DE68920037T2

DE68920037T2 - Mehrkanal-bandbreitenzuweisung.

Info

Publication number: DE68920037T2
Application number: DE68920037T
Authority: DE
Inventors: Achille Pattavina
Original assignee: Bell Communications Research Inc
Current assignee: Iconectiv LLC
Priority date: 1988-03-30
Filing date: 1989-03-27
Publication date: 1995-07-06
Anticipated expiration: 2009-03-28
Also published as: EP0408648B1; JP2704667B2; DE68920037D1; WO1989009522A1; EP0408648A1; US4870641A; JPH03503709A; CA1329841C

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Breitband-Paketvermittlungsnetz und insbesondere ein Verfahren zur Bandbreitenzuweisung in so einem Netz.

Hintergrund der Erfindung

Ein Paketvermittlungsnetz umfaßt eine Anordnung von Paketvermittlungseinrichtungen, die durch Paketkanäle miteinander verbunden sind.Jeder Paketkanal verbindet zwei solche Paketvermittlungseinrichtungen. Typischerweise werden die Pakete synchron in Zeitschlitzen durch das Netz geleitet.
Von einer Paketvermittlängseinrichtung in einem Breitband-Paketvermittlungsnetz erwartet man einen Durchsatz von mehreren zehn Gigabit pro Sekunde. Ein Beispiel einer solchen Paketvermittlungseinrichtung ist beschrieben in "Batcher- Banyan Packet Switch With Output Conflict Resolution Scheme", US-Patent 4 817 084, E. Arthurs und Y-N J. Hui, erteilt am 28. März 1989 und auf den Übertragungsempfänger hiervon übertragen.
Um Datenströmen mit hohen Übertragungsgeschwindigkeiten gewachsen zu sein, müssen die unteren Kommunikationsprotokollschichten vereinfacht werden. Eine Vereinfachung ist infolge der Hochgeschwindigkeits-Übertragungsqualitäten mit niedriger Fehlerrate von Faseroptikleitungen durchführbar. Dynamisches Zeitmultiplexen (siehe z. B. "Method And Apparatus For Multiplexing Circuit And Packet Traffic", US-Patent 4 893 306, erteilt am 9. Januar 1990 für H.J. Chao, S.H. Lee und L.T. Wu und auf den Übertragungsempfänger hiervon übertragen) und asynchrones Zeitmultiplexen (siehe z. B. T. A. Courdreuse, J. P. Servel "Asynchronous Time-Division Techniques: An Experimental Packet Network Integrating Video Communication", Proceedings of International Switching Symposium, Florenz, Italien, 1984, Paper 32.C.2.) liefern einfache Datenleitungsprotokollschichten für Breitband-Paketvermittlungsnetze.
Vermittlungseinrichtungen mit hohem Durchsatz und effiziente Datenleitungsprotokolle allein garantieren aber noch kein wirksames Transportsystem. Es ist wichtig, Bandbreite zuweisen zu können, damit die Betriebsmittel effizient genutztwerden und Überlastungen unter Kontrolle gehalten werden. Dies ist ein schwieriges Problem, da die Verkehrsmerkmale potentieller Breitbanddienste ungewiß sind und die Kapazität jedes Paketkanals eine Obergrenze in bezug auf technologische Schranken (d.h. die maximale Übertragungsgeschwindigkeit, die die gegenwärtige Technologie erlaubt) und Verarbeitungsanforderungen pro Paket hat (z.B. die Zeit, die eine Vermittlungseinrichtung oder ein Multiplexer benötigt, um ein Paket zu verarbeiten, typisch in der Größenordung einiger Mikrosekunden). Des weiteren schwankt die Spitzenrate von Verkehrsquellen um mehrere Größenordnungen, mit einer Spitzennachfrage, die der Kapazität eines einzelnen Paketkanals nahekommen oder sie übersteigen kann. Man benötigt daher Zusatzprotokolle, um Dienstraten zu unterstützen, die die Kapazität eines einzelnen Paketkanals übersteigen.
In einem Paketnetzwerden Verbindungen zwischen bestimmten Teilnehmern mit Hilfe von virtuellen Verbindungen zustande gebracht. Jede virtuelle Verbindung durchläuft typisch eine Vielzahl von Paketvermittlungseinrichtungen und Paketkanälen dazwischen. Eine virtuelle Verbindung muß aufgebaut werden, bevor der Transfer der Teilnehmerinformationen über die virtuelle Verbindung stattfindet. Um eine virtuelle Verbindung aufzubauen, wird ein geeigneter Bandbreitebetrag für die virtuelle Verbindung in den bestimmten Paketkanälen und Paketvermittlungseinrichtungen reserviert, die die virtuelle Verbindung umfassen.
Um eine virtuelle Verbindung in einem Paketnetz aufzubauen, wird insbesondere eine Folge von Verbindungen zwischen Paaren von Paketvermittlungseinrichtungen hergestellt. Bei Empfang einer Verbindungsanforderung wirkt eine Paketvermittlungseinrichtung S&sub1; wie folgt. Gemäß einer Leitwegführungs- Strategie, wie der dynamischen nicht-hierarchischen Leitwegführung, wählt die Paketvermittlungseinrichtung S&sub1; die nächste benachbarte Paketvermittlungseinrichtung S&sub2; in der virtuellen Verbindung aus. Aus dem Satz von Paketkanälen, die die Paketvermittlungseinrichtungen S&sub1; und S&sub2; verbinden, wird dann ein bestimmter Paketkanal für die virtuelle Verbindung ausgewählt, was zum Beispiel von der auf den Paketkanälen zwischen den Paketvermittlungseinrichtungen S&sub1; und S&sub2; bereits reservierten Bandbreite und den erwarteten Verkehrsmerkmalen der neuen Verbindung abhängt.
Ein klassisches Problem ist die optimale Zuweisung virtueller Verbindungen zu bestimmten Kanälen einer Übertragungsvorrichtung, um den Durchsatz zu verbessern und die Verzögerung zu verringern. Dieses wird eine kritische Angelegenheit, wenn die Spitzenrate einer Verkehrsquelle nahe bei der Kanalkapazität liegt. Ein Zuweisungsplan, der die Paketkanäle zwischen zwei benachbarten Paketvermittlungseinrichtungen gleichmäßig anmeldet (und belastet), minimiert die Durchschnittsverzögerung für jede Verbindung, benachteiligt aber die Herstellung von Verbindungen mit hoher Bandbreite, da die angeforderte Bandbreite die nutzbare Restkapazität jedes einzelnen Kanals wahrscheinlich übersteigt. Alternativ minimiert ein Schema, das eine virtuelle Verbindung dem vollsten Kanal zuweist, der die neue Bandbreitenanforderung unterbringen kann, die Blockierungswahrscheinlichkeitvon Quellen mit hohem Spitzendurchsatz, optimiert aber nicht die Verzögerung.
Im Hinblick auf das Vorstehende ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein effizienteres Verfahren für die Bandbreitenzuweisung in einem Breitband- Paketvermittlungsnetz zu schaffen.

