JPH10271110A - 非同期転送モード交換システムのスイッチング装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 マルチメディアサービスのための非同期転送
モードスイッチ装置及び方法を提供する。 【解決手段】 入力セルを貯蔵する入力バッファ２０
と、入力ポートから出力ポートの方向に進行して入力さ
れるセル数を合算し、合算されるセル数に応じて入力バ
ッファのアドレスを伝達する取出及び加算機能を遂行
し、入力セルを伝達して入力バッファ２０に貯蔵する入
力スイッチ網１２と、ルーティングのためのデータを貯
蔵するルーティングテーブル４２と、ルーティングテー
ブルを参照して制御するルーティング制御部４１と、ク
ロスバー形単位スイッチで構成されるスイッチ網が並列
接続されるルーティングスイッチ網６３と、この入力ポ
ートと連結され、セルをルーティング網の数で分散する
セル分散機６１と、ルーティングスイッチ網の出力ポー
トから分散出力されるセルを併合するセル併合機から構
成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は非同期転送モード電
子交換機のスイッチ装置及び方法に関し、特に、マルチ
メディアサービスのための非同期転送モードスイッチ装
置及び方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般にマルチメディアサービスは、トラ
フィック特性（データ転送速度、バースト性など）及び
サービス品質（転送遅延、転送遅延差、データ損失な
ど）が多様で、サービス形態も１：１（Point-to-Poin
t）、１：多数（Point-to-Multipoint ）、及び多数：
多数（Multipoint-to-Multipoint）の構成が必要であ
り、１つのサービス内でも単一接続及び多重接続が存在
することができる。しかし、公衆電話交換網(Public Sw
itched Telephone Network：ＰＳＴＮ) 及び公衆パケッ
ト交換網(Packet Switched Public Data Network：ＰＳ
ＰＤＮ) のような既存の網は、特定形態の特定サービス
にのみ適合するように設計されているので、マルチメデ
ィアサービス提供が不可能である。従って、マルチメデ
ィアサービスを提供するためには、新しい形態のスイッ
チ網が必要であり、端末機から交換及び転送システムに
至るまで、このような新しい網を構成する各種装置に対
する開発が先行されなければならない。現在、ＩＴＵ(I
nternational Telecommunication Union) では、マルチ
メディアサービスのような特性を有するサービスを提供
するに適合な技術として、非同期転送モード(Asynchron
ous Transfer Mode ：ＡＴＭ) を採択して標準化作業を
している。

【０００３】現在まで提案されたＡＴＭ方式のスイッチ
網は色々の種類がある。まず、情報伝達チャンネルを分
割する方式によっては、時分割(Time Division) 方式と
空間分割(Space Division)方式に区分され、トポロジー
(topology)上にはリング形、バス形、格子形に区分され
る。また、用いられたバッファの位置または使用法によ
っては、入力バッファ型、共通バッファ型、分散バッフ
ァ型、及び出力バッファ型に区分することができ、これ
らを混合して使用することもできる。

【０００４】前記空間分割型のＡＴＭスイッチ網の構造
は、基本的にバンヤン(Banyan)網や、クロスバー(Cross
-bar) 網のように格子形態を有し、スイッチ網の内部
で、セルがハードウェアーの動作によって目的地（スイ
ッチ網の出力ポート）を自分で見つけるようにする、
“セルフルーティング(Self-Routing)”機能を有する。
しかし、前記空間分割型ＡＴＭスイッチ網の構造は、大
部分スイッチ網の内部ブロッキング特性を有するので、
これを解決するためにバッファを使用しなければならな
い。ＡＴＭスイッチ網は、空間分割型スイッチ網だけで
なく時分割スイッチ網など全てのスイッチ網で出力ポー
トの衝突現象が発生するが、これを防止するためには出
力側にもバッファを使用しなければならない。

【０００５】空間分割方式のスイッチ網で入力バッファ
を使用するとき、運用方法によって図１に示すような
“固定バッファ型(Dedicated buffer)”方式と、図２に
示すような“共有バッファ型(Shared buffer) ”方式と
に区分することができ、従来では主に固定バッファ型(D
edicated buffer)方式が用いられた。前記ような分散バ
ッファ型方式は、運用が容易な長所がある。しかし、前
記分散バッファ型方式は、スイッチ網の各ポート毎に使
用されるバッファが固定されているので、スイッチ網ポ
ートに全体的にトラフィック（セル）が分散されず、偏
在性を有する場合、図１に示すように、任意のポートで
入力データのオーバーフロー(buffer overflow) が発生
しやすい。

【０００６】前記ＡＴＭスイッチ網は、任意の入力ポー
トと任意の出力ポートとの間の内部経路が、単一経路(S
ingle path) 構造と複数経路(Multiple path) 構造とを
有する。すなわち、前記図１に示すように、入力ポート
Ｘから出力ポートＹの各単位スイッチ(unit switch) の
出力経路は、、で構成され得る。このとき、単一
経路の場合には、図３に示すように内部ブロッキングの
発生可能性が大きいので、セル損失による性能が低下さ
れる恐れがある短所がある。前記図３は、単一経路を有
する８＊８バンヤン網の構成を、例を挙げて示してい
る。前記図３は、入力ポートｘから出力ポートｙへのセ
ル転送経路と、入力ポートｗから出力ポートｚへセルを
転送する場合を例としており、この場合、第２段目の単
位スイッチから転送されるセルが衝突して内部ブロッキ
ングが発生される。前記のように、単一経路のスイッチ
網は内部ブロッキングが発生する問題点があるが、スイ
ッチ網内部のルーティングが簡単なので運用に便利であ
る長所がある。また、複数経路を有するスイッチ網の場
合、内部ブロッキングの発生率が低いが、複数経路に対
するルーティング制御が非常に複雑で、スイッチの規模
が大きい場合には適用することがほぼ不可能である。こ
れは、スイッチ網のルーティング制御速度がセル転送速
度に及ばないためである。

【０００７】図２のように、入力バッファを共有バッフ
ァで実現して、複数経路の空間分割型スイッチ網構造を
実現する場合、前記ように、分散バッファ形で現れる入
力データのオーバーフロー現象を除去することができ
る。図４は、内部の８ビット並列構成を有する、共通メ
モリ型スイッチ網の構造を例として示している。前記共
通メモリ型（時分割）スイッチ網は、図４に示すよう
に、既存の回線交換機におけるスイッチと同一な概念で
交換を遂行する簡単な構造を有する。しかし、ＡＴＭで
は転送速度が数百Ｍｂ／ｓで、並列転送をするとして
も、スイッチ網の規模が大きい場合、その速度がメモリ
動作速度より非常に素早いので、実現が不可能である。
現在の半導体技術では、８ビットの並列データを転送す
るとき、最大に実現可能なスイッチ網の規模は８＊８以
内である。

【０００８】上述したように、従来のＡＴＭ技術は現在
まで開発されたまたは提案されたＡＴＭスイッチ網で
は、時分割／空間分割方式、バッファの使用法、単一経
路／複数経路などその方法や方式に従って実現が容易な
方式を選択した。しかし、従来のＡＴＭスイッチ網は、
下記のような問題点を有する。

【０００９】まず、時分割方式の場合、商用メモリアク
セスタイム(access time) の限界により、時分割するこ
とができる容量が非常に制限されている。例えば、８ビ
ットの並列ＡＴＭスイッチ網を実現する場合、製作可能
なスイッチ網の大きさは４−８ポートの規模である。

【００１０】第２に、複数経路を有するスイッチ網の場
合、入力ポートから出力ポートへのルーティング経路が
複数個であるので、全ての呼毎にそれを分析し、スイッ
チ網の内部でブロッキングが発生しないように制御しな
ければならない。しかし、このような方法は、制御アル
ゴリズムが非常に複雑なので、スイッチ網のサイズが大
きくなるほど実現が不可能になる。

【００１１】第３に、空間分割型入力バッファ方式スイ
ッチ網で、入力バッファを入力ポート毎にバッファを割
当てる方法(Dedicated buffer)で実現する場合、入力ト
ラフィックの特性によりバッファ氾濫(overflow)の発生
率が大きいので、セル損失によるサービス品質の低下が
発生し、バッファの使用効率が非常に低調なので、共有
バッファ方式でのような性能を満足させるためには、バ
ッファ費用が増加する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的
は、前記問題点を解消することができるマルチメディア
サービスのための非同期転送モード交換システムのスイ
ッチ装置及び方法を提供することにある。

【００１３】本発明の他の目的は、非同期転送モードス
イッチ装置を共有型入力バッファを使用し、単一経路を
有するように実現してスイッチング速度を向上させ得る
空間分割型スイッチ装置及び方法を提供することにあ
る。

【００１４】本発明のまた他の目的は、非同期転送モー
ドのスイッチ装置で複数のルーティング網を実現して、
スイッチ装置の内部で発生するブロッキングを除去する
ことができる装置及び方法を提供することにある。

【００１５】さらに本発明の目的は、非同期転送モード
のスイッチ装置で、セル複製網を実現してマルチメディ
ア情報を処理することができる装置及び方法を提供する
ことにある。

【００１６】また本発明の目的は、非同期転送モードス
イッチ装置から出力されるセルの経路を分析してフィー
ドバックすることにより出力ポートの衝突を防止するこ
とができるスイッチ装置及び方法を提供することにあ
る。

【００１７】本発明の他の目的は、非同期転送モードの
スイッチ装置内部でスイッチングされるセルのパターン
構造を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、非同期転送モードのスイッチ網を実
現する装置において、入力されるセルを貯蔵する入力バ
ッファと、所定規模の逆バンヤン形単位スイッチで構成
され、入力ポートと出力ポートとを備え、出力ポートが
前記入力バッファの間に連結され、入力ポートから出力
ポートの方向に進行して入力されるセル数を合算し、出
力ポートから入力ポートの方向に進行しながら合算され
るセル数に応じて前記入力バッファの住所を伝達する取
出し及び加算機能を遂行し、前記取出し及び加算機能で
計算された結果に前記入力されるセルを伝達して、前記
入力バッファに貯蔵する入力スイッチ網と、セルのルー
ティングのためのデータの翻訳及び置換のためのデータ
を貯蔵するルーティングテーブルと、前記入力バッファ
のセルを入力し、前記ルーティングテーブルを参照して
前記セルの出力をルーティング制御するルーティング制
御部と、所定規模のクロスバー形単位スイッチで構成さ
れるスイッチ網が多数個で並列接続され、入力されるセ
ルをスイッチング出力するルーティングスイッチ網と、
前記ルーティングスイッチ網の入力ポートと連結され、
前記ルーティング出力されるセルを前記ルーティング網
の数で分散して、前記ルーティングスイッチ網に伝達す
るセル分散機と、前記ルーティングスイッチ網の出力ポ
ートに連結され、前記ルーティングスイッチ網の出力ポ
ートから分散出力されるセルを併合して出力するセル併
合機とから構成されることを特徴とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の望ましい実施例を
添付の図面を参照して詳細に説明する。非同期転送モー
ドスイッチ網を実現する方法は、スイッチ網を構成する
色々な要素（方式）をどのように運用するか、またはど
のような特性を有する要素を使用するかによってその特
性が変わる。本発明では、上記した従来の問題点を防止
するために、空間分割型でなく共有型入力バッファを使
用し、単一経路を有するスイッチ網の構造を提案する。
メモリアクセスタイムの制限との時分割型スイッチ網の
根本的な問題点により、本発明は空間分割型スイッチ網
の構造で実現する。前記スイッチ網の内部でブロッキン
グが発生する場合、単一経路スイッチ網ではその経路以
外の他の経路がなくて性能が低下するという短所はある
が、本発明ではルーティング網を複数個（例えば、３−
４個）で実現することにより、ほぼ１００％に近い性能
を持たせる。また、本発明は、前記非同期転送モードの
スイッチ網入力に共有バッファを使用することにより、
全ての入力ポートが全体バッファを共有するようにす
る。従って、前記入力バッファの使用効率が１００％
で、これにより分散型バッファ方式のような大きさのバ
ッファに対してもセル損失の発生が少なくて性能が優れ
ている。従って、本発明で提案されたスイッチ網は、空
間分割型、格子型、入出力バッファ混合型に該当され
る。そして、本発明では、内部ブロッキング及び出力衝
突現象を防止するために入力及び出力側に共にバッファ
を使用する。

