JPH10164096A - マルチキャスト・パケット・アクセス調停方法 - Google Patents
マルチキャスト・パケット・アクセス調停方法Info
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Abstract
ークの宛先出力チャネルへのマルチキャスト・パケット
・アクセスを調停する。 【解決手段】 1組の宛先出力チャネルを示す調停要求
を発してマルチキャストセルに関する調停セッションを
開始するステップと、調停サイクル中、当該1組の宛先
出力チャネルの各宛先出力チャネルへのアクセスを調停
するステップと、調停サイクル完了後、予約が割り当て
られた宛先出力チャネルを前記1組の宛先出力チャネル
の中から除去するステップと、この調停ステップと除去
ステップを連続する調停サイクルにわたって繰り返すス
テップとを含む。
Description
トワークに関し、特にATM (非同期転送モード)において
動作する予約リングを備えた交換ネットワークに対する
マルチキャスト・パケット・アクセスを調停する方法に
関する。
スネットワークとして使用されるようになるにつれ、小
型スケーラブル(規模の変更可能な)交換への要望が大
きくなってきた。オフィス環境では、こうした小型スケ
ーラブル交換機を「 ATM拡張コード (ATM extension co
rds)」として使用することにより一つの物理的接続でオ
フィス機器をより大型の中央側の交換機へ接続すること
が可能になる。こうした使用では、中央交換機が要求す
るスループットレベルに必ずしも小型スケーラブル交換
機がサポートする必要はない。このため、小型スケーラ
ブル交換機のアーキテクチャは制限された交換帯域幅内
で効率よく動作するように構成するのが望ましい。帯域
制限交換ネットワーク(limited bandwidth switching n
etworks)で動作する小型スケーラブル交換機には複数の
出力ポートがセットとして設けられており、交換ネット
ワークは、交換周期毎に限られた数のセルを出力ポート
に転送できる。一般に、交換帯域幅の制限された交換機
は、入力ポートが論理動作どおり動作できる総合最大リ
ンク速度 (aggregate maximum link rate)よりも低いス
ループットで動作する。
回の交換周期中に全ての入力及び出力ポートを可能性の
ある全ての一対一入出力ポート間マッピングを発生でき
ないため、「閉塞状態(blocking)」になる可能性があ
る。この閉塞状態を起こす交換機では、セルが失われな
いようにするため入力をバッファー処理する必要があ
る。出力バッファー処理が行われている場合でも、入力
バッファー処理を行うほうが望ましい。例えば、一交換
周期内に特定の出力バッファー向けの最大数のセルを出
力バッファーで待機させることができない時は、入力を
バッファー処理する必要がある。米国特許第 5,305,311
号に述べられているように、入力バッファー処理と出力
バッファー処理の組合せは、損失のない交換を行うのに
必要な出力バッファーの帯域幅を制限する効果的な方法
である。
待機させて一交換周期毎に出力ポートへ1個のセルを出
力させる交換機では、待機行列の先頭のブロッキングが
生じる問題があることが知られている。一般に、待機行
列の先頭のブロッキングはスループットの著しい低下を
引き起こす。米国特許第 5,305,311号には、交換周期毎
に各出力ポートの速度をk(例えば、k=2)倍にして
待機行列の先頭のブロッキングを最小化する方法が開示
されている。出力ポート毎にその速度をk倍に増加させ
ることにより、k=1(単に入力を待機させた時)では
スループットは約58%であったものを、k=2では約
89%、さらにk=4以上では略100%にまで増加で
きる。
に、予約リングを備えた交換ネットワークの宛先出力チ
ャネルへのマルチキャスト・パケット・アクセスを調停
する方法を備える。当該交換ネットワークは、交換サイ
クル中に、I個の入力チャネルの内の選択されたものか
らJ個の出力チャネルの内の選択されたものへの単一パ
ス・マルチキャスト・パケットを転送する。当該予約リ
ングは、交換サイクル中に同一の出力チャネルについて
競合する入力チャネル間のコンフリクトを解消する。本
方法は、1組の宛先出力チャネルを示す調停要求を発し
てマルチキャストセルに関する調停セッションを開始す
るステップと、調停サイクル中、当該1組の宛先出力チ
ャネルの各宛先出力チャネルへのアクセスを調停するス
テップと、調停サイクル完了後、予約が割り当てられた
宛先出力チャネルを前記1組の宛先出力チャネルの中か
ら除去するステップと、この調停ステップと除去ステッ
プを連続する調停サイクルにわたって繰り返すステップ
とを含む。この繰り返しステップは、1組の宛先出力チ
ャネル中の各宛先出力チャネルに予約が割り当てられた
時に調停セッションを終了させる。
を用いて詳細に説明する。
概略図を示したものである。交換機5は複数のクラスタ
モジュール8を有しており、このクラスタモジュール8
は、ネットワークチャネル12、13によりクラスタ間
交換ネットワーク10に接続されている。各クラスタモ
ジュール8には1以上の入出力 (I/O)ポート16が設け
られている。交換機5のアーキテクチャはモジュール型
でかつ階層構造である。モジュール形式をとっているた
め、交換機5の規模を変更するのは容易である。一方、
階層構造を有しているため、交換帯域幅をポート間で共
有させたり、同一クラスタモジュール8のI/O ポート1
6へのトラフィックが交換ネットワーク10上であちこ
ち転送(traverse)されるのを防止できるため交換機5の
平均スループットは増加する。クラスタ間交換ネットワ
ーク10に対するクラスタモジュール8のアクセスは、
調停すなわち予約リング14を使って行われる。予約リ
ング14は分散型アービタ(distributed arbiter) で、
ライン17で結合された有限状態マシンあるいは調停ユ
ニットの線形シストリックアレイ(systolic array)とし
て構成される。予約リング14の各調停ユニット15は
直近のユニットに接続されている。予約リング14のよ
うな線形シストリックアレイの利点としては、通信が全
て局所的に行われ、アレイが大きくなっても電気的負荷
が増えることがない。このため、交換機5の規模を線型
的に変更できる。
おり、このプロセッサ20がホストコントロールバス2
2を介して通信を行う。各クラスタモジュール8は、ク
ラスタ制御器24、記憶ユニット28、ポートインター
フェースユニット27と、少なくとも1個の交換ネット
ワークインターフェースユニット19を含む。クラスタ
制御器24はクラスタモジュール8の制御/プライマリ
