KR19980066562A - 비동기 전송 모드(atm) 교환기의 크로스바 매트릭스 스위칭 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비동기 전속 모드(ATM) 교환기의 크로스바 매트릭스 스위칭 장치에 관한 것으로, 특히 4096 × 4096 ATM 교환기에서 크로스 방식을 사용한 매트릭스 구조와, 광케이블을 사용하여 스위칭 장치의 입/출력 링크 수를 최소화 시키므로써, 기존의 사이즈 증가 등의 문제를 해결하며, 교환기의 용량에 따라 그에 맞게 구조의 축소 및 확대가 용이하여 사용 잇점이 높은 4096 × 4096 ATM 크로스바 매트릭스 스위칭 장치에 관한 것이다.

Description

비동기 전송 모드(ATM) 교환기의 크로스바 매트릭스 스위칭 장치

본 발명은 비동기 전송 모드(이하 ATM이라 칭한다) 교환기의 크로스바 매트릭스 스위칭 장치에 관한 것으로, 특히 4096 × 4096 ATM 교환기에서 크로스 방식을 사용한 매트릭스 구조와, 광케이블을 사용하여 입/출력 링크 수를 최소화 시킨 4096 × 4096 ATM 크로스바 매트릭스 스위칭 장치에 관한 것이다.

현재 상기 대용량 ATM 교환기는 1996년 부터 2000년 사이에 구현될 광대역 종합정보통신망(B-ISDN)의 핵심 노드가 되는 4096 × 4096 STM-1급 포트(640Gbps)를 가지는 ATM 교환 시스템으로써, 기존의 의사 동기식 디지탈 계위(PDH) 전송선로를 이용한 ATM 기본 접속 및 동기식 디지탈 계위(SDH) 전송 선로의 수용이 가능하며, ATM 통신망의 셀 단위 전송 능력 및 복수의 가상 연결 설정능력을 이용하여 많은 ATM 가입자를 직접 수용할 수 있으며, 또한 중소형 ATM 교환기 사이의 상호 연결 기능을 수행할 수 있는 ATM 교환기를 말한다.

현재 B-ISDN 망에서는 가입자 링크로 2.048Mbps, 44.736Mbps, 155.52Mbps 또는 622.080Mbps 등을 고려하고 있으며, 국간 전송 링크로는 155.52Mbps, 622MbpS, 2.5Gbps 등을 고려하고 있다.

이러한 많은 가입자 링크 및 국간 전송 링크를 수용하기 위해서는 640Gbps 이상의 데이타 처리 용량을 가지는 대용량 ATM 교환기가 필요로 되고 있다.

이러한 필요에 따라 셀 단위로 스위칭을 수행하는 현재까지의 제안되어진 스위치 구조들은 1024 × 1024 까지의 처리용량을 갖는 스위치 구조까지는 구현할 수 있었으나, 셀 스위칭 지연, 단위 스위치의 처리 능력등의 제한으로 인해 4096 × 4096 이상의 처리용량을 가지는 대용량 ATM 스위치에는 적합하지 않다고 보고되고 있다.

따라서 상기 단점을 보완하기 위해 현재 일본등지에서는 비트 슬라이스 기법을 이용하여 1024 × 1024 이상의 대용량 스위치를 구현하고 있으나, 이 기법은 비트단위의 처리 방식으로 인해 스위칭 장치의 사이즈가 너무 커지는 등의 단점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해, ATM 기반 초고속 정보 통신망의 핵심 노드로 사용될 비트 슬라이스 기법을 사용하지 않고 크로스바 매트릭스 구조를 이용하여 대용량 ATM 교환기의 스위치 구조를 구현하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 ATM 교환기의 크로스바 매트릭스 스위칭 장치 외형도.

도 2는 도 1의 입력부에 대한 역다중화부 상세 블럭도.

도 3은 도 1의 스위칭부에 대한 상세 구성도.

