TW382869B - Method of and facility for randomly selecting one out of N like units, as well as a switching element, a switching network, and an exchange therewith - Google Patents

Description

經濟.邓中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（！） 本發明係關於從N個類似單元中隨機選出一單元之方 法及設備，如申請專利範圍第1 2項之前言中所提成爲一 交換元件，如申請專利範圍第1 3項之前言中所提成爲一 交換網路，如申請專利範圍第1 4項之前言中所提成爲一 交換機。 在交換網路中，時常會發生許多內部路徑負載特別重 而其它內部路徑負載非常輕的情形。此結果是由於在交換 網路之入口的不均匀交通負載、交通特徵、或進入交通之 關係所致。克服此種結果的其中一種方式是，首先混合進 入交通，然後將它儘可能均匀地分配於交換網路。 如在 D. Bottle and M.A. Henrion 之論文"Da.s ATM-Koppelfeld von Alcatel und seine

Eigenschaften" , Elektrisches Nachrichtenwesen, Vo 1 . 64, No. 2/3，1 990.第 1 5 6 至 1 6 5 頁所述，本 發明保解決此種問題的方法。 > 此編論文敘述一種 ATM ( asynchronous transfer mode )交換網路，此交換網路含有兩個以上的交換級（ switching' stage )其係由兩個以上的交換元件所構成。 第一交換級代表分配級。 此級之交換元件將進入胞（ incoming cell )分配橫跨於其輸出。在隨後的級中，發 生路徑捜尋。在這裡，可能會有許多路徑。對於整個交換 網路，使用自我路由多路徑交換元件，其視級數而定執行 特定型式的路由處理。到達此交換元件之輸入阜的胞可以 被隨機地分配至一群多鏈。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 』_ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

,I-Ί.—Γ-----------. J I --、灯-----^--; B7_ 五、發明説明（2 ) 在道裡並沒有敘述如何作用將胞隨機分配至一群鏈。 具有交通混合之另一交換網路敘述於J.S. Turner , "Design of a Broadcast Packet Network" , I EE I n f o c o m C ο π f . , 1 9 8 6，p p . 6 6 7 - 6 7 5 之論文。 交換網路含有分配綱路及隨後路由網路。分配網路之 交換元件具有兩個輸入阜及兩個輸出阜。它們將進入資料 包定路由至一輸出阜。如果輸出阜無法獲得，則使用第一 阜0 將進入資料包分配成兩條輸出線之此種方法之缺點爲 :所使用的演算法是定性的。如此會產生新的關係，於是 從交通之觀點來看，資料包之分配並不理想。 將資料包分配給許多輸出線之問題對應從許多類似單 元選出一單元之問題。結果此問題亦發生於許多其它的技 術領域，例如分配處理至多處理系統中許多可用的處理器 。本發明之解決方式亦-可應用於此方面。然而，本發明將 只針對應用於交換技術加以敘述。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 數學家藉著計算虛擬隨機排列可解決此問題。然而， 其所需之演算法非常複雜，所以並不適用於例如高速交換 網路所需之硬體。 本發明之目的在於隨機地從許多類似單元選出一單元 Ο 藉由依申請專利範圍第1至8項所揭示的方法及設備 可達成此目的。較優良的使用則界定於申請專利範圍第1 2、1 3 及 1 4 中。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X2.97公釐) ' 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7_- 五、發明説明（3 ) 本發明之基本理念係藉由周期的移位及交換來改變分 配表，至少其中一個操作係根據隨機加以控制。藉由此種 方法，可產生原始分配表之元件的隨機排列。 周期性地產生分配表。