【００２０】図５は、非同期転送モードを有する交換シ
ステムの構造を示している。本発明は、ＡＴＭ技術を基
にして構成された網で、ＡＴＭ網の構成要素中の１つで
あるＡＴＭ交換システムに用いられるＡＴＭスイッチ網
(ATM Switch Fabric：以下、“ＡＴＭスイッチ網”また
は“スイッチ網”と称する）に対して、構造、機能、及
び実現装置などを提案する。また、本発明におけるＡＴ
Ｍスイッチ網は１，０２４＊１，０２４の大きさである
と仮定して説明する。

【００２１】ＡＴＭ交換システムは、図５に示すように
大きく加入者／トランク（中継線）インタフェース部、
ＡＴＭスイッチ網、呼／連結プロセッサで構成される。
加入者／トランクインタフェース部は、加入者またはト
ランクリンクが接続されるもので、ＡＴＭ交換システム
の内部でＡＴＭセル交換のための各種機能が遂行され
る。ＡＴＭ交換システムでは、“セル”と呼ばれる５３
バイト大きさの情報転送単位が使用され、ＡＴＭスイッ
チ網でもセル単位で交換が遂行される。

【００２２】ＡＴＭスイッチ網は、入力されるセルを各
セルが願う目的地に伝達するための交換機能及びマルチ
キャスト(multicast) 機能を遂行する。各セルが伝達さ
れなければならない目的地情報( ルーティングタッグ：
routing tag)は、呼の設定時に、呼／連結プロセッサに
よって決定されて加入者／トランク接続部へ伝達され
る。加入者／トランクインタフェース部に入力されるセ
ルの特定フィールドには、この情報を基にするルーティ
ング関連情報がセル毎に記録され、この情報に従ってＡ
ＴＭスイッチ網でセルフルーティングが行われることに
より、交換機能が遂行される。マルチキャストは、１つ
の発信側から２つ以上の着信側にセルを転送しようとす
る場合に遂行される機能であって、セルを必要な数ほど
複製する過程が必要である。

【００２３】前記呼／連結プロセッサの機能は、呼／連
結管理(call/connection management)、ルーティング制
御(routing control) 、運用及び維持補修(OAM) 、資源
管理(resource management) などである。制御及び維持
補修部は、加入者／トランクインタフェース部に位置し
た下位プロセッサとの内部通信( ＩＰＣ: Inter Proces
sor Communication)を通じた呼の設定／解除、ＡＴＭ機
能及び全体システムの維持補修、交換システムにおける
全般的な動作制御及び管理のための機能が遂行される。

【００２４】本発明によるＡＴＭ交換システムのＡＴＭ
スイッチ網は、図６に示すように、入力網(Input Netwo
rk) 、複製網(Copy Network)、フィードバック網(Feedb
ackNetwork)、及びルーティング網(Routing Network)
と、これらの機能を遂行するための周辺ロジック及びメ
モリなどで構成された入力バッファ型及び空間分割型ス
イッチ構造を有する。

【００２５】本発明のＡＴＭスイッチ網は、１，０２４
＊１，０２４規模の構造及び機能実現を例としている。
前記入力、複製、フィードバック、及びルーティングの
スイッチ網を構成する各サブスイッチ(Sub-network)
は、それぞれ３２＊３２規模の単位スイッチ(unit swit
ch) で構成される。そして、前記入力網及びフィードバ
ック網は、逆バンヤン(Reverse Banyan)網が使用され、
複製網にはバンヤン(Banyan)網が使用される。ルーティ
ング網は、色々のスイッチ網が使用されることはできる
が、実現の容易性及び性能を考えて内部ブロッキングが
発生されないクロスバー(Crossbar:X-bar)網を使用し
た。

【００２６】本発明によるＡＴＭスイッチ網の構造は、
図６に示したように機能に従って入力網(Input Networ
k) １２、複製網(Copy Network)３２、フィードバック
網(Feedback Network)５２、及びルーティング網(Routi
ng Network) ６３に区分される。そして、前記各網は３
２＊３２規模の単位スイッチが２段(two stage) で構成
されている。ここで、前記入力網１２及びフェードバッ
ク網５２の単位スイッチは、逆バンヤン(Reverse Banya
n)網を使用し、複製網３２の単位スイッチはバンヤン(B
anyan)網を使用し、ルーティング網６３の単位スイッチ
は、クロスバー(X-bar) 網を使用する。前記図６のよう
なＡＴＭスイッチ網を１，０２４＊１，０２４規模に構
成するとき、バンヤン網及び逆バンヤン網は３２＊３２
規模の単位スイッチを２段で構成するとしても、その特
性をそのまま保持できるが、クロスバー網は網内部でブ
ロッキングが発生しない特性(internally non-blockin
g) を保持することができない。この場合、前記ルーテ
ィング網６３の内部でブロッキングが発生される可能性
があって性能が低下するので、これを復旧するために複
数個のルーティング網（本発明では、４個のルーティン
グ網６３ａ- ６３ｄ）を使用する。

【００２７】上記図６で、各網１２、３２、５２、及び
６３の前段に位置したセル同期回路(cell synchronize
r) １１、３１、５１、及び６２は、各網に入力される
セルの入力速度が１６０Ｍｂ／ｓ級の高速信号で、各網
の間は物理的に異なる位置に設置されることができるの
で、ビット及びセルレベルにおける同期機能が必要なの
で用いられる。 前記図６は上記したように、１，０２
４＊１，０２４規模のＡＴＭスイッチ網を例として説明
している。同図を参照すると、セル同期回路１１、３
１、５１、６２は各網１２、３２、５２、６３の３２＊
３２単位スイッチ入力端に位置する。前記セル同期回路
１１、３１、５１、６２は１６０Ｍｂ／ｓビット同期機
能及びセル同期機能を遂行する。

【００２８】入力網(Input Nerwork) １２は、逆バンヤ
ン網(1,024*1,024 Reverse BanyanNetwork)を使用し、
６４個の単位スイッチ(32*32 Reverse Banyan Network)
で構成する。前記入力網１２はセル同期回路１１と入力
バッファ２０との間に連結され、入力セルの取出し及び
加算(fetch-and-add) 機能及び入力セルを入力バッファ
２０に貯蔵する機能を遂行する。

【００２９】前記入力バッファ(Input buffer or Input
Queue) ２０は、前記入力網１２から出力される入力セ
ルを貯蔵するバッファである。前記入力バッファ２０の
規模は、入力ポート及び入力セルの大きさ(1,024port *
x cells ＝ xxx cells) によって決定される。

【００３０】複製網(Copy Nerwork)３２は、バンヤン網
(1,024*1,024 Banyan Network)を使用し、６４個の単位
スイッチ(32*32 Banyan Network)で構成する。前記複製
網３２は、セル同期回路３１とルーティングとフィード
バック制御部４１との間に連結されて、セルの取出し及
び加算機能及びセル複製機能を遂行する。

【００３１】フィードバック網(Feedback Network)５２
は、逆バンヤン網(1,024*1,024 Reverse Banyan Networ
k)を使用し、６４個の単位スイッチ(32*32 Reverse Ban
yanNetwork)で構成する。このフィードバック網５２
は、セル同期回路５１とルーティング及びフィードバッ
ク制御部４１との間に連結され、フィードバックされる
セルの取出し及び加算機能及びセル複製機能を遂行す
る。

【００３２】ルーティングテーブル(Routing table) ４
２は、ＡＴＭスイッチでセルのルーティング情報(VPIs/
VCIs, routing tag)を貯蔵する。ルーティング及びフィ
ードバック制御部４１は、前記複製網３２及びフィード
バック網５２でセルを入力し、前記ルーティングテーブ
ル４２のルーティング情報を参照して入力されるセルの
ルーティングを制御する。前記ルーティング及びフィー
ドバック制御部４１でルーティング制御(Routing Contr
ol) は、入力セルヘッダ(cell header) にルーティング
情報(VPI/VCIなど) 及びセルフルーティングタッグを付
与する機能を遂行し、フィードバック制御(Feedback Co
ntrol)はＡＴＭスイッチ網の内部ブロッキング及び出力
ポートの衝突を制御する機能を遂行する。

【００３３】セル分散機(Cell Splitter) ５１は、前記
複製網３２及びフィードバック網５２から出力されるセ
ルを分散する機能を遂行する。すなわち、本発明で前記
セル分散機５１は、ＡＴＭスイッチ網の内部ブロッキン
グ及び出力ポートの衝突防止のために、入力セルを複数
個のルーティング網に分散転送する。本発明では、上記
したように４個のルーティング網６３ａ−６３ｄを使用
すると仮定する。前記ルーティング網６３は、クロスバ
ー網(1,024*1,024 X-bar Network) を使用し、６４個の
単位スイッチ(32*32 X-bar Network) で構成される。こ
のルーティング網６３は、セルフルーティング機能を遂
行する。セル併合機(Cell Merger) ６４は、４個のルー
ティング網６３ａ−６３ｄから出力されるセルを、ポー
トの各出力バッファに貯蔵及び出力する機能を遂行す
る。

【００３４】上記図６を参照して、各網の構造及び機能
を説明すれば、下記のとおりである。まず、前記入力網
１２は、入力ポートから受信されるセルを貯蔵するため
の入力バッファ(input buffer/queue)２０を、全ての入
力ポートが共有して使用することができるように制御す
る取出し及び加算機能を遂行する。前記取出し及び加算
機能が遂行されると、入力ポートのすべての入力セル
は、自分が貯蔵されなければならない入力バッファ２０
の住所を受けるようになり、前記入力網１２を通過した
後にこの住所によって入力バッファ２０に貯蔵される。
前記入力バッファ２０は、入力ポート毎に指定されたバ
ッファで使用されることでなく、全ての入力ポートが共
有できる共有バッファ(shared buffer) で運用されるの
で、バッファ使用の効率が優秀で、特にバーストトラフ
ィック(burst traffic) 環境に非常に効果的である。前
記入力バッファ２０に貯蔵されたセルは、貯蔵された順
序に複製網３２へ伝達される。スイッチ動作中で、前記
入力バッファ２０から複製網３２へ伝達されるセル数を
制限する場合がある。このような現象は、以前セル周期
(previous cell cycle) で複製したセル数が、前記複製
網３２の容量を超過する場合、またはフィードバック網
５２でフィードバックされたセルがある場合に発生す
る。

