JP4698673B2 - スイッチ装置、スイッチング方法およびスイッチ制御用プログラム - Google Patents

Description

本発明は、スイッチ装置、スイッチング方法およびスイッチ制御用プログラムに関し、特にスループットの低下や公平性の低下を低減できる分散型スケジューラを備え、実装時の制約が少なく、拡張性に優れたスイッチ装置、スイッチング方法およびスイッチ制御用プログラムに関する。

近年、ネットワーク上を行き交うトラフィック量はますます増大する一方である。光伝送技術の進化により、ネットワーク上のボトルネックは伝送路からスイッチ装置・ルータ装置へと変移し、大容量スイッチが求められている。しかし経済的な観点から考えると、トラフィックの少ない段階から大容量スイッチを導入するのは無駄な投資となってしまう。すなわち、ビジネスの初期段階ではスイッチ容量は小容量で十分である。よってスイッチ容量については、最初は小容量で、利用者の増加に伴いスイッチ容量を増加させることができ、最終的に大容量スイッチを構築可能な自由な拡張性が求められる。

スイッチ容量の拡張を行う手法のひとつに多段スイッチ構成がある。かかる多段スイッチは特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載された多段スイッチは、図１７に示すように、複数の単位スイッチから構成されている。例えば、３段ＣＬＯＳ（ＣＬＯＳは発明者の名前）スイッチの場合、入力段スイッチ群１３−１、中間段スイッチ群１３−２、出力段スイッチ群１３−３の３段の単位スイッチ群で構成される。入力段スイッチ群１３−１は、それぞれが入力ライン数ｍ本と出力ラインｎ本を備えるｍ×ｎの単位スイッチをｋ個並列に配列した単位スイッチ群１３−１１−１〜１３−１１−ｋで構成される。中間段スイッチ群１３−２はｋ×ｈの単位スイッチをｎ個並列に配列した単位スイッチ群１３−２１−１〜１３−２１−ｎで構成される。出力段スイッチ群１３−３はｎ×ｊの単位スイッチをｈ個並列に配列した単位スイッチ１３−３１−１〜１３−３１−ｈで構成される。入力段スイッチ群１３−１と中間段スイッチ群１３−２との間はライン群１３−１３−１〜１３−１３−（ｋ×ｎ）で接続され、中間段スイッチ群１３−２と出力段スイッチ群１３−３との間はライン群１３−３２−１〜１３−３２−（ｎ×ｈ）で接続することにより、ｍｋ×ｊｈの大容量のスイッチ装置が構成される。このように多段スイッチ構成では、小容量の単位スイッチを用い、各段の単位スイッチ数とそれに対応するリンク数に応じた規模のスイッチを構成することが可能である。

また、スイッチ装置におけるスケジューリング方法は、従来から様々なものが提案されている。これらを機能の配備方法について分類すると、スケジューリング機能を分散して配備する方法と、スケジューリング機能を集中して配備する方法とに大別することができる。図１８に示す特許文献２に開示された構成および図１９に示す特許文献３に開示された構成は従来のスケジューリング機能の配備状態を示す図である。図１８はスケジューリング機能を分散して配備した構成が示されている。図１９はスケジューリング機能を集中に配備した構成が示されている。

図１８に示すようにスケジューリング機能を分散して配備した構成では、各スイッチとともにスケジューラ１４−１〜１４−ｍが備わった構成となっており、隣接するスケジューラ間を相互接続することにより、各スケジューラ間でスケジューリング情報の送受信が可能となり、全てのスケジューリングが実施される。

図１９に示すようにスケジューリング機能を集中して配備した構成では、スケジューラ１５がすべてのスイッチに接続され、１つの制御回路となっており、これによりすべてのスケジューリングが実施される。このような集中型スケジューラでは、スケジューラ間を接続する必要が無いので配線遅延が小さく、配線遅延による実装時の制約は少ないという利点がある。しかし大規模なスイッチの場合では、回路規模が大きくなり実装が困難であり、実装後は収容できる入力数が固定であるため、拡張性にかける。

上記のように拡張性に優れたスイッチ装置を構成する場合、分散型スケジューラが有利である。しかしながら、スケジューラ数の増加に伴い、相互接続線も増加し、実装時の制約となってしまう。また、相互に情報を交換することによる遅延のため、実装時の制約が多くなるという問題がある。この問題を解決するために各スケジューラ間を接続せず、スケジューリング情報の交換を行わない方法がある。

特開２００２−３２５０８７号公報（図１７） 特開２００２−１５２２６７号公報（図１８） 特開平６−７０３４７号公報（図１９）

しかしながら、スケジューリング情報の交換を行わずスケジューリングを行う場合には問題が生じる。１つ目はスループットの低下である。これは各スケジューラが独立に動作し割当てを行うためである。２つ目は割当ての公平性を保つのが困難となることである。

本発明の目的は、上記の課題を解決しスループットの低下や公平性の低下を低減できる分散型スケジューラを備え、実装時の制約が少なく、拡張性に優れたスイッチング方法および装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のスイッチング装置は、複数の入力回線と接続される入力段スイッチ群と、複数の出力回線と接続される出力段スイッチ群と、前記入力段スイッチ群と前記出力段スイッチ群とを接続する中間段スイッチ群と、各入力回線に入力される情報に基づいて前記中間段スイッチ群を介した前記入力段スイッチ群と前記出力段スイッチ群との間の信号経路を決定するスケジューリングを行うスケジューラと、を備え、
前記中間段スイッチ群を複数のグループに分けたときに、グループ単位で前記スケジューラが分散的に配置され、各スケジューラは独立に動作することを特徴とする。

