DE69908911T2 - Zuweisungsvorrichtung für eine datenvermittlungsanlage - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf eine Zuteilungseinrichtung für eine Datenschaltvorrichtung zur Verwendung bei computergesteuerten digitalen Datenschaltsystemen.
• Viele Arten von Datenübertragungsvorrichtungen sind bekannt, die alle ihre eigenen besonderen Merkmale und Systeme haben. In jedem Fall wird beabsichtigt, dass die Datenschaltung und -Übertragung so schnell wie möglich mit der Vorrichtung erfolgen soll. Normalerweise werden Daten in „Paketen" versendet, die aus einer vorbestimmen Anzahl an Datenbits plus Steuerinformationen bestehen, die bestimmte Parameter der Daten oder ihren Übertragungsmodus anzeigen.
• Bei einer Datenschaltvorrichtung mit einer Anzahl an Benutzern mag es erforderlich sein, zu einem beliebigen Zeitpunkt eine Anzahl an unterschiedlichen Verbindungen zwischen Eingangsports und Ausgangsports zu erstellen. Bei jeglicher Form eines Schalters gibt es eine Begrenzung bezüglich der Anzahl an gleichzeitigen Zwischenverbindungen, die sich bilden können. Der Schalter wird am effektivsten betrieben, wenn die größtmögliche Anzahl an Zwischenverbindungen geformt ist und die Schaltvorrichtung oft das beinhaltet, was als „Zuteilungseinrichtung" bezeichnet wird, um diese maximale Anzahl an Zwischenverbindungen zu erreichen.
• Ein gutes Zuteilungsschema erfordert einen Ausgleich der potentiell einen Konflikt hervorrufenden Ziele des Sicherstellens, dass alle Ausgangsports verbunden werden, wo Anforderungen für eine Verbindung zu diesem Port bestehen (Effektivität), dass Verkehr mit hoher Priorität schnell bedient wird (Prioritisation) und dass ein Verkehr mit geringer Priorität nicht ignoriert wird (Fairness). Die vorliegende Erfindung wendet sich an alle diese Aufgaben und kann z. B. mit der Datenschaltvorrichtung, die in unserer ebenfalls anhängigen britischen Patentanmeldung GB 2328590A beschrieben und beansprucht ist, verwendet werden.
• Es sind unterschiedliche Arten von Zuteilungseinrichtungen bekannt. Das US-Patent Nr. 5,500,858 beschreibt z. B. eine Form einer Zuteilungseinrichtung, bei welcher Anforderungen für Zwischenverbindungen berücksichtigt und erfüllt werden unter Verwendung sogenannter „rotating priority iterative matching desynchronising scheduler units" (iterative Anpassungs-Desynchronisier-Zuteilungseinheiten mit rotierender Priorität). Die „Priorität" in diesem Fall bezieht sich auf die Priorität, die den Eingangs- und Ausgangsports zu jedem beliebigen Zeitpunkt gegeben ist um sicherzustellen, dass jeder Port eine gerechte Chance hat, dass die Verbindungsanforderungen erfüllt werden. Das US-Patent beschreibt weiterhin, wie die Schemata erweitert werden könnten, um Anforderungen bei mehreren Prioritätspegeln handzuhaben, das beschriebene Schema entbehrt jedoch an Fairness, d. h. Anforderungen mit geringer Priorität würden unter starken Belastungsbedingungen ignoriert, wo nur Anforderungen von hoher Priorität erfüllt werden.
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Datenschaltvorrichtung bereitzustellen, die eine Zuteilungseinrichtung beinhaltet, die so betrieben werden kann, dass sie eine größere Anzahl an Anforderungen für Zwischenverbindungen erfüllen kann als zuvor unter solchen Bedingungen möglich war.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Zuteilungseinrichtung nach Anspruch 1 bereitgestellt.