Abriß der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zur Bandbreitenzuweisung in einem Paketvermittlungsnetz. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Kanalgruppe als Satz von parallelen Paketkanälen gebildet werden, der wie eine einzelne Datenleitungsverbindung zwischen zwei zusammenarbeitenden Paketvermittlungseinrichtungen wirkt. (Ein ähnliches Konzept, das als Leitungsbündel bekannt ist, ist beschrieben in J. Turner, US-Patent 4 734 907, erteilt am 29. März 1988.)
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Bandbreite in einem Paketnetz in zwei Schritten zugewiesen, zu einer Verb in dungsaufbauzeit und zu einer Übertragungszeit. Zu der Verbindungsaufbauzeit (d.h., wenn eine virtuelle Verbindung aufgebaut wird) wird Bandbreite für die virtuelle Verbindung auf den geeigneten Kanalgruppen reserviert, die bestimmte Paare von Paketvermittlungseinrichtungen verbinden. Zu der Übertragungszeit werden Pakete, die über bestimmte Kanalgruppen zu übertragen sind, individuellen Paketkanälen innerhalb der geeigneten Kanalgruppen zugewiesen. Insbesondere wird zur Übertragungszeit jedes Paket, das an einem Eingangsport einer Paketvermittlungseinrichtung vorliegt und das an eine bestimmte abgehende Kanalgruppe adressiert ist, einem individuellen Kanal innerhalb der Gruppe zugeordnet oder zugewiesen. Man beachte, daß in einer bestimmten Ausführungsform das Bandbreitenzuweisungsschema eine Koordinierung zwischen den Eingangsports einer Paketvermittlungseinrichtung erfordern kann. So eine Koordinierung kann von einem zentralen Objekt durchgeführt werden, das zu der Paketvermittlungseinrichtung gehört, die die Kanalgruppenanforderungen der Eingangsports sammelt und den Eingangsports bestimmte Kanäle in den angeforderten Kanalgruppen zuweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden somit virtuelle Verbindungen aufgebaut, indem in bestimmten Kanalgruppen Bandbreite reserviert wird (Mehrkanal-Bandbreitenzuweisung). Man vergleiche dies mit dem gebräuchlichen Stand der Technik, wonach virtuelle Verbindungen aufgebaut werden, indem in individuellen Kanälen Bandbreite reserviert wird (Einkanal-Bandbreitenzuweisung). Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es nur nach dem Aufbau einer virtuellen Verbindung und zur Übertragungszeit der Fall, daß Datenpakete individuellen Paketkanälen zugewiesen werden.
Das Mehrkanal-Bandbreitenzuweisungsschema zeigt mehrere bedeutende Vorteile. Aufgrund der Sammelwirkung kann eine Kanalgruppe eine größere Zahl von Quellen unterstützen, als es ihre Kanäle individuell könnten. Infolge der statistischen Glättung der großen Zahl von Quellen, die von einer Kanalgruppe bedient werden, weicht die einer Kanalgruppe angebotene Gesamt-Augenblicksbelastung wahrscheinlich nicht sehr von der im Mittel angebotenen Belastung ab. Die unter Verwendung von Mehrkanal-Bandbreitenzuweisung für eine virtuelle Verbindung reservierte Kapazität kann somit näher an der Durchschnittsbelastung der virtuellen Verbindung als im herkömmlichen Einkanal-Bandbreitenzuweisungsschema gehalten werden, bei dem die Kanalzuweisungen die maximal mögliche Belastung einer virtuellen Verbindung stärker berücksichtigen müssen. Der relativ schwache Einfluß eines Datenbündels aus einer bestimmten Quelle auf eine Kanalgruppe macht die Zuweisung einer Quelle zu einer bestimmten Kanalgruppe zu einem weniger kritischen Problem. Außerdem ermöglicht das Mehrkanal-Bandbreitenzuweisungsschema eine Überraten-Vermittlung. Dies bedeutet, daß für virtuelle Verbindungen mit einer größeren Übertragungsgeschwindigkeit als die Kapazität eines einzelnen Kanals gesorgt wird, da jede virtuelle Verbindung bestimmten Kanalgruppen und nicht individuellen Paketkanälen zugewiesen wird.
Das Mehrkanal-Zuweisungsschema steigert den maximalen Durchsatz pro Port einer Paketvermittlungseinrichtung. Zum Beispiel hat eine eingangsportgepufferte Vermittlungseinrichtung, deren Eingangsports gleichmäßig mit Paketströmen belastet werden, die durch beliebige Ausgangsport-Ziele gekennzeichnet sind, einen Maximaldurchsatz pro Port von ungefähr 0,59, wenn das gebräuchliche Einkanal-Bandbreitenzuweisungsschema verwendet wird. Der Durchsatz ist als das Verhältnis des mittleren Kanalverkehrs zur maximalen Kanalkapazität definiert. Demgegenüber übersteigt der Durchsatz 0,9, wenn Kanalgruppen mit 32 individuellen Kanälen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Schließlich führt die Mehrkanal-Bandbreitenzuweisungstechnik im Falle von diskontinuierlichen Quellen zu einer Verringerung der Paketverlustwahrscheinlichkeit um mehrere Größenordnungen im Vergleich zu einem System, das eine Einkanal-Bandbreitenzuweisung verwendet.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

FIG. 1 zeigt schematisch ein Paketnetz, in dem gemäß dem Mehrkanal-Bandbreitenzuweisungsverfahren der vorliegenden Erfindung Bandbreite zugewiesen wird.
FIG. 2 zeigt schematisch eine Paketvermittlungseinrichtung, die das Mehrkanal- Bandbreitenzuweisungsverfahren durchzuführen imstande ist, gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
FIG. 3A, 3B, 3C und 3D zeigen schematisch ein Beispiel des Mehrkanal-Bandbreitenzuweisungsverfahrens, das mittels der Paketvermittlungseinrichtung von FIG. 2 durchgeführt wird.
FIG. 4 und 5 zeigen zwei Teilnetze, die einen Teil der Paketvermittlungseinrichtungvon FIG. 2 umfassen.
FIG. 6 zeigt schematisch einen Port-Controller zur Verwendung in der Paketvermittlungseinrichtungvon FIG. 2.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

