JPS62502229A - パケット・スイッチング・多重キュ−ｎ×ｍスイッチ・ノ−ド及び処理方法 - 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】 パケット・スイッチング・多重キュー Ｎ×Ｍスイッチ・ノード及び処理方法 発明の背景 この発明は、一般にマルチ・プロセッサ及びパラレル・コンピュータ・システム 、デジタル通信装置またはその他同種のものに於いて使用されるパケット・スイ ッチング・デバイスに関し、より詳細には、同一人力ボートに遅するデータパケ ット間での出力ボート争奪を縮小するために、分類及びストアするデータパケッ トである入力ボートに個々に結合された複数力キュー・セットを利用するパケッ ト・スイッチング・デバイスに関する。

コンピュータ技術に於いては、分類されるマルチ・プロセッサ・ベース及びパラ レル・コンピュータ・システムの設計及び大スケールの領域が開発されている。

これらの典型的なコンピュータ・システムの種類及び構造上の手掛りは、単一命 令列、複数データ列（ＳＩＭＤ）コンピュータ構成及び複数命令列、複数データ 列（ＭＩＭＤ）コンピュータ構成がある。

ＳＩＭＤコンピコンピュータＪ！を的に、制御ユニット、Ｎ個の処理装置、Ｎ個 のメモリ・モジュール及び相互接続ネットワークから成る。前記１ｌＩＩＩｔＩ ！ｌユニツトは全ての処理装置に命令を出し、能動処理装置が同時に同じ命令を 実行する。各能動処理装置は、自身に関するメモリ・モジュール内のデータによ って命令を実行する。前記相互接続ネットワークは、前記処理装置及びメモリ・ モジュールの通信機能を提供する。

ＭＩＭＤコンピュータは典型的に、Ｎ個の処理装７及びＮ個のメモリから成り、 各処理装置は独立の命令列が実行できる。前記それぞれの！ｉｌｌ理装Ｖは、他 の５１！１理装置に対しても通信可能である。同様の相互接続ネットワークは、 該Ｍ［Ｍ［）コンピュータに於いて使用されることができる。

種々の相互接続ネットワークは、どちらかの型のコンピュータ・システムに使用 された処理装置及びメモリとを相互接続するために使用されることができる。こ れらの相互接続ネットワークは、例えばデルタ・ネットワーク、オメガ・ネット ワーク、間接２進ｎ−キューブ・ネットワーク、フリップ・ネットワーク、キュ ーブ・ネットワーク及びバニャン・ネットワークを含んでいる。

上述したネットワークは、以下の刊行物で詳述されている。

すなわち、刊行物とはＬＳＩ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａＮｏｎ　ｏｒ　ｍｏｄｕｌ ａｒｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ　ｆｏｒ　ＭＩＮＤ　 ｍａｃｈｉｎｅｓ、”１９８０　１ｎｔ’ｌ　、Ｃｏｎｆ、　Ｐａｒａｌｌｅｌ 　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　。

１９８０年８月、１６１−１６２頁：“Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄｓｉｍｕｌａ ｔｉｏｎ　ｏｆ　ｂｕＨｅｒｅｄ　ｄｅｌｔａ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ　、ＩＥＥＥ 　Ｔｒａｎｓ。

Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ　、Ｖｏｌ、　Ｃ−３０，１９８１年４月、２７３−２８２ 頁；ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ−ｍｅｍｏｒｙ　１ｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ　 ｆｏｒ　ｍｕｌｔｉ−ｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ、　”　６ｔｈ　Ａｎｎｕａｌ　Ｉ ｎじ１．ｓｙｍｐ、ｃｏＩｌ＋ＤｕｔｅｒＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ、１９７９ 年４月、１６８−１７７頁：“Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｉａ＋ｐｌｅｍｅｎｔａ ｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂａｎｙａｎ　１０ｔｅｒ−ｃｏｎｎｅｃｔｔｏｎ　 ｎｅｔｗｏｒｋ　ｔｎ　ＴＲＡＣ、”　ＡＦＩＰ３　１９８０Ｎａｔ’１　、Ｃ ｏｍｐｕｔｅｒ　Ｃｏｒ＋４．、１９８０年６月、６４３−６５３頁：“Ｔｈｅ 　ｍｕｌｔｉｓｔａｇｅ　ｃｕｂｅ：　ａ　ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　１ｎｔｅｒ− ｃｏｎｎｅｎｃｔｉｏｎ　ｎｅｔｗｏｒｋ、”　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　、Ｖｏｌ、 １４　、　１９８１年１２月、６５−７６頁：Ｔｈｅ　ｈｙｂｒｉｄ　ｃｕｂｅ 　ｎｅｔ−ｗｏｒｋ、”Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｄａｔａ　Ａｃｑｕｉｓｉ口 ｏｎ、Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ　ａｎｄｃｏｎｔｒｏｌＳｙｍｐ、　、　１９８０年 １２月、１１−２２頁、及び°’　Ｐｅｒ−ｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｎｄ　ｉｍｐ ｌｅ−ＩＩｌｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　４　ｘ　４　５ｗ１ｔｃｈｔｎａｎｏｄ ｅｓ　ｉｎ　ａｎ　１ｎｔｅｒｃｏｒｒｎｅｃＮｏｎ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｆｏｒ 　ＰＡＳＨ，”１９８１　１ｎｔ’Ｉ　Ｃｏｎ４．　ｏｎ　Ｐａｒａｌｌｅｌ　 ｐｒｏｃｅｓｓ＋ｎｇ、１９８１年８月、２２９−２３３頁である。

データ・スイッチング技術の多くのタイプは、パケット・スイッチング、メツセ ージ・スイッチング、詩分割回路スイッチングまたは空間分割回路スイッチング を含むＳ　ＩＭＤ及びＭ　Ｉ　Ｍ　Ｄコンピュータ、または同種の他のものに於 いてデータを転送するために使用されることができる。パケット・スイッチング はシステムの通過時に、１語以上のデータを送ることを伴う。