• Die vorliegende Erfindung überwindet die beim Stand der Technik vorhandenen Probleme durch Verwenden existierender Arten von Zuteilungseinheiten (z. B. die die in den US-Patenten Nr. 5,500,858 und 5,267,235 beschrieben sind, obwohl eine beliebige Zuteilungseinrichtung, die wie hier beschrieben betrieben wird, verwendet werden kann), die jedoch in einer neuartigen Anordnung verbunden werden. Die zu beschreibende Zuteilungseinrichtung mag z. B. mit der in unserer ebenfalls anhängigen britischen Patentanmeldung GB 2325890A beschriebenen und beanspruchten Datenschaltvorrichtung verwendet werden.
• Die Erfindung wird nun in Bezug auf die beiliegende Zeichnung beschrieben, die ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
• Die Zeichnung zeigt drei Pipeline-Stufen 10 bis 12, mit einem Prioritätsmischer 13, der zwischen den Pipeline-Stufen 10 und 11 verbunden ist. Eingangsverbindungen und Ausgangsverbindungen sind für die verschiedenen Pipelinestufen und den Prioritätsmischer wie gezeigt vorgesehen, und der Betrieb der Anordnung wird im folgenden beschrieben.
• Jede der Pipelinestufen 10, 11 und 12 arbeitet so, dass sie Eingangsverbindungs-Anforderungs-Vektoren RVi bei dem Prioritätspegel Pi und einen Verbindungsvektor CVi empfängt. In Reaktion auf diese Eingangssignale erzeugt die Pipelinestufe Ausgangssignale Queue Return QRet, Request Vector out RVo, Priority out Po und Verbindungsvektor out CVo. Die Anforderungsvektoren sind Bitfelder, wo jedes Bit einer möglichen Verbindung zwischen einem der Eingangsports und einem der Ausgangsports der Datenschaltvorrichtung entspricht. Das heißt, wenn es n Eingangsports und m Ausgangsports gibt, sind die Anforderungsvektoren n × m Bits breit, wobei ein Bit, das gesetzt ist, anzeigt, dass eine Verbindung angefordert wird von dem entsprechenden Eingangsport an den entsprechenden Ausgangsport, während ein Bit, das gelöscht ist, anzeigt, dass eine solche Verbindung zu diesem Zeitpunkt nicht erforderlich ist. Die Prioritätsfelder Pi und Po zeigen die Priorität der bei Eingang (RVi) bzw. Ausgang (RVo) angefragten Verbindung an. Die Verbindungsanforderungen von jedem Eingangsport haben alle dieselbe Priorität obwohl die Verbindungen, die von unterschiedlichen Eingangsport angefragt wurden, unterschiedliche Prioritäten haben können. Das Verbindungsvektorsignal CVo definiert Verbindungen, die von einer Schaltmatrix (nicht gezeigt) gemacht werden. Sie zeigen an, welcher Eingangsport, falls überhaupt, mit jedem Ausgangsport der Datenschaltvorrichtung verbunden werden soll. Die Queue Return Signale Qret stellen Verbindungsanforderungen dar, die nicht erfüllt werden können. Diese Anforderungen gehen zurück an die Eingangswarteschlangen der Datenschaltvorrichtung, die wieder angefragt werden können. Die von jeder Pipelinestufe ausgeführte Operation besteht darin, die Verbindungsanforderungen bei RVi zu berücksichtigen und so viele wie möglich davon zu erfüllen, wobei Details jeder erfüllten Verbindung an eine beliebige bereits bestehende bei CVi hinzugefügt werden und der kombinierte Satz von Verbindungen bei CVo präsentiert wird. Da jeder Eingangsport und jeder Ausgangsport nur bei einer Verbindung zu einem beliebigen Zeitpunkt involviert sein mag, wird jegliche Verbindungsanforderung, die einen Eingangsport oder Ausgangsport involviert, der bereits Teil einer erfüllten Verbindungsanforderung ist, nicht mehr länger in dem vorliegenden Verbindungssatz erfüllt werden und somit werden solche Anforderungen an die Eingangswarteschlangen (Signal Qret) zurückgeführt, wo sie als Teil eines nachfolgenden Verbindungssatzes betrachtet werden. Die restlichen Verbindungsanforderungen (die, für welche die entsprechenden Eingangs- und Ausgangsports immer noch für eine Verbindung zur Verfügung stehen) werden bei dem RVo Ausgang der Pipelinestufe vorgestellt, damit sie bei einer nachfolgenden Pipelinestufe berücksichtigt werden. Jegliche solche Anforderungen am Ausgang der letzten Pipelinestufe 13 (wo sie von keiner nachfolgenden Pipelinestufe berücksichtigt werden) werden an die Eingangsschlangen der Datenschaltvorrichtung wie bei Qret output zurückgeführt.