分配表之各元件指出許多類似 單元之一個單元。這些單元可以是例如多處理系統中之交 換元件或可用的處理器之輸入或輸出。 本發明之優越觀點係界定於申請專利範圍之附屬項中 〇 本發明之優點爲：可以隨機地產生分配表之全部可能 的排列。如此使得表特別適用於交通流。 另一個優點爲：依據本發明之設備適合植入於例如髙 速交換網路所需之硬體。 此外，藉由選擇適當的參數，對於一單元之連績選定 ，可以固定最小及最大延遲。對於輸入或輸出之連續使用 存在峙間條件之情形的交換元件而言，這是非常重要的。 圖形之簡要敘述： 參照附圖及藉由兩個寅施例及一個例子之以下的敘述 ，將進一步了解本發明，其中： 圖1是第一及第二個實施例之新穎設備以交通混合器 作爲舉例實施之方塊圖； 圖2是改變第一個實施例之表的圖形；及 圖3是改變第二個實施例之表的圖形。 較佳實施例之詳細敘述： 在第一個實施例中，將說明交通混合器中之新穎設備 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 ©I. A7 B7 五、發明説明（4 ) 的使用及新穎方法的應用。 對於許多其它的工作亦可以使用此新穎設備。例如： 一個以上之波道、接收器、發送器、處理單元、記憶分配 、或交換元件的選定。 圖1指出一開關裝置SW及一控制器CONTR。開 關裝置SW從控制器CONTR接收一控制信號CON。 開關裝置SW具有8個鞴出OUT 0至OUT7及一 個輸入I N。它分配輸入I N所表示的交通流（由例如資 料包或資料胞所構成）給輸出OUTO至0UT7。爲達 此目的，開關裝置SW在一給定的時間間隔（例如資料胞 之期間）選定輸出OUTO至0UT7的其中之一，並將 交通流從輸入I N轉換成選定的輸出。響應來自控制器 CONTR之控制信號而做成此選定。 輸出OUTO至0UT7或輸入IN亦可以是用於資 料包或資料胞之佇列。-然後開關裝置SW可以在一次選定 其中一個輸出佇列，並可以將一資料包或胞從輸入佇列寫 成輸出佇列。 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 囲關裝置S W亦可以具有8個輸入及1個輸出而非1 個輸入8個輸出。然後將由輸入所表示的交通流合併成一 ·-- . , 交通流。與上述類似，1[入或輸出可以是佇列。 控制器CONTR含選定裝置CH、記憶裝置MEM 、擾頻器R A N。 ， 選定裝置C Η提供控制信號C ON，接收時鐘信號 C L，並與記憶裝置MEM交換資料。痠頻器RAN與記 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） Α7 Β7 五、發明説明（5 ) 憶裝置MEM交換資料，並從選定裝置C Η接收資料。 記憶裝置MEM含有8個分配元件的一個表。各分配 元件在此表中佔據一給定位面，並指出輸出OUT 〇至 0UT7的其中之一。 記憶裝置MEM中之表亦可以包含8個以上的分配元 件，且兩個或以上的分配元件可以指出輸出OUT 〇至 OU T 7的其中之一。道是有利的，如果不同的輸出選定 成具有不同的頻率。 輸出OUTO至OUT7爲指定碼數0至7。於是一 分配元件是由其所指出的輸出之碼數所構成。分配元件亦 可以由辨識輸出OUT O至OUT 7的其中之^-的其它資 料所構成。 記億裝置MEM是例如具有8個分配（每一個碼數各 —個分配）之RAM (隨機存取記憶）。 時鐘信號C L來自-控制器C ONTR之內部時鐘產生 器。它決定控制器C ONTR選定新輸出的速率。時鐘信 ·« 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 號C L亦可以由外部時鐘產生器所產生。這是特別有利的 ，如果此時鐘信號會影響資料包到達輸入I N。 選定裝置C Η以由時鐘信號C L所決定的速率，從記 億裝置MEM讀取分配元件。在分.配循環中周期性地讀取 分配元件，依照它們儲存於記憶裝置MEM所含的表中之 順序。當選定裝置C Η到達最後一個分配元件，它會琿知 其_寒頻器。然後再度讀取第一分配元件，於是開始一新的 循環。 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) Α4说格（210Χ297公釐） A7 _ '_B7____ 五、發明説明（6 ) 選定裝置C Η亦可以從記億裝置MEM讀取分配元件 ，依照不同於它們儲存於表中的順序。 擾頻器RAN藉由循環移位操作及隨機交換操作，在 兩個分配循環之間改變分配元件的位®。