NO310749B1

NO310749B1 - Fremgangsmåte ved gruppering av linker i en pakkesvitsj

Info

Publication number: NO310749B1
Application number: NO19943394A
Authority: NO
Inventors: Thomas Agne Eriksson; Hao Jiang; Per Arvid Martin Ljungberg; Rolf Stefan Sandin
Original assignee: Ericsson Telefon Ab L M
Priority date: 1992-03-17
Filing date: 1994-09-13
Publication date: 2001-08-20
Also published as: FI944277A0; CN1078590A; DK0631705T3; SE9200813L; NO943394L; DE69323547T2; SE470039B; AU670074B2; EP0631705B1; SE9200813D0; EP0631705A1; JPH07504789A; GR3030224T3; ES2127812T3; CN1057653C; KR100250762B1; AU3772793A; NO943394D0; US5400324A; WO1993019550A1

Description

TEKNISK BAKGRUNN

Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt linkgruppering ved pakkesvitsjer for pakker med konstant lengde, for eksempel ATM svitsjer (ATM = "Asynchronous Transfer Mode"). Linkgruppering innebærer at en logikklink blir fremskaffet idet denne omfatter mange parallelle fysiske linker. Logikklinken tilbyr en båndbredde som utgjør summen av det for de fysiske linker. På denne måte kan for eksempel en logikklink med en båndbredde på 622,08 Mb/s fremskaffes ved linkgruppering av fire fysiske 155,52 Mb/s linker.

Mer spesielt vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte ved gruppering av linker i en pakkesvitsj for pakker av konstant lengde, idet pakkesvitsjen har et antall noder og et antall transmisjonslinker for selektivt å kunne sammenkoble et antall inngangsporter til et antall utgangsporter via ruter gjennom svitsjen, der nodene muliggjør romselektering og transmisjonslinkene kobler nodene innbyrdes sammen.

Nevnte linkgruppering omfatter å frembringe, fra et antall parallelle fysiske linker som kommer inn til svitsjen, linkgrupper hver i form av en logisk link med en båndbredde som er summen av båndbreddene til de innkommende fysiske linker inkludert i linkgruppen, og restaurere nevnte logiske link til utgående parallelle fysiske linker fra svitsj en.

I forbindelse med en ATM-svitsj for bredbånds telekommuni-kasjon, foreligger det et behov for større båndbredde enn det som fysisk er tilgjengelig. Linkgruppering kan gi gode trafikkarakteristikker og maskinvarefleksibilitet og effek-tivitet, for eksempel kortere forsinkelser, færre buffere, samt realisering av forskjellige typer av konsentrato-rer/multipleksere og svitsjer i forskjellige hastighets-klasser samtidig som det benyttes de samme basiskomponen-ter. Blokkrelaterte karakteristikker i et linkkoblet nettverk, for eksempel et Clos-nettverk, vil også kunne forbed-res ved akselerert logikk, hvilket oppnåes ved hjelp av linkgruppering.

TEKNIKKENS STILLING

Fremgangsmåter som hittil har vært tilgjenglige for å gi en bredbåndslink er:

1. høy fysisk hastighet,

2. serie-parallell omforming for oppnåelse av høyere logikkhastighet enn tilsvarende fysisk.

Ulemper med første fremgangsmåte er vanskeligheten ved rea-liseringen av høyhastighetselektronikker og mekanikker, samt den konsekvente effektsforbruk. Den andre fremgangsmå-ten bygger normalt på multipleksering ved bitnivå og krever derfor bitsynkron transmisjon.

Blant publikasjoner som diskuterer behovet for å fremskaffe større båndbredde enn det som fysisk er tilgjengelig, skal her nevnes EP 0 374 574, WO 85/04300, WO 90/12467, og IBM Technical Disclosure Bulletin, volum 32, nr. 9A, februar 1990, sidene 45-49.

