JP2004533189A - パケットスイッチング素子の複数のスイッチカードに亘り、複数の仮想出力キューからステータス情報を配信するパケットスイッチング装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、出力キュー内のパケットの格納および配列のために、並びに、その出力キューのステータス情報を発生させるために、ポートコントロール６および７を有する少なくとも１つのラインカード１および２と、交差マトリックス８およびこの交差マトリックス８を制御するアービタ９から成る少なくとも１つのスイッチカード３〜５を備えており、ポートコントロール６および７は複数のアービタ９に亘りステータス情報を配信するために設けられている。応答する各アービタ９はポートコントロールからのステータス情報の各部分を周期的に受信するように設けられている。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のスイッチカードを含むパケットスイッチング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブロードバンド・スイッチング・シンポジウム‘９９（Broadband Switching Symposium ‘99） におけるR. Schoenen, G. Post, G. Sanderによる刊行物“１００％のスループットを有する入力キュースイッチの優先性に関する重み付けアービトレイション・アルゴリズム（Weighted Arbitration Algorithms with Priorities for Input Queued Switches with 100% Throughput）”は、パケットスイッチング装置の様々な重み付けされたスイッチング・アルゴリズムを比較する。スイッチング・アルゴリズムは、パケットスイッチング装置の同じ出力ポートへ数個のパケットがコリジョンすることを防止し、その結果としてデータの損失や遅延を低減させることを、様々なスイッチングステップで試みる。データパケットの出力キューにおけるステータス情報の使用は考慮されていない。
【０００３】
本発明の目的は、パケットの形式においてデータのコリジョンが無いスイッチングを保証することである。
【０００４】
この目的は、最初の段落で記載した形態のパケットスイッチング装置によって達成され、そこでは、
・少なくとも１つのラインカードには、出力キュー内のパケットの格納および配列のために、並びに、その出力キューのステータス情報を発生させるために、ポートコントロールが設けられ、
・少なくとも１つのスイッチカードは、交差マトリックス（crosspoint matrix）およびこの交差マトリックスを制御するアービタから成るように設けられており、
ポートコントロールは複数の（several）アービタに亘って複数の（several）出力キューのステータス情報を配信するために設けられており、かつ、
スイッチカードのアービタは、ステータス情報の各部分を周期的に受信するように構成されている。
【０００５】
パケットスイッチング装置は、複数の（several）ラインカードおよび複数の（several）スイッチカードを備えている。ラインカードは、基本的な構成要素としてポートコントロールを含む。各ポートコントロールは、複数の並列スイッチカードに接続されており、そのタスクは、そのパケットスイッチング装置の所望の出力ポートおよび優先度によって、入来したパケットをパケットスイッチング装置へ配列することである。ポートコントロールにおいてパケットスイッチング装置の所望の出力ポートおよび優先度によって、パケットを配列することは、仮想出力キュー（ＶＯＱ（Virtual Output Queue）として知られている。ポートコントロールは、この仮想出力キューの状態の情報（ステータス情報として知られている）を有し、これを規則的な間隔でスイッチカードへ送信する。
【０００６】
各スイッチカードは、交差マトリックスおよびアービタからなる。交差マトリックスの構成は、パケットをスイッチングするためのパケットスイッチング装置の入力ポートと出力ポートとの間に生成される新しいリンクおよびアービタによって規則的な間隔で再決定される。
【０００７】
各リンクを計算するために、ポートコントロールは、その計算がステータス情報の関数（function）として最適化され得るようにアービタへステータス情報を送る。
【０００８】
ポートコントロールは、このアービタを介して配信された新しいステータス情報を送信することができる。各アービタは、ポートコントロールからステータス情報の部分を受信する。ステータス情報をほんの部分的に受信することによって、要求される最大の帯域幅は、ポートコントロールとアービタとの間の情報交換のために一定に維持され得る。ポートコントロールとアービタとの間の一定の帯域幅は、ポートコントロールに接続されたアービタの数に依存しない。