• Nun wird der Gesamtbetrieb der oben beschriebenen Zuteilungseinrichtung betrachtet. Am Eingang der ersten Pipelinestufe werden 10 Anforderungen für Verbindungen RVi bei einem einzelnen Prioritätspegel Pi präsentiert. Die erste Pipelinestufe 10 versucht dann, so viele dieser Anforderungen wie möglich zu erfüllen. Der Verkehr jedes Prioritätspegels wird der ersten Pipelinestufe 10 bei einer Frequenz proportional zu der erforderlichen Bandbreitenzuordnung für diesen Prioritätspegel präsentiert. Anforderungen von hohem Prioritätspegel z. B. könnten 50% der Zeit präsentiert werden, wenn eine 50% Bandbreitenzuordnung für Verkehr mit hoher Priorität erforderlich wäre. Die Verhältnisse, die jedem Prioritätspegel zugeordnet sind, hängen von der Anwendung ab und würden von dem Systemadministrator zugeordnet werden und wären unabhängig von dem Betrieb der Pipelinestufe. Eine Nachschlagtabelle kann verwendet werden, um die Prioritäten jedes Prioritätspegels zu definieren. Wenn es nur eine geringe Anzahl an Anforderungen bei der Priorität Pi gibt, macht die erste Pipelinestufe 10 keine Verbindungen und die meisten Eingangs- und Ausgangsports werden nicht in dem Verbindungssatz verwendet werden, der von dieser Stufe erzeugt wurde, noch gibt es viele Verbindungsanforderungen, die bei diesem Prioritätspegel offen sind, die durch die restlichen Pipelinestufen 11 und 12 erfüllt werden. Aus diesem Grund wird der Prioritätsmischer 13 zwischen die erste und zweite Pipelinestufe 10 und 11 eingeführt. Verbindungsanforderungen RV2i von Prioritäten außer Pi werden an den Prioritätsmischer 13 angelegt, die Prioritäten der Anforderungen werden durch P2i bezeichnet. Der Prioritätsmischer 13 entscheidet für jeden Eingangsport, ob die Anforderungen Rvi, die bei dem Prioritätspegel Pi von der ersten Pipelinestufe 10 verbleiben, oder die neuen Anforderungen RV2i weitergegeben werden sollen. Diese Entscheidung erfolgt auf der Basis der Wahl, welcher Satz von Anforderungen die höchste Anzahl an Anforderungen hat, die in dem momentanen Verbindungsvektor CVi immer noch erfüllt werden könnte, wobei berücksichtigt wird, welche Eingangs- und Ausgangsport bereits von erfüllten Verbindungsanforderungen verwendet werden. Dies erzeugt eine höhere Verbindungsfähigkeit in der Datenschaltvorrichtung als wenn nur Anforderungen einer einzelnen Priorität betrachtet würden, d. h. sie ist effektiver. Dies ermöglicht auch eine gute Leistung für Verkehr mit niedriger Priorität in der Abwesenheit eines beliebigen Verkehrs mit höherer Priorität, da die Anforderungen von niedriger Priorität bei der zweiten Pipelinestufe 11 über den Prioritätsmischer 13 präsentiert werden können, unabhängig davon, wie wenig häufig Anforderungen von niedriger Priorität zur Präsentation an die erste Pipelinestufe 10 ausgewählt werden. Das Verbindungsvektor-Ausgangssignal CVo der letzten Pipelinestufe 13 definiert alle Verbindungen, die durch die Datenschaltvorrichtung in dem nächsten Betriebszyklus erfolgen sollen.
