JPH0732404B2 - パケット交換方式 - Google Patents

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システムに関し、高スループット
で、かつトラヒックの多様性に適合できるパケット交換
システムの実現を可能とする交換方式に関するものであ
る。

（従来の技術） 多段スイッチング回路は比較的少ないハードウェア量で
大規模なスイッチ回路を構成することができるため、交
換網や並列コンピュータの研究分野で多くの研究がなさ
れてきた。

従来このような分野の技術としては、社団法人電子情報
通信学会発行の電子情報通信学会技術研究報告（1987年
７月16日）SE87−61「動的負荷分散制御による多段スイ
ッチング回路の構成」岸本了造，桜井尚也P65〜70に開
示されており、このような多段スイッチング回路をパケ
ット交換システムに応用することが種々検討されてい
る。

第４図は従来考えられていた、自己ルーティング多段ス
イッチの入力段にパケットバッファを設け、自己ルーテ
ィング多段スイッチ内でのパケットの廃棄に応じてパケ
ットバッファを制御する方式を説明する図であって、20
0〜207は入力ポート、210〜217はパケットバッファ、22
0はソーティング網Ａ、221は廃棄網、222はソーティン
グ網Ｂ、223はルーティング網、230〜237は出力ポー
ト、224は自己ルーティング多段スイッチ、そして224は
パケットバッファ210〜217、ソーティング網A220、廃棄
網221、ソーティング網B222、ルーティング網223とから
なる自己ルーティング多段スイッチである。

また、第５図は第４図において使用されるパケットの構
成例を説明する図であって、240はパケットの空または
使用中を示す有効ビット、241は目的の出力ポートを示
す情報を含む宛先情報、242は通信情報、243は前記有効
ビット240と前記宛先情報で構成されるルーティング・
タグである。

ここで、第１図，第２図において入力ポートから自己ル
ーティング多段スイッチ224に入力したパケットは一旦
パケットバッファ210〜217に蓄積され、パケットバッフ
ァ210〜217は個別に蓄積されたパケットを出力すること
を制御する。パケットバッファ210〜217から出力したパ
ケットはソーティング網A220に入力され、全パケットバ
ッファからソーティング網A220に入力された全パケット
（第４図の例では８個のパケット）は、ソーティング網
A220において、目的の出力ポート番号を比較され、その
大小に基づいて順序付けされ、並べ換えられる。このと
きパケット有効ビットにより空であることが示された空
パケットは他の使用中パケットよりも大として扱われ
る。並べ換えられたパケットは、ソーティング網A220の
出力端子の番号の大小に対応した出力端子に出力され廃
棄網221へ入力される。廃棄網221は、その入力端子にお
いて隣接した入力端子に入力されたパケットのルーティ
ング・タグ243に含まれる目的の出力ポートの番号を比
較し、合致している場合は入力端子の番号が大である入
力端子に入力されたパケットの有効ピット240に空であ
る旨を表示し、そのパケットを空パケット扱いして廃棄
する。この比較において廃棄とならなかったパケット
は、有効である旨をそのパケットが今まで伝達されてき
たルートを逆にたどり、パケットバッファに勝残り報告
をする。勝残り報告を受けたパケットバッファは送出中
のパケットを送り終ると、そのパケットをバッファから
削除し、勝残り報告を受けなかったパケットバッファは
送出中のパケットを送り終わっても、そのパケットをバ
ッファから削除しない。廃棄網において廃棄されなかっ
たパケットおよび空パケットは、ソーティング網Ｂに入
力され、そこに入力された全パケットはソーティング網
Ｂにおいて目的の出力ポート番号を比較され、その大小
に基づいて順序付けされ、並び換えられる。そのときパ
ケット有効ビットにより空であることが示された空パケ
ットは、他の使用中パケットよりも大として扱われ、並
び換えられたパケットはソーティング網Ｂの出力端子の
番号の大小に対応した出力端子に出力されて、次のルー
ティング網へ入力される。ルーティング網に入力された
パケットはルーティング・タグの宛先情報241の制御に
より、ルーティング網内を目的の出力ポートを目指して
伝達される。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、以上述べた方法は自己ルーティング多段
スイッチ内において、同時に同一の出力ポートを目指し
て複数のパケットがパケットバッファから自己ルーティ
ング多段スイッチ内へ入力した場合、同一出力ポートを
目指した複数のパケットのうちの１パケットのみを有効
として伝達し、他のパケットは次サイクルにおいて再度
パケットバッファから自己ルーティング多段スイッチ内
へ入力することになり、本来伝達できる能力のうち一部
分しか使用しないことになる。