在来のパケット・スイッチング相互接続は、該ネットワークを通過する情報転送 速度を伴う周知の問題を有している。

在来の設計では、全ての出力ポートにデータ・パケットをストア及び転送するた めに、上記ネットワークのそれぞれの入力ボートに結合された単一キューを典型 的に使用している。

前記単一キュー・システムに於いて、例えば出力ポート２のために指定されたデ ータ・パケットが前記事実に対して争奪問題を引起こすものであり、このことは 、前記キューの中及びボート１を通過してまだ出ていないデータ・パケットより 物理的に進んでいる出力ポートのために指定されたデータパケットであるから、 ボートが通過する出口から妨げられたものである。この問題の原因は、システム ・スループットに於ける不必要な遅滞である。

この問題を軽減するように試みた設計の一つであるパケット・スイッチング・ノ ードは、上述した“’Ｔｈｅ　ｈｙｂｒｉｄ　ｃｕｂｅ口ｅｔｗｏｒｋ、”の記 事の中で表されている。前記ネットワークの関心は、１２頁のＦｉｇｕｒｅ　■ 、　２に示されている。この図に示されるスイッチング・ノードは、直接及び交 換と８１認された２つのキューにスルー・セパレート・キュー選択ロジックが結 合されたそれぞれの２つの入力ボートを含んでいる。一対のキューそれぞれの前 記出力の２つのキューは、スルー・キュー選択及びスイッチ・ロジックが２つの 出力ポートに結合されたものである。

直接／交換信号は、前記転送サイクル間で適当なキューに直接ゲートされるべき の前記パケットを見越した前記回路によって処理された前記データパケットに含 まれたものである。

前記データ・パケットは、前記制御分類の制御ロジックによって、前記適当な出 力ポート（前記第２のキュー・セレクタ及びスイッチを通ってゲートされる。そ 机は、前記適当な出力ポートにデータ・パケットをゲートするために前記第２の キュー・セレクタ及びスイッチの場所で使用することができるマルチプレクサを 示している。

このスイッチ・ノードの動作は、この発明の動作とやや同じものである。しかし ながら、以下に述べられるように、この発明の構造と操作は、このスイッチ・ノ ードとは異なるものである。前記直接／交換スイッチ・ノードとこの発明との主 な相違点は、以下に述べるように、前者はどのキュー出力からどの出力ポートに 対しても接続しており、後者は各キュー出力が正確に一つの出力に対して接続し ているものである。

先の技術のスイッチング・ノードの欠点を克服する目的で、この発明は、転送先 が異なった出力ポートである前記ノードの入力ボートに到達するデータ・パケッ ト間で、前記争奪問題を除去するパケット・スイッチング・ノードを提供してい る。この発明はまた、争奪を軽減するため、及びシステムの実行及びスルーブツ トを改善する出力ボート転送先に従って供給されるデータパケットを分類するパ ケット・スイッチング・ノードをも提供している。

上述した特徴及び利益を達成するために、この発明は、供給される前記出力ボー ト転送先を指示する経路指定タグ信号を含んで供給されるデータ・パケットを処 理するパケット・スイッチング・ノードを提供する。前記パケット・スイッチン グ・ノードは、複数の入力ボート及び複数の出力ポートから成る。複数のキュー ・セレクタは、前記複数の入力ボートの対応する一つに個々に結合されたもので ある。それぞれの前記複数のキュー・セレクタは、前記データ・パケットの前記 出力ボート転送先に従って、それぞれの前記入力ボートに供給された経路指定デ ータ・パケットに適合されている。

複数のキュー・セットは、前記？！２数のキュー・セレクタが対応する一つに個 々に結合されている。各々の前記キュー・セットは、出力ボート転送先の機能の ように供給されたデータ・パケットのストア及び促進のための複数のキューから 成る。複数の出力裁定は転送先が前記対応する出力ボートであるデータ・パケッ トをストアし、及び促進する前記複数の出力ボートの対応する一つと、及びそれ ぞれの前記キュー・セットの前記それぞれのキューとの間に個々に結合されたも のである。前記出力裁定は、所定の優先順位裁定方式に従って出カポ−１−に対 応す゛るための、前記キューにストアされた前記データ・パケットを転送するた め、適合されたものである。

前記キュー・セレクタは、各入力ボート及び前記対応する複数のキュー・セット の間に結合したキュー選択ロジックから成っている。前記キュー選択ロジックは 、前記経路指定タグ信号に従って、前記キューが対応する一つに入力ボートに到 達する供給されるデータ・パケットの経路に結合されたものである。前記出力裁 定ロジックは、所定の優先順位裁定方式に従って、出力ボートに対して前記各々 のキューそれぞれに、ストアされた出力ボートに関連した前記データ・パケット に、前記出力ボートが結合された及び供給されたものでデ−タ・パケット転送先 を処理するために適合されたものである。

動作に於いて、この発明のパケット・スイッチング・ノードは、指令フロー・コ ンピュータ、またはその種の伯のもののようなマルチ・プロセッサ・コンピュー タ・システムで使用されることができる。このようなコンピュータ・システムは 、複数の処理装置とどの処理装置によってもアクセスされることのできる複数の メモリから成る。この発明の前記パケット・スイッチング・ノードは、前記処理 装置とメモリとの間の通信リンクの一部が使用できるようになっている。