• Da das Mischen von Anforderungen mit unterschiedlichen Prioritäten bei der zweiten und nachfolgenden Stufen der Zuteilungseinrichtung eine größere Effektivität erzeugt, könnte es als eine gute Idee erscheinen, dasselbe bei der ersten Pipelinestufe 10 zu tun. Die Zuteilungseinheiten, die jede Pipelinestufe bilden, berücksichtigen jedoch selbst nicht die Priorität jeder Anforderung, d. h. sie behandeln alle Anforderungen gleich. Wenn somit Anforderungen von unterschiedlichen Prioritäten der ersten Pipelinestufe präsentiert werden, gäbe es kein Prioritätskonzept überhaupt in der Zuteilungseinrichtung, da die Anforderungen mit niedriger Priorität gleichermaßen mit den Anforderungen mit hoher Priorität für Verbindungen im Wettstreit stehen. Somit zeigt sich, dass die erste Pipelinestufe eine Prioritisation und Fairness wie oben definiert bereitstellt, während die nachfolgenden Pipelinestufen bessere Effektivität bieten.
• Weitere Pipelinestufen können hinzugefügt werden, wenn erachtet wird, dass drei Stufen keine ausreichend hohe Effektivität der Schalterverwendung bereitstellen können. Es gibt einen Austausch zwischen Schalterverwendung (wie viele Verbindungsanforderungen zu jedem Zeitpunkt erfüllt werden können) und Latenz (jede Pipelinestufe erfordert Betriebszeit) so dass die Anzahl an erforderlichen Pipelinestufen davon abhängt, welches Gleichgewicht dieser Faktoren für eine bestimmte Ausführungsform erforderlich ist. Im allgemeinen sind mehr Pipelinestufen erforderlich zum Erzeugen eines maximalen Satzes an Verbindungen, wenn die Anzahl an Ports in der Datenschaltvorrichtung zunimmt. Außerdem mögen die Prioritätsmischelemente zwischen anderen der Pipelineeinheiten angeordnet werden, um die Effektivität, falls erwünscht, weiter zu steigern.
• Es mag Fälle geben, wenn z. B. bestimmte Verbindungen zwischen Eingangsports und Ausgangsports für eine Zeitspanne (statische oder permanente Verbindungen) beibehalten werden sollen. Alternativ mag es erforderlich sein, zu bestimmten Zeiten spezielle Eingangsport oder Ausgangsports zu blockieren (z. B. während einer Systemwartungszeit). In ähnlicher Weise mag es zu bestimmten Zeiten erforderlich sein, Verbindungen von einem Eingangsport zu mehr als einem Ausgangsport gleichzeitig zu erstellen (Multicast). Alle diese Einrichtungen mögen in Datenschaltvorrichtungen enthalten sein, die die oben beschriebene Zuteilungseinrichtung verwenden. Dies erfolgt durch Verbindung der entsprechenden Logik mit den Eingängen der ersten Pipelinestufe 10 und/oder dem Prioritätsmischer 13. Zum Beispiel zum Erzeugen einer permanenten Verbindung zwischen einem Eingangsport und einem Ausgangsport könnte der CVi Eingang der ersten Pipelinestufe 10 voreingestellt werden, um die erforderliche(n) Verbindungen) anzuzeigen und nicht alle Bits gelöscht zu haben (was anzeigt, dass es keine vorher bestehenden Verbindungen gibt). Eingangs- und Ausgangsports können blockiert werden, indem die entsprechenden Bits des RVi Eingangs der ersten Pipelinestufe 10 und der RV2i Eingang des Prioritätsmischers 13 ausgeblendet werden. Multicast-Verbindungen können auf dieselbe Weise erfolgen wie permanente Verbindungen außer dass mehr als ein Ausgangsport eingerichtet wird zum Verbinden mit dem gewünschten Eingangsport. In jedem dieser Fälle arbeitet die Zuteilungseinrichtung um die existierenden Verbindungen oder blockierten Ports herum und stellt jegliche mögliche Verbindung zwischen den restlichen nicht verbundenen und nicht blockierten Eingangs- und Ausgangsports her.

