专利名称：分组交换机内的加权适应的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于根据由输入/输出装置的端口控制器提供的状态信息利用交换装置配置交叉连接矩阵的方法。本发明还涉及一种分组交换机，包括具有至少一个端口控制器的至少一个输入/输出装置、具有至少一个仲裁器的至少一个交换装置和至少一个交叉连接装置，所述端口控制器包括至少一个虚拟输出队列，排队信元以便通过所述交换装置与其它端口控制器通信，所述仲裁器包括用于配置所述交叉连接装置的所述交换的配置装置，和其中所述交叉连接装置将来自一个输入/输出装置的输入信元交换到另一个输入/输出装置。此外，本发明涉及这样一种方法或这样一种分组交换机的使用。
背景技术：
用于在通信网络的节点之间交换分组的分组交换机包括输入队列和交换卡。输入队列可以被组织为虚拟输出队列(VOQ)，以避免行首阻塞。线路卡包括端口控制器，实现这些虚拟输出队列。
线路卡上的端口控制器具有的任务是排队输入信元，并根据其类型、优先级和/或期望目的地来组织这些信元。期望目的地是分组交换机的输出端口。通过虚拟输出队列排队输入信元是公知的，并且避免在输入队列内的行首阻塞。对于每个虚拟输出队列，端口控制器计算加权值。此加权值可以基于相应虚拟输出队列内行首信元的长度或寿命。
分组交换机还包括交换卡，其可以包括交叉连接装置，例如无缓冲交叉点矩阵，其功能是相互连接不同的线路卡。进一步交换卡可以包括仲裁器，其功能是在例如信元周期的规则间隔上计算交叉点矩阵的输入/输出配置。这些信元周期可以通过端口控制器的时钟频率来定义。在线路卡的入口处将接收到的数据分组分段成固定大小的分组分段，即所谓的信元。在线路卡的出口处将这些信元重新装配成数据分组。在分组交换机内，仅需要处理信元。
仲裁器试图对于每个信元周期计算交叉连接装置的优化输入/输出配置。该计算的限制在于，它不可以在一个信元周期期间将多个输入端口连接到一个输出端口，或者将多个输出端口连接到一个输入端口。仲裁器的计算基于从线路卡上的端口控制器接收到的信息，其中这些信元正在等待通过这些交换卡进行传送。在公知的分组交换机内，仲裁器保存它从端口控制器已经接收到的所有实际的状态信息的拷贝。授权从输入端口到输出端口的信元传送的仲裁结果在每个周期上由仲裁器发送给端口控制器。
因此，交换卡上的仲裁器与线路卡上的端口控制器密切协作地工作。每个端口控制器发送虚拟输出队列状态的规则更新给交换卡上的仲裁器。该仲裁器保持它从端口控制器接收到的实际状态信息的拷贝。根据从端口控制器接收到的虚拟输出队列状态信息，该仲裁器计算交叉点矩阵的输入/输出配置。在每个信元周期上将该仲裁的结果发送给交叉点矩阵和端口控制器。根据该配置，交叉点矩阵在仲裁步骤期间将来自输入端口的信元交换到输出端口。
在高速系统内，用于更新虚拟输出队列状态信息的带宽可能是有问题的，因为需要许多次更新。
在仲裁器自身保持每个虚拟输出队列状态信息的拷贝的情况下，仲裁器将变得非常复杂，因为它必须跟踪所有端口控制器的所有虚拟输出队列状态信息。此外，在仲裁器故障的情况下，状态信息将在仲裁器内丢失。
另一方面，在仲裁器完全依赖于从端口控制器接收到的状态信息的情况下，在一个信元周期内必须在仲裁器和每个端口控制器之间传输至少两个状态更新，一个用于输入信元，而另一个用于输出信元。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种分组交换机，使用低带宽用于在交换卡和线路卡之间的状态信息传送，并提供故障保险的仲裁器。本发明的另一个目的是提供一种简单的仲裁器结构。本发明的又一个目的是降低仲裁器内的等待时间。
利用一种用于根据由输入/输出装置的端口控制器提供的状态信息配置交换装置内的交叉连接矩阵的方法来解决本发明的这些和其它目的，其中所述端口控制器将状态字内其虚拟输出队列的状态信息提供给所述交换装置，所述交换装置在状态矩阵的状态信息字段内存储状态信息，和所述交换装置内的仲裁器根据在所述状态信息字段内存储的所述状态信息配置所述交叉连接矩阵。
