JP3878112B2 - パケットスイッチ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、データ転送網に利用する。本発明は、パケット蓄積交換方式に利用するパケットの衝突回避制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の出力バッファ型パケットスイッチ構成を図４を参照して説明する（例えば、特許文献１参照）。入力回線１−１〜１−Ｍ、出力回線２−１〜２−Ｍ、多重化部３−１〜３−Ｍ、バッファ４−１−１〜４−Ｍ−Ｍから構成される。
【０００３】
入力回線１−ｋから受信したパケットデータは、バッファ４−ｋ−１、４−ｋ−２、…、４−ｋ−Ｍに転送される。各バッファは、当該パケットデータのヘッダ部にある情報を参照し、バッファに組み込むか否か判断し、バッファに取り込むと判断された場合は、バッファに蓄積する。多重化部３−ｋは、当該多重化部に接続されたバッファ４−１−ｋ、４−２−ｋ、…、４−Ｍ−ｋのいずれかにパケットが蓄積されている場合は、当該パケット情報をバッファから読出し、出力回線２−ｋに転送する。
【０００４】
複数のバッファに同時にパケット情報が蓄積されている場合は、ラウンドロビン法などにより読出すバッファを決定し、出力回線への転送を行う。
【０００５】
このような方式が出力バッファ方式であるが、本方式を用いて、入力回線数を増やした場合に、バッファ数が増加することが問題となる。
【０００６】
従来の入力バッファ型スイッチ構成を図５を参照して説明する。入力回線１−１〜１−Ｍ、出力回線２−１〜２−Ｍ、バッファ６−１〜６−Ｍ、Ｍ×Ｍスケジューラ７、クロスポイントスイッチ８から構成される。クロスポイントスイッチは、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ８−１−１〜８−Ｍ−Ｍから構成される。入力回線１−ｋと出力回線２−ｊは、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ８−ｋ−ｊを介して接続される。
【０００７】
入力回線１−ｋから受信したパケットデータは、バッファ６−ｋに蓄積される。バッファにパケットが蓄積されている場合に、パケットの宛先回線情報をスケジューラ７に通知する。例えば、バッファ６−ｋに出力回線ｊ宛のパケットがあることを通知された場合に、スケジューラ７は、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ８−ｋ−ｊをＯＮにし、その他のスイッチをＯＦＦにすることにより、バッファと出力回線とを接続し、パケットを出力回線に転送する。
【０００８】
複数のバッファにパケットが存在する場合には、複数のバッファはスケジューラに対してそれぞれパケットの出力回線情報を通知する。異なる出力回線が通知された場合は、それぞれのバッファと出力回線を接続するスイッチをＯＮにする。同じ出力回線を通知された場合は、ラウンドロビン法などにより優先するバッファを選択し、選択したバッファと出力回線を接続するスイッチをＯＮにする。
【０００９】
このような方式が入力バッファ型スイッチであるが、本方式では、入力回線数を増やした場合に、バッファ数の増加割合は、出力バッファ型スイッチに比較して少なくできるが、スケジューラの処理量が増加することが問題となる。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１０−３３６２４１号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の入力バッファ型スイッチの問題点を説明する。図６は、入力バッファ型スイッチにおいて、入力回線数をＫ倍にした図である。このとき（ＭＫ×ＭＫ）スケジューラ１７は、ＭＫ個のバッファ６−１〜６−ＭＫから、パケット通知を受け、（ＭＫ×ＭＫ）クロスポイントスイッチ１８のＯＮ／ＯＦＦを制御する必要がある。制御するクロスポイントスイッチ数はＫの二乗倍となり、処理量が増加する。したがって、このようなパケットスイッチを実現することは難しい。
【００１２】