도 4는 도 1의 출력부에 대한 다중화부 상세 블럭도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100 : 크로스바 매트릭스 스위치, 10 : 광/전기 변환기, 11 : 역다중화기, 12, 32 : STM-1급 물리계층부, 13,31 : ATM 계층부, 14,30 : 라우팅 테이블부, 20 : 32×32 스위치 엘리먼트, 21 : 버스 중재기, 33 ; 다중화기, 34 : 전기/광 변환기

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에서 구현하는 스위칭 장치는 교환기의 스위칭 장치에 있어서,

광케이블을 통해 입력된 신호를 처리하여 스위칭에 필요한 라우팅 태그를 할당하는 입력부와;

크로스바 매트릭스 구조를 이루며, 상기 입력부에서 처리된 신호를 판별해 스위칭되어야만 하는 신호에 대해서 스위칭을 행하는 스위칭부와;

상기 스위칭부를 통해 스위칭된 신호를 처리하여 광케이블을 통해 출력하는 출력부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 각 부에서 상기 입력부는 역다중화부로, 광케이블을 통해 입력된 광 신호를 전기적인 신호로 변환하는 광/전기 변환기와,

상기 광/전기 변환기를 통해 전기적인 신호로 변환된 신호를 1 : 16의 전기신호로 역다중화시키는 역다중화기와,

상기 역다중화기를 통해 역다중화된 신호에 대해, 신호의 생성과 종단, 셀 추출/매핑, 휴지 셀 처리 및 헤더오류 검사합 생성에 관한 기능을 수행하는 ST M-1급 물리계층부와;

상기 물리계층부를 거친 신호에 대해 ATM 셀 생성/종단 및 비할당 셀과 휴지 셀의 생성/제거, 셀 헤더 변환을 수행하는 ATM 계층으로 부터 비할당 셀과 휴지 셀을 제외한 순수 ATM 셀만을 추출하는 ATM 계층부, 및

상기 ATM 계층부를 거친 신호에 대해 이 신호의 헤더값을 참조하여 스위칭에 필요한 라우팅 태그를 붙이는 라우팅 테이블부로 포함하여 구성되고;

상기 스위칭부는 복수의 입/출력 라인을 가지며, 상기 역다중화부를 통해 입력된 신호에서 할당된 라우팅 태그를 참조하여, 이 신호의 스위칭을 행하는 스위치 엘리먼트와,

상기 스위치 엘리먼트를 통해 스위칭 된 신호에 대해 우선 수위가 가장 높은 신호를 먼저 처리하거나, 또는 순차적으로 신호를 전달하는 버스 중재기를 포함하여 구성되고;

상기 출력부는 다중화부로 상기 스위칭부에서 출력된 신호를 입력받는 라우팅 테이블부와,

상기 라우팅 테이블부에서 출력된 신호에 대해 ATM 셀 생성/종단 및 비할당 셀과 휴지 셀의 생성/제거와, 순수 ATM 셀만을 추출하는 ATM 계층부와,

상기 ATM 계층부를 통해 역다중화된 신호에 대해 신호의 생성과 종단, 셀 추출/매핑, 휴지 셀 처리 및 헤더오류 검사합 생성에 관한 기능을 수행하는 STM-1급 물리계층부와,

상기 물리계층부를 거친 신호에 대해 16 : 1 다중화를 통해 하나의 신호로 출력하는 다중화기, 및

상기 다중화기를 통해 출력된 전기적 신호를 광신호로 변환하는 전기/광 변환기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

제 1도는 본 발명이 실시되는 대용량 ATM 교환기 스위치의 전체 외형을 나타내는 도면으로, 4096 × 4096 크로스바 매트릭스 스위치(100) 구조를 위한 외부 입/출력 인터페이스로 각각 256개(#1 ~ #256)의 입력과 출력을 가진다.

이때 상기 광케이블은 2.5Gbps의 케이블을 사용한다.

그리고 상기 매트릭스 스위치 구조는 광케이블을 통해 입력된 신호를 처리하는 입력부와; 상기 입력부에서 처리된 신호를 스위칭하는 스위칭부와; 상기 스위칭부를 통해 스위칭된 신호를 처리하여 출력하는 출력부 구조를 가진다.

