JPH01144837A - パケット交換機の自己ルーチングスイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はパケット交換機、とくに、統合パケット流の交
換を行なうマルチメディア交換機に適した高速のパケッ
トスイッチに関する。

（従来の技術） 音声、画像および／または高速データを統合したパケッ
ト流のスイッチングを行なうマルチメディア交換機は、
従来のソフトウェアによるパケットスイッチでは実現が
困難であり、高速で動作可能なハードウェアスイッチが
必要である。高速パケットスイッチについては現在、多
くの方式が提案されている。代表的なスイッチはβエレ
メントを使用した空間分割スイッチであり、たとえばＢ
ａｎｙａｎ網やＢｅｎｅｓ網がある。　Ｂａｎｙａｎ網
は、任意の入り線から目的とする任意の出線へパケット
を転送することができるが、スイッチの内部でパケット
の衝突が起こる可能性がある。これに対してＢｅｎｅｓ
網は、新しいパケットが発生した場合、他のパケットの
経路を入れ換えて再配置を行なうように構成すれば、内
部での衝突を避けることができる。しかし、着信宛て先
が時々刻々と変換するパケットについてこのような制御
を逐次性なうことは困難である。

このような欠点を除くため、前段にソーティング網を設
け、これによって負荷を分散させてからルーチング網に
パケットを入力させるシステムが考えられている。いわ
ゆるＢａｔｃｈｅｒ　Ｂａｎｙａｎ網すなわち連接網で
ある。しかしこれは、非同期系についてはある程度の閉
塞を許容した構成になっている。これに対して、任意の
入力端子から任意の出力端子へ接続できる完全なノンブ
ロック型であるバスマトリックス型スイッチがＹ、Ｓ、
Ｙｅｈ他、ＴｈｅＫｎｏｃｋｏｕｔ　５ｗ１ｔｃｈ：　
Ａ　Ｓｉｍｐｌｅ、　Ｍｏｄｕｌａｒ　Ａｒｃｈｉ−ｔ
ｅｃｔｕｒｅ　ｆｏｒ　Ｈｉｇｈ−Ｐｅｒｆｏｒｍａｎ
ｃｅ　Ｐａｃｋｅｔ　Ｓｗｉｔｃｈ−ｉｎｇ″ＩＳＳ’
　８７　、第３　ｏｆ　４巻、第８０１〜８０８頁に記
載されている。この文献ではまた。バスマトリックス型
の欠点であるスイッチまたはバッファの数が多いことは
、集線装置を用いて集線した後、バッファに入力するこ
とで解決されている。このバスマトリックス型スイッチ
の例を第５図に示す。

ところで、パケットスイッチにおいてパケットが廃棄さ
れる原因は、（１）スイッチの内部閉塞、および（２）
同じ宛て先へのパケットの同時発生であると考えられる
。上記文献のシステムでは原因（１）が解決されている
。したがってバスマトリックス型スイッチでは原因（２
）を解決すればよい。

第５図に示すバスマトリックス型スイッチでは、入力端
子ｌＯ〜工３のいずれかに到来したパケットは、そのバ
スに接続されているすべてのバスインタフェースモジュ
ール１０へ入力される。パケットのヘッダには出力端子
番号が含まれ、これは、バスインタフェースモジュール
１０のパケットフィルタ１２で自己の出力端子番号との
一致性が比較される。比較の結果、一致の生じたパケッ
トフィルタ１２がそのパケットを集線装置１４へ通過さ
せる。

複数の入力端子から同一時刻に同一出力端子へ向うパケ
ットの発生は確率分布に従うという事実を考慮すると、
集線装置１４の配設は、トラヒック条件によってはバッ
ファ数の効果的減少をもたらすという長所を有する。集
録装置１４を通過したパケットは、シック１６によって
いずれかのバッファ１８に格納される。シフタ１８は、
バッファ１８を均等に使用することにより、パケットが
連続して到来しても動作を可能にするために設けられて
いる。

