JP2006501749A - パケットスイッチにおける重み適応 - Google Patents

Abstract

本発明は、入出力手段のポートコントローラにより提供された状態情報に基づいてスイッチング手段内の交差接続マトリクスを構成する方法、パケットスイッチ及びパケットスイッチの使用に関する。重み値に対するアービトレーションの結果の影響を予期するために、アービター内に一般的な機能を備え、ポートコントローラにより提供された重み値を変更することにより、状態情報の通信用の帯域が低減されることがある。

Description

本発明は、入出力手段のポートコントローラにより提供される状態情報に基づいてスイッチ手段を備えた交差接続マトリクスを構成する方法に関するものである。本発明は、少なくとも１つのポートコントローラを備えた少なくとも１つの入出力手段と、少なくとも１つのアービター(arbiter)及び少なくとも１つの交差接続手段を備えた少なくとも１つのスイッチング手段とを有するパケットスイッチに更に関係し、前記ポートコントローラは、少なくとも１つの仮想出力キューと、前記スイッチング手段を介して他のポートコントローラと通信するキューイングセルとを有し、前記アービターは、前記交差接続手段の前記スイッチングを構成する構成手段を有し、前記交差接続手段は、ある入出力手段からのセルを他の入出力手段に切り替える。更に、本発明は、このような方法の使用と、このような切り替えられるパケットに関係する。

通信ネットワークのノード間でパケットを切り替えるパケットスイッチは、入力キューとスイッチカードとを有することがある。入力キューは仮想出力キュー(VOQ: virtual output queue)としてまとめられ、入力回線ブロック(head of line blocking)を回避することがある。回線カードはポートコントローラを有し、その仮想出力キューを実現する。

回線カードのポートコントローラは、入力セルを待ち行列に入れ、その形式、優先度及び／又は所望の宛先に従ってセルをまとめるというタスクを有する。所望の宛先はパケットスイッチの出力ポートである。仮想出力キューを介した入力セルの待ち行列は周知であり、入力キュー内で入力回線ブロックを回避する。仮想出力キュー毎にポートコントローラは重み値を計算する。この重み値は、各仮想出力キュー内の入力回線セルの長さ又は経過時間に基づいてもよい。

パケットスイッチはスイッチカードを更に有し、そのスイッチカードは、バッファ無しの交差点マトリクスのような交差接続手段を有してもよく、その交差接続手段の機能は、異なる回線カードを相互に接続することである。更に、スイッチカードはアービター(arbiter)を有してもよく、そのアービターの機能は、例えばセル期間のように定期的に、交差点マトリクスの入出力構成を計算することである。このセル期間はポートコントローラのクロック周波数により定められてもよい。受信データパケットは、回線カードの入口で固定サイズのパケット部分(いわゆるセル)に分割される。これらのセルは、回線カードの出口でデータパケットに再構成される。パケットスイッチ内ではセルのみが処理される必要がある。

アービターはセル期間毎に交差接続手段の最適化した入出力構成を計算しようとする。あるセル期間の間に１つの出力ポートに対して複数の入力ポートを接続しないことがあり、又は１つの入力ポートに対して複数の出力ポートを接続しないことがあるという点で、この計算は制約を有する。アービターの計算は、回線カードのポートコントローラから受信した情報に基づき、その回線カードでセルはスイッチカードを通じて伝送されるのを待機している。既知のパケットスイッチでは、アービターは、ポートコントローラから受信した全ての実際の状態情報のコピーを保持する。入力ポートから出力ポートへのセルの伝送を認めるアービトレーション(arbitration)の結果は、各期間にアービターによりポートコントローラに送信される。