ーデータパスを提供する。記憶ユニット28はクラスタ
制御器24の外部に設けられており、セルをバッファー
処理のために格納したり、セルのマッピング情報を記憶
する。さらに、記憶ユニット28内のデータ構造には、
入力待ち行列、複数の出力待ち行列、VPI/VCIマ
ップ、および空きセル(free cell) のリストなどが含ま
れる。各クラスタモジュール8のポートインターフェー
スユニット27は、複数のポートインターフェース26
を含んでいる。このポートインターフェース26はいず
れもネットワークを介してセルを送受信するためのもの
である。
信だけでなく、クラスタ間の通信もサポートしている。
クラスタ間通信には、クラスタ間交換ネットワーク10
を用いて異なるクラスタモジュール8に接続されたポー
ト間の交換処理が含まれる。クラスタ間交換ネットワー
ク10へのアクセスは、各クラスタモジュール8の交換
ネットワークインターフェースユニット19を介して行
われる。交換ネットワークインターフェースユニット1
9は、前記調停ユニット15と交換ネットワークインタ
ーフェース18を含んでいる。各交換ネットワークイン
ターフェース18は、接続21を介してクラスタ制御器
24に接続されている。クラスタ間交換ネットワーク1
0とこのネットワーク10の出力チャネル13の双方に
対するアクセスまたは予約(reservation) が調停ユニッ
ト15によって行われるまでは、交換ネットワークイン
ターフェース18がパケットデータを保持している。
換ネットワーク10を介していずれか1個の出力チャネ
ル13へ最大K個(大文字)(ここで、K ≧1)のセル
が出力されるよう予約リング14はスケジュールする。
ここで、K(大文字)はクラスタモジュール8毎の加速
係数(speed up factor) であって、(p*k)に相当す
る。ここで、pはクラスタモジュール8の1個当たりの
I/O ポート16の数を示しており、またk(小文字)は
交換機内でクラスタ処理を行わない交換機における I/O
ポート16の1個当たりの加速係数である。1個のクラ
スタモジュール8の中の出力ポート16では、出力チャ
ネル13の1個当たりの加速係数K(大文字)を共有し
ている。
予約リング14は、交換ネットワーク帯域幅や出力チャ
ネル13と出力ポート16へのアクセスといったネット
ワークの共有資源の分散調停(distributed arbitratio
n) を行うものである。予約リング14は、複数の調停
ユニット15から構成されている。この調停ユニット1
5は、調停サイクルにおいて、ネットワーク資源に対す
るコンテンション(競合)を解消する。例えば、予約リ
ング14は、クラスタ間交換ネットワーク10の出力チ
ャネル13についてのコンテンション(Kコンテンショ
ンと称す)と、制限された交換ネットワークの帯域幅に
ついてのコンテンション(Bコンテンションと称す)を
解決する。調停サイクルの開始点では、(複数の)出力
チャネル13へのアクセスに関する調停要求が調停ユニ
ット15へ出力される。コントローラー58のような中
央クロック機構を利用して、これらの調停要求はライン
17を介して予約リング14内部をあちこち転送され
る。集積回路のピン数を減少することが必要とされる実
施例では、ライン17の数を減少させ、予約リング14
の中で調停要求信号を時分割(またはパイプライン処
理)する。
出力ポート16、出力チャネル13、交換ネットワーク
10の帯域幅などのネットワーク資源へのアクセスを調
停する。調停ユニット15へ出力された調停要求が調停
サイクル中に予約リング14の内部をシフトされている
時に各調停ユニットでは到来する調停要求とそのユニッ
トに常駐している調停要求(resident arbitration req
uest)とを比較する(すなわち、そのユニット自身の調
停要求が予約リング内を一巡するようにシフトされ
る)。調停サイクルの間に、各調停ユニット15は調停
の各段階でこのような比較を行う。もしネットワーク資
源に対してコンフリクトが発生していることが判明した
場合は、調停ユニット15ではどちらの調停要求(すな
わち、シフトされた要求または常駐要求)がネットワー
ク資源について高い優先順位を有するかを判断する。多
数のネットワーク要求が存在しているため、ネットワー
ク資源へのアクセスの調停では調停サイクルが終了する
までに調停処理を何回も行う場合がある。調停サイクル
が終了するまでに調停処理が1回で済むか、あるいは2
回以上必要であるかは、調停中のネットワーク資源間の
関係で決まる(すなわち、あるネットワーク資源の調停
が相互に依存しているか、あるいは別の資源の調停とは
無関係であるかによる)。
理が残りのその他のネットワーク資源とは無関係に実行
されるときは、常に1回の調停処理中に複数のネットワ
ーク資源への調停が並行して行ってもよい。例えば、ク
ラスタモジュール8の各出力ポート16が受信できる最
大セル数(つまり、k_alloc )の総計が、クラスタモ
ジュール8が受信できるセル数(K)にすぎない(すな
わち、k_alloc の合計がKと等しい)場合は、出力ポ
ート16と出力チャネル13へのアクセスの調停は個別
に実行される。この場合、1回の調停処理(すなわち、
予約リング14を一順する間に)調停を並行して実行で
きる。上記の例では、調停ユニット15が調停を要求し
ている(複数の)出力ポート16と(複数の)出力チャ
ネル13の両方の調停に成功した時に、交換ネットワー
クへのアクセスが許可される。
出力ポート16が受信できるセル数の総計がクラスタモ
ジュール8が受信できるセル数以上の(すなわち、k_
allocsの合計がKよりも大きい)時は、複数のネットワ
ーク資源に対する複数の調停要求は個別には実行されな
い。これらのネットワーク資源に関する相互依存調停処
理を実行することにより、更に多くのネットワーク資源
が利用されることになる。例えば、調停ユニット15が
出力チャネル13へのアクセスだけを調停し、出力ポー
ト16へのアクセスを得た場合はネットワーク資源の利
用が向上する。同様に、交換ネットワーク帯域幅が制限
されている場合は、調停ユニット15が交換ネットワー
ク帯域幅への調停だけを調停し、出力ポート16と出力
チャネル13の両方へのアクセスを得たならばネットワ
ーク資源の利用がさらに向上する。
実行する場合は、予約リング14を複数回巡回するよう
に調停要求をシフトすることにより最大交換スループッ
トを得ることができる。調停要求が予約リング14を1
回巡回する間、調停ユニット15は調停要求がネットワ
ーク資源に対して高い優先順位を有しているか否かを判
定する。調停処理に失敗した調停処理ユニット15はそ
の後、自ユニットを調停処理から除く(すなわち、調停
処理で調停に失敗した調停ユニット15はその後の調停
