667A1; US7046626B2; DE60115998D1; ATE313892T1; EP1170906B1; CA2351020A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen in oder zu Vermittlungsvorrichtungen und betrifft spezieller ein System zur Bereitstellung verteilter Zeitpläne für eine solche Vorrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung die Verteilung der Steuerung zwischen einer Management-Karte und Line-Interface-Karten (Line Interface Cards, LICs) in einer Vermittlungsvorrichtung. Für die Zwecke der nachfolgenden Beschreibung bezeichnet der Begriff "Vermittlungsvorrichtung" eine beliebige Vorrichtung, welche die Funktion eines Circuit-Switch (Leitungsvermittlers), Packet-Switch (Paketvermittlers) oder eines Routers erfüllt.
Daten werden über das Internet mittels einer Vielzahl von Routing-Einrichtungen entsprechend einem Standardprotokoll übertragen, das unter der Bezeichnung "Internetprotokoll" (Internet Protocol, IP) bekannt ist. IP ist ein Protokoll, das auf der Übertragung von Daten in Portionen unterschiedlicher Größe beruht, die "Pakete" genannt werden. Der gesamte Netzverkehr ist mit dem Transport von Datenpaketen verknüpft. Router sind Vorrichtungen zur Annahme ankommender Pakete, zeitweiligen Speicherung der einzelnen Pakete und anschließenden Weitersendung der Pakete zu einem anderen Teil des Netzes.
Das Verkehrsaufkommen im Internet wächst exponentiell, wobei es sich alle 3 Monate nahezu verdoppelt, und die Kapazität herkömmlicher IP-Router ist unzureichend, um diesen Bedarf zu erfüllen. Folglich besteht ein dringender Bedarf an Produkten, welche IP-Verkehr bei extrem großen Gesamtbandbreiten in der Größenordnung von mehreren Terrabit pro Sekunde routen können. Solche Routing-Einrichtungen werden als "Terrabit-Router" bezeichnet.
Terrabit-Router erfordern einen skalierbaren Übertragungsweg mit einer hohen Kapazität zwischen dem Punkt, an welchem Pakete am Router ankommen (dem "Eingang" ["Ingress"]) und dem Punkt, an welchem die Pakete den Router verlassen (dem "Ausgang" ["Egress"]).
Die Pakete, die entsprechend dem IP übertragen werden, können unterschiedliche Größen aufweisen (und weisen sie auf). Innerhalb von Routern hat es sich als nützlich erwiesen, Daten in Einheiten von fester Größe zu transportieren. In Routern werden die Datenpakete in kleine Einheiten mit einer festen Größe aufgeteilt, welche unter der Bezeichnung "Zellen" bekannt sind.
Ein geeignetes Verfahren zur Implementierung eines skalierbaren Übertragungsweges ist eine Backplane-(Rückwandplatinen-)Vorrichtung, die unter der Bezeichnung "zellenbasierte Kreuzschiene" (Cell Based Crossbar) bekannt ist. Die Datenpakete werden von einer Vielzahl von Eingangs-Mitteln für das Durchlaufen der Kreuzschiene in Zellen aufgeteilt.
Die Vielzahl von Eingangs-Mitteln stellt entsprechende Schnittstellen zwischen ankommenden Übertragungskanälen, welche ankommende Daten transportieren, und der Backplane-Vorrichtung zur Verfügung. Analog stellt eine Vielzahl von Ausgangs-Mitteln entsprechende Schnittstellen zwischen der Backplane-Vorrichtung und abgehenden Übertragungskanälen zur Verfügung.
Eine allgemeine Architektur eines Terrabit-Routers weist eine gewisse Ähnlichkeit mit der Architektur herkömmlicher Router auf. Datenpakete kommen an (einem) Eingangsport(s) von Eingangs-Mitteln an und werden als Zellen über die Kreuzschiene zu einem vorgegebenen Ausgangs-Mittel geroutet, welches die Pakete wieder vereinigt und sie über seine(n) Ausgangsport(s) überträgt. Jedes Eingangs-Mittel unterhält eine separate Paketwarteschlange für jedes Ausgangs-Mittel.
Die Eingangs- und Ausgangs-Mittel können als Line-Interface-Karten (Line Interface Cards, LICs) implementiert werden. Da eine der Funktionen, die von den Eingangs- und Ausgangs-Mitteln regelmäßig erfüllt wird, das Weitersenden (Forwarding) ist, werden LICs auch "Forwarder" genannt. Zu den weiteren Funktionen gehören Staukontrolle und Instandhaltung externer Schnittstellen, Eingangsports und Ausgangsports.