OMTALE AV OPPFINNELSEN

En hensikt med den foreliggende oppfinnelse er å tilveie-bringe en fremgangsmåte for å utføre linkgruppering av den type som er angitt i den innledende del, som gir en enklere løsning enn tidligere kjent hva angår problemet i forbindelse med ATM sammenheng for oppnåelse av større båndbredde enn det som er fysisk tilgjengelig.

Denne hensikt oppnås ifølge oppfinnelsen ved å benytte en eller flere linkprotokoller, ifølge hvilke en etikett i innledningen på pakkene bringes til å beskrive en rute som holder sammen de grupperte linker gjennom hele svitsjen, på en måte slik at bits i etiketten som beskriver ruten over en bestemt transmisjonslink er de samme for pakker som til-hører samme linkgruppe.

KORT OMTALE AV TEGNINGENE

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i ytterligere detalj under henvisning til de vedføyde tegningsfigurer. Figur 1 viser skjematisk det generelle prinsipp ved linkgruppering for fremskaffelse av logikklinker i en ATM-svitsj. Figur 2 viser en protokoll-modell som anskueliggjør hvordan det fremskaffes linkgruppering i svitsjer, i henhold til oppfinnelsen. Figur 3 viser skjematisk multiport linkgruppering i henhold til oppfinnelsen. Figur 4 viser på samme måte skjematisk multiport linkgruppering i en delt bufferpulje. Figur 5 viser på samme måte transmisjon av en intern strøm av pakker i en blokk til en annen blokk via grupperte linker . Figur 6 viser en logisk oppbygning for linkgruppering via en link mellom noder. Figur 7 viser skjematisk påhekting av etikett i svisjepor-ter for interport linkgruppering i henhold til oppfinnelsen .

BESKRIVELSE AV FORETRUKNE UTFØRELSESFORMER

De samme henvisningstall blir brukt på de forskjellige figurer for de samme eller ekvivalente detaljer.

På figur 1 indikerer henvisningstall 2 en svitsjekjerne i

en pakkesvitsj for pakker med konstant lengde, for eksempel en ATM svitsj . Et antall parallelle fysiske linker 4 ankom-mer ved inngangsvitsjeporter 6 til kjernen 2. Før kjernen 2 er det tildannet en linkgruppering av fysiske linker 4 for dannelse av logikklinker, idet hver av disse omfatter flere av de parallelle linker 4. Denne linkgruppering er vist på figur 1, samt på de følgende figurer, ved hjelp av ovale symboler, for eksempel, de ovale symboler 1 og m på figur 1. Linkgrupperingen ved utgangene fra kjernen 2 trenger ikke nødvendigvis å være den samme som for inngangene, noe som er indikert på figur 1 der linkgrupperinger n og r ved utgangene tilsvarer, henholdsvis, linkgrupperinger 1 og m ved inngangene.

Via utgangsvitsjeporter 8 vil deretter et antall parallelle, fysiske linker 10 forlate svitsjen.

Linkgrupperingen er karakterisert spesielt ved at de indi-viduelle linker i en gruppe bærer serielle pakkestrømmer ved grensesnittet for svitsjekjernen, men utgjør en logikklink ved bruk av protokoller (understøttet av maskinva-re) som er spesifikke for en viss grupperingsdefinisjon. Linkgrupperingen bør være så generell som mulig, hvilket innebærer at gruppering i mange forskjellige gruppestørrel-ser bør være mulig, slik dette er vist på figur 1. Imidler-tid er det i praksis mest interessant å ha den samme linkgruppering ved innganger og utganger, samt å ha grupper som utgjør multipler av fire fysiske linker.

Linkgruppering kan beskrives ved å bruke en protokollstabel av den type som er vist på figur 2. Den øvre del av denne figur indikerer skjematisk hvordan svitsjekjernen 2 kan inndeles i et antall noder 12 og transmisjonslinker 14, der nodene 12 utfører romselektering og transmisjonslinkene 14 tilbyr punkt-til-punkt-transmisjon mellom nodene.

