FI104671B - Kytkentäkenttäjärjestely - Google Patents

Description

104671

Kytkentäkenttäjärjestely Keksinnön ala 5 Keksintö liittyy yleisesti pakettivälitteisessä tietoliikenneverkossa toteutettavaan kytkentään. Tarkemmin sanottuna keksintö koskee tällaisessa verkossa, erityisesti ATM-verkossa käytettävää kytkentäkenttäjärjestelyä.

Keksinnön tausta 10 Seuraavan selityksen ymmärtämisen helpottamiseksi määritellään aluksi joitakin jatkossa käytettyjä termejä.

Kytkentäkenttä tai kytkentämatriisi (molempia nimityksiä käytetään) koostuu useista kytkentäelementeistä (switching element), jotka ovat joko keskenään samanlaisia tai erilaisia ja jotka on liitetty keskenään tietyn topolo-15 gian mukaisesti. Alan (englanninkielisessä) kirjallisuudessa kytkentäkentästä käytetään myös nimitystä “switching network”, koska kytkentäelementit muodostavat ko. topologian mukaisen verkon. Kytkentäkenttä on siis määritelty, .V: kun on määritelty kytkentäelementit ja niiden väliset liitännät.

Kytkentäkenttä kootaan kytkentäelementeistä liittämällä useita kyt- « 20 kentäelementtejä verkoksi, jossa kytkentäelementtejä on sekä keskenään : rinnakkain että peräkkäin. Keskenään rinnakkaiset kytkentäelementit muo- :·. dostavat yhden kytkentäportaan. Peräkkäisissä kytkentäportaissa olevat

• · I

kytkentäelementit on liitetty toisiinsa kytkentäkentän sisäisillä yhteyksillä (linkeillä) em. topologian mukaisesti.

;.t 25 Kytkimellä (switch) tarkoitetaan sitä kokonaisuutta, joka rakentuu

• M

\.. kytkentämatriisin ympärille. Kytkimellä tarkoitetaan siis mitä tahansa elimiä, I » i joilla suoritetaan tietoliikenneverkossa välitettävien signaalien kytkentää.

• · : *·· Tässä yhteydessä kytkin on pakettikytkin, koska keksintö koskee pakettivälit- • · · * ‘,..1 teisessä tietoliikenneverkossa, erityisesti ATM-verkossa suoritettavaa kytken- 30 tää. Kytkimestä käytetään joskus myös nimitystä kytkentäjärjestelmä ' · · · (switching system).

ATM (Asynchronous Transfer Mode) on yhteydellinen (connection-oriented) pakettikytkentätekniikka, jonka kansainvälinen telealan standardointijärjestö ITU-T on valinnut laajakaistaisen monipalveluverkon (B-ISDN) toteu-35 tustekniikaksi. ATM-verkossa on perinteisten pakettiverkkojen (kuten X.25- 104671 2 verkot) ongelmia poistettu siirtymällä käyttämään lyhyitä, vakiomittaisia paketteja (53 oktettia), joita kutsutaan soluiksi (cell). Jokainen solu koostuu 48 oktetin mittaisesta hyötykuormaosasta ja 5 oktetin mittaisesta otsikosta. Otsikko sisältää muun tiedon ohella osoitetietoa, jonka perusteella solu reititetään 5 ATM-verkossa. ATM-verkkoa ei tässä yhteydessä kuvata tämän enempää, koska se ei ole tarpeellista keksinnön ymmärtämisen kannalta. Tarkemman kuvauksen löytää tarvittaessa kansainvälisistä standardeista tai alan oppikirjoista.

Perinteisen TDM-verkon (Time Division Multiplexing, jota kutsutaan 10 myös nimellä STM, Synchronous Transfer Mode) kytkimiä ei voida suoraan soveltaa ATM-verkossa suoritettavan kytkennän hoitamiseen. Myöskään perinteisiä pakettiverkkoja varten kehitetyt kytkinratkaisut eivät yleensä ole sopivia ATM-verkon kytkimiksi. Optimaalisen ATM-kytkinarkkitehtuurin valintaan vaikuttaa nimittäin paitsi kiinteä solukoko sekä solun otsikon rajallinen 15 toiminnallisuus, myös soluvirran tilastollinen käyttäytyminen sekä se, että ATM-kytkimen on toimittava hyvin suurella nopeudella (tällä hetkellä tyypillisesti 150...600 Mbit/s).

.·. Kuviossa 1 on esitetty ATM-kytkimen perusperiaate ulkoa päin tar- :·. kasteltuna. Kytkimessä on n kappaletta tulojohtoja I,...In ja m kappaletta läh- /:, 20 töjohtoja Ov..Om. Kutakin tulojohtoa pitkin tulee ATM-kytkimeen 11 soluvirta .·, ; CS. Soluvirran yksittäisen solun otsikkoa on merkitty viitemerkillä HD. Solut ;.'t ' kytketään ATM-kytkimessä tulojohdolta l( lähtöjohdolle O, ja samalla muunne-

< I I

taan solun otsikon arvo tulevasta arvosta lähtevään arvoon. Tätä varten on 4 · « * kytkimessä muunnostaulukko 12, jonka avulla mainittu muunnos tapahtuu. 25 Kuten taulukosta havaitaan, kytketään esim. kaikki ne solut, jotka tulevat • · johdolta It ja joiden otsikon arvo on X, lähtöjohdolle O, jolloin niiden otsikko • 4 4 saa samalla arvon K. Eri tulojohdoilla voi esiintyä samoja otsikkoarvoja; esim. tulojohdolta ln tulevat solut, joiden otsikon arvo on myös X kytketään myös lähtöjohdolle O,, mutta niiden otsikko saa lähtevällä johdolla arvon J.

\i. 30 Kytkimen päätehtävät ovat siis solujen (pakettien) siirto tulojohdolta halutulle lähtöjohdolle ja otsikon muunnos. Kuten kuviostakin ilmenee, saattaa kaksi solua kuitenkin samanaikaisesti pyrkiä samalle lähtöjohdolle. Tätä varten täytyy kytkimessä olla puskurointikykyä, jotta tällaisissa tilanteissa ei tarvitsisi tuhota soluja. Kytkimen kolmas päätehtävä onkin puskuroinnin järjestäminen. 35 Se tapa, jolla nämä kolme päätehtävää toteutetaan ja se, missä osassa kyt- , 104671

O

kintä toteutus hoidetaan, erottaa erilaiset kytkinratkaisut toisistaan.

ATM-kytkentäkentät voidaan puolestaan jakaa edelleen kahteen luokkaan riippuen siitä, ovatko kentässä käytettävät kytkentäelementit puskuroituja vai puskuroimattomia.