【０００９】
ステータス情報を配信するとき、ポートコントロールは個々のスイッチカード間を識別しない。従って、スイッチカードの数は、ポートコントロールの機能に影響を与えない。また、処理の間に１またはそれ以上のスイッチカードが無いこともまたポートコントロールの機能に影響を与えない。パケットスイッチング装置が処理の間に追加のスイッチカードで補われる場合には、ポートコントロールは、追加の機能を処理する必要がない。
【００１０】
ラインカードのポートコントロールは、スイッチカードの複数の並列アービタと同時に接続される。
【００１１】
スイッチカードにおける欠陥の発生において、パケットスイッチング装置の機能も妨害されないことを確実にするために、要求されるスイッチング能力をもたらし、スイッチカードの数に依存しないポートコントロールの作用は維持される。スイッチカードの数を変更することによって、スイッチングされたパケットの遅延およびスループットは影響され得る。追加および除去によって、パケットスイッチング装置の電力のスケーリング（a scaling of the power）は追加の装置なしに達成され得る。スイッチカードは、パケットスイッチング装置において個々に動作してもよく、また、その機能、速度、インタフェースなどに対する付加的な変更なしに、パケットスイッチング装置における多くのスイッチカードのうちの１つとしても動作してもよい。
【００１２】
欠損または追加の後、スイッチカードが動作において分類し直されると、このスイッチカードのアービタは出力キューにおいてステータス情報を有しない。それにもかかわらず、アービタはその関連する交差マトリックスの構成を計算し、これをポートコントロールおよび交差マトリックスへ送信する。パケットスイッチング装置の各ポートコントロールは、計算された（デフォルトの）構成を受け取り、現在の（更新された）ステータス情報で応答する。次の計算では、アービタは、前に受信されたステータス情報を考慮に入れる。
【００１３】
従って、ステータス情報の現在の変化数に依存して、アービタは、ｍ回目の計算の後、入手可能なほとんどのステータス情報を受け取る。ここで、ｍは、パケットスイッチング装置の入力および出力ポートの数にほぼ等しい。より多くの冗長ステータス情報が、ポートコントロールからアービタへ送られると、アービタはより速く適切に再度動作することができる。
【００１４】
各ポートコントロールは、複数のスイッチカードに接続されたときに、複数のスイッチカードと同時に動作し得るインタフェースを必要とする。ポートコントロールの内部処理速度は、スイッチカードの処理速度のｎ倍に等しい。ここで、ｎは、パケットスイッチング装置のラインカードの数に等しい。
【００１５】
スイッチカードの重複使用によって処理速度が上昇することは、ポートコントロールとスイッチカードとの間のリンクの速度またはスイッチカードへ何の変化ももたらさない。その接続の速度およびスイッチカードは、最小システムとして知られているジャストワンスイッチカード（just one switch card）を備えたパケットスイッチング装置の命令を実行する。
【００１６】
特定のスイッチカードを用いるようにポートコントロールを決定することは、アービタによって引き起こされる。規則的な間隔での各スイッチカードのアービタは、計算が不正確かつ不完全なステータス情報に基づいている場合であっても、交差マトリックスの計算されたデフォルトの構成をポートコントロールへ送信する。ポートコントロールはアービタからの情報に応答する。ポートコントロールは、個々のアービタを区別しないが、１つのアービタとして総てのアービタを一緒に考え、構成が送られる異なる周波数にポートコントロール自身を適合させ、物理的接続をアービタへ適合させる。
【００１７】
重み付けによって、ポートコントロールは、入力ポートにおいていずれのパケットとどの程度の至急にスイッチングすべきかをアービタへ伝えることができる。重み付けは、ステータス情報内に含めてアービタに送信され、出力ポートのための総てのステータス情報の関数からなる。重み付けは優先度のデータおよびパケットのクラスまたは待機時間および出力キューのサイズを含むことができる。
【００１８】
アービタが最も近時に受け取った重み付けの値のコピーを受け取ったときには、重み付けの現在の値と最も近時に受信した値との間の相違の受信は充分である。ある状態は最も近時に受け取った完全な値であり、それはアービタが欠落している場合には無くなる。このため、総ての現在ステータス情報を表した完全な値が送られる。
【００１９】