すなわち、リンク使用率が低くなるようにパケット数を
抑えて自己ルーティング多段スイッチにパケットを入力
させないと、入力した全パケットを交換できなくなると
いう問題点があった。

この発明は、以上述べた自己ルーティング多段スイッチ
に入力したパケットを交換するためには、リンク使用率
が低くなるようにパケット数を抑えて自己ルーティング
多段スイッチに入力させる必要があるという問題点を除
去し、リンク使用率の優れた自己ルーティング多段スイ
ッチを実現するパケット交換方式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） 本発明は前記問題点を解決するため、予選網情報のみの
予選パケットを予選網に送出する手段と、該予選パケッ
トが廃棄されずに伝達できたか否かを検出する手段と、
廃棄されずに伝達されたことを該予選網内の伝達ルート
の逆をたどって前記パケットバッファに報告する手段
と、該報告手段に基づいて前記予選パケットが廃棄され
なかったパケットバッファは再度同一の予選パケットを
該予選網に送出し、パケットが廃棄されたパケットバッ
ファは他の予選パケットを送出する選択手段とを有し、
前記パケットバッファから前記本選網へ本選パケットを
送出している間に、該予選網が前記動作を複数回繰り返
すことにより次に該本選網に入力させるパケットを選択
することを特徴とする。

（作用） 本発明によれば、以上のように自己ルーティング多段ス
イッチを構成したので、自己ルーティング多段スイッチ
に入力されたパケットを一旦パケットバッファに蓄積
し、予選網情報のみの予選パケットを予選網に送出し、
同一の出力ポートを目指す予選パケットが存在する場
合、同一の出力ポートを目指す予選パケットのうち１パ
ケットのみを勝残りとし、他のパケットが勝残れなかっ
た旨をパケットバッファに報告し、この報告に基づいて
次に予選網へ入力する予選パケットを制御し、これらの
一連の動作を繰り返すことにより、パケットバッファか
ら本選網へ入力する全パケットが同一の出力ポートを目
指すパケットを含まないようにする。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を説明するブロック構成図で
あって、100〜107は入力ポート、110〜117はパケットバ
ッファ、120はソーティング網Ａ、121は廃棄網、122は
ソーティング網Ｂ、123はルーティング網、124は該ソー
ティング網A120と該廃棄網121とからなる予選網、125は
該ソーティング網B122と該ルーティング網123とからな
る本選網、126は該予選網124と該本選網125からなる自
己ルーティング多段スイッチ、130〜137は出力ポートで
ある。

第２図は本発明の一実施例に使用される予選パケットの
構成例を説明する図であって、140はパケットの空また
は使用中を示す有効ビットＡ、141は目的の出力ポート
を示す目的出力ポート番号Ａ、142は既に予選網におい
て勝残った予選パケットであるかどうか否かを示す未勝
利ビット、143は予選網情報である。

第３図は本発明の一実施例に使用される本選パケットの
構成例を説明する図であって、150はパケットの空また
は使用中を示すビットＢ、151は目的の出力ポートを示
す出力ポート番号Ｂ、152はパケットの宛先を示す宛先
情報から該出力ポート番号Ｂを除いた宛先加入者情報、
155は通信情報、153は該出力ポート番号B151と該宛先加
入者情報152とからなる宛先情報、154は前記有効ビット
B150と該宛先情報とからなるルーティング・タグであ
る。

第１図において、ソーティング網A120は比較機能と報告
機能付単位スイッチで構成された、いわゆるバッチャー
（Batcher）と双単調ソーダーであり、比較機能と報告
機能付単位スイッチは、パケットの入出力端子を各々２
個有し、予選パケットの予選網情報を１ビットづつシリ
アルに比較し、その大小に基づいて予選パケットを各端
子に出力する。そして、ソーティング網A120は、第（ｉ
＋１）段から第（ｉ−１）段へ伝達されるための入出力
端子を各々２個有し、パケットが廃棄されなかった旨の
報告情報を後段から前段へ送出する。