従って、スイッチカードのアービターは、回線カードのポートコントローラと密接に連携して動作する。各ポートコントローラは、仮想出力キューの状態の定期更新をスイッチカードのアービターに送信する。アービターは、ポートコントローラから受信した実際の状態情報のコピーを保持する。ポートコントローラから受信した仮想出力キューの状態情報に基づいて、アービターは交差点マトリクスの入出力構成を計算する。このアービトレーション(arbitration)の結果は、各セル期間に交差点マトリクスとポートコントローラに送信される。その構成に基づいて、交差点マトリクスは、アービトレーションのステップ中に、入力ポートからのセルを出力ポートに切り替える。

高速システムでは、多数の更新が必要になるため、仮想出力キューの状態情報を更新するために使用される帯域が不確かなことがある。

アービター自体が各仮想出力キューの状態情報のコピーを保持している場合、アービターは全てのポートコントローラの全ての仮想出力キューの状態情報を把握しなければならないため、非常に複雑になる。更に、アービターが故障すると、そのアービター内の状態情報が失われる。

他方、アービターがポートコントローラから受信した状態情報に完全に依存している場合、１つのセル期間内にアービターと各ポートコントローラとの間で少なくとも２つ(１つは入力セル用、１つは出力セル用)の状態の更新が伝送されなければならない。

スイッチカードと回線カードとの間で状態情報の伝送をするために低帯域を使用し、フェイルセーフのアービターを提供するパケットスイッチを提供することが、本発明の目的である。簡単なアービターの機構を提供することが、本発明の更なる目的である。アービター内の待ち時間を低減することも、本発明の更に別の目的である。

本発明の前記及び他の目的は、入出力手段のポートコントローラにより提供される状態情報に基づいてスイッチング手段内の交差接続マトリクスを構成する方法により解決され、前記ポートコントローラは、状態ワード内の仮想出力キューの状態情報を前記スイッチング手段に提供し、前記スイッチング手段は、状態マトリクスの状態情報フィールド内に状態情報を格納し、前記スイッチング手段内のアービターは、前記状態情報フィールド内に格納された前記状態情報に基づいて前記交差接続マトリクスを構成する。

仮想出力キューの状態情報の処理及び生成のインテリジェンスは、ポートコントローラ内にある。状態情報が状態マトリクス内の状態情報フィールドに格納されるため、アービターはフェイルセーフである。この状態マトリクスは、アービトレーション(arbitration)の結果に基づいてアービターにより変更されてもよい。

スイッチング手段は前述のスイッチカードでもよい。入出力手段は前述の回線カードでもよい。前記状態マトリクスはランダムアクセスメモリでもよい。状態マトリクスの各フィールドは、１つの入力ポートと１つの出力ポートとの間の１つの接続を表してもよい。マトリクスの行は各入力ポートを表してもよく、マトリクスの列は交差接続マトリクスの各出力ポートを表してもよく、その逆も同様である。

請求項２に記載の方法は更に好ましい。ポートコントローラによりアービターに送信される状態ワードは、通信情報を有してもよい。この通信情報は、VOQの各セルの宛先である出力ポートを示す出力ポート番号でもよい。状態マトリクスの各要素は、アービターが状態ワードと各セルの宛先である出力ポート番号とを受信するポートコントローラの番号によりアドレス指定される。この宛先情報は、通信情報として状態ワード内に含まれる。状態マトリクス内に格納された通信情報に基づいて、アービターは前記交差接続マトリクスを構成してもよい。これは、特定の入力ポートからのセルが特定の出力ポートに切り替えられることを意味する。

請求項３に記載の方法も好ましい。重み情報は、各仮想出力キューのセルの優先度を示してもよい。この重み情報は、仮想出力キューの長さ(例えば仮想出力キュー内のセル数)、又は仮想出力キューの入力回線セルの経過時間により決定されてもよい。その経過時間は、前記仮想出力キューの最初のセルが各出力ポートに切り替えられるのを待機しているセル期間の数により決定されてもよい。重み情報としてその他の優先情報が使用されてもよいことがわかる。

