KR100208949B1

KR100208949B1 - 확장된 링-베니언 네트워크 및 그 경로 제어방법

Info

Publication number: KR100208949B1
Application number: KR1019960045749A
Authority: KR
Inventors: 박재현
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1996-10-14
Filing date: 1996-10-14
Publication date: 1999-07-15
Also published as: US6055233A; KR19980027088A

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야: 비동기 통신모드 교환시스템에 있어서 스위치 패브릭에 관한 것이다.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제: 마지막 단에서 미스라우팅하는 패킷을 처리하는 부분을 가지는 확장된 링-반얀 네트워크 및 그 경로 제어방법을 제공함에 있다.

3. 발명의 해결방법의 요지: 링-반얀 네트워크의 마지막 단계의 각 스위치 엘리먼트에 제q(q≥1, 정수)확장단계를 이루는 소정의 스위치 엘리먼트를 연결하고, 상기 제q확장단계를 이루는 각 스위치 엘리먼트에 제q+1확장단계를 이루는 소정의 스위치 엘리먼트를 연결하여 구성하고, 각 스위치 엘리먼트의 출력링크 및 체인-아웃 링크에 대한 위상은 다음과 같음을 특징으로 한다.

,

4. 발명의 중요한 용도: 고성능이고 경제적인 비동기 통신모드 스위치를 설계하는 데 사용한다.

Description

확장된 링-반얀 네트워크 및 그 경로 제어방법{THE AUGMENTED RING-BANYAN NETWORK AND THE SELF-ROUTING METHOD THEROF}

본 발명은 비동기 통신모드(ATM: 이하 ATM이라 함.) 교환시스템에 있어서 스위치 패브릭(fabric)에 관한 것으로, 특히 적응 자기 경로제어 알고리즘을 사용하는 확장된 링-반얀(ring-banyan) 네트워크 및 그 경로 제어방법에 관한 것이다.

고케(Goke)와 리퍼브스키(Lipovski)에 의해서 정의된 반얀 네트워크는 처리기들과 기억장치 모듈들간에 병렬 연결을 제공하는 수단으로서, 비용 대 효과비 측면에서 크로스바 스위치의 좋은 대체 네트워크이다. 반얀 네트워크는 처리기들과 기억장치 모듈들간에 유일한 경로를 갖도록 정의된 바, 한 스위치 엘리먼트(Switch Eement: 이하 SE라 함.)로 가는 경로들의 집합은 신장 트리(paning tree)를 구성하고 그 SE로부터의 경로들도 또한 신장 트리를 형성한다. 이들 모든 신장트리들중에서 한 종류의 신장 트리만이 중요시 되는데, 그 이유는 동일한 신장트리에 속하는 모든 SE들은 기존의 자기 경로 제어 알고리즘을 사용하여 한 패킷을 동일한 출력단으로 내보낼 수 있기 때문이다. 도 1은 델타 네트워크(N=16)에서의 신장 트리 및 스위치 엘리먼트들의 동치 부류와 우회 경로들을 나타낸 구성도인데, 굵은 선들로 그려진 신장 트리가 이러한 종류의 것이다. 이 트리들은 각 출력단으로부터(이를 트리의 뿌리로 하고) 네트워크의 모든 입력단들로의(이들은 트리의 잎들로 취급하면) 링크들과 SE들의 노드로 이루어진다. 이렇게 반얀 네트워크는 이미 상용화 되어왔지만 네트워크상의 각 입출력 쌍에 대해서 각각 유일한 경로만을 갖기 때문에 성능이 낮은 편이다. 다시 말해서, 임의의 하나의 내부 충돌은 이러한 성능 저하를 야기한다.

신장 트리로써 우회 경로들을 제공하여 반얀 네트워크의 성능 증가를 이루고 있는 한 예는 확장된 반얀 네트워크(Augmented Banyan Network)이다. 이 확장된 반얀 네트워크에서는 그 트리의 동일한 단계의 SE들을 추가한 링크를 사용해서 묶음(chaining)으로써 우회 경로를 얻는다. 선택된 출력 링크에 충돌이 발생했을 때 패킷은 상기 도 1에서 화살표 A로 그려진 것과 같은 트리내의 동일한 레벨(level)의 한 SE로부터 다시 기존의 반얀 네트워크의 자기 경로제어 알고리즘으로 목적지인 출력단으로 올바르게 보낼질 수 있다.

B-네트워크(Load-Sharing Banyan Network)에서는 추가되는 후진(전진) 링크를 자식(부모) SE에 연결하여 우회경로를 만든다. 층돌이 일어났을 경우 도 1의 화살표 B(C)로 그려져 있는 것과 같이 트리내의 한 단계 낮은(높은) 수준의 자식(부모) SE로 패킷을 보낼 수 있다.