バッファ１８に格納されたパケットは、出力側のビット
速度で出力端子０１〜０３のいずれかから順次出力され
る。

（発明が解決しようとする問題点） しかしこの構成のバスマトリックス型スイッチは、バス
マトリックス構成であるがゆえに、たとえば約１００Ｍ
ｂ／ｓ以上の高速のデータを扱うシステムでは、スイッ
チの規模によっては浮遊容量や反射の影響が無視できず
、現実の装置として実現することが困難である。また、
第５図に示す構成かられかるように、ｍカ端子を選択す
るためのパケットフィルタは、パケット宛て先の一致性
を検串するための比較器および制御回路を必要とするが
、これはバスマトリックスの交点の数に相当する数だけ
必要である。したがって、システムの規模に応じてハー
ドウェア量が増加する欠点がある。

本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、少ないハ
ードウェア量で高速パケットに適した完全ノンブロック
型のパケット交換機の自己ルーチングスイッチを提供す
ることを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明によるパケット交換機の自己ルーチングスイッチ
は、２以上の自然数８本の入力端子に到来するパケット
をＮ本の出力端子に選択的にスイッチングするパケット
交換機のスイッチにおいて、パケットは、出力端子を識
別する識別ビットを含むヘッダをその先頭に有し、該ス
イッチは、パケットを受ける入力、および受けたパケッ
トを択一的に出力する２つの出力を有しパケットを受け
るとそのヘッダの特定の識別ビットに従って２つの出力
のいずれかにパケットを出力するゲート手段を含み、ゲ
ート手段は、Ｎ本の入力端子のそれぞれについて、Ｎ本
の入力端子のそれぞれをＮ本の方路に展開するようにツ
リー状にｌ　ｏｇ２Ｎ段に接続され、識別ビットは、ｌ
　ｏｇ２Ｎ段のゲート手段の各段に対応し、該スイッチ
はさらに、Ｎ本の出力端子に対応して配設されゲート手
段からの出力のうち同じ方路にあるものを収容しこれを
Ｎより小さい自然数ｍ木の出力に集線する集線手段と。

Ｎ本の出力端子のそれぞれについてｍ個配設され、出力
端子から出力すべきパケットを一時蓄積しそのパケット
を出力端子にＦＩＦＯにて出力するバッファ手段と、集
線手段に対応して配設され、集録手段から出力されるパ
ケットをｍ個のバッファ手段のいずれかに選択的に格納
する選択手段とを含む。

（作　用） 本発明によれば、いずれかの入力端子に到来したパケッ
トは、そのヘッダの特定のビットに応じた方路の集線手
段にゲート手段によりスイッチングされ、集線手段で集
線されて、選択手段にて選択された空きバッファ手段に
転送される。バッファ手段に転送されたパケットは、出
力側のビット速度で出力端子からＦＩＦＯ動作にて順次
送出される。これによって、スイッチ内部のすべての結
線がドライバ・レシーバ間で１対１の接続となる。

また、集線手段の１本の出力がその集線手段に対応する
ｍ個のバッファ手段のいずれにも転送可能である。さら
に、同一時刻に同一方路のパケットが発生したり、同一
入力端子から同一出力端子へ連続してパケットが発生し
たりしても、同じ入力が複数のバッファ手段を共用する
ことができるので、パケットの廃棄率が減少する。

（実施例） 次に添付図面を参照して本発明によるパケット交換機の
自己ルーチングスイッチの実施例を詳細に説明する。

第１図には、本発明を４人力４出力の高速パケットスイ
ッチに適用した実施例が示されている。このスイッチは
、一般にはＮ入力Ｎ出力（Ｎは２以上の自然数）である
が、本実施例ではＮが４である。その４本の入力端子Ｉ
Ｏ〜■３には、第３図に示すような高速パケット４０が
到来する。入力端子ＩＯ〜工３はそれぞれ、ゲート回路
Ｇｏ１０〜Ｇ３１０に接続されている。