【００３５】前記複製網３２は、放送(broadcast) また
はマルチキャストサービスを提供するために使用され
る。前記複製網３２は、前記入力バッファ２０から受信
されたセルが、放送またはマルチキャストセルの場合、
そのセルを必要な数だけ複製する機能を遂行する。この
とき、前記セルの複製はセル複製数を最小値(minimum)
及び最大値(maximum) でセルヘッダに表示し、この値を
基準として複製網３２内でセルスプリット(splitting)
方式で複製して行くアルゴリズム(maximum-minimum alg
orithem)が使用される。このような最小値及び最大値
は、複製網３２での取出し及び加算結果と各セルが要求
する複製数によって計算される。このとき、複製しなけ
ればならないセル数の和が複製網３２の容量を超過する
場合、超過分のセルは取出し及び加算された後に前記入
力バッファ２０から読まれず、次のセル周期に更に複製
網３２へ入力される。 前記フィードバック網５２は、
同一なセル周期内にルーティング網６３の通過を要求す
るセルの中で、出力のためにルーティングされるセルが
ルーティング網６３を通過しながら、内部ブロッキング
や出力ポートの衝突が発生しないセルを除外した残りの
セルをフィードバックさせるために使用される。このよ
うにフィードバックされたセルは、次のセル周期に複製
網３２を通じて受信される他のセルと共にルーティング
網６３を通過するための過程を更に遂行するようになる
が、このとき、前記ルーティング及びフィードバック制
御部４１はフィードバックされたセルが優先順位を有す
るように制御する。前記フィードバック５２は、フィー
ドバックされたセルを一つのセル周期の間遅延させるた
めにフィードバック網の入力端にポート当り１セル大き
さのバッファを使用する。

【００３６】前記ルーティング及びフィードバック制御
部４１は、ルーティング制御部及びフィードバック制御
部で構成される。まず、ルーティング及びフィードバッ
ク制御部４１のルーティング制御部は、ルーティング網
６３を通過したセルに対するルーティングタッグを付加
する機能及びセルヘッダを変換する機能などのセルルー
ティング機能を遂行する。前記ルーティングタッグは、
セルがハードウェアによりルーティング網６３を通じて
自分で願う出力ポートに見つけて行くセルフルーティン
グ機能に用いられる。前記セルヘッダ変換機能は、磁気
ノードから出力されたセルのヘッダ情報が、次のノード
におけるルーティングに使用されることができるように
入力セルのヘッダを変換させる機能である。前記ルーテ
ィングタッグ及びセルヘッダ変換情報などルーティング
関連値は呼／連結の設定時毎に図５の呼／連結制御部に
よって更新され、該当呼／連結が解除されるまでルーテ
ィングテーブル４２に貯蔵される。

【００３７】第２に、ルーティング及びフィードバック
制御部４１のフィードバック制御部は、ルーティング網
６３で内部ブロッキングまたは出力ポートの衝突による
セルの損失を防止するための機能を遂行する。フィード
バック制御機能はセル周期毎に遂行され、前記ルーティ
ング網６３を通過することができないセルをフィードバ
ック網５２へ送る。全てのポートに対してルーティング
網６３を通過することができるセルの数はそのセル周期
毎に計算されるが、このような値はセルがルーティング
網６３ａ‐６３ｄで、内部ブロッキングや出力ポートの
衝突なしに伝達され得る数を意味する。ここで、前記網
内部のブロッキングとは、網に入力されたセルが相互に
異なる出力ポートを要求しても網内部の経路上で衝突が
発生する現象を意味する。また、前記出力ポートの衝突
とは、網に入力されたセルの中で相互に同じ出力ポート
を要求する場合、網の内部でブロッキングなしに伝達さ
れるとしても結局出力ポートで衝突される現象を意味す
る。

【００３８】セル分散機６１は、前記フィードバック制
御によりルーティング網６３を通過できるセルが入力さ
れると、前記ルーティング網６３で内部ブロッキング及
び出力ポートの衝突が発生しないようにセルを複数個の
ルーティング網（６３ａ- ６３ｄ）に分散させる機能を
遂行する。

【００３９】前記ルーティング網６３は、実際にセル交
換が遂行されるものである。すなわち、複製網３２及び
フィードバック網５２から入力されたセルは、ルーティ
ング網６３を通じて願う出力ポートにハードウェア的に
セルフルーティングされて伝達される。ここで使用され
た１，０２４＊１，０２４ルーティング網は、３２＊３
２規模のX-bar 網を単位スイッチとして使用して２段構
成した形態で、内部ブロッキングを防止することができ
る網(non-blocking network)でないので、スイッチ網の
内部でブロッキングが発生されるので、性能低下の大き
い要因となることもある。従って、本発明では前記ルー
ティング機能は、４個並列ルーティング網６３ａ−６３
ｄで構成してＡＴＭスイッチ網の入出力経路を増加さ
せ、セルがルーティング網６３に入力される前にフィー
ドバック制御を遂行して内部ブロッキングを除去するこ
とにより、性能の低下を防止する。前記ルーティング網
６３で内部ブロッキングを除去するとしても、ＡＴＭス
イッチ網は出力ポートの衝突により性能が５８％に制限
される。従って、ルーティング網６３を複数個で並列構
成し、フィードバック制御機能を備えることにより、本
発明のＡＴＭスイッチ網は内部ブロッキングを除去し、
出力ポートの衝突制御を付加すると、スイッチ性能を１
００％に接近させることができる。前記１, ０２４＊
１，０２４の規模を有するルーティング網６３ａ−６３
ｄは、３２＊３２の単位スイッチを使用して構成(inern
ally non-blocking)することはハードウェア量が非常に
大きくなるだけでなく、網入力ポートと出力ポートとの
間の複数個の経路が存在するので、セルルーティング時
に１，０２４ポートに対してこれを制御するに困る。

【００４０】セル併合機６４は、複数個のルーティング
網６３ａ−６３ｄから出力されるセルを出力バッファに
貯蔵し、一定速度で出力させる機能を遂行する。ここで
使用される出力バッファは、入力バッファとは異なって
バッファが出力ポート毎に貯蔵されている構造であるの
で、バッファの使用効率は入力バッファに比して非常に
小さい。

【００４１】ここで、本発明によるＡＴＭスイッチ網で
各入力網１２、複製網３２、フィードバック網５２、及
びルーティング網６３の機能を、それそれ具体的に説明
する。

【００４２】本発明は、上記のように１，０２４＊１，
０２４の規模であると仮定する。従って、前記ＡＴＭス
イッチ網は取出し及び加算機能、セル複製、ルーティン
グなど全ての機能が単位スイッチ網でなく、１，０２４
＊１，０２４網の全体に対して遂行されなければならな
い。本発明のＡＴＭスイッチ網は、入力網１２、複製網
３２、フィードバック網５２、及びルーティング網６３
で構成されるので、入力セルが最終に出力されるまで前
記網で少なくとも３個の網を通過しなければならない。
このようなＡＴＭスイッチ網における全体動作を、入力
網１２、複製網３２、フィードバック網５２、及びルー
ティング網６３に区分して具体的に説明する。

【００４３】まず、前記入力網１２は、入力バッファ２
０にセルを貯蔵するとき、前記入力バッファ２０を効率
的に使用するための取出し及び加算機能及びセル伝達(c
elltransfer) 機能を遂行する。前記セル伝達機能は、
１，０２４＊１，０２４規模の逆バンヤン網(Reverse B
anyan Network)を使用する。前記取出し及び加算機能
は、前記逆バンヤン網と概念的に同一な構造を有するの
で、逆バンヤン網自体に機能を実現することもできる。
しかし、前記取出し及び加算機能に逆バンヤン網の全体
が必要でないだけでなく、取出し及び加算機能が入力網
１２のように、セル伝達のための目的でないので、前記
逆バンヤン網と別途のハードウェアで実現する。全体の
１，０２４＊１，０２４の逆バンヤン網は、ハードウェ
ーハの実現を容易にするため、前記入力網１２は、図７
Ａに示すように３２＊３２の逆バンヤン網構造の単位ス
イッチを２段で構成する。ここで、前記３２＊３２の逆
バンヤン網の構造の単位スイッチは、図７Ｂのような構
造を有する。前記入力網１２の詳細な機能は下記のとお
りである。

【００４４】第１に、前記入力網１２の取出し及び加算
機能は、ＡＴＭスイッチ網の各入力ポートに受信された
全てのセルが入力バッファ２０に順に貯蔵させるため
に、セル毎にそのセルが貯蔵されるバッファ住所を提供
するための機能である。このとき、前記バッファ住所
は、入力バッファ２０が全ての入力ポートに対して共有
して使用することができるように付与する。このような
バッファ住所の付与過程を遂行するとき、前記入力ポー
トに実際に受信された有効セルがあるか否かを表示する
ビット及び入力バッファ住所を記録するビットが必要で
あり、このような情報はセルヘッダに記録される。前記
取出し及び加算機能はセル伝達機能と共にセル周期毎に
パイプラインの形態で進行される。すなわち、現在のセ
ル周期(nth cycle) に入力されたセルに対する取出し及
び付加機能は、前周期(n−１th cycle) に遂行され、現
在のセル周期では次の周期(n＋１th cycle) に入力され
るセルに対して取出し及び加算機能が遂行される。 図
８Ａ及び図８Ｂは、前記入力セルが入力バッファ２０に
貯蔵される過程を、８＊８規模で単一キャスト(unicas
t) に対して入力されたセルが６個で、入力バッファの
ポインター値が０の場合を例として示している。前記入
力バッファ２０のポインター(input buffer pointer)
は、現在の周期にセルが貯蔵される入力バッファ２０の
スタート住所を意味する。前記図８Ａ及び図８Ｂを参照
して、入力網１２の取出し及び加算機能を遂行する第１
段階及び第２段階の動作を説明する。

【００４５】まず、図８Ａを参照して第１段階の加算及
び取出し機能を説明すると、前記第１段階は入力ポート
から出力ポートの方向に進行するセル数の合算過程は、
下記のように進行する。ここで、前記スイッチエリメン
トをエリメントと称する。

【００４６】入力網１２の第１段目の２＊２エリメント
に上位入力ポートに受信されたセルがある場合、下位入
力ポートへのセル受信可否とは関係なく、エリメント内
部のレジスタに“１”を記録する。

【００４７】第１段目エリメントの上位及び下位入力ポ
ートに受信されたセルの数を合算して下位出力ポートへ
送る。この値は、第２段目に連結されたエリメントに入
力される。 第２段目でも、各エリメントに入力された
セルに対して、第１段目と同様な方法で、上位入力ポー
トに受信されたセルの数をエリメントの内部レジスタに
記録し、上位及び下位入力ポートに受信されたセルの数
を合算して下位出力ポートへ送る。この値は、第３段目
に連結されたエリメントに入力される。

【００４８】第３段目でも、各エリメントに入力された
セルに対して、上記のような方法で上位入力ポートに受
信されたセル数をエリメントの内部レジスタに記録し、
上位及び下位入力ポートに受信されたセルの数を合算し
て下位出力ポートへ送る。

【００４９】このような過程を終えると、入力された全
てのセル数の合算結果が図８Ａに示すように最終に最後
段の最下位ポートに出力されるが、この値を入力バッフ
ァ２０のポインターレジスタ値と合算し、その結果を入
力バッファポインターレジスタに更に貯蔵する。この値
は、次のセル周期で、入力バッファのスタート住所を意
味する。前記図８Ａに示す例は、前段階のポインター値
を０であると仮定し、６個のセルが新たに入力されたの
で、ポインター値が６に更新される。

【００５０】第２に、図８Ｂを参照して、第２段階の加
算及び取出し機能を調べて見ると、前記第２段階は、出
力ポートから入力ポートの方向に進行する入力バッファ
２０の住所伝達過程であって、下記のように進行する。