고장 감내성을 갖게 하기 위해서 링크들을 추가하고, 이들 생긴 경로들을 돌아서 가는 여분의 경로들을 제공하는 데 중점을 둠으로써 그 추가된 링크를 통해서 신뢰성을 높이는데는 성공했으나, 마지막 단계에 도착해서도 미스라우팅(misrouting)되면 그 패킷은 폐기해버릴 수 밖에 없는 단점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 링-반얀 네트워크에서 마지막 단계에서도 원하는 목적지에 도착하지 못한(미스라우팅된) 패킷이 있으면 이 패킷을 처리하는 부분을 가지는 확장된 링-반얀 네트워크 및 그 경로 제어방법을 제공함에 있다.

도 1은 델타 네트워크(N=16)에서의 신장 트리 및 스위치 엘리먼트들의 동치 부류와 우회 경로들을 나타낸 구성도

도 2는 하나의 추가된 스위치 엘리먼트의 구성을 나타낸 도면

도 3은 링-반얀 네트워크(N=16)의 구성을 나타낸 도면

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 확장된 링-반얀 네트워크(N=16)의 구성을 나타낸 도면

도 5는 확장된 링-반얀 네트워크에서의 경로 제어 과정에 대한 예시도

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한 하기 설명에서는 구체적인 회로의 구성 소자 등과 같은 많은 특정(特定) 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 실시예에 따른 링-반얀 네트워크에서는 링-반얀 네트워크의 라우팅 알고리즘을 그대로 사용하며 스위칭 요소의 복잡도도 같게 유지한다.

먼저 링-베니안 네트워크와 경로제어 알고리즘을 개발하기 위해서 사용된 베니안 네트워크의 스위치 엘리먼트 SE들간의 위상적(topological) 관계들에 관해서 설명한다. 많은 다단 상호연결 망(MIN: Multistage Interconnection Network)이 위상적으로 같다는 것은 널리 알려져 있기 때문에 델타 네트워크를 예로 들어 설명한다. 본 발명에서는 Dr. Wu의 방법과 동일한 형태의 명명법(naming scheme)을 델타 네트워크와 본 발명에 따른 링-베니안 네트워크의 형태(configuration)를 기술하기 위해서 그리고 경로제어 알고리즘의 정당성 증명을 위해 사용한다.

각 단계는 첫 단계를 1로 하며, 연속(sequence)으로 log₂N까지 번호를 붙인다. N개의 입출력단들은 log₂N 자리수의 이진수로 번호를 붙인다:. 각 단계에서 한 스위치 엘리먼트 SE는 (log₂N)-1자리수의 이진수들 즉로 표현되는데, 이는 꼭대기부터 시작하여 단계 내에서의 위치를 이진수로 표현한 것이며 레벨(level)이라고도 부른다. 입력 패킷의 목적 주소는 A=(a₁, a₂, …,)로 표현된다. 먼저 델타 네트워크를 다음과 같이 정의한다.

정의 1: 델타 네트워크의 각 링크에 대한 위상 기술방법은 다음과 같다.

,

β_j는 단계 i의 한 스위치 엘리먼트 SE로부터 단계 i+1의 두 스위치 엘리먼트 SE들로의 사상(mapping)으로 상호연결을 기술한 것으로, 스위치 엘리먼트 SE들간의 위상적 관계들을 유도하기 위해서 사용된다. β₀는 스위치 엘리먼트 SE의 상위 출력 링크를 통해서 도달 가능한 스위치 엘리먼트 SE를 기술하기 위해서 사용된 것이고, β_l은 하위 출력 링크를 위해서 사용된다. 스위치 엘리먼트 SE와 링크를 기술하기 위한 약식 기호를 다음과 같이 정의한다.

정의 2: n_i,j는 단계 i, 수준 j의 스위치 엘리먼트 SE이다.

단, 1≤i≤log₂N, 0≤j≤N/2

다음은 스위치 엘리먼트 SE들간에 하나의 관계를 정의하여 이 관계가 동치관계(equivalence reliation)이고, 델타 네트워크의 각 단계에는 동치부류(equivalence class)들이 있음을 보인 것이다.

정의 3: R(n_i,j)는 델타 네트워크에서 자기 경로제어 함수 α_i에 모든 가능한 주소들을 적용시켰을 때 스위치 엘리먼트 SE n_i,j로부터 도달 가능한 마지막 단계 즉 단계 log₂N의 출력 링크들의 집합이다. 이 연결은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

이때 상기 (a₁, a₂, …, a_l+1)는 각 패킷의 주소이다. 한 패킷이 단계 i의 한 스위치 엘리먼트 SE의 입력 링크에 도착했을 때 함수 α_i는 단계 i+1의 한 스위치 엘리먼트 SE로 출력 링크를 통해서 그 페킷을 보내기 위해서 적용된다.

정의 4: 단계 i의 스위치 엘리먼트 SE들의 집합 A_i에서 정의되는 관계 ∼는 다음과 같은 속성을 갖는 데카르트 적(cartesian product) A_i×A_i의 부분집합이다.

n_i,j∼ n_i,k⇔ R(n_i,j) = R(n_i,k)

보조정리 1: 집합 A_i에서 정의된 관계 ∼는 동치관계(equivalence relation)이다.

이제 적응 자기 경로제어 알고리즘을 유도하는데 유용한 속성들이 있음을 증명할 수 있다.