藉由來自選定裝 置CH之對應訊息，可以告知擾頻器RAN各分配循環之 結束。在選定裝置CH開始一新的分配循環之前，擾頻器 RAN已停止其操作。 亦可以儲存平行地使用的兩個或以上的表於記億裝置 MEM中。然後道些表可以由選定裝置C Η及擾頻器 RAN交替地處理，所以例如在兩個表的情形中，可以從 一個表讀取分配元件，而i另一表中的分配元件可以同時 地被擾頻。如此使得可以更快速地執行新穎的方法。 以下參照圖2，將更詳細地說明用於改變分配元件之 位置的擾頻器RAN之正確程序。 圖2指出在時間I、I I、I I I包食於記憶裝置 MEM中之表的8個位置P 1至P 8之碼數。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在時間I，位置P1至P8分別包含碼數7、5、3 、4、6、0、2、1。第一個步驟，擾頻器RAN執行 5個位置的循環移位。亦可以是其它數目的位置之循環移 位。循環移位操作亦可以移位分配元件，依照不同於它們 儲存於記憶裝置MEM中之順序。 對於移位操作，擾頻器RAN適合例如模8加法器。 選定裝置C Η固定一指示器，其指出在表中之第一分配元 件的位置。藉由模8加法器，3被模8加至此指示器。結 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公釐) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 _^^_B7____ 五、發明説明（7 ) 果位於0至7的範圍內（刪除進位），並儲存成一新的指 示器値。第二種可能是提供給擾頻器一緩衝器，來自記憶 裝置MEM之分配元件依序輸入，以改變的順序依序地重 新輸入記憶裝置MEM。 在移位操作之後，在時間I I，記憶裝置MEM中之 表包含碼數4、6、0、2、1、7、5、3。第二個步 驟，痠頻器RAN執行交換操作。隨機地相互交換位置2 與4中之碼數，使得欲交換之碼數的位置是固定的，而交 換之執行或不執行是視機會而定。 爲了此隨機交換操作，擾頻器RAN設有一隨機順序 產生器。如一般所知，可以由例如具有多回饋之移位暫存 器來做成此產生器。此產生器提供隨機的1或0之位元， 並驅動交換電路。能以一順序邏輯系統來實施此交換電路 ，在1之應用上交換兩個碼數。欲達成此動作，施加對應 第一碼數之位置的第一預定位址至形成記憶裝置Μ E Μ之 R A Μ的位址輸入，讀取碼數並將其暫時地儲存。對於第 二碼數重覆相同的程序，其位置是由第二預定位址所決定 。然後兩個暫時儲存的碼數被寫入交換的RAM，對於第 —碼數第二位址被施加至R AM之位址輸入，對於第二碼 數則是第一位址。 如果交換發生，在時間III亦即於隨機交換操作之 後，記憶裝置MEM中之表包含碼數4、2、0、6、1 、7、5、3 0 擾頻器RAN之此種模式的操作提供一種優點：對於 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） ，n _ Ί II _ --- In - I- m n 1^1 n\ - - - - ^^1 I— (^1 ml 1 I ....——I^-.^g - · ^ c. .t (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（8 ) 時鐘信號C L之時鐘周期的數目有較低的限制，此時鐘周 期消逝於一輸入的連績選定之間。在道裡得到3時鐘周期 之較低限制。此限制値是由以下計算而來：5位置之循環 移位減去分開的兩個位置之碼數的交換。如此給定3個位 置之較低限制。 得到輸入數之兩倍減去1，亦即1 5，作爲消逝於輸 入的連績選定之間的時鐘周期之數目的絕對上限。 在第二個寅施例中，亦將說明交通混合器中之新穎設 備的使用及新穎方法的應用。 交通混合器之構造與圖1完全相同。只有擾頻器之操 作與圖1之擾頻器RAN的操作不同。 現在藉由圖3之幫助將說明擾頻器之操作。 圖3指出在時間I、I I、I I I記憶裝置MEM中 之表的位置P1至P8所含的碼數。 在時間I，選定裝-置C Η只完成一分配循環，而擾頻 器正開始以隨機循環移位操作來改變記憶裝置ME Μ中之 表。在時間II，擾頻器已完成隨機移位操作，而選定裝 ®C Η正開始一新的分配循環。在完成此分配循環之後， 擾頻器以隨機交換操作來改變表。在時間III，已完成 隨機交換操作，而選定裝置C Η正開始另一個分配循環。 於是，於每兩個分配循環之間，交替地執行循環移位操作 及交換操作。 在時間I，表之位置Ρ1至Ρ8分別含有碼數7、5 、3、4、6、0、2、1。現在擾頻器執行隨機循環移 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） ，n -11 - 、τ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