5 Puskuroimattomia kytkentäelementtejä käyttävässä kentässä solujen reititys kentän läpi toimii solutasolla siten, että reitti valitaan jokaiselle solulle erikseen riippumatta siitä, mille virtuaalikanavalle solu kuuluu. Solujen siirrossa kentän läpi voidaan yksinkertaistettuna ajatella olevan kaksi vaihetta. Ensimmäisessä vaiheessa solut lähetetään tuloporteista kentän läpi ja toisessa 10 vaiheessa joko kytkentäelementit tai lähtöportit kertovat tuloportille, mitkä solut onnistuivat läpäisemään kentän. Jälkimmäinen vaihe on suoritettava, sillä solujen mahdollisesti yrittäessä käyttää kentän samaa sisäistä linkkiä on yhtä solua lukuunottamatta kaikki muut samanaikaiset solut tuhottava, koska kyt-kentäelementeissä ei ole puskureita. Tällaisen kytkentäkentän ongelmana on, 15 että sen kaikkien elementtien täytyy toimia keskenään synkronoidusti eli kaikkien elementtien ja tulo- ja lähtöporttien täytyy olla yhtaikaa edellä kuvatuissa vaiheissa. Koska solujen lähetys on hyvin nopeaa ja käytännössä saatetaan tarvita vielä useita muitakin vaiheita kuin edellä kuvatut kaksi, synkronisuutta ei

I I I

onnistuta saavuttamaan ainoastaan elementtien välisillä kättelysignaaleilla, I I ( '.;. 20 vaan kaikkia elementtejä täytyy tahdistaa yhdestä kellolähteestä, jonka sig- , naalin jakaminen kaikille elementeille on hankalaa, mikäli kytkentäkenttä on : ' hyvin laaja ja se on jouduttu jakamaan useille pistoyksiköille. Huomattakoon « « _ <11 vielä, että myös puskuroimattomilla kytkentäelementeillä varustetussa kytki- ** ' messä on oltava puskurointikykyä joko kentän tulo- tai lähtöporteissa, jotta 25 samanaikaisesti kytkimen samalle lähtöjohdolle pyrkiviä soluja ei tarvitse : ” tuhota.

»·· :·| ‘ Puskuroiduista kytkentäelementeistä rakennetussa kytkentäkentässä ei ole edellä mainittua synkronointivaatimusta. Solujen reitti kytkentäkentän Γ": läpi voidaan valita virtuaalikanavakohtaisesti. Tämän takia joudutaan kuitenkin • · * \§ 30 yleensä pitämään kirjaa kytkentäkentän sisäisten linkkien kuormasta. Pusku- roitu kytkentäkenttä on yleensä yhteystasolla estollinen, sillä sen rakentaminen estottomaksi vaatii yleensä niin paljon ylimääräistä kapasiteettia, ettei se ole enää taloudellisesti kannattavaa. Estollisessa kentässä on yhteyden reitin valinta hyvin kriittinen tekijä, kun pyritään pienentämään estoa.

35 Edellä esitetyn johdosta monet valmistajat ovat etsineet ratkaisua 4 104671 keinosta, jossa reitti valitaan solutasolla myös puskuroiduilla kytkentäelemen-teillä varustetussa kytkentäkentässä. Jotta kentän sisäisten linkkien kuormasta ei tarvitsisi pitää kirjaa ja jotta kuormitus jakautuisi tasaisesti, solun reitti valitaan yleensä satunnaisesti. (Valinta voidaan tehdä myös sopivan ei-5 satunnaisen algoritmin mukaisesti.) Tällöin kytkentäkenttä saadaan estottomaksi kohtuullisin kustannuksin.

Koska solujen reitti vaihtelee tällaisessa satunnaisreitityksessä, on mahdollista, että myöhemmin lähetetty solu kulkee nopeammin kytkentäkentän läpi ja ohittaa aikaisemmin lähetetyn solun. Tämä johtuu siitä, että kytkentä-10 elementtien kuormitus ja siten myös niiden puskurien täyttöasteet vaihtelevat jatkuvasti, jolloin myös solun kentässä viettämä aika vaihtelee eri aikoina ja eri reiteillä. Solujen järjestyksen muuttumisen korjaamiseksi tarvitaan erityisratkaisuja, joita kutsutaan uudelleenjärjestelyksi (re-sequencing).

Solujen uudelleenjärjestelyssä on kaksi erilaista perusratkaisua sen 15 mukaan, missä osassa kytkentäkenttää uudelleenjärjestelyä suoritetaan. Solut voidaan järjestellä joko kytkentäkentän jälkeen tätä tarkoitusta varten varatuissa uudelleenjärjestely(mikro)piireissä (vaihtoehto 1) tai järjestely voidaan suorittaa jo kytkentäkentän sisällä sen kytkentäportaiden välillä (vaihtoehto 2).

' Edellisestä vaihtoehdosta on olemassa useita erilaisia variaatioita, 20 eräs toteutustapa on kuvattu US-patentissa 5,481,536.

’ ’ Yhteistä edellä mainituille ratkaisuille on se, että solun käyttämä aika

f · I

; kytkentäkentän läpi (vaihtoehto 1) tai kytkentäelementeille (vaihtoehto 2) \ ’ mitataan esim. käyttämällä aikaleimaa ja sen jälkeen solua viivästetään sen I » ‘ verran, että jokin ennalta valittu maksimiaikaraja ylittyy. Tämä takaa sen, että 25 kaikkien solujen viive kytkentäkentän läpi pysyy samana. Näiden ratkaisujen : *” epäkohtana on kuitenkin se, että ne vaativat hyvin monimutkaisen, rinnak- « · · v : kaista prosessointia käyttävän piirin kytkentäkentän lähtöporteissa (vaihtoehto * 1) tai kytkentäelementeissä (vaihtoehto 2).

« ,*··; US-patentissa 5,337,308 on kuvattu vaihtoehtoon 2 kuuluva ratkaisu, «I» 30 jossa jokaiseen kytkentäkenttään tulevaan soluun liitetään saapumishetkestä riippuva aikaleima. Kytkentäkentän sisällä, yksittäisessä kytkentäelementissä, tarkkaillaan tulopuskurien kärjessä olevien solujen aikaleimoja, jotta saataisiin selville näiden aikaleimojen minimiarvo. Kun jokin lähtöpuskureista on tyhjä, generoidaan tilalle täytesolu, jonka aikaleimalle annetaan mainittu minimiarvo. 35 Näiden täytesolujen avulla kytkentäelementti pystyy antamaan seuraavan 104671 5 kytkentäportaan kytkentäelementille aikainformaation, jonka perusteella seu-raavan portaan elementti pystyy, mahdollisimman pienellä viiveellä, järjestelemään elementissä olevat solut (paketit) oikeaan järjestykseen ja välittämään ne eteenpäin oikeassa järjestyksessä.

5 Tässäkin US-patentissa kuvatun ratkaisun ensisijaisena epäkohtana on solujen uudelleenjärjestelyn vaatima raskas vertailu. Kun jokin tulopuskuri vastaanottaa solun, verrataan ko. solun sisältämää aikaleimaa kaikkien muiden tulopuskureiden kärjessä olevien solujen aikaleimoihin. Vertailun perusteella löydetään solu, jolla on pienin aikaleima, jolloin kyseiselle puskurille 10 annetaan siirtokomento solun siirtämiseksi ulos puskurista. Jokaista siirrettävää solua kohti joudutaan näin ollen suorittamaan N vertailua, kun N on kyt-kentäelementtiin tulevien ja kytkentäelementistä lähtevien linkkien lukumäärä.

Edellisistä poikkeava uudelleenjärjestelyratkaisu on kuvattu US-patentissa 5,485,457. Tässä ratkaisussa käytetään hyväksi kytkentäkentän 15 kolmiportaista rakennetta, jolloin solut ovat vielä suhteellisen helposti järjestettävissä kolmannessa portaassa, tosin ratkaisu edellyttää kolmannen portaan kytkentäelementeissä laskennallisesti raskasta vertailua kulloinkin pienimmän aikaleiman löytämiseksi. Tässä ratkaisussa ensimmäinen kytkentä-

• · I

porras on puskuroimaton ja toiselta kytkentäportaalta lähetetään kytkentävii-20 veen pienentämiseksi kolmannelle kytkentäportaalle tyhjä solu ilmoittamaan '' ’ ‘ tietyn puskurin tyhjenemisestä toisessa kytkentäportaassa.