정리 1: 단계 i의 한 동치부류에 속하는 스위치 엘리먼트 SE들은 그들의 스위치 엘리먼트 SE번호의 접미사(suffix)로 동일한 이진수 연속을 갖는다. (단, 1 ＜ i ≤ log₂N)

i=1일 때, 즉 첫 번째 단계에서, 모든 스위치 엘리먼트 SE들은 하나의 동치부류에 속한다.

증명 : 마지막 단계, 즉 단계 log₂N,에서 경로제어 함수 α_i의 정의에 의해서,

단계 log₂N의 모든 스위치 엘리먼트 SE들에 대해, j≠k일 때≠이다. 그리고 모든 스위치 엘리먼트 SE들은 그들의 번호의 모든 자리의 이진수들이 서로 다르다. 결과적으로, 각 스위치 엘리먼트 SE는 하나의 동치부류이고, 각 스위치 엘리먼트 SE의 이름의 모든 이진수는 자기 자신하고만 동일하다.

단계 k+1에서, 다음과 같이 위의 주장이 사실이라고 가정한다.

그러면, 단계 k에서,

그러므로 위의 사실이 단계 k+1에서 만족된다면, 단계 k에서도 만족됨이 수학적 귀납법에 의해서 증명된다.

상기한 정리 1에 따라 다음의 사항들이 만족된다.

정의 5: 델타 네트워크에서 한 단계내의 한 스위치 엘리먼트 SE로부터 다른 스위치 엘리먼트 SE의 상대적 위치를 표현하기 위한 위상 기술 방법은 다음과 같다.

여기서, k ≥ 0.

다음의 정리와 따름 정리들은 본 네트워크와 적응 경로제어 알고리즘의 기본을 이룬다.

따름 정리 1:

β_k[n_i,j]∼β_k 여기서, k ∈ {0,1}

증명 : 전술한 정의 5와 정리1에 의해서 증명됨.

정리 2:

여기서, 1 ≤ i ＜ log₂N, j ∈ {0,1}

증명:

d=1일때,

d=j의 경우,

다음과 같이 가정한다.

d=j+1의 경우,

그러므로 수학적 귀납법에 의해서 증명된다. β₁을β₀으로 대치하면, 대칭적인 경우의 증명을 얻을 수 있다.

다음의 따름정리 2는 한 출력 링크로 시작되는 경로가 동일한 스위치 엘리먼트 SE의 다른 출력 링크로 시작되는 경로로 대치될 수 있음을 나타내고 있다.

따름 정리 2:

γ₁[β₀[n_i,j]]=β₁[n_i,j] (정의 1과 5에 의해서)

(위의 등식에 의해서)

∼β₀[n_i,j] (정의 5와 정리 2에 의해)

여기서 1≤ilog2N.

위에서 베니안 네트워크에 새로운 고장 감내 MIN과 그것의 자기 경로제어 알고리즘을 유도하는데 유용한 위상적 특성들이 있음을 보였다. 만약 단계 내에서 스위치 엘리먼트 SE들간에, 즉 한 스위치 엘리먼트 SE n_i,j로부터 다른 한 스위치 엘리먼트 SE 예를 들면, γ_K[n_i,j]로의 경로들을 위한 상호연결을 만들면, 각 추가된 링크들뿐만 아니라 기존의 모든 출력링크들도 적응 경로제어를 위해 사용될 수 있다. 한 스위치 엘리먼트 SE, n_i,j로부터 다른 한 스위치 엘리먼트 SE, γ_K[n_i,j]로의 경로를 제공하는 상호연결에는 많은 종류가 있을 수 있다.

이하 링-반얀 네트워크와 그의 자기경로 제어에 관하여 설명한다. 비용 대 효과면에서 좋은 베니안 네트워크의 확장, 즉 링-베니안 네트워크와 그에 적합한 적응 자기 경로제어 알고리즘에 대하여 설명한다.

1.1 네트워크 형태

우회 경로들을 얻기 위해서, 즉 관계 γ_K를 이용하기 위해 각 스위치 엘리먼트 SE에 일반적인 입출력 링크들과 더불어 연쇄-입력(chain-in)링크와 연쇄-출력(chain-out) 링크를 도 2에 나타낸 것과 같이 덧붙인다. 이것은 3 x 3 크로스바 스위치로 후술하는 경로제어 알고리즘을 사용하여 동작한다. N x N 링-베니안 네트워크는 N x N 델타 네트워크의 각 단계의 모든 스위치 엘리먼트 SE들을 묶는 링크들을 추가함으로써 얻을 수 있다.

정의 6: 링-베니안 네트워크의 연쇄-입력 링크에 대한 위상 기술방법은 다음과 같다.

상기 γ₁은 연쇄-출력 링크에 대해서 한 스위치 엘리먼트 SE를 동일한 단계내의 다른 스위치 엘리먼트 SE로 사상한다. 링-베니안 네트워크는 정의1과 상기의 정의6으로써 정의 할 수 있다. 일반적인 16 x 16델타 네트워크로부터 링-베니안 네트워크를 구성하는 일 예가 도 3에 나타나 있다.