A. ÜBERBLICK ÜBER DIE MEHRKANAL-BANDBREITENZUWEISUNG

Ein Paketnetz 100, das gemäß dem Mehrkanal-Bandbreitenzuweisungsschema der vorliegenden Erfindung Bandbreite zuweist, ist in FIG. 1 gezeigt. Das Netz von FIG. 1 umfaßt eine Anordnung von Paketvermittlungseinrichtungen, die die Paketvermittlungseinrichtungen 110A, 110B, 110C, 110D enthalten. Eine Paketvermittlungseinrichtung 110 ist detaillierter in FIG. 2 gezeigt und wird im Abschnitt B unten detaillierter behandelt. Die Netzschnittstellen 102A und 102B dienen dazu, Teilnehmer A bzw. B mit dem Netz zu verbinden.
Die Netzschnittstellen und die Paketvermittlungseinrichtungen sind durch Kanalgruppen 112 miteinander verbunden. Eine Kanalgruppe kann als Satz von parallelen Paketkanälen gebildet werden, der wie eine einzelne Datenleitung zwischen zwei zusammenarbeiten den Leitwegführungsobjekten wirkt, wie Paketvermittlungseinrichtungen. Somit gibt es zum Beispiel drei Kanalgruppen zwischen den Vermittlungseinrichtungen 110A und 110B sowie zwei Kanalgruppen zwischen der Netzschnittstelle 102A und der Vermittlungseinrichtung 110A.
In FIG. 1 sind die Kanalgruppen 112 so gezeigt, daß jede eine Gruppe von physisch benachbarten individuellen Paketkanälen 114 umfaßt. Bei Verwendung einer unten behandelten logischen Adressiertechnik können die Kanalgruppen jedoch aus individuellen Kanälen gebildet werden, die nicht physisch benachbart sind.
In dem Paketnetz 100 von FIG. 1 wird eine Verbindung zwischen zwei Teilnehmern, wie A und B, mit Hilfe einer virtuellen Verbindung zustande gebracht. Ein Beispiel für eine virtuelle Verbindung zwischen den Teilnehmern A und B umfaßt die Netzschnittstelle 102A, die Kanalgruppe 112A, die Vermittlungseinrichtung 110A, die Kanalgruppe 112B, die Vermittlungseinrichtung 110B, die Kanalgruppe 112C und die Netzschnittstelle 102B.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Bandbreite einer Kanalgruppe in zwei Schritten zugewiesen, zu einer Verbindungsaufbauzeit und zu einer Übertragungszeit. Zu der Verbindungsaufbauzeit (d.h., wenn eine virtuelle Verbindung aufgebaut wird) wird ein geeigneter Bandbreitebetrag in den Kanalgruppen reserviert, die die virtuelle Verbindung umfassen. Zu der Übertragungszeit werden Pakete, die über bestimmte Kanalgruppen zu übertragen sind, bestimmten individuellen Paketkanälen innerhalb der geeigneten Kanalgruppe zugewiesen. insbesondere werden Pakete, die an den Eingangsports einer bestimmten Paketvermittlungseinrichtung vorliegen und die an bestimmte abgehende Kanalgruppen adressiert sind, bestimmten individuellen Kanälen innerhalb der Gruppen zugewiesen.
Um eine virtuelle Verbindung im Netz 100 aufzubauen, wird eine Folge von Verbindungen zwischen Paaren von Paketvermittlungseinrichtungen eingerichtet. Bei Empfang einer Verb in dungsanforderung wirkt eine Paketvermittlungseinrichtung, wie eine Paketvermittlungseinrichtung 110A, wie folgt:
(1) Gemäß einer bestimmten Leitwegführungs-Strategie wählt eine Vermittlungseinrichtung, wie die Vermittlungseinrichtung 110A, die nächste benachbarte Vermittlungseinrichtung in dervirtuellen Verbindung aus, z.B. die Vermittlungseinrichtung 110B. (Ein Beispiel für eine Leitwegführungs-Strategie auf der Ebene der Netzschicht ist die dynamische nicht-hierarchische Leitwegführung).
(2) Innerhalb des Satzes von Kanalgruppen zwischen den Vermittlungseinrichtungen 110A und 110B wird eine bestimmte Kanalgruppe ausgewählt, sagen wir 112B, die die neue Verbindungsanforderung unterbringen kann; so eine Wahl basiert auf dem augenblicklichen Wert der auf jeder Kanalgruppe zwischen den Vermittlungseinrichtungen 110A und 110B bereits reservierten Bandbreite.
(3) In derKanalgruppe 112B wird dann eine Bandbreite Wi für die einzurichtende Verbindung angemeldet; ist keine passende Kanalgruppe zwischen 110A und 110B verfügbar, so sucht die Vermittlungseinrichtung 110A nach einem Alternativleitweg oder weist den Ruf zurück. Wi wird als Funktion der Kanalgruppenkapazität, der Verkehrsmerkmale der Quelle und der erwarteten Verzögerungsleistung ausgewählt.
Auf die vorstehende Weise kann in dem Netz 100 von FIG. 1 zwischen dem Teilnehmer A und dem Teinehmer B eine virtuelle Verbindung aufgebaut werden. Werden auf diese Weise virtuelle Verbindungen im Netz 100 aufgebaut, so kommen an den Paketvermittlungseinrichtungen 110 Pakete an, die eine Virtuelle-Verbindungs-ldentifikation enthalten, die in die Adresse einer bestimmten abgehenden Kanalgruppe 112 abgebildet wird. Die Paketvermittlungseinrichtungen 110 dienen dazu, jedem ankommenden Paket einem bestimmten Paketkanal in der Kanalgruppe zuzuweisen, an die das Paket adressiert ist. Die Paketvermittlungseinrichtungen 110 dienen außerdem dazu, die ankommenden Pakete an die bestimmten Ausgangskanäle zu leiten. Zum Beispiel kommt ein über die virtuelle Verbindung zwischen A und B zu übertragendes Datenpaket über einen Kanal in der Kanalgruppe 112A an der Vermittlungseinrichtung 110A an und wird mit der Adresse der abgehenden Kanalgruppe 112B versehen. Die Vermittlungseinrichtung 110A weist dieses Paket einem bestimmten Kanal in der Kanalgruppe 112B zu und leitet dann dieses Paket an den bestimmten zugewiesenen Kanal in der Kanalgruppe 112B. Eine Paketvermittlungseinrichtung, die imstande ist, diese Aufgaben durchzuführen, wird in den direkt anschließenden Abschnitten behandelt.

