DE68923426T2 - Paketvermittlungsnetzwerk. - Google Patents

Description

Stand der Technik
• Die vorliegende Erfindung betrifft Breitbandvermittlungssysteme und insbesondere Paketvermittlungs- Systeme.
• Mit den Fortschritten in der Elektronik und der Photonik ist der Bedarf nach einer umfangreicheren Palette von Koinmunikationsdiensten stetig gestiegen. Die Wahl scheint auf digitale Datenübertragung gefallen zu sein und die Bemühungen der Industrie zielen darauf, sowohl bei der Übertragung als auch der Vermittlung immer größere Bandbreitenfähigkeiten zu erreichen.
• Eine Form digitaler Kommunikation ist die Übermittlung von Informationen mit Signalpaketen. Ein Signalpaket ist eine Ansammlung von Bit, die Information über das Paket (wie beispielsweise das Ziel des Pakets) als auch die zu übermittelnde Information enthält. So weisen digitale Signalpakete normalerweise einen Kopfteil auf, der die "Verwaltungs"-Information enthält, und einen Körperteil, der die Daten enthält. In einigen Ausführungsformen enthalten Signalpakete einen Nachsatzteil oder auch sowohl einen Kopf als auch einen Nachsatzteil. Der Kopfteil enthält normalerweise die Zieladresse und andere Informationsbit wie beispielsweise, ob das Paket Informationen enthält, ob das Paket leer ist, ob das Paket Signalisierungsdaten enthält usw.
• In dem am 7. Mai 1985 erteilten US-Patent 4,516,238 wurde ein Breitbandpaketvermittlungsnetz offenbart. Es führt die Paketvermittlung durch Netzelemente aus, die den Paketen erlauben, sich selbst zu ihren gewünschten Zielen zu leiten. Diese Elemente sind ein Konzentrator, ein Sortiernetzwerk, ein Trennungsnetzwerk und eine Erweiterungseinheit. In einer Ausführungsform werden Pakete mit vorbestimmter Länge synchron an den Konzentrator angelegt. Die Zieladressen und der Aktivitätszustand innerhalb der Pakete werden miteinander verglichen und auf Grundlage dieser Vergleiche werden die Pakete so geleitet, daß die Signale an den Ausgangsanschlüssen des Konzentrators zwei zusammenhängende Mengen bilden - die Menge mit den aktiven Signalpaketen und die Menge leerer oder inaktiver Signalpakete. Das folgende Sortiernetzwerk sortiert die aktiven Paketsignale am Ausgang des Konzentrators in Reihenfolge der Zieladressen. Das Trennungsnetzwerk stellt sicher, daß keine zwei Pakete für dieselbe Adresse bestimmt sind. Es stellt diesen Zustand sicher, indem es außer einem solchen Paket alle deaktiviert (und damit verwirft). Als letztes nimmt die Erweiterungseinheit die sortierten und in Reihenfolge plazierten Pakete am Ausgang des Trennungsnetzwerkes und leitet die Pakete entsprechend ihrer Zieladresse zum richtigen Ausgangsanschluß (Ziel). Dies ist eine sehr wirkungsvolle und kostengünstige Auslegung für diejenigen Anwendungen, wo nur eine Quelle zu jeder gegebenen Zeit mit einem gewählten Ziel kommunizieren kann. Eine solche Anwendung ist eine gewöhnliche Fernsprechverbindung.
• In dem am 18. September 1984 erteilten US-Patent 4,472,801 ist ein verteilter priorisierter Konzentrator offenbart. Das dort beschriebene System richtet sich auf die wirkungsvolle Vermittlung von Paketen durch einen Kommunikationskanal. Es wird angenommen, daß ein solcher Kanal absichtlich eine geringere Kapazität als die, die dazu erforderlich ist, alle Pakete jederzeit zu führen, aufweisen soll. Wenn der Kanal dazu ausgelegt gewesen wäre, das maximale Verkehrsangebot abzufertigen, dann wäre der Kanal zu Zeiten geringeren Verkehrs unterbelastet und weniger kostengünstig. Um das Engpaßproblem zu überwinden, das dann eintreten würde, wenn mehr Pakete übertragen werden wollen, als die Übertragungskapazität erlauben würde, ist ein Mischnetzwerk am Kanaleingang vorgesehen, das die vom Kanal abfertigbaren Pakete weiterleitet und die Überlaufpakete zu einem Verzögerungsspeicher sendet. Der Speicher legt diese Pakete an den Eingang des Mischnetzwerkes, um ihnen eine weitere Übertragungsmöglichkeit zu gewähren. Auch sind Mittel zur Verbesserung der Übertragungsmöglichkeiten von Umlaufpaketen über ein Zeitmarkenprioritätsschema offenbart. Dieses System ist sehr nützlich bei Fernsprechstreckenanwendungen, wo es gewünscht wird, soviel Pakete wie die Strecke erlaubt durchzugeben und die genaue Leitung, auf der die Pakete fließen, nicht von Bedeutung ist.
• In IEEE GLOBAL TELECOMMUNICATIONS CONFERENCE PRO- CEEDINGS, Band 1, November 1984, Seiten 121-125, IEEE, New York, US, beschreiben A. Huang et al. eine Anordnung zum Vermitteln unterschiedlicher Signalquellen an unterschiedliche Ziele auf sehr wirkungsvolle Weise ungeachtet der Bandbreiten der verschiedenen Signale. Den unterschiedlichen Bandbreiten wird durch Teilen jedes Signals in eine Mehrzahl von Paketströmen Rechnung getragen, wobei jeder Paketstrom eine gegebene Bandbreite übermitteln kann. Dies wird mit Demultiplexern erreicht. Nach den Demultiplexern wird eine Vermittlungsarchitektur ähnlich der in dem US-Patent 4,516,238 offenbarten benutzt. Die Ausgaben der Vermittlungsarchitektur können dann über bereitgestellte Kanäle zu entfernten Zielen übermittelt werden und wenn diese Kanäle für weniger als die maximale an den Kanal anlegbare Signallast ausgestattet sind, wird ein dem im US-Patent 4,472,801 offenbarten ähnlicher priorisierter Konzentrator beschrieben.
• In WO-A-8 602 512 wird eine Anordnung beschrieben, die Pakete an einem beliebigem von N Eingangsanschlüssen annimmt, die Pakete in einem Speicher mit mehreren Anschlüssen speichert und diese Pakete an einen beliebigen von M Ausgangsanschlüssen des Speichers ausgibt. Die ausgewählten Ausgaben werden durch Zielmarkierungssignale in den Paketen bestimmt. Die Oberherrschaft über den Speicher wird durch Steuerlogik ausgeübt. Diese bewirkt das Sortieren der gespeicherten Daten nach Ziel und arbitriert zwischen Paketen, die ein gemeinsames Ziel suchen, so daß ein Paket nicht unbegrenzt zu warten hat.
