KR20140117992A - 백플레인 장치 및 이를 이용한 스위칭 시스템 - Google Patents

Abstract

N+1 스위치 이중화 방식을 사용하는 스위칭 시스템에서 백플레인은 샤시의 중앙의 상단과 하단의 반슬롯에 실장되는 복수의 스위치 카드와 상기 복수의 스위치 카드의 양 옆으로 상기 샤시의 상단과 하단의 반슬롯에 실장되는 복수의 라인 카드를 상호 연결한다. 이때 각 라인 카드와 각 스위치 카드에서 일부의 커넥터 그룹을 이용하여 상기 샤시의 상단 또는 하단에서 동일한 위치의 라인 카드와 스위치 카드를 상호 연결하고, 나머지 커넥터 그룹을 이용하여 샤시의 상단과 하단에 배치된 라인 카드와 스위치 카드를 교차 연결한다.

Description

백플레인 장치 및 이를 이용한 스위칭 시스템{BACKPLANE APPARATUS AND SWITCHING SYSTEM USING THE SAME}

본 발명은 백플레인 장치 및 이를 이용한 스위칭 시스템에 관한 것으로, 특히 스위치 카드를 이중화로 구성하는 스위칭 시스템에서의 백플레인 연결에 관한 것이다.

종래의 스위칭 시스템은 스위치 카드 두 장을 장착하여 한 장이 고장 나더라도 나머지 한 장의 스위치 카드에 의해 스위칭 성능을 유지하는 1+1 스위치 이중화 방식을 사용한다.

1+1 이중화 방식은 100%의 예비 스위칭 용량을 확보하는 방식으로, 이는 라인 카드의 스위치 패브릭 인터페이스를 실제로 필요한 대역폭의 2배가 되도록 설계하거나, 반대로 주어진 대역폭에서 1+1 이중화를 제공하기 위해 라인 카드의 처리 용량을 줄여서 사용해야 함을 의미한다.

1+1 스위치 이중화 방식은 도 1과 같이 시스템 구조가 간단하고 백플레인에서의 신호 배선이 용이하여 수백 Gb/s급의 스위칭 용량을 제공하는 시스템에서 많이 사용된다. 그러나, 이 방식은 100%의 예비 스위칭 용량을 필요로 하기 때문에 수 Tb/s급의 대용량 스위칭 시스템에서는 그 만큼 많은 예비 용량이 낭비되는 문제가 있다.

도 1에서 (a)는 프로세서 카드(PC), 라인 카드(LC), 그리고 스위치 카드 (SC)로 구성된 시스템 구성을 나타내고, (b)는 백플레인에서 라인 카드와 스위치 카드 간의 논리적인 연결을 나타낸다.

N+1 스위치 이중화 방식은 스위칭 시스템의 신뢰성을 확보하면서도 스위칭 용량의 이용 효율을 높일 수 있어 대용량 스위칭 시스템에서 일반적으로 사용된다. 이 방식은 N+1개의 스위치 카드를 장착하여 이 중 한 개가 고장 나더라도 100% 스위칭 성능을 유지한다. 이를 위해 라인 카드는 N+1개의 스위치 카드와 균일하게 연결되고 라인 카드와 하나의 스위치 카드 사이의 스위치 패브릭 인터페이스 대역폭은 전체 스위칭 용량의 1/N이 된다. 예를 들어, 3+1 스위치 이중화의 경우, 라인 카드에서 요구되는 스위치 패브릭 인터페이스의 대역폭은 (100%/3) x 4 = 133%이 되어, 33%의 예비 용량만 확보하면 된다.

N+1 스위치 이중화 방식을 사용하는 스위칭 시스템은 미드플레인 (mid-plane) 구조를 적용할 수 있다. 이 구조는 도 2의 (a)와 같이 시스템의 한쪽 면에 라인 카드들(LC)을 배치하고 다른 한쪽 면에 라인 카드(LC)와 수직으로 스위치 카드들(SC)을 배치하며 미드플레인은 (b) 및 (c)와 같이 양면에 직교(orthogonal) 커넥터를 장착하여 라인 카드(LC)와 스위치 카드(SC)를 앞뒤로 연결한다.