In einer herkömmlichen zellenbasierten Kreuzschiene ist jedes Eingangs-Mittel mit einem oder mehreren Ausgangs-Mittel(n) verbunden. Zu einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt ist jedes Eingangs-Mittel jedoch nur in der Lage, mit einem Ausgangs-Mittel verbunden zu sein. Ebenso kann jedes Ausgangs-Mittel zu einem gegebenen Zeitpunkt immer nur mit einem Eingangs-Mittel verbunden sein.
Alle Eingangs-Mittel übertragen parallel und unabhängig voneinander über die Kreuzschiene. Ferner ist die Übertragung der Zellen mit einem Zellenzyklus synchronisiert, der eine Periode von zum Beispiel 108,8 ns aufweist.
Die Eingangs-Mittel senden mit jedem neuen Zellenzyklus gleichzeitig jeweils eine neue Zelle.
Das Muster der Übertragungen von den Eingangs-Mitteln über die Kreuzschiene zu den Ausgangs-Mitteln ändert sich am Ende jedes Zellenzyklus.
Die Koordination des Sendens und des Empfangs von Zellen wird von einem Kreuzschienen-Controller durchgeführt.
Ein Kreuzschienen-Controller ist für eine effiziente Zuweisung der Bandbreite über die Kreuzschiene vorgesehen. Er berechnet die Geschwindigkeit, mit der jedes Eingangs-Mittel an jedes Ausgangs-Mittel senden muss. Diese ist dieselbe wie die Geschwindigkeit, mit der Daten von jeder Paketwarteschlange gesendet werden müssen. Für die Berechnung werden Echtzeitinformationen verwendet, welche Verkehrsmessungen und Angaben von den Eingangs-Mitteln umfassen. Die Angaben von den Eingangs-Mitteln umfassen die Überwachung der aktuellen Geschwindigkeiten, Warteschlangenlängen und Flags "Puffer voll". Der Kreuzschienen-Controller erfüllt noch eine weitere Aufgabe: Er dient dazu, die Übertragung von Daten über die Kreuzschiene bei gleichzeitiger Einhaltung der berechneten Geschwindigkeiten effizient zu planen. Am Ende jedes Zellenzyklus kommuniziert der Kreuzschienen-Controller mit den Eingangs- und Ausgangs-Mitteln wie folgt. Erstens berechnet der Kreuzschienen-Controller für jedes Eingangs-Mittel die Kennung der nächsten Paketwarteschlange, von welcher es senden muss, und überträgt sie zum jeweiligen Eingangs-Mittel. Zweitens berechnet der Kreuzschienen-Controller für jedes Ausgangs-Mittel die Kennung des Eingangs, von welchem es empfangen muss, und überträgt sie zum jeweiligen Ausgangs-Mittel.
Das oben beschriebene System hat jedoch eine Reihe von Nachteilen. Der Kreuzschienen-Controller ist für die Steuerung des Verhaltens jedes Eingangs- und Ausgangs-Mittels Zellenzyklus für Zellenzyklus verantwortlich. Bei den für einen Terrabit-Router erforderlichen Geschwindigkeiten bedeutet dies, dass anspruchsvolle, komplexe Hardware benötigt wird, um den Kreuzschienen-Controller, die Eingangs- und die Ausgangs-Mittel zu implementieren. Ferner werden durch die Forderung nach höherer Kapazität den Übertragungskanälen zwischen den Eingangs- und Ausgangs-Mitteln und dem Kreuzschienen-Controller-Mittel strenge Bedingungen hinsichtlich des Laufzeitverhaltens auferlegt.
Wenn ein System für spezielle Verkehrsbedingungen entwickelt wird, ist es ungünstig, wenn ungeeignete Hardware ersetzt werden muss.
In US 5.982.771 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Zuweisung von Bandbreite in einer Netzvermittlung beschrieben, die eine Vielzahl von Eingangsports aufweist, die mit einer Vielzahl von Ausgangsports über ein Koppelnetz gekoppelt sind, um sicherzustellen, dass für vorgegebene Scheduling Lists (Zeitplanungslisten) eine minimale Bandbreite zugewiesen wird.
In US A 5748629 werden eine ATM-Netz-Vermittlung und ein Verfahren zur Nutzung für eine adaptive Bereitstellung integrierter Dienste beschrieben. Bei der Erbringung solcher integrierter Dienste kann, wenn die zugewiesene Bandbreite für eine Verbindung aufgebraucht worden ist oder wenn die Verbindung für die zugewiesene Bandbreite nicht berechtigt ist, die Verbindung optional dynamische Bandbreiten-Arbitrierung (Dynamic Bandwidth Arbitration) oder eine Kombination von sowohl zugewiesener als auch dynamischer Bandbreite verwenden.
