[发明专利]大容量高性能叠层交换的方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域中的一种大容量高性能叠层交换的方法。本发明适用于ATM网络高速交换、IP网络高速交换、光纤互联网络高速交换和其它需要高速交换、高速复/分接等场合，特别适合新一代大容量高速宽带网络核心交换。

背景技术

随着技术的发展和进步，各种高速交换网络越来越多，例如ATM网络、IP网络、光纤互联网络和其它高速网络，它们都需要一个大容量高速高性能的核心交换结构交换处理数据。

传统的交换结构一般分为时分结构和空分结构两大类。时分结构的基本特征是所有的输入输出端口共享一条高速的信息通道，这条高速的信息通道可以是共享存储器或者共享媒介。空分结构的基本特征是在多路输入输出端口可以同时平行地传递信元。空分结构又可以分为单通道和多通道。单通道是指从一个输入端口到任一输出端口只有一条通道，主要有基于Crossbar的无内部阻塞结构和基于多层互联网络(MIN)的有内部阻塞的结构。多通道是指一个输入端口到任一个输出端口之间存在着多条通道，主要有扩展Banyan、Bense和多平面结构。现在广泛采用的是共享存储器结构和输入缓存+CROSSBAR交换结构。

共享存储器结构需要处理时钟N倍于端口速率，输入缓存+CROSSBAR交换结构单端口传输存在阻塞和限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种将时分结构和空分结构紧密结合的交换结构实现大容量高性能叠层交换的方法。本发明还具有交换容量大、无阻塞、不需加速、交换时延小、支持组播和通播、支持优先级、可用硬件电路单芯片实现、方便级联和扩展、N路可灵活配置等特点。

本发明所要解决的技术问题由以下技术方案实现，它包括下步骤：

①在一个包括数据输入层和数据输出层的交换网络中，设置N行×N列个交换因子，交换因子进行缓存及交换信元数据，N行×N列个交换因子彼此相互独立，N为大于1的自然数；

②数据输入层将输入的N行数据流连接到对应行的N个交换因子的输入端口，由输入控制器控制交换因子依据输入信元的输出信元类型、输出端口信息和组播输出信息接收该交换因子应该接收的信元，由该交换因子将其接收的信元数据缓存，等候发送；

③交换因子监测其内部缓存的信元数据，依据要发送的信元数据的优先级和其缓存信元的深度，计算出交换因子的输出权重，向数据输出层的输出仲裁器发出请求，请求发送信元；

④数据输出层中N列的输出仲裁器并行工作，分别处理N列交换因子的输出请求，每个输出仲裁器接收该列中N个交换因子的输出请求，依据请求输出的N个交换因子的输出权重，找到输出权重最大的交换因子并通知该交换因子，该交换因子收到通知后控制输出数据，数据输出层将该输出数据发送到输出数据流中，完成大容量高性能叠层交换。

本发明第③步中所述的交换因子内部缓存采用双端口RAM电路。

本发明第④步中所述的输出仲裁器采用最快二分法算法计算，在Log₂N个时钟周期内找到输出权重最大的交换因子。

本发明与背景技术相比，具有以下优点：

1)交换容量大

本发明叠层交换每个端口的数据量传输限制取决于交换因子的输入输出速率。交换因子本身支持并行的8位、16位、32位、64位、128位数据带宽输入和输出。按照64位并行数据写入，频率120MHz计算，一个16×16交换矩阵的容量为64×120M×16＝122.88G。同时随着硬件工艺不断提高，叠层交换的交换容量还可以进一步增大。

2)无输入输出阻塞

本发明N路可并行的将输入数据写入相对应的交换因子进行缓存，所以不存在输入组赛(外部阻塞)。同样，N路中的每一路输出数据都可以选择一个交换因子进行数据输出(除非这一列交换因子中全部没有信元需要输出)，并且N路可并行进行，所以也不存在输出阻塞，即不存在内部阻塞。因此叠层交换结构完全消除了外部阻塞和内部阻塞。

3)处理时钟不需要加速

本发明叠层交换的处理速率等同于端口的数据传输速率，所以不需要进行加速。

4)交换时延小

本发明一个信元穿越交换结构的时延t3＝t1+t2，这就是交换结构的交换时延。信元自带的输出端口信息位于信元的头部，这样t1仅为一个时钟周期。权重算法可以使t2仅为log₂N个时钟周期。所以叠层交换的交换时延非常小，只有log₂N+1个时钟周期。