本発明は、キュー内のパケットの格納および構成のために、並びに、交差マトリックスおよびこの交差マトリックスを制御するアービタを備える少なくとも１つのスイッチカードを有するパケットスイッチング装置用のキューに基づくステータス情報を生成するために、ポートコントロールを有するラインカードに関する。このポートコントロールは、複数の（several）アービタへステータス情報を配信し、応答する各アービタは、ポートコントロールからステータス情報の部分が送られる各々の場合に周期的に受信するように設計されている。
【００２０】
本発明は、また、出力キュー内にパケットを格納しかつ配列するために、並びに、そのキューのステータス情報を生成するために、ポートコントロールを有する少なくとも１つのラインカードを備えたパケットスイッチング装置用の交差マトリックスおよびこの交差マトリックスを制御するためのアービタからなるスイッチカードに関する。ポートコントロールは、複数の（several）アービタへステータス情報を配信し、応答する各アービタは、ポートコントロールからステータス情報の部分が送られる各々の場合に周期的に受信するように設けられている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明は、添付図面に示された実施形態に関してさらに記述されるが、本発明これらの限定されない。
【００２２】
図１に示されたパケットスイッチング装置は、２つのラインカード１および２並びに数個のスイッチカード３〜５からなる。ラインカード１および２は、それぞれ本実施形態の記述に関連しない異なる部品からなり、従って、光学転送ユニット、フレーム生成器、ネットワークプロセッサなどは図示されていない。しかし、ポートコントロール６および７は本実施形態にとって不可欠である。ポートコントロールの数（ｎ）は、２つよりも多いことは頻繁にあるが、本実施形態においては明確化のために２つに限定している。各スイッチカード３〜５は交差マトリックス８およびアービタ９から成る。アービタ９と各並列スイッチカード３〜５の交差マトリックス８との両方はそれぞれポートコントロール６および７に接続されている。
【００２３】
一定長のデータパケットは、セルとして知られている。一定長のセルは、サイズの異なるパケットよりもスイッチングにおいて処理が容易であるので、入来するパケットは、ラインカード１および２内において一定長のセル内へ配信され、一時的に出力キュー内に格納される。スイッチングの成功後、即ち、出力ポートで入力ポートの割り当てを承認した後、セルは出力キューから除去される。
【００２４】
ポートコントロール１および２のタスクは、パケットスイッチング装置の所望の出力ポートおよび優先度に基づいて出力キュー内に入来セルを配列することである。配列は、仮想出力キュー（ＶＯＱ）として知られている。各ポートコントロール１および２は、そのそれぞれの出力キューのステータス情報を決定し、規則的な間隔でアービタ９へそのステータス情報を転送する。
【００２５】
各スイッチラインカード３〜５ごとのアービタ９は、セル期間として知られる規則的な間隔で、パケットスイッチング装置の入力および出力ポートを接続する交差マトリックス８の最適な構成を計算する。アービタ９の計算は、ポートコントロール６および７からのステータス情報に基づいており、そのポートコントロール６および７内ではセルが出力ポートへのスイッチングのために出力キュー内で待機している。そのリンクは２つの条件を満たさなければならない。セル期間内では、リンクは、複数の出力ポートをある入力ポートへ接続することができず、および／または、複数の入力ポートをパケットスイッチング装置のある出力ポートへ接続することができない。アービタ９は、ポートコントロール６および７から受信した総ての現在ステータス情報を含み、各セル期間内において、ポートコントロール６および７並びに交差マトリックス８へ、交差マトリックス８の計算された構成を送る。
【００２６】
スイッチカード３〜５は並列処理されるので、各スイッチカード３〜５のそれぞれの処理速度は、ポートコントロール６および７の内部処理速度よりも遅い。従って、スイッチカード３〜５のセル期間が、ポートコントロール１および２の内部セル期間よりも長い。それぞれの場合において、ポートコントロール１および２は、複数のスイッチカード３〜５に同時に接続され得るので、複数のスイッチカード３〜５と同時に動作し得るインタフェースを必要とする。ポートコントロール６および７の内部処理速度はスイッチカード３〜５の処理速度の３倍である。
【００２７】
アービタ９によって計算された構成を受け取った後、即ち、リンクの後、ポートコントロールは、次のセル期間内にスイッチカード３〜５のいずれに接続されるかを知る。
【００２８】
図２は、ポートコントロール６および７内のステータス情報の管理を示す。ポートコントロール６および７は、それぞれステータス情報１１〜１９を有するテーブル１０を含む。表示２５〜２９を有する重み付け生成器２０〜２４は、重み付けを生成するためにも、並びに、重み付けにおける相違を示すためにも必要とされる。総当り１の方法３０（Around robin 1 method 30）および総当り２の方法３１（Around robin 2 method 31）は、出力３４におけるアービタ９へのアクセス制御のためのスケジューリング方法として用いられる。