In WO 99/35879 wird ein Verfahren zur Bereitstellung von Bandbreiten- und Laufzeit-Garantien in einem Kreuzschienenverteiler mit Beschleunigung beschrieben.
Daher besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, die oben erwähnten Probleme zu umgehen oder wenigstens zu vermindern.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vermittlungsanordnung bereitgestellt, welche umfasst: eine Kreuzschiene; eine Vielzahl von Eingangs-Mitteln, die an eine Eingangsseite der Kreuzschiene angeschlossen sind; eine Vielzahl von Ausgangs-Mitteln, die an eine Ausgangsseite der Kreuzschiene angeschlossen sind; und die dadurch gekennzeichnet ist, dass jedes Eingangs-Mittel ein Eingangszeitplan-Speichermittel zur Speicherung einer Vielzahl von Kennungen von Sendewarteschlangen umfasst; und dass jedes Ausgangs-Mittel ein Ausgangszeitplan-Speichermittel zur Speicherung einer Vielzahl von Eingangs-Kennungen umfasst; und durch eine Management-Karte, welche so beschaffen ist, dass sie Konfigurations-Primitives an jedes Eingangs-Mittel aus der Vielzahl von Eingangs-Mitteln und an jedes Ausgangs-Mittel aus der Vielzahl von Ausgangs-Mitteln sendet, wobei die Konfigurations-Primitives aktualisierte Einträge für die Eingangszeitplan- und Ausgangszeitplan-Speichermittel liefern; und Eingangszeiger-Mittel für das Bezeichnen einer Kennung aus der besagten gespeicherten Vielzahl von Kennungen von Sendewarteschlangen und Ausgangszeiger-Mittel für das Bezeichnen einer Kennung aus der besagten gespeicherten Vielzahl von Eingangs-Kennungen, von welcher Daten empfangen werden sollen, um den Inhalt jedes Eingangszeitplan-Speichermittels und jedes Ausgangszeitplan-Speichermittels zu verwalten; wodurch zu jedem Zeitpunkt der Übertragung von Zellen eine Zelle, die von der besagten bezeichneten Sendewarteschlange in dem Eingangs-Mittel gesendet wurde, an dem besagten Ausgangs-Mittel von der besagten bezeichneten Eingangs-Kennung empfangen wird.
Gemäß der Erfindung wird außerdem ein Verfahren zum Routing von Daten mit Hilfe einer Vermittlungsanordnung bereitgestellt, welche eine Kreuzschiene, eine Vielzahl von Eingangs-Mitteln, eine Vielzahl von Ausgangs-Mitteln und eine Management-Karte umfasst, wobei das Verfahren das Speichern einer Vielzahl von Kennungen von Sendewarteschlangen in jedem Eingangszeitplan-Speichermittel umfasst und gekennzeichnet ist durch: a) Speichern einer Vielzahl von Eingangs-Kennungen in jedem Ausgangszeitplan-Speichermittel; b) Senden von Konfigurations-Primitives von der Management-Karte an jedes Eingangs-Mittel aus der Vielzahl von Eingangs-Mitteln und an jedes Ausgangs-Mittel aus der Vielzahl von Ausgangs-Mitteln, wobei die Konfigurations-Primitives aktualisierte Einträge für die Eingangszeitplan- und Ausgangszeitplan-Speichermittel liefern; c) Verwalten des Inhalts jedes Eingangszeitplan-Speichermittels und jedes Ausgangszeitplan-Speichermittels durch Vorsehen von Eingangszeiger-Mitteln für das Bezeichnen einer Kennung aus der besagten gespeicherten Vielzahl von Kennungen von Sendewarteschlangen und von Ausgangszeiger-Mitteln für das Bezeichnen einer Kennung aus der besagten gespeicherten Vielzahl von Eingangs-Kennungen, von welcher Daten empfangen werden sollen; und d) zu jedem Zeitpunkt der Übertragung von Zellen, Senden einer Zelle von der besagten bezeichneten Sendewarteschlange in dem Eingangs-Mittel und Empfangen der Zelle an dem besagten Ausgangs-Mittel (322, 324, 326) von der besagten bezeichneten Eingangs-Kennung.
Vorzugsweise umfasst Schritt d) ferner das Bewegen des besagten Eingangszeigers und des besagten Ausgangszeigers zur nächsten Position.
Vorzugsweise umfasst Schritt c) für jedes Eingangs-Mittel das Berechnen der Kreuzschienen-Geschwindigkeit, die für jedes Ausgangs-Mittel erforderlich ist. Die besagten Kreuzschienen-Geschwindigkeiten können entsprechend der aktuellen Verkehrsbelastung und der erforderlichen Dienstgüte berechnet werden.