処理では要求を出力しない)。
説明する。出力ポート16と出力チャネル13へのアク
セスは並行して行うことができ(すなわち、クラスタモ
ジュール8の各ポート16に関するk _allocsの合計が
Kにすぎない)、また交換機5の交換ネットワーク10
の帯域幅が制限されていると仮定する。出力チャネル1
3へのアクセスの調停は、1以上の調停サイクルで行わ
れる。各調停サイクルは2回の調停処理から成る。第1
回目の調停処理で出力チャネル13へのコンテンション
が解消され、第2回目の調停処理でクラスタ間交換ネッ
トワーク帯域幅コンテンションが解消される。さらに、
1以上の交換サイクルで各調停サイクルが実行できる。
バスフレームの期間に1以上のバススロットを調停する
ことにより、予約リング14での調停に利用できる時間
が増加する。
l.,)の教示によれば、予約リング14は有限状態マシ
ンまたは調停ユニット15の線形シストリック(systoli
c)アレイから構成されている。この調停ユニットはそれ
ぞれ直近の調停ユニットとのみに通信する。処理として
は、交換サイクルで1個の出力チャネル13へ最大でK
個のセルが出力され、また交換サイクルの間に最大でB
個のセルが交換ネットワークへ入力されるように予約リ
ング14でクラスタ間交換ネットワーク10へのアクセ
スを要求するセルのためにスケジューリングを行う。各
調停ユニット15のKの値は、出力チャネル13の全体
に対して一定に設定することもできるし、あるいは、出
力チャネル13毎に変えて設定することもできる。同様
に、何らかの一対一対のマッピングを転送する交換機の
能力(the ability of the switch toroute any one-to-
one mappings) を制限する複数の交換資源が存在する
場合は、各資源のK値は共通の値または異なる値をとる
場合がある。クラスタモジュール8はいずれも有限状態
マシンまたは調停ユニット15を含む、このモジュール
は記憶ユニット28内の入力待ち行列先頭のセルが、ク
ラスタ間交換ネットワーク10の次の交換サイクル中に
送信すべきかどうかを判断する。すなわち、予約リング
14の各調停ユニット15は、送信準備ができているク
ラスタモジュール8に関連する最も優先順位の高いセル
を調べ、より優先順位の高いセルを入力待ち行列の先頭
に有するクラスタモジュール8が他に幾つあるかを判断
する有限状態マシンである。
スタ73に記憶される。各調停ユニット15へ転送され
る情報はインターフェースシフトレジスタ74に格納さ
れる。予約リング14にm個の調停ユニット15が設け
られていると仮定すると、予約リング14内を1回循環
する各調停ユニット15の状態情報は、調停処理中にm
回シフトされる。一つの調停サイクルは1回以上の調停
処理から成る。本願明細書では、1回の調停処理でm回
シフトされる場合の各シフトを「調停ステージ(arbitra
tion stage) 」と称する。インターフェースシフトレジ
スタ74に記憶されている状態情報は、各調停ユニット
15の内部に記憶されている「R(すなわち、常駐)-Des
tination Vector 」を有しており、また特定のセルの所
望の宛先出力ポート16を示す情報も有している。一つ
の実施の形態においては、常駐宛先ベクトル内の可能性
のある出力ポート16をビットアレーを用いて示す。1
個のセルを1以上の出力ポート16へ多重出力(multica
st) する場合は、その宛先ベクトル内の1以上のビット
を設定する。他の実施の形態においては、予め設定した
ビット列(sequences of bits) を用いて出力チャネル1
3の特定のグループを定義することができる。この場
合、各宛先ベクトルは、1以上の出力ポート16を示すよ
う予め設定されたビット列から構成されている。調停サ
イクルの開始時点では、予約リング14上の各調停ユニ
ット15の前記「R-destination vector」がその「S(す
なわち、シフト)-Destination Vector」へ複写される。
これら「S-Destination Vector」は、調停処理中に調停
リング14の内部でシフトされる。
部レジスタ73にはそれぞれ「有効(valid) 」ビットを
含んでいる。この「有効」ビットは、所定の調停サイク
ル中の調停要求が有効であるかどうかを示すものであ
る。また、各インターフェースレジスタ74には調停す
るセルの優先順位を示す情報が格納されている。セルの
優先権は、固有(intrinsic) のものであると同時に外的
(extrinsic) なものでもある。固有優先順位とはセルに
関連する優先順位(例えば、セルが多重出力セルである
かどうか、または予約済みトラフィックであるかそうで
ないか)である。外的優先順位とは、調停リング14で
生成された順位(例えば、トークンまたは「T」ビッ
ト)である。このセルの優先順位情報の一部は内部レジ
スタ73に複写される。これらの優先順位ビットを用い
てある調停ユニット15が別の調停ユニット15に対し
て調停処理を行う権利を獲得したか否かを判断する。要
するに、「トークン」または「T」ビットはタイ・ブレ
ーキング・ビット(tie-breaking bit)であって、別の調
停ユニット15がより高い優先順位を持っているかどう
かを示すものである。「MCast 」ビットは、セルが多重
出力(multicast) されるのか単一出力(unicast) される
かを示している。また、「Rsv 」ビットは、セルが予約
済みトラフィックであるかそうでないかを示している。
さらに、「in_session 」ビットは前回の調停サイクル
でセルがブロック(blocked) されたかどうかを示す。
を詳細に示したものである。動作中においては、調停ユ
ニット15が調停の時に各内部レジスタ73に格納され
ている制御状態76にアクセスする。調停サイクルで各
調停ユニット15が実行するステップは図4〜7に示さ
れており、以下にこれを説明する。一般に、制御ユニッ
ト15は制御状態76を使用して「調停セッション(arb
itrary session) 」中に状態情報を記録する。この調停
セッションには幾つかの調停サイクルが含まれる場合が
ある。調停セッションの長さは、セルが1以上の所望の
出力チャネル13へアクセスを行うのに成功したかどう
かで決まる。以下の説明からも分かるように、所定の調
停セッション中に同じ出力先へ割り当てられたセルは、
前記所定セッションに参加した全てのセルがそれらの共
通の宛先へ転送されるまでは、後から到着するセルに対
して閉鎖グループ(closed set)を形成する。他の実施の
形態においては、この要件は緩和されており、前記閉鎖
グループのセルでなくとも前記所定セッションに参加で
きる。この場合、前回の調停セッションに干渉しなけれ