미드플레인 구조는 다수의 라인 카드(LC)와 스위치 카드(SC)가 미드플레인 상의 직교 커넥터에 의해 직접 연결되므로 백플레인에서의 복잡한 배선이 필요 없는 장점을 가진다. 그러나, 이 구조는 라인 카드(LC)와 스위치 카드(SC)의 냉각(cooling)을 위해 서로 다른 방향의 공기 흐름(air flow)를 생성해야 하므로 스위칭 시스템 구조가 복잡해 지고, 후면에서 스위치 카드(SC)를 실장 및 탈장 하기 위한 공간이 추가로 필요하므로 설치 시 제약이 따른다.

시스템 구조의 단순성 및 운용성의 측면에서 N+1 스위치 이중화 방식의 스위칭 시스템 역시 도 3과 같이 백플레인 구조로 구현하는 것이 유리하지만 다음과 같은 문제가 있다.

첫째, 라인 카드(LC)를 장착할 수 있는 슬롯의 수가 감소한다. 통상적으로 스위칭 시스템은 19인치 또는 23인치의 표준 랙에 실장 가능하도록 시스템의 폭이 제한되므로 전체 슬롯 수 또한 제한된다. 따라서, 다수의 슬롯이 스위치 카드(SC)의 실장에 사용되면 그만큼 시스템에 실장할 수 있는 라인 카드의 수가 감소한다. 이는 대용량 시스템에서 라인 카드(LC) 당 용량이 매우 커짐을 의미하므로 결국 시스템 용량의 증설 단위(granularity)가 커져서 운용성이 떨어지게 된다.

둘째, 라인 카드(LC)와 다수의 스위치 카드(SC)를 상호 연결하는 백플레인 설계가 어렵다. 통상적으로 라인 카드(LC)와 스위치 카드(SC)를 연결하는 스위치 패브릭 인터페이스(Fabric I/F)는 수Gb/s 이상의 차동 고속 신호를 사용한다. 고속 신호의 전송 품질을 유지하기 위해서는 송수신 구동부의 임피던스와 배선의 임피던스를 일치시켜야 하며 전송 선로 상에 임피던스의 불연속점이 최소화 되어야 한다. 이를 위해 백플레인에서의 신호 배선은 비아(Via)에 의한 스터브(stub)가 발생하지 않도록 하나의 신호선은 단일 레이어에 배선하는 것이 원칙이다. 다수의 라인 카드(LC)와 다수의 스위치 카드(SC)를 상호 연결하려면 신호 배선이 교차하는 경우가 많아지게 되므로 배선에 필요한 적층(layer stack) 수가 증가하게 된다.

도 3의 (a) 및 (b)를 보면 알 수 있듯이, 통상적인 시스템 구조 및 배선 방식을 따르면 3+1 스위치 이중화 구성 시 필요한 적층 수는 1+1 스위치 이중화 구성 시의 2배까지 늘어날 수 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 N+1 이중화 방식을 사용하여 대용량 스위칭 시스템 구현을 용이하게 하면서 이중화 구성 시 필요한 적층 수를 최소화할 수 있는 백플레인 장치 및 이를 이용한 스위칭 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 한 실시 예에 따르면, N+1 스위치 이중화 방식을 사용하는 스위칭 시스템이 제공된다. 스위칭 시스템은 샤시, 복수의 스위치 카드, 복수의 라인 카드, 그리고 백플레인을 포함한다. 상기 샤시는 복수의 반슬롯(Half-slot)을 포함하고, 상단과 하단으로 구성되어 있다. 상기 복수의 스위치 카드는 상기 샤시의 중앙의 상단과 하단의 반슬롯에 나누어 실장되며, 각각 커넥터 그룹을 형성한다. 상기 복수의 라인 카드는 상기 복수의 스위치 카드의 양 옆으로 상기 샤시의 상단과 하단의 반슬롯에 나누어 실장되며, 각각 커넥터 그룹을 형성한다. 그리고 상기 백플레인은 각 라인 카드와 각 스위치 카드에서 제1 커넥터 그룹을 이용하여 상기 샤시의 상단 또는 하단에서 동일한 위치의 라인 카드와 스위치 카드를 상호 연결하고, 제2 커넥터 그룹을 이용하여 상기 샤시의 상단 및 하단에서 서로 다른 위치의 라인 카드와 스위치 카드를 교차 연결한다.

