SE470039B - Sätt att i en paketväljare åstadkomma länkgruppering - Google Patents

Description

¿7o§oa9 2 höghastighetselektronik och mekanik, samt den därmed behäftade effektutvecklingen. Den andra metoden bygger vanligen på multi- plexering på bit-nivå och kräver därför bitsynkron överföring.

Bland publikationer som berör behovet att skapa högre band- bredd än den fysiskt tillgängliga kan nämnas EP 0 374 574, WO 85/04300, WO 90/12467, samt IBM Technical Disclusure Bulletin v01 32, No. 9A, februari 1990, s. 45-49. ' Redogörelse för uppfinningen.

Ett syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett sätt för länkgruppering av inledningsvis beskrivet slag, som erbjuder en enklare lösning än hittills på problemet i ATM- sammanhang att åstadkomma högre bandbredd än den fysiskt till- gängliga.

Detta syfte har enligt uppfinningen uppnåtts genom att vid detta sätt använda ett eller flera länkprotokoll, enligt vilka etiketten i paketens huvud bringas att beskriva en väg som håller ihop de grupperade länkarna genom hela väljaren, så att bitar i etiketten, som beskriver vägen över en viss transmis- sionslänk är lika för paket, som tillhör samma länkgrupp.

Figgrbeskrivning.

Uppfinningen skall nu beskrivas närmare med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka fig. 1 schematiskt allmänt åskådliggör principen för länk- gruppering för att skapa logiska länkar i en ATM-väljare, fig. 2 visar en protokollmodell över hur man enligt upp- finningen kan åstadkomma länkgruppering i väljare, fig. 3 schematiskt åskådliggör multiport länkgruppering enligt uppfinningen, fig. 4 likaledes schematiskt åskådliggör multiport länk- gruppering i en gemensam buffertpool, fig. 5 likaledes schematiskt åskådliggör överföring av ett internt flöde av paket i ett byggelement till ett annat byggele- ment via grupperade länkar, fig. 6 visar en logisk struktur för länkgruppering över en länk mellan noder, fig. 7 schematiskt åskådliggör etikettpåsättning i väljarpor- tar för interport länkgruppering enligt uppfinningen.

Föredragna utföringsformer.

I de olika figurerna används samma hänvisningsbeteckningar 470 059 3 för samma eller likverkande detaljer.

I fig. 1 betecknar 2 en väljarkärna hos en paketväljare för paket med konstant längd, t.ex. en ATM-väljare. Ett antal paral- lella fysiska länkar 4 inkommer till ingående väljarportar 6 till kärnan 2. Före kärnan 2 sker en länkgruppering av de fysis- ka länkarna 4 till bildande av logisk länkar bestående var och en av flera av de parallella länkarna 4. Denna länkgruppering antyds i fíg. 1, liksom i följande figurer, med ovaler, såsom ovalerna l och m i fíg. 1. Länkgrupperingen på kärnans 2 ut- gångar behöver nödvändigtvis ej vara densamma som på ingångarna, vilket antydes i fíg. 1 där länkgrupperingarna n och r på ut- gångarna motsvarar länkgrupperingarna l resp. m på ingångarna.

Via utgående väljarportar 8 lämnar sedan ett antal paral- lella, fysiska länkar 10 väljaren.

Länkgrupperingen karaktäriseras närmare bestämt av att de individuella länkarna i en grupp bär seriella paketströmmar vid vàljarkärnans gränssnitt men utgör en logisk länk med hjälp av protokoll (stödda av maskinvara), vilka är specifika för en viss grupperingsdefinition. Länkgrupperingen bör vara så generell som möjligt, d.v.s gruppering i flera olika gruppstorlekar bör vara möjlig såsom visas i fíg. 1. Dock är det praktiskt mest intres- sant att ha samma länkgruppering på in- och utgångar och att ha grupper som är multiplar av fyra fysiska länkar.

Länkgrupperingen kan beskrivas med hjälp av en protokollsta- pel av det slag, som visas i fíg. 2. I den övre delen av denna figur antyds schematiskt hur väljarkärnan 2 kan delas upp i ett antal noder 12 och transmissionslänkar 14, där noderna 12 utför rumsval och transmissionslänkarna 14 erbjuder punkt-punkt-trans- mission mellan noderna.

Mellan väljarportar 6 och noder 12 definieras länkgruppering- en av ett protokoll på nivå 2, G2, och över transmissionslänkar- na används ett protokoll på nivå 1, G1. Samhörigheten mellan element i de övre och nedre delarna av fíg. 2 antyds med dubbel- pilar.

