JP3190522B2 - パケット交換システム - Google Patents
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Description
更に詳細には、本発明は交換システムにおけるパケット
配信のスケジューリングに関する。
ATMセルの到着の非計画性のために、2個以上のパケ
ットが同じ出力用の異なる入力に同時に到着することが
ある。交換機アーキテクチャはこれらパケットのうちの
一方を出力に通過させることができるが、残りのもう一
方のパケットは後から伝送されるため待機しなければな
らない。
れたこの一時的輻輳は一般的に、パケット又はセルをバ
ッファに一時的に記憶することにより処理される。ラン
ダム又は多少不均一なトラフィック分布の場合、バッフ
ァリング要件はかなり寛大である。しかし、バースト性
トラフィックを処理するように設計された高性能パケッ
ト交換システムの場合、バッファリング要件は非常に厳
しい。
グは通常、ランダムアクセスメモリ(RAM)で実現さ
れる。RAMは一般的に、メモリ記憶要件を低減するた
めに、交換機の全ての入力及び出力により共用される。
光パケット交換機では、現在、光ランダムアクセスメモ
リが無いので、これらの光交換機におけるバッファリン
グは非常に複雑である。
考究された方法は、待機入力パケットを所望の出力へ伝
送するのを遅らせるトラップラインに待機パケットを経
路指定することからなり、これにより、同じ出力へ指定
されたその他の入力パケットを遅延期間中に伝送させる
ことができる。しかし、この方法は幾つかの欠点を有
し、光及び光電子パケット交換機では使用できない。
定のスケジューリングファンクション(以下、機能又は
関数を意味する)はトラップライン法では実行されな
い。例えば、(RAM法と異なり)トラップライン法
は、高優先順位パケットが後から到着した場合、低優先
順位パケットの“スケジュール済み”転送時間を変更す
ることができない。
グについて提唱された別の方法は、いわゆる“フィード
フォワード(feed-forward)”法である。この方法では、
出力ポートを争うパケットは、既にスケジュール済みの
パケットと衝突することを避けるために、別の多数のタ
イムスロットにより遅延される。この方法では、パケッ
トを無衝突方式でスケジュール化できない場合、パケッ
トはドロップされる。しかし、この方法では、転送時間
をスロット毎に更新させることができず、優先トラフィ
ックを適正にサポートしない。
は、電子パケット交換機におけるRAMにより得られる
ものと同じ性能及び機能を提供する光及び光電子パケッ
ト交換機で使用できるパケットバッファリングシステム
を提供することである。
ートに宛てられた着信パケット又はセル(以下パケット
そ称する)を分析し、これらの優先順位を決定すること
からなるパケット交換機により解決される。低優先順位
のパケットは適当に選択された長さの再循環遅延線でバ
ッファされ、その後、このパケットの優先順位に基づい
て、出力ポートへの伝送がスケジュール化される。
ング交換機は、或る個数の入力ポート及び出力ポート
と、バッファリングパケット用の専用入力・出力ポート
に接続された様々な長さの或る本数の再循環遅延線とか
らなる入力/出力セクションを包含するように設計され
る。交換機は制御回路も包含する。
延線でバッファしなければならないか決定し、そして、
バッファされたパケットの優先順位に基づいてそのパケ
ットの配信を計画する。また、制御回路は、パケットを
適正な先入れ先出し順序でキープし、優先トラフィック
の多数の順位をサポートし、そして、電力損失を最小に
するためにパケットが再循環遅延線を少数回だけしか通
過しないようにし、これにより、大抵の場合、遅延線で
光増幅器を使用する必要性は避けられる。光増幅器が使
用される場合、パケットが巡回しなればならない遅延線
の本数は低減され、これに比例して、増幅器ノイズも低
減される。
ステムは多数の無記憶ノンブロッキング交換機に区分け
されている。この無記憶ノンブロッキング交換機は再循
環遅延線又はパケット交換システムの出力ポートの何れ
かに接続されている。交換機の第1の群は“遅延線交換
機”と呼ばれ、第2の群は“出力交換機”と呼ばれる。