/ 1 Tämän ratkaisun epäkohtana on sen vaatiman raskaan vertailupro- i » ', ' sessin lisäksi se, että ratkaisu ei salli kytkentäkentän joustavaa laajentamista (kytkentäelementtien ja/tai kytkentäportaiden lukumäärän joustavaa kasvatta-25 mistä).

• 4 « \ f * · • 0 f v : Keksinnön yhteenveto

Keksinnön tarkoituksena on päästä eroon edellä kuvatuista epäkoh- i"‘> dista ja saada aikaan menetelmä, jonka avulla pakettien uudelleenjärjestely «Il \ 30 pystytään toteuttamaan entistä yksinkertaisemmin ja lisäksi siten, että kytken- "1. täkenttä on helposti laajennettavissa.

»tili Tämä päämäärä saavutetaan ratkaisulla, joka on määritelty itsenäisessä patenttivaatimuksessa.

Keksinnön ajatuksena on käyttää aikaleimoina ennalta määrättyä 35 määrää diskreettejä arvoja ja aikaleimakohtaisia puskureita, joihin paketit 104671 6 talletetaan siten, että kukin saapuva paketti talletetaan sen aikaleimaa vastaavaan puskuriin. Aikaleimakohtaisia puskureita luetaan puskuri kerrallaan tyhjiksi.

Tällaisen uudelleenjärjestelyn yhteydessä on, viiveen minimoimiseksi, 5 edullista käyttää hyväksi edellä kuvatun kaltaista perusratkaisua, jossa jokaiseen saapuvaan pakettiin (tai soluun) liitetään saapumishetkestä riippuva aikaleima ja kytkentäkentän sisäisten täytepakettien avulla välitetään kytken-täelementiltä toiselle datapakettien saapumisesta riippumattomasti aika-leimainformaatiota, joka on oleellisesti jatkuvaa ja joka muodostetaan kytken-10 täelementtiin sisään tulevan aikaleimainformaation perusteella.

Keksinnön toisen edullisen suoritusmuodon mukaisesti paketteja luetaan kytkentäelementin tulopuskureilta aikaleimakohtaisille puskureille ylläpitäen samalla tietoa pienimmästä aikaleimasta, jota vastaava paketti on kulloinkin luettu tulopuskureilta. Aikaleimakohtaisista puskureista luetaan 15 paketit ulos tätä arvoa hyväksikäyttäen siten, että kulloinkin luetaan sellaista aikaleimakohtaista puskuria, jota vastaava aikaleima on pienempi tai yhtä suuri kuin edellä mainittu pienin aikaleima.

Keksinnön mukainen ratkaisu tarjoaa selkeän ja yksinkertaisen uu-

• · I

delleenjärjestelytavan, eikä se vaadi piiritoteutukselta suurta rinnakkaisuutta

« t I

20 (monimutkaisuutta). Kaikki kytkentäelementit voidaan toteuttaa samanlaisina, i · ·_ , joten kenttää voidaan helposti laajentaa lähes rajatta, kunhan huolehditaan : ’ siitä, että solujen maksimiviive ei tule liian suureksi.

,,, Keksinnön mukainen ratkaisu ei myöskään edellytä kytkentäelemen- v ‘ tissä suurta puskurointikykyä, esim. tulopuskurit voivat olla ainoastaan yhden 25 solun mittaisia. Lisäksi ratkaisun avulla saadaan kytkentäkentän aiheuttama • « '· [' kytkentäviive pieneksi, koska uudelleenjärjestelyn mahdollistava aikainformaa- »rv *'* * tio saadaan välitettyä nopeasti kytkentäelementiltä toiselle.

k ' 4 9

Kuvioluettelo \t 30 Seuraavassa keksintöä ja sen edullisia toteutustapoja kuvataan tar- « kemmin viitaten kuvioihin 2...7d oheisten piirustusten mukaisissa esimerkeissä, joissa kuvio 1 esittää ATM-kytkennän perusperiaatetta, kuvio 2 esittää keksinnön mukaista kytkentäkenttää yleisellä tasolla, 35 kuvio 3 esittää erästä keksinnön mukaista kytkentäkenttää, 104671 7 kuvio 4 havainnollistaa kytkentäkentän reunalla suoritettavaa solujen aikaleimausta, kuvio 5 esittää kytkentäkentän sisällä kulkevan solun rakennetta, kuvio 6a esittää keksinnön mukaista yksittäistä kytkentäelementtiä, 5 kuvio 6b esittää kytkentäkentän sisäiselle linkille lähetettävää solujo- noa, ja kuviot 7a...7d havainnollistavat kytkentäelementin sisältämän uudelleenjärjestely-yksikön toimintaa.

10 Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus

Keksinnön mukaisen ratkaisun selventämiseksi seuraavassa kuvataan ensin erästä keksinnön mukaista kytkintä yleisellä tasolla. Tällä tasolla ratkaisut ovat vielä sinänsä tunnettuja.

Kytkin voidaan jakaa kuviossa 2 esitetyllä tavalla toiminnallisesti 15 kolmeen eri osaan: aikaleimausosaan TSU, jakeluosaan RRS ja reititysosaan RS. Näistä vain kaksi viimeistä sisältävät kytkentäelementtejä, joten ne muodostavat varsinaisen kytkentäkentän (tai kytkentämatriisin).

Kytkentäkentän edessä sijaitsee solujen aikaleimausosa TSU, joka käsittää yhden aikaleimausyksikön ALj kutakin tulojohtoa lj (i=1...n) kohti.

20 Nämä aikaleimausyksiköt leimaavat saman ajan niille soluille, jotka saapuvat oleellisesti samanaikaisesti kytkentäkenttään. Jakeluosa RRS reitittää solut satunnaisesti tai tietyn ennalta määrätyn algoritmin mukaan niin, että tiettyyn

III

tulojohtoon tulevat solut jakautuvat mahdollisimman tasaisesti jakeluosan edullisesti kaikille lähtöjohdoille. Tällä tavoin voidaan solujen virta jakaa tasai-25 sesti kaikkien käytettävissä olevien polkujen kesken, mikä puolestaan pienen- * * * tää kytkimen sisäistä estoa. Reititysosa RS reitittää puolestaan solun oikeaan *. lähtöporttiin solun sisältämän reititystunnisteen perusteella. Reititysosa on siis • · • ’·· sellainen, että kaikki tietyn lähtöporttiosoitteen sisältävät solut reitittyvät kysei- r • · · seen lähtöporttiin riippumatta siitä, mihin reititysosan tuloporttiin ne saapuvat • _ 30 jakeluosasta.

IM· _

Keksinnön mukaisessa kytkimessä solun kulkema polku muodostuu näin ollen satunnaisesti tai tietyn algoritmin mukaan valitusta ensimmäisestä osasta ja toisesta osasta, joka valitaan reititysinformaation perusteella siten, että solu ohjautuu oikeaan lähtöporttiin. Tällainen rakenne on sinänsä tunnet- 35 tu.

104671 8

Kytkentäkentän tyyppi tai tarkempi rakenne ei ole keksinnön kannalta oleellinen, sillä keksinnön mukaista menetelmää voidaan soveltaa hyvin moniin eri tyyppisiin kytkentäkenttiin, esim. Benes-, Clos- tai Delta-tyyppisiin kytkentäkenttiin. Oleellista kytkentäkentälle on ainoastaan se, että siitä löytyy 5 jakeluosa, jonka kultakin yksittäiseltä tulojohdolta (lj( j = 1...n) voidaan muodostaa reitit jakeluosan edullisesti jokaiseen lähtöjohtoon (ROv..ROk) ja että siitä löytyy reitittävä osa, jossa jokaisesta tulojohdosta (ROjt i=1...k) voidaan muodostaa ainakin yksi reitti haluttuun (reititysinformaation mukaiseen) lähtö-johtoon (Oj). Näiden osien keskinäinen järjestys ja niiden määrä ei ole oleelli-10 nen keksinnön kannalta.