상기 백플레인은 동일한 위치의 라인 카드와 스위치 카드를 상호 연결하는 배선과 서로 다른 위치의 라인 카드와 스위치 카드를 교차 연결하는 배선을 중첩시키지 않는다.

상기 백플레인은 상기 제1 커넥터 그룹 및 상기 제2 커넥터 그룹 내에서의 연결을 배선 길이에 따라서 결정할 수 있다.

각 라인 카드의 상기 제1 커넥터 그룹은 상기 각 라인 카드의 맨 위에 위치하고, 상기 각 라인 카드의 상기 제2 커넥터 그룹은 상기 각 라인 카드의 맨 아래에 위치할 수 있다.

상기 스위칭 시스템은 상기 샤시의 상단과 하단의 반슬롯에 각각 나누어 실장되는 복수의 프로세서 카드를 더 포함할 수 있다.

상기 각 라인 카드는 해당 프로세서 카드와 연결하기 위한 제3 커넥터 그룹을 포함할 수 있고, 상기 각 라인 카드의 제3 커넥터 그룹은 상기 제1 및 제2 커넥터 그룹과 각각 이격되어 상기 각 라인 카드의 중앙에 위치할 수 있다.

본 발명의 다른 한 실시 예에 따르면, 백플레인 장치가 제공된다. 백플레인 장치는 샤시, 복수의 스위치 카드, 그리고 복수의 라인 카드를 포함한다. 상기 샤시는 복수의 반슬롯(Half-slot)을 포함하고, 상단과 하단으로 구성되어 있다. 상기 복수의 스위치 카드는 상기 샤시의 상단과 하단의 반슬롯에 나누어 배치된다. 상기 복수의 라인 카드는 상기 복수의 스위치 카드의 양 옆으로 상기 샤시의 상단과 하단의 반슬롯에 나누어 배치된다. 상기 복수의 라인 카드는 상기 샤시의 상단 및 하단 중에서 배치되는 위치에 따라 상기 복수의 스위치 카드와의 연결이 결정될 수 있다.

상기 복수의 라인 카드는 복수의 제1 및 제2 커넥터를 포함하고, 상기 샤시의 상단에 배치되는 라인 카드의 복수의 제1 커넥터는 상기 샤시의 상단에 배치되는 스위치 카드와 연결하는데 사용되고, 상기 샤시의 상단에 배치되는 라인 카드의 복수의 제2 커넥터는 상기 샤시의 하단에 배치되는 스위치 카드와 각각 연결하는데 사용되며, 상기 샤시의 하단에 배치되는 라인 카드의 복수의 제1 커넥터는 상기 샤시의 상단에 배치되는 스위치 카드와 각각 연결하는데 사용되고, 상기 샤시의 하단에 배치되는 라인 카드의 복수의 제2 커넥터는 상기 샤시의 하단에 배치되는 스위치 카드와 각각 연결하는데 사용될 수 있다.

상기 복수의 제1 및 제2 커넥터는 각각 위치 상으로 중앙으로부터 이격되어 해당 라인 카드의 중앙의 위쪽 및 아래쪽에 배치될 수 있다.

상기 백플레인 장치는 상기 샤시의 일측에 배치되며, 상기 샤시의 상단과 하단의 반슬롯에 각각 나누어 실장되는 복수의 프로세서 카드를 더 포함할 수 있다.

상기 복수의 라인 카드는 각각 해당 프로세서 카드와 연결하는 데 사용되는 제3 커넥터를 더 포함하고, 상기 제3 커넥터는 해당 라인 카드의 중앙 위치에 배치될 수 있다.