遅延線交換機及び出力交換機はルータによりフロントエ
ンド化されている。
延線交換機(パケットを待機させなければならない場
合)又は出力交換機(待機が不要な場合)の何れかに振
り向けるために、制御回路からコマンドを受信する。
説明する。
信を計画するパケット交換機の一例の模式的ブロック図
である。また、図1のパケット交換機は適正に選択され
た長さの再循環遅延線で低優先順位パケットをバッファ
する。図1はn×n個のパケット交換機のブロック図で
ある。
101−n,(b)n個の出力ポート103−1〜10
3−n,(c)パケットバッファ用のm本の(適正に選
択された長さの)再循環遅延線105−1〜105−
m,(d)(n+m)×(n+m)個の無記憶ノンブロ
ッキング交換ブロック102及び(e)パケット毎に交
換ブロック102を再構成する制御回路104からな
る。
02の入力線101−1〜101−nに到着する。交換
ブロック102は厳密なノンブロッキング交換ブロック
であることができるが、再配置可能なノンブロッキング
交換ブロックであることが好ましい。光通信の場合、入
力線101−1〜101−nは光ファイバ線であること
もできる。
入力線101−1〜101−nから受信されたパケット
は、各パケットの宛先地点を示すパケットヘッダに基づ
いて、適当な出力ポート102−1〜102−nに伝送
される。パケットのヘッダは制御回路104により読出
される。制御回路104は、ヘッダを読出すのに少量の
パケットエネルギをトラップするためにパワースプリッ
タ110−1〜110−nを使用する。
るために、制御回路104は再循環遅延線105−1〜
105−mでバッファされた全てのパケットのトラック
を記録する。これにより、制御回路104は、どのパケ
ットが何時、交換ブロック102に返送されるか知るこ
とができる。制御回路104は例えば、下記に説明する
ようなプログラム命令を実行するマイクロプロセッサを
用いて実現することができる。
mの再循環遅延線105−1〜105−mを示す。これ
らの遅延線の長さは、端末間でそれぞれ記憶できるパケ
ットの個数に等しい単位で表示される。交換ブロック1
02,制御回路104及び再循環遅延線105−1〜1
05−m間の相互作用を説明するために、この実施例で
は説明の便宜上、d1≦d2≦...≦dmと仮定する。
特に、d1=1,d2=2,...,及びdm=mのケー
スについて説明する。
ト全体を再循環遅延線105−1〜105−mに格納さ
せることができるので、d1=1,d2=2,...,及
びdm=mの場合、B=m(m+1)/2となる。更
に、交換ブロック102及び制御回路104はタイムス
ロット化システムを使用するものと仮定する。この場
合、各タイムスロットについて、(n+m)個までのパ
ケットが交換機に到着する(すなわち、n個の新規到着
パケット+m個の“再循環パケット”)。
ットは適当な出力ポートに伝送させることができ、残り
のパケットは再循環遅延線105−1〜105−mで
“バッファ”される。長さdiの再循環遅延線でバッフ
ァされているパケットは、diタイムスロット後に、遅
延線を出て、交換ブロック102に戻る。制御回路10
4は、どのパケットを各タイムスロットに出力するか選
択し、また、残りのパケットを再循環遅延線に割り当て
る。
線内の“バッファロケーション”が効率的に使用される
ような方法で、パケットを適当な遅延線に割り当てる。
パケットは必要に応じて、適当な先入れ先出し(FIF
O)順序を保持する。制御回路104はまた、各パケッ
トが少数回だけ再循環遅延線105−1〜105−m内
を循環するようにする。
この最小回数循環により、電力損失を最小限に抑えるこ
とができ、その結果、再循環遅延線105−1〜105
−mにおいて光増幅器を使用する必要性が無くなる。再
循環遅延線105−1〜105−mで増幅器が必要な場
合、再循環の回数を最小にすることにより、追加される
ノイズを最小限に抑えることができる。更に、電力量が
再循環遅延線105−1〜105−mで増幅器の必要性
を示す場合、遅延線の本数の減少は増幅器の個数の貴重
な減少をもたらす。
インプレメンテーションについて様々な異なる技術を使
用できることである。例えば、ニオブ酸リチウムを用い
る導波管のような技術,又は波長分割多重化(WDM)