【００５１】前セル周期で貯蔵されたポインター値
“０”を、最後段の最下位出力ポートで入力して上位入
力ポートを通じて第２段目のエリメントにそのまま伝達
し、下位入力ポートへは前記第１段階の取出し及び加算
過程でエリメントレジスタに記録した値と合算して第２
段目のエリメントへ送る。

【００５２】前記第２段目のエリメントは、第３段目か
ら受信した値を上位入力ポートを通じて第１段目のエリ
メントにそのまま伝達し、下位入力ポートには前記第１
段階の取出し及び加算過程でエリメントレジスタに記録
した値と合算して第１段めのエリメントに送る。

【００５３】前記第１段目のエリメントでは、第２段目
から受信した値を上位入力ポートにそのまま伝達し、下
位入力ポートには、前記第１段階の取出し及び加算過程
でエリメントレジスタに記録した値と合算して送る。

【００５４】上記のような過程の動作を完了すると、全
ての入力ポートのセルはそのセルが貯蔵される入力バッ
ファ２０の住所を入力するようになる。前記図８Ｂで
は、入力セルが６個であったので、、入力ポートに受信
されたセルがあるポートの中で、最上位ポートのセルか
ら順に入力バッファの住所０、１、２、３、４、５を受
ける。

【００５５】前記図８Ａ及び図８Ｂは、８＊８規模の入
力網を実現するとき、第１段階のセル数の合算過程及び
第２段階の入力バッファの住所伝達過程を説明する。図
９Ａは、上記のような第１段階及び第２段階の取出し及
び加算過程を、１，０２４＊１，０２４規模の入力網１
２で実現する過程を示している。

【００５６】第３に、前記のような第１段階及び第２段
階の取出し及び加算動作を遂行した後、図８Ｃのような
方法でセル転送(Cell transfer) 機能を遂行する。図８
Ｃを参照して入力網１２のセル転送動作を調べると、前
記セル転送は取出し及び加算機能から全てのセルが自分
が貯蔵されなければならない入力バッファの住所を得た
後、逆バンヤンン網を通過するセルのルーティングタッ
グとして使用する。このとき、前記ルーティングタッグ
は、取出し及び加算過程から得たビット列をそのまま使
用することでなく、前記入力セルが逆バンヤン網で内部
ブロッキングなしに通過できるようにするために、ビッ
トの順序を変えて使用しなければならない。すなわち、
前記取出し及び加算結果がビット列ｂ１、ｂ２、ｂ３の
場合、逆バンヤン網で使用されるルーティングタッグの
順序はビット列ｂ３、ｂ２、ｂ１となる。前記ように発
生されるルーティングタッグによって、セルが入力網を
通過して入力バッファに貯蔵される過程は、図８Ｃに示
した通りである。

【００５７】前記図８Ｃは、８＊８規模の入力網を実現
するとき、取出し及び加算機能を遂行して演算された入
力バッファのバッファ住所に従ってセルを転送する過程
を説明している。図９Ｂは、上記のようなセル伝達過程
を、１，０２４＊１，０２４規模の入力網１２で実現す
る過程を示している。

【００５８】第４に、入力バッファ(Input Buffer or I
nput Queue) ２０の構成及び動作について説明する。入
力バッファ２０は、入力網１２を通じて伝達されるセル
を貯蔵するもので、図１０Ａのような構造を有する。前
記図１０Ａは、８＊８のスイッチの場合を仮定した入力
バッファ２０の構造を示す。図１０Ｂは、前記図１０Ａ
のような入力バッファ２０の概念的構造を示す。

【００５９】前記図１０Ｂでボトムポインター(Bottom
pointer)は、新たに入力されるセルが貯蔵される入力バ
ッファ２０の住所スタート位置を表示し、トップポイン
ター(top pointer) は、入力バッファ２０に貯蔵されて
いるセルが読み出される住所のスタート位置を表示し、
これらボトムポインター及びトップポインターはセルの
入出力状態により調整される。前記図１０Ａは、入力バ
ッファ２０を構成するＦＩＦＯ(First In First Out)メ
モリの住所位置順序を示している。前記図１０Ａに示し
たように、各ポート毎に予め指定されたＦＩＦＯを使用
するのでなく、全ての入力ポートが全てのフィフォ(FIF
O)を共有して使用することができるように運用される。
このようなバッファを共有するために、前記入力網１２
が前段階の動作で取出し及び加算機能を遂行することで
ある。ＡＴＭスイッチ網に入力されるセルは、前記入力
バッファ２０に貯蔵された後、セル周期毎に複製網３２
に伝達するために順次に読み出される。

【００６０】第５に、複製網３２の構成及び動作につい
て説明する。前記複製網３２は、セルの複製機能のため
に取出し及び加算機能及び複製機能を遂行する。一つの
セル周期で複製網３２が複製する最大のセル数は、複製
網３２の容量によって決定される。このとき、複製しな
ければならないセル数が複製網の容量を超過する場合、
超過された複製セルは次のセル周期に複製される。この
とき、複製が要求される数のセルの中で、一部のみ複製
されるスプリット(split) 現象が発生されることができ
るが、この場合にスプリットされた残りのセルは次のセ
ル周期に複製可能にする。前記複製網３２で取出し及び
加算機能は、入力網１２での取出し及び加算機能と同一
なハードウェアで構成され、セルの複製機能はバンヤン
網が使用される。このような機能を遂行する複製網３２
の詳細な機能の遂行を説明すれば、下記の通りである。

【００６１】まず、前記複製網３２の取出し及び加算機
能を説明する。前記複製網３２の各入力ポートに受信さ
れた全てのセルに対して、各自複製されなければならな
い数を提供するための機能は、複製網３２の取出し及び
加算機能を通じて遂行される。前記取出し及び加算機能
を遂行するのに必要なセルヘッダ部は、セルの複製数を
表示するビット及び複製のための情報を記録するビット
だけが必要である。前記取出し及び加算機能から得られ
た情報は、複製アルゴリズムを通じて実際に複製機能が
遂行され得るように調整されるが、この複製情報は各セ
ルの複製要求数と全体セルの複製要求数を利用して(min
imum, maximum)形態に構成される。

【００６２】図１１Ａ及び図１１Ｂは、複製網３２で取
出し及び加算過程を説明するための例である。８＊８逆
バンヤン網(8*8 Reverse Banyan Network)を示してい
る。前記図１１Ａ及び図１１Ｂの例は、複製インデック
スポインター(copy index pointer)値が０の場合はセル
が８個のポートに入力され、各ポートで要求するセルの
複製数をそれぞれ３、２、２、３、１、２、３、２個で
あると仮定した。ここで、セルの複製数は、自分（複製
ソースセル）を含む数である。前記複製インデックスポ
インターは、前段階のセル周期でフィードバックされる
セル数が表示され、フィードバック網５２でセル周期毎
に更新される。これは前段階のセル周期でフィードバッ
クされたセルが、今度の段階で優先的にルーティング網
６３ａ−６３ｄを通過することができるように予約され
た数であり、最大に複製することができるセル数は全体
のポート数から予約されたセル数を引いただけのセル数
となる。

【００６３】上記複製網３２で取出し及び加算機能の動
作過程を説明すれば、次のとおりである。図１１Ａは、
複製網３２の入力ポートから出力ポートへ進行し、複製
するセル数を合算する第１段階の取出し及び加算機能の
遂行過程を示している。前記複製するセル数を合算する
動作は、下記のように遂行される。

【００６４】複製網の第１段目の２＊２エリメントに上
位入力ポートに受信されたセルがある場合、必要なセル
の複製数を下位入力ポートへのセルの受信可否と関係な
くエリメントの内部レジストに記録する。

【００６５】第１段目のエリメントの上位及び下位入力
ポートに受信されたセルの複製数を合算して下位出力ポ
ートへ送る。この値は、第２段目に連結されたエリメン
トに入力される。第２段目でも、各エリメントに入力さ
れた値（この値はセル数を意味する）に対して第１段目
のような過程を遂行する。第３段目でも上記と同様な過
程を遂行する。 第６に、上記の過程を終えると、入力
された全てのセルが要求するセルの複製数が合算されて
最終に最後段の最下位ポートに出力される。この値は、
入力網１２とは異なって、複製網３２で次のセル周期で
の取出し及び加算機能のためのポインターとして用いら
れない。複製インデックスポインター値は、セル周期毎
にフィードバック網に受信した値に更新される。

【００６６】図１１Ｂは、複製網３２の出力ポートから
入力ポートに進行し、複製インデックスを伝達する第２
段階の取出し及び加算機能の遂行過程を示している。前
記複製インデックスを伝達する動作は、下記のように遂
行される。

【００６７】第３段目の最下位エリメントでは、複製イ
ンデックスポインターに貯蔵されている値（例では、
“０”）を、前記第１段階の取出し及び加算過程でエリ
メントレジスタに記録した値と合算して、下位入力ポー
トを通じて第２段目のエリメントへ送る。上位入力ポー
トを通じて、第２段目のエリメントにはポインター値
“０”がそのまま伝達される。

【００６８】第２段目のエリメントは、第３段目から受
信した値を上位入力ポートを通じて第１段目のエリメン
トにそのまま伝達し、下位入力ポートには前記第１段階
の取出し及び加算過程でエリメントレジスタに記録した
値と合算して、第１段目のエリメントへ送る。

【００６９】第１段目のエリメントでは、第２段目から
受信した値を上位入力ポートにそのまま伝達し、下位入
力ポートには第１段階でエリメントレジスタに記録した
値と合算して送る。

【００７０】上記の過程が完了すると、すべてのセルは
自分が要求したセルの複製数を基にして各セルの最後に
複製されたセルが出力される複製網の出力ポート番号を
受けるようになる。前記図１１Ｂの例では、最上位ポー
トのセルからそれぞれ０、３、５、７、１０、１１、１
３、１６を順次に受ける。

【００７１】一つのセル周期で最大のセル複製数は、複
製網のポート数と同一である。従って、前記図１１Ｂに
示す例では、最大に８個のみが複製可能である。従っ
て、第１、第２、第３ポートに入力されたセルに対して
は、全てが要求したほどのセルが複製されて伝達可能で
あるが、第４ポートに入力されたセルは自分だけが伝達
されることができ、残りは次のセル周期に複製されて伝
達される。このような場合を“スプリット(split) ”と
表現し、１つのセルから要求されたセルの複製が多数の
セル周期に分けられて遂行される。すなわち、図１１Ｂ
では、スプリットされたセルである。このスプリット
されるセルは、スプリットバッファに貯蔵された後、次
のセル周期で複製網３２の最上位ポートに入力される。
これは、前記のように、スプリットされたセルが連続し
てスプリットされる現象を防止するためである。また、
前記図１１Ｂで、複製番号に点線が表示されたセルは、
複製網３２の最大の複製数を超過するので、次のセル周
期に入力される。前段階のセル周期でフィードバックさ
れたセルがある最大のセル複製数からフィードバックさ
れたセル数を引いた値が、そのセル周期で実際に複製す
ることができる最大容量となる。