• So zeigt der Stand der Technik, daß man gleichzeitige Pakete, die zu einem Ziel, das zeitweilig "vergeben" ist, zu übertragen werden wünschen, verwerfen kann und der Stand der Technik zeigt auch, daß man das Absenden eines Paketes aufschieben kann, wenn ein Kanal "belegt" ist, wobei das Aufschieben mittels eines Verzögerungsspeichers bewirkt wird, der die Pakete im Umlauf oft erst später zurückführt. Leider bietet keines dieser Verfahren eine Ideallösung, wenn man viele Pakete, die für denselben Benutzer bestimmt sind, friedlich nebeneinander im Vermittlungssystem bestehen lassen will.
• Ein vorgeschlagener Weg, mit dem gleichzeitig ankommenden Paketen mit identischen Zieladressen Rechnung getragen wird, ist das Vergrößern des Erweiterungsnetzwerks und Ermöglichen, daß eine Mehrzahl von "Erscheinungsformen" derselben Adresse am Ausgang der Erweiterungseinheit erscheint. Auf diese Weise würde ein erstes an eine gewisse Adresse adressiertes Paket zur ersten Erscheinungsform dieser Adresse der Erweiterungseinheit geleitet werden, das zweite Paket würde zur zweiten Erscheinungsform dieser Adresse geleitet werden und so weiter. Natürlich würde stets die Möglichkeit bestehen, daß es mehr für eine bestimmte Adresse bestimmte Pakete als Erscheinungsformen der Adresse gibt, und in diesem Fall müßten einige Pakete verworfen werden.
Darstellung der Erfindung
• Die Erfindung ist in den unabhängigen Ansprüchen dargestellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
• FIG. 1 zeigt den Aufbau eines Paketvermittlungsnetzes mit den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung;
• FIG. 2 stellt die Organisation eines durch das vorliegende Netz fließenden Pakets dar;
• FIG. 3 zeigt schematisch die in dem vorliegenden Netz durchgeführten Sortierfunktionen;
• FIG. 4 stellt ein detaillierteres Blockschaltbild des Trennungsnetzwerks 40 dar;
• FIG. 5 zeigt eine Realisierung der Logikschaltungen 150;
• FIG. 6 zeigt eine Realisierung der Erkennungsschaltung 160 im Verzögerungsblock 30;
• FIG. 7 zeigt eine Realisierung der Erkennungsschaltung 170 im Erweiterungsnetzwerk 50;
• FIG. 8 stellt einen Weg zur Entwicklung eines Ausgangs eines Erweiterungsnetzwerks 50 dar, der mehr als ein Auftreten eines bestimmten Ziels erlaubt; und
• FIG. 9 stellt einen weiteren Weg zur Entwicklung eines Ausgangs eines Erweiterungsnetzwerks 50 dar, der mehr als ein Auftreten eines bestimmten Zieles erlaubt.
Detaillierte Beschreibung
• In FIG. 1 wird ein Blockschaltbild eines Vermittlungsnetzes dargestellt, in dem die Grundsätze unserer Erfindung zur Anwendung kommen. Das Sortiernetzwerk 10 nimmt ankommende Signalpakete auf und sortiert diese Pakete nach Ziel, Priorität und Zeitmarke. Die Zeitmarke kann in den ankommenden Paketen (beispielsweise auf nur Einsen) initialisiert sein. In der FIG. 1 ist im Sortierer 10 ein waagerechter Pfeil dargestellt. Dieser Pfeil zeigt die Sortierrichtung der Ausgabe. Das heißt, am linken Ende des Pfeils gibt der Sortierer die für das niedrigstwertige Ziel bestimmten Pakete aus und diese Pakete sind beginnend mit der Höchstpriorität nach Priorität geordnet und sind gefolgt von Zeitmarkenpriorität, beginnend bei den ältesten Paketen. Die Zieladresse der nachfolgenden Pakete ist höher und endet möglicherweise mit leeren Paketen, die keine Zieladresse aufweisen. Der Ausgang des Sortierers 10 ist mit dem Mischnetzwerk 20 verbunden.
• Das Mischnetzwerk 20 hat noch eine Quelle für Signalpakete und diese Quelle ist der Umlaufverzögerungspuffer 30. In dem Puffer 30 wird ebenfalls in der Nähe seiner Ausgangsleitungen ein Pfeil gezeigt, dessen Richtung jedoch der des Pfeils des Sortierers 10 entgegengesetzt ist. Die Ausgabe des Verzögerungspuffers 30 wird entsprechend dem gezeigten Pfeil sortiert und so bilden die Eingangspakete des Mischnetzwerks 20 eine steigend und eine fallend sortierte Liste.
• Die beiden Listen werden vom Netzwerk 20 zusammengemischt, das das Mischergebnis in Reihenfolge (nach Ziel, Priorität und Zeitmarke) wie von dem Pfeil in der Nähe der Ausgangsleitungen des Mischnetzwerkes gezeigt ausgibt. Die Ausgabe des Mischnetzwerkes 20 wird an das Trennungsnetzwerk 40 angelegt.
• Trennungsnetzwerk 40 hat die Funktion, die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu fördern, indem es eine gewisse Höchstzahl von an ein bestimmtes Ziel adressierten höchstwertigen Paketen zu diesent Ziel weiterlaufen läßt. Insbesondere werden, wenn diese Höchstzahl von Paketen N beträgt, die N Pakete mit der höchsten Priorität und irgendeiner bestimmten Zieladresse für den Durchgang gruppiert und markiert, während die verbleibenden Pakete, die für diese Adressen bestimmt sind, für Umlauf markiert werden. Im Netzwerk 40 wird diese Funktion erfüllt, indem die sortierte ankommende Menge von Paketen (die nach Adresse beginnend bei der niedrigsten Adresse, dann nach Priorität und dann nach Zeitmarke sortiert sind) in von der Zieladresse definierten Teilmengen behandelt wird. Für jede Teilmenge leitet das Netzwerk 40 die Pakete an seine am weitesten links gelegenen verfügbaren Ausgänge (in der FIG. 1) bis zu maximal N solcher Pakete und verschiebt die übrigen Pakete mit einer Kombination niedrigerer Priorität und Zeitmarke zu den am weitesten rechts gelegenen verfügbaren Ausgängen des Netzwerks 40. Die nach rechts verschobenen oder geschobenen Pakete werden ebenfalls in angegebenen Aktivitätsmarkierungsbit der Paketköpfe für den Umlauf markiert.
• Man kann beobachten, daß die Ausgabe des Trennungsnetzwerkes 40 (1) am linken Ende beginnende Pakete, die "Weitergabe"-Pakete werden sollen und (2) am rechten Ende beginnende Pakete, die für den Umlauf bestimmt sind, und (3) eine veränderliche Anzahl von "leeren" Paketen in der Mitte, die eine "neutrale" Zone mit veränderlicher Breite bilden, enthält. Sowohl die Größe als auch der Ort der neutralen Zone zwischen den zwei Mengen von Paketen sind vollständig von der bestimmten Menge ankommender Pakete und von der Vorgeschichte der ankommenden Pakete abhängig.