ば、その後の新規の調停セッションの調停要求も参加す
る。このようにセッション要件が緩和された調停リング
の詳細が米国特許第5,305,311 号に開示されている。
5が実行する一般的なステップを図示したフローチャー
トである。クラスタモジュール8は、調停要求をその調
停ユニット15へ送信して調停セッションを開始または
調停セッションに参加する。調停要求はデータパケット
またはセルの送信先を特定し、データパケットの優先順
位を示す。例えば、多重送信セルの場合は1以上の出力
チャネル13へアクセスする必要が生じる場合もあるた
め、調停要求を満足させるために調停セッションが1以
上の調停「サイクル」を要する場合もある。調停サイク
ルの終わりに、次の交換サイクルに備えてクラスタ間交
換ネットワーク10の特定の入力チャネル12から特定
の出力チャネル13へセルを転送するよう定める。すで
に説明したように、各調停「サイクル」は2回の調停処
理から構成されている。各調停処理では、クラスタモジ
ュール(または入力チャネル12)からの調停要求は予
約リング14を巡回して伝搬する。第1回目の調停処理
では、入力チャネル12間での出力チャネル13につい
てのコンテンションを調停する。第2回目の調停処理で
は、入力チャネル12間での交換ファブリック(switchi
ng fabric)の帯域幅「B」についてのコンテンションを
調停する。すでに説明したように、各調停処理では、調
停要求は予約リング14の中を各調停ユニット15へシ
フトされる。この各シフトを調停処理の「ステージ」と
定義する。
している調停ユニット15がクラスタ間交換ネットワー
ク10へのアクセスを調停する。「調停セッション」は
宛先と対応付けられており、次の調停サイクルまで調停
セッションが延長されるような場合は調停セッションは
アクティブのままになっている。関連する宛先のチャネ
ル13へのアクセスの調停を調停ユニット15が失敗し
た時は調停セッションが延長される。調停セッションを
延長される場合には、新たな調停要求はセッションに参
加できない。また、このセッションで処理されている調
停要求は、同セッションに関連する宛先に対して後から
出された調停要求よりも優先する。このように、調停セ
ッションがアクティブの時は、調停ユニット15は前回
ブロックされた要求または新たな要求を再送信できる。
しかしながら、現在有効なセッションに対応する宛先に
関しては何れの調停ユニット15も関連する宛先につい
ての新たな調停セッションを開始できない。何故なら、
新しい要求が調停に勝つ以前に該セッションの一部の要
求が満足されているためである。調停セッションを用い
てセルが無期限にブロックされるのを防ぐ方法はすでに
周知であり、その詳細は米国特許第5,519,698 号に開示
されている。
ット15の状態変数は立上げの時にステップ101でリ
セットされる。すなわち、内部レジスタ73とインター
フェースシフトレジスタ74の内の全ての変数がクリア
される。例えば、制御状態76に格納されている「my_
in_session 」変数は「FALSE 」にリセットされる。次
に、ステップ102では要求ライン78を経て調停要求
が調停ユニット15へ入力される。TRUEに設定され
た「有効」ビット付き調停要求は、調停ユニット15に
は転送のためネットワークへ出力するセルがあることを
示している。ステップ104では、調停ユニット15の
制御状態76に格納されている状態情報が新しい調停
「サイクル」の開始時点でリセットされる。制御状態7
6に格納されている状態情報の詳細を図3に示す。
3へのアクセスを調停するには、調停サイクルの各処理
に調停ユニット15が参加する必要がある。第1回目の
調停処理において、交換ネットワーク10の1以上の出
力チャネル13とクラスタモジュール8の1以上の出力
ポート16へのアクセスをステップ106において調停
ユニット15が調停する。引き続く交換サイクルでは、
交換ネットワーク10の各出力チャネル13へ入力でき
るセルの最大数はK個に制限される。同時に、各出力ポ
ート16に入力できるセルの最大数も「k _alloc 」個
に制限される。出力チャネル13の1チャネル当たりの
入力数を「K」個に制限し、出力ポート16へのセル入
力数を「k_alloc」に制限する方法は後で詳細に説明す
る。調停ユニット15の調停要求はステップ108で隣
接する調停ユニットにシフトされ、第1回目の調停処理
の各ステージ完了するまでステップ106の処理が繰り
返される。第2回目の調停処理では、クラスタ間交換ネ
ットワーク10の帯域幅をステップ110で各調停ユニ
ット15が調停する。交換ネットワーク10で利用でき
る全帯域幅を「B」に制限する。ここで、「B」はポー
ト16の総リンク速度未満である。第2回目の調停処理
の各ステージが完了するまで、ステップ112では予約
リング14上の各調停ユニット15に対してステップ1
10の処理を繰り返し実行する。
る出力チャネル13に対しての交換帯域幅の調停が成功
したかどうかを各調停ユニット15が判断する。交換ネ
ットワーク10の次の交換サイクルでセルの交換を行う
ことが予約できる場合、調停は成功である。ステップ1
16で調停セッションが成功裏に終わったと判断された
場合はステップ102が繰り返される。そうでない場合
は、ステップ117を実行する。ステップ117では調
停要求の全てまたは一部が再発行される。要求されてい
る出力チャネル13の一部へのアクセスを、交換ネット
ワーク10の次の交換サイクルで行うことが許可される
と調停要求の一部が再発行される。全てまたは一部が許
可された調停要求は、許可ライン79または83を経て
クラスタチャネル制御ユニット24または交換ネットワ
ークインターフェース18に出力される。
06と108の詳細を示すフローチャートであって、調
停ステージにおける交換ネットワーク10の1以上の出
力チャネル13の調停の様子を示したものである。最初
に、ステップ120において、各調停ユニット15はそ
の「S-Destination Vector」を予約リング14へ転送す
る。上述のように、この「S-Destination Vector」の各
ビットは調停サイクルでどの調停出力チャネルについて
調停が行われているかを定義している。また、ステップ
120では、「カウンタ」変数をゼロにリセットして調
停サイクルの第1処理が開始された(すなわち、予約リ
ング14の第1ステージが開始された)ことを通知す
る。次のステップ122では、予約リング14からの要
求が隣接する調停ユニット15からインターフェースシ
フトレジスタ74(図2)によって受信される。
入力された調停要求から取り出したタイ・ブレーカー・
「トークン」(tie-breaker "token") を調べ、2台の調