A7 B7 五、發明説明（9 ) 位操作。依據可改變的隨機，它循環地使表移位3、4、 或5個位置，在這裡移位3個位置。 亦可以藉由另一數目的位置來執行隨機循環移位。 在時間I I，循環移位之後，表含有碼數0、2、1 、7、5、3、4、6。在下一個分配循環之後，表被改 變四個隨機交換操作。 事先地決定欲交換之位置。對於成對的可能交換，位 置 P1/P4、P2/P3、P5/P8、P6/P7 是 成對的。在這些對的各情形中，交換之執行或不執行是視 機會而定。於是，例如需要四個獨立的隨機產生器，各驅 動一交換電路。在此例子中，在P 1/P 4與P 6/P 8 對之情形中發生交換。於是，在時間I I I表含有碼數7 、2、1、0、6、3、4、5〇 亦可以依據成對的另一個圖表而交換另一數目的位置 。亦可以省去欲交換之位置的預先決定。例如根據隨機而 做成位置之選定。亦可以依據成對的交換以外的圖表來交 換數個位置。 經濟*邱中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 第一個實施例之擾頻器與隨機交換操作一起操作，而 第二個實施例之痠頻器與隨機移位操作及隨機交換操作一 起操作。擾頻器亦可以只與隨機移位操作或決定的交換操 作一起操作。 最後，將說明依據本發明之交換中的設備之使用的一 個例子。 經常需要開關元件將資料包或資料胞從輸入分配至一 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） A7 B7 五、發明説明（10 ) 群輸出線。此一群可包含全部的输出線或其子集。對於此 分配，使用依據本發明之一個或以上的設備。對於使用道 些設備之處，有數種可能性。 具有參照圖1所述之交通混合器，到達開關元件之輸 入的交通流，可以合併成一交通流，然後再被分配至開關 元件之輸出。 到達輸入之交通流可以合併成一交通流，然後再以參 照圖1所述之交通混合器而分配至輸出。 進入交通流之資料包或資料胞可以指定給輸出群。交 通流合併成兩個或以上的群交通流，然後再藉由參照圖1 所述之一個或以上的交通混合器而分配至開關元件之輸出 0 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 一交換機之交換網路含有兩個或以上的交換級。設計 第一半的開關級成爲分配級是有利的，此分配級分配到達 交換網路之交通橫於隨後的開關級之輸入。.以參照圖1所 述的交通混合器，或者以梯級連接之兩個或以上的此交通 混合器，可以寅施此一分配級。如前所述，亦可以由兩個 或以上的開關元件來做成此一分配級。 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. ABCD 經濟部中央標隼局員工消費合作社印裝 六、申請專利範圍 1. 一種從N個類似單元（OUT0至0UT7)中 隨機選出一單元之方法，其特徵在於：於分配循環中周期 C 性地處理一表，此表含有至少N個分配元件，各分配元件 指定給N個類似單元（OUTO至0UT7 )的其中之一 ，且此表是由循環移位操作及交換操作所改變，至少該操 作的其中之一是依隨機而控制，且輪流分配循環、移位操 作、交換操作。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其特徵在於：在 每兩個分配循環之間，執行循環移位操作及交換操作，該 兩個操作的其中之一是依隨機而控制。 3 .如申請專利範圍第1項之方法，其特徵在於：在 每兩個分配循環之間，交替地執行循環移位操作及交換操 作。 4. 如申請專利範圍第1項之方法，其特徵在於：於 循環移位操作期間，表中之分配元件被循環地i移位Μ個位 置° 5. 如申請專利範圍第1項之方法，其特徵在於：在 交換操作的情形中，表中欲被交換之這些位置是固定的， 1_交換之執行或不執行是視機會而定。 6 .如申請專利範圍第5項之方法，其特徵在於：該 交換爲成對的分配元件之交換。 7.如申請專利範圍第1項之方法，其特徵在於：於 循環移位操作期間，表中之分配元件被循環地移位隨機數 目的位置。 