Kuviossa 3 on esitetty erästä keksinnön mukaista kytkentämatriisia, joka on tässä esimerkissä kolmiportainen Clos-tyyppinen kytkin, jossa sekä ensimmäisessä portaassa että kolmannessa portaassa on k kappaletta kyt-kentäelementtejä SE (jotka on numeroitu yhdestä kihon). Ensimmäisen por-15 taan kytkentäelementtejä on merkitty viitemerkillä SE(1), toisen portaan kyt-kentäelementtejä viitemerkillä SE(2) ja kolmannen portaan kytkentäelementtejä viitemerkillä SE(3). Kussakin ensimmäisen portaan kytkentäelementissä on n’ kappaletta tuloja ja m kappaletta lähtöjä. Kussakin kolmannen portaan kytkentäelementissä on puolestaan m kappaletta tuloja ja n’ kappaletta lähtöjä. 20 Keskimmäisessä portaassa on yhteensä m kappaletta kytkentäelementtejä, : joissa kussakin on k kappaletta tuloja ja k kappaletta lähtöjä. Ensimmäisen portaan kytkentäelementit on liitetty toiselle portaalle siten, että kukin kytken-täelementin lähdöistä on liitetty eri kytkentäelementiile toisessa portaassa. Lisäksi ensimmäisen kytkentäportaan kytkentäelementit liitetään järjestykses- :·. 25 sä eri tuloihin toisen kytkentäportaan kytkentäelementissä. Tarkemmin sanot- • · *.·;·. tuna, ensimmäisen portaan iinnen kytkentäelementin jinnes lähtö on liitetty • · toisen portaan jinnen kytkentäelementin iinnenteen tuloon. Toinen ja kolmas : ’* porras on liitetty toisiinsa vastaavalla tavalla, toisin sanoen toisen portaan • · · iinnen kytkentäelementin jinnes lähtö on liitetty kolmannen portaan jinnen ·· 30 kytkentäelementin iinteen tuloon.

• ·«· ·:··! Kuvion 3 esimerkkitapauksessa toimii ensimmäinen kytkentäporras jakeluosana (RRS) ja kaksi seuraavaa kytkentäporrasta reititysosana (RS).

Riippumatta siitä, minkä tyyppistä kytkentäkenttää käytetään, keksinnön mukaisen kytkimen kukin kytkentäelementti SE(i) käsittää toiminnallisessa 35 mielessä kaksi osaa: solujen uudelleenjärjestely-yksikön UJ ja solujen kytken- 104671 9 täyksikön KY. Näiden yksikköjen ei välttämättä tarvitse olla toisistaan ja muusta logiikasta selkeästi erotettuja kokonaisuuksia, vaan riittää, että niitä vastaavat toiminnot löytyvät kytkentäelementistä. Solujen uudelleenjärjestely-yksikkö UJ järjestää solut oikeaan järjestykseen, mikäli ne saapuvat väärässä 5 järjestyksessä eri reittejä pitkin. Uudelleenjärjestelyä kuvataan tarkemmin jäljempänä. Kytkentäelementissä suoritetusta uudelleenjärjestelystä johtuen solut kulkevat kussakin sisäisessä linkissä Qoista yhtä on merkitty viitemerkillä IL kuviossa 3) aikaleiman mukaisessa järjestyksessä, vaikkakin jonossa voi tulla peräkkäin useita samalla aikaleimalla varustettuja soluja. Tämä piirre 10 tekee uudelleenjärjestelystä huomattavan yksinkertaisen, kuten jäljempänä havaitaan.

Kuviossa 4 on havainnollistettu aikaleimausyksiköiden suorittamaa aikaleimausta. Aikaleimausosan TSU tarkoituksena on, kuten edellä mainittiin, antaa kaikille kytkentäkenttään oleellisesti samaan aikaan saapuville soluille 15 sama aikaleima. Jokaiseen tulojohtoon saapuu soluja peräkkäin siten, että seuraava solu alkaa edellisen takareunasta (koska solut kuljetetaan käytännössä esim. SDH-järjestelmässä (Synchronous Digital Hierarchy), jossa tyhjät •.:: aikavälit täytetään “tyhjillä” soluilla). Aika-akseli on jaettu solujen lähetysaikojen I '·· mukaisesti peräkkäisiin aikaväleihin TS ja aikaleimaa kasvatetaan aikavälistä 20 toiseen. Kussakin aikavälissä saapuva solu saa aikaväliä vastaavan aika-leiman. Aikaleimana käytetään keksinnön mukaisesti ennalta määrättyä mää-rää diskreettejä arvoja, esim. modulolaskurin antamia kokonaislukuarvoja siten, että laskuri laskee aikavälejä nollasta lukuun N, minkä jälkeen se aloittaa taas nollasta, jne. Kaikkien aikaleimausyksiköiden on näin ollen oltava likimain 25 samassa vaiheessa, joskaan niiden ei tarvitse olla hyvin tarkasti samassa * vaiheessa. Kuviossa on viitemerkillä ΔΤ merkitty sitä vaihe-eroa, joka eri aika- ..· leimausyksiköillä voi olla. Käytännössä paras vaihtoehto on, että tämä vaihe- • « ero on korkeintaan yhden solun mittainen, mutta keksinnön mukainen mene- t · telmä toimii vaikka vaihe-ero olisi pidempikin, joskin tällöin saattaa solujen viive ·!* 30 kasvaa kohtuuttoman suureksi. Kuviossa on aikaleimoilla arvot 0...N.

• · · ·

Aikaleimausyksiköissä soluihin kiinnitetään myös kytkimen sisäinen reititystunniste (routing tag) sekä kenttä, jossa voidaan kertoa, onko kysymyksessä kytkimen sisäinen täytesolu vai verkkoon siirrettävä ATM-solu. Kukin kytkimen sisään menevä solu on näin ollen kuviossa 5 esitetyn kaltainen. 35 Varsinainen ATM-solu koostuu tunnetusti 48 oktetin mittaisesta hyötykuorma- 104671 10 osasta (payload) ja 5 oktetin pituisesta otsikosta (header). Tähän ATM-soluun kiinnitetään edullisesti kolme tunnistekenttää, jotka kaikki sisältävät kytkimen sisäisen tunnisteen, joka poistetaan kytkimen lähdössä. Otsikkokenttää ei välttämättä tarvitse siirtää kytkentäkentän läpi, vaan se voidaan poistaa kyt-5 kentämatriisin tuloportissa ja lisätä uusilla tiedoilla varustettu otsikkokenttä kytkentämatriisin lähtöportissa. Reititystunnistekenttä Rl sisältää kytkimen sisäisen reititystunnisteen, jonka avulla solu reititetään kytkimessä (reititysosassa) sinänsä tunnetulla tavalla oikeaan lähtöporttiin. Aikaleima-kenttä TS sisältää aikaleimausyksikön antaman aikaleiman, joka on edullisesti 10 jokin kokonaisluku, joka saadaan aikaleimausyksikön modulolaskurilta. Tyyp-pikenttä TF sisältää tiedon siitä, onko solu kytkimen sisäinen täytesolu vai jokin muu solu (eli verkkoon lähetettävä solu). Huomattakoon, että kytkimen sisäiset täytesolut ovat eri soluja kuin ne tyhjät (idle) solut, joita siirretään kytkentäkentän ulkopuolella (verkossa). Täytesoluja voidaan generoida vasta kytkentä-15 kentän sisällä tai niitä voidaan generoida jo aikaleimausyksiköissä verkosta tulevien tyhjien solujen tilalle, tai generointia voidaan suorittaa sekä aika-leimausyksiköissä että kytkentäkentän sisällä.