1.2 적응 자기 경로제어 알고리즘

다른 많은 MIN들에서와 같이, 링-베니안 네트워크의 경로제어는 목적지 꼬리표(tag)를 가지고 제어된다. 여기에 덧붙여서 패킷에 덧붙여지는 고정된 크기의(log₂(N/2)이진수) 이탈 꼬리표(deviation tag) k, 가 각 단계에서 원래 목적이 되는 스위치 엘리먼트 SE나 이것의 동치 스위치 엘리먼트 SE로부터의 위상적 거리를 나타내기 위해서 사용된다. 상기 k값은 그것의 현재 값과 선택된 링크 그리고 원래 목적이 되는 링크를 가지고 계산할 수 있다. 그러므로 행선지 주소는 (A,k)쌍으로 표현된다. 단계1의 입력 링크에 한 패킷이 도착 했을 때 k값은 0으로 설정된다. 즉 행선지 주소는 (A,0)이다. 본 적응 경로제어 알고리즘은 다음과 같다. (여기서 i는 해당 스위치 엘리먼트 SE의 현재 단계 번호이다)

정의 7: 링-베니안 네트워크의 스위치 엘리먼트 SE에 있어서 적응 자기 경로제어 알고리즘은 다음과 같다. (하기에서 s ∈ {0,1}.)

각 입력 패킷에 대하여,

1. 만약 k=0,

(a) β_s[·](=α_i[·])로 보낸다.

(b) 만약 그것이 실패하면, β_s[·](≠α_i[·])로 보낸다.

(c) 만약 그것이 실패하면, γ₁[·]로 보낸다.

2. 만약 k≠0,

(a) γ₁[·]으로 보낸다.

(b) 만약 그것이 실패하면, β₁[·]으로 보낸다.

(c) 만약 그것이 실패하면, β₀[·]으로 보낸다.

k를 수정하는 규칙은 다음과 같다.

1. k=0일 때,

(a) 만약 β₀[·]=α_i[·]그리고 β₁[·]가 선택되었다면, k←2ⁱ-1.

(b) 만약 γ₁[·]가 선택되었다면, k←2^i-1-1.

(c) 만약 β₁[·]=α_i[·]그리고 β₀[·]가 선택되었다면, K←1.

2. k≠0일때,

(a) 만약 β₀[·]=α_i[·] 그리고 β₁[·]가 선택되었다면, k←kx2-1.

(b) 만약 β₁[·]=α_i[·] 그리고 β₀[·]가 선택되었다면, k←kx2+1.

(c) 만약 β_j[·]=α_i[·] 그리고 β_j[·] 가 선택되었다면, k←kx2.

(여기서, j∈ {0,1}

(d) 만약 γ₁[·]이 선택되었다면, k←k-1.

정리3: 입력된 패킷을 마지막 단계의 목적된 출력단에 올바르게 내보내기 위해서, 마지막 단계의 스위치 엘리먼트 SE들을 제외한 링-베니안 네트워크의 모든 스위치 엘리먼트 SE들은 기존의 출력 링크들이나 연쇄련 링크중 어느 곳으로도 그것을 보낼 수 있다.

증명: 따름 정리 2에 의해, 목적된 출력단으로 올바르게 가기 위한 우회 경로로써 의도된 출력 링크 대신에 다른 출력링크를 사용할 수 있음을 알 수 있다. 따름 정리 1에 의해, 우회 경로로써 의도된 출력 링크 대신에 다른 연쇄-출력 링크를 사용할 수 있음을 알 수 있다. 정리 2에 의해, 의도된 연쇄-출력 링크 대신에 다른 출력 링크를 사용할 수 있음을 알 수 있다.

링-베니안 네트워크를 위한 본 적응 자기 경로제어 알고리즘의 정당성을 다음과 같이 증명할 수 있다.

정리 4: 링-베니안 네트워크의 경로제어 알고리즘은 임의의 입력 패킷을 그의 행선지에 올바르게 보낸다.

증명: 먼저 본 경로에서 알고리즘은 스위치 엘리먼트 SE의 가용한 한 링크를 할당한다. 이 링크의 할당의 정당성은 정리3에 의해서 증명된다.

두 번째로, k의 수정 규칙은 다음과 같이 증명된다.

1. 규칙1-(a)와 1-(c)는 따름 정리 2에 의해서 증명된다.

규칙1-(b)는 따름 정리1에 의해서 증명된다.

2. 규칙2-(a)와 2-(b)는 따름 정리 2와 정리 2에 의해서 증명된다.

규칙 2-(c)는 정리 2에 의해서 증명된다.

3. k는 현 단계에서 연쇄 링크(들)을 통해서 보정 경로제어가 요구되 는 횟수를 의미한다. 따라서 규칙 2-(d)는 증명된다.