Claims (8)

1. Planungseinrichtung für eine Datenschaltvorrichtung mit einer Mehrzahl von Eingangsports und einer Mehrzahl von Ausgangsports, wobei die Planungseinrichtung vorgesehen ist zur Verarbeitung einer Mehrzahl von Verbindungsanforderungen (RVi), wobei jede Anforderung eine Verbindung zwischen einer Untermenge der genannten Eingangsports und einer Untermenge jeweiliger Ausgangsports anfordert, und jede Anforderung (RVi) einem Prioritätsniveau (Pi) zugeordnet ist, das eines einer vorbestimmten Anzahl von Prioritätsniveaus ist; wobei die Planungseinrichtung umfasst: eine Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen eines ersten Satzes der genannten Anforderungen (RVi) gemäß den entsprechenden Prioritätsniveaus; und eine erste Pipelinestufe (10) zum Empfangenes ersten Satzes von Anforderungen und Erfüllen von zumindest einigen des ersten Satzes von Anforderungen; und dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin umfasst: eine Prioritätsmischeinrichtung (13) zum Bestimmen eines weiteren Satzes von genannten Anforderungen, wobei der weitere Satz aus denjenigen Anforderungen des ersten Satzes besteht, die nicht erfüllt wurden, und aus Anforderungen (RV2i) von der genannten Mehrzahl von Anforderungen (RVi), die nicht Teil des ersten Satzes waren und die ein beliebiges Prioritätsniveau haben; und eine zusätzliche Pipelinestufe (11) zum Identifizieren von Anforderungen in dem weiteren genannten Satz, die erfüllt werden können, und zum Erfüllen der identifizierten Anforderungen.
2. Planungseinrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Bestimmungseinrichtung zu jedem Zeitpunkt bestimmt, dass der erste Satz von Anforderungen das selbe Prioritätsniveau (Pi) hat, welches ein ausgewähltes Prioritätsniveau ist.
3. Planungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei die Bestimmungseinrichtung das ausgewählte Prioritätsniveau mit der Zeit variiert, wobei das Verhältnis der Zeit, für die das ausgewählte Prioritätsniveau jedes der vorbestimmten Anzahl an Prioritätsniveaus (Pi) annimmt, entsprechend einem jeweiligen vorbestimmten Verhältnis ist.
4. Planungseinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, die weiterhin eine weitere Pipelinestufe (12), die die Anforderungen empfängt, die nicht von der zusätzlichen Pipelinestufe (11) erfüllt werden, oder eine Mehrzahl von sukzessiven weiteren Pipelinestufen aufweist, wobei die erste der sukzessiven weiteren Pipelinestufen die Anforderungen empfängt, die nicht von der zusätzlichen Pipelinestufe (11) erfüllt werden, und jede der anderen sukzessiven weiteren Pipelinestufen die Anforderungen empfängt, die nicht von der vorhergehenden weiteren Pipelinestufe erfüllt wurden.
5. Planungseinrichtung nach Anspruch 4, die weiterhin umfasst: eine Prioritätsmischeinrichtung, die vor einer der weiteren Pipelinestufen vorgesehen ist, um an diese weitere Pipelinestufe zusätzliche Anforderungen der genannten Anforderungen zu übertragen, die nicht erfüllt wurden.
6. Planungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche eine Datenanordnung (CVi, CVo) verwendet, die Verbindungen definiert, wobei die Pipelinestufe die Anforderungen erfüllt, indem sie die Datenanordnung modifiziert.
7. Planungseinrichtung nach Anspruch 6, wobei beim Empfangen von Instruktionen, die vorbestimmte Verbindungen zwischen einigen der Ports spezifizieren, die Datenanordnung (CVi) so modifiziert wird, dass sie die vorbestimmten Verbindungen beinhaltet, wodurch die Pipelinestufen nur Anforderungen erfüllen, die mit den vorbestimmten Verbindungen übereinstimmen.
8. Planungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die weiterhin eine Einrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, beim Empfangen von Instruktionen, Verbindungen mit oder von einem der Eingangs- oder Ausgangsports zu blockieren, die Eingangssignale an die erste Pipelinestufe und den Prioritätsmischer zu modifizieren, um Verbindungen an oder von diesen blockierten Ports zu verhindern.