상기 복수의 스위치 카드는 각각 해당 프로세서 카드와 연결하는 데 사용되는 제4 커넥터를 포함하고, 상기 제4 커넥터는 해당 스위치 카드의 맨 아래 위치에 배치될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 의하면, 라인 카드와 스위치 카드를 모두 반슬롯(Half-slot) 구조의 샤시에 실장하고 이들을 백플레인을 통해 상호 연결함으로써, 대용량 스위칭 시스템에서 효율적인 N+1 스위치 이중화 구성과 필요한 라인 카드의 슬롯 수를 확보할 수 있다. 이를 통해 본 발명의 실시 예에 따른 시스템은 신뢰도를 위해 단위 라인 카드당 구비해야 하는 예비 용량을 절감할 수 있고, 미드플레인 구조의 시스템에 비해 공기 흐름 구조를 단순화하고 설치 시의 제약사항을 없앨 수 있는 장점을 가진다. 또한, 다수의 라인 카드와 N+1 이중화로 구성된 스위치 카드로 구성되는 시스템의 백플레인을 종래의 1+1 스위치 이중화를 사용하는 시스템의 백플레인과 동일한 적층 수로 제작할 수 있도록 하여 대용량 시스템의 제작 단가를 낮출 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래 1+1 스위치 이중화 방식을 사용한 시스템에서의 백플레인 구조 및 배선의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래 N+1 스위치 이중화 방식을 사용한 시스템에서의 미드플레인 구조의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 종래 N+1 스위치 이중화 방식을 사용한 시스템에서의 백플레인 구조 및 배선의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 스위칭 시스템의 백플레인 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6은 각각 도 4에 도시한 백플레인에서의 배선을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 3+1 스위치 이중화 구성을 위한 백플레인 연결을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 라인 카드와 스위치 카드 사이의 물리적인 상호 연결의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 9 및 도 10은 각각 상단과 하단을 교차하는 신호 배선을 설명하기 위해 도 7의 A와 B 영역을 세부적으로 나타낸 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 백플레인 장치 및 이를 이용한 스위칭 시스템에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 스위칭 시스템의 백플레인 구조를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 5 및 도 6은 각각 도 4에 도시한 백플레인에서의 배선을 나타낸 도면이다. 아래에서는 설명의 편의상 N=3인 3+1 스위치 이중화 방식을 사용하는 스위칭 시스템을 예로 들어서 설명한다.

도 4 내지 도 6을 참고하면, 스위칭 시스템은 샤시(도시하지 않음), 복수의 라인 카드(LC), 복수의 스위치 카드(SC), 복수의 프로세서 카드(PC) 및 백플레인(120)을 포함한다.

샤시는 복수의 반슬롯(Half-slot)을 포함하며, 상단과 하단으로 구성된다. 3+1 스위치 이중화 방식을 사용하는 스위칭 시스템의 경우 샤시는 2개의 프로세서 카드용 반슬롯, 4개의 스위치 카드용 반슬롯 그리고 16개의 라인 카드용 반슬롯으로 구성되어, 총 22개의 반슬롯을 포함한다.

복수의 스위치 카드(SC)는 샤시의 중앙 상단 슬롯과 중앙 하단 슬롯에 나뉘어 배치되고, 복수의 라인 카드(LC)는 복수의 스위치 카드(SC)를 중심으로 양쪽의 상단 슬롯과 하단 슬롯에 나뉘어 배치된다.

복수의 프로세서 카드(PC)는 샤시의 상단 슬롯과 하단 슬롯에 나뉘어 배치되며, 샤시의 일측에 위치한다. 본 발명의 실시 예는 라인 카드(LC)와 스위치 카드(SC) 사이의 스위치 패브릭 연결에 관한 것이므로 프로세서 카드(PC)는 샤시의 임의의 반슬롯에 위치해도 무방하다.

백플레인(120)은 도 5 및 도 6과 같이 복수의 스위치 카드(SC)와 복수의 라인 카드(LC)를 상호 연결한다.

3+1 스위치 이중화 방식을 사용하는 스위칭 시스템의 경우 스위치 카드(SC)의 개수는 4개이며, 라인 카드(LC)의 개수는 16개이다. 4개의 스위치 카드(SC)는 시스템 샤시의 가운데 2개의 상단 슬롯과 2개의 하단 슬롯, 총 4개의 반슬롯에 배치되며, 16개의 라인 카드(LC)는 스위치 카드(SC)의 양 옆으로 4개씩 총 16개의 슬롯에 배치된다. 그리고 2개의 프로세서 카드(PC)가 상단 슬롯과 하단 슬롯에 각각 배치된다.