及びスターカプラ,若しくは波長ルータなども図1の交
換機の構築に使用できる。
mで行われる遅延線ファンクションは例えば、光ファイ
バ線又はその他の適当な光伝送手段を用いて実現するこ
とができる。制御回路104に関して、光インプレメン
テーションでこのような回路を設計するために、光論理
ゲートを使用することもできるが、マイクロプロセッサ
を使用すれば更に一層容易に実現させることができる。
環遅延線におけるパケットのトラックを記録するように
構成された制御テーブルの一例の構成図である。
在する全てのパケットのヘッダの読み出し(各タイムス
ロットについて)のタスクから図1の制御回路104を
解放するために、制御回路104は再循環遅延線105
−1〜105−mに格納されているパケットに関する情
報テーブルを保持する。
ットに関する情報を記憶する方法の一例を示す。前記の
ように、この情報(例えば、パケットの出力ポートアド
レス)は、パケットが最初に交換ブロック102に到着
したときに、パケットヘッダを読み出すことにより得ら
れる。この情報は、パケットが交換ブロック102を出
るまで、図2の制御テーブルに保存される。
子的)RAMにおけるm×dmテーブルである。このR
AMはパケット速度で動作し、再循環遅延線105−1
〜105−mを通過するパケットの流れを模倣するよう
に構成されている。テーブルの各列はm本の遅延線(図
2ではm=8)のうちの一本に対応する。各欄は、遅延
線を同時に出て、交換ブロック102による経路指定の
ために一緒に到着する一組のパケットに対応する情報を
包含する。
ンタは、タイムスロット当たり一つの欄を、循環的に左
にシフトさせ、交換ブロック102に今戻される現在の
一組のm個(以下)の再循環パケットを示す。m×dm
テーブルのハッチング部分は(タイムスロットポインタ
の所定部分の)未使用エントリに対応する。
場合、このパケットに関する情報は、図2の制御テーブ
ルにおいて、“対角線”に沿った適当な位置に移動され
る(例えば、遅延線1の場合はP14,遅延線2の場合は
P25,遅延線36の場合はP36,...,又は遅延線8
の場合はP83)。これらのPijの各々に付随する情報量
は、下記の2つの実施例により例証されるように、制御
回路104の特定のインプレメンテーションにより左右
される。
メンテーションの実施例では、制御回路104は最初
に、各タイムスロットについて、出来るだけ多くのパケ
ットをこれらの出力に経路指定する。続いて、制御回路
104は再循環パケット(最長遅延線で開始し、最短遅
延線に向かって移動する)を考慮し、次いで、新たなパ
ケット到着を考慮する。
位のパケットが最初に処理される。(別のパケットが出
力jに経路指定するために既に選択されているので)パ
ケットを出力ポートjに経路指定できない場合は常に、
このパケットを最短遅延線に送る。最短遅延線は、図2
の制御テーブルの“該当欄”の出力jに指定された最小
個数のパケットを有する。各タイムスロットについて、
出力ポート当たりせいぜい1個のパケットしか伝送する
ことができないので、この最後のファクタは、テーブル
の欄における出力アドレスを“負荷平衡”させるのに役
立つ。
施例では、各タイムスロットについて、新規到着パケッ
ト及び再循環パケットは、(i)伝送のために適当な出
力ポートに経路指定するか、(ii)もう1回再循環し
た後、伝送を“計画”するか、又は(iii)“計画し
ない”まま放置し、更に循環させるために遅延線に送ら
れる。
(i)再循環遅延線における各パケットの入力ポート・
出力ポートのトラック及び(ii)パケットが交換ブロ
ック102に到着する次の時点にパケットの伝送が計画
されているか否かを記録する。各入力−出力対に付随す
るFIFOテーブルも存在する。
ケットの先入れ、先出しリスト,再循環遅延線内のこれ
らパケットの正確な位置及び(もしあれば)パケットの
伝送が計画されている将来のタイムスロットなどを記録
する。最後に、パケットが交換ブロック102に最初に
到着する場合、各パケットに“時刻記録”が付与され
る。時刻記録はアイデアル出力キューイング交換機の伝
送時刻に対応し、パケットの“予想伝送時刻”を示す。
御回路は現在のタイムスロット又は将来のタイムスロッ
トへのパケットの伝送を計画する。最初に、制御回路は