請求項４に記載の方法は、本発明のその他の好ましい実施例である。アービターは、状態マトリクスの状態情報フィールド内に格納された重み情報で何をするべきかの命令として、状態ワードの形式フィールド内の形式情報を使用してもよい。アービターは、状態ワードの形式フィールドにより決定されるポートコントローラの異なる命令に対応する。これらの機能のうちのいくつかは、以下の通りでもよい。

nで重みを減少する。重み情報が仮想出力キューの長さにより決定される場合、この仮想出力キューについての成功したアービトレーションの後に重み情報が減少する。この仮想出力キューから出力ポートへのセルの伝送は、キューの長さを減少させる。請求項５に記載のこの機能は好ましい。

請求項６に従って１だけ重み情報を増加する。重みが仮想出力キューの入力回線セルの経過時間により決定される場合、この仮想出力キューの不成功のアービトレーションの後に重みが増加する。セルが仮想出力キュー内に留まる場合、その経過時間が増加する。状態マトリクスの状態情報フィールドにおいて、重みが１だけ増加し、入力回線セルの経過時間が１だけ増加したことをアービターが認識する。

請求項７に記載されているように、状態マトリクスの状態情報フィールド内の重み情報をリセットする。これは、重みが仮想出力キューの入力回線セルの経過時間により決定され、この仮想出力キューの成功したアービトレーションの後に重みがゼロに設定される場合でもよい。セルが出力ポートに伝送されると、このキューが空でない限り、仮想出力キューの次のセルの経過時間が、各状態情報フィールドに格納された重みを決定する。

好ましくは前述のように一般的な機能をアービターに備えることにより、仮想出力キューの状態情報の処理及び重みの生成について、ほとんどのインテリジェンスはポートコントローラ内に保持されてもよい。状態マトリクス内の仮想出力キューの状態情報を更新するためにある程度のインテリジェンスをアービターに追加することにより、アービトレーションの後のVOQからの更新が不必要になるため、仮想出力キューの状態情報用の帯域が低減されることがある。

状態ワードは３つのデータフィールド(１つは通信情報用、１つは重み情報用、１つは形式情報用)を有することが好ましい。アービター自体により形式情報に従って状態マトリクス内で情報が更新されるため、各アービトレーションの後にVOQとアービターとの間でこの状態ワードは必ずしも伝送されなくてもよい。

本発明の更なる態様は、前記入出力手段の間の入出力結合毎に前記アービターが状態情報フィールドを備えた状態マトリクスを有するパケットスイッチであり、前記状態情報フィールドは、ポートコントローラにより提供された前記仮想出力キューの状態情報を運び、前記仮想出力キューの状態を決定し、前記構成手段は、前記状態情報フィールド内の前記状態情報に基づいて前記交差接続マトリクスを構成する。

パケット交換ネットワーク、ローカルエリアネットワーク、広域ネットワーク、及び移動体通信ネットワークにおいて、前述の方法又は前述のパケットスイッチを使用することが本発明の更なる態様である。

重み値に対するアービトレーションの結果の影響を予期するために、アービター内に一般的な機能を備え、ポートコントローラにより提供される重み値を変更することにより、状態情報の通信用の帯域が低減されてもよい。

本発明の前記及び他の態様は、以下の図面から明らかになり、以下の図面を参照して説明が行われる。

図１に既知のパケットスイッチが示されている。複数の回線カード1-Nが複数のスイッチカード10に接続されている。回線カード1-Nは、ポートコントローラ1a-Naを使用することによりスイッチカード10と通信する。ポートコントローラ1a-Naは、接続回線2、4を介してスイッチカード10にデータセルを送信し、スイッチカード10からデータセルを受信する。ポートコントローラ1a-Naの出力キューの状態情報は、通信回線6、8を介してアービター10aに通信される。アービター10bは、どの回線カード1-Nが回線4、2を介して相互に接続されているかを決定し、ポートコントローラ1a-Naの出力キューの各セルを伝送する。