I I

Jakeluosan suorittama solujen hajautus voidaan toteuttaa esim. siten, että reititystunnisteen ne bitit, jotka vastaavat jakeluosan kytkentäportaita 20 muodostetaan satunnaisesti tai tietyn algoritmin mukaan, jolloin solut reitittyvät jakeluosassa satunnaisesti tai ko. algoritmin mukaan. Koko reititystunniste ' voidaan muodostaa kytkentämatriisin tuloportissa tai satunnaisjakeluportaita vastaava osa voidaan jättää muodostamatta, jolloin ko. portaat suorittavat satunnaisjakelun itsenäisesti.

25 Edellä esitetyn kytkentäkentän perusrakenteen jälkeen kuvataan jatkossa tarkemmin keksinnön edullisen toteutustavan mukaista ratkaisua.

« ..· Kuviossa 6a on havainnollistettu kytkentäkentän yksittäisen kytkentä- elementin SE erästä mahdollista rakennetta. Kytkentäelementin sisäänmenos-

| J

·"* sa on tulopuskuriyksikkö IB, joka käsittää n kappaletta rinnakkaisia FIFO- 30 tyyppisiä tulopuskureita IB, (i=1...n), yksi kutakin tulojohtoa kohti. Uudelleen-järjestely-yksikkö UJ käsittää solujen talousyksikön SM, ohjausyksikön CU, joka ohjaa talousyksikköön tapahtuvaa kirjoitusta ja talousyksiköstä tapahtuvaa lukua ja täytesolumuistin CM, johon on talletettu täytesolu. Tulopuskurit on kytketty talousyksikölle SM sisäisen väylän B1 kautta. Uudelleen järjestetyt 35 solut välitetään talousyksiköltä kytkentäyksikölle KY, joka muodostuu väylästä 104671 11 B2, jonka kautta solut siirretään ja keskenään rinnakkaisista suodatinyksiköistä FUj (i=1...m). Suodatinyksiköiden perään on kytketty lähtöpuskuriyksikkö OB, joka käsittää FIFO-tyyppiset, keskenään rinnakkaiset lähtöpuskurit OB| (i=1...m). Kutakin lähtöjohtoa OL4(i=1...m) kohti on yksi suodatinyksikkö ja yksi 5 lähtöpuskuri. Kunkin suodatinyksikön perään on kytketty sitä vastaava lähtö-puskuri ja kunkin lähtöpuskurin perään on puolestaan kytketty sitä vastaava lukuyksikkö RU, (i=1...m), joka lukee soluja vastaavalle lähtöjohdolle (eli kytkimen sisäiselle linkille).

Kytkentäyksikkö KY voi näin ollen olla esim. tavallinen jaetulla väylällä 10 toteutettu, suodattimin varustettu kytkentäyksikkö. Kytkentäyksiköt toimivat kahdessa eri moodissa: ensimmäisellä puolella kytkentäkenttää ne toimivat solujen satunnaisjakelijoina ja toisella puolella kytkentäkenttää reitityseliminä, jotka reitittävät solut oikeaan lähtöporttiin. Esim. kuvion 3 tapauksessa toimivat ensimmäisen portaan kytkentäyksiköt satunnaisjakelijoina ja toisen sekä 15 kolmannen portaan kytkentäyksiköt reitityseliminä.

Monipiste- (multicast) lähetyksiä varten kytkentäyksikössä on m kappaletta rinnakkaisia suodatinyksiköitä. Jos monipiste-lähetyksiä ei tarvittai-' ' ' si, tultaisiin kytkentäyksikössä toimeen yhdellä yhteisellä suodatinyksiköllä, : joka reitittäisi solun oikeaan lähtöjonoon.

I I < : : 20 Jotta solujen uudelleenjärjestely saataisiin mahdollisimman helpoksi, ;. myös kentässä liikkuvat täytesolut, joita käytetään kytkentäelementtien välillä 1 ' · pitämään kytkentäkentän sisäiset linkit solurajasynkronissa, varustetaan aika-

I I

v : leimoilla, jotka on muodostettu kytkentäelementtiin saapuvien solujen aika- leimojen perusteella. Myös muutkin tavallisista ATM-soluista poikkeavat, 25 kytkentäkentän sisäiset solut tulee varustaa samalla tavalla aikaleimalla.

Joissakin kytkentäkentissä tällaisia muita sisäisiä “täytesoluja” voisivat olla esim. kytkentäelementteihin lähetettävät kentänohjaussolut. Solurajasynkro- # · · \..f nilla tarkoitetaan tässä yhteydessä sitä, että soluja lähetetään jatkuvasti siten, V ettei solujen väleissä ole “aukkoja”, joissa soluja ei kulje. Toisin sanoen, lähetin 9 - 30 ja vastaanotin ovat synkronoituja siten, että solujen välisestä rajasta ei tarvitse ':; lähettää erikseen tietoa.

Ohjausyksikkö CU, joka ohjaa tulopuskureista IBj tapahtuvaa lukua ja solujen uudelleen järjestelyä, pitää myös kirjaa siitä, mikä on pienin aikaleima, joka on kulloinkin talousyksikössä SM olevissa soluissa (tai tulopuskureista 35 luetuissa soluissa, jos kaikkia soluja ei talleteta uudelleenjärjestely-yksikölle).

104671 12 Täytesolumuistiin CM on talletettu kuvion 5 mukainen, kytkentäkentän sisäinen täytesolu, ja ohjausyksikkö pitää tämän solun aikaleiman päivitettynä sillä arvolla, joka on kulloinkin pienin aikaleima, joka on talousyksiköstä SM eteenpäin siirrettävissä soluissa. Kukin lukuyksikkö RU, lukee samalla va-5 kionopeudella soluja vastaavalle linkille. Jos jokin lähtöpuskuri on tyhjä, sitä vastaava lukuyksikkö kopioi täytesolumuistista yhden tai useamman solun lähtevälle sisäiselle linkille, jotta solusynkroni saadaan säilymään. Vaikka siis lähtöporttiin ei tulisikaan pitkään aikaan varsinaisia datasoluja (jolloin lähtöpuskuri tyhjenee), kyseisestä lähtöportista lähtee silti aikaleimalla varustettuja 10 täytesoluja.

Jokaiselle sisäiselle linkille (OL,) lähetetään kytkentäyksiköstä siis kuvion 6b mukaista jatkuvaa solujonoa, jossa jokaisessa solussa on aikaleima riippumatta siitä, onko kysymyksessä kentän sisäinen täytesolu (jonka tyyppi-kentän TF arvoa on merkitty ykkösellä) tai jokin muu solu, esim. normaali 15 datasolu (jonka tyyppikentän arvoa on merkitty nollalla).

Tavanomaisessa tunnetussa kytkentäkentässä täytesoluja ei kuljeteta kytkentäelementin läpi, sillä täytesolut voidaan terminoida kytkentäelementin tulossa ja generoida uudestaan kytkentäelementin lähdössä, koska täytesolut ovat keskenään samanlaisia. Keksinnön mukaisesti toimivassa kytkentäken-20 tässä täytesolut kuljetetaan sen sijaan uudelleenjärjestely-yksikölle asti tai täytesoluista otetaan ainakin aikaleima talteen uudelleenjärjestelyä varten.