Außerdem umfasst Schritt c) ferner das Berechnen entsprechender Eingangs- und Ausgangszeitpläne, welche den besagten berechneten Kreuzschienen-Geschwindigkeiten Rechnung tragen. Das Verfahren umfasst ferner den Schritt des Aktualisierens der Eingangszeitplan- und Ausgangszeitplan-Speichermittel mit Aktualisierungsnachrichten, welche die berechneten Eingangs- und Ausgangszeitpläne betreffen.
Die Eingangs-Leitungsfunktionsmittel können Line-Interface-Karten sein. Ebenso können die Ausgangs-Leitungsfunktionsmittel auch Line-Interface-Karten sein.
Aufgrund der vorliegenden Erfindung werden vom Controller einfache Zeitpläne für das Senden und den Empfang von Zellen über die Kreuzschiene an jede LIC gesendet. Der Controller ist dafür verantwortlich, dass die Zeitpläne so erstellt werden, dass sichergestellt ist, dass die Verkehrs- und Dienstgüteanforderungen erfüllt werden. Die LICs haben nur die Zeitpläne zu befolgen, was eine einfache Aufgabe ist. Die Hauptvorteile sind eine verringerte Komplexität der LICs und Flexibilität. Neue Dienste können dem Router durch Herunterladen von Software hinzugefügt werden, ohne dass sich dies auf die Hardware der LICs auswirkt.
Um ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen, wird nun, lediglich als Beispiel, auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, wobei:
1 die Architektur eines Terrabit-Routers veranschaulicht:
2 einen Kreuzschienen-Controller zeigt; und
3 ein System zur Verteilung von Zeitplänen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf Eingangs- und Ausgangs-Forwarder beschrieben wird, ist leicht einzusehen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung solcher Forwarder beschränkt ist. Für Eingang und Ausgang können beliebige geeignete Leitungsfunktionsmittel verwendet werden, zum Beispiel Line-Interface-Karten (LICs).
1 zeigt eine herkömmliche Architektur eines Terrabit-Routers 100, in welcher Pakete an Eingangs-Forwardern 102, 104, 106 über deren Eingangsport(s) (nicht dargestellt) ankommen und über eine Kreuzschiene 110 zu einem richtigen Ausgangs-Forwarder 120 geroutet werden, welcher sie über seine(n) Ausgangsport(s) (nicht dargestellt) sendet. Jeder Eingangs-Forwarder 102, 104, 106 unterhält eine separate Paketwarteschlange für jeden Ausgangs-Forwarder 120.
Der Eingangs-Forwarder 102 hat drei Warteschlangen q₁₁, q₁₂, q₁₃ von Datenpaketen, die für die Übertragung über die Kreuzschiene 110 zu drei separaten Ausgangs-Forwardern, von denen nur einer als 120 dargestellt ist, bereit sind. Analog hierzu werden an den Eingangs-Forwardern 104, 106 jeweils drei Warteschlangen q₂₁, q₂₂, q₂₃ bzw. q₃₁, q₃₂, q₃₃ gebildet. Obwohl in jedem Eingangs-Forwarder 102, 104, 106 drei Warteschlangen dargestellt sind, kann selbstverständlich in jedem Eingangs-Forwarder 102, 104, 106 eine beliebige Anzahl von Warteschlangen vorhanden sein, wobei jede Warteschlange einem Ausgangs-Mittel entspricht.
Es ist leicht einzusehen, dass, obwohl in 1 nur ein Ausgangs-Forwarder 120 dargestellt ist, die Anzahl der Ausgangs-Forwarder dieselbe ist wie die Anzahl der Eingangs-Forwarder.
Zur Erläuterung sei darauf hingewiesen, dass eine zellenbasierte Kreuzschiene (Cell Based Crossbar) wie folgt charakterisiert ist:

a) Jede Eingangs-Leitungsfunktion kann mit beliebigen Ausgangs-Leitungsfunktionen verbunden sein.
b) Jede Eingangs-Leitungsfunktion kann zu einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt nur mit einer Ausgangs-Leitungsfunktion verbunden sein.
c) Jede Ausgangs-Leitungsfunktion kann zu einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt nur mit einer Eingangs-Leitungsfunktion verbunden sein.
d) Alle Eingänge senden parallel über die Kreuzschiene.
e) Daten werden über die Kreuzschienen in kleinen Zellen von fester Größe übertragen; zum Beispiel beträgt eine Zellengröße normalerweise 64 Oktette.
f) Die Übertragung der Zellen erfolgt synchronisiert über alle Eingangs-Leitungsfunktionen. Das bedeutet, dass für jeden Zellenzyklus alle Eingangs-Leitungsfunktionen zum gleichen Zeitpunkt beginnen, die nächste Zelle zu senden.
g) Die Kreuzschiene wird am Ende eines jeden Zellenzyklus neu konfiguriert.