ポートコントローラ1a-Naの間の各セルの伝送は、交差接続マトリクス10aを適切に設定することにより切り替えられる。スイッチカード10の入力ポートは、交差接続マトリクス10aの回線により表されている。スイッチカード10の出力ポートは、交差接続マトリクス10aの列により表されている。例えば入力ポート“1”を出力ポート“3”と接続するために、回線1にあるスイッチとマトリクス10aの列3が“オン”に設定される。

図２は、仮想出力キュー内のセルの生成と処理を示している。入力セル12は、ポートコントローラの仮想出力キュー14に提供される。ポートコントローラの出力毎に、仮想出力キュー14a-14Nが各ポートコントローラ内で処理される。

仮想出力キュー14の重みは、仮想出力キュー14内に格納されているセルの数により決定されてもよい。セルの経過時間は、セルが仮想出力キュー内に留まるセル期間の数により決定されてもよい。どの仮想出力キュー14のどのセルが各出力ポートに送信されるかを決定するため、決定ハンドラ18は、出力セル16を提供する仮想出力キュー14を決定する。各入力セル12内で、及び各出力セル16内で、仮想出力キュー14の状態が変更する。状態の変更は、アービターにより制御され得る決定ハンドラによる決定に依存する。

図３は、本発明によるアービトレーション方法を示している。スイッチカードは、ポートコントローラの各VOQの状態を記述した状態ワードをポートコントローラから受信する。ポートコントローラからの入力状態ワード20は、状態アナライザ22で分析される。状態ワードから、状態アナライザは、出力ポート番号情報と重み情報と機能形式情報とを決定する。出力ポート番号情報は、情報伝送23bを介して状態マトリクス24にアドレス指定される。図示の場合、出力ポート情報は出力ポート番号2に関するものであり、状態マトリクス24のセル2を示すことで表されている。更に、各状態ワードの入力ポートを記述する入力ポート情報が状態アナライザ22から取り出され、情報伝送23aを介して状態マトリクス24にアドレス指定される。図示の場合、行の入力3により示されているように、入力ポートはポート番号3である。

状態マトリクス24内に状態情報フィールド24aが示されている。この状態情報フィールド24aは、入力ポート3に接続された仮想出力キューの重み情報と、格納されている重み情報を処理する機能形式を決定する形式情報とを運ぶ。重み情報と形式情報は、23a、23bによりアドレス指定された場所に22から24に供給される。

アービトレーション26の間に、状態マトリクス24内の状態情報フィールド内に格納された重み情報に応じて、アービター(図示なし)は、どの入力ポートがどの出力ポートに切り替えられるかを決定する。最も高い重みを備えた仮想出力キューからのセルが最初に切り替えられることが好ましい。アービトレーション26の後に、アービトレーションの結果に従って状態情報フィールド24aが変更され、新しい重み値が状態情報フィールド24aに格納される(上書きされる)。結果のマトリクス25は、アービトレーション26により計算された入出力接続を表す。入力ポート情報と出力ポート情報は、情報伝送34により許可生成器(grant generator)36に伝送される。許可生成器36は、交差接続マトリクス(図示なし)及びポートコントローラに対する各入力ポートと出力ポート38の間の切り替えを許可する。

コードアナライザ28は、アービトレーション結果情報フィールド25aからアービトレーション処理が成功しているか否かを決定する。更に、コードアナライザ28は、状態情報フィールド24aに格納されている形式情報を決定する。形式情報に応じて、機能生成器30が制御される。機能生成器30によりサポートされている機能は、以下の通りでもよい。

この仮想出力キューについての成功したアービトレーションの後に、状態情報24aに格納されている重みを減少する。この新しい重み情報は、状態情報フィールド24aに格納される。

仮想出力キューの重みを増加する。状態情報フィールド24aの重み情報が増加し、不成功のアービトレーションの後に、増加した重み値が状態情報フィールド24aに格納される。

