[发明专利]自路由集线器以分治网络构成交换结构的方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及构建数据通信系统结构的方法，更特别的，涉及用大量交换单元经多级互连构成的自路由分组交换结构的方法。

【背景技术】

在电信应用中，一个交换是指一种网络设备，它为数据单元选择路径或电路，并将其发送到其下一个目标地址。一个交换可能也包含路由器(一个可以确定路由，即数据将被发送到那个相邻网络节点的设备或程序)的功能。在较大的网络中，从一个交换节点到另一个交换节点的行程被称为一跳。对于一个交换，其运算确定并将数据单元转发到对应目标出口所需的时间称为延迟。一般地，为了使网络中的交换可提供更大程度的灵活性，所需付出的代价即为更大的延迟。

交换存在于一个网络的干线和网关级，即一个网络与另一个网络相连接之处，以及子网络级，此时数据将被转发到与目标地址或源地址相近的节点。因此交换通常需要具有很高的灵活性和速度。交换结构是构成大规模交换设备或交换式路由器的最基本物理连接方式或拓扑结构，它直接决定了交换设备或路由器的规模和性能。

目前已经提出及使用的分组交换结构有许多不同的类型，例如纵横结构，共享存储器方式，共享总线方式，以及多级互连网络交换结构。对于前三种结构，考虑到其集中式的控制和存储器速度，更适用于小规模的交换。另一方面，多级互连交换网络可以使用自路由机制，因此适用于大规模的交换；但其Batcher排序器的空间复杂性远高于对应的多级榕树网络，使得其大规模的实现变得不现实。

【发明内容】

本发明为了进一步利用多级互连网络在大规模的交换结构中具有的自路由特性的优点，而克服其以前提出结构中空间复杂性高及需要全局协调控制的不足，提出了不需在多级互连网络结构之前级联Batcher排序器的结构及完全分布式的交换结构，给出了一种改进的N×N(N个输入及N个输出端口，N通常为2ⁿ)分组交换结构的方法，其特征在于，所述方法包括：

a.把N个输入划分为一定数目的组，这些组的前一半记为第一输入组，后一半标记为第二输入组；

b.把第一输入组中的每个输入和第二输入组中的每个输入分别配对连接到一个路由单元，对于N个输入的情况，至少有N/2个路由单元。

c.根据上述对N个输入进行分组的方式，把N/2个路由单元的N个输出重新划分为一定数目的组，使得在N个输出中，分别来自第一输入组和第二输入组的一对输出被连接到下一级的一个路由单元。

本发明的级间互连使用多级互连网络的拓扑结构，特别的采用了称为分治网络的一类多级互连网络。该网络的递归构造方式产生了高度的模块化结构，并具有最优的版图复杂度。当N＝2ⁿ且n为偶数时，2ⁿ×2ⁿ分治网络前后两级中的每级都由2^n/2个规模为2^n/2×2^n/2的分治网络组成。进一步说，本发明的一个基于分治网络的具体化可以通过三维组装的方式实现。

为了减少由两输入两输出路由单元所组成的榕树型多级互连网络，如分治网络中的阻塞，本发明提出了一种称为线组的技术。其方法是将本发明原分治网络的每条连线由一束R根的平行线组取代。与此相应，成比例扩展了每个2×2路由单元的I/O数目为2R，每个路由单元均被扩展为一个2R×2R集线器，分治网络的每个输出端口也由R根平行线组的输出组取代。该机制利用了信号分布的统计特性，降低了交换中的阻塞率。线组技术可以与任何一种2R-to-R自路由集线器的结构协同使用。

递归的结构使得本发明所构造的规模不受限制，但真正实现该大规模的结构需要完全分布式自路由控制机制；故在本发明中，取代每个路由单元的2R-to-R集线器是完全自路由，它采用带内控制信号的方式实现分布式的自路由控制。

本发明将统计复用的线组技术与自路由集线器相结合用于分治网络中，达到了十分优良的交换性能。本发明可以采用多种方式实现，包括方法，产品，系统及设备，其中每种都具有下面的一种或多种优点。其中之一是扩展灵活性，可以适应任何交换配置。另一个是现存交换技术无法达到的交换性能。除此之外，是其模块化的、可扩展的、对称的结构，可以用相对较低的成本获得高性价比的大规模网络交换结构。

除上述优点以外，下面的描述还将给出本发明的其它优势和益处，以及如附图所示的具体实例。

【附图说明】

结合后面将要给出的描述、附加的权利要求，以及下述附图，将会对本发明的特点及优势有更透彻的理解。

图1是一个4×4多级互连网络。

图2是一个8×8分治网络，碰巧与8×8逆基线网络相同。