그러므로 본 수정 규칙들에 의해서 k를 유지하는, 제시된 경로제어 알고리즘은 패킷을 마지막 단계의 의도된 출력단에 올바르게 내보낸다. 이 사실은 따름정리 2와 1 그리고 정리2에 의해서 증명된다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 확장된 링-반얀 네트워크(N=16)의 구성을 나타낸 도면이다. 점선으로 표시된 블록이 확장된 부분(망)이다. 이 확장된 망을 통해서 기존의 적응 경로 배정 방법을 사용해서 미스라우팅된 패킷을 계속해서 라우팅하고 그 결과 원하는 목적지에 도달한 패킷들은 출력 링크를 통해서 출력 포트로 내보냄으로써 패킷의 폐기 가능성을 줄일 수 있다.

상기 확장된 네트워크의 각 출력 링크에 대한 위상 기술방법은 다음 수학식과 같다.

(수학식)

이때 연쇄링크의 연결은 기존의 링-반얀 네트워크와 같다.

이러한 경로들을 이용하기 위해서 다음과 같이 확장된 단계들의 SE의 경로제어 알고리즘을 간단히 만들 필요가 있다.

(1) 패킷이 γ_k[·]를 통해서 내보내져서 k값이 k-1로 수정되는 경우와 k=0 이고 γ₁[·]이 선택된 경우를 제외하고는 k 값은 불변.

(2) 스위치 엘리먼트는 k=0일 때 먼저 β₀[·]로 내보내기를 시도하고 β₁[·]를 다음으로 시도하여 링크를 할당.

도 4를 참조하여 상기와 같이 확장되는 링-반얀 네트??을 부연 설명하면 다음과 같다.

링-반얀 네트??은 하나 혹은 그 이상의 메인(main) 단들과 마지막 단을 구비하며, 상기 마지막 단과 각 메인 단들은 첫 번째 레벨부터 m₁-1 번째 레벨까지 연속적으로 확장된 m₁레벨들을 가지며, 상기 각 레벨들에는 m₂입력 링크들과 m₂출력 링크들을 포함하는 제1 스위치 엘리먼트를 배치하고, 상기 m₁과 m₂는 제1 및 제2 소정 양의 정수이며 각각 m₁≥2, m₂≥2 이다.

제1확장단은 첫 번째 레벨부터 m₁번째 레벨까지 연속적으로 배열된 m₁레벨들을 가지며, 상기 각 레벨들에는 m₂입력 링크들과 m₂출력 링크들과 체인-인 링크, 체인-아웃 링크를 포함하는 제2 스위치 엘리먼트를 배치한다.

제2확장단은 첫 번째 레벨부터 m₁번째 레벨까지 연속적으로 배열된 m₁레벨들을 가지며, 상기 각 레벨들에는 m₂입력 링크들과 m₂출력 링크들과 체인-인 링크, 체인-아웃 링크를 포함하는 제3 스위치 엘리먼트를 배치한다.

여기서, 상기 제1확장단의 k 번째 레벨에 배치된 제2 스위치 엘리먼트의 각 입력 링크는 상기 마지막 단의 k 번째 레벨에 배치된 제1 스위치 엘리먼트의 출력 링크들 중 하나에 연결되고, 상기 제1확장단의 k 번째 레벨에 배치된 상기 제2 스위치 엘리먼트의 체인-아웃 링크는 상기 제1확장단의 [(k+1) mod m₁] 번째 레벨에 배치된 상기 제2 스위치 엘리먼트의 체인-인 링크와 연결된다. (1≤k≤m₁)

또한 상기 제2확장단의 k 번째 레벨에 배치된 제3 스위치 엘리먼트의 각 입력 링크는 상기 제1확장단의 k 번째 레벨에 배치된 제2 스위치 엘리먼트의 출력 링크들 중 하나에 연결되고, 상기 제2확장단의 k 번째 레벨에 배치된 상기 제3 스위치 엘리먼트의 체인-아웃 링크는 상기 제2확장단의 [(k+1) mod m₁] 번째 레벨에 배치된 상기 제3 스위치 엘리먼트의 체인-인 링크와 연결된다.

또한 상기 하나 혹은 그 이상의 메인 단들은 제1 메인 단과 제2 메인 단을 포함하며, 상기 제1 메인 단과 제2 메인 단 사이에 제3 확장 단이 삽입되고, 첫 번째 레벨에서 m₁번째 레벨까지 연속적으로 배열된 m₁레벨을 가지며, 각 레벨에 배치되며 m₂입력 링크들과 m₂출력 링크들과 체인-인 링크, 체인-아웃 링크를 포함하는 제4스위치 엘리먼트를 가진다. 그리고 제1 메인 단의 k번째 레벨에 배치된 제1스위치 엘리먼트의 m₂출력 링크들은 0번째 출력 링크부터 (m₂- 1)번째 출력 링크까지 연속적으로 배열된다. 또한 각 j(0≤j≤m₁-1)를 위하여, 제1 메인 단의 k 번째 레벨에 배치된 상기 제1스위치 엘리먼트의 j번째 출력 링크는 제3확장단의 [(j+k) mod m₁] 번째 레벨에 배치된 제4스위치 엘리먼트의 입력 링크들 중 하나에 접속된다. 또한 상기 제2 메인 단의 k 번째 레벨에 배치된 제1스위치 엘리먼트의 각 입력 링크는 제3확장단의 k 번째 레벨에 배치된 제4스위치 엘리먼트의 입력 링크들 중 하나에 접속되고, 상기 제2확장단의 k 번째 레벨에 배치된 제4스위치 엘리먼트의 체인-아웃 링크는 제3확장단의 [(k+1) mod m₁] 번째 레벨에 배치된 제4스위치 엘리먼트의 체인-인 링크에 접속된다.