Wie in 1 dargestellt, werden Pakete von Daten, die an Eingangs-Forwardern 102, 104, 106 über deren Eingangsport(s) (nicht dargestellt) ankommen, über die Kreuzschiene 110 zum richtigen Ausgangs-Forwarder 120 geroutet, welcher sie über seine(n) Ausgangsport(s) (nicht dargestellt) sendet. Jeder Eingangs-Forwarder 102, 104, 106 unterhält eine separate Paketwarteschlange für jeden Ausgangs-Forwarder 120, zum Beispiel q₁₁, q₁₂, q₁₃, q₂₁, q₂₂, q₂₃, q₃₁, q₃₂, q₃₃.
Eine herkömmliche zellenbasierte Kreuzschienenanordnung 200 ist in 2 dargestellt. Die Anordnung 200 umfasst eine Vielzahl von Eingangs-Forwardern 210 und eine Vielzahl von Ausgangs-Forwardern 220, die an eine Kreuzschiene oder Backplane 230 angeschlossen sind. Hierbei kann jeder Eingangs-Forwarder 212, 214, 216, 218 mit einem oder mehreren der Ausgangs-Forwarder 222, 224, 226, 228 verbunden sein. Zu einem gegebenen Zeitpunkt kann jedoch jeder Eingangs-Forwarder 212, 214, 216, 218 nur mit einem Ausgangs-Forwarder 222, 224, 226, 228 verbunden sein, und jeder Ausgangs-Forwarder 222, 224, 226, 228 kann zu einem gegebenen Zeitpunkt nur mit einem Eingangs-Forwarder 212, 214, 216, 218 verbunden sein.
Die Kreuzschienenanordnung 200 wird von einem Kreuzschienen-Controller 240 gesteuert, welcher mit jedem Eingangs-Forwarder 212, 214, 216, 218 über Verbindungen 242, 244 und mit jedem Ausgangs-Forwarder 222, 224, 226, 228 über eine Verbindung 246 verbunden ist. Der Kreuzschienen-Controller 240 koordiniert das Senden und den Empfang von Zellen über die Verbindungen 242, 244, 246.
Jeder Eingangs-Forwarder 212, 214, 216, 218 übermittelt Verkehrsmessdaten und Benachrichtigungen, die zur Verwendung durch den Kreuzschienen-Controller 240 bestimmt sind. Der Kreuzschienen-Controller 240 weist zeitweilige Verbindungen zwischen Eingangs-Forwardern 212, 214, 216, 218 und Ausgangs-Forwardern 222, 224, 226, 228 zu und informiert die jeweiligen Forwarder dementsprechend der Reihe nach für jeden Zellenzyklus.
3 zeigt ein System 300 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das System 300 umfasst eine Vielzahl von Eingangs-Forwardern 310, eine Vielzahl von Ausgangs-Forwardern 320, eine Kreuzschiene 330 und eine Management-Karte 340, welche Kreuzschienen-Controller-Mittel (nicht dargestellt) enthält. Die Eingangs-Forwarder 312, 314, 316 und Ausgangs-Forwarder 322, 324, 326 sind als Line-Interface-Karten (LICs) dargestellt, können jedoch auch auf eine andere Weise implementiert sein.
Obwohl drei Eingangs- und drei Ausgangs-Forwarder dargestellt sind, ist leicht einzusehen, dass entsprechend der speziellen Anwendung eine beliebige geeignete Anzahl von Eingangs- und Ausgangs-Forwardern verwendet werden kann. Bei dieser Anordnung ist es nicht wesentlich, dass die Anzahl der Eingangs-Forwarder mit der der Ausgangs-Forwarder übereinstimmt; zum Beispiel kann ein Multiplexer sechzehn Eingangs-Forwarder und nur vier Ausgangs-Forwarder aufweisen.
Jeder Eingangs-Forwarder 312, 314, 316 besitzt einen Puffer (nicht im Detail dargestellt), der eine Vielzahl von Datenwarteschlangen q₁₁, q₁₂, ..., q_1n, q₂₁, q₂₂, ..., q_2n bzw. q_m1, q_m2, ..., q_mn enthält (wobei m die Anzahl der Eingangs-Forwarder 310 und n die Anzahl der Datenwarteschlangen ist), welche Daten in entsprechende Scheduler 352, 354, 356 einspeisen.