ゲート回路ＧＯＩＯ−０３１０は、第２図に示すように
、入力３０に到来したパケット４０のヘッダ４２に含ま
れる特定のビット位置のビットに従ってそのパケット４
０を２つの出力３２および３４のいずれかに択一的に出
力するゲート回路である。これらのゲート回路ＧＯＩＯ
〜Ｇ３１０の２木の出力はそれぞれ、図示のように、第
２段目のゲート回路Ｇｏ２０〜Ｇ３２１の入力にツリー
状に接続されている。ゲート回路Ｇｏ２０〜Ｇ３２１は
、第１段目のゲート回路Ｇｏ１０〜Ｇ３１０と同様のゲ
ート機能を有する。これらのゲート回路Ｇｏ２０〜Ｇ３
２１は、図示のように、それらの出力５０が入力端子工
０〜Ｉ３ごとに４つの方路に分散するように集線装置Ｃ
Ｏ〜Ｃ３の入力に接続されている。これら４つの方路は
、それぞれ４つの出力端子００〜０３に対応している。

集線装置Ｇｏ−０３や、後述のセレフタＳＯ〜Ｓ３およ
びバッファ３００１〜ＢＯ３２も、これらの方路に対応
して設けられている。

このように本実施例では、ゲート回路Ｇｏ１０〜Ｇ３２
１がツリー状に２段に接続されている０本実施例に適用
されるパケット４０は、第３図に示すように、バケツ）
４０の宛て先や、音声、画像および／またはデータなど
の通信情報を含むデータ部４４にヘッダ４２が先行する
。ヘッダ４２は一般には、パケットスイッチの入出力端
子数Ｎに関連したビット数、すなわちｌｏｇ２Ｎ桁のビ
ットを有する０本実施例では簡単のためＮを４とし、し
たがってヘッダ４２は全体で２ビツトである。第１段目
のゲート回路Ｇｏ１０〜Ｇ３１０は、入力端子■０〜■
３からその人力３０に到来したパケット４０に含まれる
ヘッダ４２の第１ビツトに応じてスイッチングし、第１
ビツトが「０」であればバケツ）４０を一方の出力３２
に。

「１」であれば他方の出力３４に出力する。同様に第２
段のゲート回路Ｇｏ２０〜Ｇ３２０は、第１段目のゲー
ト回路ＧＯＩＯ〜Ｇ３１０からその人力３０に到来した
パケット４０に含まれるヘッダ４２の第２ビツトに応じ
てスイッチングし、それが「０」であればパケット４０
を一方の出力３２に、「１」であれば他方の出力３４に
出力する。

集線装置ＧＯ−０３は、本実施例では４本の入力５０を
２本の出力５２に集線する集線機能を有する。−般には
、Ｎ木の入力端子を後述のｍ個のバッファＢＯ−ＩＮＢ
Ｏ−ｍに集線することによって、バッファ日００１〜Ｂ
Ｏ３＋ｓの総数を減らしている。集線装置ＣＯ〜Ｃ３の
出力５２はそれぞれ、図示のように対応するセレクタ５
ＯＮＳ３を介してバッファ８００１〜ＢＯ３２に接続さ
れている。集線装置ＣＯ〜Ｃ３はぞれぞれ、対応するバ
ッファＢＯ−１およびＢＯ−２の空塞状態をフィードバ
ックされ、パケット４０を受けて入力５０を出力５２に
集線する際、バッファＢＯ−１およびＢＯ−２のうちの
空いているものを選択するように構成されている。

セレクタ５Ｏ−Ｓ３は、それぞれの出力５４に接続され
ている本実施例では２つのバッファＢＯ−１およびＢＯ
−２を選択する選択回路である。これによって、集線装
置Ｃ０−０３からの入力５２がバッファＢＯ−１および
ＢＯ−２のうちの空いているものに選択的に接続される
。これは、集線装置ＳＯ〜Ｓ３に入力されたパケット４
０に対して時間的に以前に発生したパケットによりその
セレクタＳ−に接続されているバッファＢＯ−１または
ＢＯ−２が塞っていることがあるので、空きバッファへ
これを有効に格納させるためである。これによってまた
、集線装置Ｃ−が先に受けたパケット４０と同じ入力端
子■−から同じ出力端子Ｏ−へ連続して新たにパケット
４０が発生しても、あたかもｍ個のバッファを備えてい
るのと等価に機能する。したがって、パケットの廃棄率
を小さくすることができ、パケットの変動に対して柔軟
に対処できる。なお本実施例では、セレクタＳ−当りの
バッファＢＯ−１〜ＢＯ−ｍの数ｍは２である。