例によれば、前記システムは２つの処理装置と２つのメモッチが、前記システム を通って転送信号に使用されるようになっている。各プロセッサ及び各メモリは 、前記スイッチ・ノードの入力ボートと出力ボートに接続されている。例えば、 一つの処理サイクルの間で、プロセッサ１がメモリ１にデータをストアするよう にする。プロセッサ１は、入力及び出力ボート０に接続され、メモリ１は入力及 び出力ボートＯに接続されている。プロセッサ１は前記データ・パケットの一部 である転送先（出力ボート２）を指示している経路指定タグ信号を発生する。前 記データ・パケットは、入力ボートＯで前記パケット・スイッチング・ノードに 入っている。前記キュー・セレクタは、出力ボート２に結合した前記出力裁定に データ・パケットを、ストア及び促進する結合したキュー・セットに於ける前記 キューに対し、前記経路指定タグ信号を読出し、データ・パケットが通過する。

このデータ・パケットは、そのとき前記優先順位裁定方式及びＥｋ終到達メモリ １に基づいた出力ボート２に、前記出ノｊ裁定が通って通過したものである。

争奪を除去するこの発明がどのように、よりたやすく理解されるかは、ストアさ れたデータ・パケットを有するそれぞれのキュー・セットに於ける最大のキュー 及び多くの処理サイクルが引起こしたものとする。それは入力ボートＯに接続さ れた前記キュー・セレクタによって読出される経路指定タグ信号を発生する。前 記データ・パケットは、出力ボート２の前記出力裁定にデータ・パケットの経路 指定する前記適当なキューにストアされるものである。

いま、プロセッサ１が出力ボート３に接続されているメモリ２に、データをスｌ −アするようにしたものとする。前記適当な経路指定タグ信号が発生され、前記 データ・パケットが入力ボート１に入る。このデータ・パケットは、出力ボート ３に関連したキュー内に置かれたとき、物理的に遅れていない上述のデータ・パ ケットの転送先は、出力ボート３である。

このような第２のデータ・パケットは、前記第１のデータ・パケットによって経 路を指定されたところからメモリ２への妨げとはならないものである。

一般に、各々の前記キュー・セレクタ経路指定データ・パケットは、これらに接 続された前記キュー・セットに於ける異なった出力ボートを、異なったキューに 指定しておく。これは、この処理段階でのパケット間の争奪を軽減する。出力裁 定である現存する吃−の争奪は、２！１理すべき前記全ての入力ボートから、そ れらに経路指定した前記データ・パケットで決定しなければならない。これは、 前記優先順位裁定方式を満たすことによって達成されるものである。

この発明はＮ　ｌ！）けるＭのスイッチ・ノードから成る。この発明の前記パケ ット・スイッチング・ノードの設計は、それぞれ人力／出力ボートが対になった キューを使用しているもので、それはＭＸＮのキューの総計の結果による。この 型のキュー装置の一つの有利な点は、これらの転送先に従って分類した入りデー タ・パケットを見越しており、パケットの中の争奪を軽減し、動作を改善する。

前記パケット・スイッチング・ノードは、薄く刻んだ様式のビットに於いて満た されることのできるフレキシブル・ビルディング・ブロックである。故に、ネッ トワークは大きな位相の変化で任愚の大きざ及び通路６を有して構成することが できる。この発明は、相互接続するレジスタに対する単一コンピュータに、一つ のモジュールから適当な配列を使用するため、及び多数のモジュールに対する他 の基礎が大スケール・パラレル処理システムのためのネットワークを形成する。

この発明は、どのような高速要求の応用、デジタル、パケット・スイッチド通信 に於いても使用されることができる。

この発明は、供給される出力ボート転送先を指示する経路指定タグ信号を含んで 供給されるデータ・パケットの処理方法をも企図している。前記方法は、前記適 当な出力ボートにそれらの経路指定のため、前記データ・パケットを処理する。

前記方法は、その中に含まれている前記経路指定タグ信号に従って、前記データ ・パケットを分類するステップから成る。

第２ステツプは、前記経路指定タグ信号に従って、それぞれの出力ボートのそれ ぞれ一つに連合された所定のキューに於ける前記データ・パケットのストアを含 んでいる。次のステップは、前記同一出力ポートに争奪する前記キューにストア されたデータ・パケット中での裁定、または選択することがら成る。最終ステッ プは、前記経路指定タグ信号で確認された出力ポートに、前記選択されたデータ ・パケットが加えられるか、または経路指定することを含んでいる。

たとえこの発明がコンピュータ・システム及び構造を使用することに関して討論 されているとしても、それはこの出願に限るものでは無い。この発明は、前記通 信分野を含んでいる出願に於いて、使用してもよいものである。特に、相互接続 ネットワークを使用しているこの発明は、データ・パケットを経由したデータ及 び音声情報共に伝える電話システムに接続することができる。

図面の簡単な説明 この発明の種々の目的及び特徴は、添付図面を参照して以下に詳述した内容に関 して、よりたやすく理解することができるもので、その中で参照番号は構成成分 を示している。

第１図はこの発明の原ｎｌＪにしたがったパケット・スイッチング・ノードの総 括した実施例を示した区、第２図は第１図の前記パケット・スイッチング・ノー ドの完成による４つの入ノ［ｔ、４つの出力端を示した図、第３ａ図及、び第３ ｂ図は第２図の前記パケット・スイッチング・ノードの詳細な回銘図、 第４図は第３図の前記パケット・スイッチング・ノードに使用されるクロック発 生器の設計を示した図、第５ａ図及び第５ｂ図は第３図の前記パケット・スイッ チング・ノードに使用されるキュー・セレクタ・ロジックの設計を示した図、 第６ａ図及び第６ｂ図は第３図の前記パケット・スイッチング・ノードに使用さ れるキューの設計を示した図、第７ａ図及び第７ｂ図は第３図の前記パケット・ スイッチ第８ａ図及び第８ｂ図は第３図の前記パケット・スイッチング・ノード に使用される出力裁定データ・ロジックの設計を示した図、 第９図は第６図の前記キューに使用されたモジュロ３カウンタの詳細な論理回路 図、 第１０図は第６図の前記キューに使用されたモジュロ４アツプ／ダウンの詳細な 論理回路図、 第１１図は第６図の前記キューの読出し及び書込みのデコーダ・ロジックを満た すための２対３のデマルチプレクサの詳細な論理回路図、 第１２図は第７図に示す前記出力裁定も制御ロジックに使用された前記優先順位 カウンタに使用されたモジュロ４アツプ・カウンタの詳細な論理回路図、 第１３図及び第１４図は第３図の前記パケット・スイッチング・ノードのＭ間開 である。