B. PAKETVERMITTLUNGSEINRICHTUNG FÜR DIE

MEHRKANAL-BANDBREITENZUWEISUNG

Eine Paketvermittlungseinrichtung 110, die imstande ist, gemäß dem Mehrkanal- Bandbreitenzuweisungsschema der vorliegenden Erfindung Bandbreite zuzuweisen, ist in FIG. 2 gezeigt.
Die Paketvermittlungseinrichtung 110 von FIG. 2 umfaßt ein Batcher-Netz 12, gefolgtvon einem Banyan-Netz 14. Über die Leitungen a&sub0; ... aN-1 am Batcher-Netz 12 ankommende Pakete werden gemäß einer selbstleitenden Adresse am Kopf jedes Pakets sortiert. An benachbarten Ausgängen des Batcher-Netzes erhält man über die Leitungen h&sub0; ... hN-1 einen geordneten Satz von Paketen mit nichtabsteigenden oder nichtaufsteigenden selbstleitenden Adressen. Das Banyan-Netz 14 ist ein selbstleitendes Netz, das dafür geeignet ist, an seinen Eingängen vorliegende Pakete an die bestimmten Ausgangsadressen zu leiten, die in den Paketköpfen enthalten sind. Im Banyan-Netz existiert zwischen irgendeinem Eingang und Ausgang nur ein Weg. Verschiedene Wege, die verschiedenen Eingangs- und Ausgangs-Paaren entsprechen, können interne Leitungen gemeinsam benutzen, so daß es Paketkollisionen innerhalb des Banyan-Netzes geben kann. Jedoch treten keine Paketkollisionen auf, wenn die ankommenden Pakete verschiedene selbstleitende Adressen haben und einem benachbarten Satz von Eingängen des Banyan-Netzes als geordneter Satz angeboten werden. Daher liefert ein kombiniertes Batcher-Banyan-Netz ein internes nichtsperrendes Vollzugriffs- Vermittlungsnetz, wenn die in die Eingänge des Batcher-Netzes eintretenden Pakete an verschiedene Ausgänge des Banyan-Netzes adressiert sind.
Außer dem Batcher-Banyan-Netz 12,14 umfaßt die Paketvermittlungseinrichtung 110 von FIG. 2 eine Vielzahl von Port-Controllern PC&sub0; ... PCN-1. Der Schaltungsaufbau eines Port-Controllers ist in FIG. 6 gezeigt und wird im Abschnitt G unten behandelt. Die Ausgangsleitungen oder Ausgangspaketkanäle der Vermittlungseinrichtung 110 sind mit O&sub0; ... ON-1 bezeichnet. Jeder der Ausgangskanäle O&sub0; ... ON-1 ist mit einem zugehörigen Port-Controller PC&sub0; ... PCN-1 verbunden. Die Ausgangskanäle O&sub0; ... ON-1 sind in Kanalgruppen organisiert, wie in FIG. 1 gezeigt. Jede Ausgangskanalgruppe verbindet die Paketvermittlungseinrichtung 110 mit einer anderen Paketvermittlungseinrichtung oder mit einer Netzschnittstelle.
Gemäß der Mehrkanal-Bandbreitenzuweisungstechnik der vorliegenden Erfindung wird zu einerVerbindungsaufbauzeit einervirtuellen Verbindung, die durch die Paketvermittlungseinrichtung 110 von FIG. 2 hindurchgeht, etwas Bandbreite in der geeigneten Eingangspaket-Kanalgruppe (nicht gezeigt) und Ausgangspaket-Kanalgruppe zugewiesen.
Werden auf die oben angegebene Weise virtuelle Verbindungen aufgebaut, so enthält jedes an der Vermittlungseinrichtung 110 ankommende Paket eine Virtuelle-Verbindungs-Identifikation, die die virtuelle Verbindung angibt, zu der das Paket gehört. Ein Paketprozessor (in FIG. 2 nicht gezeigt) bildet die Virtuelle-Verbindungs-Identifikation in die Adresse einer abgehenden Kanalgruppe ab. Somit enthält jedes ankommende Paket, das auf einer der Eingangsleitungen I&sub0; ... IN-1 vorliegt, die Adresse einer abgehenden Kanalgruppe. Jede der Eingangsleitungen I&sub0; ... IN-1 ist mit einem zugehörigen Port-Controller PC&sub0; ... PCN-1 verbunden. Die Funktion der Paketvermittlungseinrichtung 110 ist es, jedem auf den Leitungen I&sub0; ... IN-1 ankommenden Paket einen abgehenden Kanal in der geeigneten Ausgangskanalgruppe zuzuweisen und jedes Paket an den zugewiesenen Ausgangskanal zu leiten.
Die Kanalzuweisungsfunktion der Paketvermittlungseinrichtung 110 wird mit Hilfe des Kanalzuweisungsnetzes 16 durchgeführt. Das Kanalzuweisungsnetz 16 weist ein ldentifikations-Teilnetz 20 für kollidierende Anforderungen und ein Kanaloffsetberechnungs-Teilnetz 22 auf. Das Identifikations-Teilnetz 20 für kollidierende Anforderungen ist in FIG. 4 gezeigt und wird im Abschnitt E unten behandelt. Das Kanaloffsetberechnungs-Teilnetz 22 ist in FIG. 5 gezeigt und wird im Abschnitt F unten behandelt.
Die Leitwegführungsfunktion der Paketvermittlungseinrichtung 110 wird mit Hilfe des Batcher-Banyan-Netzes 12, 14 durchgeführt. Das Batcher-Banyan-Netz ist gebräuchlich und wird hier nicht im Detail behandelt. Man beachte, daß eingegebene Pakete synchron in Schlitzen an den Port-Controllern PC&sub0; ... PCN-1 ankommen.