本発明のスイッチング方法は、複数の入力回線と接続される入力段スイッチ群と、複数の出力回線と接続される出力段スイッチ群と、前記入力段スイッチ群と前記出力段スイッチ群とを接続する中間段スイッチ群と、を備えたスイッチ装置のスイッチング方法において、
各入力回線に入力される情報に基づいて前記中間段スイッチ群を介した前記入力段スイッチ群と前記出力段スイッチ群との間の信号経路を決定するスケジューリングを、前記中間段スイッチ群を複数のグループに分けてグループ単位で独立に行うことを特徴とする。

本発明のスイッチ制御用プログラムは、複数の入力回線と接続される入力段スイッチ群と、複数の出力回線と接続される出力段スイッチ群と、前記入力段スイッチ群と前記出力段スイッチ群とを接続する中間段スイッチ群と、各入力回線に入力される情報に基づいて前記中間段スイッチ群を介した前記入力段スイッチ群と前記出力段スイッチ群との間の信号経路を決定するスケジューリングを行う演算処理部及び記憶部と、を備え、
前記中間段スイッチ群を複数のグループに分けたときに、グループ単位で前記演算処理部及び記憶部が分散的に配置されてなるスイッチ装置のスイッチ制御用プログラムであって、
各入力回線に入力される情報と前記記憶部に記憶されたスケジューリング優先処理順位情報とに基づいて、前記演算処理部は、前記スケジューリングをグループ単位で独立に行うことを特徴とする。

本発明においては、スケジューラが、中間段スイッチ群を複数のグループに分けたときに、グループ単位で分散的に配置され、各スケジューラは独立に動作するので、複数のスケジューラ間の接続を無くし、相互にスケジューリング情報を交換することを無くすことができる。

本発明によれば、実装時の制約が少なく、拡張性に優れたスイッチング装置を提供できる。その理由は、複数のスケジューラ間の接続が無く相互にスケジューリング情報を交換しないので、配線増加や遅延などの実装時の制約を緩和することができる。また、スイッチの個数が増加した場合にも、スケジューラの個数を増加させることにより、１つのスケジューラがスケジューリングする量は変化しないためである。

また、本発明によれば、スケジューラ間で相互に情報を交換しない場合でも、スループットおよび公平性低下を抑制できる。その理由は、スケジューラの個数に応じてスケジューリング開始点とスケジューリング順序を変化させることができるためである。

本発明の第１の実施形態のスイッチ装置の構成を示すブロック図である。 入力段スケジューラインターフェース部の構成を示すブロック図である。 スケジューラ部の構成を示すブロック図である。 出力段スケジューラインターフェース部の構成を示すブロック図である。 スイッチ装置の構成を示すブロック図である。 優先制御テーブルの一例を示す図である。 リクエストテーブルの一例を示す図である。 スケジューラの処理を示すフローチャートである。 予約管理テーブル及び許可管理テーブルの一例を示す図である。 予約管理テーブル及び許可管理テーブルの一例を示す図である。 予約管理テーブル及び許可管理テーブルの一例を示す図である。 予約管理テーブル及び許可管理テーブルの一例を示す図である。 予約管理テーブル及び許可管理テーブルの一例を示す図である。 スケジューラの処理を示すフローチャートである。 リクエストテーブルの一例を示す図である。 スケジューリング処理をソフト的に処理する場合のスケジューラの構成を示す図である。 従来の多段スイッチを示す図である。 従来の分散型スケジューラを示す図である。 従来の集中型スケジューラを示す図である。 本発明に係わるスイッチ装置のスイッチボードを収容するスタック型筐体を示す図である。

符号の説明

１−１ 入力段スイッチ群
１−２ 中間段スイッチ群
１−３ 出力段スイッチ群
１−１０ 入力段スイッチボード部
１−１１ 入力バッファ部
１−１２ 入力段スイッチ部
１−１３ 入力段スケジューラインターフェース部
１−２０ 中間段スイッチボード部
１−２１ 中間段スイッチ部
１−２２ スケジューラ部
１−３０ 出力段スイッチボード部
１−３１ 出力バッファ部
１−３２ 出力段スイッチ部
１−３３ 出力段スケジューラインターフェース
２−１ リクエスト発行部
２−２ 許可受信部
３−１ リクエスト受信部
３−２ スケジューラ制御部
３−３ 許可発行部
４−１ 許可受信部

次に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。

〔第１の実施形態〕
［１］ 構成の説明
図１は本発明の第１の実施形態のスイッチ装置の構成を示すブロック図である。本実施形態のスイッチング装置は入力段スイッチ群１−１、中間段スイッチ群１−２、出力段スイッチ群１−３に分かれており、それぞれの段は複数のスイッチボードから構成される。

入力段スイッチ群１−１は、ｋ個の入力段スイッチボード１−１０から構成されており、各スイッチボード１−１０はｍ個の入力バッファ部１−１１（合計Ｊ＝ｍ×ｋ）と、入力段スイッチ部１−１２と、入力段制御部となる入力段スケジューラインターフェース部１−１３とから構成される。

各入力バッファ部１−１１は、入力回線、入力段スイッチ部１−１２および入力段スケジューラインターフェース部１−１３と接続される。入力段スイッチ部１−１２はｍ個の入力バッファ部１−１１、中間段スイッチ群１−２の各中間段スイッチ部１−２１および入力段スケジューラインターフェース部１−１３と接続される。

入力段スケジューラインターフェース部１−１３はｍ個の入力バッファ部１−１１、入力段スイッチ部１−１２および中間段スイッチ群１−２の各スケジューラ１−２２と接続される。