Mellom svitsjeportene 6 og nodene 12 blir linkgrupperingen definert ved en protokoll på nivå 2, G2, og via transmisjonslinkene blir det benyttet en protokoll på nivå 1, Gl. Assosiasjonen mellom elementer i den øvre og nedre del av figur 2 er indikert ved hjelp av dobbelte piler.

Det som er felles for alle tenkbare variasjoner av linkgrupperinger i henhold til oppfinnelsen, er at etikettnummeret ved innledningen av pakkene beskriver en rute som holder sammen de grupperte linker gjennom hele svitsjen, hvilket innebærer at de bits i etiketten som beskriver ruten via en bestemt transmisjonslink, er de samme for pakker som tilhører den samme gruppe. Denne informasjon er en del av G2 .

Avhengig av hvordan resten av protokollen ser ut ved nivå 2 (G2), kan linkgruppering deles inn i to typer, nemlig mul-tiportgruppering og interport-linkgruppering.

Multiport-linkgruppering skal her omtales først, idet det skal henvises til figurene 3-6.

Fordelen med denne type av linkgruppering er at det ikke kreves noen ekstra funksjoner i svitsjeportene, og dens me-kanisme kan mer spesielt inndeles i det som finner sted, delvis i nodene og delvis via transmisjonslinkene.

I en node vil gruppen holdes sammen idet man bruker tilsvarende romselektering for de grupperte linker, for eksempel ved at visse bits i etikettnummeret er like, slik at de kommer ut på den samme grupperte utgang og sekvensen blir beholdt. Dette kan for eksempel realiseres i henhold til det som er anskueliggjort på figur 3, nemlig ved at linker som tilhører den samme gruppe, eller logikklinker, for eksempel n eller m, skrives inn i den samme buffer, henholdsvis 16 og 18, i noden 12, og leses ut fra noden serielt på utgående linker.

Det bufferkompleks prinsipp som er vist med henvisningstall 20 på figur 4, kan ellers også bli benyttet, der linkgruppering og utlesning kan styres ved hjelp av en funksjon 22, for minnehåndtering i henhold til kjente prinsipper, se for eksempel IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS, oktober 1991, volum 9. nummer 8, side 1239, "32<*>32 Shared Buffer Type ATM Switch VLSI's for B-ISDN<s>s". På figur 4 har man gitt utgående logikklinker etiketter 24 og 26.

Den funksjonalitet som må introduseres via en link, er en eller annen type av enkel linkprotokoll (Gl) for å sende og reetablere en pakkestrøm via en "parallell forbindelse" med en fordeling på pakkenivå i henhold til det som vil bli beskrevet i det følgende.

Under henvisning til figur 5 sees det her en strøm 28 av pakker 30 med konstant lengde internt i en blokk, som kan oversendes til en annen blokk via eksterne linker 32. Den interne strøm kan også sies å ha en pakkefrekvens på F pakker/s. Det følger herav at tiden for en pakke i den interne strøm kan sies å være t=l/F.

De eksterne linker 32 kan på grunn av tekniske begrensning-er ha en transmisjonskapasitet som begrenses slik at en ekstern link ikke kan håndtere en pakkefrekvens på F, men bare lavere pakkefrekvenser. I et slikt tilfelle kan flere eksterne linker 32 sammen, via gruppering, oversende den interne pakkestrøm 28.

Når n eksterne linker er gruppert og pakkene 30 i den interne strøm 28 blir oppdelt innbyrdes, vil pakkefrekvensen på hver ekstern link bli F/n. Derav følger at tiden for hver pakke på de eksterne linker blir nt.

Sekvensordningen mellom pakkene er viktig og må bibeholdes. Det er derfor viktig at pakkene 30 blir oversendt på de grupperte linker 32 på en slik måte at sekvensordningen kan bli bibeholdt. For å kunne muliggjøre dette er det nødven-dig med grupperingslogikk 34 på sendersiden, og restaure-

ringslogikk 36 på mottagersiden.

