KR20020053664A - Terabit Packet Switching Apparatus with Brief Communicating Information for intermediation - Google Patents

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KR20020053664A
KR20020053664A KR1020000083374A KR20000083374A KR20020053664A KR 20020053664 A KR20020053664 A KR 20020053664A KR 1020000083374 A KR1020000083374 A KR 1020000083374A KR 20000083374 A KR20000083374 A KR 20000083374A KR 20020053664 A KR20020053664 A KR 20020053664A
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한만수
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박권철
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이계철
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Abstract

PURPOSE: A distribution-combination packet switching system having simple correspondence information for arbitration is provided to achieve information exchange at one hop switching in an advanced packet network. CONSTITUTION: An internal blocking arbitrator(2000) in a distribution-combination packet switching system consists of queue controllers(2110-2130), distribution schedulers(2210-2230), encoders(22120-22113), decoders(23120-23320), and combination schedulers(2310-2330). The queue controllers(2110-2130) control packet input and output for l numbers of queues that the distribution switches of a distribution unit have. The distribution schedulers(2210-2230) take the packets stored in the queues of each individual queue controller(2110-2130) as input and distribute them to the output links of the distribution switches or the switches of a switching unit. The encoders(22120-22113) encode n2-bit distribution data(22111-22113) with log(l)-bit queue numbers respectively. The decoders(23120-23320) decode the encoded log(l)-bit distribution data into n2-bit distribution data. The combination schedulers(2310-2330) arbitrate the input-output link contention of the packets distributed from the distribution scheduler(2230).

Description

간결한 중재용 교신 정보를 갖는 분배결합 패킷 스위칭 장치{Terabit Packet Switching Apparatus with Brief Communicating Information for intermediation}Distributed Packet Switching Apparatus with Brief Communicating Information for intermediation

본 발명은 차세대 패킷망에서 한 번의 스위칭으로 정보 교환(one hop switching)을 가능하게 하는 간결한 중재용 교신 정보를 갖는 분배결합 패킷 스위칭 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a distributed combined packet switching device having concise arbitration communication information that enables one hop switching in a next-generation packet network.

차세대 통합 통신망은 인터넷 프로토콜(IP : Internet Protocol)화된 비동기전달모드(ATM : Asynchronous Transfer Mode), 즉 ATM의 서비스품질(QoS : Quality of Service) 보장 등 장점을 유지하면서 ATM의 가상경로(Virtual Path) 특성에 따른 비연결형 인터넷 서비스 직접 수용이 곤란한 문제점을 해결한 ATM+ 망이 되거나, ATM화된 IP망, 즉 IP망의 QoS 및 망 안정성 문제점을 해결한 IP+ 망이 되리라 널리 예상되고 있다. 다시 말하면, 차세대 통신망은 패킷 교환망으로 구성된다는 의미이다.Next-generation converged networks maintain ATMs' virtual paths while maintaining advantages such as Internet Protocol (IP) Asynchronous Transfer Mode (ATM), that is, guaranteeing ATM's Quality of Service (QoS). It is widely expected to be an ATM + network that solves the problem of not directly accepting a connectionless Internet service according to its characteristics, or an IP + network that solves the problems of QoS and network stability of an ATM network. In other words, the next generation communication network is composed of a packet switched network.

그런데, 현존하는 패킷망중 최근 폭발적으로 가입자가 증가하고 있는 인터넷(internet)의 지연(Delay) 성능은 약 "400 ms 90 percentile delay"를 보이고 있다. 그러나, 종래의 공중전화망(PSTN : Public Switched Telephone Network)전화의 음성(Voice) 서비스품질과 비슷한 품질 보증을 위해서는, 약 "50 ms 이하 90 percentile delay" 성능이 요구된다.However, the delay performance of the Internet, which has recently increased explosively among existing packet networks, shows about 400 ms 90 percentile delay. However, for quality assurance similar to the voice service quality of conventional public switched telephone network (PSTN) telephones, a performance of about "90 percentile delay of less than 50 ms is required."

이러한 인터넷의 낮은 지연 성능 특성은 현존하는 인터넷의 다단 스위칭(multi-hop switching/routing)구조에 한 원인을 찾을 수 있다. 즉, 대규모 라우팅/스위칭 기능의 효율적인 구현에 어려움이 있는 관계로 기존의 인터넷은 작은 용량의 스위치/라우터를 다수 개 연결하여 망을 구성하고 있다. 이에 따라, 필연적으로 송신자에서 출발한 패킷은 복잡한 다단 경로를 거치게 되며, 많은 스위칭 지연(delay)을 경험한 상태로 수신자에 전달된다.The low latency performance of the Internet can be attributed to the existing multi-hop switching / routing architecture. In other words, due to the difficulty in the efficient implementation of large-scale routing / switching functions, the existing Internet forms a network by connecting multiple small switches / routers. Inevitably, packets originating from the sender are routed through a complex multi-stage path and are delivered to the receiver with a large number of switching delays.

이제, 종래의 패킷 스위치에 대해 보다 상세히 살펴보기로 한다.Now, the conventional packet switch will be described in more detail.

패킷 스위치는 패킷 버퍼의 위치에 따라 크게 출력 버퍼링(Output Buffering), 공유 버퍼링(Shared Buffering), 입력 버퍼링(Input Buffering), 그리고 입출력 버퍼링(Input and Output Buffering)으로 구분할 수 있다.Packet switches can be classified into output buffering, shared buffering, input buffering, and input and output buffering according to packet buffer positions.

출력 버퍼링(Output Buffering) 방식은 스위칭 입력과 출력링크 속도에 비해 N(스위치의 입력단과 출력단의 수)배 빠른 속도로 동작하여 단위 시간 동안에 한 출력단으로 최대 N개의 패킷을 전송할 수 있다. 따라서, 패킷의 버퍼링은 출력단에서만 일어나며, 처리율 및 패킷 지연 시간 측면에서 이상적인 성능을 보인다. 그러나, 출력 버퍼링 방식은 개별 출력 버퍼는 N+1 배속 동작이 필요하여 구현의 비용이 크며, 대규모 스위치 구현이 어렵다는 문제점이 있다.The output buffering method operates at a speed that is N times the number of the input and output terminals of the switch compared to the switching input and output link speeds, so that up to N packets can be transmitted to one output terminal during a unit time. Thus, buffering of packets occurs only at the output and shows ideal performance in terms of throughput and packet latency. However, in the output buffering scheme, the individual output buffers require N + 1 double speed operation, resulting in high implementation cost and difficulty in implementing large switches.

한편, 공유 버퍼링(Shared Buffering) 방식은 입출력링크의 2N배의 대역폭을 갖는 공유 버퍼를 사용함으로써 매 단위 시간당 N번의 쓰기와 N번의 읽기가 가능해출력 버퍼링과 마찬가지로 최적의 처리율 및 패킷 지연시간 특성을 보인다. 또한, N개의 입력단과 N개의 출력단이 하나의 버퍼를 공유하므로 동일량의 버퍼로 최소의 패킷 손실율을 얻을 수 있다. 그러나, 2N배속 버퍼의 구현이 어려운 관계로 고속 대규모 스위치에 적용하는데에는 한계가 있으며, 현재 이용 가능한 0.2 um급 CMOS 반도체 기술을 사용할 시 최대 약 40 Gigabit/sec의 최대 처리율을 갖는 스위치를 제작할 수 있다.On the other hand, the shared buffering method uses a shared buffer that has 2N times the bandwidth of the I / O link, so that N writes and N reads per unit time are possible, which shows optimal throughput and packet delay characteristics as well as output buffering. . In addition, since N inputs and N outputs share a buffer, a minimum packet loss rate can be obtained with the same amount of buffers. However, since it is difficult to implement a 2N double-speed buffer, there is a limit to applying it to a high-speed large-scale switch, and a switch having a maximum throughput of about 40 Gigabit / sec can be manufactured using the currently available 0.2 um CMOS semiconductor technology. .

입력 버퍼링(Input Buffering) 방식에서는 입력 버퍼와 스위칭 패브릭이 링크 속도로 동작한다. 따라서, 한 입력단에서는 하나의 패킷만 출력단으로 전송될 수 있고, 전송 블럭킹된 패킷들은 입력 버퍼에서 저장된다. 또한, 입력 버퍼링은 패킷 저장을 위해 필요되는 버퍼 메모리 대역폭이 패킷 입력 속도의 2배로 버퍼링 방식중 최소이다.In input buffering, the input buffer and the switching fabric operate at link speed. Therefore, only one packet can be transmitted to the output at one input, and the transport blocked packets are stored in the input buffer. In addition, input buffering is the least of the buffering schemes where the buffer memory bandwidth required for packet storage is twice the packet input rate.

그러나, 입력 버퍼링 방식은 상기한 바와 같은 장점을 가지고 있음에도 불구하고, 특정한 입력 버퍼에 저장된 선두 패킷의 목적지 출력단이 다른 입력단의 선두 패킷에 의해 선점되어 있어 블럭킹되어 있으면, 선두 이후 패킷들의 목적지 출력단이 유휴 상태인 경우에도 이들 패킷의 전송이 불가능해지는 HOL(Head-of-Line) 블럭킹으로 최대 처리율(Maximum throughput)이 58.6%로 제한된다.However, although the input buffering method has the advantages as described above, if the destination output terminal of the first packet stored in a specific input buffer is preempted by the first packet of another input terminal, the destination output terminal of the first and subsequent packets is idle. Even in the state, the maximum throughput is limited to 58.6% due to HOL (Head-of-Line) blocking, which prevents transmission of these packets.

이는 입력단에 하나의 선입선출(FIFO : First In First Out) 큐를 두고 NxN 스위칭 패브릭을 사용하는 경우 발생하므로 이 조건을 완화시킴으로써 입력 버퍼링 스위치의 최대 처리율을 향상시키려는 연구들이 광범위하게 수행되었다. 이들 중 최근에 널리 사용되고 있는 기법은 스위칭 패브릭의 능력이 최대한 이용될 수 있도록, 개별 입력단 버퍼에 출력단별 큐잉(Virtual output queueing or N FIFO queueing)을 행한 후, 출력단으로 전송할 패킷을 선택할 때 출력단 충돌없이 전송될 수 있는 가능한 최대수의 패킷을 선택하는 방법이다. 즉, NxN 스위치에서 개별 입력단마다 N개의 출력단별 큐가 있어 입력되는 패킷들이 자기 자신의 출력단별 큐로 저장된다. 스위치 전체에는 N2개의 큐가 있으며, 스위치의 입출력 중재 중재기는 이들 N2입력큐에 존재할 수 있는 패킷들을 N개의 출력단으로 공평하며 효율적으로 배정하는 절차를 수행한다.This occurs when an NxN switching fabric is used with a single first in first out (FIFO) queue at the input, so extensive research has been conducted to improve the maximum throughput of the input buffering switch by mitigating this condition. Among these, a widely used technique is to perform virtual output queueing or N FIFO queuing on individual input buffers to make the best use of the switching fabric's capabilities, and then to avoid output collisions when selecting packets to be sent to the output. It is a method of selecting the maximum possible number of packets that can be transmitted. That is, in the NxN switch, there are N output queues for each input, and the input packets are stored in their own output queue. There are N 2 queues throughout the switch, and the I / O arbitration arbiter of the switch performs a procedure for efficiently and efficiently allocating packets that may exist in these N 2 input queues to N outputs.

이들 중재 중재기의 동작 알고리즘들 중 널리 알려진 것은PIM(T. Anderson, S. Owicki, J. Saxe, and C. Thacker. "High Speed Switch Scheduling for Local Area Networks," ACM Transactions on Computer Systems 11, 4, November 1993.),RRM,iSLIP(Nick McKeown, "iSLIP: A Scheduling Algorithm for Input-Queued Switches," IEEE Transactions on Networking, April 1999.),2DRR(R. O. LaMaire et al, "Two-dimensioanl round-robin schedulers for packet switches with multiple input queues." IEEE/ACM Trans. Networking., Vol. 2., No. 5., Oct. 1994), WFA(C. Partridge, et al., "A 50-Gb/s IP router," IEEE/ACM Trans. Networking, vol. 6, pp. 237-248, June 1998),MUCS(H. Duan, A High-performance OC-12/OC-48 Queue Design Prototype for Input-buffered ATM Switches, IEEE Infocom '97, Kobe, Japan, pp 20-28, April 7-11, 1997),RRGS(A. Smiljanic, "RRGS-Round-Robin Greedy Scheduling for Electronic/Optical Terabit Switches,"IEEE GLOBECOM'99, pp 1244~1250,1999), 및CORP(Cavendish, D., "High Performance Switching and routing," ATM 2000, Proceedings of the IEEE Conference on High Performance Switching and routing, Page(s): 55 -64, 2000)들이 있다.Among the algorithms of operation of these arbitration arbitrators are well known PIM (T. Anderson, S. Owicki, J. Saxe, and C. Thacker. "High Speed Switch Scheduling for Local Area Networks," ACM Transactions on Computer Systems 11, 4 , November 1993.), RRM, iSLIP (Nick McKeown, "iSLIP: A Scheduling Algorithm for Input-Queued Switches," IEEE Transactions on Networking, April 1999.), 2DRR (RO LaMaire et al, "Two-dimensioanl round-robin schedulers for packet switches with multiple input queues. "IEEE / ACM Trans. Networking., Vol. 2., No. 5., Oct. 1994), WFA (C. Partridge, et al.," A 50-Gb / s IP router, "IEEE / ACM Trans. Networking, vol. 6, pp. 237-248, June 1998), MUCS (H. Duan, A High-performance OC-12 / OC-48 Queue Design Prototype for Input-buffered ATM Switches, IEEE Infocom '97, Kobe, Japan, pp 20-28, April 7-11, 1997), RRGS (A. Smiljanic, "RRGS-Round-Robin Greedy Scheduling for Electronic / Optical Terabit Switches," IEEE GLOBECOM'99 , pp 1244-1250,1999), and CORP (Cavendish, D., "High Performan ce Switching and routing, "ATM 2000, Proceedings of the IEEE Conference on High Performance Switching and routing, Page (s): 55-64, 2000).