停ユニットの間に繋がり(tie) がある時は調停要求に優
先権を付与できる。各調停ユニット15は、予約リング
14内を転送されて繋がりを終了させる「トークン」ま
たは「T」ビットを「current_ring_tail」変数と「n
xt_ring_tail」変数を用いて更新する。これらの変数
は、調停処理の各ステージでの優先順位を定義すること
により調停ユニット間でタイ・ブレーキングが公平に行
われことを保証する。概念的には、要求されている調停
ユニットの順番でリスト状に予約リング14を分解する
ものと考える。リストの上位にある調停ユニットには、
リストの下位にある調停ユニットよりも高い優先順位が
付与される。公正さを高めるため、リストの開始(star
ting)調停ユニットは定まっているのではなく(not sta
tic)、予約リング14の中を循環しているのである。こ
のため、固定でなく(not static)循環されている優先順
位で繋がりを解消することでポート全体での公正さが向
上する。例えば、各調停ユニット15では、予約リング
14に調停要求を出力する前にまずその「トークン」変
数を高い優先順位[HIGHER (priority)] に設定する。電
源立上げの時こうして指定された調停ユニットをリスト
の最後尾に割り当てる。リストの最後尾に指定された調
停ユニットは、「トークン」変数を予約リング14へ出
力する前に低い優先順位[LOWER (priority)]に設定す
る。低い優先順位[LOWER (priority)]トークンを受信し
た調停ユニットは、現在の調停要求よりも低い優先権を
シフトされた調停要求に与える。しかしながら、調停ユ
ニットに優先順位の高い[HIGHER (priority)] トークン
が入力された時は、常駐調停要求よりも高い優先順位が
シフトされた調停要求に割り当てられる。すなわち、調
停処理の開始時点で優先順位の低いトークン変数が最初
に入力されるリスト中の次位の調停ユニットは、次の調
停処理ではリストの次の最後尾となる。
ベクトルをステップ126で更新する。このため、各調
停ユニット15では、交換ネットワーク10の要求出力
チャネル13についてコンテンションが発生しているか
どうかを判断しなくてはならない。交換ネットワーク1
0の交換サイクルで1つの出力チャネル13に転送され
るセルの数は「dest_K _max 」個に制限されている。
調停ステージでは、各調停ユニット15は「resident
(R)-destination vector」と「shifted(S)-destination
vector 」を比較して交換ネットワーク10内の1つの
出力チャネル13に対してコンテンションが発生してい
るかどうかを判断する。類似した出力チャネル13に対
して2つの調停ユニットの間でコンテンションが発生し
ている場合は、どちらのユニットの優先順位が高いかを
判断して優先順位を決める。
ージの時に同一出力チャネル13に対して2台の調停ユ
ニットがコンテンション状態にある時は、優先順位の低
い調停ユニットがその宛先K _counter ベクトルに含ま
れている出力チャネルに相当する宛先K _counter を増
加させる。タイ・ブレーカー・「トークン(T bit) 」、
「有効」ビット、「rsv(すなわち、resvered)」トラフ
ィックビット、「mcast(すなわち、multicast)」ビッ
トからなる要素を組み合わせて使用して調停要求の優先
順位を決める。この「有効」ビットは、調停要求が現在
の調停処理で有効であるかどうかを表している。有効ビ
ットがTRUEに設定されたセルには高い優先順位が付与さ
れる。「rsv 」トラフィックビットは、セルが予約済み
トラフィックかそうでないかを表している。予約済みト
ラフィックには高い優先順位が付与される。「mscat 」
ビットは、セルが多重出力されるか単一出力されるかを
表している。次の交換サイクルで多重出力要求の一部を
再送信するよりもセルの出力チャネル13を全て満足さ
せるほうがより効率的であるため、多重出力に高い優先
順位を付与する。
て、出力ポート16について他の調停ユニットとの競合
(コンテンション)に失敗した場合は、特定のポートに
ついての宛先「k _alloc _ct」カウンタを増加させ
る。各調停ユニット15の「k_alloc _ct」ベクトル
は、交換機5のポート毎に設けられた「k _alloc _c
t」カウンタを含んでいる。出力チャネルのコンテンシ
ョンを解消するため用いた優先順位を用いて出力ポート
16についての2台の調停ユニット間のコンテンション
も解消される。本発明の実施の形態では、交換機5の出
力ポートに転送されるセルの数は、「dest_k _alloc
_max 」ベクトルに含まれている特定の値に限定されて
いる。従って、「dest_k _alloc _max 」個以上のセ
ルが1つの出力ポートで競合する時は、「dest_k _al
loc _max 」個のセルのみが交換ネットワークについて
の予約が認められる。各出力ポート16に対して「k _
alloccounter 」が定義されておらず、また各出力チャ
ネル13に対して「K _count」だけが定義されている
ような実施の形態の場合は、各調停ユニット15はステ
ップ126の処理を行い、ステップ127の処理は省略
する。
active」変数をステップ128で更新する。この「 ses
sion_active」変数は調停ユニットの制御状態76に格
納されていたものであり、交換ネットワーク10の出力
ポート13について前回の調停セッションがまだアクテ
ィブであるかどうかを表している。調停セッションは単
一の宛先である出力チャネル13に関するものであり、
該セッションに参加しているセルのそれぞれが単一の宛
先である出力チャネル13に転送されてしまうとそのセ
ッションは終了する。もし出力チャネル13に対してセ
ッションがまだアクティブである場合は、「in_sessio
n 」ビットがFALSEに設定されている出力チャネル
13について、新規の調停要求が次回の調停セッション
まで延期されている。つまり、いずれかの宛先出力チャ
ネル13への調停セッションが一旦開始されると、その
チャネルに対する別の要求が現在の調停セッションに付
加されることはない。このように、調停セッションが完
了すると、行列の先頭にあって次の調停セッションに参
加する資格のある全ての待ち要求は、次の調停セッショ
ンに参加できる。1以上の調停サイクルのセッションで
宛先出力チャネル13について調停を行うことにより、
入力チャネルが無期限にブロックされる危険がなくな
る。
の制御状態76に格納されている「カウンタ」変数を調
べて、各調停ユニットについての調停要求が予約リング
14を一巡して各調停ユニットへシフトされたかどうか