Senderlogikken og mottagerlogikken, henholdsvis 34 og 36, bør være slik konstruert at det tillates en viss spredning i transmisjonstid mellom de eksterne linker 32.

Linkprotokollen innbefatter for det første en algoritme om hvordan pakkene skal porsjoneres ut og samles inn mellom de fysiske linker, slik at man bibeholder korrekt romforhold, for eksempel i sekvensen 1, 2, 3 og 4.

For det annet innbefatter protokollen synkronisering som sikrer at pakkene blir overført slik at det foreligger et bestemt tidsmønster mellom de fysiske linker. For eksempel kan pakken sendes ut samtidig eller tidsforsinket med et konstant intervall. Tidsforsinkelse/forskjell i lengde på linkene kan tillates for oppnåelse av motsvarighet til en pakke dersom passende bit- og pakkesynkronisering blir in-trodusert .

Det vil nå først bli gitt en kort omtale av en passende konstruksjon for senderlogikk og mottagerlogikk.

Konstruksjonen bør utføres slik at pakkene 30 i den interne strøm 28 blir fordelt eller delt på de eksterne linker 32 i henhold til et gitt mønster. Et passende mønster går ut på et syklisk mønster i henhold til følgende: Pakke 1 blir sendt på den eksterne link 32.1, pakke 2 på link 32.2, og så videre inntil pakke n på link 32.n, hvoretter pakke n + 1 blir sendt på link 32.1, etc, se figur 5. Pakkene på de eksterne linker bør sendes ut med en innbyrdes tidsforsin-kelse slik at dersom en pakke (begynnelsen av pakkene) blir sendt ved tidspunkt 0, vil pakke 2 bli sendt ved tidspunkt t, etc, inntil pakke n blir sendt ved tidspunkt (n - l)t, og deretter pakke n + 1 ved tidspunkt nt.

Fordi oppdelingen blir utført ved pakkenivå, kan det introduseres to buffertrinn 38 og 39 i henhold til figur 6, fordi båndbredden inn til og ut fra sendekøen er høyere enn båndbredden for de fysiske linker. Buffertrinnene kompense-rer for forskjell i båndbredde.

Grupperingslogikken blir oppbygget på basis av en distribu-eringsenhet 42, en av bufferne 38.1-38.n per ekstern link i buffertrinnet 38, samt en sekvensstyreenhet 44 som styrer tidskommanderingen mellom pakkene på de eksterne linker. Distribueringsenheten 42 tildeler pakkene pakke for pakke, til bufferne 38.1-38.n mot de eksterne linker, slik at distribusjonen av pakker mellom linkene blir oppnådd som beskrevet tidligere.

Bufferne 38.1-38.n, en til hver ekstern link, håndterer forskjellene i tid mellom transmisjon av en pakke og den interne strøm som kan opptre på de eksterne linker. En buffer blir fylt med en pakke fra den interne strøm ved tids-punktet t. I den neste tidsperiode for nt blir den tømt mot den eksterne link. For å sikre at pakkesekvensen blir bibeholdt og ingen pakker passerer hverandre i bufferne, bør hver buffer ha rom for flere enn 1-1/n pakker og færre enn 2-1/n pakker.

Enheten 44 for styring av tidskommandoen sørger for at den ovenfor omtalte tidskommando blir bibeholdt. Enheten bruker pakkestrømmen på ekstern link 32.1 som referanse og styrer strømmen ut av bufferne 32.1-32.n mot de andre linker basert på denne referanse. Fordi pakkefrekvensen er den samme for alle eksterne linker trenger enheten bare å bli aktivi-sert ved det første oppstart eller når en eller annen ekstern link blir startet på nytt.

Restaureringslogikken 36 består av en av bufferne 40.1 - 40.n for hver ekstern link, en samlende enhet 46 og en sek-vensrestaureringsenhet 48.