そこで、図７に示すように、ＭＫ入力ＭＫ出力スイッチ（Ｍ＞Ｋ）を、Ｍ入力Ｍ出力スイッチを用いて構成する（例えば、特許文献１参照）。すなわち、ＭＫ入力ＭＫ出力スイッチは、入力回線１−１〜１−ＭＫ、出力回線２−１〜２−ＭＫ、第一段スイッチ１０−１〜１０−Ｋ、第二段スイッチ２０−１〜２０−Ｋ、第三段スイッチ３０−１〜３０−Ｋにより構成される。
【００１３】
第一段スイッチ、第二段スイッチ、第三段スイッチは全てＭ入力Ｍ出力スイッチである。いま式
ａ〈Ｍ／Ｋ〉＋（Ｋ−ａ）《Ｍ／Ｋ》＝Ｍ
（ただし、〈Ｘ〉はＸ以上の最小の整数、《Ｘ》はＸ以下の最小の整数）
が成り立っているとき、第一段スイッチ１０−１から第二段スイッチ２０−１〜２０−ａの間は〈Ｍ／Ｋ〉本の回線をつなぎ、第一段スイッチ１０−１からその他の第二段スイッチの間は《Ｍ／Ｋ》本の回線をつなぐ。第一段スイッチ１０−２から第二段スイッチ２０−２〜２０−（ａ＋１）の間は〈Ｍ／Ｋ〉本でつなぎ、その他の第二段スイッチの間は《Ｍ／Ｋ》本の回線をつなぐ。以下も同様に接続する。また、第二段スイッチと第三段スイッチとの間も同様に接続する。
【００１４】
入力回線から第一段スイッチに到着したパケットは、宛先に応じて第二段スイッチに振り分けられるが、このときパケット群は、第二段スイッチ２０−１〜２０−Ｋに対して、トラヒック量が接続回線数の比になるようにハッシュ法などを用いて振り分ける。すなわち、第一段スイッチ１０−１〜１０−Ｋは、入力回線１−１〜１−ＭＫから入力されるトラヒックを分散して第二段スイッチ２０−１〜２０−Ｋに入力する。第二段スイッチ２０−１〜２０−Ｋは、パケットの行き先を決定してスケジューリングを行う。第三段スイッチ３０−１〜３０−Ｋは、第二段スイッチ２０−１〜２０−Ｋから出力されたパケットを特定のポートに集めて出力回線２−１〜２−ＭＫに出力する。
【００１５】
このように、大規模なスイッチをスイッチの３段構成によって実現する方式では、単位スイッチの数が多くなる問題がある。また、第二段スイッチ２０−１〜２０−Ｋには、それぞれスケジューラが備えられており、比較的コストの高いスケジューラを第二段スイッチの単位スイッチ数分用意しなければならない。
【００１６】
本発明は、このような背景に行われたものであって、単位スイッチおよびスケジューラの数を削減することにより、コストを削減することができるパケットスイッチを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一つのクロスポイントスイッチに対して複数のスケジューラを用いることを特徴とする。これにより、一つのスケジューラでは、処理負荷が大き過ぎて処理の遅れが問題となったが、複数のスケジューラに処理を分散することができるので、処理の遅れを回避でき、一つのクロスポイントスイッチにより大規模なパケットスイッチを構成することができる。これにより、単位スイッチの数を削減することにより、コストを削減することができるパケットスイッチを実現することができる。
【００１８】
また、備えるべきスケジューラの数は、必ずしも考え得る最大数である必要はなく、実際の処理に影響を及ぼさない範囲で削減可能であり、比較的コストの高いスケジューラ数を削減することにより、コストを大きく削減することができる。
【００１９】
すなわち、本発明は、複数の方路からそれぞれ到着するパケットを蓄積する複数のバッファと、この複数のバッファから読み出されるパケットをそのパケットの宛先毎の方路に振り分けるスイッチング手段と、異なるバッファから同一読出しタイミングで読み出される異なるパケット同士の衝突を回避する制御信号を前記スイッチング手段に与えるスケジューリング手段とを備えたパケットスイッチである。
【００２０】
ここで、本発明の特徴とするところは、前記スケジューリング手段は、複数のスケジューラを備え、前記バッファに蓄積されたパケットの転送予定の経路となる前記スイッチング手段における入力回線と出力回線との１以上の組合せが一つのスケジューリンググループに属する入力回線および出力回線と定義され、前記スケジューラ毎に、一つのスケジューリンググループに属する入力回線および出力回線を経路とするパケットの読出しスケジュールの制御を割当てる手段を備え、前記スイッチング手段は、１個のクロスポイントスイッチにより構成され、それぞれの前記スケジューラに割当てられたスケジューリンググループに属する前記入力回線と前記出力回線とのクロスポイントの接断を個々の前記スケジューラの制御にしたがいそれぞれ個別に制御する手段を備えたところにある。