이들 중재 제어 알고리즘을 사용하는 스위치는 입력단 패킷이 목적지별로 저장 및 관리되므로 HOL 블럭킹 현상이 제거되어 높은 처리율을 얻을 수 있다. 이들중 iSLIP의 개발자인 Mckeown(Nick McKeown, et-al, "Achieving 100% Throughput in an Input-Queued Switch," IEEE Transactions on Communications, Vol. 47, No. 8, August 1999, pp. 1260-1267)은 입력 트래픽이 균일한 경우 Maximum Size Matching 알고리즘의 경우 100%의 처리율을 얻을 수 있고 Maximum Weight Matching 알고리즘은 불균일(non-uniform) 트래픽 환경에서도 100% 처리율을 얻을 수 있는 것을 증명하였다.In the switch using these arbitration control algorithms, since the input packet is stored and managed for each destination, HOL blocking is eliminated and high throughput can be obtained. Among them, Mckeown, developer of iSLIP (Nick McKeown, et-al, "Achieving 100% Throughput in an Input-Queued Switch," IEEE Transactions on Communications, Vol. 47, No. 8, August 1999, pp. 1260-1267) We proved that the maximum size matching algorithm can achieve 100% throughput when the input traffic is uniform and the maximum weight matching algorithm can achieve 100% throughput even in non-uniform traffic environment.

그러나, 이들 입력 버퍼 방식의 VOQ 스위치는 N2개의 큐가 필요한 점, 높은 입력 부하 시 스위칭 지연 특성이 N에 비례하여 증가하는 점, 높은 처리율의 경합제어를 위해서는 다수의 반복 경합 제어가 필요하여 경합 제어 장치가 고속으로 동작하여야 하는 점, 현재 이용 가능한 0.2 um급 CMOS 반도체 기술을 사용하는 경우 스위칭 동작이 수행되는 공간 스위치의 현실적인 구현 가능 최대 속도가 약 80 Gigabit/sec에 불과하여 공유 버퍼 방식의 구현 가능 최대 속도인 40 Gigabit/sec에 비교하여 그다지 높지 않은 점, 스위칭 지연 특성이 스위치 입출력단 개수인 N에 비례하여 증가함으로 입출력단 수를 크게 할 수 없는 관계로 적은 수의 입출력단을 가지며 개별 입출력단 링크가 고속으로 동작하는 구조에 적합하여 one hop switching을 지향하는 차세대 스위치로는 부적절한 구조인 점, 그리고 고속으로 동작하는 공간 스위치상의 신호 경로가 서로 다른 관계로 출력단에서의 패킷 동기가 곤란하여 실제적으로는 공간 스위치의 출력단에 패킷 버퍼가 필요한 문제점들을 갖는다.However, these input buffer type VOQ switches require N 2 cues, the switching delay characteristic increases with N in proportion to N at high input loads, and a large number of repetitive contention controls are required for high throughput contention control. Control device needs to operate at high speed, and it is possible to realistically implement the space switch in which switching operation is performed when using the currently available 0.2um CMOS semiconductor technology.The maximum speed is only about 80 Gigabit / sec. Compared to 40 Gigabit / sec, which is the maximum possible speed, the switching delay characteristic is increased in proportion to the number of switch input / output terminals, N, so the number of input / output terminals cannot be increased. It is not suitable for the next-generation switch that is aimed at one hop switching because it is suitable for the structure that high speed link operates. The structure of that, and the signal path in space switches that operate at a high speed with each other at the output terminal of the packet synchronization is difficult in relation to the other in practice, it has the problems that require the packet buffer to the output of the space switch.

이에 따라, 정합단 갯수인 N이 수천에서 수 만에 이르며, 정보 처리 용량이 수 Terabit/sec ~ 수십 Terabit/sec에 이르는 차 세대 스위치를 위하여 새로운 방법들이 모색되고 있다. 이러한 대형 스위치에 대한 연구 결과들은 일반적으로 입출력단에 패킷 버퍼들을 가지고 있는 경우가 대부분이다. 이는 물리적 한계를 극복하기 위하여, 이들 대용량 스위치 구조는 대부분이 작은 스위칭 능력을 가진 단위 스위치들을 여러 개 연결하여 구성되며, 이에 따라 스위치 내부 블록킹(Internal blocking)이 발생하므로 이를 중재 혹은 버퍼링하기 위하여 필연적으로 입출력 버퍼들이 필요하다.Accordingly, new methods are being sought for next-generation switches in which the number of matching stages is N to thousands to tens of thousands, and information processing capacity is several Terabit / sec to several tens of Terabit / sec. The results of research on such a large switch generally have packet buffers at the input / output stage. In order to overcome the physical limitations, these large-capacity switch structures are composed of several unit switches, most of which have a small switching capability, and thus internal blocking occurs in the switch, thus inevitably requiring arbitration or buffering. I / O buffers are needed.

개발된 대용량 스위치들은 StarLite, MoonLite, SunLite로 대표되는 Bell Lab에서 개발한 1세대 구조들로 이들은 Batcher-Banyan 스위치 네트워크의 알고리즘에 따라 동작한다. 이들 구조는 거대한 interconnection network이 필요한 점, 패킷 손실율이 입력 트래픽 패턴에 연계되어 QoS 보장이 어려운 점 등의 단점으로 상품화되지는 못하였다.The developed large-capacity switches are first-generation structures developed by Bell Labs, which are represented by StarLite, MoonLite, and SunLite. They operate according to the algorithm of the Batcher-Banyan switch network. These structures were not commercialized due to the necessity of huge interconnection networks and the difficulty of guaranteeing QoS due to the packet loss rate being linked to the input traffic patterns.

상기한 1세대 구조를 이어 개발된 2세대 계열 대용량 스위치 구조로는,Tandem Banyan, ReRouting Banyan, Knockout switch, Growable switch, MSM switch들이 대표적이다. 이들 구조는 확률적인 내부 블록킹(Internal blocking) 중재 제어를 특징으로 한다. 이들 스위치 구조는 1 세대 구조에 비해서는 감소되었지만, 여전히 큰 interconnection network이 필요한 점, 확률적 중재 제어에 따른 QoS 보장이 곤란한 점 등의 1세대 구조의 단점들을 완전히 극복하지는 못하였다.As the second generation series large capacity switch structure developed following the first generation structure, Tandem Banyan, ReRouting Banyan, Knockout switch, Growable switch, and MSM switches are representative. These structures feature stochastic internal blocking arbitration control. Although these switch structures are reduced compared to the first generation structures, they still do not completely overcome the disadvantages of the first generation structures such as the need for a large interconnection network and difficulty in guaranteeing QoS due to stochastic arbitration control.

또 다른 2 세대 방식으로는 CLOS 혹은 BENES 망 구조의 buffered Banyan 구조의 스위치들로 내부 블록킹(Internal blocking)을 Banyan 망내의 패킷 버퍼를 이용하여 중재하는 방식으로, 단순한 구조로 구현이 상대적으로 용이하여 상업용 교환기용 구조로 널리 사용되었다. HAN-BISDN에서 개발한 ACE계열 스위치, Alcatel의 ATM 스위치들은 buffered banyan 계열 스위치이다.Another second generation method is to switch the buffered Banyan structure of CLOS or BENES network to mediate the internal blocking using the packet buffer in the Banyan network. Widely used as a structure for exchangers. Alcatel's ATM switches, developed by HAN-BISDN, are buffered banyan switches.

최근 대용량 입출력 버퍼 구조에서 스위치 내부 블록킹(Internal blocking)을 확정적(deterministic)으로 중재 제어하는 방법들이 개발되고 있다. 이들중 Obara의 시간예약기법(H. Obara, et al., "Input and output queueing ATM switch architecture with spatial and temporal slot reservation control," Electronics Letters, Vol. 28, No. 1, Jan. 1992)은 각 입력버퍼모듈(input buffer module)에서 중재 중재기로 전송요청(request)을 보내면 중재 중재기에서 각 전송요청(request)에 대한 전송허가시간을 설정해서 입력버퍼모듈로 보내는 구조이다. 여기서, 입출력 포트를 몇 개씩 그룹핑해서 입력포트별 큐의 개수를 줄여서 경합 제어에서 사용되는 전송요청(request)의 개수를 줄였다. 또한, 입력포트 그룹핑에 따른 통계적 다중화 이득(Statistical multiplexing gain)으로 전체적인 스위치의 성능은 향상된다.Recently, methods for arbitration-deterministically controlling internal blocking in a large input / output buffer structure have been developed. Of these, Obara's time scheduling technique (H. Obara, et al., "Input and output queueing ATM switch architecture with spatial and temporal slot reservation control," Electronics Letters, Vol. 28, No. 1, Jan. 1992) When a request is sent from the input buffer module to the arbitration arbiter, the arbitration arbiter sets a transmission permission time for each request and sends it to the input buffer module. Here, the number of I / O ports is grouped several times to reduce the number of queues for each input port, thereby reducing the number of transmission requests used in contention control. In addition, the statistical multiplexing gain according to the input port grouping improves the overall switch performance.

그런데, 상기 논문은 경합 제어시 시간정보를 사용한다. 따라서, 대용량 스위치의 경우 시간정보의 전송량이 증가하여 고속 동작이 어렵다. 또한, 스위치 패브릭으로 1개의 크로스바 만을 사용하여 입출력포트의 개수가 증가하면 크로스바의 입출력링크의 개수가 증가하므로 대규모 스위치 구현을 어렵게 한다.However, the paper uses time information in contention control. Therefore, in the case of a large-capacity switch, the amount of time information is increased and high speed operation is difficult. In addition, when only one crossbar is used as the switch fabric and the number of input / output ports increases, the number of crossbar input / output links increases, making it difficult to implement a large-scale switch.

상기한 구조에 비하여 ATLANTA(Fabio M. Chiussi, et-al. "The ATLANTA Architecture and Chipset: A Low-Cost Scalable Solution for ATM Networking," ISS'97, p43-52, 1997)( us5689500, us5689505, us5689506) 스위치는 공지된 CLOS 스위치 패브릭 구조를 갖는다. 공지된 사실로 CLOS 스위치 패브릭은 회선 교환 트래픽에 대하여 특정 조건에서 논 블록킹(non-blocking)이다. 또한, 패킷 교환 트래픽에 대해서는 패킷 단위 경로 제어를 실시할 경우 논 블록킹이 될 수 있다. CLOS 혹은 BENES 스위치 패브릭에 대하여 상기에 언급한 논 블록킹 특성은 최소의 크로스바 투입 자원내에서 얻을 수 있다는 점에서 관심되어 지는 특성이며, 널리 공지된 사실이다(Joseph Y. Hui, "Switching and traffic theory for integrated broadband networks," Kluwer Academic Publishers, 1990). 이에 따라, ATLANTA 스위치 구조는 Obara의 구조에 비교하여 확장성 측면에서 우수하다.FALAN M. Chiussi, et-al. "The ATLANTA Architecture and Chipset: A Low-Cost Scalable Solution for ATM Networking," ISS'97, p43-52, 1997) (us5689500, us5689505, us5689506). The switch has a known CLOS switch fabric structure. In fact, the CLOS switch fabric is non-blocking under certain conditions for circuit switched traffic. In addition, packet-blocking traffic may be non-blocking when packet path control is performed. The non-blocking properties mentioned above for CLOS or BENES switch fabrics are of interest and are well known in that they can be obtained within minimal crossbar input resources (Joseph Y. Hui, "Switching and traffic theory for integrated broadband networks, "Kluwer Academic Publishers, 1990). Accordingly, the ATLANTA switch structure is superior in scalability compared to the Obara structure.

ATLANTA 스위치의 내부 블록킹(Internal blocking) 중재 제어 방식은 크로스바 출력단에 대한 출력 경합에서 일차 실패한 패킷이 다음 경합 기회에 재참여 한다는 측면에서 SLIP과 유사하다. 개별 입력버퍼 모듈은 출력단 및 서비스 등급별 큐잉을 하는 패킷 버퍼들이 있으며, 이들 버퍼에 저장되어 있는 패킷들에 대하여입력버퍼 모듈내에 있는 2단의 라운드 로빈(Round Robin) 중재기는 매 패킷 슬롯마다 입력버퍼 모듈과 크로스바을 연결하는 링크 수에 해당하는 패킷들을 선정한다. 선정된 패킷의 최종 출력단 및 서비스 등급에 대한 정보는 해당 링크를 통하여 크로스바내에 있는 중재기로 전송되며, 크로스바내에 중재기는 크로스바 출력별로 한 개의 패킷을 선정하여 선정된 링크에 붙어있는 입력버퍼모듈로 전송 허가 신호를 보낸다. 이때, 크로스바내의 중재기에 의하여 크로스바 출력단 경합에 기인하여 전송이 허가되지 않은 패킷은 다음번 경합 중재에 다시 참여하게 된다. 즉, SLIP과 유사한 라운드 로빈(Round Robin) 포인터(pointer) 이동 방식이 사용된다.The internal blocking arbitration control scheme of the ATLANTA switch is similar to SLIP in that the first failed packet in the contention for the crossbar output is re-engaged in the next contention opportunity. Each input buffer module has packet buffers for queuing by output and class of service. For the packets stored in these buffers, the second round robin arbiter in the input buffer module has an input buffer module for each packet slot. Packets corresponding to the number of links connecting the crossbar and the crossbar are selected. Information on the final output end of the selected packet and the class of service is transmitted to the arbiter in the crossbar through the link, and the arbiter in the crossbar selects one packet for each crossbar output and sends it to the input buffer module attached to the selected link. Send a signal At this time, the packet that is not allowed to transmit due to the crossbar output end contention by the arbiter in the crossbar will rejoin the next contention arbitration. That is, a round robin pointer movement method similar to SLIP is used.

그러나, ATLANTA 스위치의 내부 블록킹(Internal blocking) 중재 제어 방식은 위에서 언급한 것 보다 상세하게 발표되어 있지는 않으며, 위에 기술된 참고 문헌에 따르면 최소한 8/6 배로 내부 링크들을 확장할 경우 논 블록킹 특징을 유지할 수 있다고 발표하고 있다. 이에 따라, ATLANTA 스위치의 내부 블록킹(Internal blocking) 중재 제어 방식의 포화 처리율(Saturation Throughput)은 약 75%에 달하리라 예측한다.However, the internal blocking arbitration control scheme of the ATLANTA switch is not disclosed in more detail than mentioned above, and according to the above-mentioned reference, the non-blocking feature is maintained when the internal links are extended by at least 8/6 times. It is announced. Accordingly, the saturation throughput of the internal blocking arbitration control scheme of the ATLANTA switch is expected to reach about 75%.

CLOS형 입출력버퍼 스위치 구조를 위한 또 다른 중재 제어 알고리즘으로 2DRRMS(M. S. Han et al, "Fast scheduling algorithm for input and output buffered ATM switch with multiple switching planes," Electronics Letters, Vol. 35, No. 23, pp. 1999-2000, Nov. 1999)가 있다.As another arbitration control algorithm for CLOS type I / O buffer switch architecture, MS Han et al, "Fast scheduling algorithm for input and output buffered ATM switch with multiple switching planes," Electronics Letters, Vol. 35, No. 23, pp 1999-2000, Nov. 1999).