重み情報をリセットする。この仮想出力キューの成功したアービトレーションの後に、この値がゼロに設定される。そのことにより、状態情報フィールド24aに格納された重み値がゼロに設定される。

状態マトリクスに格納された状態情報の機能を実行することにより、ポートコントローラからの情報を更新することなく、状態マトリクス24内でポートコントローラについての新しい状態情報が取り出される。これは帯域を節約し、フェイルセーフのアービトレーションを提供する。

パケットスイッチ構成 ポートコントローラの仮想出力キュー 本発明に従ったアービトレーション

符号の説明

1、N 回線カード
1a、Na ポートコントローラ
2、4 伝送接続
6、8 信号接続
10 スイッチカード
10a 交差接続マトリクス
10b アービター
12 入力セル
14 仮想出力キュー
16 出力セル
18 決定ハンドラ
20 状態ワード
22 状態アナライザ
23 情報伝送
24 状態マトリクス
24a 状態情報フィールド
26 アービトレーション
28 コードアナライザ
30 機能
32 情報の変更
34 情報伝送
36 許可生成器
38 入力ポートに対する許可

Claims (9)

1. 入出力手段のポートコントローラにより提供される状態情報に基づいてスイッチング手段内の交差接続マトリクスを構成する方法であって、
   前記ポートコントローラは、状態ワード内の仮想出力キューの状態情報を前記スイッチング手段に提供し、
   前記スイッチング手段は、状態マトリクスの状態情報フィールド内に前記状態情報を格納し、
   前記スイッチング手段内のアービターは、前記状態情報フィールド内に格納された前記状態情報に基づいて前記交差接続マトリクスを構成する方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   前記状態ワードは通信情報を有し、
   前記アービターは、前記通信情報に基づいて前記交差接続マトリクスを構成することを特徴とする方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、
   前記状態ワードは重み情報を有し、
   前記アービターは、前記重み情報に基づいて前記交差接続マトリクスを構成することを特徴とする方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、
   前記状態ワードは形式情報を有し、
   前記アービターは、前記形式情報とアービトレーションの結果に基づいて前記状態情報フィールド内の前記状態情報を変更することを特徴とする方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、
   前記アービターは、成功したアービトレーションの場合に、前記状態情報フィールド内の前記状態情報の重み情報を減少することを特徴とする方法。
6. 請求項１に記載の方法であって、
   前記アービターは、不成功のアービトレーションの場合に、前記状態情報フィールド内の前記状態情報の重み情報を増加することを特徴とする方法。
7. 請求項１に記載の方法であって、
   前記アービターは、成功したアービトレーションの場合に、前記状態情報フィールド内の前記状態情報の重み情報をリセットすることを特徴とする方法。
8. 少なくとも１つのポートコントローラを備えた少なくとも１つの入出力手段と、
   少なくとも１つのアービター及び少なくとも１つの交差接続手段を備えた少なくとも１つのスイッチング手段と
   を有するパケットスイッチであって、
   前記ポートコントローラは、少なくとも１つの仮想出力キューと、前記スイッチング手段を介して他のポートコントローラと通信するキューイングセルとを有し、
   前記アービターは、前記交差接続手段の前記スイッチングを構成する構成手段を有し、
   前記交差接続手段は、ある入出力手段からのセルを他の入出力手段に切り替え、
   前記アービターは、前記入出力手段の間の入出力結合毎に、状態情報フィールドを備えた状態マトリクスを有し、
   前記状態情報フィールドは、ポートコントローラにより提供された前記仮想出力キューの状態情報を運び、前記仮想出力キューの状態を決定し、
   前記構成手段は、前記状態情報フィールド内の前記状態情報に基づいて前記交差接続マトリクスを構成することを特徴とするパケットスイッチ。
9. パケット交換ネットワーク、ローカルエリアネットワーク、広域ネットワーク、及び移動体通信ネットワークにおける請求項１に記載の方法の使用、又は請求項８に記載のパケットスイッチの使用。

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