세부적으로는 입력부는 역다중화부를 들 수 있고, 스위칭부는 4096 × 4096 크로스바 매트릭스 구조의 스위칭부를 들 수 있으며, 출력부로는 다중화부를 들 수 있다.

제 2도는 상기 제 1도의 입력부인 역다중화부 상세도로, 광케이블을 통해 입력된 신호를 역다중화 시켜 순수 ATM 데이타 셀에 대하여 라우팅 태그를 붙이는 구조를 나타낸다.

광케이블을 통해 입력된 광 신호를 전기적인 신호로 변환하는 광/전기 변환기(Optic to Electric Converter : O/E 변환기)(10)와;

상기 광/전기 변환기(10)를 통해 전기적인 신호로 변환된 신호를 16개의 155Mbps의 전기 신호로 역다중화시키는 1 : 16 역다중화기(11)와;

상기 역다중화기(11)를 통해 역다중화된 신호에 대해 'ITU-T' 권고에 따른 155.52Mbps 신호의 생성과 종단, 셀 추출/매핑, 휴지 셀 처리 및 헤더오류 검사합(HEC) 생성에 관한 기능을 수행하는 STM-1급 물리계층부(12)와;

상기 물리계층부(12)를 거친 신호에 대해 ATM 셀 생성/종단 및 비할당 셀과 휴지 셀의 생성/제거, 셀 헤더 변환을 수행하는 ATM 계층으로 부터 비할당 셀과 휴지 셀을 제외한 순수 ATM 셀만을 추출하는 ATM 계층부(13); 및

상기 ATM 계층부(13)를 거친 신호에 대해 각 셀 헤더의 가상경로 식별자(Virtual Path Identifier : VPI)와, 가상채널 식별자(Virtual Channel Identifier : VCI)를 참조하여 셀의 스위칭에 필요한 라우팅 태그를 붙이는 라우팅 테이블부(14)를 포함하여 구성된다.

그리고 상기 각각의 라우팅 테이블부(14)에서는 각각 4라인씩의 신호가 출력되며, 상기와 같은 역다중화 구조는 이를 일조로 하여 4096개 라인 중 일부씩(본 발명에서는 32개 라인) 조를 이루는 입력단에 연결되며, 다음 입력단에 연결되는 역다중화부는 상기 구조와 동일 구조를 가진다.

상기와 같은 상태로 출력된 신호는 제 3도에 도시된 바와 같은 스위칭부인 크로스바 매트릭스 형태로 연결된 스위치에 입력되는 바, 이 스위치 구조는 32개의 STM-1급 입/출력 라인을 갖는 스위치 엘리먼트(SE)(20)가 4096개의 라인에 대해 32개 라인 씩 한조를 이루어 각각 연결되어 128개조를 이루고, 상기 각 스위치 엘리먼트(20)의 32개의 출력라인은 상기 스위치 엘리먼트(20)에서 버퍼링하고 있는 셀들 중에서 우선 순위가 가장 높은 셀을 먼저 처리하거나, 또는 순차적으로 셀을 전달하는 128개의 버스 중재기(21)를 통해 다중화부(다음부분에 설명됨)로 출력된다.

이때 상기 각 스위치 엘리먼트(20)들은 내부에 각각 셀 버퍼(도면에는 도시하지 않음)를 포함하고 있으며, 이 셀 버퍼는 스위칭된 셀이 출력 공유버스를 통해 전달되기 위해 대기하고 있는 중인 셀을 버퍼링한다.