본 실시예에 따르면, 상기 m₂는 2 이다. 또한 상기 하나 혹은 그 이상의 메인 단들은 L단들로 이루어지고, m₁은 2^L이며, 상기 L은 1 이상인 정수 이다.

또한 상기 확장된 링-반얀 네트워크는 첫 번째 레벨부터 m₁번째 레벨까지 연속적으로 배열된 m₁레벨을 가지는 제3확장단을 더 가질 수 있다. 상기 각 레벨에는 m₂입력 링크들과 m₂출력 링크들과 체인-인 링크, 체인-아웃 링크를 가지는 제4스위치 엘리먼트가 배치된다. 상기 제3확장단의 k(1≤k≤m₁)번째 레벨에 배치된 상기 제4스위치 엘리먼트의 각 입력 링크는 제2확장단의 k 번째 레벨에 배치된 제3스위치 엘리먼트의 출력 링크들 중 하나에 연결되고, 제3확장단의 k 번째 레벨에 배치된 제4스위치 엘리먼트의 체인-아웃 링크는 제3확장단의 [(k+1) mod m₁] 번째 레벨에 배치된 제4스위치 엘리먼트의 체인-인 링크와 접속된다.

상기와 같이 확장된 링-반얀 네트??을 위한 적응적 자기 경로 제어는 다음과 같은 과정들을 통해 이루어진다.

제1과정: 상기 확장된 링-반얀 네트워크의 확장단 내에서 첫 번째 레벨부터 m₁번째 레벨까지 연속적으로 배열된 m₁레벨들중 k 번째 레벨에 연결된 스위치 엘리먼트에서 데이터 유닛을 수신한다. (상기 스위치 엘리먼트는 체인-아웃 링크와 첫 번째 출력 링크로부터 m₂번째 출력 링크까지 연속적으로 배열된 m₂출력 링크들을 포함함.)

제2과정: 상기 데이터 유닛에 포함된 이탈 꼬리표의 값을 검출한다.

제3과정: 상기 이탈 꼬리표의 값이 0일 때 다음과 같이 제1링크 선택 절차를 실시한다.

제1단계: 선택된 링크를 통해 상기 데이터 유닛을 출력하기 위해 제1링크를 선택하는 첫 번째 출력 링크를 선택한다.

제2A단계: 상기 k 번째 출력 링크가 상기 선택된 링크가 되고 상기 k 번째 출력 링크를 통한 데이터 유닛의 출력이 실패했을 때, 상기 선택된 링크를 j 번째 출력 링크에서 j+1 번째 출력 링크로 대체한다. (k〈m₂) 혹은

제2B단계: 상기 m₂번째 출력 링크가 상기 선택된 링크가 되고 상기 m₂번째 출력 링크를 통한 데이터 유닛의 출력이 실패했을 때, 상기 선택된 링크를 m₂번째 출력 링크에서 체인-아웃 링크로 대체한다. (k〈m₂),

제4과정: 이탈 꼬리표 갱신 절차를 다음과 같이 실시한다.

제1A단계: 상기 이탈 꼬리표의 값이 0이고 상기 체인-아웃 링크가 상기 선택된 링크로서 선택되었을 때 상기 이탈 꼬리표의 값을 소정의 단위값 만큼 증가시킨다. 혹은

제1B단계: 상기 이탈 꼬리표의 값이 0이 아니고 상기 체인-아웃 링크가 상기 선택된 링크로서 선택되었을 때 상기 이탈 꼬리표의 값을 소정의 단위값 만큼 감소시킨다.

도 5는 확장된 링-반얀 네트워크에서의 경로 제어 과정에 대한 예시도이다. 여기서 충돌은 X로 나타낸다. 한 패킷이 입력단 0에서 출력단 0으로 충돌이 발생한 링크를 가진 경로로 나아가려 할 때, 원래 목적된 출력 링크가 충돌이 난 SE는 그것을 다른 출력 링크로 보낸다.