2DRRMS는 2DRR과 같이 전송요청행렬과 검색형태행렬(search pattern matrix)를 사용하여 전송요청행렬을 검색형태행렬에 정의된 순서대로 전송요청행렬을 검색하여 전송할 전송요청을 결정한다. 이때, 2DRRMS방법은 HOL 패킷에 대해서만 경합 중재 제어를 실시하여, 전송 허가 여부 및 사용하여야 할 크로스바 정보를 입력버퍼모듈에 전송한다. 이에 따라, 다수의 크로스바들이 사용되나, 이들은 스위치 처리율 향상을 위하여 사용되며, 처리 용량 확장에는 직접적으로 사용되지 않는다.Like 2DRR, 2DRRMS uses a transmission request matrix and a search pattern matrix to search the transmission request matrix in the order defined in the search form matrix to determine a transmission request. At this time, the 2DRRMS method performs contention arbitration control only for the HOL packet, and transmits the transmission permission and the crossbar information to be used to the input buffer module. As such, many crossbars are used, but they are used to improve switch throughput and are not used directly for processing capacity expansion.

따라서, 차세대 패킷망에서 한번의 스위칭으로 정보 교환(one hop switching)을 가능하게 할 수 있는 방안이 필수적으로 요구된다.Therefore, there is a need for a method capable of enabling one hop switching in a single switching in a next generation packet network.

본 발명은, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 차세대 패킷망에서 한 번의 스위칭으로 정보 교환(one hop switching)을 가능하도록 하기 위한 간결한 중재용 교신 정보를 갖는 분배결합 패킷 스위칭 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems, and provides a distributed combined packet switching apparatus having concise arbitration communication information for enabling one hop switching in a next-generation packet network. Its purpose is to.

도 1 은 본 발명에 따른 분배결합 패킷 스위칭 장치(분배결합 패킷 스위치)의 일실시예 구성도.1 is a block diagram of an embodiment of a distributed combining packet switching device (distributed combined packet switch) according to the present invention.

도 2 는 본 발명에 따른 상기 도 1의 분배결합 패킷 스위치용 내부 블록킹 중재기의 일실시예 구성도.2 is a block diagram of an embodiment of an internal blocking arbiter for the distributed combining packet switch of FIG. 1 according to the present invention;

도 3 은 본 발명에 따른 상기 도 2의 내부 블록킹 중재기용 분배 중재기의 일실시예 상세 구성도.3 is a detailed block diagram of an embodiment of a distribution arbiter for the internal blocking arbiter of FIG. 2 according to the present invention;

도 4 는 본 발명에 따른 상기 도 3의 분배 중재기 구성요소 및 동작 방법에 대한 일실시 예시도.4 illustrates one embodiment of the distribution arbiter component and method of operation of FIG. 3 in accordance with the present invention.

도 5 는 본 발명에 따른 상기 도 2의 내부 블록킹 중재기용 결합 중재기의 일실시예 상세 구성도.FIG. 5 is a detailed block diagram of an embodiment of a combined arbitrator for the internal blocking arbitrator of FIG. 2 according to the present invention; FIG.

도 6 은 본 발명에 따른 상기 도 5의 결합 중재기 구성요소 및 동작 방법에 대한 일실시 예시도.FIG. 6 illustrates one embodiment of the combined arbitrator component and method of operation of FIG. 5 in accordance with the present invention. FIG.

도 7 은 본 발명에 따른 분배결합 패킷 스위치의 스위칭 성능을 나타낸 일실시예 설명도.7 is a diagram illustrating an exemplary embodiment of switching performance of a distributed combining packet switch according to the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

1100 : 분배단 1200 : 스위칭단1100: distribution stage 1200: switching stage

1300 : 결합단 1510,1610 : 연결링크1300: coupling end 1510,1610: connection link

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 차세대 패킷망에서의 분배결합 패킷 스위칭 장치에 있어서, i(단, i는 임의의 자연수임)개의 m1ix n1단위 스위치 모듈들로 구성된 분배수단; j(단, j는 임의의 자연수임)개의 m2x n2단위 스위치 모듈들로 구성된 스위칭수단; l(단, l은 임의의 자연수임)개의 m3x n3l단위 스위치 모듈들로 구성된 결합수단; 및 상기 분배수단과 상기 스위칭수단, 상기 스위칭수단과상기 결합수단을 연결하는 연결수단을 포함하되, 상기 i개의 m1ix n1단위 스위치 모듈 내부에는 상기 결합수단에 있는 l개의 m3x n3l단위 스위치 모듈들의 개수와 동일한 l개의 큐(queue)들을 구비하여, 내부 링크 사용에 큐별로 지정되는 사이클릭한 공간 및 시간 우선 순위에 따라 분배결합 중재되어 스위칭되며, 다양한 속도의 가입자 단말 혹은 망 정합 장치들을 직접 수용할 수 있어, 한 번의 스위칭으로 정보 교환(one hop switching)이 가능하도록 한 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a distributed combining packet switching device in a next generation packet network, comprising: distribution means including i (where i is any natural number) m 1i xn 1 unit switch modules; Switching means consisting of j (where j is any natural number) m 2 x n 2 unit switch modules; coupling means consisting of l 3 x n 3l unit switch modules (where l is any natural number); And l of m 3 xn 3l unit switches on the distribution means and the switching means, comprising: a connection means for connecting said engagement means and said switching means, the i of m 1i xn 1 unit switch module inside the coupling means With the same number of queues as the number of modules, distribution-coupling-mediated switching is performed according to the cyclical space and time priority assigned to each queue for use of the inner link, and the subscriber station or network matching devices of various speeds are switched. It can be accommodated directly, so that one hop switching is possible with one switching.

본 발명은 수 Terabit/sec ~ 수십 Terabit/sec의 시스템 정보 처리 용량을 갖는 대형 패킷 스위치에 관한 것으로서, 수천 ~ 수십만에 이를 최종 가입자를 수용할 수 있는 대형 패킷 스위치에 적합한 스위칭 알고리즘 및 구조를 제시한다.The present invention relates to a large packet switch having a system information processing capacity of several Terabit / sec to several tens of Terabit / sec, and proposes a switching algorithm and structure suitable for a large packet switch capable of accommodating end subscribers in thousands to hundreds of thousands. .

또한, 본 발명에서는 수천 ~ 수십만 회선에 이르는 최종 가입자 정합 장치와 수 Gigabit/sec ~ 수십 Gigabit/sec의 망 정합 장치를 동시에 수용할 수 있어, 차 세대 패킷 통신망용 정보 교환(One hop switching)이 가능한 대형 패킷 스위치용 스위칭 알고리즘 및 구조를 제시한다.In addition, in the present invention, it is possible to simultaneously accommodate end subscriber matching devices ranging from tens of thousands to hundreds of thousands of lines and network matching devices ranging from several Gigabit / sec to several tens of Gigabit / sec, thereby enabling one hop switching for next-generation packet communication networks. We present a switching algorithm and architecture for a large packet switch.

또한, 본 발명은 내부 링크 확장이나 스피드업없이 100% 처리율을 가지고 있는 대형 패킷 스위치용 스위칭 알고리즘 및 구조를 제시한다.In addition, the present invention proposes a switching algorithm and structure for a large packet switch having 100% throughput without internal link expansion or speedup.

또한, 본 발명은 스위칭 모듈 단위 확장성(Scalability)과 모듈성(Modularity)을 가지므로 가입자 증가에 따른 스위치 용량 증대에 용이하게 대처할 수 있는 대형 패킷 스위치용 스위칭 알고리즘 및 구조를 제시한다.In addition, the present invention proposes a switching algorithm and a structure for a large packet switch that can easily cope with the increase in the switch capacity according to the increase of subscribers because of the scalability and modularity of the switching module.

본 발명은 차세대 패킷망에서 한 번의 스위칭으로 정보 교환(One hopswitching)을 가능하게 하는 대규모 교환 장치(분배결합 패킷 스위칭 장치)로서, 대규모 패킷 교환 장치는 현재의 전화 가입자가 인터넷 xDSL 가입자 혹은 IMT-2000 무선 가입자로 되는 망 진화 현실을 감안하여, 현존하는 PSTN 전화국사내에 물리적으로 수용 가능하여야 한다. 또한, one hop switching를 위해서는 단말 가입자 정합 장치(UNI)와 망 접속용 정합 장치(NNI)가 한 개의 교환기에 직접 접속될 수 있어야 한다. 보편적적으로, PSTN 전화국사에서 수용하고 있는 가입자는 약 5만에서 20만 회선에 이르고 있는 점과, xDSL 및 IMT-2000이 제공하는 서비스 정보 속도가 2 Mbps ~ 20 Mbps에 이르는 점을 감안하면, 본 발명으로 구현될 수 있는 대규모 패킷 교환 장치는 수 Terabit(1012bit/sec) ~ 수십 Terabit의 스위칭 용량과 약 수 만 회선의 단말 가입자 정합 능력과 수십 Gigabit(109bit/sec)용량의 망 접속용 회선 수 백개을 수용할 수 있는 능력을 가지고 있어야 된다.The present invention provides a large-scale switching device (distributed combined packet switching device) that enables one hopswitching in a next-generation packet network. The large-capacity packet switching device includes a current telephone subscriber or an Internet xDSL subscriber or an IMT-2000 radio. Given the reality of network evolution as a subscriber, it must be physically acceptable within the existing PSTN telephone company. In addition, for one hop switching, a terminal subscriber matching device (UNI) and a network access matching device (NNI) must be directly connected to one switch. In general, considering that the number of subscribers accommodated by PSTN telephone companies ranges from about 50,000 to 200,000 lines, and that the service information rates provided by xDSL and IMT-2000 range from 2 Mbps to 20 Mbps, A large packet switching apparatus that can be implemented by the present invention includes a switching capacity of several Terabits (10 12 bit / sec) to several tens of Terabits, terminal subscriber matching capability of several tens of thousands of lines, and a network of tens of Gigabits (10 9 bit / sec) capacity. It must have the capacity to accommodate hundreds of connections.

이를 해결하기 위해, 본 발명의 내부 구조는 전통적인 CLOS 스위치 패브릭 구조를 가지며, 분배단, 스위칭단, 결합단, 분배중재기, 결합중재기, 그리고 이들을 연결하는 연결링크들로 구성된다.To solve this problem, the internal structure of the present invention has a traditional CLOS switch fabric structure, and is composed of distribution stages, switching stages, coupling stages, distribution mediators, coupling mediators, and connection links connecting them.

특히, 본 발명은 내부 블록킹 중재 동작시 링크당 분배 스위치내의 큐 넘버에 해당하는 log(l) 비트, 중재허용 여부를 나타내는 1 비트, 그리고 중재 사이클 동기용 식별 신호만을 교신하므로 효율적으로 내부링크 자원을 사용할 수 있어, 대용량 스위치 구현 구조로 매우 적당하다.In particular, the present invention efficiently communicates the internal link resources because only the log (l) bit corresponding to the queue number in the per-link distribution switch, the 1 bit indicating whether arbitration is allowed, and the identification signal for arbitration cycle synchronization are communicated during the internal blocking arbitration operation. Because it can be used, it is very suitable to implement a large capacity switch.

본 발명의 분배결합 패킷 스위칭 장치의 처리 지연 시간은 이상적인 출력버퍼 스위치의 처리 지연 시간을 Do, 내부다중링크 연결수를 k1이라 하면 (k1+1)Do/k1값을 가지며, k1가 1보다 충분히 큰 경우 이상적인 출력 버퍼 특성에 근접하며, k1가 1인 경제적인 구조에서도 출력버퍼 스위치 성능의 2배에 불과한 우수한 성능을 가지고 있다. 스위치 포화 처리율은 100%이다. 즉, 엄밀하게 논 블록킹(non-blocking)이다. 또한, 기존의 0.2 um CMOS 반도체 기술을 사용하여 15 Terabit/sec 처리용량의 분배결합 패킷 스위치 구현이 가능하다.The processing delay time of the distributed combining packet switching apparatus of the present invention has a value of (k 1 +1) Do / k 1 when Do is an ideal output buffer switch processing delay time and the number of internal multilink connections is k 1 , and k 1 If is greater than 1, it is close to the ideal output buffer characteristics, and the economic structure of k 1 is 1, which is only twice the performance of the output buffer switch. The switch saturation throughput is 100%. In other words, it is strictly non-blocking. In addition, it is possible to implement a distributed-combined packet switch with 15 Terabit / sec throughput using the existing 0.2um CMOS semiconductor technology.

결론적으로, 본 발명은 상기한 차세대 교환기에 대한 요구 사항들을 만족할 수 있어, 차세대 패킷망에서 한 번의 스위칭으로 정보 교환(one hop switching)을 가능하게 한다.In conclusion, the present invention can satisfy the requirements for the next-generation switch, thereby enabling one-hop switching in a next-switch packet network.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 은 본 발명에 따른 분배결합 패킷 스위칭 장치(분배결합 패킷 스위치)의 일실시예 구성도이다.1 is a block diagram of an embodiment of a distributed combining packet switching device (distributed combined packet switch) according to the present invention.

도 1을 참조하여 본 발명에 따른 분배결합 패킷 스위칭 장치(1000)를 살펴보면, 내부 구조는 전통적인 CLOS 스위치 패브릭 구조이며, i(단, i는 임의의 자연수임)개의 m1ix n1단위 스위치 모듈(1110~1130)로 구성된 분배단(1100)과, j(단, j는 임의의 자연수임)개의 m2x n2단위 스위치 모듈(1210~1230)로 구성된스위칭단(1200)과, l(단, l은 임의의 자연수임)개의 m3x n3l단위 스위치 모듈(1310~1330)로 구성된 결합단(1300)과, 분배단(1100)과 스위칭단(1200), 스위칭단(1200)과 결합단(1300)을 연결하는 연결링크(1510,1610)로 구성된 내부 연결망으로 구성되되, i개의 m1ix n1단위 스위치 모듈(1110~1130) 내부에는 결합단(1300)에 있는 l개의 m3x n3l단위 스위치 모듈(1310~1330)의 개수와 동일한 l개의 큐(queue)가 구비하여, 내부 링크 사용에 큐별로 지정되는 공간 우선 순위에 따라 다양한 속도의 가입자 단말 혹은 망 정합 장치들을 직접 수용할 수 있어, 한 번의 스위칭으로 정보 교환(one hop switching)이 가능하다.Referring to FIG. 1, the distributed combination packet switching device 1000 according to the present invention has an internal structure of a conventional CLOS switch fabric structure, i (where i is an arbitrary natural number) m 1i xn 1 unit switch modules ( Distribution stage 1100 consisting of 1110 ~ 1130, j (where j is any natural number) switching stage 1200 consisting of m 2 x n 2 unit switch module 1210 ~ 1230, and l ( l is an arbitrary natural number) coupling stage 1300 composed of m 3 x n 3l unit switch modules 1310 to 1330, distribution stage 1100, switching stage 1200, switching stage 1200 and coupling stage ( doedoe configured as an internal network consisting of a connecting link (1510,1610) for connecting 1300), i of m 1i xn 1 unit switch modules (1110-1130) inside the l of 3 m xn 3l unit in the mounting platform 1300 There are l queues equal to the number of switch modules 1310 to 1330, and vary in speed depending on the space priority assigned to each queue for use of the internal link. It is possible to directly accommodate the subscriber terminal or the network matching device, which it is possible to exchange information (one hop switching) with one switch.