Det som är gemensamt för alla tänkbara varianter av länk- grupperingen enligt uppfinningen är att etikettnumret i paketens huvud beskriver en väg som håller ihop de grupperade länkarna genom hela väljaren, vilket innebär att de bitar i etiketten som beskriver vägen över en viss transmissionslänk är lika för paket 470 G39 4 som tillhör samma grupp. Denna information är en del av G2.

Beroende på hur resten av protokollet ser ut i nivå 2 (G2), kan länkgrupperingen delas upp i två typer, nämligen multiport resp. interport länkgruppering.

Multiport länkgruppering skall först behandlas här med hänvisning till fig.3 - 6.

Fördelen med denna typ av länkgruppering är att ingen extra funktion krävs i väljarportarna, och dess mekanism kan närmare bestämt uppdelas i vad som sker dels i noderna och dels över transmissionslänkarna.

I en nod hålls gruppen samman med hjälp av likartat rumsval för de grupperade länkarna, t.ex. med hjälp av vissa identiska bitar i etikettnumret, så att de kommer ut på samma grupperade utgång och sekvensen bibehålls. Detta kan exempelvis realiseras enligt vad som visas i fig. 3 genom att länkar som tillhör samma grupp, eller logiska länk, t.ex. n eller m, skrivs in i samma buffert 16 resp. 18 i noden 12 och läses ut ur noden sekven- siellt över utgående länkar.

Gemensam buffertprincip, antytt vid 20 i fig. 4, kan emeller- tid även användas, varvid länkgruppering och utläsning kan styras av en funktion 22 för minneshantering enligt kända prin- ciper, se t.eX. IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS, October 1991, volume 9, number 8, p. 1239, "32*32 Shared Buffer Type ATM Switch VLSI's for B-ISDN's“. I fig. 4 har utgående logiska länkar betecknats med 24 resp. 26.

Den funktionalitet som måste införas över en länk är någon typ av ett enkelt länkprotokoll (G1) för att sända och återskapa en paket-ström över en "parallellförbindelse" med en uppdelning på paket-nivå enligt vad som beskrivs nedan.

Med hänvisning till fig. 5 kan ett flöde 28 av paket 30 med konstant längd internt i ett byggelement överföras till ett annat byggelement via externa länkar 32. Det interna flödet kan sägas ha en paketfrekvens F paket/s. Följaktligen kan tiden för ett paket i det interna flödet sägas vara t=1/F.

De externa länkarna 32 kan på grund av tekniska begränsningar ha en överföringskapacitet som är begränsad så att en extern länk inte kan hantera en paketfrekvens på F utan endast lägre paketfrekvenser. I ett sådant fall kan flera externa länkar 32 tillsammans genom gruppering överföra det interna paketflödet ,/ 470 G39 28.

Då n stycken externa länkar grupperas och paketen 30 i det interna flödet 28 fördelas mellan dem blir paketfrekvensen på varje extern länk F/n. Följaktligen blir tiden för varje paket på de externa länkarna nt.

Sekvensordningen mellan paketen är viktig och måste behållas.

Det är därför viktigt att paketen 30 överförs på de grupperade länkarna 32 på ett sådant sätt att sekvensordningen kan behål- las. För att detta skall vara möjligt behövs grupperande logik 34 på den sändande sidan och återskapande logik 36 på den mot- tagande sidan.

De sändande och mottagande logikerna 34 resp. 36 bör konstru- eras så att en viss spridning i överföringstid tillåts mellan de externa länkarna 32.

Länkprotokollet omfattar för det första en algoritm för hur paketen skall portioneras ut och samlas in mellan de fysiska länkarna, så att rumsriktigheten bevaras, exempelvis i en sekvens 1, 2, 3, 4.

För det andra omfattar protokollet synkronisering som garan- terar att paketen överförs så att det finns ett bestämt tids- mönster mellan de fysiska länkarna. Exempelvis kan paketen skickas ut samtidigt eller tidsförskjutet med ett konstant intervall. Tidsförskjutningen/skillnaden i längd på länkarna kan tillåtas motsvara ett paket om lämplig bit- och paketsynkroni- sering införs.

Här skall nu först i korthet beskrivas en lämplig konstruk- tion av den sändande och den mottagande logiken.

Konstruktionen bör göras så att paketen 30 i det interna flödet 28 fördelas på de externa länkarna 32 enligt ett givet mönster. Ett lämpligt mönster är ett cykliskt enligt följande; Paket 1 skickas på extern länk 32.1, paket 2 på länk 32.2 osv till paket n på länk 32.n, därefter paket n+1 på länk 32.1 osv enligt fig. 5. Paketen på de externa länkarna bör skickas med en inbördes tidsförskjutning så att om paket (början på paket) skickas vid tid 0 skickas paket 2 vid tid t osv till paket n vid tid (n-1)t och därefter paket n+1 vid tid nt.