再循環遅延線の全ての“スケジュール化パケット”を適
当な出力ポートに経路指定する。次に、制御回路は、新
規到着パケットを(FIFO制約に違背することなく)
出力ポートに経路指定できるか否かチェックする。その
後、制御回路は、次の(最短遅延線における)再循環後
に、出来ればパケットの伝送を計画する。
いて既にスケジュール化される前の場合だけ、スケジュ
ール化することができる。このスケジューリングにおけ
る優先順位は最小時刻記録(“予想伝送時刻”)を有す
るパケット及び最長遅延線上の再循環パケットに与えら
れる。パケットがスケジュール化されると、同じ入力−
出力FIFOで待機している他のパケットを間接的に、
FIFO制約に違背することなくスケジュール化させる
こともできる。
ール化されないまま放置され、遅延線に再循環される。
最小時刻記録を有する非スケジュール化パケットから開
始する場合、パケットは最短遅延線に送られる。この最
短遅延線は、図2の制御テーブルの該当欄の該当出力に
宛てられた最小個数のパケットを有する。
パケットが同じ優先順位の別のパケットと出力ポートを
争奪するときに、パケットが受信された入力ポートの位
置に基づいて、パケットを(再循環遅延線と対照的に)
出力ポートに経路指定することからなる。同様に、入力
ポート専用の再循環遅延線から受信されたパケットは、
“正規”入力ポートから同時に受信された別のパケット
と同じ出力ポートを争奪する場合、別の出力ポートに経
路指定することができる。この場合、本発明によれば、
他のパケットは再循環遅延線に経路指定される。
れた多数の交換機に区分けされたパケット交換システム
の一例の模式的なブロック図である。図3に示されたモ
ジュール設計は、パケット交換機を、無記憶ノンブロッ
キング交換ブロック(MNSB)306,312,31
4及び330からなる“メモリブロック”,遅延線31
8−1〜318−m及び入力線301−1〜301−n
及び出力ポート340−1〜340−nからそれぞれな
る入力/出力セクションに区分けする。
m)個の交換機は、n×n,n×m,m×n及びm×m
個のMNSBに多数のルータ303,304,319,
320を加え、更に、特定のインプレメンテーションに
ついて、オプションの後置交換機309,310,31
6及び317を加えたものとして構成されている。
システムはルータ303,304,319及び320を
有する。これらのルータはパケットを、遅延線MNSB
(例えば、MNSB314(330))又は出力MNS
B(例えば、MNSB312(306))の何れかに振
り向ける。
−nからの着信パケットを受信するnルータ又は再循環
遅延線318−1〜318−mから再循環パケットを受
信するmルータに接続されている。図3のパケット交換
システムの光インプレメンテーションでは、ルータ30
3及び304はパワースプリッティングファンクション
も行う。
ンにより、制御回路307はパケットヘッダを読み出す
のにパケットのエネルギを少しだけ抜き出すことができ
る。図3のブロック図に示されたパケット交換システム
は、図1のパケット交換機と幾つかの共通要素を共用す
る。
(a)図1に示された一組の再循環遅延線と同じものを
使用し、(b)僅かに高分散型インプレメンテーション
であるにも拘わらず同様な制御構造を使用する。従っ
て、図2に示された制御テーブルは図3のモジュール設
計にも容易に適用することができる。
07は全ての経路指定決定(どの遅延線がどのパケット
をバッファするか決定することを有する)を行う。例え
ば、同じ出力ポートに宛てられた多数の着信パケットが
入力線301−1〜301−nからルータ303又は3
04により受信される場合、これらパケットのヘッダ
は、制御回路307により読み出される。
ューリング方法を用いて受信パケットに対する適正な処
理を決定する。この決定の一部として、制御回路307
は受信パケットのうちどのパケットを適当な出力ポート
に送信するか、パケットの優先順位に基づいて決定す
る。出力ポートに経路指定されるべき選択パケットはM
NSB306に送信される。
イン308を介して後置交換機309又は310に送
る。後置交換機は、他のタイプのデバイスを使用するこ
とにより生じるであろうエネルギ損失を防止するため