好ましい実施例の説明 第１図を参照すると、これらはこの発明の原則に従ってパケット・スイッチング ・ノード２０の総括した実施例を示している。前記パケット・スイッチング・ノ ード２０は、複数のキュー・セレクタ２２の入力端に個々に結合された複数の入 力ボート２１から成る。各々の前記キュー・セレクタ２２は、キュー・セット２ ３に対応する分離するキューに個々に結合された複数の出力端を有している。複 数の出力ポート２５は、複数の出力裁定２４に個々に結合されたものである。各 々の出力裁定２４は、各々のキュー・セット２３に含まれた所定のキューの出力 端に結合された複数の入力端を有している。

前記パケット・スイッチング・ノード２０は、データ語及び経路指定されるべき である前記データ・パケットに出力ポート転送先を指示する経路指定タグ信号を 含んで供給されるデータ・パケットを処理するために適合されたものである。各 々のキュー・セレクタ２２は、前記経路指定タグ信号に従ってこれらに結合した 前記キュー・セットに於ける前記キューに対応する一つに、前記入力ボートに到 達する供給データ・パケットの経路を指定するため、設計されたものである。各 々のキュー・セレクタ２２は、前記各出力ボート２５に対応する複数の出力端を 有している。これらの各出力端は、キュー・セット２３に開運した一つのキュー に個々に結合されている。故に、それぞれのキュー−セットは、入力端に於いて 到達するデータ・パケットを処理するために適合されたもので、どのような出力 ポート２５も指定しておく。

各々の出力裁定２４は、各入力ボート２１に対応する複数の入力端を有している 。複数出力裁定の各入力端は、転送先が結合された前記複数の出力裁定２４に前 記出力ポート２５であるデータ・パケットを処理するそれぞれの各前記キュー・ セット２３の一つのキューの前記出力端に個々に結合したものである。

故に、全ての入力ボート２１は、全ての出力ポート２５に結合されている。各々 の出力裁定２４は、それに結合された前記出力ポート２５から通過されるべきで ある前記データ・パケットの選択をするために前記複数の入力ボート全てから到 達するデータ・パケットを処理する出力裁定ロジックから成る。この選択処理は 、前記出力裁定ロジックによって満たされた所定の優先順位裁定方式により、な し遂げられるものである。

特に、前記第１のキュー・セレクタ２２ａは、第１のキュー・セット２３ａのそ れぞれのキューに結合した複数の出力端を有している。前記第１のキュー・セッ ト２３ａの前記キューのそれぞれの出力端は、各々の前記出力裁定２３のそれぞ れの入力端に対して１対１の形式で結合されている。このように、前記第１のキ ューは、前記第１の出力裁定２４ａに、前記第２のキューは前記第２の出力裁定 ２４ｂに、等々、結合されている。同様に、第２のキュー・セット２３ｂは、前 記第２のキュー・セレクタ２２ｂに結合しており、各々の前記出力裁定２４の異 なった入力端に、このキューが接続している。全てのキュ式は、前記パケット・ スイッチング・ノード２ｏに於いて使用されたものである。

第１図に示すように、前記パケット・スイッチング・ノード２０は、任意数の入 力端及び出力ボート２１．２５がら成る。Ｎ個の入力ボート２１及びＭ個の出力 ボート２５で指示できることによる前記発明の概略を第１図に示す。４つの入力 ボートと４つの出力ボートを結合させるこのノードの特定の実施例は、第２区に 関して以下に述べられている。

動作に於いて、例によれば、この発明の前！己パケット・スイッチング・ノード は、マルチ・プロセッサ・コンピュータ・システム、指示フロー・コンピュータ 、またはその種の他のものに使用されることができる。このようなコンピュータ ・システムは、どのような処理装置によってもアクセスされることができる複数 の処理装置と複数のメモリから成っている。前記パケット・スイッチング・ノー ド２０は、前記処理装置とメモリ間に通信リンクを供給するものである。

プロセッサ１が入力ボート２＋ａに接続されて、メモリ１は出力ボート２５ａに 接続されているものとする。例えば、プロセッサ１がメモリ１にデータをストア しようとする。プロセッサ１は前記データ・パケットの一部である前記転送先（ メモリ１）を指示する経路指定タグ信号を発生する。前記データ・パケットは、 入ツノボート２１ａで前記パケット・スイッチング・ノード２０に入る。前記第 １のキュー・セレクタ２２ａが前記経路指定タグ信号を読出し、前記論理回路が これら出力ボート２５ａに結合した前記第１の出力裁定２４ａに対して、データ ・パケットの経路指定する前記第１のキュー・セット２３ａのキューに、前記デ ータ・パケットを配置する。このデータ・パケットは、メモリボート１を通ると きに、前記出方裁定ロジックによって満たされた前記優先順位裁定方式の基礎を 形成するものである。

前記パケット・スイッチング・ノード２ｏは、それによって処理されたデータ・ パケット間で争奪を軽減するために設計されたものである。どのようなパケット ・スイッチング・ノードであっても争奪を軽減することがよりたやすく理解でき 、色々の処理サイクルが生じたとすると、ストアされたデータ・パケットを有す る各キュー・セット２３に於ける最大のキューとする。メモリ１にデータをスト アしようとプロセッサ１で再考する。それは入力ボート２１ａに結合した前記第 １のキュー・セレクタ２１ａによって読出される経路指定タグ信号を発生する。