を判断する。各調停要求が予約リング14を一巡してシ
フトされると、ステップ136の処理が実行される。そ
うでない場合は、ステップ132の処理が実行される。
ステップ132では、「カウンタ」変数を増加させる。
ステップ134では、調停ユニットに最後に入力された
要求を予約リング14上へシフトして出力し、ステップ
122の処理を繰り返す。
リング14を一巡してシフトされると、ステップ136
の処理が実行される。ステップ136では、「R-destin
ation vector」に定義されている要求される各宛先出力
チャネル13についての「destination K _counter ve
ctor」に含まれているK _counterが「dest_K _max」
を超えているかどうかを予約リング14の各調停ユニッ
ト15が判断する。この判断は、各調停ユニットの状態
制御ロジックに格納されている「destinationK_counte
r vector」を用いて行う。 他の調停ユニットに対して
ある調停ユニット15をステップ126において遅延さ
せた回数が「dest_K_max」15を超えず、また他の調
停ユニット15に対してある調停ユニット15をステッ
プ127において遅延させた回数が「dest_k _alloc
_max」を超えない場合は、「ok_to_send-destinaion
vector」に対応する出力ポート16を記録する。すな
わち、特定の宛先出力チャネル13に対して「destinat
ion K _counter vector」の「K_counter」が超えられ
ることがなく、また特定の宛先ポート16についての
「k _alloc _ct vector 」の「k _alloc _ct」が超
えられるようなことがない場合にのみ、ビットを「ok_
to_send-destination vector 」に設定する。第1回目
の調停処理後では、「ok_to_send-destination vecto
r 」に設定されている各ビットは次の交換サイクルにど
の宛先出力チャネル13がデータパケットを受信するか
を表している。「ok_to_send-destination vector 」
に設定されているこれらのビットは、交換サイクル中の
送信セル数の制約、すなわち各宛先出力チャネル13に
最大で「dest_K _max 」個のセルしか送信してはなら
ず、また、宛先出力ポート16に最大で「k _alloc _
max 」個のセルしか送信してはならないという制約を満
足させるためのものである。しかしながら調停サイクル
のこの時点では、交換ネットワーク10の帯域幅制限
「B」を超えているかどうかは「ok_to_send-destina
tion vector 」からは分からない。
ル当たりの加速係数K(the speedup of K per channe
l)と1ポート当たりの加速係数k(the speedup of k p
er port) を動的に設定する実施の形態では、予約リン
グ14の各調停ユニット15は各「dest_K_max」また
は「dest_k_alloc_max max vector」について定義さ
れている値が分からなくてはならない。つまり、ステッ
プ126、127、136の処理を実行する上で、各調
停ユニット15は予約リング14上の調停ユニット15
の1チャネル当たりの加速係数Kと1ポート当たりの加
速係数kを知る必要がある。上述のように、予約リング
14の各調停ユニットの1チャネル当たりの加速係数K
と1ポート当たりの加速係数kはいずれもシステムの初
期化の時点で動的に設定できる。
10と112の詳細を示すフローチャートであって、調
停ステージにおける交換ネットワーク10の制限帯域幅
「B」についての調停ユニット15による調停の様子を
示したものである。ステップ138では、各調停ユニッ
ト15のカウンタをゼロにリセットして第2回目の調停
処理が開始されたことを示す。ステップ138では、
「non-zero ok _to_send destination vector 」を有
した調停ユニット15がそのバス帯域幅要求を予約リン
グ14上へシフトして出力する。ステップ138で、各
調停ユニット15からその直近の調停ユニット15へ調
停要求を転送する。ステップ140では、直近の調停ユ
ニット15からの調停要求がインターフェースシフトレ
ジスタ74(図2参照)へ入力される。ステップ142
では、上記ステップ124の場合と同様にタイ・ブレー
カー・トークン(the tie-breaker token )を更新す
る。
トワーク10の帯域幅に対して各調停ユニット15が競
合する。上述のように、クラスタ間交換ネットワーク1
0は帯域幅制限交換ネットワークである。従って、交換
サイクルでは、交換ネットワーク10の入力チャネル1
2と出力チャネル13との間に一対一の対応はない。こ
うした帯域幅の制限は、各調停ユニット15の制御状態
76に記録されている「B _max 」変数を用いて表わさ
れる。また、制御状態76は、1以上の「B _count 」
変数と共に「B _count vector」を記録する。すなわ
ち、ステップ144では、シフトされた調停要求の優先
順位が常駐調停要求よりも高い場合には、交換機5の
(複数の)交換ネットワーク に対応したB _count vec
tor」の「B_count 」変数の値が増加される。優先順位
の決定は、前記ステップ126での優先順位の決定と同
様に行われる。
することにより、現在の調停サイクルで行ったバス帯域
幅「B」についての調停要求が予約リングを一巡して予
約リング14上の各調停ユニット15にシフトされたか
どうかを判断する。各インターフェースシフトレジスタ
74が、リングを一巡するシフトに成功した場合は、ス
テップ152の処理を実行する。そうでない場合は、ス
テップ148の処理を実行する。ステップ148では、
「カウンタ」の値を増加させ、予約リング14上でさら
に調停要求のシフトを行うことを通知する。次に、ステ
ップ134では、調停ユニット15に最も新しく入力さ
れた調停要求を予約リング14へシフトする。ステップ
152の処理が実行されたことは、バス帯域幅に関する
第2番目の調停処理が完了したことを示す。
ップ114,116,117の詳細を示すフローチャー
トであり、現在の調停サイクルでどの調停ユニット15
が優先順位を獲得したかを判断する。ステップ152で
は、まず最初に、次の交換サイクルの時に交換ネットワ
ーク10の要求された宛先である少なくとも1個の出力
チャネル13のうち少なくとも1つのチャネルへセルを
転送できるかどうかについて第1の判断を下す。各調停
ユニットは、ステップ136において「ok_to_send d
esignation vector 」の中の少なくとも1つのビットが