C. AUSGANGSKANAL-ZUWEISUNGSALGORITHMUS

Um die Ausgangskanalzuweisung und die Leitwegführungsfunktionen der Paketvermittlungseinrichtung 110 durchzuführen, kann ein Drei-Phasen-Algorithmus verwendet werden. In der Phase I sendet jeder Port-Controller mit einem Datenpaket eine Anforderung, einen Kanal der in dem Datenpaket angegebenen abgehenden Kanalgruppe zu belegen. Diese Anforderungen werden von dem Batcher-Netz 12 in nich tabsteigen der Reihenfolge sortiert, so daß Anforderungen nach der gleichen Kanalgruppe an den Ausgängen des Batcher-Netzes nebeneinanderliegen. Dies ermöglicht es dem Kanalzuweisungsnetz 16, einen Index für jede Anforderung zu berechnen, die einen bestimmten Kanal in der geeigneten Ausgangskanalgruppe identifiziert. Denjenigen Anforderungen, die in einer bestimmten Kanalgruppe nicht untergebracht werden können (z.B. weil die Zahl der Anforderungen nach der Kanalgruppe die Zahl der Kanäle in der Gruppe übersteigt), wird ein Index gegeben, der einem Kanal entspricht, der nicht zu der angeforderten Gruppe gehört. In der Phase II wird jeder zugewiesene Index verwendet, um ein Bestätigungspaket zu bilden, das über das Batcher-Banyan- Netz zurück an den anfordernden Port-Controller übertragen wird. Jeder anfordernde Port-Controller bestimmt auf der Basis der Kapazität der angeforderten Kanalgruppe und des empfangenen Index, ob er den Streit um die angeforderte Ausgangskanalgruppe gewonnen hat. In der Phase III übertragen die gewinnen den Port-Controller ihre Pakete über das Batcher-Banyan-Netz an die geeigneten Ausgangskanalziele. Dieser Drei-Phasen-Algorithmus wird unten im Detail behandelt.
Zunächst beachte man aber, das es bei einer Vermittlungsunterstützungs- Mehrkanal-Bandbreitenzuweisung wünschenswert ist, daß die Adressen von Kanälen der gleichen Gruppe aufeinanderfolgend sind. So eine physikalische Randbedingung für die Ausgangskanäle könnte jedoch eine Änderung der Konfiguration der Amtsverbindungs-Kommunikationsvorrichtungen, z.B. im Anschluß an einen Kanalausfall oder eine Aktualisierung der erwarteten Verkehrsmuster, ernstlich einschränken. Aus diesem Grunde wird ein logisches Adressierschema für die Ausgangskanäle eingeführt. Dieses logische Adressierschema entkoppelt jede Ausgangskanaladresse von der physikalischen Adresse des zugehörigen Port-Controllers.
Jedem Ausgangskanal wird eine logische Adresse zugewiesen, so daß eine Kanalgnippe aus Kanälen mit aufeinanderfolgenden logischen Adressen besteht. Zwischen der logischen Ausgangskanaladresse und den physikalischen Adressen der zugehörigen Port-Controller besteht eine Eins-zu-Eins-Entsprechung. Der Kanal mit der niedrigsten logischen Adresse in einer Gruppe ist der Gruppenanführer. Die logische Adresse des Gruppenanführers stellt außerdem die Gruppenadresse dar. Ein bestimmter Kanal in einer Gruppe wird durch einen Kanaloffset identifiziert, der durch die Differenz zwischen der logischen Adresse des bestimmten Kanals und der logischen Adresse des Gruppenanführers gegeben ist. Jeder Port-Controller wird mit zwei Tabellen Ka und Kc versehen. Ka bildet jede logische Adresse auf die zugehörige physikalische Adresse (d.h. die Adresse des zugehörigen Port-Controllers) jedes Ausgangskanals ab. Kc spezifiziert den Maximalwert maxoff(j), der für den Kanaloffset in der Kanalgruppe j erlaubt ist. Beispiele der Tabellen Ka und Kc findet man in FIG. 3A bzw. FIG. 3B.
In der nachfolgenden Erörterung sind die Anzahl von Eingangskanälen und die Anzahl von Ausgangskanälen der Paketvermittlungseinrichtung 110 von FIG. 2 N. Die Anzahl von Ausgangskanalgruppen wird mit dem Buchstaben G bezeichnet, und Di ist die Anzahl von Kanälen in einer Gruppe i, welche als die Kapazität der Kanalgruppe i bezeichnet wird. Somit gilt
Di = maxoff (i)+1.
Der Einfachheit halber wird angenommen, daß Dmax die für eine Kanalgruppe erlaubte Maximalkapazität ist und daß N eine Potenz von zwei ist. Es sollen n und d die Anzahl von Bits bezeichnen, die benötigt werden, um die logische Adresse eines Kanals (oder die physikalische Adresse eines Port-Controllers) bzw. den Kanaloffset zu codieren. Somit gilt n = log&sub2;N und, gemäß dem Drei-Phasen- Ausgangskanal-Zuweisungsalgorithmus, der unten im Detail zu beschreiben ist, d= [1 + log&sub2;(Dmax)], wobei [x] die kleinste ganze Zahl ist, die größer oder gleich der reellen Zahl x ist.
In der Phase I sendet ein Port-Controller PCi mit einem an die abgehende Kanalgruppe j zu übertragenden Datenpaket ein Anforderungspaket REQ(j,i). Jedes Anforderungspaket enthält in der Übertragungsreihenfolge die Identifikation j der Zielkanalgruppe, an die der Port-Controller PCi ein Datenpaket zu senden wünscht, und die physikalische Adresse i des sendenden Port-Controllers. Wie oben angegeben, ist die Identifikation j der Zielkanalgruppe die logische Adresse des Kanalgruppenanführers. Die Anforderungspakete treten über die Leitungen b&sub0; ... bN-1 in das Kanalzuweisungsnetz 16 der Vermittlungseinrichtung 110 von FIG. 2 ein, nachdem sie vom Batcher-Netz 12 in nichtabsteigender Reihenfolge gemäß den Zielen i sortiert worden sind. Wie oben angegeben und wie in FIG. 2 gezeigt, umfaßt das Kanalzuweisungsnetz 16 zwei Teilnetze. Das Identifikations-Teilnetz 20 für kollidierende Anforderungen empfängt vom Batcher-Netz 12 einen Satz von gemäß einer Kanalgruppen-Zieladresse j sortierten Anforderungspaketen REQ(j,i) auf der Leitung b&sub0; ... bN-1 und identifiziert Anforderungen nach der gleichen Kanalgruppe. Wie oben angegeben, besteht keine Gewähr, daß die Anzahl von Anforderungen nach einer Gruppe die Anzahl von Kanälen in der Gruppe nicht übersteigt.
Das Kanaloffsetberechnungs-Teilnetz 22 ordnet jeder Anforderung nach einer Gruppe j einen aktuellen Offset actoff(j) zu, um die Anforderungen nach der Gruppe j auf alle Kanäle der Gruppe i auszudehnen. Jeder zu dem Intervall [0, Dmax-1] gehörende Offset wird nur einer Anforderung nach der Ausgangskanalgrnppe j zugeordnet, während anderen Anforderungen nach der gleichen Gruppe ein Offset actoff(j) > Dmax gegeben wird. Da maxoff(j) ≤ Dmax-1, wird jeder Kanal der Gruppe j nur einer Anforderung nach der Gruppe i zugewiesen. Darauf wird der actoff(j)-Wert, der an der Ausgangsieitung dk (k = 0 ... N-1) des Kanalzuweisungsnetzes 16 vorliegt, an den Port-Controller PCk übertragen. Der Port- Controller PCk kombiniert das Ursprungsfeld i des Anforderungspakets REQ(j,i), das auf der Leitung bk vorliegt, mit dem actoff(j)-Wert, der auf der Leitung Dk vorliegt, um ein Bestätigungspaket ACK(i, actoff(j)) zu bilden. Man beachte, daß das Ursprungsfeld des Anforderungspakets auf der Leitung bk über die Leitung gk an den Port-Controller PCk übertragen wird.
In der Phase II des Ausgangskanai-Zuweisungsalgorithmus wird das Bestätigungspaket ACK(i, actoff(j)) vom Port-Controller PCk wieder in das Batcher-Netz 12 eingegeben und mit der selbstleitenden Adresse i durch die Batcher- und Banyan- Netze geleitet. Die Pakete ACK(...) kollidieren im Batcher-Banyan-Netz nicht miteinander, da es nicht mehr als ein Bestätigungspaket ACK(i, actoff(j)) gibt, das an jeden Ausgang des Banyan-Netzes adressiert ist. Jedes Bestätigungspaket ACK(i, actoff(j)) taucht auf einer Leitung f4 (i = 0... N-1) aus dem Banyan-Netz auf und wird über die Leitung fi an den Port-Controller PCi geleitet. Dem Port- Controller PCi, der ACK(i, actoff(j) empfängt, ist somit ein actoff(j) gegeben worden, d.h. ein aktueiler Offset, der einem Mitglied der Kanalgruppe j entsprechen kann oder nicht, was von dem Wert von maxoff(j) abhängt, der die Kapazität der Kanalgruppe j angibt. Die schließt die Phase II des Ausgangskanal- Zuweisungsalgorithmus ab.
Ist actoff(j) ≤ maxoff(j), so sendet in der Phase III der Port-Controller PCi sein Datenpaket DATA(p(j + actoff(j)) an den Port-Controller, dessen physikalische Adresse p(x) mittels der Tabelle Ka (siehe FIG. 3A) auf die logische Kanaladresse x = j+actoff(j) abgebildet wird. Die Pakete DATA(p(x)) durchqueren das Batcher-Banyan-Netz ohne Kollisionen, da den gewinnen den Anforderungen verschiedene logische Ausgangsadressen und folglich verschiedene physikalische Adressen von Ziel-Port-Controllern zugeordnet worden sind. Ist actoff(j) > maxoff(j), so wartet der Port-Controller auf den Beginn des nächsten Übertragungszyklus, um eine neue Anforderung nach seinem Paket auszugeben, das in einer Eingangswarteschlange gespeichert bleibt