• Wiederum bezugnehmend auf die FIG. 1 ist ein gewählter Teil der Ausgangsanschlüsse des Netzwerkes 40 mit dem Umlaufpuffer 30 verbunden. Der Puffer 30 bildet hauptsächlich eine Ein-Paketverzögerung, die einfach aus einem Satz Register bestehen kann, die jeweils ein einzelnes Paket halten. Die Größe des Anteils der Ausgänge des Trennungsnetzwerkes 40, der mit dem Speicher 30 verbunden ist, unterliegt ausschließlich der Entscheidung des Konstrukteurs, es wird jedoch erkannt, daß diese Entscheidung die Kosten und Leistung des Netzwerkes beeinflußt. Wenn man beispielsweise erwartet, gleichzeitig M ankommende Pakete zu behandeln, dann muß der Sortierer 10 M Eingänge und M Ausgänge aufweisen. Wenn man glaubt, daß zu jeder Zeit nicht mehr als die Hälfte der im Netzwerk der FIG. 1 vorhandenen Pakete die Bedingung, daß nicht mehr als N Pakete für dieselbe Adresse bestimmt sein sollen, verletzt, dann würde es eine vernünftige Entscheidung sein, M Ausgänge des Netzwerks 40 mit dem Puffer 30 zu verbinden. Das Netzwerk 40 muß infolgedessen natürlich eine Breite von 2M aufweisen, um die Verbindung der M Pakete vom Sortierer 10 und der M Pakete vom Puffer 30 zu erlauben.
• Es wurde oben angegeben, daß der Puffer 30 hauptsächlich ein Verzögerungsspeicher ist. In Wirklichkeit muß der Speicher 30 eine Vorverarbeitungsstufe enthalten, die auf die Markierungsbit eingestellt ist. Insbesondere sollten am Eingang des Puffers 30 erscheinende Pakete, die nicht für den Umlauf bestimmt sind, nicht angenommen werden, während für den Umlauf bestimmte Pakete entsprechend aufbereitet werden sollten. Diese Vorverarbeitung ist notwendig, da die M am weitesten rechts gelegenen Ausgänge des Trennungsnetzwerkes 40 mit der Verzögerung 30 verbunden sind, die Anzahl von Paketen, die mit der Verzögerung 30 verbunden werden müssen, jedoch veränderlich ist. Es ist daher die Aufgabe der Markierungsbit in den Paketköpfen, die Verzögerung 30 darüber zu "informieren", welche Pakete zu verzögern sind und welche zu verwerfen sind.
• In der FIG. 1 ist die Gesamtmenge der Ausgänge des Trennungsnetzwerkes 40 mit dem Erweiterungsnetzwerk 50 verbunden. Es wird natürlich anerkannt, daß dies eine Sache der Entscheidung des Konstrukteurs ist. Man kann ein System anwenden, in dem weniger als die Gesamtmenge der Ausgänge des Netzwerkes 40 an das Erweiterungsnetzwerk 50 angelegt ist. Die Ausgänge des Erweiterungsnetzwerks 50 sind die festen Zielpunkte des Netzwerks und sind jeweils in Mengen von N Ausgängen eingeteilt. Das heißt, die erste Menge (am weitesten links gelegene Menge in der FIG. 1) von N Ausgängen des Netzwerks 50 entspricht der Zieladresse 0, die zweite Menge entspricht der Zieladresse 1 usw. Die Funktion des Erweiterungsnetzwerkes 50 ist es daher, die ankommenden nicht für Umlauf bestimmten Pakete zu den entsprechenden Ausgangszielanschlüssen zu leiten. Das bedeutet, daß das Erweiterungsnetzwerk 50 die ankommenden Pakete vorverarbeiten muß (um die zurückzuführenden Pakete zu ignorieren) und danach die Pakete auf die bestimmte Weise vermitteln muß, in der der Tatsache Rechnung getragen ist, daß N Ausgangsanschlüsse dieselbe Adresse aufweisen. Erfindungsgemäß ist jede Menge von N Ausgängen des Erweiterungsnetzwerkes 50 mit einem Speicher 60 verbunden, der als FIPO-Speicher (first in, priority out - Eingang nach Reihenfolge, Ausgabe nach Priorität) bezeichnet wird. Der Speicher 60 ist nur insofern besonders, daß auf ihn nach der Priorität der darin enthaltenen Paketsignale zugegriffen werden kann. In einem gewissen Sinn ist der Speicher 60 ein inhaltadressierbarer Speicher und muß in Wirklichkeit nicht ein FIPO- Speicher sein. Es kann ein beliebiger Speicher eingesetzt werden, solange wie er als Puffer dient, um zu manchen Zeiten die Einblendung von bis zu N Paketen zu erlauben, während nur auf ein Paket zu einer Zeit zugegriffen wird und dieses aus dem Puffer gelöscht wird.
• Die obige Beschreibung der vorliegenden Erfindung kann in einer Anzahl von unterschiedlichen gerätetechnischen Ausführungsformen realisiert werden, die jeweils unter bestimmten Umständen Vorteile bieten. Die folgende Beschreibung stellt eine solche Ausführungsform dar und für die Zwecke dieser Beschreibung wird angenommen, daß die Signalpakete wie in der FIG. 2 dargestellt sind, wobei das Paket einen Kopfteil und einen Datenteil umfaßt. Der Kopfteil enthält ein zwei-Bit- Markierungsfeld gefolgt von einem Mehrbit-Zielfeld. Das Zielfeld gibt den Ausgangsanschluß an, zu dem das Paket vermittelt werden will. Nach dem Zielfeld enthält das Paket der FIG. 2 ein Prioritätsfeld gefolgt von einem Zeitmarkenfeld. Ein Kopf kann für andere Zwecke als Vermittlung zusätzliche Felder enthalten und diese Teile sind in der FIG. 2 durch das "Kopfrest"-Feld dargestellt. Als letztes kommt das Datenfeld. Daten enthaltende Pakete können beispielsweise in beiden Bit des Markierungsfeldes "0" enthalten, während keine Daten enthaltende Pakete (die daher kein Ziel oder Priorität aufweisen) vorteilhafterweise eine "0" im ersten Bit und eine "1" im zweiten Bit enthalten. Solche Pakete nennen wir "Leerpakete".
• Das Sortierungsnetzwerk 10 kann auf die beispielsweise von Batcher in dem am 18. Februar 1969 erteilten US-Patent Nr. 3,428,946 oder von Huang et al in dem am 7. Mai 1985 erteilten US-Patent Nr. 4,516,238 beschriebene Weise aufgebaut sein.
• Es ist zu bemerken, daß für die Zwecke des Netzwerks der FIG. 1 die "Zieladresse" vorteilhafterweise die der eigentlichen Zieladresse vorangehenden Markierungsbit enthalten würde oder mindestens deren zweiten Markierungsbitteil. Auch ist zu bedenken, daß der Zustand, daß zwei oder mehr Pakete eine Verbindung mit einem bestimmten Ziel suchen, erlaubt ist. Um diesem Zustand Rechnung zu tragen, sollte die Sortierung von Paketen ebenfalls dem Prioritätsfeld folgen und der Sortierschlüssel in der Ausführungsform der FIG. 3 sollte daher vorteilhafterweise eine Verkettung des Markierungsbits, des Ziels und der Prioritätsfelder sein. Das letztere erfordert jedoch, daß Pakete mit hoher Priorität einen niedrigeren Binärwert (im Prioritätsfeld) als Pakete mit niedriger Priorität aufweisen. Das Zeitmarkenfeld ankommender Pakete ist auf nur "Einsen" initialisiert, so daß sein Wert ohne Bedeutung ist; und das Sortiernetzwerk 10 kann sowieso das Zeitmarkenfeld aus seinem Sortierschlüssel ausschließen.