中間段スイッチ群１−２は、ｎ個の中間段スイッチボード１−２０から構成されており、各中間段スイッチボード１−２０はｉ個の中間段スイッチ（ＳＷ）部１−２１（合計Ｌ＝ｎ×ｉ）とスケジューラ部１−２２から構成される。ｉ個の中間段スイッチ部１−２１は入力段スイッチ群１−１の各入力段スイッチ部１−１２および出力段スイッチ群１−３の各出力段スイッチ部１−３２と相互接続されており、またスケジューラ部１−２２とも接続される。

スケジューラ部１−２２は各入力段スケジューラインターフェース１−１３と各出力段スケジューラインターフェース１−３３および同一スイッチボード上の中間段スイッチ部１−２１とに接続される。

出力段スイッチ群１−３は、ｈ個の出力段スイッチボード１−３０から構成されており、各出力段スイッチボード１−３０はｇ個の出力バッファ部１−３１（合計Ｐ＝ｇ×ｈ）と出力段スイッチ部１−３２と出力段スケジューラインターフェース部１−３３とから構成される。

出力バッファ部１−３１は出力回線および出力段スイッチ部１−３２および出力段スケジューラインターフェース部１−３３と接続される。出力段スイッチ部１−３２はｇ個の出力バッファ１−３１および中間段スイッチ群の各中間段スイッチ部１−２１および出力段スケジューラインターフェース部１−３３と接続される。出力段スケジューラインターフェース部１−３３はｇ個の出力バッファ部１−３１および出力段スイッチ部１−３２および中間段スイッチ群１−２の各スケジューラ１−２２と接続される。

図２は入力段スケジューラインターフェース部１−１３の構成を示すブロック図である。入力段制御部となる入力段スケジューラインターフェース部１−１３は、リクエスト発行部２−１と許可受信部２−２とから構成される。リクエスト発行部２−１は同一入力段スイッチボード上のｍ個の入力バッファ部１−１１と、各中間段スイッチボード上の各スケジューラ部１−２２とに接続される。許可受信部２−２は各中間段スイッチボード上の各スケジューラ部１−２２と、同一入力段スイッチボード上のｍ個の入力バッファ部１−１１と、同一入力段スイッチボード上の入力段スイッチ部１−１２とに接続される。

図３はスケジューラ部１−２２の構成を示すブロック図である。スケジューラ部１−２２は、リクエスト受信部３−１と、スケジューラ制御部３−２と、許可発行部３−３とから構成される。リクエスト受信部３−１は、各入力段スケジューラインターフェース部１−１３と、同一スケジューラ内のスケジューラ制御部３−２とに接続される。スケジューラ制御部３−２は、同一スケジューラ内のリクエスト受信部３−１と、許可発行部３−３とに接続される。許可発行部３−３は、同一スケジューラ内のスケジューラ制御部３−２と、各入力段スケジューラインターフェース１−１３と、各出力段スケジューラインターフェース１−３３と、同一中間段スイッチボード上のｉ個の中間段スイッチ部１−２１とに接続される。

図４は出力段スケジューラインターフェース部１−３３の構成を示すブロック図である。出力段スケジューラインターフェース部１−３３は許可受信部４−１から構成される。許可受信部４−１は、各中間段スイッチボード上の各スケジューラ部１−２２と、同一出力段スイッチボード上の出力段スイッチ部１−３２及び出力バッファ１−３１とに接続される。

［２］ スイッチング動作の説明
以下、上記スイッチ装置のスイッチング動作について説明するが、ここでは説明の簡易化のために、スイッチ装置は図５に示す構成のものを用いて説明を行う。図５に示すように入力段スイッチボード（ボードごとに３ポートを有する）が３枚、中間段スイッチが４枚、出力段スイッチボード（ボードごとに３ポート）が３枚、スケジューラが２つ設けられ、それぞれのスケジューラは中間段スイッチを２つずつ制御する。入力段スイッチボードはそれぞれ、３つの入力バッファと、３つの入力バッファに接続される入力段スイッチと、入力段スイッチと３つの入力バッファが接続される入力段スケジューラインターフェース（図５ではＳＣＤ Ｉ／Ｆと記載している）とを備えている。出力段スイッチボードはそれぞれ、出力段スイッチ、出力段スイッチに接続される３つの出力バッファと、出力段スイッチと３つの出力バッファが接続される出力段スケジューラインターフェース（図５ではＳＣＤ Ｉ／Ｆと記載している）とを備えている。

まず、図５に示すスイッチ装置の起動時（または任意の時間）にスケジューラ＃１、スケジューラ＃２の優先制御テーブルを図６に示す表１、表２のように設定する。優先制御テーブルはスケジューラごとに設けられ、後述するリクエストテーブルを参照する順番を予め規定するもので、各スケジューラの優先制御テーブルは各スケジューラの動作が極力重ならないように設定する。ここでは、スケジューラが２つなので、図６に示すように、スケジューラ＃１、＃２において、入力段スイッチボード番号（入力段スイッチ群の各グループを示すグループ番号となる）、入力回線番号の参照開始位置をそれぞれ先頭と末尾とし、先頭から開始するスケジューラ＃１は昇順（番号が増える方向順）に参照し、末尾から開始するスケジューラ＃２は降順（番号が減る方向順）に参照する。このように優先制御テーブルを設定することにより効率よく割り当てることができる。