【００２１】
また、前記スイッチング手段は、１個のクロスポイントスイッチにより構成され、このクロスポイントスイッチは、一つのスケジューリンググループに属するＭ本の入力回線および出力回線をＫ系統収容可能なＭＫ本の入力回線および出力回線を備え、前記スケジューリング手段は、Ｌ（Ｌ＜Ｋ）個備えられることが望ましい。
【００２２】
これにより、単位スイッチの数を削減できるとともに、スケジューラの数をＬ（Ｌ＜Ｋ）個とすることで、パケットスイッチのコストを低減させることができる。スケジューラの数をＬ個にすると、Ｋ個のスケジューリンググループの全部を同時にスケジューリング処理しようとした場合に、スケジューラが割当てできないスケジューリンググループが発生する。しかし、そのような事態が発生する確率は、一般的にきわめて低い。また、Ｌ個のスケジューリンググループを同時にスケジューリング処理した後に、残りの（Ｋ−Ｌ）個のスケジューリンググループをスケジューリング処理したとしても、実用上問題となる遅延が発生することは考え難い。そこで、本発明では、パケットスイッチの中で最もコストの高いスケジューラの数を削減することにより、コストの削減を図ることができる。
【００２３】
また、スケジューラはＬ個であっても、その他に（Ｋ−Ｌ）個のスケジューリンググループを半固定的にスケジューリング処理する半固定制御機能を備えておけば、半固定的なスケジューリング処理で満足するスケジューリンググループについては、この半固定制御機能に割当てることにより、Ｋ個のスケジューリンググループを同時にスケジューリング処理することが可能となる。この場合にも、スケジューラよりも半固定制御機能の方がコスト的に安価であることから、コストの削減を図ることができる。
【００２４】
あるいは、前記スイッチング手段は、複数のクロスポイントスイッチの組合せにより構成され、個々のクロスポイントスイッチの休止または稼働の状態を切り替えることにより入力回線数および出力回線数を変更する手段を備えることもできる。
【００２５】
これによれば、入力回線数および出力回線数が変化しても同一装置によって対応することができる。この場合には、複数の単位スイッチを用いるが、従来のように、Ｋ系統分用いる必要はなく、従来の入力バッファ型パケットスイッチに用いられる単位スイッチ数と比較すると、少ない単位スイッチ数とすることができ、コストの削減を図ることができる。
【００２６】
また、この際に、前記変更する手段により変更される入力回線数および出力回線数に対応して前記複数のスケジューラの少なくとも一部の休止または稼働の状態を切り替えることによりパケット衝突回避のためのスケジューリング能力を変更する手段を備えることが望ましい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明実施例のパケットスイッチを図１ないし図３を参照して説明する。図１は本実施例のパケットスイッチの全体構成図である。図２は本実施例のパケットスイッチのＭＫ×ＭＫスイッチ構成を示す図である。図３は本実施例のパケットスイッチの動作を説明するための図である。
【００２８】
本実施例は、図２に示すように、複数の方路からそれぞれ到着するパケットを蓄積する複数のバッファ１４−１〜１４−ＭＫと、この複数のバッファ１４−１〜１４−ＭＫから読み出されるパケットをそのパケットの宛先毎の方路に振り分けるクロスポイントスイッチ１５と、異なるバッファから同一読出しタイミングで読み出される異なるパケット同士の衝突を回避する制御信号をクロスポイントスイッチ１５に与えるＭ×Ｍスケジューラ１１−１〜１１−Ｌ、１２とを備えたパケットスイッチ２０である。
【００２９】
ここで、本実施例の特徴とするところは、複数のスケジューラ１１−１〜１１−Ｌ、１２を備え、バッファ１４−１〜１４−Ｍに蓄積されたパケットの転送予定の経路となるクロスポイントスイッチ１５における入力回線と出力回線との１以上の組合せが一つのスケジューリンググループに属する入力回線および出力回線と定義され、スケジューラ１１−１〜１１−Ｌ毎に、一つのスケジューリンググループに属する入力回線および出力回線を経路とするパケットの読出しスケジュールの制御を割当てる振り分け機能１３を備え、クロスポイントスイッチ１５は、１個のクロスポイントスイッチにより構成され、それぞれのスケジューラ１１−１〜１１−Ｌに割当てられたスケジューリンググループに属する前記入力回線と前記出力回線とのクロスポイントの接断を個々のスケジューラ１１−１〜１１−Ｌの制御にしたがいそれぞれ個別に制御するところにある。