• Mischnetzwerk 20 ist ebenfalls ein Sortiernetzwerk und kann auf dieselbe allgemeine Weise wie das Sortiernetzwerk 10 aufgebaut sein. Ein Unterschied besteht jedoch darin, daß das Mischnetzwerk wie oben beschrieben eine bitone (steigende und fallende) Eingabe aufweist und dadurch kann das Mischnetzwerk mit weniger Sortierebenen realisiert werden. Der andere Unterschied liegt im Sortierschlüssel. Insbesondere enthält der Sortierschlüssel des Netzwerkes 20 das Zeitmarkenfeld, um eine sinnvolle Behandlung umlaufender Pakete bereit zustellen (die im Sortierer 10 nicht enthalten war). Dies wird im Folgenden näher beschrieben.
• Die Funktionsweise des Mischnetzwerkes 20 ist aus einem Blick auf die oberen zwei Diagramme der FIG. 3 ersichtlich, wobei das Diagramm 110 die Eingabe in das Netzwerk 20 und das Diagramm 120 die Ausgabe des Netzwerks 20 ist. Es ist ersichtlich, daß der vom Sortiernetzwerk 10 empfangene Signalteil des Diagramms 110 nach rechts ansteigt (wobei der Signalwert die Zieladresse darstellt) und mit dem Wert "01" (Leerpakete) endet, während der vom Speicher 30 empfangene Signalteil mit "01" anfängt (Leerpakete) und danach abfällt. Die vom Diagramm 120 dargestellt Ausgabe des Netzwerks 20 wird sortiert und steigt nach rechts an.
• Bezugnehmend auf FIG. 1 werden vom Trennungsnetzwerk 40 eine Verbindung zu einem bestimmten Ziel suchende Pakete bis zu einer ausgewählten Anzahl angenommen. Es bestimmt diese Pakete für die Übertragung zum Erweiterungsnetzwerk und bestimmt über der ausgewählten Anzahl gegebenenfalls vorkommende Pakete für den Umlauf. Dies kann wie in FIG. 4 gezeigt durch eine Schicht von Vergleichern 135 erreicht werden. Jeder Ausgangsanschluß des Mischnetzwerks 20 (außer dem letzten) ist mit einem ersten Eingang eines Vergleichers 135 verbunden, dem er zugehörig ist, und mit einem zweiten, dem benachbarten Ausgang des Mischnetzwerkes 20 in Richtung eines steigenden Sortierschlüsselwertes (nach rechts) zugeordneten Eingang eines Vergleichers 135. Der letzte Ausgang des Mischnetzwerks 20 ist nur mit seinem zugehörigen Vergleicher 135 verbunden. Der dem ersten und am weitesten links gelegenen Ausgang des Mischnetzwerkes 20 zugeordneten Vergleicher weist ebenfalls nur einen Eingang auf. Der andere Eingang ist auf nur "Einsen" festgelegt, um eine Ausgabe "0" sicher zu stellen (selbstverständlich kann ohne Verwendung eines Vergleichers eine Ausgabe "0" fest verdrahtet sein). Entsprechend dieser Verknüpfbarkeit ist beispielsweise der zweite Ausgang des Mischnetzwerks 20, Leitung 136, mit dem als B markierten Vergleicher 135 und mit einem als C markierten Vergleicher 135 verbunden. Der dritte Ausgangsanschluß des Mischnetzwerks 20, die Leitung 137, ist ebenfalls mit dem als C markierten Vergleicher 135 verbunden.
• Das Ausgangssignal jedes Vergleichers 135 ist entweder eine "1" oder eine "0". Es ist eine "1", wenn die Zieladressen der an den Vergleicher angelegten Pakete dieselben sind, und sonst ist es eine "0". Der Vergleicher 135 kann aus exklusiven ODER-Gattern und einem Flip-Flop aufgebaut sein. So ergeben als Reaktion auf eine Menge von Zieladressen
• 0,0,2,5,6,7,7,7,7,7,9,9,11,11,11,17
• die Vergleicher die Ausgangssignalmenge
• 0,1,0,0,0,0,1,1,1,1,0,1,0,1,1,1,0.
• Die zweite Schicht im Trennungsnetzwerk der FIG. 4 ist ein Satz UND-Gatter 140 und Puffer 145. Mit jedem Ausgang des Mischnetzwerks 20 ist wiederum ein Puffer 145 und auch ein zugehöriges UND-Gatter 140 verbunden. Der Puffer 145 verzögert die Ausgabe des Mischnetzwerkes 20 und stellt auch die beiden Markierungsbit für das UND- Gatter 140 bereit. Jedes Gatter 140 ist auch mit seinem zugehörigen Vergleicher verbunden und mit einer festen Anzahl vorhergehender benachbarter Vergleicher. Diese feste Anzahl ist gleich der Anzahl von Paketen, die gleichzeitig an den FIPO-Speicher 60 angelegt werden können. In der FIG. 4 ist diese Anzahl 4 und dementsprechend ist jedes UND-Gatter 140 mit seinem zugehörigen Vergleicher und mit drei vorhergehenden Vergleichern (sofern diese existieren) verbunden. Beispielsweise ist das als D markierte UND-Gatter 140 mit Vergleichern A, B, C und D verbunden. Die Größe des Puffers 145 ist so angeordnet, daß sie mit der Vollendung des in den Vergleichern 135 durchgeführten Vergleichs zusammentrifft. Zu dieser Zeit ist die Ausgabe des UND-Gatters 140 nur dann eine "1", wenn die Markierungsbit 00 (nicht- Leerpaket) sind und die beiden an die entsprechenden Vergleicher angelegten Adressen gleich sind. Dieses Signal wird zusammen mit dem Paketsignal am Ausgang des Puffers 145 an die Logikschaltung 150 angelegt.
• Für die beispielsweise oben eingesetzte Menge von Signalen bilden die Ausgänge der UND-Gatter 140 die Signalmenge
• 0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0.
• Die einzige "1" in der obigen Menge ist mit dem fünften Paket verbunden, das die Verbindung zum Ziel "7" sucht. Dieses fünfte Paket muß für den Umlauf bestimmt werden und für die Verbindung mit dem Verzögerungsblock 30 zu den M am weitesten rechts gelegenen Ausgängen des Mischnetzwerkes 20 (wenn M die Anzahl der Eingänge des Blocks 30 ist) geschoben werden.
• Um diese "Schiebe"-Fähigkeit zu ermöglichen und eine korrekte Sortierfolge am Eingang zum Speicher 30 sicherzustellen, enthält die Anordnung der FIG. 4 Logikschaltungen 150 zum Invertieren der Bit im Sortierschlüsselfeld von Paketen, die geschoben werden müssen (wobei die Markierungsbit vom Wert 0 auf den Wert 3 verändert werden). Wie in der FIG. 5 gezeigt wird dies mit Invertierer 159, Flip-Flop 151, das zum Einfangen der entsprechenden Ausgabe des UND-Gatters 140 getaktet ist, und UND/ODER-Logikgattern 152, 153 und 154, die zum Bewirken der entsprechenden Signalauswahlen miteinander verbunden sind, erreicht. Die Ergebnisse an den Ausgängen von Logikschaltungen 150 sind beispielhafterweise in der FIG. 3 durch das Diagramm 115 dargestellt. Es ist daraus ersichtlich, daß eine Anzahl von Paketen mit der Adresse 000011 [sic] (wobei die 011 das gesuchte Ziel und 00 die Markierungsbit sind) in 11100 umgewandelt wurde und eine Anzahl von Paketen mit der Adresse 000101 in 111010.