また入力段スイッチボード番号、入力回線番号のどちらが大項目か小項目か(ある大項目において小項目をずらしていき、小項目を見終わったら、大項目をずらし、また小項目をずらして参照していく)も決まっている。ここでは、スケジューラ＃１、＃２ともに入力段スイッチボード番号が小項目、入力回線番号が大項目とする。また複数のスケジューラから許可が重複して出された場合には、システム全体でどのスケジューラからの許可を選択するかを予め決めておく。ここでは、スケジューラ＃２を選択するものとする。

入力段スイッチボードの各入力回線（入力ポート）に図５のようなセル(cell；固定長のデータ転送単位をいう)が入ってきたとする。なお図５では、入力段スイッチボード＃１の入力回線番号＃１〜＃３を“１”〜“３”として示し、入力段スイッチボード＃２の入力回線番号＃１〜＃３を“４”〜“６”として示し、入力段スイッチボード＃３の入力回線番号＃１〜＃３を“７”〜“９”として示している。同様に出力段スイッチボード＃１の出力回線番号＃１〜＃３を“１”〜“３”として示し、出力段スイッチボード＃２の出力回線番号＃１〜＃３を“４”〜“６”として示し、出力段スイッチボード＃３の出力回線番号＃１〜＃３を“７”〜“９”として示している。

入ってきたセルは入力段スイッチボードにそれぞれ設けられた入力バッファ＃１〜＃３に蓄えられる。入力バッファにセルが溜まると、入力段スケジューラインターフェース（ＳＣＤ Ｉ／Ｆ）内のリクエスト発行部２−１（図２参照）はセルが持っている宛先情報から出力ポート番号および出力段スイッチボード番号を読み取り、その情報をもとにリクエストをスケジューラ＃１、＃２両方に送る。セルが到着しなかった場合はリクエストを送出しない。このリクエストには入力スイッチボード番号と入力回線番号および宛先の出力ポート番号および出力スイッチボード番号が含まれている。スケジューラ＃１および＃２は各入力段スイッチの各入力段スケジューラインターフェース（ＳＣＤ Ｉ／Ｆ）からのリクエストを基に図７の表３のようなリクエストテーブルを作成する（スケジューラ＃１とスケジューラ＃２とで、リクエストテーブル（表３）の内容は同じになる。）例えば、入力段スイッチボード番号＃１の入力段スイッチボードを例にとって説明すると、図５に示すように、入力段スイッチボード番号＃１の、入力回線番号＃１（図５では入力段スイッチボード番号＃１の入力回線番号＃１は“１”として示されている）の入力回線に入ってきたセルから出力スイッチボード番号＃２、出力回線番号＃２（図５では出力段スイッチボード番号＃２の出力回線番号＃２は“５”として示されている）が読み取られると、入力段スイッチボード番号＃１、入力回線番号＃１、出力スイッチボード番号＃２、出力回線番号＃２のリクエストがスケジューラ＃１、＃２両方に送らえる。すると、図７に示すように、入力段スイッチボード番号＃１の入力回線番号＃１の入力回線（入力ポート）については出力段スイッチボード番号＃２、出力回線番号＃２（図７では出力回線番号は“５”として示されている）として（図７では“＃２宛５”として示されている）リクエストテーブルが作成される。

図５に示すように、スケジューラ＃１は二つの中間段スイッチ＃１，＃２を管理し、スケジューラ＃２は二つの中間段スイッチ＃３，＃４を管理しており、各スケジューラは独立に動作する。

スケジューラのスケジューラ制御部３−２（図３を参照）では中間段スイッチの各出力段スイッチボード行きのリンクをどの入力回線に割り当てるかを決める処理を行う。各スケジューラは自分の持つ優先制御テーブルに従ってリクエストテーブルを参照する。例えばスケジューラ＃１の場合について図８のフローチャートを参照して、その処理について説明する。まず、出力段スイッチボード＃１行きの中間段スイッチ＃１への割当について見る。図８のフローチャートに示すように、入力回線番号Ａ、入力段スイッチボード番号Ｙの選択動作（ステップＳ１、Ｓ２）を行う。一番初めは入力回線番号の参照回数１、入力段スイッチボード番号（入力段スイッチ群の各グループを示すグループ番号となる）の参照回数１であるので、リクエストテーブルで参照する箇所は入力回線番号＃１（Ａ＝＃１）、入力段スイッチボード番号＃１（Ｙ＝＃１）とする（ステップＳ１、Ｓ２）。そして、表３のリクエストテーブルの入力回線番号＃１、入力段スイッチボード番号＃１のリクエストを参照し（ステップＳ３）、リクエストの有無を確認するとともに、現在参照している出力段スイッチボード番号宛かどうかを確認する（ステップＳ４）。現在参照している出力段スイッチボード番号宛であれば、スケジューラ＃１が有する図９の表４の予約管理テーブル(０：予約無し、１：予約あり)を参照し、入力段スイッチボード番号＃１に空きがあるかどうかを確認する（ステップＳ５）。ここでは、図７に示すリクエストテーブルから明らかなように、一回目の参照（入力回線番号＃１、入力段スイッチボード番号＃１）ではリクエストテーブルにリクエストが存在するが、出力段スイッチボード＃２宛であるため選択されず、一回目の参照はステップＳ４で終了し（この処理では、出力段スイッチボード＃１の割当を行っているため、出力段スイッチボード＃２宛のリクエストは選択せず処理を終わる。）、ステップＳ６に移る。なお、リクエストテーブルの作成は、入力回線番号Ａ、入力段スイッチボード番号Ｙの選択動作（ステップＳ１、Ｓ２）前に行われてもよいし、ステップＳ１、Ｓ２と並行して行われてもよい。