상기와 같은 버스 중재기(21)를 통해 출력된 신호는 다시 출력부인 다중화부로 입력되어 광케이블을 거쳐 전송되는데, 이 다중화부는 제 4도에 도시된 바와 같이 각각의 라우팅 테이블(30)을 통해 입력된 STM-1급 신호에 대해 ATM 셀 생성/종단 및 비할당 셀과 휴지 셀의 생성/제거, 셀 헤더 변환을 수행하는 ATM 계층으로 부터 비할당 셀과 휴지 셀을 제외한 순수 ATM 셀만을 추출하는 ATM 계층부(31)와;

상기 ATM 계층부(31)를 통해 역다중화된 신호에 대해 'ITU-T' 권고에 따른 155.52Mbps 신호의 생성과 종단, 셀 추출/매핑, 휴지 셀 처리 및 헤어오류 검사합(HEC) 생성에 관한 기능을 수행하는 STM-1급 물리계층부(32)와;

상기 물리계층부(32)를 거친 신호에 대해 16 : 1 다중화를 통해 하나의 신호로 출력하는 다중화기(33); 및

상기 다중화기(33)를 통해 출력된 전기적 신호를 광신호로 변환하는 전기/광변환기(Electric to Optic Converter : O/E 변환기)(34)를 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성되는 다중화부 역시 상기 스위칭부의 버스 중재기(21) 출력에 일조씩 이루어 연결되며, 나머지 조들에 연결되는 다중화부 구조는 상기 구조와 동일 구조를 가진다.

이상과 같은 구조를 본 발명의 4096 × 4096 입/출력라인에 대해 연결되는 구체적인 예를 들면 도면에서도 알 수 있는 바와 같이, 다중화부 2개조가 일조를 이루어 스위칭부 내의 하나의 스위치 엘리먼트(20) 입력으로 연결되고, 이 스위치 엘리먼트(20)들은 일측 방향(예 : 가로)으로 동일한 입력을 인가받는 공유 버스에 각각 연결되며, 일측 방향(예 : 세로)으로 동일한 출력을 하는 공유 버스에 각각 연결된다.

그리고 버스 중재기(21)의 출력 역시 32라인이므로 다중화부도 2개부씩 일조를 이루어 하나의 버스 중재기(21)에 연결된다.

이러한 구조는 교환기의 스위칭 용량(즉 입/출력 라인 수)에 따라 축소 및 확대가 용이함을 볼 수 있다.

상기와 같이 구현된 4096 × 4096 크로스바 매트릭스 구조의 스위칭 동작을 살펴보면, 2.5Gbps의 광케이블로 입력된 신호는 역다중화부의 광/전기 변환부(10)를 통해 전기적인 신호로 변환된 후, 역다중화기(11)를 통해 1 : 16 다중화된다.

이처럼 다중화된 신호는 물리계층부(12)와 ATM 계층부(13)를 통해 순수 ATM 셀만 추출된 다음 라우팅 테이블(14)에 입력되어 라우팅 태그를 할당받은 후, STM-1급 신호로써 스위칭부로 입력된다.

이때 라우팅 태그부(14)에서 출력되는 신호는 하나의 라우팅 태그부(14) 당 4라인씩 출력되며, 이들은 4개조씩 한 조를 이루어 전체 16라인에서 신호를 출력한다. 그리고 이 16라인은 다시 2개조씩 일조를 이루어 스위칭부의 32 × 32 스위치 엘리먼트(20)와 연결된다.

이때 상기 스위치 엘리먼트(20)는 4096 라인의 입력과, 4096 라인의 출력을 위해 32라인 씩 일조를 이룬 128개가 사용되며, 이 입력 라인과 출력 라인은 격자모양의 크로스 형태를 이루고 있다. 그리고 상기 128개의 스위치 엘리먼트(20) 출력라인은 다시 32개의 입력을 갖는 버스 중재기(21)로 입력되며, 이 버스 중재기(21)는 4라인을 입력으로 하는 4개의 라우팅 테이블부(30)를 두개씩 일조로 이루어 32개의 출력을 받아들이도록 되어 있는 다중화부와 연결된다.

따라서 16개의 STM-1급 전기 신호로 변환된 입력신호는 입력 공유 버스를 통해 같은 입력 공유 버스와 연결된 모든 스위치 엘리먼트 들에 동시에 입력된 다음 상기 라우팅 테이블부(14)에서 할당된 셀프 라우팅에 필요한 라우팅 태그를 참조한 스위치 엘리먼트들에 의해 스위칭이 행해진다.