Koska keksinnön mukaisen kytkentäkentän täytesolut ovat aikaleimaa lukuunottamatta samanlaisia, riittää, että niistä viedään ainoastaan aikaleimat uudelleenjärjestely-yksikön tietoon. Täytesoluja ei myöskään lähetetä kytken-V\. 25 täyksikön kautta, vaan oikealla aikaleimalla varustettu täytesolu generoidaan : kytkentäelementin lähtöportissa lukemalla oikealla aikaleimalla varustettu ··. täytesolu täytesolumuistista CM. Ainoastaan datasolut kulkevat kytkentäyksi- i « · kön KY kautta.

« »

Jokainen uudelleenjärjestely-yksiköltä luettava (data)solu siirretään 30 väylän B2 kautta jokaiselle suodatinyksikölle. Suodatinyksiköt lukevat solun : ‘ reititystunnisteesta ne bitit, jotka vastaavat kyseistä kytkentäporrasta, ja ne suodatinyksiköt, joiden lähtöportti vastaa bittien ilmoittamaa osoitetta päästävät solun läpi ja muut suodatinyksiköt tuhoavat solun. Reititystunnisteen sijasta voidaan reititystietona käyttää sinänsä tunnetulla tavalla myös osoitetta, joka 35 ilmoittaa lähtöportin.

104671 13

Kuvioissa 7a...7d on havainnollistettu tarkemmin uudelleenjärjestely-yksikön UJ toimintaperiaatetta kuvaamalla eri kuvioissa esimerkinomaisesti solujen luku- ja kirjoitusvaiheita. Talousyksikkö SM käsittää N+1 kappaletta FIFO-tyyppisiä puskureita RSB eli yhden puskurin kutakin aikaleimaa kohti.

5 Kuvioissa on esitetty kunkin puskurin vieressä se aikaleima, jota puskuri vastaa. Lisäksi kuvioissa on esitetty tulopuskurit IB,...IBn joista soluja luetaan. Kutakin tulopuskureissa olevaa solua on merkitty numerolla, joka vastaa kyseisen solun sisältämän aikaleiman arvoa. Soluja luetaan tulopuskureista talousyksikköön käymällä peräkkäin läpi tulojonoja ja lukemalla kunkin tulojo-10 non kärjessä oleva solu. Mikäli solu on datasolu, se kirjoitetaan väylän B1 kautta talousyksikölle. Täytesoluista ohjauslogiikka ottaa talteen aikaleimat, mutta ei kirjoita solujen sisältöä talousyksikköön. Puskureiden RSB kirjoitus-ja lukumekanismin selventämiseksi kuvioissa on esitetty vain niiden solujen uudelleenjärjestely, jotka ovat kuvion 7a mukaisessa alkutilanteessa tulopus-15 kureissa.

Ohjausyksikössä CU on kaksi laskuria, laskuri X ja laskuri Y, jotka on toteutettu esim. kahtena rekisterinä. Lukua ja kirjoitusta ohjaava ohjauslogiikka CL inkrementoi laskureita ja hyödyntää niitä luku- ja kirjoitusoperaatioiden f keskinäisessä vaiheistamisessa. Kirjoitus tapahtuu tulojonojen kunkin lukukier- 20 roksen aikana tiettyyn aikaleimapuskurijoukkoon, ja kyseinen joukko muuttuu sitä mukaa, kun tulojonoista luettavat aikaleimat muuttuvat. Vaiheistus kuvaa sitä, mistä aikaleimapuskurista tapahtuu luku samanaikaisesti, kun kirjoitus tapahtuu tiettyyn puskurijoukkoon.

Laskuri X ilmoittaa pienimmän aikaleiman, jonka mukainen solu t'\. 25 luettiin tulojonoista tulojonojen kunkin lukukierroksen yhteydessä (yhden t lukukierroksen aikana luetaan solu kunkin jonon kärjestä, suorittaen luku jono .,· kerrallaan). Laskurin ympäripyörähtämisen takia pienin aikaleima saadaan ' selville vertaamalla luettuja aikaleima-arvoja laskurin X nykyiseen arvoon, i e esim. siten, että luetusta aikaleima-arvosta vähennetään laskurin X nykyinen i 30 arvo, jolloin tulos modulo (N+1) määrää “pienuuden” eli luetun aikaleima-arvon ajallisen etäisyyden X:n nykyisestä arvosta kasvavaan suuntaan mitattuna. Lukukierroksen pienin aikaleima tarkoittaa siis aikaleimaa, jonka ajallinen etäisyys laskurin X sen hetkisestä arvosta (eli edellisen lukukierroksen pienimmästä aikaleimasta) on pienin.

35 Koska jokaisessa kytkentäelementissä järjestetään yksittäiselle läh- 104671 14 töjohdolle lähtevät solut oikeaan järjestykseen, solut ovat kussakin tulojonossa aikaleimojen mukaisessa järjestyksessä. Näin ollen laskurin X arvoa ei tarvitse pienentää muulloin kuin silloin, kun aikaleimalaskuri pyörähtää ympäri (N:stä nollaan). Laskurin Y arvo ilmoittaa puolestaan sen uudelleenjärjestely-yksikön 5 jonon (aikaleimapuskurin), josta soluja luetaan ulos kytkentäyksikölle. Luku tapahtuu tyhjentämällä puskuri (RSB) kerrallaan. Aina, kun jono tyhjenee, voidaan laskurin Y arvoa kasvattaa yhdellä ja siirtyä tyhjentämään seuraavaa jonoa. Ohjauslogiikan CL tarvitsee ainoastaan huolehtia siitä, ettei laskurin Y arvo koskaan ylitä laskurin X arvoa. Laskuriarvoille pätee siis aina: Y<X. Eh-10 don ylläpito voidaan hoitaa siten, että jos laskurin Y arvo pyrkii kasvamaan suuremmaksi kuin laskurin X arvo, odotetaan laskurin X arvon kasvua, jotta laskurin Y arvoa voidaan kasvattaa. Jos Y=X, kirjoitus tapahtuu samaan jonoon kuin mistä soluja luetaan. Luku talousyksiköstä ja kirjoitus talousyksikköön voidaan toteuttaa täysin toisistaan riippumatta, kunhan em. ehto pidetään 15 yllä.

Kuvion 7a alkutilanteessa oletetaan kummallakin laskurilla olevan arvo nolla.

Tulopuskurien ensimmäisen lukukierroksen jälkeen on tilanne kuvios-,:: sa 7b esitetyn kaltainen eli kunkin tulopuskurin päässä ollut solu on siirtynyt 20 aikaleimaa vastaavaan puskuriin RSB. Koska pienin aikaleima, joka luettiin tulopuskureista oli arvoltaan nolla, pysyy kummankin laskurin arvo edelleen nollana. Tässä vaiheessa voidaan aloittaa luku aikaleimaa nolla vastaavasta puskurista.

: Y: Kuvio 7c esittää tilannetta tulopuskurien toisen lukukierroksen jälkeen.

25 Koska pienin aikaleima, joka luettiin tällä kierroksella tulopuskureista ulos oli ·*·,. arvoltaan yksi, ohjauslogiikka inkrementoi laskuria X yhdellä. Tässä esimerkis- sä laskurin Y arvo pysyy yhtä pienempänä kuin laskurin X arvo, joten laskurin Y arvo ei muutu vielä. Puskurien luku on siis tässä vaiheessa vielä aikaleimaa « · nolla vastaavan puskurin kohdalla. Jo luetut solut on rastitettu.