D. VERANSCHAULICHUNGSBEISPIEL FÜR DEN

AUSGANGSKANAL-ZUWEISUNGSALGORITHMUS

Ein Beispiel für den Betrieb der Vermittlungseinrichtung 110 von FIG. 2, um individuelle Ausgangskanäle Paketen zuzuweisen, die an Kanalgruppen adressiert sind, ist schematisch in FIG. 3A, 3B, 3C und 3D gezeigt. FIG. 3A ist ein Beispiel für die oben erwähnte Tabelle Ka, die in jedem Port-Controllervorhanden ist. Die Tabelle Ka von FIG. 3A liefert eine Adressenabbildung logisch-physikalisch der Ausgangskanäle O0 ... ON-1. Somit hat der Ausgangskanal mit der logischen Adresse "0" die physikalische Adresse "4". FIG. 3B ist ein Beispiel für die oben erwähnte Tabelle Kc, die in jedem Port-Controller vorhanden ist. Die Tabelle Kc von FIG. 3B zeigt die Kapazitäten der Ausgangskanalgruppen. FIG. 3C zeigt das Kanalzuweisungsnetz 16 und die Port-Controller der Vermittlungseinrichtung 110 von FIG. 2. FIG. 3D zeigt die Port-Controller und den Batcher-Banyan-Teil der Vermittlungseinrichtung 110 von FIG. 2. In FIG. 3A, 3B, 3C und 3D ist N = 8 und ist die Maximalkapazität einer Kanalgruppe drei individuelle Kanäle.
Wie in FIG. 3A und 3B gezeigt, sind die N = 8 Ausgangskanäle in fünf Kanalgruppen angeordnet. Der Kanal in jeder Gruppe mit der niedrigsten logischen Adresse ist der Gruppenanführer. Die logische Adresse des Gruppenanführers stellt außerdem die Gruppenadresse dar. Wie in FIG. 3B gezeigt, werden somit die fünf Kanalgruppen jede durch die logische Adresse des Gruppenanführers identifiziert. FIG. 3B enthält außerdem den maximalen Offset (maxoff) jeder Gruppe. Wie oben angegeben, ist der Offset eines bestimmten Ausgangskanals die Differenz zwischen der logischen Adresse des bestimmten Ausgangskanals und der logischen Adresse des Gruppenanführers der Gruppe, zu der der Kanal gehört. Zum Beispiel hat eine Gruppe #4 einen maximalen Offset oder maxoff von 2. Dies bedeutet, daß die Gruppe #4 drei Kanäle umfaßt, d.h. die Kanäle mit den logischen Adressen 4 + 0 = 4,4+1 = 5 und 4+2 = 6. Ähnlich hat eine Gruppe #1 einenmaxoffvon 1, was bedeutet, daß die Gruppe 1 zwei Kanäle aufweist, d.h. die Kanäle mit den logischen Adressen 1 + 0 = 1 und 1 + 1 = 2.
Wie zuvor erörtert, erzeugt in der Phase I des Ausgangskanal-Zuweisungsalgorithmus jeder Port-Controller PCi, der ein Datenpaket an die Ausgangskanalgruppe j zu übertragen hat, ein Anforderungspaket REQ(j,i). Diese Anforderungspakete werden in nichtabsteigender Reihenfolge gemäß der Zieladresse j im Batcher-Netz (12 von FIG. 2) sortiert. Die mittels der Zieladresse sortierten Anforderungspakete werden dann dem Identifikations-Teilnetz 20 für kollidierende Anforderungen des Kanalzuweisungsnetzes 16 angeboten. Ein Satz von solchen sortierten Anforderungspaketen ist an den Eingängen des Kanalzuweisungsnetzes 16 von FIG. 3C gezeigt, d.h. auf der linken Seite von FIG. 3C. Wie man durch einen Blick auf die Anforderungspakete sieht, gibt es zwei Anforderungen nach der Gruppe #0, eine Anforderung nach der Gruppe #1 und fünf Anforderungen nach der Gruppe #4. Man beachte, daß die Anzahl der Anforderungen nach der Gruppe #4 die Kapazität der Gruppe #4 übersteigt.
In dem Identifikations-Teilnetz 20 für kollidierende Anforderungen werden Anforderungen nach der gleichen Kanalgruppe identifiziert. Jede Zieladresse wird mit der Zieladresse in dem Anforderungspaket auf der Leitung darüber verglichen. Ist die Zieladresse in einem Anforderungspaket auf der Leitung bk+1 (k =0 ... N-2) gleich dem Ziel in einem Anforderungspaket auf der Leitung bk (k = ... N-2), so ist das Ausgangssignal des Identifikations-Teilnetzes für kollidierende Anforderungen auf der Leitung Ck+1 (k = 0 ... N-2) eine logische "1". Sind die Adressen nicht gleich, so ist das Ausgangssignal des Identifikations-Teilnetzes für kollidierende Anforderungen auf der Leitung Ck+1 (k = 0 ... N-2) eine logische "0". Das Ausgangssignal auf der obersten Leitung c&sub0; ist stets logisch "0". Die Ausgangssignale des Identifikations-Teilnetzes für kollidierende Anforderungen, die aus den Anforderungspaketen des vorliegenden Beispiels abgeleitet werden, sind neben den Leitungen c&sub0; ... c&sub7; in FIG. 3C gezeigt. Somit erscheinen die Konfliktidentifikationen für die Gruppe #0 auf den Leitungen c&sub0;, c&sub1;, und die Konfiiktidentifikationen für die Gruppe #4 erscheinen auf den Leitungen c&sub3;, c&sub4;, c&sub5;, c&sub6;und c&sub7;. Für die Gruppe #1 gibt es keine Konflikte, wie durch die Null auf der Leitung c&sub2; und die Null auf der Leitung c&sub3; angezeigt.
Das Kanaloffsetberechnungs-Teilnetz von FIG. 3C benutzt die Werte auf den Leitungen c&sub0; ... c&sub7;, um die aktuellen Offsets (actoff(j)) zu berechnen. Die aktuellen Offsets werden benutzt, um die Anforderungen nach einer gegebenen Kanalgruppe in einer Weise, daß die Offsets für jede bestimmte Gruppe nur einmal zugeordnet werden, auf die Kanäle in der Gruppe auszudehnen. Das Kanaloffsetberechnungs-Teilnetz ist ein Netz mit laufenden Addierern. Insbesondere gelangt man zu den aktuellen Offsets, indem eine laufende Summe der Ausgangssignale des Teilnetzes 20 für jede Kanalgruppe berechnet wird. Das Kanaloffsetberechnungs-Teilnetz "kennt" die Grenzen zwischen den Kanalgruppen, da jede logische "0" auf den Leitungen c&sub0; ... cN-1 den Beginn der Offsets für eine neue Kanalgruppe anzeigt (und daher den Beginn einer neuen Folge von laufen den Summen). Diese laufenden Summen erscheinen auf Leitungen d&sub0; bis dN-1 (N = 8) von FIG. 3C und stellen die aktuellen Offsets dar, die zu den Gruppenadressen addiert werden, um die individuellen Ausgangskanaladressen zu erhalten.
Die aktuellen Offsets werden dann über die Leitungen d&sub0; ... d&sub7; an die Port- Controller PC&sub0; ... PC&sub7; übertragen. Die Port-Controller erzeugen dann die Bestätigungspakete ACK(i, actoff(j)) wie folgt. PCi kombiniert das Ursprungsfeld des auf der Leitung bi ankommenden Anforderungspakets mit dem Offset, der auf der Leitung di (i = 0 ... N-1) vorliegt. Zum Beispiel ist das auf der Leitung b&sub1; vorliegende Anforderungspaket REQ(0,5), dessen Ursprung PC&sub5; ist, und ist der auf der Leitung d&sub1; vorliegende Offset 1. Somit ist das von PC&sub1; erzeugte Anforderungspaket ACK(5,1). Man beachte, daß die Ursprungsfelder der auf den Leitungen b&sub0; ... bN-1 ankommenden Anforderungspakete über Leitungen g&sub0; ... gN-1 an die Port-Controller übertragen werden, um die Bestätigungspakete zu bilden. Der vollständige Satz von Bestätigungspaketen ist auf der rechten Seite von FIG. 3C gezeigt. Dies schließt die Phase I des Kanalzuweisungsalgorithmus ab.
In der Phase II des Kanalzuweisungsalgorithmus werden die Bestätigungspakete (die sich nun auf der rechten Seite von FIG. 3C befinden) durch das Batcher- Banyan-Netz geleitet und dann an die Port-Controller zurückgesendet, so daß ACK(i, actoff (j)) am PCi ist. Die Bestätigungpakete sind auf der rechten Seite von FIG. 3D gezeigt, nachdem sie durch das Batcher-Banyan-Netz und zurück zu den Port-Controllern geleitet worden sind. Dies schließt die Phase II des Kanalzuweisungsalgorithmus ab.
In der Phase III des Kanalzuweisungsalgorithmus übertragen die Port-Controller PCi die Datenpakete DATA(p(j+actoff(j)) an die bestimmten Ausgangskanäle p(j+actoff(j)), wobei p(x) die physikalische Adresse ist, die der logischen Adresse x entspricht. Der Port-Controller PCi überträgt sein Datenpaket, falls actoff(j) ≤ maxoff(j), und andernfalls puffert der Port-Controller PC1 sein Paket. Im vorliegenden Beispiel wird diese Bedingung von den Port-Controllern PC&sub3;, PC&sub5;, PC&sub7; nicht erfüllt. Zum Beispiel zeigt das Anforderungspaket auf der Leitung b&sub7; von FIG. 3C an, daß PC&sub7; ein Datenpaket an die Kanalgruppe #4 zu übertragen wünscht. Wie in FIG. 3B angegeben, ist der maximale Offset oder der maxoff-Wert für die Kanalgruppe #4 Zwei, während der actoff in dem Bestätigungspaket an PC&sub7; (FIG. 3D) Vier ist. Somit kann PC&sub7; sein Paket nicht übertragen und muß sein Paket puffern, so daß er es während der nächsten Ausführung des Drei-Phasen- Kanaizuweisungsalgorithmus erneut versuchen kann. Auf der anderen Seite übertragen PC&sub0;, PC&sub1;, PC&sub2;, PC&sub4; und PC&sub6; ihre Datenpakete, um sie durch das Batcher-Banyan-Netz an die geeigneten Ausgangskanäle zu leiten. Zum Beispiel weist PC&sub0; ein Paket auf, das an die Kanalgruppe #4 adressiert ist, wie mittels des Anforderungspakets auf der Leitung b3 angezeigt. Dem Anforderungspaket auf der Leitung b&sub3; wird ein aktueller Offset von Null zugeordnet. Die logische Adresse, die dem von PC&sub0; zu übertragenden Paket zugeordnet ist, ist somit 4. Dies entspricht einer physikalischen Adresse von 2. Dementsprechend wird das Datenpaket aus PC&sub0; an den Ausgangskanal mit der physikalischen Adresse #2 geleitet. Die schiießt die Phase III des Ausgangskanal-Zuweisungsalgorithmus ab.