前記データパケットは、出力ボート２５ａのため前記第１の出力裁定２４ａに対 してデータ・パケットを経路指定する前記第１のキュー・セット２３ａの適当な キューにストアされるものである。

いま、プロセッサ１が出力ボート２５ｂに接続されているメモリ２内にデータを ストアしようとしたとする。前記適当な経路指定タグ信号は、入力ボート２１ａ に於いて発生され、且つ前記データパケットが入るものである。このデータ・パ ケットは、出ノｊボート２５ｂに関連した前記キューに配置されたとき、転送先 がメモリ１である上述したデータ・パケットに物理的に遅れていないものである 。このように前記第２のデータ・パケットは、前記第１のデータ・パケットによ ってメモリ２に経路指定することがら妨げられないものである。

従って、それぞれの前記キュー・セレクタ２１の経路データ・パケットは、キュ ー・セット２３に関連した異なったキューの中に異なった出力ボートを指定して おく。これは、この処理段階でのパケット間の争奪を軽減する。前記現存する唯 一の争奪は、出力裁定２４に於いてであり、処理すべき前記データ・パケットの ために決定しなければならない。これは、前記出力裁定ロジックによって満たさ れた前記優先順位裁定方式により、なし遂げられるものである。

前記出力裁定２４によって満たされた前記適当な優先順位裁定方式は、一般に巡 回優先順位方式として知ることができる。

統計的に、この優先順位方式は、選択されたことによる等しい見込みのそれぞれ のデータ・パケットが与えられる。しかしながら、確かな例で、この方式は、そ れが前記スイッチング・ノード２０を現存するまで優先順位を保持する最高の優 先順位で前記パケットのような設計された前記出力裁定ロジックを有しているこ とによって限定できるものである。また、おそかれ早かれ、あらゆるデータ・パ ケットでもＲへの優先順位が与えられる。この方式は、あらゆるデータ・パケッ トはサービスが保証され、且つこのように前記スイッチング・ノード２０から出 される手段を提供する。前記ロジックは、後述する第７図にｒＩＡ連して、より 詳細に述べられるこの優先順位方式に関連したものである。

前記キュー・セレクタ２２及び前記出力裁定２４は、共に所定のハンドシェイキ ング・プロトコルを満たすために適合される。このプロトコルは、前記ノード２ ｏを通って転送サイクルの開先われないデータが順序良く命令されるものである 。ハンドシェイキング・プロトコルは、コンピュータ技術に於いては周知のもの であるから、ここで詳細に述べないことにする。しかしながら、前記キュー・セ レクタ２２と出力裁定２４共に、前記プロトコルが満たされる前記ロジックは、 後述する第５図及び第７図に関連して、いくつが詳細に）ボベている。

この発明の特徴のハンドシェイキング・プロトコルは・ビルディング・ブロック のような前記スイッチング・ノードに利用されている設計されるべきであるマル チステージ相互接続ネットワークを見越している。

いま、第１図に示される前記パケット・スイッチング・ノードの４つの入力端、 ４つの出力端の完成を第２図に示す。

このパケット・スイッチング・ノード２ｏは、４つの入力ボート２１．４つのキ ュー・セレクタ２２．４つのキュー・セット２３．４つの出力裁定２４、そして ４つの出力ボート２５がら成る。それぞれのキュー・セット２３は、これらの各 キュー・セレクタ２２の出力端と、それぞれの前記４つの出力裁定２４の入力端 との間に結合された４つのキューから成る。

第２図に示された前記パケット・スイッチング・ノードの詳細な口路図を第３図 に示す。第３図は、第３ａ図及び第３ｂ図から成り、完成した図を得るために互 いに隣接して配置されるべきである。このノードは、入力ボート２１ａ　−ｄ、 キュー・セレクタ２２ａ　〜ｄ、４つのキュー２３ａ−１から２３ａ−４他から 成るキュー・セット２３ａ〜ｄ、４つの出力裁定２４ａ〜ｄ、そて４つの出力ボ ート２５ａ〜ｄがら成っている。

加うるに、クロック発生器２６は、前記ノード２０の前記種々の構成成分に結合 されたものである。前記各構成成分は、スイッチング・ノード２０の他の構成成 分に接続された信号線に示されるようになっている。前記それぞれの４つのキュ ー・セレクタ２２は、個々のブロックのように示されるものである。

それぞれの適当なキューセット２３は、個々のブロックのように示される。各出 力裁定２４は、データ・ロジック２４ａ−１から２４ｄ−１、及び制御ロジック ２４ａ−２から２４６−２とから成っている２つのブロックに示されている。

ている各々の前記構成成分は、第４図乃至第８図に詳細に示されるものである。

これらの回路の設計及び構造についての詳細な審議は、これらの率直な設計を特 に不要にすべきであろう。しかしながら、構成成分の設計または動作は、詳細に 述べられるようによくは知られていない。それは、これらの回路が前記論理方程 式で要求された手段とこれらの中で具体化された、望ましい前記論理方程式と意 思決定アルゴリズムを満たした、前記可能な多くの論理回路のほんの少しが示さ れることが理解されるべきである。

第３図の前記パケット・スイッチング・ノード２０に於いて使用されるクロック 発生器２６の前記設計を第４図に示す。種々の入力と出力線、及び第４図に詳細 に述べられている同一の信号は、上述した第３図及び第５図乃至第８図に於ける 同一の信号線に対応する。前記クロック発生器２６は、デコーダ３２とリセット ・フリップ・フロップ３１に結合した、３つに分れたカウンタ３４を含んでいる 。前記３つに分れたカウンタ３４は、フリップ・７０ツブ３０、フィードバック ・ゲート３３及びバッファ３５から成る。動作に於いて、前記カウンタ３４は、 前記シーケンス００．０１．１０．００、・・・に於けるクロック信号出力を発 生する。これらの信号は、前記デコーダ３２によっＴＲＥＱ＄、ＧＲ／Ｍ）、及 ｔＦＸＦＥＲφが３つｏ）クロック位相で変えられるものである。前記リセット フリップ・７０ツブ３１が、前記システムのため同位相のＲＥＳＥＴ信号を生じ るための前記クロック信号と共に、ＭＡＳＴＥＲＲＥＳＥＴ信号と同時に発生す る。