虚拟输出队列状态信息处理和生成的智能是在端口控制器内。仲裁器是故障保险的，因为状态信息将存储在状态矩阵内的状态信息字段内。该状态信息可以由仲裁器根据仲裁结果来改变。
交换装置可以是如先前描述的交换卡。输入/输出装置也可以是如先前描述的线路卡。所述状态矩阵可以是随机存取存储器。状态矩阵的每个字段可以表示一个输入端口和一个输出端口之间的一个连接。该矩阵的行可以表示相应的输入端口，而该矩阵的列可以表示交叉连接矩阵的相应输出端口，或者反之亦然。
根据权利要求2的方法是进一步优选的。由端口控制器发送给仲裁器的状态字可以包括通信信息。该通信信息可以是输出端口编号，表示该输出端口是VOQ的相应信元的目的地。利用仲裁器从中接收到状态字的端口控制器的编号和作为相应信元的目的地的输出端口编号来寻址状态矩阵的每个元素。这个目的地信息作为通信信息包括在状态字内。根据在状态矩阵内存储的通信信息，仲裁器可以配置所述交叉连接矩阵，这意味着将来自某些输入端口的信元交换到某些输出端口。
根据权利要求3的方法也是优选的。加权信息可以表示相应虚拟输出队列的信元的优先级。这个加权信息可以通过虚拟输出队列的长度例如虚拟输出队列内信元的数量或者虚拟输出队列的行首信元的寿命来确定。可以通过所述虚拟输出队列的第一信元等待被交换到相应输出端口的信元周期的数量来确定该寿命。应当明白，可以使用任何其它的优先级信息作为加权信息。
根据权利要求4的方法是本发明的又一种优选实施例。该仲裁器可以将状态字的类型字段内的类型信息用作如何处理状态矩阵的状态信息字段内存储的加权信息的指令。仲裁器支持通过状态字的类型字段确定的端口控制器的不同指令。这些功能中的一些功能可以如下-将加权信息递减n。如果通过虚拟输出队列的长度来确定加权信息，则在成功仲裁之后对于这个虚拟输出队列递减加权信息。信元从这个虚拟输出队列到输出端口的传送将降低队列长度。这个功能根据权利要求5是优选的。
-根据权利要求6，将加权信息递增一。如果通过虚拟输出队列的行首信元的寿命来确定加权，则在不成功仲裁之后对于这个虚拟输出队列增加加权。在信元保持在虚拟输出队列内的情况下，其寿命增加。在状态矩阵的状态信息字段内，加权将被递增一，并且仲裁器因而获知行首信元的寿命增加一。
-如权利要求7所建议的，重置状态矩阵的状态信息字段内的加权信息。这可以是这样的情况，如果通过虚拟输出队列的行首信元的寿命来确定加权，并且在成功仲裁之后对于这个虚拟输出队列将加权设置为零。当将信元传送到输出端口时，虚拟输出队列内下一信元的寿命确定在相应的状态信息字段内存储的加权，只要这个队列不是空的。
通过给仲裁器提供通用功能，最好如上面所描述的，以改变状态信息字段，大部分智能可以保持在端口控制器内，用于虚拟输出队列状态信息处理和加权生成。通过将一些智能添加给仲裁器以便更新状态矩阵内的虚拟输出队列状态信息，可以降低用于虚拟输出队列状态信息更新的带宽，因为在仲裁之后来自VOQ的更新将变得多余。
优选地，状态字包括三个数据字段，一个用于通信信息，一个用于加权信息，和一个用于类型信息。这个状态字可能不必在每次仲裁之后在VOQ和仲裁器之间进行传送，因为由仲裁器自身根据类型信息在状态矩阵内更新信息。
本发明的另一方面是一种分组交换机，其特征在于，所述仲裁器包括状态矩阵，具有用于所述输入/输出装置之间的每个输入/输出组合的状态信息字段，所述状态信息字段承载由确定所述虚拟输出队列的状态的端口控制器所提供的所述虚拟输出队列的状态信息，所述配置装置根据所述状态信息字段内的所述状态信息来配置所述交叉连接矩阵。
本发明的又一方面是在分组交换网络内、在局域网内、在广域网内和在移动通信网络内使用前述方法或前述分组交换机。
通过在仲裁器提供通用功能以改变由端口控制器提供的加权值，从而预期仲裁结果对加权值的影响，可以降低用于状态信息通信的带宽。