분배단(1100)과 스위칭단(1200)를 연결하는 내부 연결망(interconnection network)은 다중링크연결요소 k1를 정의하여 도입하면 (k1x j = n1) 및 (k1x i = m2)의 관계식를 갖는 다중연결링크(1510)에 의하여 (n1, m2) 완전 셔플(Full shuffle) 형태로 결합된다.An internal connection network connecting the distribution stage 1100 and the switching stage 1200 is defined by introducing a multi-link connection element k 1, and thus (k 1 xj = n 1 ) and (k 1 xi = m 2 ). It is coupled in the form of (n 1 , m 2 ) full shuffle by the multiple connection link 1510 having a relationship.

동일하게, 스위칭단(1200)과 결합단(1300)을 연결하는 내부연결망(interconnection network)은 다중링크연결요소 k2를 정의하여 도입하면 (k2x l = n2) 및 (k2x j = m3)의 관계식를 갖는 다중연결링크(1610)에 의하여 (n2, m3) 완전 셔플(Full shuffle) 형태로 결합된다.Equally, when the interconnection network connecting the switching stage 1200 and the coupling stage 1300 is introduced by defining a multilink connection element k 2 (k 2 xl = n 2 ) and (k 2 xj = m 3) having gwangyesikreul by multiple connecting link (1610) (n 2, of m 3) is coupled to a full shuffle (full shuffle) form.

이에 따라, 분배결합 패킷 스위칭 장치(1000)의 네트워크공간구조(topology)는 (m1i, n3l, i, j, l, k1, k2)로 이루어진 변수들로 기술될 수 있다. 따라서, (k1= k2= 1, m1i= m1, n3l= n3)인 경우, 분배결합 스위칭 장치(1000)는 네트워크 공간구조(topology) 측면에서 CLOS 스위치 네트워크과 동일하다. 또한, (m1i= m1, n3l= n3)인 경우, 네트워크 공간구조(topology) 요소인 (m1, n3, i, l)를 이용하여 분배결합 패킷 스위칭 장치(1000)의 규모는 (Ni= m1x i), (No= n3x l)로 표시될 수 있다.Accordingly, the network topology of the distributed combining packet switching apparatus 1000 may be described by variables consisting of (m 1i , n 3l , i, j, l, k 1 , k 2 ). Therefore, in the case of (k 1 = k 2 = 1, m 1i = m 1 , n 3l = n 3 ), the distributed coupling switching device 1000 is the same as the CLOS switch network in terms of network topology. In addition, when (m 1i = m 1 , n 3l = n 3 ), the size of the distributed packet switching device 1000 using (m 1 , n 3 , i, l), which is a network topology element. May be represented by (N i = m 1 xi), (N o = n 3 xl).

이하에서는 분배단(1100)에 있는 단위 스위치 모듈(1110~1130)을 분배 스위치(1110~1130)라 한다.Hereinafter, the unit switch modules 1110 to 1130 in the distribution stage 1100 are referred to as distribution switches 1110 to 1130.

분배 스위치(1110~1130)는 출력 큐잉(queuing) 방식 스위치이다.The distribution switches 1110 to 1130 are output queuing switches.

분배 스위치(1110~1130) 내부에는 결합단(1300)에 있는 단위 스위치 모듈(1310~1130)의 개수와 동일한 l개의 큐(1111~1113)가 구비된다.In the distribution switches 1110 to 1130, there are l queues 1111 to 1113 equal to the number of unit switch modules 1310 to 1130 in the coupling end 1300.

분배 스위치(1110~1130)의 m1i개 입력링크(1410)을 통하여 인입되는 패킷은 다중화된 후 패킷의 목적지 정보에 따라 분류되어 그 패킷이 출력되고자 하는 결합단(1300)의 스위치 모듈(1310~1130)과 대응되는 큐(1111~1113)에 인입된다.Packets introduced through the m 1i input links 1410 of the distribution switches 1110 to 1130 are multiplexed and then classified according to the destination information of the packets, and the switch modules 1310 to the combined terminals 1300 to output the packets. It enters the queues 1111 to 1113 corresponding to 1130.

분배 스위치(1110~1130) 내부에 있는 n1개 출력단(1510)과 l개 큐(1111~1113)는 n1x l 상호간 매칭 그래프(bipartite matching graph)를 형성한다. 분배 스위치(1110~1130)에 인입되어 큐잉된 패킷들은 본 발명의 스위칭 중재기(하기의 도 2)에 의하여 결정되는 출력링크(1510)를 사용하여스위칭단(1200)에 있는 단위 스위치 모듈(1210~1230)로 출력된다.The n 1 output terminals 1510 and the l queues 1111 to 1113 in the distribution switches 1110 to 1130 form an n 1 xl bipartite matching graph. Packets entering and queuing into the distribution switches 1110-1130 are unit switch modules 1210 in the switching stage 1200 using an output link 1510 determined by the switching arbiter (FIG. 2 below) of the present invention. ~ 1230).

스위칭단(1200)은 일반적인 출력 버퍼 스위치 혹은 크로스바 공간 분할 스위치로 구성된 스위치 모듈(1210~1230)로 구성된다.The switching stage 1200 includes switch modules 1210 to 1230 constituted by a general output buffer switch or a crossbar space division switch.

개별 스위치 모듈(1210~1230)은 m2개의 입력링크들을 통하여 인입되는 패킷들을 목적지 정보에 따라 분류하여 그 패킷이 출력되고자 하는 결합단(1300)의 스위치 모듈(1310~1330)에 연결된 n2개의 출력링크(1610)로 출력한다.The individual switch modules 1210 to 1230 classify packets introduced through m 2 input links according to destination information and n 2 connected to the switch modules 1310 to 1330 of the coupling terminal 1300 to which the packets are to be output. Output to output link 1610.

만약, k1=k2=1인 경우, 즉 스위치 패브릭이 단일 링크들로 연결된 경우 스위치 모듈(1210~1230)은 단순한 크로스바 공간 분할 스위치 역할을 수행하면 된다.If k 1 = k 2 = 1, that is, when the switch fabric is connected with single links, the switch modules 1210 to 1230 may serve as simple crossbar space partitioning switches.

한편, k1=a, k2=b인 경우, 여기서 a, b는 1이 아닌 상수, 즉 다중 링크들로 연결된 경우에는 각 출력단 별로 a개의 패킷를 저장할 수 있으며, 개별 출력 버퍼는 b개의 출력링크를 가지고 있는 출력 버퍼 스위치를 사용하여야 한다.On the other hand, when k 1 = a, k 2 = b, where a and b are constants other than 1, that is, when connected in multiple links, a packet may be stored for each output stage, and each output buffer may have b output links. The output buffer switch must be used.

결합단(1300)은 결합 스위치(1310~1330)로 구성된다.Coupling stage 1300 is composed of a combination switch (1310 ~ 1330).

결합 스위치(1310~1330)는 최소한 출력단별 큐잉을 하는 일반적인 출력 버퍼 스위치 혹은 공유 버퍼 스위치들이다.Coupling switches 1310-1330 are common output buffer switches or shared buffer switches that perform at least output-level queuing.

결합 스위치(1310~1330)는 m3개의 입력링크들을 통하여 인입되는 패킷을 목적지 정보에 따라 분류하여 해당되는 버퍼(1331~1332)에 큐잉한 후 그 패킷이 출력되고자 하는 출력단(1710)으로 출력한다.Coupling switches 1310 to 1330 classify incoming packets through m 3 input links according to destination information, queue them in corresponding buffers 1331 to 1332, and output the packets to an output terminal 1710 to which the packets are to be output. .

이상에서와 같이, 분배결합 패킷 스위칭 장치(1000)는 다양한속도(multirate)의 가입자 혹은 망 정합 능력을 가지고 있다. 즉, 상대적으로 저속인 단말 가입자(end subscriber)과 대용량 DWDM 전송 선로를 통하는 초고속 망 정합 장치가 동일한 스위치 패브릭에 직접 접속될 수 있는 구조이다. 이러한 특성은 차세대망에서 요구되는 one hop switching을 위하여 필수적인 기능이다.As described above, the distributed combined packet switching device 1000 has a multirate subscriber or network matching capability. That is, a relatively low speed end subscriber and a high speed network matching device through a large capacity DWDM transmission line can be directly connected to the same switch fabric. This feature is essential for one hop switching required in next generation networks.

분배결합 패킷 스위칭 장치(1000)는 다양한 회선 속도(multirate)를 지원하기 위하여 물리적으로 서로 다른 속도로 동작하는 링크를 이용하거나, 특정한 속도로 동작하는 링크 다수개를 그룹으로 사용하는 그룹 링크 방식이 사용될 수 있다. 이 때, 후자의 방법은 시스템 모듈성 측면에서 우수하나, 투입 자원이 많이 요구되는 단점이 있다.The distributed combining packet switching apparatus 1000 may use a link that operates at different physical speeds or a group link method that uses a plurality of links operating at a specific speed as a group to support various line rates. Can be. In this case, the latter method is excellent in terms of system modularity, but has a disadvantage of requiring a lot of input resources.

분배결합 패킷 스위칭 장치(1000)의 내부 연결은 상대적으로 균등한 구조이다. 즉, 다중연결링크(1510,1610)에 의하여 (n1, m2) 혹은 (n2, m3) 형태의 완전 셔플(Full shuffle)로 결합된다. 이때, 임의의 분배 스위치 입력단 링크(1410) 속도를 vi, 분배단(1100)의 출력단 링크(1510) 속도를 vj, 스위칭단(1200)의 출력링크(1610) 속도를 vk라고 가정하면, m1ix vi≤ n1x vj≤ n2x vk인 경우, 분배결합 패킷 스위칭 장치(1000)는 논 블록킹(non-blocking)이다.The internal connection of the distributed combining packet switching device 1000 is a relatively uniform structure. That is, by the multiple connection link (1510, 1610) (n 1 , m 2 ) or (n 2 , m 3 ) form of a full shuffle (Full shuffle) is coupled. In this case, it is assumed that any distribution switch input stage link 1410 speed is v i , the output stage link 1510 speed of the distribution stage 1100 is v j , and the output link 1610 speed of the switching stage 1200 is v k . For example, when m 1i xv i ≤ n 1 xv j ≤ n 2 xv k , the distributed packet switching device 1000 is non-blocking.

도 2 는 본 발명에 따른 상기 도 1의 분배결합 패킷 스위치용 내부 블록킹 중재기의 일실시예 구성도이다.FIG. 2 is a diagram illustrating an embodiment of an internal blocking arbiter for the distributed combining packet switch of FIG. 1 according to the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 분배결합 패킷 스위치용 내부 블록킹 중재기(2000)는 분배단(1100)에 있는 분배 스위치(1110~1130)가 가지고 있는 l개의큐(1111~1113)에 대하여 패킷 입출력을 제어하는 i개의 큐 제어기(Queue controller)(2110~2130), 개별 큐 제어기(Queue controller)(2110~2130)에 있는 l개의 큐(1111~1113)에 저장되어 있는 패킷 개수를 입력으로 하여 분배 스위치(1110~1130)의 출력링크(1510) 혹은 스위칭단(1200)의 스위치(1210~1230)에 배분하는 분배 중재기(distribution scheduler)(2210~2230), 각각 n2bits 분배정보(22111~22113)를 링크에 할당된 log(l) bits 큐 넘버로 인코딩하는 인코더(22120~22113), 인코딩된 log(l) bits 분배정보를 디코딩하여 n2bits 분배정보로 복원하는 디코더(23120~23320), 분배 중재기(2230)에서 분배된 패킷들의 스위칭단(1200) 혹은 결합단(1300) 입출력 링크 경합을 중재하는 j개의 결합 중재기(2310~2330)로 구성된다.As shown in FIG. 2, the internal blocking arbiter 2000 for the distributed combining packet switch is configured to input / output packets to the l queues 1111 to 1113 included in the distribution switches 1110 to 1130 in the distribution stage 1100. The number of packets stored in the queues 1111 to 1113 in the i queue controllers 2110 to 2130 and the individual queue controllers 2110 to 2130 are distributed as inputs. Distribution schedulers 2210 to 2230 allocated to the output links 1510 of the switches 1110 to 1130 or the switches 1210 to 1230 of the switching stage 1200, respectively, n 2 bits distribution information 22111 to Encoders 22120 to 22113 for encoding the log (l) bits queue number allocated to the link, and decoders 23120 to 23320 for decoding the encoded log (l) bits distribution information and restoring them to n 2 bits distribution information. J, which arbitrates the switching stage 1200 or combining stage 1300 input / output link contention of the packets distributed by the distribution arbiter 2230. Combination arbitrators 2310-2330.

분배결합 패킷 스위치용 내부 블록킹 중재기(2000)는 i개의 큐 제어기(Queue controller)(2110~2130), i개의 분배 중재기(distribution scheduler)(2210~2230), l개의 결합 중재기(2310~2330), 그리고 이들을 연결하는 신호선(21111~21131, 21211, 21311 등)으로 구성되어 있다. 여기서, 신호 연결선은 상기 도 1의 내부연결망(interconnection network)과 유사한 구조위상(topology)를 가지며, 신호 방향이 반대인 2개의 망으로 구성되어 있다.The internal blocking arbiter 2000 for the distributed combining packet switch includes i queue controllers 2110 to 2130, i distribution schedulers 2210 to 2230, and l combined arbiters 2310 to. 2330 and signal lines 21111 to 21131, 21211, and 21311 connecting them. Here, the signal connection line has a topology similar to that of the interconnection network of FIG. 1, and is composed of two networks having opposite signal directions.