【００７２】上記のように前記図１１Ａ及び図１１Ｂ
は、８＊８の複製網３２を例として示す。複製網３２の
取出し及び加算機能は、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すよ
うに、まず入力ポートから出力方向に複製するセル数を
合算する第１段階、及び出力ポートから入力ポート方向
に合算されたセルの複製インデックスを伝達する第２段
階を遂行する。図１２は、１，０２４＊１，０２４規模
の複製網３２で、取出し及び加算機能の第１段階及び第
２段階を示している。前記図１２で、黒い実線方向は取
出し及び加算動作で複製するセル数を合算する過程(for
ward cycle in the fetch and add operation)を示し、
点線方向は取出し及び加算動作で複製インデックスを伝
達する過程(backward cycle in the fetch and add ope
ration) を示している。

【００７３】上記のように、複製網３２で取出し及び加
算機能を遂行した後にセルの複製動作を遂行する。図１
３Ａは８＊８規模の複製網３２で現在段階（ｎ）のセル
の複製動作を示しており、図１３Ｂは８＊８規模の複製
網３２で次の段階（ｎ＋１）のセルの複製動作を示して
いる。

【００７４】前記複製網３２でセルの複製機能を説明す
れば、前記セル複製機能は取出し及び加算機能を遂行し
た後、複製網３２で入力された各セルを複製する機能を
意味する。先ず、取出し及び加算機能を遂行して得た複
製インデックスから、実際に複製網３２でセルの複製機
能を遂行するための値を計算する。こうして計算された
値は、複製網３２に入力されるセル毎に、各セルに対し
て計算された値としてセルヘッダに記録され、セルの複
製アルゴリズムに用いられるセルの複製情報が、最小値
及び最大値に表示されてセルヘッダを通じて伝達され
る。このとき、前記取出し及び加算機能から得た複製イ
ンデックスが最小値となり、複製インデックスに複製数
を加算した値が最大値となる。前記複製情報値（最小
値、最大値）は、複製網３２の規模がＮ＊Ｎの場合、そ
れぞれｌｏｇ２Ｎビットで構成される。従って、前記複
製網３２の規模が１，０２４＊１，０２４の場合、前記
複製情報は１０ビットの大きさを必要とする。前記複製
情報値を通じて、８＊８規模のバンヤン網で遂行される
セルの複製過程を示している。前記図１３Ａはセルの複
製過程を、説明の便宜のために、セルの複製情報を[(mi
n.1, min.2, min.3)、(max.1, max.2, max.3)]の形態で
表現する。

【００７５】前記図１３Ａに示すように、複製網３２の
第１段目では、セルの複製情報(min.1, min.2, min.3)
、(max.1, max.2, max.3) の各第１ビットmin.1 及びm
ax.1を比較し、相互に異なるとセルを複製して両出力ポ
ートへ送る。出力されたセルは、第２段目でも同一な機
能を遂行するが、このとき、第２段目で用いられるセル
の複製情報は下記のとおり調整される。

【００７６】−上側リンクに出力されたセルに対するセ
ル複製情報：(min.2, min.3)、(1,1) −下側リンクに出力されたセルに対するセル複製情報：
(0,0) 、(max.2, max.3) そして、min.1 値とmax.1 値とが同一な場合に入力セル
は複製されず、その値が０であるか、１であるかによっ
て、下記のように２つに区分される。このとき、セルの
複製情報は両方共に、第１ビットを除外した複製情報(m
in.2, min.3)、(max.2, max.3)に調整される。

【００７７】−０の場合、セルは上側の出力リンクに伝
達される。 −１の場合、セルは下側の出力リンクに伝達される。 第２段目では、第１段目から入力されたセルに対して第
１段目と同一な機能を遂行し、第３段目で使用されるセ
ルの複製情報を下記のように調整する。

【００７８】−セルの複製が遂行された場合の上側リン
クに伝達されたセルのセル複製情報：(min.3,1) −セルの複製が遂行された場合の下側リンクに伝達され
たセルのセル複製情報：：(0, max.3) −セルの複製が遂行されない場合のセルの複製情報：(m
in.3, max.3) 最後段でも前段と同一な機能が遂行されて、最終の複製
網出力段では要求したセルの複製数だけのセルが上側リ
ンクから順に出力される。

【００７９】図１３Ｂは、前段階のセル周期でスプリッ
トされたセルの中で、残りのセルが次のセル周期に複製
網３２の最上位ポートに入力されて複製される過程を示
している。すなわち、現在のセル周期の間に発生するス
プリットセル及び複製数は、スプリットセルバッファに
貯蔵され、次のセル周期に複製網３２の最上位ポートに
入力されて複製される。

【００８０】前記図１３Ｂで、は前セル周期（ｎ）で
スプリットされたセルで、ｎ＋１周期で最上位ポートに
入力される。そして、のように、ｎ＋１番目のセル周
期でスプリットされるセルが更にスプリットセルバッフ
ァに貯蔵される。

【００８１】前記複製網３２のセル複製動作は、取出し
及び加算機能を遂行して得た複製インデックスからセル
の複製情報を求めた後、セルの複製情報から入力される
セルを複製する。図１４は、１，０２４＊１，０２４規
模の複製網３２を構成するとき、複製網３２でセルを複
製する動作を示している。

【００８２】フィードバック網５２は、入力網１２と同
一のハードウェアで構成される。図１５は、１，０２４
＊１，０２４規模の大きさを有するフィードバック網５
２を示す。前記フィードバック網５２は、前段に位置し
たポート当り一つのセルの大きさのフィードバックバッ
ファに一つのセル周期の間貯蔵し、前記フィードバック
網５２は入力されるセルを前記図１５のようにフィード
バック網５２の上位出力ポートから空間なしに連続的に
出力させる機能を遂行する。これは、前記フィードバッ
ク網５２を通過するセルが、次のセル周期にルーティン
グ網６３ａ−６３ｄへ入力されるとき、伝達の優先順位
を高くするためのものである。この過程は、入力網１２
で取出し及び加算機能及びセル転送機能と同一である。
ただ、前記フィードバック網５２では取出し及び加算機
能を遂行するとき、バッファポインター値は、セル周期
毎にいつも０から始まる。このとき、フィードバックさ
れるセルは、セル周期毎にルーティング及びフィードバ
ック制御部４１のフィードバック制御部によって選択さ
れるが、フィードバックに対する情報はフィードバック
制御機能によりセル周期毎に計算される。このように、
前記ルーティング及びフィードバック制御部４１でフィ
ードバック制御が遂行されると、出力ポートで衝突によ
る損失が発生しないセルのみがルーティング網６３ａ−
６３ｄに入力される。前記フィードバック網５２は、前
記複製網３２で取出し及び加算機能に用いられるポイン
ター値をセル周期毎に提供する機能も遂行する。

【００８３】ルーティング網(Routing network) ６３
は、出力ポートの衝突を防止するために、複数個で実現
される。本発明では、上記したように３２＊３２のＸ−
ｂａｒ網を２段で構成した１，０２４＊１，０２４網の
４個が並列に連結される４個のルーティング網６３ａ−
６３ｄからなると仮定する。前記ルーティング網６３
を、クロスバー(X-bar) 網に使用する場合、単位スイッ
チに所要されるハードウェア量は、バンヤン網を使用す
る場合より増加するが、スイッチの性能面でクロスバー
網を単位スイッチとして使用することがより効率的であ
る。従って、本発明のルーティング網６３はクロスバー
網を使用する。前記ルーティング網６３を構成する場
合、図１７Ａはルーティング網６３をバンヤン網で構成
した例を示し、図１７Ｂはルーティング網６３をクロス
バー網で構成した例を示す。そして、下記の表１は前記
ルーティング網をバンヤン網及びクロスバー網で構成す
るときの差異点を表示している。前記図１７Ａ及び図１
７Ｂのように、３２＊３２規模の単位スイッチを使用し
て１，０２４＊１，０２４網を構成した場合、前記単位
スイッチは、内部及び性能の以外には両方式共に概念的
に同一な構造を有する。

【００８４】

【表１】 本発明では、ＡＴＭスイッチ網の性能を向上させるため
に、図１６に示すように１，０２４＊１，０２４規模の
ルーティング網６３を構成し、また６３ａ−６３ｄに示
したように、４個のルーティング網を使用すると仮定し
ている。前記図１６に示したように、４個のルーティン
グ網６３ａ−６３ｄを使用してシミュレーションした結
果、前記ルーティング網６３の内部ブロッキング及び出
力ポートの衝突制御を入力バッファ２０及び図示してい
ない出力バッファの制御と共に遂行する場合、セル処理
率(throughput)が９５％程度で、１００％に接近するこ
とを確認した。

【００８５】前記ルーティング網６３が複数個並列に構
成される場合は、ルーティング機能だけでなく、セル分
散(cell splitting)機能及びセル併合(cell merging)機
能が共に遂行されなければならないし、このためセル分
散機６２及びセル併合機６４が共に使用される。前記セ
ル分散機６２は、複数のルーティング網６３ａ−６３ｄ
にセルを分散させるために使用され、前記セル併合機６
４は複数個のルーティング網６３ａ−６３ｄで分散され
て、各出力ポート毎に到着したセルを併合する機能を遂
行する。

【００８６】本発明で、ルーティング機能を遂行する過
程と関連した全体の構造を説明する。図１８は、ルーテ
ィング網６３ａ−６３ｄと共にセル分散機６２及びセル
併合機６４の構成を示す。前記ルーティング及びフィー
ドバック制御部４１で、ルーティング制御手段により内
部ブロッキング制御及び出力ポートの衝突制御を経たセ
ルは、セル分散機６２で分散されて複数のルーティング
網６３ａ−６３ｄに伝達される。このとき、前記セルの
分散方法は、ルーティング網６３ａ−６３ｄの内部ブロ
ッキング制御及び出力ポートの衝突制御の結果に従って
４個のルーティング網に順次に入力させる。前記分散さ
れて入力されたセルは、セルフルーティングして、各ル
ーティング網６３ａ−６３ｄの出力ポートに伝達され、
各ルーティング網６３ａ−６３ｄの同一の出力ポートに
伝達された複数のセルは、セル併合機６４内の出力バッ
ファに順次に貯蔵されておいてから出力される。

【００８７】セル分散機６２の構造及び機能を説明すれ
ば、セル分散機６２は各ポートに入力されるセルを内部
ブロッキング及び出力ポートの衝突なしに伝達されるよ
うに、図１８のような複数個のルーティング網６３ａ−
６３ｄに分散させる機能を遂行する。セル分散に関する
情報は、出力ポートの衝突防止機能及びルーティング網
の内部ブロッキングの防止機能から得る。

【００８８】また、セル併合機６４の構造及び機能を説
明すれば、前記セル併合機６４は図１８に示すように、
複数のルーティング網６３ａ−６３ｄの同一ポートに出
力される複数個のセルをセル併合機６４内の出力バッフ
ァに貯蔵し、順次に転送する機能を遂行する。すなわ
ち、前記各ルーティング網６３ａ−６３ｄから出力され
るセルは、一応直列／並列変換を経た後、有効セルを順
次に選択する選択機により出力バッファに貯蔵される。
ここで、有効セルとは実際に出力ポートに伝達されたセ
ルがある場合を意味する。上記のように直列／並列変換
を遂行する理由は、複数のルーティング網６３ａ−６３
ｄから出力されるセルが１６０Ｍｂ／ｓ級の直列データ
であるので、これらセルが同時に複数個出力されるとき
は、それほど速度を増加させなければならないが、現在
のハードウェーハでは、その実現に困るので、駆動速度
を緩めるためである。