Forskjeller i transmisjonstider mellom de forskjellige eksterne linker kan opptre. Disse forskjeller kan opptre i grupperingslogikken 34, ved transporten via de eksterne linker, samt i restaureringslogikken 36. Restaureringslogikken må derfor bygges slik at den kan håndtere en spredning i ankomsttid for pakkene på de eksterne linker.

Den eksterne link 32.1 blir brukt som referanse. På de andre eksterne linker blir de nominelle ankomsttider for pakkene beregnet, idet man starter fra referansen. Fra den nominelle ankomsttid blir det tillatt en spredning på +d. Normalt vil d kunne tillates å være d=nt/2, det vil si en halv pakketid på de grupperte linker.

Bufferne 40 til de eksterne linker 32 blir benyttet for å håndtere forskjellene i pakketid mellom de eksterne linker og den interne strøm. En buffer blir fylt med en pakke fra den eksterne link under tidsperioden nt. Bufferen blir deretter tømt mot den interne strøm i dette tidsintervall t. I bufferen 40 blir pakken også lagret for en ekstra tidsperiode på nominelt d og maksimalt 2d for håndtering av forskjeller i reell ankomsttid relatert til nominell ankomsttid for pakker på forskjellige linker. Bufferen trenger å være maksimum 2 pakker lang.

Samlingsenheten 46 plukker opp pakker fra bufferen 40 til de eksterne linker i henhold til den orden som er omtalt ovenfor.

Sekvensrestaureringsenheten 48 sørger for at pakker blir plukket opp i den orden som er beskrevet tidligere.

Med interport linkgruppering vil protokollene bare reagere mellom svitsjeportene. To fremgangsmåter er brukbare her.

Den første metode er etikettbasert. Med henvisning til figur 7, blir en etikett, basert på VCI/VPI ("Virtual Circuit Identifier / Virtual Path Identifier") informasjon, festet i svitsjeportene 6 på ankommende pakker i sekvens for grupperte linker. Svitsjekjernen trenger ikke å "vite" noe om hvilke fysiske linker som hører sammen. Bare nivå 2 protokoll er nødvendig. Pakkene blir passende levert med sekvensnummer, slik at man er i stand til å restaurere sek-vensordenen dersom pakkene innen den samme gruppe blir for-sinket med forskjellige tidsintervaller langs forskjellige fysiske ruter.

Med den tidligere nevnte påføring av etiketter i svitsjeportene 6, blir en buffer brukt som har et antall utganger tilsvarende antallet av linker som skal grupperes. Linkene blir skrevet inn i bufferen og blir lest ut sekvensielt på utgangene. Utlesningsrutinen blir fortrinnsvis anordnet slik at de innkommende pakker blir jevnt fordelt over alle linker i gruppen. De grupperte pakker vil også motta en etikettkode som hovedsaklig inneholder de samme bits. Grup-peringsorganet må være i stand til å bufre mange nok pakker for å kunne, ved hjelp av etikettene, velge pakker som skal gå ut på den samme logikklink, korrigere sekvensen, og for-dele dem jevnt på alle linkene i gruppen. Ulike antall av pakker blir fylt ut med tomme pakker. Linkterminatoren 8 inneholder også en buffer som er stor nok til å muliggjøre korreksjon av sekvensen.

Den andre metode er basert på pakkesynkronisering gjennom svitsjekjernen. Protokoller på både nivå 1 og nivå 2 blir benyttet.

Protokollen på nivå 2 er basert på en etikettfester og en linkterminator, i likhet med metode en. Forskjellen er her at man trenger ikke noe sekvensnummer for å sikre sekvensen, heller ikke er det behov for noen større buffer. På nivå 1 blir pakkesynkronisme sikret i og mellom svitsjeportene og nodene, slik at pakkene i gruppen beveger seg gjennom hele svitsjen pakkesynkront. Sortering i svitsjeportene blir utført ved hjelp av de bits i etiketten som er forskjellige mellom pakker i gruppen.