Eftersom uppdelningen görs på paket-nivå måste tvâ buffert- steg 38 resp. 40 införas enligt fig. 6, på grund av att band- bredden in till och ut ur sändkön är högre än bandbredden på de 4-70 039 6 fysiska länkarna. Buffertstegen kompenserar skillnaden i band- bredd.

Den grupperande logiken byggs bestående av en spridande enhet 42, en buffert 38.1-38.n i buffertsteget 38 per extern länk, samt en sekvenskontrollenhet 44 som styr tidsordningen mellan paketen på de externa länkarna. Den spridande enheten 42 för- delar paketen paketvis till buffertarna 38.1-38.n mot de externa länkarna så att den ovan beskrivna fördelningen av paketen mellan länkarna erhålls.

Buffertarna 38.1-38.n, en mot varje extern länk, hanterar skillnaderna i tid för överföring av ett paket på det interna flödet och på de externa länkarna. En buffert fylls med ett paket från det interna flödet på tiden t. Den nästkommande tidperioden på nt töms den mot den externa länken. För att garantera att paketsekvensen upprätthålls och inga paket passe- rar varandra i buffertarna bör varje buffert rymma mer än 1-1/n paket mindre än 2-1/n paket.

Enheten 44 för styrning av tidsordningen ser till att den ovan angivna tidsordningen upprätthålls. Enheten använder paket- flödet på extern länk 32.1 som referens och styr flödet ut ur buffertarna 32.2-32.n mot de andra länkarna utgående från den.

Eftersom paketfrekvensen är densamma för alla externa länkar behöver enheten endast aktiveras vid initialstart eller då någon extern länk återstartas.

Den återskapande logiken 36 består av en buffert 40.1-40.n per extern länk, en samlande enhet 46 och en sekvensåterskapande enhet 48.

Det kan förekomma olikheter i överföringstid mellan de olika externa länkarna. Dessa olikheter kan uppstå i den grupperande logiken 34, i transporten på de externa länkarna samt i den återskapande logiken 36. Den återskapande logiken måste därför byggas så att den kan hantera en spridning i ankomsttid för paketen på de externa länkarna. å Extern länk 32.1 används som referens. På de övriga externa länkarna beräknas de nominella ankomsttiderna för paketna ut- gående från referensen. Från den nominella ankomstiden tillåts en spridning på +d. Normalt kan d tillåtas vara d=nt/2, dvs en halv pakettid på de grupperade länkarna.

Buffertarna 40 mot de externa länkarna 32 används för att 47Û G39 7 hantera olikheterna i pakettid mellande externa länkarna och det interna flödet. En buffert fylls med ett paket från den externa länken under tiden nt. Bufferten töms därefter mot det interna flödet på tiden t. I buffertarna 40 lagras paketen även en extra tid på nominellt d och maximalt 2d för att hantera skillnader i ankomsttid mot den nominella tiden för paketen på olika länkar.

Bufferten behöver maximalt vara 2 paket stor.

Den samlande enheten plockar 46 paket från buffertarna 40 mot de externa länkarna enligt den turordning som beskrivs ovan.

Den sekvensåterskapande enheten 48 ser till att paket plockas i den ordning som beskrivs ovan.

Vid interport länkgruppering arbetar protokollen endast mellan väljarportarna. Två metoder är därvid tänkbara.

Den första metoden är etikettbaserad. Med hänvisning till fig. 7 sättes, utgående från VCI/VPI-information (Virtual Circuit Identifier/Virtual Path Identifier), i väljarportarna 6 en etikett på inkommande paket i sekvens för de grupperade länkarna. Väljarkärnan behöver inte "veta" något om vilka fysis- ka länkar, som hör ihop. Endast nivå 2-protokoll behövs. Paketen förses lämligen med sekvensnummer för att kunna återställa sekvensordningen om paketen inom samma grupp fördröjs olika länge längs olika fysiska vägar.

Vid den ovannämnda etikettpåsättningen i väljarportar 6 används en buffert med ett antal utângar motsvarande antalet länkar som ska grupperas. Länkarna skrivs in i bufferten och läses ut sekvensiellt på utgångar. Utläsningsrutinen är före- trädesvis så utformad att inkommande paket fördelas jämnt över alla länkar i gruppen. De grupperade paketen får också en eti- kettkodning som väsentligen innehåller samma bitar. Grupperaren måste kunna buffertera tillräckligt många paket för att med hjälp av etiketterna kunna välja ut paket som ska ut på samma logiska länk, rätta till sekvensen, och jämt fördela dem på alla länkar i gruppen. Ojämna antal paket kompletteras med tompaket.