• *·”* 30 Kuvion 7d esittämässä tilanteessa on suoritettu tulopuskurien kolmas .lukukierros, jonka jälkeen laskurilla X on arvo 2. Aikaleimaa nolla vastaava *:*’·' puskuri on tyhjennetty ja laskurin Y arvo on kasvanut aivoon yksi, joten luku tapahtuu aikaleimaa yksi vastaavasta puskurista, jonne ei enää tule soluja tämän aikaleimakierroksen aikana, laskurin X arvosta johtuen.

35 Kuvioiden 7a...7d esimerkissä on solujen järjestelyperiaatteen ha- 104671 15 vainnollistamiseksi esitetty kaikkien solujen siirtyvän aikaleimapuskureille. Käytännössä on kuitenkin edullista toimia siten, että aina kun tulojonojen luvun yhteydessä havaitaan, että solu on täytesolu, siitä otetaan talteen vain aika-leima ja tutkitaan samaan tapaan kuin datasolujen yhteydessä, onko ko.

5 aikaleima lukukierroksen pienin. Täytesolun sisältöä ei kirjoiteta aikaleimapus-kureihin. Vaihtoehtoisesti kaikki solut voidaan kirjoittaa aikaleimapuskureihin, mutta soluja ei lueta väylän B2 kautta kytkentäyksikölle, mikäli tunnisteken-tästä TF havaitaan, että ne ovat kentän sisäisiä täytesoluja. Viimemainittu vaihtoehto on siinä mielessä epäedullisempi, että se vaatii suurempaa pusku-10 rointikykyä uudelleenjärjestely-yksikössä.

Laskurin Y arvo voidaan ottaa suoraan siksi aikaleimaksi, jonka avulla ylläpidetään täytesolumuistissa CM olevan täytesolun aikaleimaa. Jos kytken-täyksikön jokin lähtöjono on tyhjä ja kyseiselle lähtöjohdolle luetaan yksi tai useampi täytesolu täytesolumuistista, voidaan olla varmoja, että puskureissa 15 RSB ei ole soluja, joilla olisi laskurin Y arvoa pienempi aikaleima. Näin ollen täytesolu tulee aikaleiman mukaiselle kohdalle jonoon.

Edellä kuvatun kaltaisessa ratkaisussa voi kytkentäelementin kukin tulojono (IBj) olla vain yhden solun mittainen, jos luku tulojonosta tapahtuu '. .: samassa tahdissa kuin soluja saapuu.

20 Uudelleenjärjestely-yksikön jonojen (puskurien) pituuden tulee olla vähintään yhtä suuri kuin tuloporttien lukumäärä kytkentäelementissä. Toisaalta pituuden ei tarvitse olla kovinkaan paljon tätä arvoa suurempi, sillä on : erittäin epätodennäköistä, että samaan kytkentäelementtiin sattuu tulemaan :T: hyvin paljon samalla aikaleimalla varustettuja datasoluja. Jonojen lukumäärän 25 (N+1) arvon ylärajaksi riittää solujen maksimiviive kytkentäkentän läpi soluina ilmaistuna, mutta käytännössä toimiva arvo voi olla paljonkin tätä arvoa pie-:··;·; nempi.

Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, on selvää, ettei keksintö ole rajoittunut siihen, vaan • · ’"·* 30 sitä voidaan muunnella oheisissa patenttivaatimuksissa esitetyn keksinnöllisen ,,; ' ajatuksen puitteissa. Seuraavassa mahdollisia variaatioita kuvataan lyhyesti.

‘" Vaikkakin täytesolujen käyttäminen aikainformaation välittämiseen on edullisin tapa, on huomattava, että keksinnön mukaisen uudelleenjärjestelype-riaatteen käyttö ei välttämättä vaadi aikaleimojen kuljettamista täytesoluissa 35 (eli täytesoluja ei välttämättä tarvita, vaan riittää, että aikaleimat kulkevat 104671 16 datasoluissa), jolloin myöskään täytesolumuisti CM ei ole käytössä. Tällöin on vain, mikäli jokin kytkentäelementin tulopuskuri tyhjenee, odotettava niin kauan, että sinne saapuu lisää datasoluja ennen kuin laskurin X arvoa voidaan kasvattaa. Viiveet tosin kasvavat, mutta keksinnön mukainen menetelmä toimii 5 silti.

Eräs tapa kytkentäelementin tulopuskurien tyhjentymisen estämiseksi (tai ainakin tyhjänäolotodennäköisyyden pienentämiseksi) ja näin ollen viiveen vähentämiseksi, mikäli ei haluta, että kytkentäelementti itse generoi aikalei-malla varustettuja täytesoluja, on lähettää kytkentäkentän tuloporteista aika-10 leimattuja täytesoluja, joko satunnaisesti joihinkin lähtöportteihin tai monipiste-lähetyksinä kaikkiin lähtöportteihin. Näitä täytesoluja voivat kytkentäelementit lähettää eteenpäin, mikäli elementtien puskurit ovat tyhjiä tai lähes tyhjiä. Muussa tapauksessa ne voivat tuhota täytesolut normaaliin tapaan.

Periaatteessa on myös mahdollista välittää pakettiin (soluun) liittyvä 15 aikaleima muuta tietä, esim. rinnakkaisen linkin kautta, jolla paketit eivät kulje. Tällöin uudelleenjärjestely on muuten esitetyn kaltaista, mutta pakettiin liittyvää aikaleimaa ei lueta paketista, vaan erillisestä muistipaikasta, johon aikaleima-tieto on talletettu. Aikaleima kiinnitetään siis pakettiin fyysisesti tai loogisesti. On myös mahdollista, että sisäisellä linkillä ei välitetä jatkuvaa solujonoa, 20 mutta silti esim. rinnakkaisen linkin kautta välitetään jatkuvaa aikaleimainfor-maatiota samaan tapaan kuin edellä tehtiin täytesolujen avulla. Toisin sanoen, tieto pienimmästä tulojonoista luetusta aikaleimasta kulkee jatkuvasti esim. rinnakkaisen linkin kautta seuraavalle kytkentäyksikölle, samalla tavalla kuin :.· ‘ se kulkee täytesoluissa.

25 Osa täytesoluista voidaan myös jättää ilman aikaleimaa tai ne voi- daan varustaa tunnisteella, joka ilmaisee aikaleiman olevan saman kuin edelli-sessä solussa. Aikaleimat voidaan siis välittää myös tietoina, jotka ilmaisevat aikaleima-arvon muutoksen edelliseen aikaleima-arvoon nähden.