Jede Warteschlange kann allgemein als q_jk dargestellt werden, wobei j den Eingang angibt, k den Ausgang angibt und q_jk die Paketwarteschlange am Eingang j für Pakete, die für den Ausgang k bestimmt sind, darstellt.
Jeder Scheduler 352, 354, 356 ist mit einem entsprechenden Eingangs-Zeitplan 362, 364, 366 verbunden, welcher die Wahl der Datenwarteschlange steuert, die entsprechend den Daten von der Management-Karte 340 zur Kreuzschiene 330 übertragen werden soll.
Ähnlich weist jeder Ausgangs-Forwarder 322, 324, 326 einen entsprechenden Eingangs-Selektor 372, 374, 376 für den Empfang von Daten von der Kreuzschiene 330 und für deren Übertragung zu einem Puffer (nicht im Detail dargestellt) auf, welcher eine Vielzahl Datenwarteschlangen q'₁₁, q'₁₂, ..., q'_1p, q'₂₁, q'₂₂, ..., q'_2p bzw. q'_r1, q'_r2, ..., q'_rp enthält (wobei r die Anzahl der Ausgangs-Forwarder 320 und p die Anzahl der Datenwarteschlangen ist). Jeder Eingangs-Selektor 372, 374, 376 ist mit einem entsprechenden Ausgangs-Zeitplan 382, 384, 386 verbunden, welcher Informationen darüber zur Verfügung stellt, welcher Eingangs-Forwarder gemäß den Daten von der Management-Karte 340 gewählt werden soll. Jede der Datenwarteschlangen q'₁₁, q'₁₂, ..., q_1p, q'₂₁, q'₂₂, ..., q'_2p und q'_r1, q'_r2, ..., q'_rp ist mit einem weiteren Scheduler 392, 394, 396 verbunden, welcher die entsprechende Warteschlange wählt, die ausgegeben werden soll. Dies ist jedoch für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich.
Nachfolgend wird der Ablauf des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung anhand des in 3 dargestellten Systems 300 beschrieben.
Jede Eingangs-LIC (Eingangs-Forwarder) 312, 314, 316 ist mit einem entsprechenden Zeitplan 362, 364, 366 verknüpft, welcher das Senden von Zellen durch die besagte Eingangs-LIC steuert. Der Zeitplan hat die Form einer Tabelle, deren Einträge die Kennungen von Ausgangs-LICs sind. Jede Eingangs-LIC unterhält einen Zeiger in den Zeitplan. Zu jedem Zeitpunkt der Übertragung von Zellen sendet die LIC eine Zelle aus der Warteschlange, die in dem vom Zeiger bezeichneten Eintrag angegeben ist, und bewegt den Zeiger zur nächsten Position. Der Zeitplan ist kreisförmig in dem Sinne, dass, wenn der Zeiger vom letzten Eintrag aus bewegt wird, seine nächste Position der erste Eintrag ist.
Jede Ausgangs-LIC (Ausgangs-Forwarder) 322, 324, 326 ist ebenfalls mit einem entsprechenden Zeitplan 382, 384, 386 verknüpft, welcher den Empfang von Zellen durch die besagte Ausgangs-LIC steuert. Der Zeitplan hat die Form einer Tabelle, deren Einträge die Kennungen von Eingangs-LICs sind, von denen empfangen werden soll. Eine Ausgangs-LIC unterhält einen Zeiger in den Zeitplan. Zu jedem Zeitpunkt der Übertragung von Zellen empfängt die LIC die Zelle von dem Eingang, der in dem vom Zeiger bezeichneten Eintrag angegeben ist, und bewegt den Zeiger zur nächsten Position. Der Zeitplan ist ebenfalls kreisförmig in dem Sinne, dass, wenn der Zeiger vom letzten Eintrag aus bewegt wird, seine nächste Position der erste Eintrag ist.
Die Management-Karte 340 verwaltet den Inhalt der Eingangs- und Ausgangs-Zeitpläne 362, 364, 366, 382, 384, 386. Für jede Eingangs-LIC (Eingangs-Forwarder) 312, 314, 316 berechnet die Management-Karte 340 die Kreuzschienen-Geschwindigkeiten, die für die einzelnen Ausgangs-LICs (Ausgangs-Forwarder) 322, 324, 326 erforderlich sind. Die Kreuzschienen-Geschwindigkeiten werden entsprechend der aktuellen Verkehrsbelastung und der erforderlichen Dienstgüte berechnet. Stattdessen könnten die Geschwindigkeiten auch fest sein.