【００３０】
クロスポイントスイッチ１５は、１個のクロスポイントスイッチにより構成され、このクロスポイントスイッチ１５は、一つのスケジューリンググループに属するＭ本の入力回線および出力回線をＫ系統収容可能なＭＫ本の入力回線および出力回線を備え、スケジューラ１１−１〜１１−Ｌは、Ｌ（Ｌ＜Ｋ）個備えられる。
【００３１】
以下では、本実施例をさらに詳細に説明する。
【００３２】
図１に示すように、入力回線１−１〜１−ＭＫ、出力回線２−１〜２−ＭＫ、Ｍ入力Ｍ出力スイッチである第一段スイッチ１０−１〜１０−Ｋ、第三段スイッチ３０−１〜３０−Ｋおよび本実施例のパケットスイッチ２０から構成される。第一段スイッチ１０−１〜１０−Ｋは、入力回線１−１〜１−ＭＫから入力されるトラヒックを分散して第二段スイッチである本実施例のパケットスイッチ２０に入力する。本実施例のパケットスイッチ２０は、パケットの行き先を決定してスケジューリングを行う。第三段スイッチ３０−１〜３０−Ｋは、パケットスイッチ２０から出力されたパケットを特定のポートに集めて出力回線２−１〜２−ＭＫに出力する。
【００３３】
図２は、パケットスイッチ２０を構成する例を示す図である。パケットスイッチ２０は、（ＭＫ×ＭＫ）クロスポイントスイッチ１５、（Ｍ×Ｍ）スケジューラ１１−１〜１１−Ｌ、（Ｍ（Ｋ−Ｌ）×Ｍ（Ｋ−Ｌ））半固定制御機能１２、振り分け機能１３、バッファ１４−１〜１４−ＭＫから構成される。
【００３４】
図３はパケットスイッチ２０の動作を説明する図であり、Ｍ＝Ｋ＝２とする。すなわち、６×６スイッチであるパケットスイッチ２０は、（６入力６出力）クロスポイントスイッチ１５と（２×２）スケジューラ１１−１、１１−２および（２×２）半固定制御機能１２、振り分け機能１３から構成される。
【００３５】
図３（ａ）に示すように、スケジューリンググループ＃１に入力回線Ｉ−３およびＩ−４と出力回線Ｏ−２およびＯ−５が属し、スケジューリンググループ＃２に入力回線Ｉ−１およびＩ−５と出力回線Ｏ−１およびＯ−６が属し、残りの入力回線Ｉ−２、Ｉ−６と出力回線Ｏ−３、Ｏ−４は半固定制御グループに属するとする。
【００３６】
各バッファ１４−１〜１４−６とスケジューラ１１−１、１１−２の間は振り分け機能１３により接続される。このとき、スケジューリンググループ＃１に属する入力回線Ｉ−３、Ｉ−４および出力回線Ｏ−２、Ｏ−５は、スケジューラ１１−１に、スケジューリンググループ＃２に属する入力回線Ｉ−１、Ｉ−５および出力回線Ｏ−１、Ｏ−６は、スケジューラ１１−２に、その他の回線は半固定制御機能１２に接続する。
【００３７】
この構成において、スケジューリンググループ＃１に属する入力回線Ｉ−３、Ｉ−４と出力回線Ｏ−２、Ｏ−５の間のＯＮ／ＯＦＦスイッチの制御は、（２×２）スケジューラ１１−１により行われ、論理的に１つの入力バッファ型スイッチを構成する。
【００３８】
同様に、スケジューリンググループ＃２に属する入力回線Ｉ−１、Ｉ−５と出力回線Ｏ−１、Ｏ−６との間のＯＮ／ＯＦＦスイッチの制御は、（２×２）スケジューラ１１−２により行われ論理的に１つの入力バッファ型スイッチを構成する。半固定制御グループに属する入力回線Ｉ−２、Ｉ−６と出力回線Ｏ−３、Ｏ−４の間のＯＮ／ＯＦＦは、（２×２）半固定制御機能１２により行われ論理的な回線交換が行われる。
【００３９】
スケジューリンググループの構成は変更可能となる。例えば、図３（ｂ）に示すように、スケジューリンググループ＃１に入力回線Ｉ−２、Ｉ−３と出力回線Ｏ−２、Ｏ−３が属し、スケジューリンググループ＃２に入力回線Ｉ−５、Ｉ−６および出力回線Ｏ−４、Ｏ−６が属するように変更可能となる。
【００４０】
また、Ｍ（Ｋ−Ｌ）×Ｍ（Ｋ−Ｌ）の半固定制御機能１２を、あらかじめＬ＝２〜Ｋ−１まで可変可能とすることにより、動的なスケジューリングを行うスケジューラ１１−１〜１１−Ｌの数を可変にすることも可能である。