出力ポート16に対して設定されたかどうかを確認する
ことで前記第1の判断を行う。さらに、「ok_to_send
designation vector 」に設定されているビットに対応
した宛先出力に関連する「B _count vector」の「B _
count 」がB _max 未満であるかどうかについて各調停
ユニット15は第2の判断を下す。もし調停ユニット1
5のセルが次の交換サイクルの時に送信されるようスケ
ジュールがなされない場合は、ステップ158の処理を
実行する。そうでない場合は、ステップ154の処理を
実行する。
のいずれの調停処理においても交換ネットワーク10に
ついてのアクセスの調停が成功した時は「送信」フラグ
をTRUEに設定する。調停サイクルの終わりに調停ユニッ
ト15がそのクラスタ制御器24へ「送信」フラグを送
信する。TRUEに設定された送信フラグを受信すると、次
の交換サイクルの時にクラスタ制御器24は4交換ネッ
トワーク10へセルを送信する準備をする。
(successful contender)が共有する交換ネットワーク帯
域幅をB _count vectorを用いてスケジュールする。調
停に成功したセルが共有の交換ネットワーク帯域幅にア
クセスする時互いに干渉しなければ、資源は適切に配分
される。しかしながら、セルが出力ポートへのアクセス
の調停に成功したという表示によって、次の交換サイク
ルにおいて該出力ポートへそのセルが交換ネットワーク
を経て転送されるようバススロットがスケジュールされ
るのではない。
ークでは、競合に勝った調停ユニット15のそれぞれの
「B _counter 」を用いてバス帯域幅の時間スロットを
割り当てる(上述のように、調停ステージの時に調停ユ
ニット15が別の調停ユニットに対して遅延される都度
「B _counter 」を調停サイクルで増加させる)。競合
に勝った調停ユニットの「B _counter 」の値を調停ユ
ニット15から出力された時間「スロットベクトル」に
記憶させる。すなわち、各カウンタの値は各調停ユニッ
トに固有のものであるため、バスの「B _counter 」値
を用いて所定セルの時間スロットを特定する。ベクトル
内の各B_count値は各「Bn」について固有であるため、
「B _counter vector」の値が1以上のカウンタの値を
含んでいる時にも上記の原理が当てはまることになる。
他の実施の形態では、時分割(time-multiplexed)ではな
く空間多重化(space multiplexed )フレームによる並
列ネットワークまたはファブリック形(fabric-based)
ネットワークで「B _counter 」を用いている。例え
ば、この実施の形態では、全ての「時間」スロットを使
用して独自の転送ネットワーク(unique routing networ
k)を表すことができる。従って、調停サイクルの最後
に、「B _counter 」を用いて複数の入力ポートに指示
を与えて独自の転送ネットワークへセルを出力すること
が可能である。
は、入力チャネル12がブロックされて(複数の)出力
チャネル13向けのセルデータを送信できないかどうか
判断する。もし何れの宛先入力チャネル12(destinati
on input channel 12)がブロックされていない場合は、
ステップ102の処理を行う。一方、ブロックされてい
る場合は、ステップ160と162の処理を実行する。
「n _session 」フラグをTRUEに設定して現在の調停サ
イクルでは今行っている調停セッションが完了しない旨
をクラスタモジュール24へ通知する。調停ユニット1
5は、現在の調停サイクルでは予約が認められなかった
(複数の)宛先出力ポートについての調停要求を次の1
以上の調停サイクルにおいて再送信しなければならな
い。調停要求を再送信する際に、セルデータの固有優先
権を更新して前回不成功に終わった(複数の)調停サイ
クルを反映させてもよい。また、「in_session 」フラ
グをTRUEに設定して現在の調停セッションを次の調停サ
イクルまで継続することを通知する。ステップ162で
は、次の調停サイクルの時に再発行しなくてはならない
出力ポート要求を用いて宛先ベクトルを更新する。再発
行調停要求とは、現在の調停サイクルで調停に成功しな
かった要求のことである。これらの要求には、マルチキ
ャストセルの宛先出力チャネル13のサブセットが含ま
れている。
行列形交換機におけるマルチキャストセルのスケジュー
リング(Scheduling Multicast Cells In An Input-Que
uedSwitch」、IEEE InfoCom、1996年
3月発行(ISSN 0743−166X)において、
入力待ち行列式マルチキャストATM交換機におけるセ
ルのスケジューリングに関するワーク保存方式(work-c
onserving policy)を開示している。このワーク保存方
式は、数回の交換サイクル(即ち、セル期間)にわたっ
て、マルチキャストセルを、その特定の宛て先ポートに
コピーすることを可能にする。
スタ間交換ネットワーク10を介してのマルチキャスト
またはブロードキャスト・オペレーションを効率的に管
理する。ユニキャスト・トラフィックと異なり、クラス
タモジュール8はセルをマルチキャスト・トラフィック
として認識すると、そのマルチキャストセルは、メモリ
28内の入力待ち行列に送られ、その後交換ネットワー
ク上を介して転送される。交換待ち潜伏性と交換ネット
ワークの負荷を軽減させる他の実施の形態では、クラス
タモジュール内のポートに宛て先指定されたマルチキャ
スト・トラフィックは入力待ち行列に送られるのではな
く、クラスタモジュール内の出力待ち行列に送られるこ
とにより交換ネットワーク上への転送が回避される。
が行う全体的なステップを示すフローチャートである。
先に定義したように、調停「サイクル」は出力チャネル
に関する調停のための第1回目の調停処理(ステップ1
06及び108)及び交換ネットワーク帯域幅に関する
調停のための第2回目の調停処理(ステップ110及び
112)から成る。調停ユニット15は、出力チャネル
のコンテンションまたは交換帯域のコンテンションのい
ずれかが原因となって、マルチキャストセルの各宛先チ
ャネル13に関しての調停を調停サイクル中に成功でき
ない。マルチキャストセルの出力宛先に予約が割り当て
られた場合、送信OK宛先ベクトル(ok_to_send-des
tinaion vector)が該出力宛先に設定され、マルチキャ
ストセルは次の交換サイクル中に交換ネットワーク上へ
出力される。しかし、マルチキャストセルの出力宛先に
予約が割り当てられない場合、マルチキャストセルは該
出力宛先のための次の調停サイクル中に再発行される。