• Es ist natürlich klar, daß es mehr als M Pakete geben kann, die nach rechts geschoben werden müssen, und in einem solchen Fall werden einige Pakete mit der bis- lang beschriebenen Anordnung einfach verlorengehen. Wie oben angedeutet ist die Auswahl der maximalen Größe der umlaufenden Paketmenge eine Entscheidungssache für den Konstrukteur. Trotzdem kann die Beschaffenheit der möglicherweise verlorengehenden Pakete untersucht werden. Nach der bislang dargelegten Beschreibung würden die Pakete am Ausgang des Trennungsnetzwerks 40 nach Adresse und dann nach Priorität und letztlich nach Zeitmarke angeordnet sein. Die gegebenenfalls verlorengehenden Pakete würden die Pakete mit der höchsten Zieladresse in umgekehrter Reihenfolge der Zeitmarkenreihenfolge, gefolgt von umgekehrter Prioritätsreihenfolge, und danach Pakete der nächst niedrigeren Adresse sein. Es ist demnach möglich, daß alle Pakete einer bestimmten Adresse verworfen werden würden, ehe Pakete der nächsten Adresse einer Kürzung unterliegen würden. Bei dieser Situation besteht die Schwierigkeit darin, daß einige Adressen eine höhere Wahrscheinlichkeit einer Übertragungsblockierung als andere aufweisen werden. Anders gesehen würden Pakete eines Ziels und mit sehr niedriger Priorität den Vorrang über Pakete eines anderen Ziels und mit sehr hoher Priorität aufweisen. Das kann unter Umständen unannehmbar sein. Eine annehmbarere Situation könnte es sein, Pakete niedriger Priorität zuerst zu verwerfen und danach Pakete, die sehr alt sind, zu verwerfen und als letztes Pakete dem Ziel nach zu verwerfen. Wie von der Logikschaltung 150 der FIG. 5 gezeigt, wird dies durch Umkehren der Reihenfolge der Felder im Sortierschlüssel derjenigen Pakete, die für den Umlauf bestimmt sind, mit Puffer 157 und Auswählschaltung 158 erreicht. Die resultierende Reihenfolge der Sortierschlüsselfelder im Kopfteil ist: Markierungsbit, Prioritätsfeld, Zeitmarkenfeld und Zielfeld.
• Die Ausgangssignale der Logikschaltungen 150 werden in der FIG. 4 an das Sortierernetzwerk 155 angelegt. Im Netzwerk 155 werden die Pakete nach Sortierschlüsselfeld sortiert und damit werden die für den Umlauf bezeichneten Pakete zu den am weitesten rechts gelegenen Ausgängen des Trennungsnetzwerks 40 "geschoben". Diese Ausgabe wird durch das Diagramm 116 in der FIG. 3 dargestellt.
• Die das Trennungsnetzwerk 40 mit Markierungsbit "11" verlassenden Pakete sind für den Verzögerungspuffer 30 bestimmt. Dementsprechend sollte der Puffer 30 solche Pakete annehmen, aber alle anderen ankommenden Pakete abweisen (zum Beispiel auf den Leerpaketzustand setzen). Im Puffer 30 wird dies durch eine Vorprozessorerkennungsschicht von in der FIG. 6 dargestellten Logikschaltungen 160 erreicht. Jede Logikschaltung 160 invertiert das ankommende Signal mit dem Invertierer 161 und gibt die ankommenden Pakete für die Wiedereinblendung des Zielfeldes sofort nach den Markierungsbit in den Puffer 162 ein. Die Wiedereinblendung des Zielfeldes wird mit dem Auswähler 163 und einem entsprechenden Taktsignal (CL3) erreicht, und die Ausgabe des Auswählers 163 wird an einen Eingang des Auswählers 164 angelegt. Der andere Eingang des Auswählers 164 empfängt ein Taktsignal, das im Effekt ein Leerpaket erzeugt. Der Zustand von Markierungsbit "00" wird mit dem UND-Gatter 165 und Flip- Flop 166 erkannt. Das Flip-Flop 166 steuert den Auswähler 164 zum Auswählen entweder des Ausgangssignals des Auswählers 163 oder des Leerpakets (CL5) an. Zusätzlich zur Umkehr der Sortierschlüsselfeldbit und Wiedereinblendung des Zielfeldes an seine richtige Stelle enthält jede Logikschaltung 160 einen Zeitmarken-Abwärtszähler 167. Der Zweck des Abwärtszählers ist, die Wahrscheinlichkeit von mehrere Male umgeführten Paketen, für die Übertragung zum Erweiterungsnetzwerk 50 ausgewählt anstatt wieder umgeführt zu werden, zu verbessern. Insbesondere ist beabsichtigt, die Wahrscheinlichkeit solcher Pakete gegenüber der Übertragungswahrscheinlichkeit von Paketen, die weniger Male umgeführt worden sind, auszugleichen. Wenn daher ein aktives Paket einen Auswähler 164 zum ersten Mal verläßt, enthält das Zeitmarkenfeld nur "Einsen", was beispielsweise in einem 6-Bit-Feld 63 entspricht. Nach dem Abwärtszähler 167 wird der Wert auf 62 reduziert und dementsprechend wird das Paket mit der Zeitmarke 62 am Ausgang des Mischnetzwerkes 20 links neben dem Paket mit der Zeitmarke 63 gefunden werden (wobei alle anderen Felder im Sortierschlüssel gleich sind).
• Als letztes werden vor Bereitstellung der Verzögerung, die die Hauptfunktion des Verzögerungsblocks 30 ist, die Ausgänge der Logikschaltung 160 an einen Sortierer (wie den Sortierer 155) angelegt, der die an die Verzögerungselemente angelegten Pakete in Reihenfolge von Zieladressen umsortiert. Die Ausgabe des Sortierers wird in Block 30 an eine Ein-Paket-Verzögerung angelegt, die wie schon angedeutet einfach eine Menge von Schieberegistern sein kann, wobei jedes Register ein Paket speichert. Die Eingangs/Ausgangsverbindung der Signale des Pufferblocks 30 findet derart statt, daß die am weitesten rechts gelegene Ausgabe des Mischnetzwerks 40 mit dem am weitesten rechts gelegenen Eingang des Puffers 30 verbunden ist.
• Es kann beiläufig bemerkt werden, daß, wenn dies von Vorteil ist, die in dem Verzögerungsblock 30 beschriebene Umsortierung innerhalb des Trennungsnetzwerks 40 durchgeführt werden kann.
• Während die das Trennungsnetzwerk 40 mit Markierungsbit "11" verlassenden Pakete für den Puffer 30 bestimmt sind, sind nur das Trennungsnetzwerk 40 mit Markierungsbit "00" verlassende Pakete wirklich für das Erweiterungsnetzwerk 50 bestimmt. Das Erweiterungsnetzwerk 50 muß daher auch eine Vorverarbeitungslogikschicht enthalten, dessen Funktion jedoch etwas einfacher als die der Logikschaltungen 160 ist. Insbesondere müssen dem Erweiterungsnetzwerk vorgeschaltete Logikschaltungen 170 unveränderte Pakete mit Markierungsbit "00" erkennen und weitergeben und alle anderen Pakete blockieren bzw. auf Leerpaketzustand setzen. Die FIG. 7 stellt eine einfache Realisierung der Logikschaltung 170 dar. Sie enthält ein Flip-Flop 171, ein UND-Gatter 172 und ein Flip-Flop 173, die in Kombination den Markierungsbitzustand "00" erkennen und einfangen. Die Ausgabe des Flip-Flops 173 steuert einen Auswähler 174 an, der nur die Übertragung der für das Erweiterungsnetzwerk 50 bestimmten aktiven Pakete erlaubt.