도 5를 참고하면, 백플레인(120)에서 라인 카드 슬롯과 스위치 카드 슬롯은 각각 4개와 16개의 커넥터를 포함하는 커넥터 그룹을 가진다. 샤시의 상단 슬롯에 위치한 라인 카드 슬롯과 스위치 카드 슬롯의 커넥터 그룹은 각각 제1 상단 커넥터 그룹과 제1 하단 커넥터 그룹으로 나뉘고, 샤시의 하단 슬롯에 위치한 라인 카드 슬롯과 스위치 카드 슬롯의 커넥터 그룹은 각각 제2 상단 커넥터 그룹과 제2 하단 커넥터 그룹으로 나뉘어진다.

라인 카드(LC)와 스위치 카드(SC)에서 절반의 커넥터 그룹(열린 원 기호로 표시)은 샤시의 상단 또는 하단 중 동일한 위치 즉, 수평 위치에 배치된 라인 카드(LC)와 스위치 카드(SC)를 상호 연결하는데 사용되고, 라인 카드(LC)와 스위치 카드(SC)에서 나머지 절반의 커넥터 그룹(닫힌 원 기호로 표시)은 샤시의 서로 다른 위치 즉, 수직 위치에 배치된 라인 카드(LC)와 스위치 카드(SC)를 교차 연결하는데 사용된다. 예를 들면, 제1 상단 커넥터 그룹은 샤시의 상단 슬롯에 배치된 라인 카드(LC)와 스위치 카드(SC)를 상호 연결하는데 사용되고, 제2 하단 커넥터 그룹은 샤시의 하단 슬롯에 배치된 라인 카드(LC)와 스위치 카드(SC)를 상호 연결하는데 사용된다. 그리고 제1 하단 커넥터 그룹과 제2 상단 커넥터 그룹은 샤시의 상단 슬롯과 하단 슬롯에 위치한 라인 카드(LC)와 스위치 카드(SC)를 교차 연결하는 데 사용된다.

커넥터 그룹 내에서의 연결은 도 6에 도시한 바와 같이 배선 길이의 최적화를 위해 다양하게 구성할 수 있다.

단, 수평으로 상호 연결되는 커넥터 그룹 내 배선과 수직으로 교차 연결되는 커넥터 그룹 내 배선이 서로 중첩되지 않도록 한다. 이를 위해 스위칭 시스템에서는 라인 카드(LC)가 상단과 하단 중에서 실장되는 위치에 따라 스위치 카드(SC)와 연결되는 순서가 달라지도록 백플레인(120)에서 신호를 배선할 수 있다.

예를 들어, 상단 슬롯에 실장되는 라인 카드(LC)의 제1 상단 커넥터 그룹은 상단 슬롯에 실장되는 스위치 카드들(SC)과 연결되고, 라인 카드(LC)의 제1 하단 커넥터 그룹은 하단 슬롯에 실장되는 스위치 카드들(SC)과 연결된다. 반면에, 하단 슬롯에 실장되는 라인 카드(LC)는 이와 반대로 제2 상단 커넥터 그룹은 상단 슬롯에 실장되는 스위치 카드들(SC)과 연결되고, 하단 슬롯에 실장되는 라인 카드(LC)의 제2 하단 커넥터 그룹은 하단 슬롯에 실장되는 스위치 카드들(SC)과 연결된다.

라인 카드(LC)와 스위치 카드(SC)에서 사용하는 스위치 패브릭 인터페이스 칩과 스위치 패브릭 칩 사이의 동작은 독립적이므로, 둘 사이의 연결이 모든 라인 카드에서 동일할 필요는 없고, 단지 스위치 패브릭 인터페이스의 설정 및 관리를 위해서 라인 카드의 슬롯 별로 서로 다른 스위치 패브릭 인터페이스 매핑 정보를 가지고 있으면 된다.