【００４１】
また、ＭＫ×ＭＫクロスポイントスイッチ１５を、Ｍ×Ｍのクロスポイントスイッチを組み合わせて実現することにより、図２のＭＫ×ＭＫスイッチのＫ値を可変にすることが可能となる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、単位スイッチおよびスケジューラの数を削減することにより、コストを削減することができるパケットスイッチを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例のパケットスイッチを用いたスイッチの全体構成図。
【図２】本実施例のパケットスイッチの構成図。
【図３】本実施例のパケットスイッチの動作を説明するための図。
【図４】従来の出力バッファ型パケットスイッチの構成図。
【図５】従来の入力バッファ型パケットスイッチの構成図。
【図６】ＭＫ回線の入力バッファ型スイッチの構成図。
【図７】従来の三段クロススイッチの構成図。
【符号の説明】
１−１〜１−ＭＫ、Ｉ−１〜Ｉ−６ 入力回線
２−１〜２−ＭＫ、Ｏ−１〜Ｏ−６ 出力回線
３−１〜３−Ｍ 多重化部
４−１−１〜４−Ｍ−Ｍ 出力バッファ
６−１〜６−Ｍ、１４−１〜１４−ＭＫ 入力バッファ
７、１１−１〜１１−Ｌ、１７ スケジューラ
８、１５、１８ クロスコネクトスイッチ
８−１−１〜８−Ｍ−１ ＯＮ／ＯＦＦスイッチ
１０−１〜１０−Ｋ 一段目スイッチ
１２ 半固定制御機能
１３ 振り分け機能
２０ パケットスイッチ
２０−１〜２０−Ｋ 二段目スイッチ
３０−１〜３０−Ｋ 三段目スイッチ

Claims (3)

1. 複数の方路からそれぞれ到着するパケットを蓄積する複数のバッファと、この複数のバッファから読み出されるパケットをそのパケットの宛先毎の方路に振り分けるスイッチング手段と、異なるバッファから同一読出しタイミングで読み出される異なるパケット同士の衝突を回避する制御信号を前記スイッチング手段に与えるスケジューリング手段とを備えたパケットスイッチにおいて、
   前記バッファに蓄積されたパケットの転送予定の経路となる前記スイッチング手段における入力回線と出力回線との１以上の組合せが一つのスケジューリンググループに属する入力回線および出力回線と定義され、
   前記スイッチング手段は、１個のクロスポイントスイッチを含んで構成され、
   このクロスポイントスイッチは、一つのスケジューリンググループに属するＭ本の入力回線および出力回線をＫ系列収容可能なＭＫ本の入力回線および出力回線を備え、
   前記スケジューリング手段は、前記Ｋより少ない複数Ｌ個のスケジューラを備えて、各スケジューラ毎に一つのスケジューリンググループを割り当てる手段を備え、
   前記スケジューラは、割り当てられた一つのスケジューリンググループに属する入力回線および出力回線を経路とするパケットの読出しスケジュールの制御を行う手段を備え、
   前記スイッチング手段は、それぞれの前記スケジューラに割当てられたスケジューリンググループに属する前記入力回線と前記出力回線とのクロスポイントの接断を個々の前記スケジューラの制御にしたがいそれぞれ個別に制御する手段を備え、
   前記スケジューリング手段は、（Ｋ−Ｌ）個のスケジューリンググループのスケジューリングを、予め定められた論理でのスケジューリング、またはＬ個のスケジューリンググループのスケジューリング処理後のスケジューリング処理に振り分ける手段を備えた
   ことを特徴とするパケットスイッチ。
2. 前記スイッチング手段は、複数のクロスポイントスイッチの組合せにより構成され、
   個々のクロスポイントスイッチの休止または稼働の状態を切り替えることにより入力回線数および出力回線数を変更する手段を備えた
   請求項１記載のパケットスイッチ。
3. 前記変更する手段により変更される入力回線数および出力回線数に対応して前記複数のスケジューラの少なくとも一部の休止または稼働の状態を切り替えることによりパケット衝突回避のためのスケジューリング能力を変更する手段を備えた請求項２記載のパケットスイッチ。

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