그것은 본 경로제어 알고리즘에 의해서 연쇄 링크를 통해서 원래 의도된 SE의 동치 SE중 하나로 보내려고, 의도하나 원래의 링-반얀 망의 마지막 단인 3단계에 와서도 충돌때문에 본래 의도하던 목적지에 도착하지 못한 경우이다. 이러한 경우에는 도시된 바와 같이 나머지 추가된 단계들(단계4, 5, 6)에서 원하는 SE로 보내 질 것이고, 여기서부터 목적지의 출력단으로 올바르게 보내질 수 있을 것이다. 정상적인 경로에 3개의 충돌들을 가지고 있는 입력단 5로부터 출력단 5로의 경로는 단계1의 SE '10', 단계2의 SE '01', 단계3의 SE '11'→ SE '00' → SE '01', 단계4의 SE '01', 단계5의 SE '01'과 SE '10' 그리고 단계6의 SE '10'를 통해 이어진다. 이때 만일 상기 단계4∼단계6이 도시한 바와 같이 추가되지 않았다고 가정하면 단계3의 SE '11'에서 미스라우팅으로 간주되어 입력패킷이 폐기되었을 것이다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 않되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

성능 높은 ATM 스위치 설계가 가능하다. 비용 효과면에서 성능이 우수한 ATM 스위치 설계 가능하다. 기존의 링-반얀 네트윅을 성능면에서 보강할 수 있다. 더 큰 SE들로 구성되는 네트워크들에도 적용이 가능하다. 다른 종류의 MIN들을 위해서 동일한 기법을 적용할 수 있다.

Claims

적응 자기 경로제어 알고리즘을 사용하는 링-반얀 네트워크에 있어서,

상기 링-반얀 네트워크의 마지막 단계의 각 스위치 엘리먼트에 제q(q≥1, 정수)확장단계를 이루는 소정의 스위치 엘리먼트를 연결하고, 상기 제q확장단계를 이루는 각 스위치 엘리먼트에 제q+1확장단계를 이루는 소정의 스위치 엘리먼트를 연결하여 구성하고, 각 스위치 엘리먼트의 출력링크 및 체인-아웃 링크에 대한 위상은 다음과 같음을 특징으로 하는 확장된 링-반얀 네트워크.

,
링-반얀 네트워크의 적응 자기 경로 제어와 연동하는 확장된 링-반얀 네트워크에서의 적응 자기 경로 제어방법에 있어서,

각 확장된 단계들의 스위치 엘리먼트에 대한 경로 제어는 다음 조건 (1) 및 (2)를 만족하도록 함을 특징으로 하는 방법.

(1) 패킷이 γ_k[·]를 통해서 내보내져서 k값이 k-1로 수정되는 경우와 k값이 0이고 γ₁[·]이 선택된 경우를 제외하고는 k값은 불변.

(2) 스위치 엘리먼트는 k값이 0일 때 먼저 β₀[·]로 내보내기를 시도하고 β₁[·]를 다음으로 시도하여 링크를 할당.
확장된 링-반얀 네트??에 있어서,

하나 혹은 그 이상의 메인(main) 단들과 마지막 단을 구비하며, 상기 마지막 단과 각 메인 단들은 첫 번째 레벨부터 m₁-1 번째 레벨까지 연속적으로 확장된 m₁레벨들을 가지며, 상기 각 레벨들에는 m₂입력 링크들과 m₂출력 링크들을 포함하는 제1 스위치 엘리먼트를 배치하고, 상기 m₁과 m₂는 제1 및 제2 소정 양의 정수이며 각각 m₁≥2, m₂≥2인 링-반얀 네트??과,

첫 번째 레벨부터 m₁번째 레벨까지 연속적으로 배열된 m₁레벨들을 가지며, 상기 각 레벨들에는 m₂입력 링크들과 m₂출력 링크들과 체인-인 링크, 체인-아웃 링크를 포함하는 제2 스위치 엘리먼트를 배치하는 제1확장단과,

첫 번째 레벨부터 m₁번째 레벨까지 연속적으로 배열된 m₁레벨들을 가지며, 상기 각 레벨들에는 m₂입력 링크들과 m₂출력 링크들과 체인-인 링크, 체인-아웃 링크를 포함하는 제3 스위치 엘리먼트를 배치하는 제2확장단으로 구성되며,

상기 제1확장단의 k 번째 레벨에 배치된 제2 스위치 엘리먼트의 각 입력 링크는 상기 마지막 단의 k 번째 레벨에 배치된 제1 스위치 엘리먼트의 출력 링크들 중 하나에 연결되고, 상기 제1확장단의 k 번째 레벨에 배치된 상기 제2 스위치 엘리먼트의 체인-아웃 링크는 상기 제1확장단의 [(k+1) mod m₁] 번째 레벨에 배치된 상기 제2 스위치 엘리먼트의 체인-인 링크와 연결되며, (1≤k≤m₁)

상기 제2확장단의 k 번째 레벨에 배치된 제3 스위치 엘리먼트의 각 입력 링크는 상기 제1확장단의 k 번째 레벨에 배치된 제2 스위치 엘리먼트의 출력 링크들 중 하나에 연결되고, 상기 제2확장단의 k 번째 레벨에 배치된 상기 제3 스위치 엘리먼트의 체인-아웃 링크는 상기 제2확장단의 [(k+1) mod m₁] 번째 레벨에 배치된 상기 제3 스위치 엘리먼트의 체인-인 링크와 연결됨을 특징으로 하는 확장된 링-반얀 네트워크.
제3항에 있어서,