큐 제어기(Queue controller)(2110~2130)의 동작을 큐 제어기(2110)를 일예로 들어 보다 상세히 설명하기로 한다.The operation of the queue controllers 2110 to 2130 will be described in more detail with reference to the queue controller 2110 as an example.

i=j=l=3, k1=k2=1인 경우, 즉 분배단, 스위칭단, 결합단의 단위 스위치 크기가 동일하게 3 x 3이며, 이들간을 단일 링크로 연결하는 경우 큐 제어기(2110)는 3개의 결합 스위치(1310~1330)별로 구분된 패킷 큐를 제어하여야 한다. 여기서, 큐(21110)에 대한 패킷 출력은 분배 스위치(1110)에 있는 3개의 출력링크(1510)를 통하여 이루어질 수 있으며, 여기서 이들 3개의 출력링크들을 0, 1, 2로 인식 번호를 부여한다. 패킷 출력시 큐(21110)는 도 2에 도시된 대로 출력링크를 0->2->1의 우선 순위, 큐(21120)는 1->0->2의 우선순위, 그리고 큐(21130)는 2->1->0의 우선순위로 사용할 수 있다.Queue controller when i = j = l = 3, k 1 = k 2 = 1, i.e., the unit switches of the distribution, switching and coupling stages have the same size of 3 x 3 and connect them together in a single link 2110 must control the packet queue divided by three coupling switches 1310 to 1330. Here, the packet output to the queue 21110 can be made through three output links 1510 in the distribution switch 1110, where these three output links are assigned identification numbers of 0, 1 and 2. When the packet is output, the queue 21110 has an output link of 0->2-> 1 priority, the queue 21120 has a priority of 1->0-> 2, and the queue 21130 has a priority. Can be used with priority of 2->1-> 0.

즉, 개별 큐가 사용할 수 있는 출력링크들을 사이클릭(cyclic)하게 할당한다. 이때, 개별 큐당 할당되어 질 수 있는 출력링크의 개수는 단위 패킷 시간에 최대로 분배 스위치(1110)에 인입되어 저장될 수 있는 패킷들을 출력링크 단위 패킷 출력 시간에 모두 인출할 수 있는 만큼 혹은 전체 링크 숫자가 된다. 또한, cyclic하게 출력링크를 큐들에 배분하는 경우, 동일한 우선순위로 서로 다른 큐에 동일한 출력링크가 동일한 패킷 출력 시간에 할당되어서는 안된다.That is, cyclically allocates output links that can be used by individual queues. At this time, the number of output links that can be allocated per individual queue is maximum as long as it can pull out all packets that can be input and stored in the distribution switch 1110 at the unit packet time at the output time of the output link unit packet or the entire link. It becomes a number. In addition, when distributing output links to queues cyclically, the same output link should not be allocated to different queues at the same priority at the same packet output time.

즉, 한 개의 큐에 0->2-1, 다른 큐에 1->2->0으로 출력링크를 할당하는 경우 2번 링크가 두 번째 우선순위에서 중복되므로 위에서 전술한 바와 같이 큐에 대한 링크할당 방법에 위배되는 할당이다. 일반적으로, 분배 스위치(1110) 큐의 개수에 비하여 출력링크의 숫자가 적을 경우, 즉 큐는 4개인데 링크는 2개인 경우, 두 개의 링크를 0과 1로 4개의 큐를 Q1, Q2, Q3, Q4로 표시하면, Q1: 0->1, Q2: 1->0, Q3: 0->1, Q4: 1->0식으로 각각의 큐에 링크들이 할당되어야만 한다. 이에 따라, 위와 같은 할당을 위해서는 두 개의 패킷 인출 사이클이 필요하다. 즉, 첫 번째 사이클에서는 (Q1: 0->1, Q2: 1->0), (Q3: 0->1, Q4: 1->0)의 시간 및 공간 우선 순위로 링크를 할당하며, 두 번째 사이클에서는 (Q3: 0->1, Q4: 1->0), (Q1: 0->1, Q2: 1->0)의 시간 및 공간 우선 순위로 링크들을 할당한다. 여기서, 괄호는 동일한 공간 우선 순위임을 의미한다.In other words, when assigning an output link as 0-> 2-1 to one queue and 1-> 2-> 0 to another queue, link 2 is duplicated at the second priority, so as to the link to the queue as described above. The allocation violates the allocation method. In general, if the number of output link is small compared to the number of queues of the distribution switch 1110, that is, if there are four queues but two links, four queues with two links 0 and 1 are Q1, Q2, and Q3. , Q4, Q1: 0-> 1, Q2: 1-> 0, Q3: 0-> 1, Q4: 1-> 0. Links must be assigned to each queue. Accordingly, two packet fetch cycles are required for the above allocation. That is, in the first cycle, links are allocated with the temporal and spatial priority of (Q1: 0-> 1, Q2: 1-> 0), (Q3: 0-> 1, Q4: 1-> 0). In the first cycle, links are allocated with the temporal and spatial priority of (Q3: 0-> 1, Q4: 1-> 0) and (Q1: 0-> 1, Q2: 1-> 0). Here, parenthesis means that the same space priority.

서로 다른 큐 제어기(2110~2230)에 소속된 큐들에게는 동일한 결합 스위치(1310)에 해당하는 큐들(21110, 21210, 21310)이 동일한 출력링크를 동일한 우선순위로 동일한 패킷 출력 시간에 할당되지 않도록 cyclic하게 배정한다. 즉, 1 번째 결합단을 향하는 패킷들을 저장하는 큐들(21110, 21210, 21310)은 도 2에 도시된 바와 같이 0->2->1, 2->1->0, 1->0->2의 출력링크 배정 우선 순위를 가질 수 있다.The queues belonging to different queue controllers 2110 to 2230 are cyclically so that the queues 21110, 21210, and 21310 corresponding to the same combined switch 1310 are not allocated the same output link with the same priority at the same packet output time. Assign. That is, the queues 21110, 21210, and 21310 storing packets destined for the first combining end are 0-> 2-> 1, 2-> 1-> 0, 1-> 0-> as shown in FIG. It may have an output link allocation priority of two.

이러한 큐별 출력링크 할당은 분배 중재기(distribution scheduler)(2210~2230)가 수행한다. 즉, 큐 제어기(Queue controller)(2110)가 신호선(21111~21131)을 통하여 해당 큐에 저장된 패킷 개수 정보를 분배 중재기(2210)로 보내면 분배 중재기(2210)는 동일한 출력링크가 동일한 인출 사이클에 단 한 개의 큐에 할당되면서 개별 큐별로 위에서 언급한 공간 우선 순위로 출력링크들이 배정되도록 제어한다. 도 2에 도시된 바와 같이 분배 중재기(2210)에는 종축으로 큐가 대응하며, 횡축으로 출력링크가 대응되도록 3등분되어 있는 행렬이 표시되어 있다. 행렬의 각 요소들은 검은색무늬, 체크무늬, 사선무늬로 구분되어 있으며, 이들은 기술된 순서의 공간 우선순위를 의미한다.This queue-specific output link allocation is performed by a distribution scheduler 2210-2230. That is, when the queue controller 2110 sends the packet number information stored in the queue to the distribution arbiter 2210 through the signal lines 21111 to 21131, the distribution arbiter 2210 causes the same output link to have the same withdraw cycle. In this case, the output links are allocated to the above-mentioned space priority for each queue. As shown in FIG. 2, the distribution arbiter 2210 displays a matrix in which the cues correspond to the vertical axis, and are divided into three such that the output link corresponds to the horizontal axis. Each element of the matrix is divided into black, checkered, and diagonal lines, which represent spatial priorities in the order described.

분배 중재기(2210~2230)는 개별 큐에 대한 분배단 출력링크들에 대하여 경합제어를 수행한 후 경합 제어 결과를 신호선(22111~22113)을 이용하여 인코더(22120)로 출력한다. 이들 분배정보(22111~3, 22211, 22311)들은 각각 n1bits이며 특정한 분배 스위치 출력링크당 특정한 큐가 할당되어 있음을 표시한다. 이러한 특성을 이용하여 개별 분배 중재기당 총 l x n1bits인 이들 분배정보(22111~22113)를 출력링크당 할당된 큐 넘버로 인코딩(22120~22310)하여 n1x log(l) bits로 축약한 분배정보(22114~22116)를 결합 중재기(23110~23310)로 출력한다. 따라서, 분배 중재기(2210~2230)에서 출력되는 분배 경합 제어 결과는 n1개의 분배단 출력링크별로 할당된 큐 넘버에 해당하는 log(l) bits이며, 여기에 우선 순위 정보를 나타내기 위한 인출 사이클 식별 정보가 부가된다.The distribution arbiters 2210 to 2230 perform contention control on distribution stage output links for individual queues, and then output the contention control results to the encoder 22120 using the signal lines 22111 to 22113. These distribution information (22111-3, 22211, 22311) are n 1 bits, respectively, indicating that a specific queue is assigned per specific distribution switch output link. Using this property, these distribution information (22111 to 22113), which are a total of lxn 1 bits per individual distribution arbitrator, are encoded (22120 to 22210) with a queue number allocated per output link and reduced to n 1 x log (l) bits. The information 22114 to 22116 is output to the combined arbitrators 23110 to 23310. Accordingly, the distribution contention control result output from the distribution arbiters 2210 to 2230 is log (l) bits corresponding to the queue number allocated to each of the n 1 distribution end output links, and is fetched to indicate priority information. Cycle identification information is added.

각각의 분배 중재기(2210~2230)에 의하여 분배 스위치의 출력단을 통하여 큐잉된 패킷들이 인출될 수 있도록 경합 제어된 분배 정보들(22111~3, 22211, 22311)은 동일한 스위칭단(1200) 단위 스위치 모듈(1210~1230)별로 분류되어 결합 중재기(2310~2330)에 의하여 스위칭단(1200) 출력링크들에 대하여 재차 경합 제어된다. 즉, 도 2에서 큐(21110, 21210, 21310)에 대한 분배제어 결과인 신호(22111, 22211, 22311)는 동일한 스위칭단(1200) 단위 스위치 모듈(1210~1230)로 향하는 패킷들에 대한 분배 경합 제어 결과 신호들이므로 결합 중재기(2310)에 인입되어 스위칭단(1200) 출력링크(1610)에 대한 경합 제어가 수행된다.The contention-controlled distribution information 22111 ˜ 3, 22211, and 22311 are unit-switched at the same switching stage 1200 so that the queued packets may be fetched through the output terminal of the distribution switch by each distribution arbiter 2210 ˜ 2230. Classified by modules 1210-1230, contention control is again performed on output links of the switching stage 1200 by the coupling arbiters 2310-2330. That is, in FIG. 2, the signals 22111, 22211, and 22311, which are the distribution control results for the queues 21110, 21210, and 21310, are distributed contention for packets destined for the same switching stage 1200 unit switch modules 1210 to 1230. Since the control result signals are input to the coupling arbiter 2310, contention control for the switching stage 1200 output link 1610 is performed.

결합 중재기(2310~2330)는 결합단(1300) 입력링크(1610) 혹은 스위칭단(1200) 출력링크(1610)에서 발생하는 패킷 경합을 제어한다. log(l) bits로 축약되어 전달되는 중재정보(22114~6, 22214, 22314)를 디코딩한 정보(23110)는 특정 큐 넘버에 해당하는 비트가 논리치 참(true)을 나타내면 분배 스위치의 해당되는 출력링크를 통하여 결합단(1300)으로 패킷이 인출될 수 있음을 의미한다. 서로 다른 분배 스위치에서 동일한 스위칭단 단위 스위치 모듈로 최대 i x k1개의 패킷이 인입될 수 있으며, 이러한 특정 패킷 인입 사이클에서 인입된 패킷은 후속되는 패킷 출력 사이클에 k2개의 출력링크(1610)를 통하여 특정한 결합 스위치(1310)로 입력될 수 있다.Coupling arbitrators 2310 to 2330 control packet contention occurring at the coupling stage 1300, the input link 1610, or the switching stage 1200, the output link 1610. The information 23110 decoded the arbitration information 22114 ˜ 6, 22214, and 22314, abbreviated to log (l) bits, corresponds to the corresponding value of the distribution switch when a bit corresponding to a specific queue number indicates a logical value true. This means that the packet can be drawn out to the coupling end 1300 through the output link. A maximum of ixk 1 packets can be introduced from different distribution switches to the same switching stage unit switch module, and the incoming packets in this particular packet entry cycle are specified via k 2 output links 1610 in subsequent packet output cycles. It may be input to the coupling switch 1310.

결합 중재기(2310~2330)는 l개의 결합단 당 한 개의 스위칭단(1200)내 단위 스위치 모듈(1210~1230)에 대하여 생성된 i x k1개의 분배중재정보에서 최종적으로 출력 허용될 수 있는 k2개를 선정하는 기능을 스위칭단(1200)의 모든 단위 스위치 모듈(1210~1230)에 대하여 수행한다.Coupling the arbiter (2310-2330) is k 2, which may be eventually allow output in the ixk 1 of distributing arbitration information generated for l of coupling a single switching stage per stage 1200, a unit switch modules (1210-1230) The function of selecting a dog is performed on all the unit switch modules 1210 to 1230 of the switching stage 1200.

따라서, 결합 중재기(2310~2330)는 분배 중재기(2210~2230)의 출력신호들로 구성된 (i x k1) x l 분배중재 신호 행렬(23110~23310)에서 논리치가 참인 행렬 요소들을 매 l당 k2개 선정하는 작업을 수행한다. 이러한 선정 작업은 상기한 바와 같이 목적지별 큐가 사용할 수 있는 출력링크 선정 우선 순위 절차에 따르는 공간 우선 순위에 따라 진행되며, k1=k2=1인 경우 고정된 우선순위를 갖는 단순한 라운드-로빈 매칭 작업과 동일하다.Accordingly, the combined arbiters 2310-2330 are k k l for each matrix element whose logical value is true in the (ixk 1 ) xl distributed mediation signal matrix 23110-23310 which is composed of the output signals of the distributed arbiters 2210-2230. It performs the task of selecting two. This selection process is performed according to the spatial priority according to the output link selection priority procedure available to the destination queue as described above, and simple round-robin with fixed priority when k 1 = k 2 = 1. Same as the matching operation.

도 2에 도시된 바와 같이 결합 중재기 행렬(23110)은 k1=k2=1인 경우이며, 종축으로 3개의 큐가 대응하며, 횡축으로 3개의 링크가 대응되도록 3등분되어 있는 행렬이 표시되어 있다. 행렬의 각 요소들은 검은색무늬, 체크무늬, 사선무늬로 구분되어 있으며, 이들은 언급한 순서의 공간 우선순위를 갖는다. 여기서, 결합 중재기(2310)는 각 열별로 검은색무늬 행에서 시작하여 체크무늬 행 방향으로 진행하는 공지된 라운드-로빈 매칭 작업에 의하여 결합단 입력링크들에 대한 경합 제어를 수행한다.As shown in FIG. 2, the coupling arbiter matrix 23110 is a case in which k 1 = k 2 = 1, and three queues correspond to the vertical axis, and a matrix divided into three such that three links correspond to the horizontal axis is displayed. It is. Each element of the matrix is divided into black, checkered, and diagonal lines, each of which has the spatial priority of the order mentioned. Here, the coupling arbiter 2310 performs contention control for the coupling end input links by a known round-robin matching operation starting from a black pattern row for each column and proceeding in a checkered row direction.