• Das Erweiterungsnetzwerk 50 kann auf ähnliche Weise zu der des im oben erwähnten US-Patent 4,516,238 beschriebenen Erweiterungsnetzwerks aufgebaut sein, wo die alleinige Zielsteuerung im Erweiterungsnetzwerk das Zielfeld ist. Die einzige mögliche Schwierigkeit bei der erwähnten Auslegung des Erweiterungsnetzwerks ist die Art und Weise, auf die N Ausgaben, die Verbindung mit einem bestimmten Ziel wünschen, zu diesem Ziel vermittelt werden. Dieses Problem kann jedoch mit einigen Vorverarbeitungsschaltungen adressiert werden. Insbesondere besteht ein Weg zum Lösen des Problems der "mehrfachen Erscheinungen" darin, die Zieladresse mit der zulässigen Anzahl von Adressvorkommnissen zu multiplizieren und zur Zieladresse (dem Sortierungsschlüssel) ein Teilfeld niedriger Wertigkeit zuzufügen, das jedem Vorkommnis einer Zieladresse eine laufende Nummer zuweist. Das heißt, wenn die zulässige Anzahl von Vorkommnissen (zweckdienlicherweise) eine Binärzahl wie 4 ist, können die Zieladressen mit 4 (einer zwei-Bit-Verschiebung in der Adresse) multipliziert werden und zu jedem Paket wird ein Teilfeld mit einem Wert zwischen 0 und 3 zugefügt. Wenn es daher beispielsweise zwei Pakete an die Adresse 17 gibt, wird die Zieladresse für das erste Paket zur Adresse 68 (4 mal 17 plus 0) umgewandelt und die Zieladresse des zweiten Pakets wird in 69 umgewandelt. In der FIG. 8, die eine Ansammlung von Logikblöcken 180 darstellt, wird eine Schaltung dargestellt, die eine derartige Teilfelderzeugung realisiert.
• Der Eingang zur Schaltung der FIG. 8 ist die Ansammlung der Ausgangssignale von Logikschaltungen 170. Jeder Eingang wird an eine Vergleicherschicht angelegt, die im wesentlichen mit der Vergleicherschicht der FIG. 4 identisch ist. Der einzige Unterschied besteht darin, daß der Ausgang der Vergleicher 181 der FIG. 8 gegenüber dem Ausgang der Vergleicher der FIG. 4 umgekehrt ist. Das Ergebnis ist eine Folge von "Einsen" und "Nullen", wobei eine "0" die erste Erscheinung einer bestimmten Zieladresse markiert und eine "1" eine nachfolgende Erscheinung einer bestimmten Zieladresse andeutet.
• Der Ausgang eines Vergleichers 181 in einem Logikabschnitt 180 der FIG. 8 ist mit UND-Gattern 182 und 183, mit einem Eingang eines binären Addierers 184 und mit einem UND-Gatter 182 im nachfolgenden Logikteil 180 verbunden. Der Ausgang des UND-Gatters 182 ist mit dem zweiten Eingang des Addierers 184 und mit dem UND-Gatter 183 im nachfolgenden Logikteil 180 verbunden und der Ausgang des Addierers 184 ist mit dem binären Addierer 185 verbunden. Der Ausgang des Gatters 183 ist mit dem zweiten Eingang des Addierers 185 verbunden.
• Zur Darstellung der Funktionsweise der Schaltung der FIG. 8 werden die ersten vier Logikteile 180 gezeigt, wobei am Ausgang der Vergleicher eine Eingangsmenge
• 0,1,1,1
• ansteht. Dies entspricht vier Erscheinungen der niedrigstwertigen Zieladresse. Die Ausgabe "0" des ersten Vergleichers läuft zu den zwei Addierern der ersten und zweiten Teile 180, zum Addierer 184 des dritten Teils 180 und zum Addierer 185 des vierten Teils 180 weiter. Die Ausgänge der Addierer 184 bilden die Menge
• 0,1,2,2,
• und die Ausgänge der Addierer 185 bilden die Menge
• 0,1,2,3.
• Diese Ausgangsmenge wird mit dem auf Leitungen 175 neben den Ausgangsleitungen des Addierers 185 erscheinenden bestehenden Sortierungsschlüssel kombiniert und an ein wie oben angedeutet auf gebräuchliche Weise aufgebautes Erweiterungsnetzwerk 186 angelegt.
• In der FIG. 9 wird eine alternative Ausführungsform gezeigt. Sie umfaßt N benachbarte (im vorliegenden Fall vier) Erweiterungsnetzwerke 190, die so miteinander verbunden sind, daß die Eingangssignale zyklisch den vier Erweiterungsnetzwerken zugewiesen werden. Das heißt, es werden die ersten, fünften, neunten usw. Eingaben an das erste Erweiterungsnetzwerk angelegt, die zweiten, sechsten, zehnten usw. Eingaben an das zweite Erweiterungsnetzwerk usw. Die Ausgaben der Erweiterungsnetzwerke werden gruppiert und wie bei den Eingaben werden die Ausgaben jeder Gruppe zyklisch von den vier Erweiterungsnetzwerken abgeleitet. Das heißt, die ersten Ausgaben der vier Erweiterungsnetzwerke speisen die erste Gruppe, die zweiten Ausgaben der vier Erweiterungsnetzwerke speisen die zweite Gruppe usw. Die Ausgaben in jeder Gruppe werden auf kreisförmige Weise nach den Prioritäts- und Zeitfeldern sortiert. Mit einem Mischnetzwerk mit Breite vier kann die Priorität auf ein festes Muster gesetzt werden.
• Die Ausgabe des Expandierernetzwerks 50 ist in der Ausführungsform der FIG. 1 an den FIPO-Speicher 60 angelegt. Wie schon angedeutet ist der Speicher 60 ein Speicher mit "Eingabe nach Reihenfolge, Ausgabe nach Priorität". Er kann auf verschiedene Weisen aufgebaut sein. Ein Weg kann darin bestehen, eine priorisierte Konzentratorschaltung wie die von A. Huang in dem am 18. September 1984 ausgegebenen US-Patent 4,472,801 offenbarte einzusetzen. Insbesondere kann man ein Sortiernetz mit N + M Eingängen einsetzen, wobei N die Anzahl von Eingangsanschlüssen im Speicher 60 ist und M die Paketzahl ist, die der Speicher 60 speichern soll. In diesem Netzwerk ist das Sortierschlüsselfeld das Prioritätsfeld der Pakete und das Sortiernetzwerk gibt daher die angelegten Pakete mit dem Paket der höchsten Priorität an einem Ende und den Paketen der niedrigsten Priorität am anderen Ende aus. Die Ausgabe mit der höchsten Priorität ist auch die Ausgabe des FIPO- Speichers 60, während die nächsten M Ausgaben jeweils an ein Ein-Paket-Verzögerungselement (zum Beispiel ein Schieberregister) angelegt werden. Die Ausgaben der M Verzögerungselemente sind mit den M Eingängen des Sortiernetzwerks verbunden, wobei N-1 Ausgänge des Sortiernetzwerks unverbunden bleiben. Dies sind die Überlaufausgänge des FIPO-Speichers. Eine etwas kompliziertere Realisierungsform, die weniger Technik erfordert, kann durch Sortieren der Pakete (nach Priorität), die in den FIPO-Speicher 60 eingehen, realisiert werden. Dadurch könnte anstatt eines Sortiernetzwerks ein Mischnetzwerk benutzt werden.