Länkterminatorn 8 innehåller också en stor buffert för att möjliggöra rättning av sekvensen Den andra metoden baserar sig på paketsynkronism genom väljarkärnan. Protokoll på både nivå 1 och nivå 2 används.

Protokollet på nivå 2 baseras på en etikettpåsättare och en länkterminator såsom i metod 1. Skillnaden är att inget sekvens- 470 039 8 nummer behövs för att garantera sekvensen, och ej heller några stora buffertar. På nivå 1 garanteras paketsynkronism i och mellan väljaportarna och noderna, så att paketen i gruppen flyter igenom hela väljaren paketsynkront. Sortering i väljar- portarna sker med hjälp av de bitar i etiketten som är olika mellan paket inom gruppen.

Claims (15)

470 039 Patentkrav.

1. Sätt att i en paketväljare, som är avsedd för paket med konstant längd och som mellan väljarportar är uppdelad i ett antal noder och transmissionslän- kar, där noderna utför rumsval och transmissionslänkarna erbju- der punkt-punkt-transmission mellan noderna, åstadkomma länkgruppering, dvs av ett flertal parallella fysiska länkar, som inkommer till väljaren, skapa länkgrupper i form av vardera en logisk länk med en bandbredd som är summan av de i länkgruppen ingående fysiska länkarnas bandbredder, vilken logiska länk återskapas till utgående parallella fysiska länkar från väljaren, kännetecknat av att ett eller flera länkprotokoll används, enligt vilka en etikett i paketens huvud bringas att beskriva en väg som håller ihop de grupperade länkarna genom hela väljaren, så att bitar i etiketten, som beskriver vägen över en viss transmissionslänk är lika för paket, som tillhör samma länkgrupp.

2. Sätt enligt krav 1, kännetecknat av att i noderna hålls en länkgrupp samman genom sådant likartat, genom etiketten fast- ställt rumsval för de grupperade länkarna, att de kommer ut på samma grupperade utgång och deras sekvens bibehålls.

3. Sätt enligt krav 2, kännetecknat av att länkar tillhörande samma logiska länkgrupp skrivs in i samma buffert i noden och läses ut sekvensiellt över utgående fysiska länkar.

4. Sätt enligt krav 2, kännetecknat av att flera logiska länkgrupper skrivs in i samma buffert i noden, och utläsning på respektive grupperade utgående länk (utgång) åstadkommes genom integration av länkgruppering och utläsning i en funktion för minneshantering.

5. Sätt enligt något av krav 2-4, kännetecknat av att mellan de fysiska länkarna garanteras korrekt sekvens för paketen medelst en i länkprotokollet ingående skriv- och läsalgoritm, varvid protokollet även innehåller synkronisering, som säker- ställer att paketen överförs med ett bestämt tidsmönster.

6. Sätt enligt krav 5, kännetecknat av att paketen skickas ut samtidigt eller tidsförskjutet med ett konstant intervall.

7. Sätt enligt krav 1, kännetecknat av att protokollet endast arbetar mellan väljarportarna.

8. Sätt enligt krav 7, kännetecknat av att väljarportarna 476 039 10 medelst etikettering sorterar inkommande paket inom en länkgrupp så att paketsekvensen bevaras.

9. Sätt enligt krav 7, kännetecknat av att protokollet är baserat på en grupperare, som finns i väljarportar eller mellan väljarportar och väljarkärna, och som innehåller en buffert med ett antal utgångar motsvarande antalet länkar, som skall gruppe- ras, varvid länkarna skrivs in i bufferten och läses ut sekven- tiellt på utgångar.

10. Sätt enligt krav 9, kännetecknat av att utläsningen sker så att paketen fördelas jämnt över alla länkar i gruppen.

11. Sätt enligt krav 10, kännetecknat av att de grupperade paketen ges en etikettkodning, som väsentligen innehåller samma bitar.

12. Sätt enligt krav 11, kännetecknat av att grupperaren bufferterar tillräckligt många paket för att kunna välja ut pak- et, som skall ut på samma grupperade länk, och jämnt fördela dem på alla länkar i gruppen.

13. Sätt enligt krav 12, kännetecknat av att ojämnt antal paket på en länk kompletteras med tompaket.

14. Sätt enligt något av krav 9-13, kännetecknat av att paketsynkronism i och mellan väljarportarna och noderna garante- ras så att paketen i en grupp flyter genom hela väljaren paket- synkront.

15. Sätt enligt krav 14, kännetecknat av att sortering sker i väljarportarna med hjälp av de bitar i etiketten, som är olika mellan paket inom gruppen.