도 5에서 상단 또는 하단에 동일하게 배치된 라인 카드(LC)와 스위치 카드(SC)의 연결은 도 1에 도시한 1+1 스위치 이중화 구성 시의 백플레인 배선과 동일한 복잡도를 가진다. 또한, 상단 슬롯의 라인 카드(LC)/스위치 카드(SC)와 하단 슬롯의 스위치 카드(SC)/라인 카드(LC)를 교차하는 연결은 다른 배선들과 중첩되지 않으므로 본 발명의 실시 예에 따른 백플레인(120)의 연결 방법에 의하면 필요한 적층 수는 통상적인 1+1 스위치 이중화 구성 시 필요한 적층 수 또는 상단/하단 교차 연결에 필요한 적층 수가 된다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 3+1 스위치 이중화 구성을 위한 백플레인 연결을 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 라인 카드와 스위치 카드 사이의 물리적인 상호 연결의 일 예를 나타낸 도면이다.

3+1 스위치 이중화 방식을 사용하는 스위칭 시스템은 앞에서 설명한 바와 같이 4개의 스위치 카드(SC0~SC3)와 16개의 라인 카드(LC0~LC15)를 포함할 수 있다.

스위칭 시스템에서 16개의 라인 카드(LC0~LC15)는 상단 슬롯과 하단 슬롯 중에서 실장되는 위치에 따라 스위치 카드(SC0~SC3)와 연결되는 순서가 달라질 수 있고, 상단 슬롯 또는 하단 슬롯에 동일하게 실장되는 라인 카드(LC0~LC15) 역시 배선 길이의 최적화를 위해 스위치 카드(SC0~SC3)와 연결되는 순서가 달라질 수 있다.

도 7을 참고하면, 상단 슬롯에 실장된 라인 카드(LC0)의 커넥터 그룹은 위에서부터 스위치 카드(SC0, SC1, SC2, SC3)의 순으로 연결되고, 하단 슬롯에 실장된 라인 카드(LC8)의 커넥터 그룹은 위에서부터 스위치 카드(SC1, SC0, SC3, SC2)의 순으로 연결된다.

일반적으로 스위치 카드는 라인 카드에 비해 2배 이상 집적도가 높은 커넥터를 사용한다. 예를 들면 스위치 카드와 라인 카드는 각각 8열짜리 핀홀과 4열짜리 핀홀을 가지는 차동 커넥터를 사용할 수 있다.

도 8을 참고하면, 라인 카드(LC1', LC2')와 스위치 카드(SC1', SC2') 사이의 물리적인 상호 연결은 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이 스위치 카드(SC1')에서 커넥터의 절반 좌측 핀홀 열은 좌측에 배치된 라인 카드(LC1')에 연결하고, 스위치 카드(SC1')의 나머지 절반 우측 핀홀 열은 우측에 배치된 라인 카드(LC2')에 연결함으로써, 하나의 스위치 카드(SC1')를 다수의 라인 카드와 상호 연결하는데 필요한 적층 수는 2가 되고, 두 개의 스위치 카드를 모두 배선하는데 필요한 적층 수는 4가 된다.

스위치 카드(SC2') 또한 이와 유사하게 다수의 라인 카드와 상호 연결될 수 있다.

도 7에 도시한 백플레인 연결에서, 라인 카드(LC0~LC7)와 스위치 카드(SC0, SC1), 그리고 라인 카드(LC8~LC15)와 스위치 카드(SC2, SC3)의 연결은 종래의 1+1 스위치 이중화 구성 시와 동일하므로 필요한 적층 수는 4가 된다. 또한, 라인 카드(LC0~LC7)와 스위치 카드(SC2, SC3), 그리고 라인 카드(LC8~LC15)와 스위치 카드(SC0, SC1)의 연결 또한 1+1 스위치 이중화 시와 마찬가지로 신호가 서로 교차되거나 중첩되지 않도록 커넥터를 배치함으로써 1+1 스위치 이중화 구성 시와 동일하게 필요한 적층 수는 4가 된다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 백플레인 연결에서 필요한 적층 수 역시 4가 된다. 이를 위해, 라인 카드(LC0~LC7) 및 라인 카드(LC8~LC15)는 각각 프로세서 카드(PC1, PC2)와 연결하기 위한 커넥터 그룹(노란색 블록으로 표시)을 중앙의 적절한 위치에 배치하고, 스위치 카드(SC0~SC3)는 각각 프로세서 카드와 연결하기 위한 커넥터 그룹(흰색 블록으로 표시)을 맨 아래 쪽에 배치한다. 또한, 라인 카드(LC0~LC7)에서 스위치 카드(SC0~SC3)와 연결하기 위한 커넥터 그룹(흰색 블록으로 표시)을 맨 위 쪽 및 맨 아래 쪽에 절반씩 배치함으로써 상단과 하단 사이에 교차 연결을 위해 신호 배선이 커넥터를 우회할 수 있는 공간이 마련된다.