E. IDENTIFIKATIONSNETZ FÜR KOLLIDIERENDE

ANFORDERUNGEN

FIG. 4, 5 und 6 zeigen schematisch das Identifikations-Teilnetz für kollidierende Anforderungen, das Kanaloffsetberechnungs-Teilnetz bzw. einen Port-Controller. In der nachfolgenden Erörterung bezeichnet Tx die Übertragungszeit eines Pakets x oder eines Feldes x eines Pakets. Zum Beispiel sind TACK und Tziel die Übertragungszeiten des Pakets ACK(...) bzw. des Zielfeides des Pakets REQ(...).
Ein Teil des Identifikations-Teilnetzes 20 für kollidierende Anforderungen ist im Detail in FIG. 4 gezeigt. Insbesondere zeigt FIG. 4 schematisch die Logikschaltung, die zu den Eingangsleitungen bk, bk+1 und der Ausgangsleitung ck+1 (k = 0, ... N-2) des Identifikations-Teilnetzes 20 für koliidierende Anforderungen gehört. Die Zielkanalgruppen-Identifikationszahlen j der auf den Eingangsleitungen bk, bk+1 empfangenen Anforderungspakete REQ(j,i) werden bitweise mit Hilfe eines EXKLUSIV-ODER-Gatters 30 verglichen, dessen Ausgang bei Erscheinen der ersten fehlangepaßten Bits auf den Eingangsleitungen bk, bk+1 den Trigger 32 setzt. Der Trigger 32 behält seinen Status für eine Zeit, die nicht geringer als 2Tziel ist (d.h. der doppelten Dauer des Zielfeldes j), um es dem Kanaloffsetberechnungs-Teilnetz 22 zu ermöglichen, die Berechnung der Kanaloffsetwerte zu vollenden. Der Trigger 32 wird durch die Anstiegsflanke eines Signals φziel am Beginn des im Teilnetz 20 durchgeführten Adressenvergleichs zurückgesetzt. Am Ausgang des Triggers 32 ist ein Inverter 33 angeschlossen.
Das UND-Gatter 34 im Teilnetz 20 ermöglicht eine Verzögerung beim Beginn der Berechnung des Kanaloffsets im Teilnetz 22 in bezug auf das Ende des Adressenvergleichs im Teilnetz 20. Ein Signal φUrsprung ist für eine Zeit Tursprung hoch, und seine Anstiegsflanke tritt n-2[log2(Dmax)] Bittakte nach dem Ende des Adressenvergleichs im EXKLUSIV-ODER-Gatter 30 auf. Da 2[log2(Dmax)] die Signallatenz im Teiinetz 22 ist, wird das erste Bit von actoff(j) vom Teilnetz 22 gerade nach dem vollständigen Empfang des Ursprungsfeldes i im Paket REQ(j,i) durch den Port-Controller PCk über die Leitung gk erzeugt (siehe FIG. 2). Dies ermöglicht es dem Port-Controller PCk, ein Paket ACK(i, actoff(j)) zu erzeugen, wobei das Ursprungsfeld i zuerst übertragen wird, ohne eines der beiden Felder zu puffern, die ACK(...) bilden.
Das Signal am Ausgang ck+1 von FIG. 4 ist logisch "1", falls die Kanalgruppen- Identifikationszahl auf der Leitung bk+1 gleich der Kanalgruppen-Identifikationszahl der Leitung bk ist. Falls die Kanalgruppenzahlen auf den Leitungen bk und bk+1 nicht gleich sind, ist das Ausgangssignal auf der Leitung ck+1 logisch "0". Das Signal auf der Ausgangsleitung c&sub0; ist stets niedrig, unabhängig von den Eingangssignalen in das Teilnetz 20, wie es vom Teilnetz 22 verlangt wird, das immer actoff(j) = 0 an das auf der Leitung b&sub0; empfangene Anforderungspaket gibt.

F. KANALOFFSETBERECHNUNGS-TEILNETZ

Das Kanaloffsetberechnungs-Teilnetz 22 ist in FIG. 5 für den Fall N = 16 und 5 ≤ Dmax ≤ 8 gezeigt. Das Teilnetz 22 ist ein Netz mit laufenden Addierern. Die Ausgangssignale des Identifikations-Teilnetzes 20 für kollidierende Anforderungen werden auf den Leitungen ck (k = ... N-1) empfangen, und die aktuellen Offsetwerte werden über die Leitungen dk übertragen.
Insbesondere umfaßt das Teilnetz 22 s = [log2(Dmax)] Addiererstufen. Jedes UND-Gatter A&sub2; wird durch das Signal φ&sub1; für einen Bittakt freigegeben, so daß die erste Addiererstufe, die mit der Leitung ck verbunden ist, den Wert logisch "0" oder logisch "1" empfängt, der vom Teilnetz 20 übertragen wird.
Basierend auf dem Aufbau des Teilnetzes 22 ist der Ausgang jeder Addiererstufe z (z = 1,2, ... s) kleiner oder gleich 2S. Dies bedeutet, daß das Ausgangssignal auf irgendeiner Leitung dk nicht größer als 2S ist. Das UND-Gatter A&sub1; dient dazu, Gruppen von Leitungen dk einzugrenzen. Die Gruppen werden so eingegrenzt, daß die Offsetwerte für jede Kanalgruppe j von Null beginnen. Ein Beispiel der Kanaloffsetberechnungwird in FIG. 5 geliefert, in der 10 Anforderungen nach der gleichen Kanalgruppe j an Eingängen c&sub4;&submin;&sub1;&sub3; empfangen werden. Da drei Addiererstufen das Teilnetz 22 von FIG. 5 umfassen, wird zweien der zehn Anforderungen der gleiche actoff(j) = 8 gegeben. Ist Dj = 6, so verlieren vier Anforderungen nach der Kanalgruppe j den Streit, d.h. diejenigen, die an den Ports c&sub1;&sub0;&submin;&sub1;&sub3; empfangen werden, da sie einen actoff(j) > 5 empfangen.