本发明的这些和其它方面从以下附图中将是显而易见的并将结合以下附图进行阐述。在附图中图1表示分组交换机配置；图2表示端口控制器内的虚拟输出队列；图3表示根据本发明的仲裁。
具体实施例方式
在附图1中，图示已知的分组交换机。多个线路卡1-N连接到多个交换卡10。线路卡1-N通过使用端口控制器1a-Na与交换卡10通信。端口控制器1a-Na通过连接线路2、4向交换卡10发送数据信元，并从交换卡10中接收数据信元。端口控制器1a-Na的输出队列的状态信息通过通信线路6、8被传送给仲裁器10b。仲裁器10b确定哪一些线路卡1-N通过线路4、2相互连接，以发送在端口控制器1a-Na的输出队列内的相应信元。
通过适当地设置交叉连接矩阵10a来交换端口控制器1a-Na之间信元的传输。交换卡10的输入端口利用交叉连接矩阵10a内的行来表示。交换卡10的输出端口利用交叉连接矩阵10a内的列来表示。为了连接例如输入端口“1”与输出端口“3”，将位于矩阵10a的第1行和第3列上的交换机设置为“接通(on)”。
图2图示在虚拟输入队列内信元的生成和处理。将输入信元12提供给端口控制器的输出队列14。对于端口控制器的每个输出而言，在相应的端口控制器内处理虚拟输出队列14a-14N。
利用在虚拟输出队列14内存储的信元的数量可以确定虚拟输出队列14的加权。利用信元周期的数量可以确定信元的寿命，信元保持在虚拟输出队列内。为了确定将哪一个虚拟输出队列14的哪一个信元发送给相应的输出端口，决策处理器18确定提供输出信元16的虚拟输出队列14。虚拟输出队列14的状态随着每个输入信元12以及每个输出信元16而改变。状态改变取决于可以由仲裁器控制的决策处理器所作出的决策。
图3图示根据本发明的仲裁方法。交换卡从端口控制器接收描述端口控制器的相应VOQ的状态的状态字。在状态分析器22内分析来自端口控制器的输入状态字20。状态分析器根据这些状态字确定输出端口编号信息、加权信息和功能类型信息。输出端口编号信息通过信息传送23b来寻址到状态矩阵24。在所图示的情况下，输出端口信息涉及输出端口编号2，这通过指示状态矩阵24的信元2来描述。此外，描述相应状态字的输入端口的输入端口信息在状态分析器22内被检索，并通过信息传送23a来寻址状态矩阵24。在所图示的情况下，输入端口是端口编号3，如利用行输入3所指示的。
在状态矩阵24内，表示状态信息字段24a。这个状态信息字段24a承载连接到输入端口3的虚拟输出队列的加权信息和确定处理所存储加权信息的功能类型的类型信息。在利用23a和23b寻址的位置上将加权和类型信息从22馈送到24。
在仲裁26期间，仲裁器(未图示)根据在状态矩阵24内的状态信息字段内存储的加权信息来确定哪一个输入端口将被交换到哪一个输出端口。优选地，将首先交换具有最高加权的虚拟输出队列中的信元。在仲裁26之后，状态信息字段24a将根据仲裁结果而改变，并且新的加权值将存储(重写)在状态信息字段24a内。结果矩阵25是通过仲裁26计算出的输入/输出连接的表示。通过信息传送34将输入端口和输出端口信息传送给授权生成器36。授权生成器36授权在相应输入端口和输出端口38到交叉连接矩阵(未图示)和端口控制器之间的交换。
代码分析器28根据仲裁结果信息字段25a确定仲裁处理是否是成功的。此外，代码分析器28确定在状态信息字段24a内存储的类型信息。根据类型信息，控制功能生成器30。由功能生成器30支持的功能可以是-对于这个虚拟输出队列，在成功仲裁之后，递减在状态信息24a内存储的加权。将新的加权信息存储在状态信息字段24a内。
-递增虚拟输出队列的加权。增加在状态信息字段24a内的加权信息，并在不成功仲裁之后将增加的加权值存储在状态信息字段24a内。
-重置加权信息。对于这个虚拟输出队列，在成功仲裁之后，将该值设置为零。由此，将在状态信息字段24a内存储的加权值设置为零。