第５図は第５ａ図及び第５ｂ図から成り、これらは完全な図面を形成するために 合わせるべきもので、上述の第３図に関連して示されている。第５図は、第３図 のそれぞれ前記キュー・セレクタ２２と関連したキュー・セレクタ・ロジックの 設計を示したものである。また、前記それぞれの信号線は、第４図乃至第８図に 示される前記他の構成成分の前記信号線に、確認され及び対応するものである。

前記キュー・セレクタ・ロジックは、タグ・デコーダ４０、許可世代交替ロジッ ク４１、及び８つの入力端、１対４のデマルチプレクサ４２から成る。動作に於 いて、このロジックが、前記要求位相から成るＲＥＱＯクロックの開始で、要求 信号、２つのタグ・ビット及び８つのデータ・ビットを受ける。前記タグ信号は 、前記１対４のデマルチプレクサ４２で使用される前記４つのキューの一つを選 択する前記タグ・デコーダ４０によって解読される。

選択したキューが一杯でなければ、前記１番目のキューからＦＬＪＬＬｉが指示 され、そのとき前記１対４のデマルチプレクサは可能化されるものであり、ＧＲ ＡＮＴ信号は前記許可世代交替ロジック４１によって生じられる。前記選択した キューが一杯であれば、そのときＧＲＡＮＴ信号以外のものが与えられる。

第６図は第６ａ図及び第６ｂ図から成り、完全な図面とするために第３図と幾分 か同様に結合されるべきである。第６図に示される前記キューそれぞれの設計は 、第３図に示す。

３つのデータ・パケットは、ストレージ・レジスタ５ｏａ−ｃにストアされるこ とができる。前記ロジックの剰余は、前記キューの動作で制御される。このロジ ックは、已込みデコーダ５３に結合したバック・ポインタ５２、そして読出しデ コーダ５５に結合したフロント・ポインタ５４から成る。これらの構成成分は、 ８つの入力端のマルチプレクサ５１、ステータス・デコーダ５７に結合されたス テータス・カウンタ５６、カウンタ可能化ロジック５８、そしてタイミング・フ リップ・７０ツブ５９が結合されたものである。

各キュー、例えばキュー２３ａ−１は次のように動作する。データ・パケットは 、前記キュー・セレクタ２２で前記１対４のデマルチプレクサ４２から前記キュ ーの後に受ける。前記キュー２３ａ−１が一杯でなければ、前記ステータス・デ コーダ５７によって指示され、データ・パケットは前記バック・ポインタ５２に よって指示された前記レジスタ５０の一つに書込まれるようになる。前記選択し たレジスタ５０は、ＸＦＥＲφクロックにより信号された前記伝達位相の間で、 前記害込みデコーダ５３によって可能化される。次の要求を受取り次第、前記増 加位の動作を！１ＩｔＦｌする前記タイミング・フリップ・７０ツブ５９ｂによ り可能化すると、前記バック・ポインタが増加する。

クロック・パルスを書込みデコーダ５３に送ることで、タイミング・フリップ・ フロップ５９ａによって終了するものである。

それは、前記レジスタ５０がレベル・トリガされると、このタイミング・スリッ プ・フロップが唯一必要とされて外に指示される。これらがエツジ・トリガされ ると、前記回路構成から移されることができる。

それぞれの時間データ・パケットが受けられ、前記ステータス・カウンタ５６が 増加される。各時間データ・パケットが転送されるものであり、前記ステータス ・カウンタ５６が減少される。前記動作を実行することは、前記キュー・セレク タ２２から増加後のインクバック（ＩＮＣＢＡＣＫ＞信号、そして前記出力裁定 ２４から増加前のインクフロント（Ｉ　ＮＣＦＲＯＮＴ）信号を審査する前記カ ウンタ可能化０シツク５８により、決定するものである。前記ステータス・カウ ンタ５６がＯＯであれば、そのとき前記ステータス・デコーダ・Ｏシック５１が 空のステートを指示し、前記ステータス・カウンタ５６が１１であれば、前記ス テータス・デコーダ・ロジック５７が前記一杯のス、テートを指示する。

いかなる時にも前記ステータス・デコーダ５７は、空ではな対応する前記キュー の前からデータ・パケットを出力する要求となる前記出力裁定２４に送られるも のである。前記出力裁定２４が選択するこのキュー及び前記データ・パケットが 転送されると、前記インクフロント信号は活動的になり、前記位相を転送する前 記フロント・ポインタ５４が増加する。前記読出しデコーダ５５は、前記フロン ト・デコーダ５４から前記信号用する前記キューの前に出るために前記選択され たレジスタ５０から前記出力を可能化する。

前記出力裁定制御ロジック２４ａ−２は、第７図に示される。

第７図は第７ａ図及ぞ第７ｂ図から成り、上述の第３図に関連して表示されるよ うに完全な図面を得るために結合されるものである。それぞ°れの回路は、裁定 ロジック６０から成る前記出力裁定υｌｌ２ａロジック２４８〜Ｃ１インクフロ ント信号発生ロジック６１、優先順位カウンタ６２及び優先順位カウンタ可能化 ロジック６３から成っている。動作に於いて、前記裁定ロジック６０は、前記対 応する出力ボート２５からパケットを転送する“空でない”信号によって４つの キューの総計からの要求を受けることができる。一つのキューは、前記優先順位 カウンタ６２により、指示される前記の先順位に従って選択されるものであり、 要求外の信号は出力される。前記優先順位カウンタ６２が増加され、このような 優先順位は信号が前記優先順位カウン可能化ロジック６３から受けられるとき変 化する。このような信号は、最古の優先順位の前記データ・パケットが転送され るときのみ作られるものであり、これらは信号の許可を受けることによって指示 されるものである。前記インクフロント発生ロジック６１が、許可信号を受けた ときに前記選択されたキューのフロント・ポインタの増加ｉに対して信号を送る 。前記裁定ロジック６０の前記出力は、前記出力ｌ＆定データ・ロジック２４ａ −１を制御する。前記出力裁定データ・ロジック２４ａ−１は、第８図に示され るもので、この出力ボート２５に前記選択されたキューを接続する８つの入力端 、４対１のマルチプレクサから成る。第８図は第８ａ図及び第８ｂ図から成り、 完全な図面にするために第３図に関連して上述して表示したように結合されてい る。