に、図3のパケット交換システムの光インプレメンテー
ションで使用される。
合、制御回路307は信号をルータ303又は304に
送信し、このパケットをMNSB330に向かわせる。
次いで、MNSB330はこのパケットを制御回路30
7により示された遅延線に送る。
05−1〜105−m又は図3の318−1〜318−
m)は他の方法では不可能な、柔軟性と効率性を与え
る。例えば、先入れ先出し要件は、(他のパケットが同
じ出力について待機されているので)到着パケットは少
なくともkタイムスロットには伝送できないことを指図
する。
ば)の再循環遅延線に格納し、そして、このパケットを
適当な時点で伝送する。パケットが長さkの遅延線でバ
ッファできないとしても、“最適性能”は依然として可
能である。なぜなら、合計でkの長さになる遅延線の組
合せが多数存在するからである。
わち最小)遅延は、長さ10の遅延線でパケットをバッ
ファするか、又は長さ7と3の遅延線で連続的にバッフ
ァするか、若しくは長さ6,1及び3の遅延線で連続的
にバッファすることにより達成することができる。更
に、再循環は、“スケジューリング決定”を、パケット
が帰還遅延線から交換機に戻る度に、改訂することがで
きる。例えば、新たな高優先順位パケットを迅速に伝送
することができる。
電子パケット交換機におけるRAMにより得られるもの
と同じ性能及び機能を提供する光及び光電子パケット交
換機で使用できるパケットバッファリングシステムが得
られる。本発明では、共通出力ポートに宛てられた着信
パケットを分析し、これらの優先順位を決定する。低優
先順位のパケットは適当に選択された長さの再循環遅延
線でバッファされ、その後、このパケットの優先順位に
基づいて、出力ポートへの伝送がスケジュール化され
る。
信をスケジュール化し、適当に選択された長さの再循環
遅延線でパケットをバッファするように設計された本発
明のパケット交換機の一例も模式的ブロック図である。
のトラックを記録する制御テーブルの一例の表図であ
る。
換機に区分けされたパケット交換システムの一例の模式
的ブロック図である。
ロッキング交換ブロック 103,340 出力ポート 104,307 制御回路 105,318 再循環遅延線 110 パワースプリッタ 303,304,319,320 ルータ 309,316,317 後置交換機
Claims (15)
- 【請求項1】 複数の入力ポートおよび出力ポートを有
する少なくとも1個の交換ブロックと、 (a)入力ポートにより受信されたパケットの優先順
位、および、(b)パケットを出力ポートに配信する時
間、を決定する制御回路と、 それぞれ専用入力ポートおよび専用出力ポートに接続さ
れる複数の再循環遅延要素と、 高優先順位パケットとの間で出力ポートを争奪しあう低
優先順位パケットを、前記制御回路により決定された優
先順位に基づいて選択される再循環遅延要素でバッファ
リングするバッファ手段とを有することを特徴とするパ
ケット交換システム。 - 【請求項2】 前記バッファ手段は、 低優先順位パケットが少なくとも1個の高優先順位パケ
ットとの間で出力ポートをもはや争奪しあわなくなるま
で、該低優先順位パケットを少なくとも1個の再循環遅
延要素に経路指定する手段と、 すべての再循環遅延要素に経路指定されるすべてのパケ
ットを追跡する手段とをさらに有することを特徴とする
請求項1に記載のパケット交換システム。 - 【請求項3】 低優先順位パケットが再循環遅延要素に
経路指定される回数を制限する手段をさらに有すること
を特徴とする請求項2に記載のパケット交換システム。 - 【請求項4】 同じ優先順位の2個のパケットが、
(a)相異なる2個の入力ポートから同時に受信され、
かつ、(b)1個の出力ポートに宛てられたパケットで
ある場合、任意に一方のパケットが、選択された再循環
遅延要素でバッファリングするように選択されることを
特徴とする請求項1に記載のパケット交換システム。 - 【請求項5】 前記複数の再循環遅延要素は相異なる長
さを有し、 パケットの優先順位および再循環遅延要素の長さに基づ
いて、特定の再循環遅延要素がパケットをバッファリン
グするために選択されることを特徴とする請求項1に記
載のパケット交換システム。 - 【請求項6】 低優先順位パケットは、長い再循環遅延