상기와 같은 구조를 통해 스위칭 되어 내부 버퍼에 버퍼링된 각 셀은 버스 중재기(21)를 통해 같은 출력 라인과 연결된 모든 스위치 엘리먼트들 사이에서 우선 순위를 비교하거나 또는, 순차적으로 다중화부로 출력된다.

이어 다중화부에서는 다중화기(33)를 통해 16 : 1 다중화된 다음 전기/광 변화기(34)를 거쳐 광 신호로 변환되어져 최종적으로 다시 2.5Gbps 광케이블을 통해 스위칭 장치와 연결된 타 장치(도면에는 도시하지 않음)로 출력된다.

아울러 본 발명에서는 현재 급증하고 있는 대용량 ATM 교환기에서 사용되는 스위치 장치를 위해 4096 × 4096 크로스바 매트릭스 구조를 제안하였으나, 4096 라인의 각 입/출력 라인이 필요치 않은 교환기에서는 상기 구조를 축소시킨 1024 × 1024 크로스바 매티릭스 스위칭 구조를 구현할 수 있음은 당연한 이치이다.

또한 앞으로 더 증가될 대용량의 교한기를 위해 본 발명의 스위칭 구조를 확대시킨 스위칭 구조 또한 용이하게 구현할 수 있음은 물론이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 대용량의 ATM 교환기에서 사용되는 스위칭 장치를 크로스바 매트릭스 구조를 이용하여 기존의 사이즈 증가 등의 문제를 해결하며, 교환기의 용량에 따라 그에 맞게 구조의 축소 및 확대가 용이하여 사용 잇점이 높다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위안에서 다양한 수정, 변경, 부가등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허 청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (6)

1. 교환기의 스위칭 장치에 있어서,

   광케이블을 통해 입력된 신호를 처리하여 스위칭에 필요한 라우팅 태그를 할당하는 입력부와;

   크로스바 매트릭스 구조를 이루며, 상기 입력부에서 처리된 신호를 판별해 스위칭되어야만 하는 신호에 대해서 스위칭을 행하는 스위칭부와;

   상기 스위칭부를 통해 스위칭된 신호를 처리하여 광케이블을 통해 출력하는 출력부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 크로스바 매트릭스 스위칭 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 입력부는 광케이블을 통해 입력된 광 신호를 전기적인 신호로 변환하는 광/전기 변환기와;

   상기 광/전기 변환기를 통해 전기적인 신호로 변환된 신호를 1 : 16의 전기신호로 역다중화시키는 역다중화기와;

   상기 역다중화기를 통해 역다중화된 신호에 대해, 신호의 생성과 종단, 셀 추출/매핑, 휴지 셀 처리 및 헤더오류 검사합 생성에 관한 기능을 수행하는 STM-1급 물리계층부와;

   상기 물리계층부를 거친 신호에 대해 ATM 셀 생성/종단 및 비할당 셀과 휴지 셀의 생성/제거, 셀 헤더 변환을 수행하는 ATM 계층으로 부터 비할당 셀과 휴지 셀을 제외한 순수 ATM 셀만을 추출하는 ATM 계층부; 및

   상기 ATM 계층부를 거친 신호에 대해 이 신호의 헤더값을 참조하여 스위칭에 필요한 라우팅 태그를 붙이는 라우팅 테이블부를 포함하여 일조를 구성하는

   역다중화부가 스위칭부의 일부 입력측에 연결되는 것을 특징으로 하는 크로스바 매트릭스 스위칭 장치.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 스위칭부는 복수의 입/출력 라인을 가지며, 상기 입력부를 통해 입력된 신호에서 할당된 라우팅 태그를 참조하여, 이 신호의 스위칭을 행하는 스위치 엘리먼트와;

   상기 스위치 엘리먼트를 통해 스위칭 된 신호에 대해 우선 순위가 가장 높은 신호를 먼저 처리하거나, 또는 순차적으로 신호를 전달하는 버스 중재기를 포함하여 일조를 구성하는