本紙張尺度適用+國國家標準（CNS)A4規格（ 210X297公釐）-μ - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^------#----- mum A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 8·—種從N個類似單元（OUT0至0UT7 )中 隨機選出一單元之設備，其特徵在於：此設備設有一記憶 裝置（MEM)、一擾頻器（RAN)、及一選定裝置（ C Η )，此記憶裝置（MEM)含有具有至少Ν個分配元 件之表，各分配元件指定N個類似單元的其中之一（ OUTO至0UT7)，此擾頻器（RAN)設計成可藉 由循，環移位操作或交換操作，而改變記憶裝置（Μ E Μ ) 中之分配元择的位置（Ρ 1至Ρ 8 )，至少該操作的其中 之一是依隨機而控制，且選'定裝置（CH)是設計成可於 分配循環中周期性地處理記憶裝置（MEM)中之表，於 是選定各別的單元（OUT 0至OUT 7 )成目前分配元 件所指定的單元。 9.如申請專利範圍第8項之設備，其特徵在於：此 N個類似單元是一群N條線，資料包係接收於這些線上。 1 0 ·如申請專利範圍第8項之設備，其..特徵在於： 此N個類似單元（0 U T 0至〇U T 7 )是一群N條線， 資料包係分配給這些線。 經濟部中央標準局負工消費合作社印褽 1 1 .如申請專利範•圍第8項之設備，其特徵在於： 此N個類似單元爲N個處理器，處理分配給這些處理器。 1 2. —種包含從N個類似單元（OUT 0至OUT 7)中隨機選出一單元之設備的開關元件，其特徵在於： 此開關元件設有一記憶裝置（MEM) 、-擾頻器（RA N )、及一選定裝置（CH)，此記憶裝置（MEM)含 有具有至少N個分配元件之表，各分配元件指定N個類似 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS)八4規格（ 210X297公釐）-15~7" ABCD S8S869 六、申請專利範園 單元的其中之一（OUT0至0UT7)，此擾頻器（R AN )設計成可藉由循環移位操作或交換操作，而改變記 憶裝置（MEM)中之分配元件的位置，至少該操作的其 中之一是依隨機而控制，且選定裝置（CH)是設計成可 於分配循環中周期性地處理記憶裝置（MEM)中之表， 於是選定各別的單元（OUTO至OUT 7)成目前分配 元件所指定的單元。 1 3 · —種包含許多開關級之交換網路，至少其中〜 個開關級爲一分配級，此分配級提供有至少一設備可從N 個類似單元（OUTO至0UT7 )中隨機選出一單元， 其特徵在於：此設備設有一記憶裝置（MEM)、一擾頻 器（RAN)、.及一選定裝置（CH)，此記憶裝置（M EM)含有具有至少N個分配元件之表，各分配元件指定 N個類似單元的其中之一（〇U T 0至,0 U T 7 )，此擾 頻器（RAN )設計成可藉由循環移位操作或·交換操作， 而改變記憶裝置（MEM)中之分配元件的位置，至少該 操作的其中之一是依隨機而控制，且選定裝置（C Η )是 設計成可於分配循環中周期性地處理記憶裝置（MEM) 中之表，於是選定各別的單元（OUTO至0UT7)成 目前分配元件所指定的單元。 1 4 . 一種交換機，包含至少一設備可從N個類似單 元（OUTO至0UT7 )中隨機選出一單元，其特徵在 於：此設備設有一記憶裝置（MEM)、一擾頻器（RA N )、及一選定裝置（CH)，此記憶裝置（MEM)含 本纸張尺度適用中國國家橾準（〇奶）八4规格（210乂297公嫠）_16_ I^i m I n^i - n^i - · >—^1 In、一»Jml - .....— -1 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A BCD S82869 六、申請專利範圍 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 有具有至少N個分配元件之表，各分配元件指定N個類似 單元的其中之一（OUTO至0UT7)，此痠頻器（R AN )設計成可藉由循環移位操作或交換操作，而改變記 憶裝置（MEM)中之分配元件的位置，至少該操作的其 中之一是依隨機而控制，且選定裝置（CH )是設計成可 於分配循環中周期性地處理記憶裝置（MEM)中之表， 於是選定各別的單元（OUTO至0UT7)成目前分配 元件所指定的單元。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉_A4規格（ 210X297公釐）_ Η _