상기 하나 혹은 그 이상의 메인 단들은 제1 메인 단과 제2 메인 단을 포함하며, 상기 제1 메인 단과 제2 메인 단 사이에 제3 확장 단이 삽입되고, 첫 번째 레벨에서 m₁번째 레벨까지 연속적으로 배열된 m₁레벨을 가지며, 각 레벨에 배치되며 m₂입력 링크들과 m₂출력 링크들과 체인-인 링크, 체인-아웃 링크를 포함하는 제4스위치 엘리먼트를 가지며,

제1 메인 단의 k번째 레벨에 배치된 제1스위치 엘리먼트의 m₂출력 링크들은 0번째 출력 링크부터 (m₂- 1)번째 출력 링크까지 연속적으로 배열되고, (1≤k≤m₁)

각 j를 위하여, 제1 메인 단의 k 번째 레벨에 배치된 상기 제1스위치 엘리먼트의 j번째 출력 링크는 제3확장단의 [(j+k) mod m₁] 번째 레벨에 배치된 제4스위치 엘리먼트의 입력 링크들 중 하나에 접속되고, (0≤j≤m₁-1)

상기 제2 메인 단의 k 번째 레벨에 배치된 제1스위치 엘리먼트의 각 입력 링크는 제3확장단의 k 번째 레벨에 배치된 제4스위치 엘리먼트의 입력 링크들 중 하나에 접속되고,

상기 제2확장단의 k 번째 레벨에 배치된 제4스위치 엘리먼트의 체인-아웃 링크는 제3확장단의 [(k+1) mod m₁] 번째 레벨에 배치된 제4스위치 엘리먼트의 체인-인 링크에 접속됨을 특징으로 하는 확장된 링-반얀 네트워크.
제3항에 있어서, 상기 m₂는 2임을 특징으로 하는 확장된 링-반얀 네트워크.
제5항에 있어서,

상기 하나 혹은 그 이상의 메인 단들은 L단들로 이루어지고, m₁은 2^L이고, 상기 L은 1 이상인 정수임을 특징으로 하는 확장된 링-반얀 네트워크.
제3항에 있어서,

첫 번째 레벨부터 m₁번째 레벨까지 연속적으로 배열된 m₁레벨을 가지는 제3확장단을 더 포함하며,

상기 각 레벨에는 m₂입력 링크들과 m₂출력 링크들과 체인-인 링크, 체인-아웃 링크를 가지는 제4스위치 엘리먼트가 배치되고,

제3확장단의 k(1≤k≤m₁)번째 레벨에 배치된 상기 제4스위치 엘리먼트의 각 입력 링크는 제2확장단의 k 번째 레벨에 배치된 제3스위치 엘리먼트의 출력 링크들 중 하나에 연결되고, 제3확장단의 k 번째 레벨에 배치된 제4스위치 엘리먼트의 체인-아웃 링크는 제3확장단의 [(k+1) mod m₁] 번째 레벨에 배치된 제4스위치 엘리먼트의 체인-인 링크와 접속됨을 특징으로 하는 확장된 링-반얀 네트워크.
확장된 링-반얀 네트??을 위한 적응적 자기 경로 제어 방법에 있어서,

상기 확장된 링-반얀 네트워크의 확장단 내에서 첫 번째 레벨부터 m₁번째 레벨까지 연속적으로 배열된 m₁레벨들중 k 번째 레벨에 연결된 스위치 엘리먼트에서 데이터 유닛을 수신하는 과정과, (상기 스위치 엘리먼트는 체인-아웃 링크와 첫 번째 출력 링크로부터 m₂번째 출력 링크까지 연속적으로 배열된 m₂출력 링크들을 포함함.)

상기 데이터 유닛에 포함된 이탈 꼬리표의 값을 검출하는 과정과,

상기 이탈 꼬리표의 값이 0일 때 다음과 같이 제1링크 선택 절차를 실시하는 과정과,

선택된 링크를 통해 상기 데이터 유닛을 출력하기 위해 제1링크를 선택하는 첫 번째 출력 링크 선택 단계,

상기 k 번째 출력 링크가 상기 선택된 링크가 되고 상기 k 번째 출력 링크를 통한 데이터 유닛의 출력이 실패했을 때, 상기 선택된 링크를 j 번째 출력 링크에서 j+1 번째 출력 링크로 대체하는 단계(k〈m₂),

상기 m₂번째 출력 링크가 상기 선택된 링크가 되고 상기 m₂번째 출력 링크를 통한 데이터 유닛의 출력이 실패했을 때, 상기 선택된 링크를 m₂번째 출력 링크에서 체인-아웃 링크로 대체하는 단계(k〈m₂),

이탈 꼬리표 갱신 절차를 다음과 같이 실시하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 방법.

상기 이탈 꼬리표의 값이 0이고 상기 체인-아웃 링크가 상기 선택된 링크로서 선택되었을 때 상기 이탈 꼬리표의 값을 소정의 단위값 만큼 증가시키는 단계,

상기 이탈 꼬리표의 값이 0이 아니고 상기 체인-아웃 링크가 상기 선택된 링크로서 선택되었을 때 상기 이탈 꼬리표의 값을 소정의 단위값 만큼 감소시키는 단계.