【００２９】
テーブル１０において、総てのステータス情報１１〜１９が確立され、最後のものがアービタへ送信されてからステータス情報１１〜１９を変更する。重み付け発生器２０〜２４は、スケジューリング方法として総当り１の方法３０を用いて、出力３４を通してアービタ９へのアクセスを受け入れる重み付けを生成する。重み付けを生成するときに、最後に変更されたステータス情報のみが考慮される。変更されたステータス情報が最後のセル期間から存在しない場合には、総当り２の方法３１によって決定された重み付けが送られる。各セル期間内において、２つの重み付けはアービタ９へ同時に送信される。
【００３０】
スイッチカード３〜５の数が多くなると、各ポートコントロール６および７によりアービタ９へ送られるステータス情報の量がより多くなる。各セル期間において、２つの重み付けがアービタ９へ同時に送られる。
【００３１】
スイッチカード３〜５の数が多くなると、各ポートコントロール６および７によりアービタ９へ送られるステータス情報の量がより多くなる。ポートコントロール６および７とスイッチカード３〜５との間の利用可能な帯域幅を一定に維持するために、各ポートコントロール６および７は、スイッチカード３〜５のアービタ９へ、最後に変更されたステータス情報の一部だけを配信する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】パケットスイッチ装置の図。
【図２】ポートコントロール内のステータス情報の管理を示す図。

Claims (9)

1. 出力キューにおいてパケットの格納および配列のために、並びに、出力キューのステータス情報を生成するためにポートコントロールを備えた少なくとも１つのラインカードと、
   交差マトリックスおよび該交差マトリックスを制御するアービタからなる少なくとも１つのスイッチカードとを備え、
   前記ポートコントロールは、複数のアービタに亘って前記ステータス情報を配信するために設けられており、
   応答する前記アービタの各々は、前記ポートコントロールからの前記ステータス情報の各部分を周期的に受け取ることを特徴とするパケットスイッチング装置。
2. 前記パケットスイッチング装置の少なくとも１つのラインカードは、複数の並列スイッチカードに接続されることを特徴とする請求項１に記載のパケットスイッチング装置。
3. 前記スイッチカードの付加および除去によって、前記パケットスイッチング装置の電力のスケーリングが行なわれることを特徴とする請求項１に記載のパケットスイッチング装置。
4. 複数の冗長スイッチカードが不良のスイッチカードのための代替として与えられることを特徴とする請求項１に記載のパケットスイッチング装置。
5. 前記ポートコントロールの内部動作速度は、スイッチカードの動作速度の値のｎ倍であることを特徴とする請求項１に記載のパケットスイッチング装置。
6. 各スイッチカードのアービタは、前記交差マトリックスの計算された構成を、前記交差マトリックスおよび前記ポートコントロールへ規則的な間隔で送信するために設けられていることを特徴とする請求項１に記載のパケットスイッチング装置。
7. 重み付けは、前記アービタに通知するために、前記パケットスイッチング装置の出力ポートに対する総てのステータス情報の関数から成るように設けられたことを特徴とする請求項１に記載のパケットスイッチング装置。
8. 出力キューにおいてパケットの格納および配列のために、並びに、交差マトリックスおよび該交差マトリックスを制御するアービタからなる少なくとも１つのスイッチカードを備えたパケットスイッチング装置のための前記出力キューのステータス情報を生成するためにポートコントロールを備え、
   前記ポートコントロールは、複数のアービタへ前記ステータス情報を配信するために設けられており、
   応答する前記アービタの各々は、前記ポートコントロールからのステータス情報の各部分を周期的に受け取るために設けられたことを特徴とするラインカード。
9. キューにおいてパケットの格納および配列のために、並びに、前記キューのステータス情報を生成するためにポートコントロールを有する少なくとも１つのラインカードを含むパケットスイッチング装置のために、交差マトリックスおよび該交差マトリックスを制御するアービタを備え、
   前記ポートコントロールは複数のアービタへステータス情報を配信するために設けられ、
   応答する前記アービタの各々は、前記ポートコントロールからのステータス情報の各部分を周期的に受け取るために設けられたことを特徴とするスイッチカード。