通过执行有关在状态矩阵内存储的状态信息的功能，在状态矩阵24内检索与端口控制器有关的新状态信息而不更新端口控制器中的信息。这节省了带宽并提供了故障保险的仲裁。
参考符号1，N 线路卡1a，Na端口控制器2，4 传输连接6，8 信令连接10交换卡10a 交叉连接矩阵10b 仲裁器12输入信元14虚拟输出队列16输出信元18决策处理器20状态字22状态分析器23信息传送24状态矩阵24a 状态信息字段26仲裁28代码分析器30功能32信息的改变34信息传送36授权生成器38授权给输入端口
权利要求
1.用于根据由输入/输出装置的端口控制器提供的状态信息配置交换装置内的交叉连接矩阵的一种方法，-其中所述端口控制器将状态字内其虚拟输出队列的状态信息提供给所述交换装置，-所述交换装置在状态矩阵的状态信息字段内存储所述状态信息，和-所述交换装置内的仲裁器根据在所述状态信息字段内存储的所述状态信息配置所述交叉连接矩阵。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述状态字包括通信信息，并且所述仲裁器根据所述通信信息配置所述交叉连接矩阵。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述状态字包括加权信息，并且所述仲裁器根据所述加权信息配置所述交叉连接矩阵。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述状态字包括类型信息，并且所述仲裁器根据所述类型信息和仲裁结果改变所述状态信息字段内的所述状态信息。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，在成功仲裁的情况下，所述仲裁器递减所述状态信息字段内的所述状态信息的加权信息。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于，在不成功仲裁的情况下，所述仲裁器递增所述状态信息字段内的所述状态信息的加权信息。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于，在成功仲裁的情况下，所述仲裁器重置所述状态信息字段内的所述状态信息的加权信息。
8.一种分组交换机，包括-至少一个输入/输出装置，具有至少一个端口控制器，-至少一个交换装置，具有至少一个仲裁器，和至少一个交叉连接装置，-所述端口控制器包括至少一个虚拟输出队列，排队信元以便通过所述交换装置与其它端口控制器通信；-所述仲裁器包括配置装置，用于配置所述交叉连接装置的所述交换；和-其中所述交叉连接装置将来自一个输入/输出装置的输入信元交换到另一个输入/输出装置；其特征在于-所述仲裁器包括状态矩阵，具有状态信息字段，用于所述输入/输出装置之间的每个输入/输出组合，-所述状态信息字段承载由确定所述虚拟输出队列的状态的端口控制器提供的所述虚拟输出队列的状态信息，-所述配置装置根据所述状态信息字段内的所述状态信息来配置所述交叉连接矩阵。
9.在分组交换网络内、在局域网内、在广域网内和在移动通信网络内根据权利要求1的方法或根据权利要求8的分组交换机的一种使用。
全文摘要
本发明涉及用于根据由输入/输出装置的端口控制器提供的状态信息配置交换装置内的交叉连接矩阵的方法、分组交换机和分组交换机的使用。通过在仲裁器内提供通用功能以改变由端口控制器提供的加权值，从而预期仲裁结果对加权值的影响，可以减少用于状态信息通信的带宽。
文档编号H04L12/56GK1689281SQ03823592
公开日2005年10月26日 申请日期2003年9月23日 优先权日2002年10月2日
发明者A·瓦格宁根范, H·－J·勒伊默曼, A·莱尔肯斯, J·翁格尔曼, R·舍南 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司