Claims (8)

1. Ein Netz zur Wegelenkung von Paketen, die eine Zielbezeichnung und eine Prioritätsbezeichnung enthalten, wobei Signalpakete an eine Sortiereinheit (10) angelegt werden, ein Verzögerungsnetzwerk (30) verzögerte Pakete bereitstellt, und ein Mischnetzwerk (20), das auf eine von der Sortiereinheit gelieferte sortierte Paketmenge und eine vom Verzögerungsnetzwerk gelieferte verzögerte Paketmenge reagiert, gekennzeichnet durch:

ein Trennungsnetzwerk (40), das auf Ausgangssignale vom besagten Mischnetzwerk reagiert, um (a) Paketmengen mit einer gemeinsamen Zielbezeichnung zu kennzeichnen und (b) jede der besagten Paketmengen in eine erste Teilmenge und eine zweite Teilmenge zu trennen, so daß die Anzahl von Paketen in der besagten zweiten Teilmenge Null ist, solange die Anzahl von Paketen in der ersten Teilmenge weniger als eine vorgewählte Anzahl N ist, wobei N größer als 1 ist, und die Prioritätsbezeichnung von Paketen in der besagten ersten Teilmenge höher als die Prioritätsbezeichnung von Paketen in der besagten zweiten Teilmenge ist;