廃棄網121は同一の出力ポートを目指している予選パケ
ットが存在する場合、１パケットのみを有効とし、他の
予選パケットを廃棄し、その結果はソーティング網A120
を経由してバッファに報告する。このとき、既に予選網
124で廃棄されずに勝残って再度予選網124に入力した予
選パケットは必ず勝残るようにされ、予選網124からの
勝残り報告をうけ予選パケットを廃棄されなかったパケ
ットバッファは、再度同一の予選パケットを予選網124
に送出し、予選網124から勝残り報告を受けず予選パケ
ットを廃棄されたパケットバッファは他の予選パケット
を予選網124に送出する。このようにして、本選網125に
おいてパケットバッファから本選網125へ本選パケット
を１回送出している間に、予選網124においてはパケッ
トバッファから予選網124へ予選パケットを送出するの
を複数回繰り返し、同一出力ポートを目指すパケットを
できる限り減らす。また、予選網124において、どうし
ても異なった出力ポートを目指すパケットを見い出すこ
とのできなかったパケットバッファは、本選網125へ空
パケットを送出し、他のパケットバッファから本選網12
5へ送出されるパケットはそれぞれ異なった出力ポート
を目指す。

ソーティング網B122は、比較機能付単位スイッチで構成
された、いわゆるバッチャー（Batcher）の双単調ソー
ダーであり、比較機能付単位スイッチは入出力端子を各
々２個有し、ルーティング・タグに含まれる出力ポート
の番号を１ビットづつシリアルに比較し、その大小に基
づいてパケットを各端子へ出力する。

レーチィング網123は、出力選択機能付単位スイッチで
構成された、いわゆるバンヤン（Banyan）網であり、出
力選択機能付単位スイッチは入出力端子を各々２個有
し、ルーティング・タグに含まれる出力ポートの番号の
うちの１ビットの制御によりパケットを各端子へ出力す
る。

ここで以上の構成よりなる動作を説明する。

第１図において入力ポートから自己ルーティング多段ス
イッチ126に入力したパケットは、一旦パケットバッフ
ァに蓄積され、パケットバッファは個別に蓄積されたパ
ケットをまず予選網124へ出力することを制御する。パ
ケットバッファから予選網124へ入力したパケットはソ
ーティング網A120において、ソーティング網120に入力
した全予選パケットの出力ポート番号A141の大小を比較
される。このとき比較する数字は出力ポート番号Ａを２
倍し、それに未勝利ビット142を加え、さらに最上位ビ
ットに有効にビットA140を付加したものである。具体的
には第２図において、空パケット（有効ビット＝１）は
使用中パケットよりも大として扱われ、使用中パケット
で出力ポート番号A141が同一のものの中では、予選網12
4で既に勝ち残ったパケット（未勝利ビット＝０）が小
として扱われる。この比較に基づいて順序付けされ、並
び換えられ、並び換えられた予選パケットはソーティン
グ網A120の出力端子の番号の大小に対応した出力端子に
出力され廃棄網121へ入力される。廃棄網121は、その入
力端子において隣接した入力端子に入力した予選パケッ
トに含まれている出力ポート番号A141を比較し、合致し
ている場合は入力端子の番号が大である入力端子に入力
されたパケットを廃棄として扱う。そしてこの比較にお
いて廃棄とならなかったパケットについて予選網124で
廃棄とならなかった旨を、その予選パケットが今まで伝
達されてきたルートを逆にたどりパケットバッファに勝
残り報告する。勝残り報告を受けたパケットバッファは
再度同一の予選パケットを予選網124へ送出し、このと
き未勝利パケット142は既に予選網124で勝ち残った旨を
表示され（未勝利ビット142＝０）、勝利報告を受けな
かったパケットバッファはそのバッファ内に蓄積されて
いる他の予選パケットを予選網124へ送出し、このとき
未勝利ビット142は予選網124で未勝利である旨（未勝利
ビット＝１）を表示される。このように、本選網125に
おいてパケットバッファから本選網125へ本選パケット
を１回送出している間に予選網124においてパケットバ
ッファから予選網124へ予選パケットを送出するのを複
数回繰り返す。予選網124で勝ち残った予選パケットを
送出した各パケットバッファは本選網125へ有効ビットB
150により使用中であることを示した使用中の本選パケ
ットを送出する。ここで、それらの本選パケットは予選
網で勝ち残ったパケットバッファからのパケットである
ので、出力ポート番号B151が同一のパケットは存在しな
い。また、予選網124において勝残れなかった予選パケ
ットを送出した各パケットバッファは、本選網125へ有
効ビットB150により空であることを示した空の本選パケ
ットを送出する。ソーティング網B122へ入力した本選パ
ケットはソーティング網B122において、ルーティングタ
グ154の出力ポート番号B151を比較され、その大小に基
づいて順序付けをし、並べ換えられ、そのとき有効ビッ
トB150により空であることが示された空の本選パケット
155は、他の使用中の本選パケットよりも大として扱わ
れる。また並び換えられたパケットは、ソーティング網
B122の出力端子の番号の大小に対応した出力端子に出力
しルーティング網123へ入力される。ルーティング網123
に入力した本選パケットは、ルーティングタグ154の制
御により目的の出力ポートを目指して伝達される。