第９図は、第６図に示されるキュー２３に於ける前記バック・ポインタ５２とフ ロント・ポインタ５４を満たすためのモジュロ３カウンタの詳細な論理回路図を 示す。第１０図は、第６図に示される前記キュー２３に於ける前記モジュロ４ア ツプ／ダウン・カウンタ５６の詳細な論理回路図を示す。第１１図は、第６図に 於ける前記キュー２３に於ける前記書込みデコーダ・ロジック５３と読出しデコ ーダ・ロジック５５を満たすための２対３のデマルチプレクサの詳細な論理回路 図を示す。第１２図は第７図に示される前記出力裁定制御ロジック２４ａ−２に 於ける前記優先カウンタ６２を満たすためのモジュロ４アツプ・カウンタの詳細 なロジックを示す。

第１３図及び第１４図は、第３図の前記パケット・スイッチング・ノードの時間 説明図を示す。第１３図は最悪の場合の時間解析で、前記キューが空のとき、一 つのデータ・パケットにストア及び転送する。第１４図は前記キューが２つ分デ ータ・パケットをストアしたときの最恕の場合の時間解析を示したもので、一つ のデータ・パケットに一杯になるようストアし、一つのデータ・°パケットを転 送する。点線は、出現できる適当な信号の最短の時間を表示している。前記矢印 は、前記矢印を出している出来事の起きていることに応じて発生する出来事によ り、経路指定されるものである。

この発明は、供給される前記出力ボート転送先を指示する経路指定タグ信号を含 んで供給されるデータ・パケットを処理する方法をも企図している。前記方法は 前記適当な出力ボートにそれらを経路指定するため前記データ・パケットを処理 する。

前記方法は、その中に含まれた前記経路指定タグ信号に従って前記データ・パケ ットの分類をするステップから成る。

前記分類機能は、前記キュー・セレクタによってなし遂げられる。、第２のステ ップは、前記経路指定タグ信号に従って前記それぞれの出力ボートの一つに個々 に関連した所定のキューに於ける前記データ・パケットをストアすることを含む 。

次のステップは、前記同一出力ボートに争奪する前記キューにストアされたデー タ・パケットの中から、裁定または選択することから成る。前記裁定処理は、前 記出力裁定によってなし遂げられるものである。前記最終ステップは、前記経路 指定タグ信号に於いて確認された前記出力ボートに前記選択されたデータ・パケ ットで、供給されるか、または経路指定を含んでいる。この最終ステップは前記 出力裁定によってなし遂げられるものでもある。

このように、これらはマルチ・コンピュータまたはパラレル・コンピュータ応用 に於けるスイッチ・ノードに使用されることができる新しい、そして改善したパ ケット・スイッチング・ノードを述べている。前記パケット・スイッチング・ノ ードは、転送先が異なった出力ボートである前記ノードの入力ポートに到達する データ・パケット間での前記争奪の問題を除去する。前記パケット・スイッチン グ・ノードは、争奪を軽減するためにそれぞれの入力ポートに接続された複数の キューを利用している出力ボート転送先に従って、供給されるデータ・パケット を分類する。この発明は、実行及び高いスルーブツトを改善したパケット・スイ ッチング・ノードをも提供するものである。この発明は、争奪及びシステムのス ルーブツト増加を除去するため作用するパケット・スイッチング・ノードに於い て、使用するためのデータの処理方法をも提供するものである。

上述した実施例は、この発明の前記原則に示している出願の多くの特有の実施例 のいくつかが単に示されることで理解できるものである。明らかに、多数の、そ して変化した他の装置は、この発明の精神及び範囲からそれることのない当業者 によって、たやす〈発明することができる。とりわけ、相互接続ネットワークで 使用しているこの発明は、データ・パケットによってデータ及び音声情報共に伝 送する電話システムを接続することができる。