ステップＳ４で、現在参照している出力段スイッチボード番号宛でないと判断されると、ステップＳ６で、優先制御テーブルの入力段スイッチボード番号を最後まで見たかどうかを判断する（小項目である入力段スイッチボード番号をすべて見終わっているかどうかを判断する）。見終わっていなければ、ステップＳ７で、入力段スイッチボード番号に＋１を加え（Ｙ＝＃２とする）、ステップＳ２に移る。一方、見終わっていれば、ステップＳ８で、優先制御テーブルの入力回線番号を最後まで見たかどうかを判断する（大項目である入力回線番号をすべて見終わっているかどうかを判断する）。見終わっていなければ、ステップＳ１０で、入力回線番号に＋１を加え（Ａ＝＃２とする）、ステップＳ１に移る。一方、見終わっていれば、処理を終了する。

次に優先制御テーブルの２回目の参照について説明する。ここでは、大項目である入力回線番号は小項目をすべて見終わっていないため、入力回線番号は前回の番号である＃１のままである（ステップＳ６のＮＯ）。小項目である入力段スイッチボード番号を参照し、参照回数２の入力段スイッチボード番号＃２を選ぶ（ステップＳ７で入力段スイッチボード番号＃１に１を加えて入力段スイッチボード番号＃２とし、ステップＳ２で入力段スイッチボード番号＃２を選択する）。次にリクエストテーブルを参照する（ステップＳ３）。リクエストテーブルの参照箇所は入力段スイッチボード番号＃２、入力回線番号＃１となる。この場合はリクエストが無いため（ステップＳ４）、次の参照（第３回目以降の参照）に移る。

３回目の参照は先ほどと同じ方法で、リクエストテーブルの参照箇所は入力段スイッチボード番号＃３、入力回線番号＃１となる（ステップＳ６、Ｓ７、Ｓ２、Ｓ３）。この場合はリクエストが存在し、表４に示すように予約も空いているが、図７の表３に示すように、宛先は出力段スイッチボード＃３宛であり、出力段スイッチボード＃１宛でないため、選択されない。

４回目の参照は、小項目が前回の参照ですべて見たので、大項目も参照する。よってリクエストテーブルの参照箇所は入力回線番号＃２、入力段スイッチボード番号＃１となる。この場合は、この場合はリクエストが存在し、予約も空いており、宛先が出力段スイッチボード＃１宛であるので割当が決定され（ステップＳ１１）、スケジューラ＃１が有する図９の表５の許可管理テーブルの該当箇所に中間段スイッチ番号＃１が登録され（ステップＳ１２）、表４の予約管理テーブル＃１の入力段スイッチボード番号＃１の中間段スイッチ番号＃１の内容が１に更新され、それぞれ図１０の表７、表６のようになる（ステップＳ１３）。またステップＳ１３において、リクエストテーブルから決定済みの要求を削除する。このようにして、出力段スイッチボード＃１行きの中間段スイッチ＃１への割当が終了する。また、中間段スイッチ＃２への割当動作も上記と同様に行うことができる。また、後述するように、中間段スイッチ＃１への割当動作と中間段スイッチ＃２への割当動作はどちらから行っても良いし、また、同時に動作させることも可能である。

なお、図８では、出力段スイッチボード（Ｘ）については、一定のままとしている。これは、図８に記載のフローチャートは、出力段スイッチボード毎の処理を表現したものであるからである。実際には、出力段スイッチボード＃１について、独自に図８に記載の処理を行い、出力段スイッチボード＃２についても、独自に図８に記載の処理を行う。

次に出力段スイッチボード＃１行きの中間段スイッチ＃２への割当について見る。先ほどと同様な方法で入力回線番号＃１、入力段スイッチボード番号＃１から参照を行っていくと入力段スイッチボード番号＃２、入力回線番号＃３が割り当てられ、予約管理テーブル、許可管理テーブルはそれぞれ図１０の表６、表７から図１１の表８、表９のようになる。

スケジューラ＃１による全体が終了するとスケジューラ＃１の予約管理テーブルと許可管理テーブルは図１２の表１０、表１１のようになる。表１１について、中間段スイッチ＃１の出力段スイッチボード＃２への割り当ては、入力段スイッチボード＃１の割当はすでに予約されているため、入力段スイッチボード＃１，入力回線＃１の要求は選択できず、入力段スイッチボード＃３，入力回線＃３の要求を選択し、リクエストテーブルからの要求を削除する。中間段スイッチ＃２の出力段スイッチボード＃２への割り当ては入力段スイッチボード＃１，入力回線＃１の要求を選択する。次に中間段スイッチ＃１の出力段スイッチボード＃３への割り当ては、入力段スイッチボード＃３の割り当てはすでに予約されているため、入力段スイッチボード＃３，入力回線＃１の要求は選択されず、入力段スイッチボード＃２，入力回線＃２の要求を選択する。このようにして、割り当てが行われていく。