バッファＢＯＯＩ−ＢＯ３２の出力５Ｂはマルチ結線に
より出力端子００〜０３に接続されている。マルチ結線
の代りにセレクタを設け、バッファＢＯ−１およびＢＯ
−２の出力５Ｂが選択されるように構成してもよい、バ
ッファＢ００１〜ＢＯ３２はＦ　ＩＦＯ機能を有し、こ
れに格納されたパケット４０を出力端子０１〜０３に出
力側のビット速度で順次出力する。

動作説明のため、ヘッダ４２にたとえば「０１」が書き
込まれたパケット４０が入力端子工０に到来したとする
。これは、そのパケット４０を出力端子０１ヘスイツチ
すべきことを示している。第１段目のゲート回路Ｇ０１
０は、入力端子工０から入力されたパケット４０のヘッ
ダ４２の第１ビツトすなわちＬＳＢを読み取り、その値
「０」に従って一方の出力３２を選択する。これによっ
てそのパケット４０は、第１図に太線で示すように、ゲ
ート回路Ｇ０２０の入力３０ヘスイツチされる。そこで
第２段目のゲート回路Ｇ０２０は、入力されたヘッダ４
２の第２ビツトを読み取り、その値「１」に従って他方
の出力３４を選択する。これによってそのバケツ）４０
は、太線で示すように集線装置Ｃ１の入力５０へ転送さ
れる６本スイッチは、このように構成されていることに
より、すべての結線がドライバ・レシーバ間において常
に１対１に設定されるので、高速のパケット転送が可能
である。

第１図に示すように、集線装置Ｃ１は、そのとき空いて
いる出力５２からセレクタＳ１ヘパケツト４０を出力す
る。セレクタＳ１は空きバッファ、たとえばＢｏｌｌを
選択し、パケット４０をこれに格納する。

バッファＢ０１１に格納されたパケット４０は、そのＦ
ＩＦＯ動作により出力端子０１に出力側のビット速度で
順次出力される。

本実施例の動作をスイッチ内の特定のルーチング例につ
いて説明したが、他のルートを通るパケット転送につい
ても本実施例が同様に機能することは、言うまでもない
。

第１図の実施例は４ｘ４構成のスイッチの例であったが
、これを拡張して８１８スイツチに本発明を適用した実
施例を第４図に示す。この実施例では、８本の入力端子
Ｉ００〜ＩＯ７に到来したパケット４０が８木の出力端
子０００〜００７に選択的に転送される。この例では、
Ｎが８であるので、ヘッダ４２は３ビツト必要であり、
ゲート回路は３段構成である。入力端子１００〜ＩＯ７
は、まずゲート回路００１０〜Ｇ０７０に接続され、そ
こで２群に分けられる。つまりゲート回路ＧＯＩＯ−Ｇ
Ｏ７０の各２本の出力は、一方がスイッチ回路ｓｗｏ　
ｏおよびＳＷＯ１に接続され、他方がスイッチ回路５Ｗ
ＩＯおよび５ＷＩＩに接続されている。

これらのスイッチ回路ｓｗｏｏ〜５ＷＩＩは、第２およ
び第３段目のゲート回路と、第１図における実施例のパ
ス接続５０および集線装置ＣＯ〜Ｃ３に相当する要素と
を含み、それらが第１図の実施例と同じように接続され
ている。スイッチ回路ｓｗｏｏおよびＳＷＯ１のそれぞ
れにおける集線装置ＧＯ−０３は、図示のように対応す
るものが集線装置Ｃ００〜ＣＯ３の４本の入力に接続さ
れている。またスイッチ回路５ＷＩＯおよび５ＷＩＩの
各集線装置ＣＯ〜Ｃ３は、やはり対応するものが集線装
置ＧＯ４〜ＣＯ７に接続されている。集線装置０００〜
ＣＯ７の出力側は、図示のようにバッファＢを介して対
応する出力端子０００〜００７に接続されている。

これかられかるように、本方式によれば、スイッチ構成
をいかなる規模に拡張した場合にも送受信間に１対１の
接続が確立される。したがって、高速転送の長所を損な
うことなく、規模の拡張が容易である。