결합 중재기(2310~2330)에 의하여 분배단 및 스위칭단 출력링크들에 대한 내부 블록킹 경합 제어가 수행되어 해당 링크를 통하여 분배중재된 목적지별 큐가 패킷을 전송할 수 있는지 여부를 나타내는 행렬(23110~23310)내에 있는 중재결과는 인코더(23120~23320)에 의하여 인코딩되어 1 bits 결과 정보(23112)로 변환되어 분배 중재기(2210)내 디코더(22120)로 인입되면 디코더(22120)에 의하여 해당 중재 사이클 초기에 입력되어 저장된 결합중재요청신호(22111~22113)와 비교되어 디코딩되어(21112~21132) 큐 제어기(2110~2130)로 목적지별 큐별로 분배된다. 이때, 큐 제어기(2110~2130)는 이들 중재 결과 정보에 표기된 대로 자기 자신의 큐에 할당된 출력 링크들에 HOL에 저장된 패킷순으로 순차적으로 패킷들을 인출하여 분배단으로 전송하도록 제어한다.Internal blocking contention control is performed on the distribution end and switching end output links by the coupling arbiters 2310-2330 to indicate whether a destination-specific queue distributed through the link can transmit a packet. The arbitration result in 23310 is encoded by the encoders 23120 to 23320, converted into 1-bit result information 23112, and introduced into the decoder 22120 in the distribution arbiter 2210. The inputted and stored combined arbitration request signals 22111 to 22113 are initially input and decoded (21112 to 21132), and distributed to the queue controllers 2110 to 2130 for each destination queue. At this time, the queue controllers 2110 to 2130 control to fetch packets sequentially in the order of packets stored in the HOL to output links allocated to their own queues, as indicated in the arbitration result information, and transmit them to the distribution end.

이상에서와 같이, 분배결합 패킷 스위치용 내부 블록킹 중재기(2000)는 단위 스위칭 모듈들이 사용할 링크들에 대하여 매 중재 사이클당 고정적인 공간 우선순위를 부여하는 특징을 갖는다. 여기서, 고정적인 링크 공간 우선순위 할당을 매 인출 중재 사이클당으로 한정하는 이유는, 링크 회선별 스위치 성능 공평성을 위하여매 중재 사이클당 공간 우선순위 할당을 재설정할 수 있다는 의미이며, 이를 위하여 스위치 전체적으로 인출 중재 사이클 정보가 동기되어 공급될 수 있어야 한다. 이러한 특징에 기인하여 단 한번의 인출 중재 사이클, 즉 분배 중재기 및 결합 중재기가 단 한 번의 중재를 실시하여도 모든 스위치 입력 부하 조건에서 90%이상의 처리 효율을 얻을 수 있음을 시뮬레이션으로 얻을 수 있었다.As described above, the internal blocking arbiter 2000 for the distributed combining packet switch has a feature of assigning a fixed spatial priority to every arbitration cycle for the links to be used by the unit switching modules. Here, the reason for limiting the fixed link space priority allocation to each outgoing arbitration cycle is that the space priority allocation for each arbitration cycle can be reset for the fair performance of the switch per link circuit. Arbitration cycle information must be available in synchronization. Due to this feature, we can simulate that only one withdrawal arbitration cycle, that is, distribution arbiter and combined arbiter, can achieve more than 90% of processing efficiency under all switch input load conditions even with one arbitration.

모든 목적지별 큐들이 저장된 패킷을 가지고 있는 고 부하 동작시 모든 큐는 링크 할당 공간 우선 순위에 따라 고정적으로 할당되는 전용 패킷 인출 링크들을 k1개 가지게 된다. 이에 따라, 랜덤하고 공평한 패킷 입력 조건에서 이들은 M/D/1 큐로 동작한다. 따라서, 이러한 경우 분배결합 패킷 스위치(1000)의 처리 지연 시간은 이상적인 출력버퍼 스위치의 처리 지연 시간을 Do라 하면 (k1+1)Do/k1값을 가지며, k1가 1보다 충분히 큰 경우 이상적인 출력 버퍼 특성에 근접하며, k1가 1인 경제적인 구조에서도 출력버퍼 스위치 성능의 2배에 불과한 우수한 성능을 가지고 있다. 물론, 스위치 포화 처리율은 100%이다. 즉, 엄격하게는 논 블록킹(non-blocking)이다.In high load operation, where all destination queues have stored packets, every queue has k 1 dedicated packet outgoing links that are fixedly allocated according to link allocation space priority. Thus, under random and fair packet input conditions, they operate as M / D / 1 queues. Therefore, in this case, the processing delay time of the distributed combining packet switch 1000 has a value of (k 1 +1) Do / k 1 when the ideal processing delay time of the output buffer switch is Do, and k 1 is sufficiently larger than one. It is close to the ideal output buffer characteristics, and has an excellent performance of only twice the output buffer switch performance even in an economical structure with k 1 . Of course, the switch saturation throughput is 100%. That is, strictly non-blocking.

이제, 도 3과 도 4를 이용하여 내부 블록킹 중재기용 분배 중재기(2210)의 구성 및 그 동작을 보다 상세하게 설명한다.3 and 4, the configuration and operation of the distribution arbiter 2210 for the internal blocking arbiter will be described in more detail.

도 4는 분배 중재기의 구성요소와 그 동작 알고리즘을 보이고 있으며, 도 3은 도 4의 구성요소를 25개 사용하여 구성한, 5개의 큐와 출력링크가 5개인 분배단 스위치용 분배 중재기를 보여주고 있다.FIG. 4 shows the components of the distribution arbiter and its operation algorithm. FIG. 3 shows the distribution arbiter for distribution switch with five queues and five output links, constructed using 25 components of FIG. have.

도 4에 도시된 바와 같이 분배 중재기의 구성요소(4000)는 동작 초기화 신호(rst), 동작 동기 신호(tck), 큐의 잔여 개수 입력정보(rqn_i), 큐의 잔여 개수 출력정보(rqn_o), 높은 공간 우선 순위를 갖는 다른 구성요소에 의하여 해당되는 링크가 선약되었는지를 나타내는 링크 예약 입력 정보(grh_i), 링크 예약 출력 정보(grh_o), 그리고 해당 구성요소에 대응하는 큐와 링크에 패킷 출력이 예약되었는지를 나타내는 정보(odisel)를 포함하는 입출력 신호를 가지고 있다.As shown in FIG. 4, the component 4000 of the distribution arbiter may include an operation initialization signal rst, an operation synchronization signal tck, remaining number of queue input information rqn_i, and remaining number of queue output information rqn_o. , Packet reservation input information (grh_i), link reservation output information (grh_o) indicating whether a corresponding link is selected by another component having a high spatial priority, and a packet output is output to queues and links corresponding to the component. It has an input / output signal containing information (odisel) indicating whether it is reserved.

분배 중재기의 구성요소(4000)는 큐의 잔여 개수 정보인 rqn_i와 해당되는 출력링크에 이전 구성요소에 의하여 패킷이 할당되었는가를 나타내는 정보인 grh_i를 이용하여 다음과 같은 동작을 수행한다.The component 4000 of the distribution arbiter performs the following operation by using rqn_i, which is information on the remaining number of queues, and grh_i, which is information indicating whether a packet has been allocated to a corresponding output link by a previous component.

만약, rqn_i이 0이 아니며(즉, 할당할 수 있는 잔여 패킷이 있으며) grh_i가 '0'인 경우(즉 보다 높은 공간 우선 순위를 갖는 이전 구성요소에 의하여 해당되는 출력링크가 선점되지 않은 경우), rqn_i에서 -1한 값을 rqn_o로 할당하며, grh_o에는 논리치 '1'을 할당하여 출력한다. 이때, odisel은 해당 큐와 해당 출력링크에 패킷이 할당되었음을 의미하는 논리치 '1'을 갖는다.If rqn_i is not zero (i.e., there are remaining packets that can be allocated) and grh_i is '0' (i.e. no corresponding output link is preempted by the previous component with higher spatial priority) , rqn_i -1 is assigned to rqn_o, and logical value '1' is assigned to grh_o for output. At this time, odisel has a logical value '1' indicating that a packet is allocated to a corresponding queue and a corresponding output link.

이외의 경우, rqn_o는 rqn_i 입력값, grh_o에는 grh_i 입력치가 그대로 할당되어 출력된다. 동일한 경우, odisel은 해당 큐와 해당 출력링크에 패킷이 할당되지 않았음을 의미하는 논리치 '0'을 갖는다.Otherwise, rqn_o is outputted with rqn_i input value and grh_o with grh_i input value. In the same case, odisel has a logical value of '0', meaning that no packet is allocated to the queue and the corresponding output link.

상기한 바와 같은 동작은 도 4의 "4100"으로 표기된 구성요소 동작 알고리즘과 동일하다. 도 4에 표기된 rst와 tck 신호는 매 중재 사이클을 제어하는 동기 클럭 및 구성요소 동작 초기화용 신호이다.The operation as described above is the same as the component operation algorithm indicated by "4100" in FIG. The rst and tck signals shown in FIG. 4 are synchronization clock and component operation initialization signals that control every arbitration cycle.

도 3은 구성요소(4000)들로 이루어진 분배 중재기(3000)의 한 구성 예를 보여주고 있다.3 shows an example of a configuration of a distribution arbiter 3000 consisting of components 4000.

분배 중재기(3000)는 공간 스위치(3200), 도 4의 구성요소들(3800, 3810, 3900 등), 이들을 연결하는 연결 신호선(3700, 3600), 분배 중재기 입출력 신호단(3100, 3500)으로 구성된다.The distribution arbiter 3000 may include a space switch 3200, components of FIG. 4 (3800, 3810, 3900, etc.), connection signal lines 3700 and 3600 connecting them, and distribution arbitrator I / O signal stages 3100 and 3500. It consists of.

공간 스위치(3200)는 큐(1111~1113)의 출력링크 공간 우선순위를 중재 인출 사이클 및 분배 중재기의 스위치내 위치에 따라 가변적으로 할당하는 기능을 수행한다.The spatial switch 3200 variably assigns the output link spatial priority of the queues 1111 to 1113 according to the arbitration drawing cycle and the position in the switch of the distribution arbiter.

공간 스위치(3200)의 입력은 큐 제어기(2110~2130)에서 방출되는 잔여 패킷 정보신호(21111~21131)(3100)와 중재 인출 사이클 및 분배 중재기의 스위치내 위치 정보 신호(3400)이며, "3400"의 신호에 따라 입력신호(3100)를 회전하여 출력단(3300)으로 출력한다. 즉, 공간 스위치(3200)는 배럴 쉬프터 동작을 수행한다.Inputs of the spatial switch 3200 are the remaining packet information signals 21111-21131 3100 emitted from the queue controllers 2110-2130, and the in-switch position information signal 3400 of the arbitration withdraw cycle and distribution arbiter, " The input signal 3100 is rotated and output to the output terminal 3300 according to the signal of 3400 ". That is, the space switch 3200 performs a barrel shifter operation.

도 4의 구성요소들로 사각형 행렬을 이루는 분배 중재기의 핵심 부분은 렬축(column)에 큐들이 대응하며, 행축(row)에 분배 스위치의 출력링크가 대응한다. 대각선 축상에 있는 구성요소의 rqn_i는 공간 스위치(3200)에 의하여 결정되는 공간 우선 순위에 따라 입력되는 큐 제어기의 잔여 패킷 정보를 입력받는다. 또한, 대각선 축상에 있는 구성요소의 grh_i는 논리치 '0'(3810)으로 고정되어 인입되므로 이들 위치가 분배중재의 시작점이며, 최고 우선 순위를 갖는다. 그리고, 대각선축(diagonal)에 위치한 구성요소들은 하드웨어 구현시 비동기 피드백 루프을 차단하는 역할도 수행한다.The core part of the distribution arbiter, which forms a rectangular matrix with the components of Fig. 4, the queues correspond to the column axis, and the output link of the distribution switch corresponds to the row axis. The rqn_i of the component on the diagonal axis receives the remaining packet information of the queue controller input according to the spatial priority determined by the spatial switch 3200. In addition, grh_i of the component on the diagonal axis is fixed to the logical value '0' (3810), so that these positions are the starting point of the distribution arbitration, and has the highest priority. In addition, the components located on the diagonal axis also block the asynchronous feedback loop in the hardware implementation.

도 4의 구성요소로 이루어진 행렬에서 행축 신호(grh_i, grh_o)는 신호선 (3600)에 의하여 연결되어 루우프를 형성하며, 이들 행 루우프 신호선들은 대각선 구성요소를 지나면서 루우프가 끊어지게 된다. 또한, 렬축 신호(rqn_i, rqn_o)는 신호선(3600)에 의하여 연결되어 루우프를 형성하며, 이들 렬 루우프 신호선들은 대각선 구성요소를 지나면서 루우프가 끊어지게 된다. 편의상 구성요소에 공통적으로 인입되는 rst, tck 신호는 도 3에 도시하지 않았다.In the matrix composed of the components of FIG. 4, the row axis signals grh_i and grh_o are connected by the signal lines 3600 to form loops, and the row loop signal lines pass through the diagonal components and the loops are broken. In addition, the column axis signals rqn_i and rqn_o are connected by the signal line 3600 to form a loop, and these column loop signal lines are broken through the diagonal components. For convenience, the rst and tck signals commonly input to the components are not shown in FIG. 3.

도 3의 분배 중재기에 큐 잔여 패킷 정보를 입력하면, 분배 중재기는 전술한 큐별 링크 공간 우선 순위에 따라 방출되고자 하는 패킷들을 출력링크에 균등하게 분배하는 기능을 수행한다. 분배된 결과는 큐별로 n2비트의 신호가 되어 출력단(3500)을 통하여 결합 중재기로 인입된다. 분배 중재기를 0.2 um CMOS 반도체 기술을 사용하여 구현시 64 x 64 규모 행렬에서 약 250 kgate 정도의 논리 소자가 요구되고, 최대 동작 속도는 약 37 ns임을 확인하였다. 패킷 슬롯 시간이 상기 최대 동작 속도의 4배라고 가정하는 경우, 약 15 Terabit/sec급 분배결합 패킷 스위치용 분배 제어기를 기존의 반도체 기술을 사용하여 구현 가능하다.When the queue remaining packet information is input to the distribution arbiter of FIG. 3, the distribution arbiter performs a function of equally distributing packets to be output to the output link according to the link space priority of each queue. The distributed result is a signal of n 2 bits per cue and is led to the coupling arbitrator through the output terminal 3500. The implementation of the distribution arbiter using 0.2 um CMOS semiconductor technology required a logic element of about 250 kgates in a 64 x 64 matrix and a maximum operating speed of about 37 ns. Assuming that the packet slot time is four times the maximum operating speed, a distribution controller for about 15 Terabit / sec distribution-coupled packet switches can be implemented using conventional semiconductor technology.