スケジューラ＃２もスケジューラ＃１と同様な方法でスケジューリングが行われるが、優先制御テーブルが異なるため、割り当て結果はスケジューラ＃２が有する図１３の表１２の予約管理テーブル、表１３の許可管理テーブルのようになる。スケジューラ＃２も図８と同様な動作が行われるが、参照回数１で、リクエストテーブルで参照する箇所は入力回線番号＃３、入力段スイッチボード番号＃３であり（ステップＳ１、Ｓ２）、ステップＳ７で、入力段スイッチボード番号に−１を加え、ステップＳ１０で、入力回線番号に−１を加える点が異なる。スケジューラ＃２については、出力段スイッチボード＃１行きの中間段スイッチ＃３への割当から見ていく。表１２、表１３についてリクエストテーブルを入力段スイッチボード＃３，入力回線＃３から、入力段スイッチボード＃２，入力回線＃３の順に見ていくので、まず中間段スイッチ＃３の出力段ボード＃１への割り当てで入力段スイッチボード＃２，入力回線＃３が選択される。次に中間段スイッチ＃４の出力段スイッチボード＃１への割り当てで入力段スイッチボード＃１，入力回線＃２が選択される。そして、中間段スイッチ＃３の出力段スイッチボード＃２への割り当てで、入力段スイッチボード＃３，入力回線＃３が選択され、中間段スイッチ＃４の出力段スイッチボード＃２への割り当ては予約済みで入力段スイッチボード＃１，入力回線＃１は選択できない。中間段スイッチ＃３の出力段スイッチボード＃３への割り当ては予約済みで入力段スイッチボード＃３，入力回線＃２、入力段スイッチボード＃２，入力回線＃２，入力段スイッチボード＃３，入力回線＃１は選択できない。中間段スイッチ＃４の出力段スイッチボード＃３の割り当てで入力段スイッチボード＃３，入力回線＃２が選択される。このようにして、割り当てが行われていく。

図８のフローチャートに示された動作をスケジューラ＃１および＃２は各出力段スイッチボードに対し並列に行うこともでき、各中間段スイッチに対し並列に行うことも出来る。各中間段スイッチに対し並列に行う場合、同一グループで優先制御テーブルの入力回線番号または入力段スイッチボード番号をずらした優先制御テーブルを各中間段スイッチボードに持たせること、または中間段スイッチごとに選択する出力段スイッチボードをずらすこと（例えば、中間段スイッチ＃１と＃２との割り当てを並列に行う際には、中間段スイッチ＃１は出力段スイッチボード番号＃１から割り当て、中間段スイッチ＃２は出力段スイッチボード番号＃２から割り当てる）またはその両方を行うことにより並列処理時に重複をさけられる。また、スケジューラ＃１と＃２でも並列に行うことができる。並列に実行することによりスケジューリングの計算時間が短縮される。

スケジューリングが完了したら、許可管理テーブルを基に、許可発行部３−３（図３参照）は各入力段スケジューラインターフェース（ＳＣＤ Ｉ／Ｆ）に許可信号を送り、また同時に各スイッチ部の制御情報も入力段スケジューラインターフェース（ＳＣＤ Ｉ／Ｆ）および出力段スケジューラインターフェース（ＳＣＤ Ｉ／Ｆ）に送る。その情報を基に、各入力バッファおよび入力段スイッチ部および中間段スイッチ部および出力段スイッチ部を設定する。１つの入力段スケジューラインターフェースに複数のスケジューラから許可があった場合には、その入力段スケジューラインターフェースがいずれか１つの許可を選択する。例えば、予め優先するスケジューラを決定しておく。このとき、許可を選択した事に関し、スケジューラには通知はしない。そして、許可された入力バッファからパケットを出力する。各スイッチを通過したパケットは宛先出力バッファに蓄積され、出力回線に出力される。

ここでは、入力段スイッチではポート１（入力回線番号＃１）は中間段スイッチ＃２へ、ポート２は中間段スイッチ＃４へ、ポート５は中間段スイッチ＃１へ、ポート６は中間段スイッチ＃３へ、ポート７は中間段スイッチ＃２へ、ポート８は中間段スイッチ＃４へ、ポート９は中間段スイッチ＃３へ接続されるように設定し、出力段スイッチはポート１（出力回線番号＃１）は中間段スイッチ＃３から、ポート２は中間段スイッチ＃４から、ポート５は中間段スイッチ＃２から、ポート６は中間段スイッチ＃３から、ポート７は中間段スイッチ＃４から、ポート８は中間段スイッチ＃２から、ポート９は中間段スイッチ＃１から接続されるように設定する。既に説明したように、スケジューラ＃１、＃２から許可が重複して出された場合には、入力段スイッチはスケジューラ＃２を選択する。

また同時に中間段スイッチも各スケジューラによって設定される。ここでは、中間段スイッチ＃１は入力段スイッチ＃１から出力段スイッチ＃１、入力段スイッチ＃２から出力段スイッチ＃３、入力段スイッチ＃３から出力段スイッチ＃２に接続するように、中間段スイッチ＃２は入力段スイッチ＃１から出力段スイッチ＃２、入力段スイッチ＃２から出力段スイッチ＃１、入力段スイッチ＃３から出力段スイッチ＃３に接続するように、中間段スイッチ＃３は入力段スイッチ＃１から出力段スイッチ＃３、入力段スイッチ＃２から出力段スイッチ＃１、入力段スイッチ＃３から出力段スイッチ＃２に接続するように、中間段スイッチ＃４は入力段スイッチ＃１から出力段スイッチ＃１、入力段スイッチ＃２から出力段スイッチ＃２、入力段スイッチ＃３から出力段スイッチ＃３に接続するようにそれぞれ設定される。そしてスイッチの設定が終了した時点で入力バッファからセルが送出され目的の出力ポートに到着する。

〔第２の実施形態〕
次に本発明の第２の実施形態について説明する。

スイッチ装置のスケジューリング動作において、図１４のフローチャートに示すように入力回線番号と入力段スイッチボード番号の選択処理順序を入れ替えたスケジューリングで実行した場合にも同様にスイッチングが実行できる。図１４のフローチャートはステップＳ２１、Ｓ２２、Ｓ２６、Ｓ２７、Ｓ７、Ｓ１０において、入力回線番号が入力段スイッチボード番号に、入力段スイッチボード番号が入力回線番号に置き換わっている点を除いて図８のフローチャートと同一である。図１４のフローチャートは図６に示す優先制御テーブル＃１の場合のフローを示すが、優先制御テーブル＃２の場合は、ステップＳ７で、入力回線番号に−１を加え、ステップＳ１０で、入力段スイッチボード番号に−１を加える点が異なる。