도 9 및 도 10은 각각 상단과 하단을 교차하는 신호 배선을 설명하기 위해 도 7의 A와 B 영역을 세부적으로 나타낸 도면이다.

도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 백플레인 배선을 위해서는 슬롯간 간격이 통상적인 1+1 스위치 이중화 구성 시의 경우보다 넓어져야 한다. 예를 들어, 슬롯 당 200Gb/s의 용량을 제공하는 라인 카드의 경우, 10Gb/s급의 고속 신호로 스위치 패브릭 인터페이스를 사용하면 하나의 스위치 카드와 8개의 신호를 연결하면 충분하다. 즉, 4개의 스위치 카드 중 3개만 동작해도 240Gb/s(=10Gb/s x 8 x 3)의 대역폭을 제공할 수 있다.

10Gb/s급의 고속 신호는 반드시 차동 신호를 사용해야 하며 표면 효과(skin effect)에 의한 신호 감쇄를 줄이기 위해 신호의 패턴 폭은 8mil 이상이 되어야 한다. 차동 신호 사이의 간격을 1.5W로, 차동 신호 쌍 간의 간격을 3W로 가정할 경우, 8개의 차동 신호 쌍을 배선하는데 필요한 공간은 1cm가 된다. 따라서, 도 9와 같이 상단과 하단의 교차 연결 시 8개의 차동 신호 쌍 두 그룹을 단일 레이어에서 겹치지 않게 배선하기 위해서는 인접 커넥터 사이의 간격이 2cm 이상이 되어야 한다. 통상적으로 핀홀간 간격이 1.5mm 피치(pitch)인 4열 핀홀의 차동 커넥터 사용시, 커넥터의 폭은 1cm 이하 이므로 라인 카드간 피치가 3cm 이상이면 최소의 적층 수로 백플레인 설계가 가능하다. 이는 19인치 랙에 실장 가능한 시스템 샤시에서 충분히 제공 가능한 값이다.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (13)