이제, 도 5와 도 6을 이용하여 내부 블록킹 중재기용 결합 중재기(2310)의 구성 및 동작으로 보다 상세히 살펴보기로 한다.Now, the configuration and operation of the combined arbiter 2310 for the internal blocking arbiter will be described in more detail with reference to FIGS. 5 and 6.

도 6은 결합 중재기의 구성요소와 그 동작 알고리즘을 보이고 있으며, 도 5는 도 6의 구성요소를 25개 사용하여 구성한, 5개의 큐를 가지고 있는 분배 스위치와 입력링크가 5개인 결합 스위치를 위한 결합 중재기를 보여주고 있다.FIG. 6 shows the components of the combined arbitrator and its operating algorithm. FIG. 5 shows a distribution switch with five queues and a combined switch with five input links configured using 25 components of FIG. Shows a combined mediator.

도 6에 도시된 결합 중재기 구성요소(6000)는 동작 초기화 신호(rst), 초기화 시 중재동작의 시작점을 나타내며 구성요소 행렬의 대각선 축(5300)에 위치하고 있는지를 표시하기 위한 정보(init_d), 중재기 동작 동기 신호(tck), 할당되지 않은 결합단 입력링크의 잔여 개수 입력정보(rqn_i), 할당되지 않은 결합단 입력링크의 잔여 개수 출력정보(rqn_o), 높은 공간 우선 순위를 갖는 다른 구성요소에 의하여 해당되는 링크가 선약되었는지를 나타내는 정보(grh_i), 링크 예약 출력 정보(grh_o), 매 중재 사이클마다 중재 동작의 시작점, 즉 가장 높은 우선 순위를 가지고 있는 구성요소를 특정하기 위한 포인터 입력 신호(po_i), 상기한 포인터 출력 신호(po_o), 분배 중재기에서 출력되는 n2bits 입력 신호들 중 해당 구성요소에 대응하는 1 bit 중재 입력 정보(disel), 그리고 해당 구성요소에 대응하는 큐와 링크에 패킷 출력이 결합 중재기에 의하여 예약되었는지를 나타내는 정보(ocsel)들의 입출력 신호들을 가지고 있다. 결합 중재기의 구성요소(6000)는 상기한 입력신호들을 이용하여 다음과 같은 동작을 수행한다.The combined arbitrator component 6000 shown in FIG. 6 is an operation initialization signal rst, information (init_d) for indicating whether it is located at the diagonal axis 5300 of the component matrix, indicating the start point of the arbitration operation upon initialization, Arbiter operation synchronization signal (tck), remaining number of unallocated combined end input links (rqn_i), remaining number of unallocated combined end input links (rqn_o), other components with high spatial priority Information indicating whether a corresponding link has been selected by (grh_i), link reservation output information (grh_o), and a pointer input signal for specifying a component having the highest priority, that is, the starting point of the arbitration operation every arbitration cycle ( po_i), the pointer output signal po_o, the 1 bit arbitration input information corresponding to the corresponding component among the n 2 bits input signals output from the distribution arbiter, and the corresponding The queues and links corresponding to the component have input and output signals of ocsels indicating whether the packet output has been reserved by the joint arbiter. The component 6000 of the coupling arbiter performs the following operations using the input signals.

도 6에서, 도면부호 "6100"은 구성요소(6000)의 동작 초기화 동작을 기술하고 있다. 즉, rst가 참(true)이면 해당 구성요소가 가장 높은 우선 순위를 가지고 있음을 의미하며, 하드웨어적으로는 중재기(5000)내의 비동기 루우프 신호의 피이드백 차단점 역할을 수행하는 po_o를 논리치 '1'로 초기화하여 해당 구성요소가 행렬의 대각선축에 위치함(5300)을 선언한다. 또한, rst가 참(true)이면 동작 초기화단계이므로 중재 결과 신호인 ocsel를 '0'으로 하여 중재되지 않은 상태임을 선언한다.In FIG. 6, reference numeral 6100 describes an operation initialization operation of the component 6000. That is, if rst is true, it means that the corresponding component has the highest priority. In hardware, it is possible to logically set po_o, which serves as a feedback blocking point of the asynchronous loop signal in the arbiter 5000. Initialize to '1' to declare that the component is located on the diagonal axis of the matrix (5300). In addition, if rst is true, since the operation is initiating, it declares that the mediation result signal ocsel is '0' and is not mediated.

도 6에서, 도면부호 "6200"은 구성요소(6000)의 본 동작 상태를 기술하고 있다. 즉, po_o가 참이면 구성요소는 행렬 대각선에 위치하므로 가장 높은 공간 우선 순위를 가진다. 이에 따라, 해당 큐에 배정될 수 있는 k2개의 결합단 입력링크들이 미 배정 상태임으로 분배중재결과(disel)가 참이면 rqn_o는 k2-1를 할당받으며, 해당 요소가 중재 예약되었음을 의미하는 grh_o와 ocsel은 논리치 참으로 할당받는다. 그러나, disel가 거짓(false)이면 해당 구성요소가 가장 높은 우선순위를 가지나, 분배중재결과가 없으므로 rqn_o는 k2를 할당받으며, 해당 요소가 중재 예약되었음을 의미하는 grh_o와 ocsel은 논리치 거짓으로 할당받는다.In FIG. 6, reference numeral 6200 describes the present operating state of component 6000. In other words, if po_o is true, the component is on the diagonal of the matrix and therefore has the highest spatial priority. Accordingly, if the distribution arbitration result is true because k 2 coupling end input links that can be assigned to the queue are unassigned, rqn_o is assigned k 2 -1, and grh_o means that the element is reserved for arbitration. And ocsel are assigned logical value true. However, if disel is false, the component has the highest priority, but rqn_o is assigned k 2 because there is no distribution arbitration result, and grh_o and ocsel are logically assigned false, meaning that the element is reserved for arbitration. Receive.

한편, po_o가 거짓이면, 즉 구성요소는 행렬 대각선외에 위치하며, disel이 참이고 grh_i가 거짓이며 그리고 rqn_i가 0이 아닌 경우, 즉 분배중재결과 해당 큐 및 링크로 패킷이 전달될 수 있으며 보다 높은 우선순위 구성요소에 의하여 해당 링크가 선점되지 않았으며 배정될 수 있는 결합단 입력링크가 있는 경우, rqn_o는 입력된 rqn_i의 값에서 -1한 값을 배정받으며, 해당 요소가 중재 예약되었음을 의미하는 grh_o와 ocsel은 논리치 참으로 할당받는다. 그러나, disel가 거짓(false)이거나 disel이 거짓이거나 grh_i가 참이거나 혹은 rqn_i가 0인 경우, 분배중재결과가 없으므로 rqn_o는 입력된 rqn_i의 값를 할당받으며, 해당 요소가 중재 예약되었음을 의미하는 grh_o와 ocsel은 논리치 거짓으로 할당받는다.On the other hand, if po_o is false, i.e., the component is located outside the diagonal of the matrix, disel is true, grh_i is false, and rqn_i is not zero, i.e., distribution mediation results in packets being delivered to the corresponding queue and link, and higher If the link is not preempted by the priority component and there is a join input link that can be assigned, rqn_o is assigned a value of -1 from the value of the entered rqn_i, grh_o meaning that the element is reserved for arbitration. And ocsel are assigned logical value true. However, if disel is false, disel is false, grh_i is true, or rqn_i is 0, rqn_o is assigned the value of the entered rqn_i because there is no distribution arbitration result, meaning grh_o and ocsel mean that the element is reserved for arbitration. Is assigned the logical false.

도 6에서, 도면부호 "6000"에서 초기화 동작 이후 행렬 대각선축에 위치하는 것을 의미하는 포인터 신호(po_o)는 매 중재 사이클 마다 우측(혹은 좌측)에 위치하는 구성요소로 그 값이 쉬프트한다.In FIG. 6, the pointer signal po_o, which means to be positioned on the matrix diagonal axis after the initializing operation at 6000, is shifted to a component located on the right side (or left side) every arbitration cycle.

도 5에서, 도면부호 "5000"은 결합 중재기이며, lxn2bits인 분배중재 결과인 입력신호(5100)를 받아 해당되는 각 구성요소(5300 등)에 분배한 후 상기한 구성요소 동작에 의하여 각각의 행축별로 위치한 구성요소들중 분배중재결과(disel)가 참인 구성요소 k2개를 선정하여 이들에 해당한 패킷들이 내부 블록킹없이 최종 결합 스위치까지 도달될 수 있음을 결합중재결과 출력신호(5200)를 이용하여 큐 제어기에 통보한다. 여기서, 행(row) 루우프 신호선(5600)은 po_i, po_o와 rqn_i, rqn_o 신호들을 연결하는 통로들을 나타내고 있으며, 렬(column) 루우프 신호선(5700)은 grh_o와 grh_i 신호들을 연결하는 통로들을 나타내고 있다.In FIG. 5, reference numeral 5000 denotes a combined arbiter, receives an input signal 5100 that is a distribution arbitration result of lxn 2 bits, and distributes the same to the corresponding components 5300. Among the components located in each row axis, two components k whose distribution mediation results are true are selected and the packets corresponding to them can be reached until the final coupling switch without internal blocking. To notify the queue controller. Here, the row loop signal line 5600 represents passages connecting the po_i, po_o and rqn_i, rqn_o signals, and the column loop signal line 5700 shows the passages connecting the grh_o and grh_i signals.

이제, 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 분배결합 패킷 스위칭 장치(분배결합 패킷 스위치)의 성능을 살펴보기로 한다.Now, with reference to FIG. 7, the performance of the distributed packet switching device (distributed packet packet switch) according to the present invention will be described.

분배 스위치, 스위칭단 단위 스위치, 결합 스위치들이 균등하게 64x64이며, 이들을 이용하여 단일 링크 연결방식의 CLOS 스위치 네트워크 형태로 구성한 4096x4096 분배결합 패킷 스위치에 균등하며 랜덤한 부하를 가하는 경우, 분배결합 스위치의 스위칭 지연 특성 컴퓨터 모의 시험 결과가 도 7에 도시되었다.The distribution switch, the switching unit unit switch, and the combined switch are equally 64x64, and the distribution switch is switched when the load is equally and randomly applied to the 4096x4096 distributed packet packet switch configured in the form of a CLOS switch network with a single link connection. The delay characteristic computer simulation results are shown in FIG. 7.

도 7에서는 전술한 바와 같이 전체적으로 이상적인 출력 버퍼 스위치 특성의 2배 정도의 지연값을 보이고 있음을 나타내고 있다.As shown in FIG. 7, the delay value of about twice the ideal output buffer switch characteristic is shown as a whole.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary knowledge.

상기한 바와 같은 본 발명은, 내부 링크 사용에 큐별로 지정되는 공간 우선순위를 사용하여 높은 처리율을 갖는 중재 기법을 통해, 차세대 패킷망에서 한 번의 스위칭으로 정보 교환(one hop switching)을 가능하게 하는 효과가 있다.As described above, the present invention provides an effect of enabling one hop switching in a next-generation packet network through an arbitration scheme having a high throughput by using a spatial priority assigned to each queue to use an inner link. There is.

Claims (8)