〔第３の実施形態〕
次に本発明の第３の実施形態について説明する。

スイッチ装置においてスケジューラ数が４つの場合では、図１５に示すように、優先制御テーブルを設定し、スケジューラ＃１およびスケジューラ＃２には図８のフローチャートのスケジューリング動作を（ただし、スケジューラ＃２の場合はステップＳ７で、入力段スイッチボード番号に−１を加え、ステップＳ１０で、入力回線番号に−１を加える）、スケジューラ＃３およびスケジューラ＃４には図１４のフローチャートのスケジューリング動作を適用することにより（ただし、スケジューラ＃４の場合はステップＳ７で、入力回線番号に−１を加え、ステップＳ１０で、入力段スイッチボード番号に−１を加える）、効率よく割り当てることができる。

参照開始位置をスケジューラ＃１と＃３は先頭とし、スケジューラ＃２と＃４は末尾とし、スケジューラ＃１と＃２は入力回線番号を大項目とし入力段スイッチボード番号を小項目として参照し、スケジューラ＃３と＃４は入力段スイッチボード番号を大項目とし入力回線番号を小項目として参照する。

つまり、スケジューラ＃１は参照開示位置が入力回線番号１、入力段スイッチボード番号１で、入力段スイッチボード番号の番号が増える方向に参照していき、スケジューラ＃２は参照開示位置が入力回線番号ｍ、入力段スイッチボード番号ｋで、入力段スイッチボード番号の番号が減る方向に参照していき、スケジューラ＃３は参照開示位置が入力回線番号１、入力段スイッチボード番号１で、入力回線番号の番号が増える方向に参照していき、スケジューラ＃４は参照開示位置が入力回線番号ｍ、入力段スイッチボード番号ｋで、入力回線番号の番号が減る方向に参照していく。

以上説明した実施形態では、スケジューラ間が相互に接続されておらず、スケジューリング情報を交換しないので、配線増加や遅延などの実装時の制約を緩和することができる。また、スケジューラの個数によりスケジューリング方法を変えることにより独立して動作する複数のスケジューラに対しても効率よくスケジューリングを行うことができる。さらに、スイッチ容量が増加した場合でも、１つのスケジューラが担当するスイッチの数は変わらず、スケジューラの計算量も変わらないので、スイッチ容量を大容量にできる。以上のことより、拡張性を有した大容量のスイッチング装置を提供することができる。

上述した各実施形態における、スケジューリング処理は、スケジューラとしてスケジュール演算処理用ＬＳＩ等の専用のＩＣを用いることで実現できるが、図１６に示すように、例えば図８や図１４に示したようなスケジューリング処理を記述したプログラムを記憶するＲＯＭ (Read On Memory)１０２と、プログラムの実行処理を行うＣＰＵ (Central processing Unit)１０１（演算処理部となる）と、リクエストテーブル１０３−１，優先制御テーブル１０３−２，予約管理テーブル１０３−３，許可管理テーブル１０３−４の情報やリクエスト情報等を記憶するＲＡＭ (Random Access Memory)１０３とを用いて（すなわち、コンピュータを用いて）ソフト的に実現することが可能である。優先制御テーブルの情報は予め設定しておき、フラッシュメモリ等の情報が消失しないメモリに記憶する。場合によっては上記ＲＯＭに記憶する。

また、各実施形態におけるスケジューラは、中間段スイッチボードにそれぞれ設けられているが、入力段スイッチボード又は出力段スイッチボードに設けられてもよい。例えば、入力段スイッチボードにスケジューラを配置した場合、中間段スイッチボードに中間段スケジューラインターフェースを配置し、中間段スイッチを制御すればよい。また、スケジューラを中間段スイッチボード、入力段スイッチボード及び出力段スイッチボードとは別のボードに配置して、中間段スイッチボード、入力段スイッチボード及び出力段スイッチボードにそれぞれスケジューラインターフェースを設けてもよい。

以下、上記各実施形態のスイッチ装置をスタック構成で構成するときの例について説明する。

図２０は、本発明に係わるスイッチ装置のスイッチボードを収容するスタック型筐体を示す図である。図２０に示すスタック型筐体３は、ａ個の副筐体３−１−１〜３−１−ａを有し、各副筐体は入力段スイッチボード１−１０または出力段スイッチボード１−３０または中間段スイッチボード１−２０を収容するＢ個のスロット３−２−１〜３−２−Ｂ（Ｂ＝２ｋ＋ｎ）を有し、１つの副筐体内のｂ個の入力段スイッチボード１−１０または出力段スイッチボード１−３０または中間段スイッチボード１−２０を接続するＢ個のバックプレーン３−３−１〜３−３−Ｂを有し、Ｂ個のバックプレーン３−３−１〜３−３−ＢからＣ個の筐体間相互接続ライン３−４−１〜３−４−Ｃ（Ｃ＝２Ｍ＋２Ｎ＋ｉ）を有するＢ個の筐体間接続コネクタ群３−５−１〜３−５−Ｂを有し、Ｂ個のバックプレーン３−３−１〜３−３−ＢとＢ個の筐体間接続コネクタ群３−５−１〜３−５−Ｂはｄ個のバックプレーン−コネクタ群接続ライン３−６−１〜３−６−ｄで接続されている。