（勺 Ｆｉｇ、　２ Ｆｉｇ、　３α Ｆｉｇ、　３α′ Ｆｉｇ、　３ｂ ｔ七、３：Ｌづコ　ＰｒＪ、３＜づ′６２１ｃｒ　２２”　−Ｐ？ｙ？ｒ’？” ＋’ｎ　”ｆｒ　ｒ　２３（−１５ｓｓ−ｓＦｉｇ、　３ｂ’ Ｆ、’ｙ３Ｌ’４．／−・３．３ａ’／≦　ｒ、７　ｊル′６・５′で［ Ｋ で［ 、国際調査報告 ＋ｎ＋ａｍａｍｍ＋　Ａｅｓｌｌｃａｍ＊　Ｉｌｅ、ＰＣＴ　／　ＵＳ　８５　 ／　０１８３８Ｐａｔｅｎｔ　ｄｏｃｕｍｅｎｔ　Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｐ ａｔｅｎｔ　ｆａｍｉｌｙ　Ｐｕｋ＋１ｉｃａｔｉｏｎｃｉｔｅｄ　ｉｎ　５ｅ ａｒｃｈ　ｄａｔｅ　ｍｅｍｂｅｒ（ｓ）　ｄａｔｅ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．被供給データ・パケットに対する出力ポート転送先を指示する信号を含んで 供給されるデータ・パケットを処理するパケット・スイッチング・ノードで、複 数の入力ポートと、 複数の出力ポートと、 前記データ・パケットの出力ポート転送先に従って前記入力ポートのそれぞれに 供給されたデータ・パケットの経路指定するために、前記複数の入力ポートの対 応する一つに個々に結合された複数のキュー選択手段と、出力ポート転送先の機 能として、それらに供給されたデータ・パケットをストアし且つ転送するための 複数のキューをそれぞれ含む、前記複数のキュー選択手段の対応する一つに個々 に結合された複数のキュー・セットと、及び所定の優先順位裁定方式に従って、 前記対応する出力ポートに前記キューにストアされたデータ・パケットを伝える ため、転送先が前記対応する出力ポートであるデータ・パケットをストアし且つ 転送する、前記複数の出力ポートの対応する一つとそれぞれの前記キューのそれ ぞれのキューとの問に個々に結合された、複数の出力裁定手段と、を具備するパ ケット・スイッチング・ノード。
2. ２．被供給データ・パケットに対する出力ポート転送先を指示する信号を含んで 供給されるデータ・パケットを処理するためのパケット・スイッチング・ノード で、複数の入力ポートと、 複数の出力ポートと、 前記複数の入力ポートの対応する一つに結合された入力端と複数の出力端をそれ ぞれ有する、前記データ・パケットの出力ポート転送先に従って前記入力ポート のそれぞれに供給されたデータ・パケットを経路指定するための、複数のキュー 選択手段と、 入力端と出力端をそれぞれ有し且つそれぞれの入力端が前記対応するキュー選択 手段の出力端に結合されている複数のキューをそれぞれ具備する、出力ポート転 送先の機能としてそれらに供給されたデータ・パケットをストアし且つ転送する ため、前記複数のキュー選択手段の対応する一つに個々に結合された複数のキュ ー・セットと、及び前記対応する出力ポートに結合された出力端をそれぞれ有し 、且つ転送先が前記対応する出力ポートであるデータ・パケットをストアし転送 するそれぞれの前記キュー・セットのそれぞれのキューの出力端に結合された複 数の入力端をそれぞれ有する、所定の優先順位裁定方式に従って前記複数の出力 ポートの対応する一つに、前記キュー・セットのそれぞれの関連するキューにス トアされたデータ・パケットを伝えるための複数の出力裁定手段と、 を具備するパケット・スイッチング・ノード。
3. ３．被供給データ・パケットに対する出力ポート転送先を指示する経路指定タグ 信号を含んで供給されるデータ・パケットを処理するためのパケット・スイッチ ング・ノードで、複数の入力ポートと、 複数の出力ポートと、 転送先が前記出力ポートの特定の一つであるデータ・パケットを個々に処理し、 且つストアする複数のキューをそれぞれ具備する、前記複数の入力ポートに個々 に結合された複数のキュー・セットと、 前記経路指定タグ信号に従って前記キューの対応する一つに、前記入力ポートに 到達する供給されたデータ・パケットを経路指定するための、前記入力ポートの それぞれと対応する複数のキュー・セットとの間に結合されたキュー選択ロジッ クと、及び 転送先が、所定の優先順位裁定方式に従ってその出力ポートに、前記それぞれの キューのそれぞれにストアされたその出力ポートに関連するデータ・パケットを 供給するための前記出力ポートであるデータ・パケットを処理する、それぞれの 出力ポートと前記複数のそれぞれのキュー・セットのそれぞれのキューとの間に 結合された出力裁定ロジックと、を具備するパケット・スイッチング・ノード。
4. ４．適当な出力ポートにデータ・パケットを経路指定するために被供給データ・ パケットに対する、出力ポート転送先を指示する経路指定タグ信号を含んでいる 供給されるデータ・パケットを処理する方法で、 それに含まれる前記経路指定タグ信号に従って前記データ・パケットを分類する ことと、 前記経路指定タグ信号に従って前記それぞれの出力ポートのそれぞれの一つに関 連する所定のキューに前記データ・パケットをストアすることと、 同一出力ポートのために争奪する前記キューにストアされたデータ・パケットの 中から選択することと、及び前記経路指定タグ信号で確認された出力ポートに前 記選択されたデータ・パケットを供給することと、のステップを具備する方法。
5. ５．適当な出力ポートにデータ・パケットを経路指定するために被供給データ・ パケットに対する、出力ポート転送先を指示する経路指定タグ信号を含んで供給 されるデータ・パケットを処理する方法で、 それに含まれる前記経路指定タグ信号に従って前記データパケットを分類するこ とと、 前記経路指定タグ信号に含まれたそれらの出力ポート転送先に対応するキューに 前記データ・パケットをストアすることと、 前記出力ポートの特定の一つに対応する前記キューのそれぞれにストアされたデ ータ・パケットの中から裁定することと、及び 前記経路指定タグ信号で確認された前記出力ポートに対する上記裁定処理の間に 選択されたデータ・パケットを経路指定することと、 のステップを具備する方法。
6. ６．適当な出力ポートにデータ・パケットを経路指定するために被供給データ・ パケットに対する、出力ポート転送先を指示する経路指定タグ信号を含んで供給 されるデータ・パケットを処理する方法で、 それに含まれる前記経路指定タグ信号に従って前記データパケットを分類するこ とと、 前記経路指定タグ信号で確認されたそれらの出力ポート転送先に基いて所定のキ ューに前記ストアされたデータ・パケットをストアすることと、 同一出力ポートに指定された前記キューにストアされたデータ・パケットの中か ら裁定することと、及び前記経路指定タグ信号で確認された前記出力ポートに前 記キューから、上記裁定処理の間に選択されたデータ・パケットを経路指定する ことと、 のステップを具備する方法。