Nachdem die Geschwindigkeiten berechnet worden sind, berechnet die Management-Karte 340 die entsprechenden Eingangs- und Ausgangs-Zeitpläne, die benötigt werden, um ihnen Rechnung zu tragen. Anschließend aktualisiert sie die Zeitpläne mit Hilfe von Aktualisierungsnachrichten, die unter der Bezeichnung "Konfigurations-Primitives" bekannt sind, über die Verbindungen 342, 344. Es müssen nur Änderungen der Zeitpläne gesendet werden und nicht die vollständigen Tabellen. Dadurch wird der Steuerverkehr von der Management-Karte aus verringert.
Nach dem Empfang der Konfigurations-Primitives aktualisieren die LICs oder Forwarder die Zeitpläne entsprechend den Anforderungen.
Um Probleme im Zusammenhang mit der Aktualisierung des Zeitplans, das heißt einem Lesen und Schreiben an demselben Punkt im Zeitplan, zu vermeiden, kann der Zeitplan so aufgeteilt werden, dass Lesen und Schreiben in verschiedenen Teilen erfolgen. Stattdessen können auch zwei getrennte identische Zeitpläne vorgesehen werden – ein Zeitplan, welcher gelesen wird, und ein anderer Zeitplan, welcher konfiguriert wird.
Diese Vorgehensweise hat die folgenden Vorteile:
Erstens können komplexe Algorithmen zur Geschwindigkeitsberechnung und Zeitplanberechnung in der Software oder in programmierbaren Geräten auf der Management-Karte 340 implementiert werden, wodurch Entwicklungsrisiko und Entwicklungskosten reduziert werden.
Zweitens ist die zur Unterstützung des Verfahrens erforderliche Hardware sehr einfach.
Drittens erfordern die Übertragungskanäle zwischen den LICs 310, 320 und der Management-Karte 340 keine strengen Bedingungen hinsichtlich des Laufzeitverhaltens, da die Primitives nicht direkt mit den Übertragungen von Zellen über die Backplane 330 synchronisiert sind.
Viertens erfordern die Übertragungskanäle 342, 344 zwischen den LICs 310, 320 und der Management-Karte 340 weniger Bandbreite, als es der Fall wäre, wenn die Management-Karte zu jedem Zellen-Zeitpunkt die Kreuzschiene oder Backplane 330 neu konfigurieren müsste.
Fünftens kann das Verhalten des Vermittlers/Routers durch Änderungen in den Software-Algorithmen geändert werden, die auf der Management-Karte 340 laufen. Dies hat zwei Konsequenzen. Verschiedene Anwendungen können von ein und derselben Hardware unterstützt werden. Zum Beispiel könnte dieselbe Hardware sowohl Internetprotokoll-(IP-)Routing als auch Leitungsvermittlung unterstützen, einschließlich des asynchronen Übertragungsmodus (Asynchronous Transfer Mode, ATM) und des zugehörigen synchronen Übertragungsmodus (Synchronous Transfer Mode, STM). Ferner können Optimierungen und Verfeinerungen der Algorithmen leicht implementiert werden.
Es ist leicht einzusehen, dass, obwohl in der vorangegangenen Erörterung auf Terrabit-Router Bezug genommen wurde, die Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung in unterschiedlichsten Vermittlungsvorrichtungen implementiert werden können, einschließlich von Vermittlern und Routern, und dass diese Vorrichtungen entweder von rein elektronischem oder von teilweise elektronischem und teilweise optischem oder von optischem Typ sein können.