【００８９】ルーティング及びフィードバック制御部４
１で、ルーティングテーブルを参照してルーティング制
御機能を遂行する過程について説明する。このルーティ
ング制御機能は、ルーティングタッグ(routing tag) の
付加機能及びセルヘッダの変換機能が含まれる。前記ル
ーティングタッグはセル複製過程を終了した後、全ての
セルを複数のルーティング網６３ａ−６３ｄを通じて、
各自の出力ポートに自分で伝達されるために用いられ
る。このとき、前記ルーティングタッグは入力セルのヘ
ッダに記録された仮想パス番号／仮想チャンネル番号(V
PI:Virtual PathIdentifier/VCI:Virtual Channel Iden
tifier)及び入力ポート番号(Input PortIdentifier) な
どのルーティング関連情報を利用してルーティングテー
ブル４２から得る。このルーティングテーブル４２に貯
蔵されたルーティングタッグ情報は、呼の要求が発生す
る度に図５の呼／連結制御プロセッサによって更新さ
れ、一つのセル周期内に最大に１，０２４／ｎ個のセル
を同時にルーティング制御可能でなければならない。

【００９０】前記セルヘッダの変換機能は、セルがルー
ティングされてＡＴＭスイッチ網を通じて他のノードへ
転送された後、そのセルが他のノードでのルーティング
に使用され得る情報に変換させる機能であって、このよ
うな情報はセルヘッダのＶＰＩ／ＶＣＩ、ＰＴＩ(Paylo
ad Type Identifier) 及びＣＬＰ(Cell Loss Priority)
が含まれる。

【００９１】前記ルーティングテーブル４２及びセルフ
ォーマットを説明する。前記ルーティングテーブル４２
はセルルーティング情報を貯蔵するために用いられ、呼
／連結を設定する度に図５の呼／連結制御プロセッサに
よってルーティングテーブル４２に貯蔵され、解除され
るまで保持される。前記ルーティングテーブル４２は、
図１９と同様な構造を有する。前記図１９に示すよう
に、ルーティングテーブル４２は各セル毎にルーティン
グタッグ及びセルヘッダ変換のための情報で構成され、
セルヘッダのユニキャスト識別番号(unicast connectio
n id:VPI/VCI) 、マルチキャストの識別番号(multicast
connection id) 及び複製の順序番号を参考として、各
セルのルーティングタッグを探す。前記ルーティングテ
ーブル４２の具体的な構造及び内容に対しては、ＡＴＭ
スイッチ網の内部で用いられるセルヘッダの構造、機
能、及び具体的なルーティング方式と共に継続的な研究
を必要とする。

【００９２】ＡＴＭスイッチ網を使用する交換システム
で使用されるセルヘッダの構造は、図２０Ａ及び図２０
Ｂに示すようなパターンを有する。ここで、前記図２０
Ａのパターンは、ＡＴＭ ＵＮＩ(ATM User-Network In
terface)でのセルヘッダの構造を示し、図２０Ｂの構造
は、ＡＴＭ ＮＮＩ(ATM Network Node Interface)での
セルヘッダ構造を示している。

【００９３】本発明は、ＡＴＭスイッチ網の内部で使用
されるセルヘッダの構造を図２１に示すような構造で使
用することを提案する。同図のような構成を有する内部
セルヘッダの構造で、Ａ(Active/inactive indication)
は有効有無を表示するビットを貯蔵する領域で、１ビッ
トで構成する。Ｓ／Ｍ／Ｂ(Singlecast/Multicast/Broa
dcast)はシングルキャスト、マルチキャスト、及びブロ
ードキャストサービスを表示するビットを貯蔵する領域
で、２ビットで構成される。Ｃｏｐｙ ｉｎｆｏは、セ
ルの複製に必要な最小値及び最大値を表示するセル複製
情報を貯蔵する領域で、２０ビットで構成される。ＭＣ
Ｎ(Multicast Copy Number) は複製するセル数を表示す
る情報を貯蔵する領域で、１０ビットで構成される。Ｉ
ＰＩ／ＳＲＴ(Input Port Id./Self Routing Tag) は、
セルが入力されたスイッチ網の入力ポート識別及びルー
ティング制御の後、ルーティングタッグを付与するため
の情報を貯蔵する領域で、１０ビットで構成される。Ｖ
ＰＩ(Virtual Path Identifier) は、仮想パス識別情報
を貯蔵する領域で、８ビットで構成される。ＶＣＩ(Vir
tual Channel Identifier)は仮想チャンネルの識別情報
を貯蔵する領域で、１６ビットで構成される。ＰＴＩ(P
ayload Type Identifier) はペイロード形態の識別情報
を貯蔵する領域で、３ビットで構成される。ＣＬＰ(Cel
l Loss Priority)は、セル損失の優先順位情報を貯蔵す
る領域で、１ビットで構成される。ＨＥＣ(Header Erro
r Control)はヘッダエラー制御情報を貯蔵する領域で、
８ビットで構成される。

【００９４】前記図２１を参照して、本発明により内部
スイッチ網で用いられるセルヘッダの構造で付加された
各情報及びこれら情報に対する機能を説明する。先ず、
ビットＡはセルが有効セルであるか否かを表示する(Act
ive/inactive indication)。Ｓ／Ｍ／Ｂは、セルがシン
グルキャスト、マルチキャスト、ブロードキャスト(Sin
glecast/Multicast/Broadcast)のうちいずれのサービス
に該当するかを表示する。複製情報(Copy info.)フィー
ルドは、セルの複製機能に必要な情報(min、 max addres
s)値を表示する。ＭＣＮ(Multicast Copy Number) は複
製された複数個のセルを区分するために用いられる。複
製されたセルを区分する理由は、各セルが相互に異なる
目的値に伝達されるので、各自のルーティング制御が遂
行可能にするためである。ＩＰＩ／ＳＲＴ(Input Port
Id./Self Routing Tag) は、セルが入力されたスイッチ
網の入力ポート識別及びルーティング制御後にルーティ
ングタッグを付与するためのフィールドである。スイッ
チの内部で用いられる図２０Ａ及び図２０Ｂのような構
造を有するセルヘッダと諸標準セルヘッダ変換機能は、
ＡＴＭ ＵＮＩ及びＡＴＭ ＮＮＩインタフェース部で
遂行される。

【００９５】ルーティング網６３の内部ブロッキング防
止機能及び出力ポートの衝突防止機能の遂行動作を説明
する。前記ルーティング網の内部ブロッキング防止機能
及び出力ポートの衝突防止機能はルーティング及びフィ
ードバック制御部４１によって遂行され、基本的には二
つの機能を共に遂行することが好ましいが、スイッチ網
の性能要求条件により二つの機能のうち必要な機能を選
択的に使用することもできる。すなわち、前記ルーティ
ング網６３の内部ブロッキング防止機能のみを選択する
ことも可能で、出力ポートの衝突防止機能のみを選択す
ることも可能で、またこれら機能を共に使用することも
できる。しかし、より高い性能を維持するためには、二
つの機能をすべて遂行することが当然なものである。二
つの機能の両方を使用する理由は、複数のルーティング
網を使用し、出力ポートの衝突防止のための制御をする
としても、ルーティング網６３の内部ブロッキングを防
止しなければスイッチの性能が減少し、その反対にルー
ティング網の内部ブロッキングを防止するとしても、出
力ポートの衝突現象が発生すると、また性能が劣るから
である。本発明では、前記二つの機能を共に遂行し、機
能の遂行手順はルーティング網６３の内部ブロッキング
の防止機能を先に遂行し、その結果を利用して出力ポー
トの衝突防止機能を遂行する。すなわち、出力ポートの
衝突防止機能を遂行することに先立って、予めルーティ
ング網の内部ブロッキングを除去する。

【００９６】この機能の遂行内容は、ルーティング及び
フィードバック制御部４１でフィードバック制御部がル
ーティング網の内部ブロッキング及び出力ポートの衝突
セル数を予め一つのセル周期前に計算し、その値が一つ
の周期内に網内部ブロッキングや出力ポートの衝突なし
に伝達され得るセル数を超過すると、超過分に該当する
セル数ほどはルーティング網６３に入力させず、フィー
ドバック網５２にフィードバックさせる。前記フィード
バック網５２に伝達されるセルは、フィードバック網５
２で一つのセル周期が遅延された後、次のセル周期にル
ーティング網６３に伝達されて入力されるセルと更に競
争するようになる。このとき、フィードバックされたセ
ルが優先的に伝達されるように制御されるが、これはＡ
ＴＭサービスのための仮想連結(virtual connection)内
でのセル転送手順を保存するためのものである。このよ
うな優先順位制御は、ルーティング網６３の上位ポート
に入力されるセルが、高い順位を有するように制御され
る。この機能からルーティング網６３に転送が許された
セルはセル分散機６２に伝達され、前記セル分散機６２
でセルを複数のルーティング網６３ａ−６３ｄに分散し
て入力させる。

【００９７】各機能の詳しい内容は次の通りである。ま
ず、ルーティング網６３の内部ブロッキング(Internal
blocking) 防止機能について説明する。１，０２４＊
１，０２４規模のルーティング網６３が、３２＊３２Ｘ
−ｂａｒ網を単位スイッチで２段から構成されたため、
全体ルーティング網６３の内部は内部ブロッキングを防
止することができる網(non-blocking network)でないの
で、前記ルーティング網６３の内部ブロッキングにより
スイッチの性能が劣る。従って、前記ルーティング網６
３の内部ブロッキングを防止するための機能が必要であ
る。

【００９８】図２２Ａ及び図２２Ｂは、ルーティング網
６３の内部ブロッキングを防止する機能を説明するため
の概念的な構造を示す。図２２Ａは、４＊４単位スイッ
チで構成された１６ｘ１６規模のルーティング網６３
で、前記ルーティング網６３が二つの並列で構成された
場合を例として示すものである。この図２２Ａで、第１
段目に位置したエリメントをＳＧ(Source Group)に、第
２段目に位置した目的地エリメントをＤＧ(Destination
Group) に区分した。

【００９９】前記内部ブロッキング防止機能を遂行する
場合、セルがどのような出力ポートを要求するかを貯蔵
するテーブルが各スイッチエリメントに必要で、このテ
ーブルは各目的地エリメントに該当する領域に区分され
ており、区分された各領域には更に出力ポート数に該当
する領域に区分される。図２２Ｂは、前記図２２Ａのよ
うにルーティング網６３を構成するとき、内部ブロッキ
ング防止機能が遂行される手続きを示している。

【０１００】前記図２２Ｂを参照して、内部ブロッキン
グを防止する機能の遂行手続きを説明する。第１段目の
スイッチエリメント(SG:Source Group) では、入力セル
が要求する出力ポートの位置を目的地エリメント(DG:De
stination Group)と出力ポート番号とに区分してテーブ
ルに記録する。

【０１０１】テーブルの各行に対して、同一のＤＧを要
求するセルが２つを超過する場合、各行の第１セルから
始めて、二つのみ入力許可(ack) を与え、残りは入力許
可を与えない。この機能が遂行された後、ルーティング
網６３は入力が許可された数ほどのセルが入力され、セ
ル分散機６２により複数個のルーティング網６３ａ−６
３ｄに分散されて出力される。

【０１０２】出力ポートの衝突(output port contentio
n)を防止する機能について説明する。同一のセル周期内
で、ルーティング網６３の同一の出力ポートを要望する
セルが複数個存在する場合、このセルは、出力ポートで
衝突されてセル損失が発生する。これを防止するために
は、セルがルーティング網６３に入力される前に出力ポ
ートの衝突防止機能が遂行されなければならない。本発
明のＡＴＭスイッチ網は４個のルーティング網６３ａ−
６３ｄを使用するので、前記ルーティング網６３ａ−６
３ｄで内部のブロッキングがない場合は、同時に同一の
出力ポートに４個のセルが到着するようになる。図２３
は、１，０２４＊１，０２４規模を有するルーティング
網６３で、出力ポートの衝突制御機能に対する概念を示
している。同図に示すように、出力ポートの衝突防止機
能もルーティング網６３の内部ブロッキング防止機能
と、同一の機能構造を有する。