Claims

1. Fremgangsmåte ved gruppering av linker i en pakkesvitsj for pakker med konstant lengde, hvilken pakkesvitsj omfatter et antall noder (12) og et antall trans-mis j onslinker (14) for selektiv sammenkobling av et antall inngangsporter (6) til et antall utgangsporter (8), idet nodene (12) muliggjør romselektering og transmisjonslinkene (14) forbinder innbyrdes nodene, hvor nevnte linkgruppering omfatter å frembringe, fra et antall parallelle fysiske linker(4) som kommer inn til svitsjen, linkgrupper (l,m) hver i form av en logisk link med en båndbredde som er summen av båndbreddene til de innkommende fysiske linker inkludert i linkgruppen, og restaurere nevnte logiske link til utgående parallelle fysiske linker (10) fra svitsjen, karakterisert ved å benytte en eller flere linkprotokoller, ifølge hvilke en etikett i innledningen til pakkene bringes til å beskrive en rute som holder sammen de grupperte linker gjennom hele svitsjen, på en slik måte at bits i etiketten som beskriver ruten over en bestemt transmisjonslink er den samme for pakker som tilhører den samme linkgruppe.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at linkgruppen holdes sammen ved romselektering i nodene basert på etikettene slik at en sekvens av de grupperte innkommende fysiske linker blir forbundet med en motsvarende sekvens av utgående fysiske linker.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved å skrive linker tilhø-rende samme logiske linkgruppe (n,m) inn i en felle buffer (16,18) i noden og lese dem ut sekvensielt over utgående fysiske linker.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved å skrive flere logiske linkgrupper inn i en bufferkompleks (20) i noden, og utføre utlesning på respektive grupperte utgående linkutganger (24,26) ved å integrere linkgruppering og utlesning i en minnebehandlingsfunksjon (22).

5. Fremgangsmåte som angitt i kravene 2-4, karakterisert ved at den omfatter å sikre korrekt pakkesekvens mellom de fysiske linker ved en skrive- og lesealgoritme inkludert i linkprotokollen, hvor nevnte protokoll også tilveiebringer synkronisering for sending av pakkene med et bestemt timingmønster.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, karakterisert ved at den omfatter å sende pakkene ut samtidig eller tidsforsinket med et konstant intervall .

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 1. karakterisert ved at protokollen bare virker mellom svitsjeportene (6,8, figur 7).

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 7, karakterisert ved at svitsjeportene (6,8 figur 7) ved hjelp av etiketter (6, figur 7) sorterer innkommende pakker innen en linkgruppe slik at pakkesekvensen blir bevart.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 7, karakterisert ved at den omfatter å benytte en protokoll basert på et grupperingsorgan lokalisert i svitsjeportene og mellom svitsjeporter og svitsj ekjerne og inneholdende en buffer med et antall utganger korrespon-derende til antallet linker som skal grupperes, og skrive linkene inn i bufferen og lese dem ut sekvensielt på utganger .

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 9, karakterisert ved at den omfatter å utfø-re utlesningen slik at pakkene distribueres jevnt over alle linkene i gruppen.

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 10, karakterisert ved at den omfatter å ut-styre de grupperte pakkene med en etikettkode inneholdende essensielt de samme bits.

12. Fremgangsmåte som angitt i krav 11, karakterisert ved å bufre ved hjelp av nevnte grupperingsorganer, nok pakker til å gjøre det mulig å velge pakker som skal gå ut på samme grupperte link, og distribuere dem jevnt på alle linkene i gruppen.

13. Fremgangsmåte som angitt i krav 12, karakterisert ved å supplere odde antall pakker på en link med tomme pakker.

14. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 9-13, karakterisert ved å sikre pakkesynkronisering i og mellom svitsjeportene og nodene slik at pakkene i en gruppe flyter pakkesynkront gjennom hele svitsjen.

15. Fremgangsmåte som angitt i krav 14, karakterisert ved å utføre sortering i svitsjeportene støttet av bits i etiketten som er forskjellige mellom pakker innen gruppen.