Claims

Vermittlungsanordnung (300), welche umfasst: eine Kreuzschiene (330); eine Vielzahl von Eingangs-Mitteln (312, 314, 316), die an eine Eingangsseite der Kreuzschiene (330) angeschlossen sind; eine Vielzahl von Ausgangs-Mitteln (322, 324, 326), die an eine Ausgangsseite der Kreuzschiene (330) angeschlossen sind, wobei jedes Eingangs-Mittel (312, 314, 316) ein Eingangszeitplan-Speichermittel (362, 364, 366) zur Speicherung einer Vielzahl von Kennungen von Sendewarteschlangen umfasst; und dadurch gekennzeichnet, dass jedes Ausgangs-Mittel (322, 324, 326) ein Ausgangszeitplan-Speichermittel (382, 384, 386) zur Speicherung einer Vielzahl von Eingangs-Kennungen umfasst; und durch eine Management-Karte (340), welche so beschaffen ist, dass sie Konfigurations-Primitives an jedes Eingangs-Mittel aus der Vielzahl von Eingangs-Mitteln (312, 314, 316) und an jedes Ausgangs-Mittel aus der Vielzahl von Ausgangs-Mitteln (322, 324, 326) sendet, wobei die Konfigurations-Primitives aktualisierte Einträge für die Eingangszeitplan- (362, 364, 366) und Ausgangszeitplan- (382, 384, 386) Speichermittel liefern; und Eingangszeiger-Mittel für das Bezeichnen einer Kennung aus der besagten gespeicherten Vielzahl von Kennungen von Sendewarteschlangen und Ausgangszeiger-Mittel für das Bezeichnen einer Kennung aus der besagten gespeicherten Vielzahl von Eingangs-Kennungen, von welcher Daten empfangen werden sollen, um den Inhalt jedes Eingangszeitplan-Speichermittels (362, 364, 366) und jedes Ausgangszeitplan-Speichermittels (382, 384, 386) zu verwalten; wobei die besagten Ausgangs-Mittel (322, 324, 326) so beschaffen sind, dass sie von der besagten bezeichneten Eingangs-Kennung zu jedem Zeitpunkt der Übertragung von Zellen eine Zelle empfangen, die von der besagten bezeichneten Sendewarteschlange in dem Eingangs-Mittel (312, 314, 316) gesendet wurde.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche für jedes Eingangs-Mittel (312, 314, 316) ein Berechnungs-Mittel zum Berechnen der Kreuzschienen-Geschwindigkeiten umfasst, die für jedes Ausgangs-Mittel erforderlich sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Berechnungs-Mittel die besagten Kreuzschienen-Geschwindigkeiten entsprechend der aktuellen Verkehrsbelastung und der erforderlichen Dienstgüte berechnet.
Verfahren zum Routing von Daten mit Hilfe einer Vermittlungsanordnung (300), welche eine Kreuzschiene (330), eine Vielzahl von Eingangs-Mitteln (312, 314, 316), eine Vielzahl von Ausgangs-Mitteln (322, 324, 326) und eine Management-Karte (340) umfasst, wobei das Verfahren das Speichern einer Vielzahl von Kennungen von Sendewarteschlangen in jedem Eingangszeitplan-Speichermittel (362, 364, 366) umfasst; und gekennzeichnet ist durch: a) Speichern einer Vielzahl von Eingangs-Kennungen in jedem Ausgangszeitplan-Speichermittel (382, 384, 386); b) Senden von Konfigurations-Primitives von der Management-Karte (340) an jedes Eingangs-Mittel aus der Vielzahl von Eingangs-Mitteln (312, 314, 316) und an jedes Ausgangs-Mittel aus der Vielzahl von Ausgangs-Mitteln (322, 324, 326), wobei die Konfigurations-Primitives aktualisierte Einträge für die Eingangszeitplan- (362, 364, 366) und Ausgangszeitplan- (382, 384, 386) Speichermittel liefern; c) Verwalten des Inhalts jedes Eingangszeitplan-Speichermittels (362, 364, 366) und jedes Ausgangszeitplan-Speichermittels (382, 384, 386) durch Vorsehen von Eingangszeiger-Mitteln für das Bezeichnen einer Kennung aus der besagten gespeicherten Vielzahl von Kennungen von Sendewarteschlangen und von Ausgangszeiger-Mitteln für das Bezeichnen einer Kennung aus der besagten gespeicherten Vielzahl von Eingangs-Kennungen, von welcher Daten empfangen werden sollen; und d) zu jedem Zeitpunkt der Übertragung von Zellen, Senden einer Zelle von der besagten bezeichneten Sendewarteschlange in dem Eingangs-Mittel (312, 314, 316) und Empfangen der Zelle an dem besagten Ausgangs-Mittel (322, 324, 326) von der besagten bezeichneten Eingangs-Kennung.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei Schritt d) ferner das Bewegen des besagten Eingangszeigers und des besagten Ausgangszeigers zur nächsten Position umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei Schritt d) ferner, wenn der jeweilige Zeiger die letzte Position erreicht hat, das Bewegen zur ersten Position umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei Schritt c) für jedes Eingangs-Mittel (312, 314, 316) das Berechnen der Kreuzschienen-Geschwindigkeit umfasst, die für jedes Ausgangs-Mittel erforderlich ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die besagten Kreuzschienen-Geschwindigkeiten entsprechend der aktuellen Verkehrsbelastung und der erforderlichen Dienstgüte berechnet werden.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei Schritt c) ferner das Berechnen entsprechender Eingangs- und Ausgangszeitpläne umfasst, welche den besagten berechneten Kreuzschienen-Geschwindigkeiten Rechnung tragen.
Verfahren nach Anspruch 9, welches ferner den Schritt des Aktualisierens der Eingangszeitplan- (362, 364, 366) und Ausgangszeitplan- (382, 384, 386) Speichermittel mit Aktualisierungsnachrichten, welche die berechneten Eingangs- und Ausgangszeitpläne betreffen, umfasst.