das auf Ausgaben des besagten Trennungsnetzwerks reagierende Verzögerungsnetzwerk (30);

ein Erweiterungsnetzwerk (50), bei dem als Reaktion auf Ausgangssignale des besagten Trennungsnetzwerks jede Zieladresse N-mal auftritt, zur Wegelenkung von Paketen der besagten ersten Teilmengen entsprechend den Zieladressen von vermittelten Paketen; und

eine Mehrzahl von Speichermitteln (60), die jeweils einen Ausgang und N mit den besagten Erscheinungsfällen eines gewählten Ziels am Ausgang des besagten Erweiterungsnetzes verbundene Eingänge zum Zuführen von Paketen zum besagten Ausgang aufweisen.

2. Das Netz nach Anspruch 1, wobei das besagte Trennungsnetzwerk auch Pakete von den besagten zweiten Teilmengen am Ausgang des besagten Trennungsnetzwerks gruppiert.

3. Das Netz nach Anspruch 1, wobei das besagte Trennungsnetzwerk Mittel (150) zum Anfügen einer Markierungsbezeichnung an für das besagte Verzögerungsnetzwerk bestimmte Pakete zum Bilden von markierten Paketen umfaßt.

4. Das Netz nach Anspruch 3, wobei das besagte Trennungsnetzwerk weiterhin Mittel (155) zum Sortieren von markierten Paketen nach Priorität enthält.

5. Das Netz nach Anspruch 4, wobei das besagte Trennungsnetzwerk weiterhin Mittel zum Kennzeichnen einer ausgewählten Anzahl von Paketen mit höchster Priorität unter den sortierten markierten Paketen, sowie Mittel (155) zum Sortieren der besagten ausgewählten Anzahl von Paketen mit höchster Priorität nach Ziel enthält.

6. Das Netz nach Anspruch 1, wobei das besagte Verzögerungsnetzwerk Mittel zum Kennzeichnen eines ausgewählten Anteils der besagten das besagte Verzögerungsnetzwerk (167) durchlaufenden Pakete als Zeitmarkenfeld und zum Ändern des Inhalts des besagten Zeitmarkenfelds zur Anzeige des Durchlaufs der das besagte Verzögerungsmittel durchlaufenden Pakete enthält; und

das besagte Trennungsnetzwerk (40) bei der Bestimmung des besagten Trennens jeder der besagten Paketmengen in eine erste Teilmenge und eine zweite Teilmenge Prioritäts- und Zeitmarkenfelder kombiniert.

7. Das Netz nach Anspruch 1, wobei jedes der besagten Speichermittel seinem Ausgang Pakete in der Prioritätsreihenfolge von dem besagten Speichermittel zugeführten Paketen zuliefert.

8. Eine Kommunikationsvermittlungseinrichtung zum Vermitteln von Eingangsdatenmeldungen mit veränderlichem Vorrang an entsprechende einer Mehrzahl von Zielen, und mit Mitteln (20) zum Zusammenführen von gegenwärtig empfangenen Meldungen mit vorher empfangenen Meldungen, die nicht an ihre entsprechenden Ziele weitergegeben worden sind, um eine Menge von zusammengeführten Meldungen zu bilden (Ausgang von 20), Meldungsauswählmitteln (40), Meldungsspeichermitteln (30) und Mitteln (50,60) zum Übertragen der ausgewählten Meldungen an entsprechende Ziele entsprechend ihrem Vorrang, dadurch gekennzeichnet, daß

das Meldungsauswählmittel ein Mittel zum Auswählen - für jedes Ziel - der N Meldungen mit dem höchsten Vorrang unter den zusammengeführten Meldungen mit dem besagten jeweiligen Ziel ist, wobei N eine vorgewählte Nummer größer als 1 ist, und

das Meldungsspeichermittel ein Mittel zum Speichern der T Meldungen mit dem größten Vorrang unter den derartig vom besagten Meldungsauswählmittel ausgewählten zusammengeführten Meldungen ist, wobei T eine weitere vorgewählte Nummer darstellt, wodurch die gespeicherten Meldungen für spätere Zusammenführungen durch die besagten Mittel zum Zusammenführen zur Verfügung gestellt werden.