• * • «v \..t Myös laitteistototeutus voi vaihdella monin tavoin. Esim. kytkentäele- 9 f T 30 mentti voidaan toteuttaa monilla tunnetuilla tavoilla, kuten esim. tila- tai aikaja-koisena kytkentäelementtinä, tulo- tai lähtöpuskuroituna kytkentäelementtinä tai jaetun puskurin tai jaetun väylän kytkentäelementtinä. Myös kytkentäelementin kytkentäosa voidaan toteuttaa useilla sinänsä tunnetuilla tavoilla. Paitsi, että kytkentäosa voi olla edellä kuvatun kaltainen väylätyyppinen kytkentäosa, 35 jossa solut siirretään väylän kautta aikajakoisesti solu kerrallaan, kytkentäosa 104671 17 voidaan toteuttaa esim. tilajakoisena täysin kytkettynä (ns. full mesh) kytkentä-osana, jossa jokaisessa lähtöportissa on vuorottelija (arbiter), joka näkee kaikki kyseiseen lähtöporttiin tulossa olevat solut ja valitsee niistä jonkin säännön mukaisesti yhden sekä estää muiden solujen lähetyksen. Myös kytkentä-5 elementin puskurointi voidaan toteuttaa sinänsä tunnetuilla tavoilla joko tulo-tai lähtöpuskurointina tai näiden yhdistelmänä. Soluja voidaan myös säilyttää kytkentäelementin jaetussa muistissa ja siirrellä ainoastaan solujen (jaettuun muistiin viittaavia) osoitteita jonoissa. Solujono, kuten muutkin tässä yhteydessä käytetyt termit onkin ymmärrettävä siten, että laitteen käytännön toteutus 10 voi vaihdella, kunhan toteutus on loogisessa tai toiminnallisessa mielessä analoginen edellä kuvatun kanssa. Mikäli kytkentäkentän rakenne on sellainen, että siihen voidaan lisätä yksi tai useampi sellainen kytkentäporras, jossa solujen järjestys ei vaihdu, ei myöskään ole tarvetta suorittaa uudelleenjärjestelyä kytkentäkentän kaikissa kytkentäelementeissä. Täytesolut voidaan myös 15 ottaa kytkentäelementin tulojonoista erilleen käsittelyä varten ja tallettaa ne esim. erillisille, tulojonokohtaisille muistialueille. Tulopuskurin tyhjentyessä voidaan erilliselle muistialueelle talletettujen täytesolujen aikaleimoja käyttää ohjausyksikön toiminnassa edellä kuvatun menetelmän mukaisesti.

* . ·’ :

M

• · . . f · · ' « f t · · 9 · * 1 · • · · s : M1 « «

Claims (9)

1. Kytkentäkenttäjärjestely pakettikytkentäistä tietoliikenneverkkoa varten, jonka kytkentäkenttäjärjestelyn läpi lähetetään paketteja ja joka kyt- 5 kentäkenttäjärjestely käsittää - useita tuloportteja ja useita lähtöportteja, - useita kytkentäelementtejä (SE), joista kukin käsittää useita tuloja ja useita lähtöjä, jotka kytkentäelementit on järjestetty peräkkäin muodostamaan useita peräkkäisiä kytkentäportaita ja liitetty keskenään kytkentäportaasta 10 toiseen johtavien sisäisten linkkien (IL) avulla, jolloin kytkentäelementtien ja sisäisten linkkien kautta muodostuu yhteys tuloportista haluttuun lähtöporttiin, jonka kytkentäkenttäjärjestelyn mukaisesti - kytkentäkenttään saapuville paketeille annetaan niiden saapu-misajankohdasta riippuva aikaleima, 15. jokainen kytkentäelementti reitittää tuloonsa tulevan paketin yhteen tai useampaan lähtöönsä pakettiin liittyvän reititystiedon (Rl) perusteella, - ainakin osalle kytkentäelementtejä välitetään siirrettäviin paketteihin liittyviä aikaleimatietoja, ja I I - ainakin osassa kytkentäelementtejä muodostetaan lähetettävien 20 pakettien keskinäinen järjestys vastaanotettujen aikaleimatietojen perusteella v : siten, että paketit ovat kullakin kytkentäelementistä lähtevällä linkillä (IL) aika- I I '.' ·! leimojen mukaisessa järjestyksessä, tunnettu siitä, että v : aikaleimoina käytetään ennalta määrättyä määrää diskreettejä arvoja 25 ja kytkentäelementeissä, joissa muodostetaan lähetettävien pakettien keski- 1*.. näinen järjestys aikaleimojen perusteella: : j ’ s - käytetään aikaleimakohtaisia puskureita (RSB), ;·* - talletetaan saapuvia paketteja aikaleimakohtaisiin puskureihin siten, * »· j..., että ainakin kukin kytkentäkentän ulkopuolelta saapuva paketti talletetaan sen T 30 aikaleimaa vastaavaan puskuriin, ja - luetaan aikaleimakohtaisia puskureita puskuri kerrallaan tyhjiksi ja reititetään kukin ulos luettu paketti sen sisältämän osoitteen mukaiseen lähtöön.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kytkentäkenttäjärjestely, 35 tunnettu siitä, että aikaleimatietoja välitetään kytkentäelementeille siten, 19 104671 että ainakin osasta kytkentäelementtejä lähetetään aikaleimatietoja seuraavan kytkentäportaan kytkentäelementeille muodostamalla kytkentäelementistä kulloinkin eteenpäin lähetettävä aikaleimatieto mainittuun kytkentäelementtiin vastaanotettavien aikaleimatietojen perusteella.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen kytkentäkenttäjärjestely, tunnettu siitä, että kytkentäelementeiltä välitetään aikaleimatietoja seuraavan kytkentäportaan kytkentäelementeille oleellisesti jatkuvasti.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen kytkentäkenttäjärjestely, tunnettu siitä, että kytkentäkentän sisällä välitetään kentän sisäisiä täyte- 10 paketteja, jotka sisältävät aikaleimatietoja.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kytkentäkenttäjärjestely, tunnettu siitä, että kytkentäkentän tuloporteista lähetetään kentän sisäisiä täytepaketteja, jotka sisältävät aikaleimatietoja, joiden arvot pidetään samoina kentän sisällä.

6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen kytkentäkenttäjärjestely, jossa kytkentäelementtiin saapuvat paketit talletetaan tuloa vastaavaan tulopuskuriin (IB|), tunnettu siitä, että kytkentäelementeissä, joissa muodostetaan lähetettävien pakettien keskinäinen järjestys aikaleimojen perusteella: - luetaan paketteja ulos tulopuskureilta ja siirretään ainakin osa ulos 20 luetuista paketeista tulopuskureilta aikaleimakohtaisille puskureille, - ylläpidetään samalla tietoa pienimmästä aikaleimasta (X), jota vastaava paketti on kulloinkin luettu ulos tulopuskureilta, ja - luetaan paketteja ulos kulloinkin sellaisesta aikaleimakohtaisesta puskurista, jota vastaava aikaleima on pienempi tai yhtä suuri kuin mainittu # · · 25 pienin aikaleima (X).

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen kytkentäkenttäjärjestely, jossa • · :mt\’ - reititetyt paketit talletetaan niiden reititysosoitetta vastaavaan lähtö- '•j ' puskuriin (OB,), ja - lähtöpuskurista luetaan paketteja puskuria vastaavalle sisäiselle 30 linkille, «* · tunnettu siitä, että « - kytkentäelementin muistiin (CM) on talletettu täytepaketti, jonka aikaleimana ylläpidetään jatkuvasti pienintä aikaleimaa (Y), jota vastaava paketti on kulloinkin luettu ulos aikaleimakohtaisista puskureista, ja 35. lähtöpuskurin tyhjentyessä luetaan mainitusta muistista (CM) ainakin 20 104671 yksi täytepaketti jatkuvan pakettijonon muodostamiseksi mainitulle sisäiselle linkille.

8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen kytkentäkenttäjärjestely, tunnettu siitä, että 5. luettaessa paketteja ulos tulopuskureilta talletetaan kustakin ulos luetusta paketista sen aikaleima, ja - ainoastaan kytkentäkentän ulkopuolelta saapuneet paketit siirretään aikaleimakohtaisille puskureille.

9. Patenttivaatimuksen 6 mukainen kytkentäkenttäjärjestely, 10 tunnettu siitä, että kytkentäelementeissä, joissa muodostetaan lähetettävien pakettien keskinäinen järjestys aikaleimojen perusteella luetaan paketteja koko ajan ulos sellaisesta aikaleimakohtaisesta puskurista, jota vastaava aikaleima on yhtä suuri kuin mainittu pienin aikaleima (X). 15 • · · • · « · m • « • · * · · ·»· • e • · c • • · • 1 • · 1 « · * ( ' · · • · • · 21 104671