차세대 패킷망에서의 분배결합 패킷 스위칭 장치에 있어서,A distributed combining packet switching device in a next generation packet network, i(단, i는 임의의 자연수임)개의 m1ix n1단위 스위치 모듈들로 구성된 분배수단;distribution means consisting of i (where i is any natural number) m 1i xn 1 unit switch modules; j(단, j는 임의의 자연수임)개의 m2x n2단위 스위치 모듈들로 구성된 스위칭수단;Switching means consisting of j (where j is any natural number) m 2 x n 2 unit switch modules; l(단, l은 임의의 자연수임)개의 m3x n3l단위 스위치 모듈들로 구성된 결합수단; 및coupling means consisting of l 3 x n 3l unit switch modules (where l is any natural number); And 상기 분배수단과 상기 스위칭수단, 상기 스위칭수단과 상기 결합수단을 연결하는 연결수단Connecting means for connecting said distribution means and said switching means, said switching means and said coupling means; 을 포함하되, 상기 i개의 m1ix n1단위 스위치 모듈 내부에는 상기 결합수단에 있는 l개의 m3x n3l단위 스위치 모듈들의 개수와 동일한 l개의 큐(queue)들을 구비하여, 내부 링크 사용에 큐별로 지정되는 사이클릭한 공간 및 시간 우선 순위에 따라 분배결합 중재되어 스위칭되며, 다양한 속도의 가입자 단말 혹은 망 정합 장치들을 직접 수용할 수 있어, 한 번의 스위칭으로 정보 교환(one hop switching)이 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 분배결합 패킷 스위칭 장치. Wherein i m 1i xn 1 unit switch module is provided with l queues (equal to the number of l m 3 x n 3l unit switch modules in the coupling means), the queue for each internal link use Distributed arbitration-mediated switching according to the specified cyclic space and time priority, and can directly accommodate various speeds of subscriber station or network matching devices, enabling one hop switching in one switching. Distributing combined packet switching device, characterized in that. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 분배수단의 단위 스위치 모듈은 각각,Each unit switch module of the distribution means, 분배 스위치들이 가지고 있는 l개의 큐들에 대하여 패킷 입출력을 제어하는 i개의 큐 제어기;I queue controllers for controlling packet input / output for the l queues of the distribution switches; 상기 i개의 큐 제어기(개별 큐 제어기)에 있는 l개의 큐들에 저장되어 있는 패킷 개수를 입력으로 하여 상기 분배 스위치의 출력링크 혹은 상기 스위칭수단내의 스위치들에 배분하는 분배 중재기; 및A distribution arbiter for inputting the number of packets stored in the l queues of the i queue controllers (individual queue controllers) to an output link of the distribution switch or to switches in the switching means; And 상기 분배 중재기에서 분배된 패킷들의 상기 스위칭수단 출력링크 경합을 중재하는 결합 중재기A joint arbiter for arbitrating the switching means output link contention of packets distributed in the distribution arbiter 를 포함하되, 스위치내 연결링크들에 상호 겹치지 않는 공간 및 시간 우선 순위를 사이클릭(cyclic)하게 배분하며, 상기 분배 중재기와 상기 결합 중재기 사이에 교신하는 중재정보가 log(l)+1+(중재 사이클 식별정보) 비트인 것을 특징으로 하는 분배결합 패킷 스위칭 장치.And cyclically distribute spatial and temporal priorities that do not overlap each other in the link links in the switch, and the arbitration information communicating between the distribution arbiter and the combined arbiter is log (l) +1+. And (mediation cycle identification) bits. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 분배수단의 단위 스위치 모듈은 각각,Each unit switch module of the distribution means, 분배 스위치들이 가지고 있는 l개의 큐들에 대하여 패킷 입출력을 제어하는 i개의 큐 제어기;I queue controllers for controlling packet input / output for the l queues of the distribution switches; 상기 i개의 큐 제어기(개별 큐 제어기)에 있는 l개의 큐들에 저장되어 있는 패킷 개수를 입력으로 하여 상기 분배 스위치의 출력링크 혹은 상기 스위칭수단내의 스위치들에 배분하는 분배 중재기;A distribution arbiter for inputting the number of packets stored in the l queues of the i queue controllers (individual queue controllers) to an output link of the distribution switch or to switches in the switching means; n2비트 분배정보를 링크에 할당된 log(l) 비트 큐 넘버로 인코딩하는 인코더;an encoder for encoding n 2 bit distribution information into a log (l) bit queue number assigned to the link; 인코딩된 log(l) 비트 분배정보를 디코딩하여 n2비트 분배정보로 복원하는 디코더; 및A decoder for decoding the encoded log (l) bit distribution information and restoring it to n 2 bit distribution information; And 상기 분배 중재기에서 분배된 패킷들의 상기 스위칭수단 혹은 상기 결합수단 입출력 링크 경합을 중재하는 j개의 결합 중재기J combining arbiters for arbitrating the switching means or the combining means input / output link contention of packets distributed in the distribution arbiter 를 포함하는 분배결합 패킷 스위칭 장치.Distributed packet switching device comprising a. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 분배수단의 단위 스위치 모듈은 각각,Each unit switch module of the distribution means, 내부 블록킹 중재 동작시에, 링크당 분배 스위치내의 큐 넘버에 해당하는 log(l) 비트, 중재허용 여부를 나타내는 1 비트, 그리고 중재 사이클 동기용 식별 신호만을 교신하여 효율적으로 내부링크 자원을 사용하는 것을 특징으로 하는 분배결합 패킷 스위칭 장치.In internal blocking arbitration operation, it is recommended to efficiently use internal link resources by communicating only log (l) bits corresponding to queue numbers in the distributed switch per link, 1 bit indicating whether arbitration is allowed, and identification signals for arbitration cycle synchronization. Distributing combined packet switching device characterized in that. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 2 to 4, 상기 분배 중재기는,The distribution arbitrator, 구성요소로서, 동작 초기화 신호(rst), 동작 동기 신호(tck), 큐의 잔여 개수 입력정보(rqn_i), 큐의 잔여 개수 출력정보(rqn_o), 높은 공간 우선 순위를 갖는 다른 구성요소에 의하여 해당되는 링크가 선약되었는지를 나타내는 정보(grh_i), 링크 예약 출력 정보(grh_o), 그리고 해당 구성요소에 대응하는 큐와 링크에 패킷 출력이 예약되었는지를 나타내는 정보(odisel)들의 입출력 신호를 가지고 있으며,As an element, it corresponds to the operation initialization signal rst, the operation synchronization signal tck, the remaining number of queue input information rqn_i, the remaining number of queue output information rqn_o, and other components having a high spatial priority. It has input and output signals of information (grh_i), link reservation output information (grh_o), and information (odisel) indicating whether the packet output is reserved to the queue and link corresponding to the component, 큐의 잔여 개수 정보(rqn_i)와 해당되는 출력링크에 이전 구성요소에 의하여 패킷이 할당되었는가를 나타내는 정보(grh_i)를 이용하여,Using the remaining number information (rqn_i) of the queue and information (grh_i) indicating whether a packet has been allocated by a previous component to a corresponding output link, 상기 구성요소들로 사각형 행렬을 이루며, 렬축(column)은 분배스위치 큐들에 대응하며, 행축(row)에 분배스위치의 출력링크가 대응하며, 대각선 축상에 있는 구성요소의 상기 rqn_i는 공간 스위치에 의하여 결정되는 공간 우선 순위로 입력되는 큐 제어기의 잔여 패킷 정보를 입력받으며, 대각선 축상에 있는 구성요소의 상기 grh_i는 논리치 '0'(3810)으로 고정되어 인입되어, 이들 위치가 분배중재의 시작점이며 최고 우선 순위를 가지며, 그리고 이들 대각선축(diagonal)에 위치한 구성요소들은 하드웨어 구현시 비동기 피드백 루프을 차단하며, 큐 잔여 패킷 정보를 입력받아, 큐별 링크 공간 우선 순위에 따라 방출되고자 하는 패킷들을 출력링크에 균등하게 분배하는 것을 특징으로 하는 분배결합 패킷 스위칭 장치.The components form a rectangular matrix, the column axis corresponding to the distribution switch queues, the output link of the distribution switch corresponding to the row axis, and the rqn_i of the component on the diagonal axis being defined by a spatial switch. The remaining packet information of the queue controller inputted at the determined spatial priority is input, and the grh_i of the component on the diagonal axis is fixed to the logical value '0' 3810, and these positions are the starting point of the distribution arbitration. The components having the highest priority, and these diagonally arranged components, block the asynchronous feedback loop in hardware implementation, receive queue remaining packet information, and send packets to the output link to be released according to link space priority of each queue. Distribution-combined packet switching device, characterized in that evenly distributed. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 구성요소는,The component is, 상기 rqn_i이 0이 아니며(즉, 할당할 수 있는 잔여 패킷이 있으며) 상기 grh_i가 '0'인 경우(즉, 보다 높은 공간 우선 순위를 갖는 이전 구성요소에 의하여 해당되는 출력링크가 선점되지 않은 경우), 상기 rqn_i에서 -1한 값을 상기 rqn_o로 할당하며. 상기 grh_o에는 논리치 '1'을 할당하여 출력하고, 이때 상기 odisel은 해당 큐와 해당 출력링크에 패킷이 할당되었음을 의미하는 논리치 '1'을 가지며, 이외의 경우 상기 rqn_o는 상기 rqn_i 입력값, 상기 grh_o에는 상기 grh_i 입력치가 그대로 할당되어 출력되며, 동일한 경우 상기 odisel은 해당 큐와 해당 출력링크에 패킷이 할당되지 않았음을 의미하는 논리치 '0'을 갖는 것을 특징으로 하는 분배결합 패킷 스위칭 장치.If rqn_i is not 0 (i.e., there are remaining packets that can be allocated) and grh_i is '0' (i.e., no corresponding output link is preempted by a previous component with a higher spatial priority) ), And assigns the value -1 from rqn_i to the rqn_o. Logical value '1' is allocated to the grh_o and output, and the odisel has a logical value '1' indicating that a packet is allocated to the corresponding queue and the corresponding output link. Otherwise, the rqn_o is the rqn_i input value, The grh_o input value is allocated to the grh_o as it is and is outputted. In the same case, the odisel has a logical value '0' indicating that a packet is not allocated to the corresponding queue and the corresponding output link. . 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 2 to 4, 상기 결합 중재기는,The combined mediator, 구성요소로서, 동작 초기화 신호(rst), 초기화시 중재 동작의 시작점을 나타내며 구성요소행렬의 대각선 축에 위치하고 있는지를 표시하기 위한 정보(init_d), 중재기 동작 동기 신호(tck), 할당되지 않은 결합단 입력링크의 잔여 개수 입력정보(rqn_i), 할당되지 않은 결합단 입력링크의 잔여 개수 출력정보(rqn_o), 높은 공간 우선 순위를 갖는 다른 구성요소에 의하여 해당되는 링크가 선약되었는지를 나타내는 정보(grh_i), 링크 예약 출력 정보(grh_o), 매 중재 사이클마다 중재 동작의 시작점, 즉 가장 높은 우선 순위를 가지고 있는 구성요소를 특정하기 위한 포인터 입력 신호(po_i), 상기한 포인터 출력 신호(po_o), 상기 분배 중재기에서 출력되는 비트 입력 신호들 중 해당 구성요소에 대응하는 중재 입력 정보(disel), 그리고 해당 구성요소에 대응하는 큐와 링크에 패킷 출력이 결합중재기에 의하여 예약되었는지를 나타내는 정보(ocsel)들의 입출력 신호들을 가지고 있으며,As an element, an operation initialization signal (rst), information (init_d) for indicating whether the mediation operation is initiated at initialization and located on a diagonal axis of the component matrix, an arbitrator operation synchronization signal (tck), an unassigned combination The remaining number of input links (rqn_i), the remaining number of unallocated combined end input links (rqn_o), the information indicating whether the corresponding link is selected by other components having a high spatial priority (grh_i) ), Link reservation output information (grh_o), a pointer input signal (po_i) for specifying the start point of the arbitration operation, i.e., the component having the highest priority, in every arbitration cycle, the pointer output signal (po_o), and the Arbitration input information (disel) corresponding to the corresponding component among the bit input signals outputted from the distribution arbiter, and to the queue and link corresponding to the corresponding component Has input and output signals of ocsels indicating whether the packet output is reserved by the coordinator, 상기 구성요소들로 사각형 행렬을 이루며, 분배중재 결과인 입력신호들을 받아 해당되는 각 구성요소들에 분배한 후 각각의 행축별로 위치한 구성요소들중 분배중재결과(disel)가 참인 구성요소를 선정하여 이들에 해당한 패킷들이 내부 블록킹 없이 최종 결합 스위치까지 도달될 수 있음을 결합중재결과 출력신호를 이용하여 큐 제어기에 통보하는 것을 특징으로 하는 분배결합 패킷 스위칭 장치.A rectangular matrix is formed of the components, the input signals resulting from the distribution mediation are received, distributed to the corresponding components, and the components having the distribution mediation result (disel) are selected among the components located in each row axis. A distributed combining packet switching device, comprising notifying the queue controller using the combined arbitration result output signal that packets corresponding to them can be reached without the internal blocking. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 구성요소는,The component is, 초기화 동작시에, 매중재 사이클을 제어하는 동기 클럭(rst)이 참(true)이면 해당 구성요소가 가장 높은 우선 순위를 가지고 있음을 의미하며, 하드웨어적으로는 중재기내의 비동기 루우프 신호의 피이드백 차단점 역할을 수행하는 상기 po_o를 논리치 '1'로 초기화하여 해당 구성요소가 행렬의 대각선축에 위치함을 선언하며, 상기 rst가 참(true)이면 동작 초기화 단계이므로 중재 결과 신호인 상기 ocsel를 '0'으로 하여 중재되지 않은 상태임을 선언하며,In the initialization operation, if the synchronous clock (rst) that controls the mediation cycle is true, it means that the component has the highest priority, and in hardware, the feedback of the asynchronous loop signal in the arbiter Initialize the po_o acting as a blocking point to a logical value '1' to declare that the corresponding component is located on the diagonal axis of the matrix, and if the rst is true, the operation initialization step if the rst is true, the ocsel as an arbitration result signal Declares an unmediated state with '0', 본 동작 수행시에, 상기 po_o가 참이면, 상기 구성요소가 행렬 대각선에 위치하므로 가장 높은 공간 우선 순위를 가지며, 이로 인해 해당 큐에 배정될 수 있는 소정 개수의 결합수단 입력링크들이 미 배정 상태임으로 분배중재결과(disel)가 참이면 상기 rqn_o가 소정 개수에서 -1를 할당받으며, 해당 요소가 중재 예약되었음을 의미하는 상기 grh_o와 상기 ocsel가 논리치 참으로 할당받으며, 상기 disel가 거짓(false)이면 해당 구성요소가 가장 높은 우선순위를 가지나 분배중재결과가 없으므로 상기 rqn_o가 상기 소정 개수를 할당받으며, 해당 요소가 중재 예약되었음을 의미하는 상기 grh_o와 상기 ocsel가 논리치 거짓으로 할당받으며,In the present operation, if po_o is true, since the component is positioned diagonally to the matrix, the component has the highest spatial priority. Thus, a predetermined number of coupling means input links that can be allocated to the corresponding queue are not assigned. If the distribution mediation result (disel) is true, the rqn_o is assigned -1 in a predetermined number, and the grh_o and the ocsel are assigned the logical value true, meaning that the element is reserved for arbitration, and if the disel is false Since the component has the highest priority but there is no distribution arbitration result, the rqn_o is allocated the predetermined number, and the grh_o and the ocsel, which mean that the element is reserved for arbitration, are assigned as logical false, 상기 po_o가 거짓이면(즉, 구성요소는 행렬 대각선외에 위치하며), 상기 disel이 참이고 상기 grh_i가 거짓이며 그리고 상기 rqn_i가 0이 아닌 경우(즉, 분배중재결과 해당 큐 및 링크로 패킷이 전달될 수 있으며 보다 높은 우선순위 구성요소에 의하여 해당 링크가 선점되지 않았으며 배정될 수 있는 결합단 입력링크가 있는 경우), 상기 rqn_o가 입력된 상기 rqn_i의 값에서 -1한 값을 배정받으며, 해당 요소가 중재 예약되었음을 의미하는 상기 grh_o와 상기 ocsel가 논리치 참으로 할당받으며,If po_o is false (i.e. component is located outside of the matrix diagonal), if disel is true and grh_i is false and rqn_i is not zero (i.e., distribution mediation results in a packet forwarded to the corresponding queue and link) If the link is not preempted by a higher priority component and there is a combined input link that can be allocated), the value of -1 from the value of the rqn_i inputted by the rqn_o is assigned. The grh_o and the ocsel are assigned a logical value of true, meaning that the element is reserved for arbitration, 상기 disel가 거짓(false)이거나 상기 disel이 거짓이거나 상기 grh_i가 참이거나 혹은 상기 rqn_i가 0인 경우, 분배중재결과가 없으므로 상기 rqn_o가 입력된 상기 rqn_i의 값을 할당받으며, 해당 요소가 중재 예약되었음을 의미하는 상기grh_o와 상기 ocsel가 논리치 거짓으로 할당받는 것을 특징으로 하는 분배결합 패킷 스위칭 장치.If the disel is false, the disel is false, the grh_i is true, or the rqn_i is 0, there is no distribution arbitration result, so the rqn_o is assigned the value of the rqn_i inputted, and that the element is reserved for arbitration. The apparatus of claim 1, wherein the grh_o and ocsel are allocated as logical false.
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