【０１０３】図２４Ａ及び図２４Ｂは、出力ポートの衝
突セル数を計算して機能に対して４＊４単位スイッチを
利用した１６ｘ１６規模のルーティング網６３を例とし
て示す。従って、前記図２４Ａのようにルーティング網
６３を使用する場合、２個のセルが同時に同一の出力ポ
ートに転送されることができる。前記図２４Ａの例で
は、前記図２２Ａ及び図２２Ｂに示すように遂行して得
たルーティング網６３の内部ブロッキング防止機能の遂
行結果を、出力ポートの衝突セル数を計算するに使用し
なかった。

【０１０４】前記図２４Ａ及び図２４Ｂを参照して、出
力ポートの衝突セル数の計算過程を説明すると、下記の
ような第１段階−第３段階からなる。第１段階はエリメ
ントで遂行される。

【０１０５】第１の単位スイッチエリメントは、入力さ
れたセルが要求する出力ポートを目的地エリメントと出
力ポート番号で表示してテーブルに記録する。第１のエ
リメントで、テーブルに記録された出力ポートの目的地
を該当目的地エリメントへ送る。

【０１０６】第２段階は、ＤＧエリメントで遂行され
る。目的地エリメントでは、第１の各エリメントから受
信した４個の値を自分のテーブルに貯蔵する。同じポー
トへの出力を要求するセル数が、制限された数（図２４
Ａの例では最大に２個）を超過しないように、下記のよ
うに４段階に調整する。

【０１０７】テーブルの第１行でセル数を合算し、合算
した結果値が２個を超過しないことまでのみ入力許可を
表示する。そして、特定ポートへの出力要求が２個以上
で、そのうちの１つのみが出力可能な場合は、１に変更
して入力許可を表示する（１段階）。

【０１０８】第２行では、各出力ポートの領域（テーブ
ルの各カラム) 毎に、第１行で入力許可された数を合算
し、合算値が２を超過しないことまでのみ入力許可を表
示する（２段階）。

【０１０９】第３行では、第１行と第２行の全体に対し
て上記のような２段階機能を遂行する（３段階）。第４
行では、第１行と第２行及び第３行の全体に対して上記
のような２段階機能を遂行する。（４段階）このような
４段階の計算過程が終わると、その結果を該当ＳＧ（第
１段のエリメント）に伝達する。すなわち、計算結果の
第１行はＳＧ１に、第２行はＳＧ２、第３行はＳＧ３
に、第４行はＳＧ４にそれぞれ送る。

【０１１０】第３段階は、ＳＧエリメントで遂行する。
目的地エリメントから結果を受信したＳＧは、その結果
により同一の出力ポートを要求するセルの中で、入力許
可された数ほどのみルーティング網６３に入力されるよ
うにし、残りのセルはフィードバック網５２に入力させ
る機能を遂行する。

【０１１１】次に、セル分散機能について説明する。網
の内部ブロッキング及び出力ポートの衝突防止機能が遂
行されると、その結果を利用してルーティング網６３に
入力されるセルを制御し、その後、ルーティング網６３
に入力許可されたセルは、セル分散機６２により内部ブ
ロッキング及び出力ポートでの出力ポートの衝突が発生
しないように分散されてルーティング網６３に入力され
る。前記ルーティング網６３に入力されるセルを制御す
る方式は、ルーティング網６３の各ポートに入力された
セルに対して、網の内部ブロッキング及び出力ポートの
衝突が発生されるセルの中で、ルーティング網６３の並
列数ほどのみを入力許可し、入力許可された数に該当す
るセルに対してのみ複数個のルーティング網６３ａ−６
３ｄに順に分散させる方式である。

【０１１２】図２５は、ルーティング網６３から出力さ
れるセルが出力バッファに貯蔵される過程を示す。同図
を参照して、出力バッファの機能について説明する。前
記出力バッファは、複数個のルーティング網６３ａ−６
３ｄの同一ポートから同一のセル周期に同時に出力され
るセルを受信するために使用され、各出力ポート毎に専
用バッファが割当てられている。従って、全てのポート
により共有されて使用される入力バッファ２０よりは使
用効率が小さい。

【０１１３】単位スイッチの構造を説明すれば、次の通
りである。本発明のＡＴＭスイッチ網のように、空間分
割型スイッチ網の構造は、スイッチ網の規模が大きくな
るほどハードウェア量が急激に増加するようになるの
で、大容量のスイッチ網を実現するとき、小規模のハー
ドウェアで製作される単位スイッチに分類し、これらを
組み合わせて全体スイッチ網を構成する方法を考えなけ
ればならないし、経済性及びハードウェア実現の容易性
のために単位スイッチの種類を最少になるように設計し
なければならない。そのためには、前記単位スイッチが
モジュール性(modularity)を持たなければならない。そ
の理由は、単位スイッチがモジュール性を有しなけれ
ば、全体のスイッチ網を構成するときに規則的な配列が
可能なので、ハードウェアの製作が難しいからである。
しかし、前記単位スイッチがモジュール性がない場合
は、各単位スイッチ間の統一性がないので、相互に異な
る構造を有する複数の単位スイッチを使用しなければな
らないし、これにより全体スイッチ網の構成が複雑とな
る。すなわち、前記単位スイッチの構造がモジュール性
を有するかどうかによって製作すべき単位スイッチの種
類及びハードウェア実現の複雑度が変わる。全体のスイ
ッチ網を構成するとき、単位スイッチを規則的に配列可
能にするために、スイッチは段間連結（stage intercon
nection)の際にＡＴＭスイッチ網の入力ポートのシャフ
ル(shuffle) が必要である。

【０１１４】上記のような特性を有する単位スイッチ化
を実現する方案につき説明する。本発明によるＡＴＭス
イッチ網は、基本的に入力網１２、複製網３２、フィー
ドバック網５２、及びルーティング網６３で構成される
が、入力網１２及びフィードバック網５２は、バンヤン
網が使用され、複製網３２は逆バンヤン網が使用され、
ルーティング網６３はクロスバー網が使用される。ここ
で、前記逆バンヤン網はバンヤン網の入出力方向を変え
たものである。前記バンヤン網は、下記のような３つの
特性を有する。先ず、任意の入力ポートと出力ポートと
の間の唯一な経路のみが存在する。第２に、任意の入力
ポートですべての出力ポートへの経路が存在する。第３
に、任意の出力ポートで任意の入力ポートへの連結が存
在しない。

【０１１５】本発明のように、１，０２４＊１，０２４
規模のバンヤン網や１，０２４＊１，０２４規模の逆バ
ンヤン網を構成するとき、１，０２４＊１，０２４規模
の網が、その特性をそのまま保持可能にするためには、
単位スイッチの規模が３２＊３２で、２段構造を持たな
ければならない。このような１，０２４＊１，０２４規
模のＡＴＭスイッチ網を構成するとき、３２＊３２規模
の単位スイッチを使用しない場合（例：１６＊１６、６
４＊６４を使用してクロスバー網のような形態に拡張す
る場合）は、全体スイッチ網がバンヤン網や逆バンヤン
網の特性を有することができないので、ＡＴＭスイッチ
網の長所を活かすことができず、制御も複雑となる。

【０１１６】全体スイッチ網のハードウェア量は単位ス
イッチの規模によって決定されるが、本発明では現在の
半導体技術やＰＣＢでの信号処理速度、Ｉ／Ｏピン数を
考えて単位スイッチの規模を３２＊３２に決定した。図
２６は３２＊３２規模のバンヤン網の構成を示してい
る。前記３２＊３２規模のバンヤン網は３２個の入力ポ
ート及び出力ポートを有し、５個の段で構成され、各段
は１６個の２＊２エリメントで構成される。図２７は３
２＊３２規模の逆バンヤン網の構成を示している。前記
３２＊３２規模の逆バンヤン網は、前記図２６のような
３２＊３２規模のバンヤン網の入力ポートと出力ポート
とを、逆に使用する場合と同様である。

【０１１７】前記ルーティング網６３の単位スイッチと
して使用される、３２＊３２規模のクロスバー網は図２
８のような構造を有し、バンヤン網と逆バンヤン網とは
異なって、網の内部でのブロックが発生されないノンブ
ロッキング(non-blocking)スイッチである。

【０１１８】

【発明の効果】以上述べてきたように本発明によりＡＴ
Ｍスイッチ網を構成すると、下記のような効果がある。

【０１１９】まず、全ての入力ポートで入力バッファを
共有するので、入力バッファを効率的に使用することが
できる。第２に、効率的なバッファの運用で、バッファ
のオーバーフローを予防することにより、セル損失を防
止することができる。第３に、セルが特定バッファに偏
重されて貯蔵されないので、セルの転送遅延を最少化す
ることができる。第４に、高速のセル交換が可能なスイ
ッチ網で、優れた性能を有する。第５に、入力網、複製
網、フィードバック網とを、同一な構造で実現すること
ができる。第６に、スイッチ網の自体は、単一経路型や
複数個のスイッチ網を使用することにより、複数経路型
と同様な性能を有し、複数経路型スイッチ網が有する経
路制御の短所を減らすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】入力ポートにそれぞれ固定されて割当てられた
バッファを有する複数経路の空間分割型スイッチ網の構
造例を示す図。

【図２】入力ポートが共有するバッファを有する複数経
路の空間分割型スイッチ網の構造例を示す図。

【図３】単一経路を有するスイッチ網（例：８＊８バン
ヤン網）でセルの内部ブロッキングが発生する例を示す
図。

【図４】共通メモリ型スイッチ網の例を示す図。

【図５】非同期転送モードの交換システムの構造を示す
図。

【図６】図５で、本発明により実現される非同期転送モ
ードスイッチ網の構成を示す図。

【図７】Ａは、図６の入力網の構成例として、１，０２
４＊１，０２４規模の入力網を逆バンヤン網で構成した
例を示す図、Ｂは、図７Ａの単位スイッチの構成例とし
て、３２＊３２規模の単位スイッチを逆バンヤン網で構
成した例を示す図。

【図８】Ａは、入力網で入力されるセル数を合算する第
１段階の取出し及び加算機能の遂行過程で、８＊８規模
の入力網を例とする図、Ｂは、入力網で入力バッファの
住所を伝達する第２段階の取出し及び加算機能の遂行過
程で、８＊８規模の入力網を例とする図、Ｃは、入力網
で取出し及び加算機能を遂行した後セルを転送する過程
で、８＊８規模の入力網を例とする図。

【図９】Ａは、１，０２４＊１，０２４規模の入力網
で、取出し及び加算機能を遂行する過程を説明する図、
Ｂは、１，０２４＊１，０２４規模の入力網でセル転送
機能を遂行する過程を説明する図。

【図１０】Ａは、図６による入力バッファの構造を示す
図で、８＊８規模の入力網を例とする図。Ｂは、図１０
Ａのような入力バッファの概念的な構造を示す図。

【図１１】Ａは、複製網で、セル複製数を合算する第１
段階の取出し及び加算機能の遂行過程で、８＊８規模の
複製網を例とする図、Ｂは、複製網で、複製インデック
スを伝達する第２段階の取出し及び加算機能の遂行過程
で、８＊８規模の複製網を例とする図。