このように本発明の実施例では、パケットスイッチ内部
の接続が１対１であり、広帯域サービスを実現するに欠
かせない高速性に優れている。

また、パケット４０を出力する出力端子００〜００３の
選択は、単純な構成のゲート回路Ｇｏ１０〜Ｇ３２１で
実現される。さらに、スイッチは基本的にノンブロック
構成が可能である。また、ノ＜　ツファＢＯＯ１〜ＢＯ
３２を含むハードウェアの量が大幅に削減される。これ
らの各構成要素、すなわちゲート回路ＧＯ１０〜Ｇ３２
１、集線装置ＣＯ〜Ｃ３、セレクタＳＯ〜Ｓ３、バッフ
ァ８００１〜ＢＯ３２などは、最小の構成単位のものを
多数用いることができる。したがってそれらは集積回路
化に最適である。

（発明の効果） このように本発明によれば、パケットスイッチ内部の接
続が１対１であり、広帯域サービスを実現するに欠かせ
ない高速性に優れている。したかって少ないハードウェ
ア量で高速パケットに適した完全ノンブロック型のパケ
ット交換機の自己ルーチングスイッチが実現される０本
発明は、上述の実施例のような統合パケットの交換シス
テムのみならず、データ機器相互間のデータの授受や、
並列処理方式にてコンピュータを結合するシステムにも
効果的に適用される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を４人力４出力の高速パケットスイッチ
に適用した実施例を示す機能ブロック図、 第２図は、第１図に示されるゲート回路の表記を説明す
る説明図、 第３図は同実施例に適用されるパケットのフォーマット
例を示す図、 第４図は本発明を８ｘ８スイツチに適用した実施例を示
す機能ブロック図、 第５図は従来のバスマトリックス型スイッチの例を示す
機能ブロック図である。 主要部分の符号の説明 ４０．、、パケット ４２、、、ヘッダ ＢＯＯｌ、、バッファ ＧＯ，、、集線装置 ００１０、、ゲート回路 ＳＯ，、、セレクタ 特許出願人　沖電気工業株式会社 代　理　人　書取　孝雄 丸山　隆夫 Ｕ−出力端子　−一一−Ｊ ４　Ｘ　４　／４ケットスイツチの実施例第１図 ダート回路の記号 第２図 （ｆｏｇ、Ｎビット） ・ぐケラト構成例 第３図 ＯＩＯ スイッチの拡張例 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、２以上の自然数Ｎ本の入力端子に到来するパケット
   をＮ本の出力端子に選択的にスイッチングするパケット
   交換機のスイッチにおいて、 前記パケットは、前記出力端子を識別する識別ビットを
   含むヘッダをその先頭に有し、 該スイッチは、 前記パケットを受ける入力、および該受けたパケットを
   択一的に出力する２つの出力を有し、該パケットを受け
   ると、そのヘッダの特定の識別ビットに従って前記２つ
   の出力のいずれかに該パケットを出力するゲート手段を
   含み、 該ゲート手段は、前記Ｎ本の入力端子のそれぞれについ
   て、該Ｎ本の入力端子のそれぞれをＮ本の方路に展開す
   るようにツリー状にｌｏｇ＿２Ｎ段に接続され、 前記識別ビットは、前記ｌｏｇ＿２Ｎ段のゲート手段の
   各段に対応し、 該スイッチはさらに、 前記Ｎ本の出力端子に対応して配設され、前記ゲート手
   段からの出力のうち同じ方路にあるものを収容し、これ
   をＮより小さい自然数ｍ本の出力に集線する集線手段と
   、 前記Ｎ本の出力端子のそれぞれについてｍ個配設され、
   該出力端子から出力すべきパケットを一時蓄積し該パケ
   ットを該出力端子にＦＩＦＯにて出力するバッファ手段
   と、 前記集線手段に対応して配設され、該集線手段から出力
   されるパケットを該ｍ個のバッファ手段のいずれかに選
   択的に格納する選択手段とを含むことを特徴とするパケ
   ット交換機の自己ルーチングスイッチ。 ２、特許請求の範囲第１項記載のスイッチにおいて、前
   記集線手段は、前記バッファ手段のうち該集線手段に対
   応するものの空塞状態に応じて集線を行なうことを特徴
   とする自己ルーチングスイッチ。