1. N+1 스위치 이중화 방식을 사용하는 스위칭 시스템으로,
   복수의 반슬롯(Half-slot)을 포함하고, 상단과 하단으로 구성되어 있는 샤시,
   상기 샤시의 중앙의 상단과 하단의 반슬롯에 나누어 실장되며, 각각 커넥터 그룹을 형성하는 복수의 스위치 카드,
   상기 복수의 스위치 카드의 양 옆으로 상기 샤시의 상단과 하단의 반슬롯에 나누어 실장되며, 각각 커넥터 그룹을 형성하는 복수의 라인 카드, 그리고
   각 라인 카드와 각 스위치 카드에서 제1 커넥터 그룹을 이용하여 상기 샤시의 상단 또는 하단에서 동일한 위치의 라인 카드와 스위치 카드를 상호 연결하고, 제2 커넥터 그룹을 이용하여 상기 샤시의 상단 및 하단에서 서로 다른 위치의 라인 카드와 스위치 카드를 교차 연결하는 백플레인
   을 포함하는 스위칭 시스템.
2. 제1항에서,
   상기 백플레인은 동일한 위치의 라인 카드와 스위치 카드를 상호 연결하는 배선과 서로 다른 위치의 라인 카드와 스위치 카드를 교차 연결하는 배선을 중첩시키지 않는 스위칭 시스템.
3. 제1항에서,
   상기 백플레인은 상기 제1 커넥터 그룹 및 상기 제2 커넥터 그룹 내에서의 연결을 배선 길이에 따라서 결정하는 스위칭 시스템.
4. 제1항에서,
   각 라인 카드의 상기 제1 커넥터 그룹은 상기 각 라인 카드의 맨 위에 위치하고, 상기 각 라인 카드의 상기 제2 커넥터 그룹은 상기 각 라인 카드의 맨 아래에 위치하는 스위칭 시스템.
5. 제4항에서,
   상기 샤시의 상단과 하단의 반슬롯에 각각 나누어 실장되는 복수의 프로세서 카드
   를 더 포함하는 스위칭 시스템.
6. 제5항에서,
   상기 각 라인 카드는 해당 프로세서 카드와 연결하기 위한 제3 커넥터 그룹을 포함하고,
   상기 각 라인 카드의 제3 커넥터 그룹은 상기 제1 및 제2 커넥터 그룹과 각각 이격된 상기 각 라인 카드의 중앙에 위치하는 스위칭 시스템.
7. 복수의 반슬롯(Half-slot)을 포함하고, 상단과 하단으로 구성되어 있는 샤시,
   상기 샤시의 상단과 하단의 반슬롯에 나누어 배치되는 복수의 스위치 카드, 그리고
   상기 복수의 스위치 카드의 양 옆으로 상기 샤시의 상단과 하단의 반슬롯에 나누어 배치되는 복수의 라인 카드
   를 포함하고,
   상기 복수의 라인 카드는 상기 샤시의 상단 및 하단 중에서 배치되는 위치에 따라 상기 복수의 스위치 카드와의 연결이 결정되는 백플레인 장치.
8. 제7항에서,
   상기 복수의 라인 카드는 복수의 제1 및 제2 커넥터를 포함하고,
   상기 샤시의 상단에 배치되는 라인 카드의 복수의 제1 커넥터는 상기 샤시의 상단에 배치되는 스위치 카드와 연결하는데 사용되고, 상기 샤시의 상단에 배치되는 라인 카드의 복수의 제2 커넥터는 상기 샤시의 하단에 배치되는 스위치 카드와 각각 연결하는데 사용되며,
   상기 샤시의 하단에 배치되는 라인 카드의 복수의 제1 커넥터는 상기 샤시의 상단에 배치되는 스위치 카드와 각각 연결하는데 사용되고, 상기 샤시의 하단에 배치되는 라인 카드의 복수의 제2 커넥터는 상기 샤시의 하단에 배치되는 스위치 카드와 각각 연결하는데 사용되는 백플레인 장치.
9. 제8항에서,
   상기 복수의 제1 및 제2 커넥터는 각각 위치 상으로 중앙으로부터 이격되어 해당 라인 카드의 중앙의 위쪽 및 아래쪽에 배치되는 백플레인 장치.
10. 제9항에서,
    상기 샤시의 일측에 배치되며, 상기 샤시의 상단과 하단의 반슬롯에 각각 나누어 실장되는 복수의 프로세서 카드
    를 더 포함하는 백플레인 장치.
11. 제10항에서,
    상기 복수의 라인 카드는 각각 해당 프로세서 카드와 연결하는 데 사용되는 제3 커넥터를 더 포함하고,
    상기 제3 커넥터는 해당 라인 카드의 중앙 위치에 배치되는 백플레인 장치.
12. 제10항에서,
    상기 복수의 스위치 카드는 각각 해당 프로세서 카드와 연결하는 데 사용되는 제4 커넥터를 포함하고,
    상기 제4 커넥터는 해당 스위치 카드의 맨 아래 위치에 배치되는 백플레인 장치.
13. 제8항에서,
    상기 복수의 스위치 카드는 각각 상기 복수의 라인 카드와 연결을 위한 복수의 제3 커넥터를 포함하고,
    각 스위치 카드의 제3 커넥터의 절반 좌측열은 해당 스위치 카드의 좌측에 배치된 라인 카드와 연결하는데 사용되고, 상기 각 스위치 카드의 제3 커넥터의 절반 우측열은 해당 스위치 카드의 우측에 배치된 라인 카드와 연결하는데 사용되는 백플레인 장치.

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