調停セッションは、セッションの一部である全ての要求
に予約が割り当てられた時に完了する。二以上の調停サ
イクルにわたる調停セッションは、通常、連続する調停
サイクルにわたっている。ただし、調停セッションは、
マルチキャストセルを複数の連続しない交換サイクルに
わたって転送する結果に終わる場合もある。
調停ユニット15のステート・ロジック内に格納される
送信OK宛先ベクトルに記録される。送信OK宛先ベク
トルの各ビットは、交換機5の宛先ポートと対応する。
調停サイクルの終了時に、送信OK宛先ベクトルは、グ
ラント・ライン83上に出力され交換ネットワークイン
タフェース18に到る。集積回路内のピン数を削減する
他の実施の形態においては、送信OK宛先ベクトルのビ
ットは出力ポート識別子に置き換えられる。
実行する予約リング14の概略図である。図8乃至図1
0に示す予約リング14は、3個の調停ユニット15を
含む。各調停ユニットの内部レジスタはその全体が参照
番号73で示され、インタフェース・シフト・レジスタ
はその全体が参照番号74で示される。各調停ユニット
は、常駐宛先ベクトル84、常駐優先値85、シフト宛
先ベクトル86及びシフト優先値87を備える。常駐宛
先ベクトル84とシフト宛先ベクトル86は各自3個の
ビットP1,P2及びP3を有する。3個のビットP
1,P2及びP3は、交換ネットワーク10の3個の出
力チャネル13に対応する。各クラスタモジュール15
の一部は比較器88と89によって構成されている。比
較器88は二つの値が一致するか否かを判定し、比較器
89は一方の値が他方より大きいか否かを判定する。ま
た、各クラスタモジュールは宛先Kカウンター・ベクト
ル82のアレイを有し、このベクトルは常駐宛先ベクト
ル84内に画定される出力チャネル13を示す各ビット
毎に一個のKカウンター(k_counter)を記録する。上
記に定義したように、各出力チャネル13は一以上の宛
先出力ポート16と関連付けられている。
調停処理は、三つの調停ステージから成る。第1調停ス
テージでは、各調停ユニットは自身の常駐宛先ベクトル
84を自身のシフト宛先ベクトル86に複写する。また
第1調停ステージでは、各調停ユニットは自身のKカウ
ンター・ベクトル (k_counter vector)82の各Kカウ
ンターの値をゼロリセットする。第2及び第3調停ステ
ージを開始する前に、予約リングはインタフェース・シ
フト・レジスタ・ベクトル74を調停リング・ライン1
7上にシフトする。第2及び第3調停ステージの間中、
各調停ユニット15は常駐宛先ベクトル84の各ビット
P1,P2及びP3がシフト宛先ベクトル86の各ビッ
トP1,P2及びP3とそれぞれ一致するか否かを判定
する。3個のビットP1,P2及びP3のそれぞれに対
する比較器88のいずれかが、常駐宛先ベクトルとシフ
ト宛先ベクトルが同一の出力チャネル13を要求してい
ることを示している場合、比較器89は常駐宛先ベクト
ルとシフト宛先ベクトルのいずれが優先権をもっている
かを判断する。常駐優先値85及びシフト優先値87は
優先権論理因子(booleans)、即ち上述し且つ図3に示
した「valid 」、「T」、「Rsv」、「MCast」及び「in
_session」を含む。シフト優先権が常駐優先権より勝
るときは、該宛先ビットに対応するKカウンターは加算
される。
Kカウンターの値が最大値(例えば図3に示す dest _
K _max )に達した場合、調停中のセルは次の調停サイ
クル中に1組の関連する宛先ビットによって再調停され
る。各調停ステージは各調停ユニットにつき唯一の優先
権を設定しているので、交換ネットワーク10における
正確な入出力マッピングを定義するためにそのKカウン
ターの値を用いることができる。一以上のKカウンター
が一個の調停ユニット15に関するdest_K _max より
小さいかもしれないので、複数の出力チャネル13は単
一の入力チャネル12からデータパケットを受け取るこ
とができる。交換ファブリック(fabric)をクロスバー
ファブリックとした他の実施の形態では、複数のクロス
バー出力チャネルは、単一の入力チャネルからセルを受
け取ることができる。これは、マルチキャストセルのた
めのコピーメカニズムとして働く。交換ネットワークを
バスとした他の実施の形態では、マルチキャストセルの
コピーは複数の出力チャネルがバスから同時に読込むこ
とによって行われる。
ストセルによるブロッキングが長びくのを回避するた
め、マルチキャスト・パケットの全ての出力宛先がステ
ップ116(図2)で発行される前に、調停要求は終了
される。この実施の形態では、調停ユニット15は、不
成功に終わった調停要求をクラスター制御器24に送り
返す。この時、ステップ102において、クラスター制
御器は返送された調停要求を再発行するか新たな調停要
求を発行するかを決定する。
同期転送モード)交換機の概略図である。
約リングの概略図である。
全般的ステップを示したフローチャートである。
るステップ106と108の詳細を示すフローチャート
である。
ステップ110と112の詳細を示すフローチャートで
ある。
に割り当てるかを判断する処理に関するステップ11
4、116、117の詳細を示すフローチャートであ
る。
を示す概略図である。
を示す概略図である。
4を示す概略図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 交換ネットワーク及び予約リングを備え
た交換機であって、交換ネットワークが,交換サイクル
中、I個の入力チャネルの内の選択されたものからJ個
の出力チャネルの内の選択されたものへ単一パス・マル
チキャスト・パケットを転送し、交換サイクル中、予約
リングが同一の出力チャネルについての入力チャネル間
の競合を解消するようにした交換機において、該予約リ
ングを備えた交換ネットワークの宛先出力チャネルに対
するマルチキャスト・パケット・アクセスを調停する方
法であって、 1組の宛先出力チャネルを示す調停要求を発して、マル
チキャストセルに関する調停セッションを開始するステ
ップと、 調停サイクル中、当該1組の宛先出力チャネルの各宛先
出力チャネルへのアクセスを調停するステップと、 調停サイクル完了後、予約を割り当てられた宛先出力チ
ャネルを当該一セット宛先出力チャネルから除去するス
テップと、 上記の調停ステップと除去ステップを連続する調停サイ
クルにわたって繰り返し、1組の宛先出力チャネルの各
宛先出力チャネル全てに予約が割り当てられたときに調
停セッションを終了させる繰り返しステップとを含むマ
ルチキャスト・パケット・アクセス調停方法。
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