【図１２】複製網で、セル複製数の合算及び複製インデ
ックスを伝達する取出し及び加算機能の遂行過程で、
１，０２４＊１，０２４規模の複製網を例とする図。

【図１３】Ａは、複製網で、取出し及び加算機能を遂行
した後、セルを複製する機能を説明するための図で、８
＊８規模の複製網で現在入力されたセルを複製する過程
を示す図、Ｂは、複製網で、取出し及び加算機能を遂行
した後、セルを複製する機能を説明するための図で、８
＊８規模の複製網で図１３Ａのような複製過程を遂行し
た後、次の段階のセル複製過程を示す図。

【図１４】複製網で、取出し及び加算機能を遂行した
後、セルを複製する機能を説明するための図で、１，０
２４＊１，０２４規模の複製網で現在入力されたセルを
複製する過程を示す図。

【図１５】図６で、フィードバック網の構成を示す図
で、１，０２４＊１，０２４規模のフィードバック網を
例とする図。

【図１６】図６で、ルーティング網の構成を示す図で、
４個のルーティング網を並列に構成した例を示す図。

【図１７】Ａは、ルーティング網をバンヤン形で構成し
た例を示す図、Ｂは、本発明のように、ルーティング網
をクロスバー形で構成した例を示す図。

【図１８】本発明により、セル分散機、ルーティング
網、及びセル併合機の構造を示す図。

【図１９】図６のルーティングテーブルの構造及びセル
ヘッダーの変換を示す図。

【図２０】Ａは、ＡＴＭ ＵＮＩにおけるセルヘッダー
の構造を示す図、Ｂは、ＡＴＭＮＮＩにおけるセルヘッ
ダーの構造を示す図。

【図２１】本発明によりＡＴＭスイッチ網の内部で転送
される内部セルヘッダーの構造を示す図。

【図２２】Ａは、ルーティング網で内部ブロッキングを
防止する機能を示す図で、１６＊１６規模のルーティン
グ網を例とする図、Ｂは、図２２Ａで、内部ブロッキン
グを防止する機能の遂行手続きを説明する図。

【図２３】ルーティング網で、出力ポートの衝突を防止
する機能を示す図で、１，０２４＊１，０２４規模のル
ーティング網を例とする図。

【図２４】Ａは、ルーティング網で、出力ポートの衝突
を防止する機能を示す図で１６＊１６規模のルーティン
グ網を例とする図、Ｂは、図２４Ａで、出力ポートの衝
突を防止する機能の遂行手続きを説明する図。

【図２５】セルがルーティング網を通じて出力バッファ
に貯蔵される過程を示す図で、１，０２４＊１，０２４
規模のルーティング網を例とする図。

【図２６】本発明によるバンヤン形単位スイッチの構造
を示す図で、３２＊３２規模のバンヤン形スイッチの構
成を例とする図。

【図２７】本発明による逆バンヤン形単位スイッチの構
造を示す図で、３２＊３２規模の逆バンヤン形スイッチ
の構成を例とする図。

【図２８】本発明によるクロスバー形単位スイッチの構
造を示す図で、３２＊３２規模のクロスバー形スイッチ
の構成を例とする図。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非同期転送モードのスイッチ網を実現す
   る装置において、入力されるセルを貯蔵する入力バッフ
   ァと、 所定規模の逆バンヤン形単位スイッチで構成され、入力
   ポートと出力ポートとを備え、出力ポートが前記入力バ
   ッファの間に連結され、入力ポートから出力ポートの方
   向に進行して入力されるセル数を合算し、出力ポートか
   ら入力ポートの方向に進行しながら合算されるセル数に
   応じて前記入力バッファの住所を伝達する取出し及び加
   算機能を遂行し、前記取出し及び加算機能で計算された
   結果に前記入力されるセルを伝達して前記入力バッファ
   に貯蔵する入力スイッチ網と、 セルのルーティングのためのデータの翻訳及び置換のた
   めのデータを貯蔵するルーティングテーブルと、 前記入力バッファのセルを入力し、前記ルーティングテ
   ーブルを参照して前記セルの出力をルーティング制御す
   るルーティング制御部と、 所定規模のクロスバー形単位スイッチで構成されるスイ
   ッチ網が、多数個で並列接続され、入力されるセルをス
   イッチング出力するルーティングスイッチ網と、 前記ルーティングスイッチ網の入力ポートと連結され、
   前記ルーティング出力されるセルを前記ルーティング網
   の数で分散して、前記ルーティングスイッチ網に伝達す
   るセル分散機と、 前記ルーティングスイッチ網の出力ポートに連結され、
   前記ルーティングスイッチ網の出力ポートから分散出力
   されるセルを併合して出力するセル併合機と、から構成
   されることを特徴とする非同期転送モードのスイッチ網
   を実現する装置。
2. 【請求項２】 非同期転送モードのスイッチ網を実現す
   る装置において、 入力されるセルを貯蔵する入力バッファと、 所定規模の逆バンヤン形単位スイッチで構成され、入力
   ポートと出力ポートとを備え、出力ポートが前記入力バ
   ッファの間に連結され、入力ポートから出力ポートの方
   向に進行しながら入力されるセル数を合算し、出力ポー
   トから入力ポートの方向に進行し合算されるセル数によ
   り前記入力バッファの住所を伝達する取出し及び加算機
   能を遂行し、前記取出し及び加算機能で計算された結果
   に前記入力されるセルを伝達して前記入力バッファに貯
   蔵する入力スイッチ網と、 所定規模のバンヤン形単位スイッチでら構成され、入力
   ポートが前記入力バッファに連結され、前記入力ポート
   から出力ポートの方向に進行しながら複製するセル数を
   合算し、出力ポートから入力ポートの方向に進行しなが
   ら複製するセル数に対応する複製インデックスを伝達す
   る取出し及び加算機能を遂行し、前記取出し及び加算機
   能で計算された結果により前記入力バッファから出力さ
   れるセルを複製して伝達する複製スイッチ網と、 セルのルーティングのためのデータの翻訳及び置換のた
   めのデータを貯蔵するルーティングテーブルと、 前記複製スイッチ網から出力されるセルを入力し、前記
   ルーティングテーブルを参照して前記セルの出力をルー
   ティング制御するルーティング制御部と、 所定規模のクロスバー形単位スイッチで構成されるスイ
   ッチ網が、多数個で並列接続され、入力されるセルをス
   イッチング出力するルーティングスイッチ網と、 前記ルーティングスイッチ網の入力ポートと連結され、
   前記ルーティング出力されるセルを前記ルーティング網
   の数で分散して前記ルーティングスイッチ網に伝達する
   セル分散機と、 前記ルーティングスイッチ網の出力ポートに連結され、
   前記ルーティングスイッチ網の出力ポートから分散出力
   されるセルを併合して出力するセル併合機と、から構成
   されることを特徴とする非同期転送モードのスイッチ網
   を実現する装置。
3. 【請求項３】 非同期転送モードのスイッチ網を実現す
   る装置において、 入力されるセルを貯蔵する入力バッファと、 所定規模の逆バンヤン形単位スイッチで構成され、入力
   ポートと出力ポートとを備え、出力ポートが前記入力バ
   ッファの間に連結され、入力ポートから出力ポートの方
   向に進行しながら入力されるセル数を合算し、出力ポー
   トから入力ポートの方向に進行しながら合算されるセル
   数により前記入力バッファの住所を伝達する取出し及び
   加算機能を遂行し、前記取出し及び加算機能で計算され
   た結果に、前記入力されるセルを伝達して前記入力バッ
   ファに貯蔵する入力スイッチ網と、 所定規模のバンヤン形単位スイッチで構成され、入力ポ
   ートが前記入力バッファに連結され、前記入力ポートか
   ら出力ポートの方向に進行しながら複製するセル数を合
   算し、出力ポートから入力ポートの方向に進行しながら
   複製するセル数に対応する複製インデックスを伝達する
   取出し及び加算機能を遂行し、前記取出し及び加算機能
   で計算された結果により前記入力バッファから出力され
   るセルを複製して伝達する複製スイッチ網と、 所定規模の逆バンヤン形単位スイッチで構成され、前記
   複製スイッチ網に入力ポートが連結され、フィードバッ
   ク制御されるセルを入力して次のセル周期まで保持する
   フィードバックスイッチ網と、 セルのルーティングのためのデータの翻訳及び置換のた
   めのデータを貯蔵するルーティングテーブルと、 前記複製スイッチ網から出力されるセル及び前記フィー
   ドバックスイッチ網でフィードバックされるセルを入力
   し、前記ルーティングテーブルを参照して前記入力セル
   及びフィードバックセルのルーティングを制御し、出力
   ポートでの衝突の発生時に衝突されるセルをフィードバ
   ックさせるルーティング及びフィードバック制御部と、
   所定規模のクロスバー形単位スイッチで構成されるス
   イッチ網が多数個で並列接続され、入力されるセルをス
   イッチング出力するルーティングスイッチ網と、 前記ルーティングスイッチ網の入力ポートと連結され、
   前記ルーティング出力されるセルを前記ルーティング網
   の数で分散して前記ルーティングスイッチ網に伝達する
   セル分散機と、 前記ルーティングスイッチ網の出力ポートに連結され、
   前記ルーティングスイッチ網の出力ポートから分散出力
   されるセルを併合して出力するセル併合機と、から構成
   されることを特徴とする非同期転送モードのスイッチ網
   を実現する装置。
4. 【請求項４】 非同期転送モードのスイッチ装置のセル
   スイッチング方法において、 全ての入力ポートが入力バッファを共有することができ
   るように入力されるセルを入力に従って順次にスイッチ
   ングして貯蔵する過程と、 前記入力バッファに貯蔵されたセルのセルヘッダーを分
   析して複製有無を分析し、複製するセルをスイッチング
   して設定数の同一セルに複製する過程と、 ルーティングテーブルを参照してフィードバックされる
   セル及び入力セルのルーティングを決定し、出力ポート
   で衝突されるセルの発生時に衝突セルをフィードバック
   制御する過程と、 前記フィードバック制御されるセルを次のセル周期の間
   スイッチングして貯蔵する過程と、 前記ルーティング制御されたセルをスイッチングして内
   部ブロッキング及び出力ポートの衝突を防止するように
   スイッチングして出力する過程とからなることを特徴と
   する非同期転送モードスイッチ装置のセルスイッチング
   方法。
5. 【請求項５】 非同期転送モードスイッチ装置の内部セ
   ルヘッダーの構造において、 有効有無を表示するビットを貯蔵する領域と、 シングルキャスト、マルチキャスト、及びブロードキャ
   ストのサービスを表示するビットを貯蔵する領域と、 セルの複製に必要な最小値及び最大値を表示するセルの
   複製情報を貯蔵する領域と、 複製するセルの数を表示する情報を貯蔵する領域と、 セルが入力されたスイッチ網の入力ポートの識別及びル
   ーティング制御後、ルーティングタッグを付与するため
   の情報を貯蔵する領域と、 仮想パス識別情報を貯蔵する領域と、 仮想チャンネル識別情報を貯蔵する領域と、 ペイロード形態の識別情報を貯蔵する領域と、 セル損失の優先順位情報を貯蔵する領域と、 ヘッダーエラーの制御情報を貯蔵する領域とから構成さ
   れることを特徴とする非同期転送モードスイッチ装置の
   内部セルヘッダーの構造。