（発明の効果） 以上、詳細に説明したようにこの発明によれば、パケッ
ト交換システムにおいて、入力したパケットを自己ルー
ティング多段スイッチの入力段に設置したパケットバッ
ファに一旦バッファリングし、同一の出力ポートを目指
すパケットを同時に本選網に入力しないようにするため
の予選網を設け、予選網に予選パケットを繰り返し送出
することによって、本選網に入力する本選パケットのう
ち空でない使用中の本選パケットの割合を高め、本選網
に入力したパケットはソーティング、そしてルーティン
グされて目的の出力ポートへ伝達されることとしたの
で、リンク使用率の優れた自己ルーティングを実現する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図は本発明の一実施例を示し、第１図は
ブロック構成図、第２図は予選パケットの構成例、第３
図は本選パケットの構成例、第４図は従来の自己ルーテ
ィング多段スイッチを用いたパケット交換方式のブロッ
ク構成図、第５図は従来のパケットの構成例である。 100〜107……入力ポート、110〜117……パケットバッフ
ァ、120……ソーティング網Ａ、121……廃棄網、122…
…ソーティング網Ｂ、123……ルーティング網、124……
予選網、125……本選網、126……自己ルーティング多段
スイッチ、130〜137……出力ポート、140……有効ビッ
トＡ、141……出力ポート番号Ａ、142……未勝利ビッ
ト、143……予選網情報、150……有効ビットＢ、151…
…出力ポート番号Ｂ、152……宛先加入者情報、153……
宛先情報、154……ルーティングタグ、155……通信情
報。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−143540（ＪＰ，Ａ) ＩＥＥＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＮ ＳＥ ＬＥＣＴＥＤ ＡＲＥＡＳ ＩＮ ＣＯＭ ＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ Ｖｏｌ．ＳＡＣ −５ Ｎｏ．８（Ｏｃｔ．1987）Ｐ．1264 −1273，ＪＯＳＥＰＨ Ｙ．ＨＵＩ ａｎ ｄ ＥＤＷＡＲＤ ＡＲＴＨＵＲＳ “Ａ Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｐａｃｋｅｔ Ｓ ｗｉｔｃｈ Ｆｏｒ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅ ｄ Ｔｒａｍｓｐｏｒｔ"

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力ポート毎にパケットをバッファリング
   するパケットバッファと、該パケットバッファに接続さ
   れパケットを目的の出力ポートへスイッチングする本選
   網と、該パケットバッファに接続され該本選網へ入力さ
   せるパケットを選択する予選網からなり、複数の入力ポ
   ートから入力したパケットを複数の出力ポートへ送出す
   るパケット交換システムにおいて、 予選網情報のみの予選パケトットを予選網に送出する手
   段と、該予選パケットが廃棄されずに伝達できたか否か
   を検出する手段と、廃棄されずに伝達されたことを該予
   選網内の伝達ルートの逆をたどって前記パケットバッフ
   ァに報告する手段と、該報告手段に基づいて次に該予選
   網へ入力する予選パケットを制御する手段とを有し、前
   記パケットバッファから前記本選網へ本選パケットを送
   出している間に、該予選網が前記動作を複数回繰り返す
   ことにより次に該本選網に入力させるパケットを同一ポ
   ートを目指すパケットを含まない様に選択することを特
   徴とするパケット交換方式。
2. 【請求項２】該予選網の入力段に第１のソーティング網
   と、同一の出力ポート宛の予選パケットのうち１パケッ
   トのみを勝残り扱いし、該予選パケットが勝残ったか、
   廃棄されたかの報告を前記パケットバッファに伝える手
   段を設け、該本選網の入力段に第２のソーティング網
   と、ルーティング網を設けたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のパケット交換方式。