   스위칭부로 구성되는 것을 특징으로 하는 크로스바 매트릭스 스위칭 장치.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 출력부는 상기 스위칭부에서 출력된 신호를 입력받는 라우팅 테이블부와;

   상기 라우팅 테이블부에서 출력된 신호에 대해 ATM 셀 생성/종단 및 비할당 셀과 휴지 셀의 생성/제거와, 순수 ATM 셀만을 추출하는 ATM 계층부와;

   상기 ATM 계층부를 통해 역다중화된 신호에 대해 신호의 생성과 종단, 셀추출/매핑, 휴지 셀 처리 및 헤더오류 검사합 생성에 관한 기능을 수행하는 STM-1급 물리계층부와;

   상기 물리계층부를 거친 신호에 대해 16 : 1 다중화를 통해 하나의 신호로 출력하는 다중화기; 및

   상기 다중화기를 통해 출력된 전기적 신호를 광신호로 변환하는 전기/광 변환기를 포함하여 일조를 구성하는

   다중화부가 스위칭부의 일부 출력측에 연결되는 것을 특징으로 하는 크로스바 매트릭스 스위칭 장치.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 입력부는 광케이블을 통해 입력된 신호를 역다중화한 다음 이 역다중화된 각각의 신호에 대해 스위칭에 필요한 라우팅 태그를 할당하는 역다중화부를 포함하여 구성되고;

   상기 출력부는 스위칭부를 통해 스위칭된 신호를 다중화한 다음 이 다중화된 하나의 신호를 처리하여 광케이블을 통해 출력하는 다중화부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 크로스바 매트릭스 스위칭 장치.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 역다중화부는 광케이블을 통해 입력된 광 신호를 전기적인 신호로 변환하는 광/전기 변환기와,

   상기 광/전기 변환기를 통해 전기적인 신호로 변환된 신호를 1 : 16의 전기 신호로 역다중화시키는 역다중화기와,

   상기 역다중화기를 통해 역다중화된 신호에 대해, 신호의 생성과 종단, 셀 추출/매핑, 휴지 셀 처리 및 헤더오류 검사합 생성에 관한 기능을 수행하는 STM-1급 물리계층부와,

   상기 물리계층부를 거친 신호에 대해 ATM 셀 생성/종단 및 비할당 셀과 휴지 셀의 생성/제거, 셀 헤더 변환을 수행하는 ATM 계층으로 부터 비할당 셀과 휴지 셀을 제외한 순수 ATM 셀만을 추출하는 ATM 계층부, 및

   상기 ATM 계층부를 거친 신호에 대해 이 신호의 헤더값을 참조하여 스위칭에 필요한 라우팅 태그를 붙이는 라우팅 테이블부를 포함하여 구성되고;

   상기 스위칭부는 복수의 입/출력 라인을 가지며, 상기 역다중화부를 통해 입력된 신호에서 할당된 라우팅 태그를 참조하여 이 신호의 스위칭을 행하는 스위치 엘리먼트와,

   상기 스위치 엘리먼트를 통해 스위칭 된 신호에 대해 우선 순위가 가장 높은 신호를 먼저 처리하거나, 또는 순차적으로 신호를 전달하는 버스 중재기를 포함하여 구성되고;

   상기 다중화부는 상기 스위칭부에서 출력된 신호를 입력받는 라우팅 테이블부와,

   상기 라우팅 테이블부에서 출력된 신호에 대해 ATM 셀 생성/종단 및 비할당 셀과 휴지 셀의 생성/제거와, 순수 ATM 셀만을 추출하는 ATM 계층부와,

   상기 ATM 계층부를 통해 역다중화된 신호에 대해 신호의 생성과 종단, 셀 추출/매핑, 휴지 셀 처리 및 헤더오류 검사합 생성에 관한 기능을 수행하는 STM-1급 물리계층부와,

   상기 물리계층부를 거친 신호에 대해 16 : 1 다중화를 통해 하나의 신호로 출력하는 다중화기, 및

   상기 다중화기를 통해 출력된 전기적 신호를 광신호로 변환하는 전기/광 변환기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 크로스바 매트릭스 스위칭 장치.