G. PÖRT-CONTROLLER

Der Betrieb eines Port-Controllers kann in Verbindung mit FIG. 6 verstanden werden, die den Port-Controller PCk zeigt. Zur Veranschaulichung soll der Port- Controller PCk ein Datenpaket an die Kanalgruppe j senden. Dieses Paket kommt auf einem Eingangskanal Ik an und wird in der Steuereinheit 60 gespeichert. In der Phase I des Ausgangskanal-Zuweisungsalgorithmus sendet der Port-Controller PCk ein Anforderungspaket REQ(j,k) über die Leitung Ak an das Batcher-Netz. Das Anforderungspaket REQ(j,i) wird in der Steuereinheit 60 erzeugt und über die Leitung 62, das Gatter A&sub6; und das Gatter B&sub2; aus dem Port-Controller PCk heraus übertragen. Das Signal φREQ ist für die Zeit TREQ hoch. Nachdem alle Anforderungspakete vom Batcher-Netz (siehe FIG. 2) sortiert worden sind, erscheint das Anforderungspaket REQ(1,i) auf der Leitung bk (siehe FiG. 2). Das Ursprungsfeld des Anforderungspakets REQ(1,i) wird auf der Leitung gk mittels des Gatters A&sub4; am Port-Controller PCk empfangen. Ähnlich wird, nachdem die Kanaloffsets mittels des Kanaloffsetnetzes berechnet worden sind, actoff(1) auf der Leitung dk mittels des Gatters A&sub3; des Port-Controller PCk empfangen. Die Signale φUrsprung und φactoff sind für Zeiten Tursprung bzw. Tactoff hoch. Das Gatter B&sub1; kombiniert das Ursprungsfeld, i und den Offset actoff(l1, um das Bestätigungspaket ACK(i, actoff(1)) zu bilden.
In der Phase II des Ausgangskanal-Zuweisungsalgorithmus wird dieses Bestätigungspaket über die Leitung 64, die Gatter A&sub5; und B&sub2; und die Leitung ak in das Batcher-Netz übertragen. Das Signal φACK1 ist für die Zeit TACK hoch. Außerdem empfängt in der Phase II des Ausgangskanal-Zuweisungsalgorithmus das Gatter A&sub1; des Port-Controllers PCk von FIG. 6 das Bestätigungspaket ACK(k, actoff(j)) von einem Ausgang des Banyan-Netzes auf einer Leitung fk. Ein Signal φACK2, das für die Zeit TACK hoch ist, gibt den Port-Controller PCk dazu frei, das Paket ACK(k, actoff(j)) zu empfangen. Während actoff(j) empfangen wird, werden zwei verschiedene Aufgaben durchgeführt: Zuerst werden actoff(j) und j zusammengezählt, um die logische Adresse des PCk zugewiesenen Ausgangskanals zu erhalten; und zweitens werden actoff(j) und maxoff(j) verglichen, um zu verifizieren, daß der PCk zugewiesene Kanal ein Mitglied der Ausgangskanalgruppe (j) ist. Die erste Aufgabe ist eine Zusatzaufgabe und kann innerhalb der Steuereinheit 60 durchgeführt werden. Die zweite Aufgabe wird durch bitweises Vergleichen von actoff(j) und maxoff(j) in einem EXKLUSIV-ODER-Gatter E&sub1; durchgeführt. Am Beginn des Vergleichs gibt das Signal φactoff das UND-Gatter A&sub2; für die Vergleichszeit Tactoff frei und löscht das Flipflop 68 mittels seiner Anstiegsflanke. Dieses Flipflop speichert das höchstwertige Bit von actoff(j), das sich von dem entsprechenden Bit von maxoff(j) unterscheidet. Wenn der Vergleich vorüber ist, ist das Ausgangssignal des Flipflop 68 hoch, falls actoff(j) ≤ maxoff(j).
In der Phase III des Ausgangskanal-Zuweisungsalgorithmus gibt ein hohes Signal auf den PCk frei, sein Datenpaket DATA (p(j+actoff(j)) an den geeigneten Ausgangskanal zu übertragen. Das Datenpaket wird von der Steuereinheit 60 über die Leitung 69, die Gatter A&sub7; und B&sub2; und die Leitung ak an die physikalische Adresse p (j+actoff(j)) übertragen, die der logischen Adresse j+actoff(j) entspricht. Das Signal φDATA1 ist für die Zeit TDATA hoch. Am Ende der Phase III wird das Datenpaket DATA(k), falls vorhanden, über die Leitung fk am PCk empfangen und über das Gatter A&sub8;, das mittels des Signals φDATA2 für die Zeit TDATA freigegeben wird, an den Ausgangskanal Ok übertragen.

H. ERGEBNIS

In wenigen Worten, es ist ein Bandbreitenzuweisungsschema beschrieben worden.
Es basiert auf der Bildung von Kanalgruppen, deren Kapazität nicht durch die Kapazität eines einzelnen Breitbandpaketkanals begrenzt ist. Dies ermöglicht eine effizientere Ausnutzung der Übertragungs- und Vermittlungs-Betriebsmittel und erlaubt eine Überraten-Vermittlung. Wie hierin gezeigt, ist das Bandbreitenzuweisungsschema in einer Batcher-Banyan-Vermittlungseinrichtung anwendbar.
Die zusätzliche Hardware, die in der Yermittlungseinrichtung für den Umgang mit den Kanalgruppen benötigt wird, vergrößert die Vermittlungsineffizienz vernachlässigbar. Für beliebigen Verkehr sorgt das Mehrkanal-Bandbreitenzuweisungsschema der vorliegenden Erfindung für eine wesentliche Durchsatzsteigerung verglichen mit dem herkömmlichen Einkanal-Bandbreitenzuweisungsschema. Für diskontinuierlichen Verkehr verringern die Kanalgruppen die Paketverlustwahrscheinlichkeit um mehrere Größenordnungen.
Schließlich sind die oben beschrieben Ausführungsformen nur zur Veranschaulichung gedacht. Der Fachmann kann zahlreiche alternative Ausführungsformen zustandebringen, ohne den Rahmen der nachfolgenden Patentansprüche zu verlassen.

Claims

1. Verfahren für die Zuweisung von Bandbreite in einem Paketvermittlungsnetz, das eine Vielzahl von Paketvermittlungseinrichtungen umfaßt, die durch Paketkanäle miteinander verbunden sind, die in Kanalgruppen organisiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die beiden Verfahrensschritte umfaßt,

zu einer Verbindungszeit virtuelle Verbindungen in dem Netz aufzubauen, indem in einer oder mehreren der Kanalgruppen für jede virtuelle Verbindung Bandbreite reserviert wird, und

zu einer Übertragungszeit, unter der Steuerung einer zentralisierten Koordinierungseinrichtung, die mit Eingangsports der geeigneten Paketvermittlungseinrichtung kommuniziert, jedes über eine bestimmte Kanalgruppe zu übertragende Paket einem individuellen Paketkanal innerhalb der bestimmten Kanalgruppe zuzuweisen und Konflikte zu lösen, falls die Anzahl von gleichzeitig über eine bestimmte Kanalgruppe zu übertragenden Paketen die Anzahl von individuellen Kanälen in der bestimmten Kanalgruppe übersteigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei einer der Paketvermittlungseinrichtungen der Aufbauschritt umfaßt:

eine benachbarte Paketvermittlungseinrichtung auszuwählen; und

innerhalb eines Satzes von Kanalgruppen, die die Paketvermittlungseinrichtung und die benachbarte Paketvermittlungseinrichtung verbinden, eine Kanalgruppe in dem Satz auszuwählen, die die gerade aufgebaute virtuelle Verbindung unterbringen kann.

3. Paketvermittlungseinrichtung, die folgendes umfaßt:

ein Vielzahl von Ausgangskanälen, die in Gruppen (112) angeordnet sind,

eine Vielzahl von Eingängen von Ports (PC), um Pakete zu empfangen, die Informationen enthalten, die dazu dienen, eine bestimmte Ausgangskanalgruppe zu identifizieren,

eine Ausgangskanal-Zuweisungseinrichtung (16) und

eine Leitwegführungseinrichtung (12, 13), um wenigstens einige der Pakete an individuelle Ausgangskanäle zu leiten, dadurch gekennzeichnet, daß

die an den Eingangsports empfangenen Pakete eine Virtuelle-Verbindungs- Identifikation enthalten, die in einer Ausgangskanalgruppe reservierte Bandbreite identifiziert, und

die Ausgangskanal-Zuweisungseinrichtung ein mit der Vielzahl von Eingangsports kommunizierendes zentralisiertes Kanalzuweisungsnetz umfaßt, um den Paketen individuelle Ausgangskanäle in den bestimmten Ausgangskanalgruppen zuzuweisen und um Konflikte zu lösen, wenn die Anzahi der Pakete, die gleichzeitig Informationen enthalten, die dazu dienen, eine bestimmte Kanalgruppe zu identifizieren, die Anzahi von Kanälen in der Gruppe übersteigt.

4. Paketvermittlungseinrichtung nach Anspruch 3, wobei jeder der Ausgangskanäle eine Adresse hat und die Adresse jeder Ausgangskanalgruppe die Adresse eines Gruppenanführer-Kanals ist und wobei die Ausgangskanal-Zuweisungseinrichtung folgendes umfaßt:

ein erstes Teilnetz (20), um Pakete zu identifizieren, die Informationen enthalten, die dazu dienen, die gleiche Ausgangskanalgruppe zu identifizieren, und

ein zweites Teilnetz (22), um Offsets Paketen zuzuweisen, die Informationen enthalten, die die gleiche Kanalgruppe identifizieren, wobei jeder Offset der Differenz zwischen einer bestimmten Gruppenanführer-Adresse und der Adresse eines individuellen Ausgangskanals entspricht.

5. Paketvermittlungseinrichtung nach Anspruch 4, wobei das erste Teilnetz eine Vielzahl von Vergleichern (20) umfaßt.

6. Paketvermittlungseinrichtung nach Anspruch 5, wobei das zweite Teilnetz ein Teiinetz (22) mit laufenden Addierern umfaßt.