入力段スイッチ、中間段スイッチ、出力段スイッチ、入力段スケジューラインターフェース、スケジューラ、出力段スケジューラインターフェースには光接続用トランシーバが搭載され、入力段スイッチボード、中間段スイッチボード、出力段スイッチボードのそれぞれの間は光配線で構成される。これらの光配線は副筐体内のバックプレーンに接続される。バックプレーン−コネクタ群接続ラインも光配線で構成されており、筐体間接続コネクタ群に接続される。筐体間相互接続ラインも光配線で構成されており、各筐体間を相互に接続する。

本発明はその精神または本質的な特徴から逸脱することなく、他の種々の形で実施することができる。そのため、前述した各実施形態は単なる例示にすぎず、限定的に解釈されるべきではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書の記載にはなんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更はすべて本発明の範囲内のものである。

Claims (15)

1. 複数の入力回線と接続される入力段スイッチ群と、複数の出力回線と接続される出力段スイッチ群と、前記入力段スイッチ群と前記出力段スイッチ群とを接続する中間段スイッチ群と、各入力回線に入力される情報に基づいて前記中間段スイッチ群を介した前記入力段スイッチ群と前記出力段スイッチ群との間の信号経路を決定するスケジューリングを行うスケジューラと、を備え、
   前記中間段スイッチ群を複数のグループに分けたときに、グループ単位で前記スケジューラが配置され、各スケジューラは独立に動作することを特徴とするスイッチ装置。
2. 前記中間段スイッチ群は、第１配線群により前記入力段スイッチ群に接続されるとともに、第２配線群により前記出力段スイッチ群に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のスイッチ装置。
3. 前記入力段スイッチ群は複数の入力段スイッチを有し、前記出力段スイッチ群は複数の出力段スイッチを有し、前記中間段スイッチ群は複数の中間段スイッチを有し、
   前記複数の入力段スイッチの各入力段スイッチは前記第１配線群を介して前記複数の中間スイッチに接続され、前記複数の出力段スイッチの各出力段スイッチは前記第２配線群を介して前記複数の中間スイッチに接続されていることを特徴とする請求項２に記載のスイッチ装置。
4. 前記各スケジューラは並列にスケジューリングを行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
5. 前記各スケジューラは、各スケジューラで異なる優先順位に基づいてスケジューリングを行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
6. 前記各スケジューラは、前記グループ内の管理する中間段スイッチのスケジューリング情報を互いに共有しないことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
7. 前記入力段スイッチ群の入力段スイッチを制御する入力段制御部を有し、該入力段制御部は入力段スイッチと接続される中間段スイッチの選択情報を前記スケジューラへ返信しないことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
8. 前記スケジューラはスケジューリング開始点とスケジューリング順番を管理することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
9. 前記入力段スイッチ群は複数のグループに分けられ、前記スケジューラは入力回線番号及び前記入力段スイッチ群の各グループを示すグループ番号に基づいて前記優先順位を決定することを特徴とする請求項５に記載のスイッチ装置。
10. 複数の前記スケジューラのうち、一又は二以上のスケジューラは入力回線番号、又は／及びグループ番号について、番号が増える方向に入力回線番号又は／及びグループ番号を選択してスケジューリングを行い、残りのスケジューラは番号が減る方向に入力回線番号又は／及びグループ番号を選択してスケジューリングを行うことを特徴とする請求項９に記載のスイッチ装置。
11. 前記スケジューラは、前記入力回線番号を選択し、選択された入力回線番号で前記グループ番号を順次選択していき、前記グループ番号の選択終了後に前記入力回線番号を変え、変えられた入力回線番号で前記グループ番号を順次選択していく処理を行う請求項９又は１０に記載のスイッチ装置。
12. 前記スケジューラは、前記グループ番号を選択し、選択されたグループ番号で前記入力回線番号を順次選択していき、前記入力回線番号の選択終了後に前記グループ番号を変え、変えられたグループ番号で前記入力回線番号を順次選択していく処理を行う請求項９又は１０に記載のスイッチ装置。
13. 複数の入力回線と接続される入力段スイッチ群と、複数の出力回線と接続される出力段スイッチ群と、前記入力段スイッチ群と前記出力段スイッチ群とを接続する中間段スイッチ群と、を備えたスイッチ装置のスイッチング方法において、
    各入力回線に入力される情報に基づいて前記中間段スイッチ群を介した前記入力段スイッチ群と前記出力段スイッチ群との間の信号経路を決定するスケジューリングを、前記中間段スイッチ群を複数のグループに分けてグループ単位で独立に行うことを特徴とするスイッチング方法。
14. 各スケジューリングは、各グループで異なる優先順位に基づいて行われることを特徴とする請求項１３に記載のスイッチング方法。
15. 複数の入力回線と接続される入力段スイッチ群と、複数の出力回線と接続される出力段スイッチ群と、前記入力段スイッチ群と前記出力段スイッチ群とを接続する中間段スイッチ群と、各入力回線に入力される情報に基づいて前記中間段スイッチ群を介した前記入力段スイッチ群と前記出力段スイッチ群との間の信号経路を決定するスケジューリングを行う演算処理部及び記憶部と、を備え、
    前記中間段スイッチ群を複数のグループに分けたときに、グループ単位で前記演算処理部及び記憶部が分散的に配置されてなるスイッチ装置のスイッチ制御用プログラムであって、
    各入力回線に入力される情報と前記記憶部に記憶されたスケジューリング優先処理順位情報とに基づいて、前記演算処理部は、前記スケジューリングをグループ単位で独立に行うことを特徴とするスイッチ制御用プログラム。

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