要素でバッファリングされ、高優先順位パケットは、短
い再循環遅延要素でバッファリングされることを特徴と
する請求項5に記載のパケット交換システム。 - 【請求項7】 交換ブロックの出力ポートに経路指定さ
れたすべてのパケットを先入れ先出し順序で保持する手
段をさらに有することを特徴とする請求項1に記載のパ
ケット交換システム。 - 【請求項8】 パケット交換システムの相異なる入力ポ
ートから受信され、該パケット交換システムの共通出力
ポートに宛てられた着信パケットの優先順位を決定する
手段と、 最高優先順位パケットを前記出力ポートに経路指定する
手段と、それぞれ の低優先順位パケットを、その優先順位に基づ
いて、相異なる時間遅延を提供するように構成された複
数の再循環遅延線のうちの特定の1つでバッファリング
するバッファ手段と、 再循環遅延線でバッファリングされた低優先順位パケッ
トを前記出力ポートへ配信する手段とを有することを特
徴とする、パケット交換システムで使用する装置。 - 【請求項9】 1個の低優先順位パケットを少なくとも
1個の再循環遅延線に経路指定できる回数を制限する手
段をさらに有することを特徴とする請求項8に記載の装
置。 - 【請求項10】 交換機の相異なる入力ポートから受信
され、該交換機の共通出力ポートに宛てられた着信パケ
ットの優先順位を決定するステップと、 最高優先順位パケットを前記出力ポートに経路指定する
ステップと、それぞれ の低優先順位パケットを、その優先順位に基づ
いて、相異なる時間遅延を提供するように構成された複
数の再循環遅延線のうちの特定の1つでバッファリング
するステップと、 再循環遅延線でバッファリングされた低優先順位パケッ
トを前記出力ポートへ配信するステップとを有すること
を特徴とする、交換機でパケットを経路指定する方法。 - 【請求項11】 複数の入力ポートおよび出力ポートを
有する少なくとも1個の交換ブロックを有する交換組織
と、 それぞれ前記交換組織の専用入力ポートおよび専用出力
ポートに接続される、相異なる時間遅延を提供するよう
に構成された複数の再循環遅延要素と、 (a)入力ポートから受信された各パケットの優先順位
を決定し、(b)該優先順位に基づいて、高優先順位パ
ケットとの間で出力ポートを争奪しあう低優先順位パケ
ットが少なくとも1回前記交換組織に戻されるときに通
る再循環遅延要素を選択する制御回路とを有することを
特徴とするパケット交換システム。 - 【請求項12】 パケットが同優先順位の別のパケット
との間で出力ポートを争奪しあう場合、該パケットを該
出力ポートに経路指定する手段をさらに有することを特
徴とする請求項11に記載のパケット交換システム。 - 【請求項13】 再循環遅延要素のうちの1つにあるパ
ケットが、入力ポートから受信された同優先順位の別の
パケットと競合する場合に、該パケットが受信された入
力ポートの位置に基づいて、該パケットを出力ポートに
経路指定する手段をさらに有することを特徴とする請求
項11に記載のパケット交換システム。 - 【請求項14】 複数の入力ポートおよび出力ポートを
有する少なくとも1個の交換ブロックと、 (a)入力ポートにより受信されたパケットの優先順
位、および、(b)パケットを出力ポートに配信する時
間、を決定する制御回路と、それぞれ専用入力ポートおよび専用出力ポートに接続さ
れる 複数の再循環遅延要素と、高優先順位パケットとの間で出力ポートを争奪しあう低
優先順位パケットを、 前記制御回路により決定された優
先順位に基づいて選択される再循環遅延要素でバッファ
リングするバッファ手段とを有するパケット交換システ
ムにおいて、 前記パケット交換システムは、相異なる時間遅延手段の
再循環遅延要素を2個以上有し、 パケットは、その優先順位に基づいて特定の再循環遅延
要素でバッファリングされる ことを特徴とするパケット
交換システム。 - 【請求項15】 低優先順位パケットは、長い時間遅延
の再循環遅延要素でバッファリングされ 高優先順位パ
ケットは、短い時間遅延の再循環遅延要素でバッファリ
ングされることを特徴とする請求項14に記載のパケッ
ト交換システム。
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