第2章ATM交換機(jī)構(gòu)

1第2章ATM交換機(jī)構(gòu)22.1ATM交換的基本原理1.基本概念A(yù)TM網(wǎng)從概念上講是分組交換網(wǎng)。每一個(gè)ATM信元在網(wǎng)中獨(dú)立傳輸。ATM網(wǎng)又是面向連接的通信網(wǎng)，端到端接續(xù)是在網(wǎng)絡(luò)通信開(kāi)始以前建立。因此，ATM交換機(jī)是基于存儲(chǔ)的路由選擇表，利用信頭中的路由選擇標(biāo)識(shí)號(hào)(VPI和VCI)把ATM信元從輸入線路傳送到指定的輸出線路。3ATM交換結(jié)構(gòu)(SwitchingFabric—SF)是實(shí)現(xiàn)ATM交換的關(guān)鍵技術(shù)之一，是ATM交換系統(tǒng)中必不可少的重要組成部分。ATM交換結(jié)構(gòu)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)任意出入線之間的信元交換，也就是任一入線上的任一邏輯信道的信元要能夠被交換到任一出線上的任一邏輯信道中去。為此，ATM交換結(jié)構(gòu)應(yīng)具有信頭變換、選路和排隊(duì)這3項(xiàng)基本功能。4圖1ATM交換結(jié)構(gòu)示意圖51．信頭變換信頭變換主要是指VPI／VCI值的變換，即入VPI／VCI變換為出VPI／VCI。VPI／VCI的變換體現(xiàn)了信元交換的重要概念，意味著入線上某邏輯信道中的信息被傳送到出線上的另一邏輯信道中去。為了實(shí)現(xiàn)信頭變換，應(yīng)該建立翻譯表。2．選路選路表示任一入線的信息可被交換到任一出線，具有空間交換的特征。信頭變換加上選路功能，才能實(shí)現(xiàn)ATM交換結(jié)構(gòu)的交換功能。63．排隊(duì)由于是統(tǒng)計(jì)復(fù)用的異步時(shí)分交換，在連接建立后的傳送信息階段，經(jīng)常會(huì)發(fā)生在同一時(shí)刻有多個(gè)信元爭(zhēng)搶公用資源的情況，因此，ATM交換結(jié)構(gòu)需要有排隊(duì)功能。除去上述3項(xiàng)基本功能外，ATM交換結(jié)構(gòu)通常還應(yīng)具備多播(multicast)功能和優(yōu)先級(jí)(priority)控制功能似適應(yīng)寬帶業(yè)務(wù)的多樣性。前者是指輸入信元可通過(guò)交換結(jié)構(gòu)送到多個(gè)目的地，后者是指可以技各類業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)高低來(lái)控制服務(wù)質(zhì)量。7ATM交換結(jié)構(gòu)應(yīng)提供良好的性能，以保證所需的服務(wù)質(zhì)量。與服務(wù)質(zhì)量有關(guān)的主要參數(shù)是信元丟失率、時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)。各類業(yè)務(wù)的要求有所不同。在ATM交換結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，還有兩個(gè)重要的參數(shù)：吞吐率和連接阻塞率。吞吐率定義為交換結(jié)構(gòu)的每個(gè)輸出端口平均每個(gè)時(shí)隙所傳送的信元數(shù)。每個(gè)時(shí)隙相當(dāng)于在一定傳送速率下一個(gè)信元的傳送時(shí)間，因此吞吐率最大為1。連接阻塞率表示在連接建立階段交換結(jié)構(gòu)內(nèi)部找不到足夠的資源來(lái)建立新的連接的概率。82.2ATM交換結(jié)構(gòu)分類

1.ATM交換結(jié)構(gòu)分類

ATM交換結(jié)構(gòu)可分為時(shí)分與空分兩大類：時(shí)分結(jié)構(gòu)的基本特征是所有的輸入和輸出端口共享單一的通信公路(highway)，可以是共享存儲(chǔ)器(sharedmemory)，也可以是共享媒體(sharedmedium)，包括總線(bus)型或環(huán)(ring)型?？辗纸Y(jié)構(gòu)的基本持征是可以在多對(duì)輸入端口和輸出端口間同時(shí)并行地傳送信元?？辗纸Y(jié)構(gòu)又可以分為單通路(singlePath)與多通路(multip1epath)，以及單級(jí)(Singlestage)與多級(jí)(multistage)。9圖2ATM交換結(jié)構(gòu)分類10單通路是指任一對(duì)出入線之間只有1條通路，多通路則在任一對(duì)出入線之間有多條通路可以選用。單通路的兩種典型結(jié)構(gòu)稱為基于crossbar的結(jié)構(gòu)和基于banyan的結(jié)構(gòu)。crossbar的含義為縱橫棒，源于縱橫制交換機(jī)中縱橫接線器(crossbarswitch)的結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是交換結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度(complexity)隨N2而增長(zhǎng)，N為出、入線數(shù)。crossbar結(jié)構(gòu)又分為矩陣型和全互連型，banyan結(jié)構(gòu)又分為內(nèi)部緩沖型和內(nèi)部無(wú)緩沖型，多通路可具有多種結(jié)構(gòu)，

11ATM交換結(jié)構(gòu)也可分為單級(jí)與多級(jí)結(jié)構(gòu)?？辗值腸rossbar結(jié)構(gòu)是典型的單級(jí)結(jié)構(gòu)，單一的時(shí)分交換模塊也屬于單級(jí)結(jié)構(gòu)。單級(jí)結(jié)構(gòu)的容量不可能太大，采用多級(jí)結(jié)構(gòu)可以比較經(jīng)濟(jì)地?cái)U(kuò)大容量。多級(jí)結(jié)構(gòu)通常稱為多級(jí)互連網(wǎng)絡(luò)(MultistageInterconnectionNetwork—MIN)，由分為若干級(jí)的多個(gè)交換單元(SwitchingElement—SE)以一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)互連而成。空分的banyan單通路結(jié)構(gòu)和各種多通路結(jié)構(gòu)部屬于多級(jí)結(jié)構(gòu)。MIN中的SE是基于crossbar的結(jié)構(gòu)，但也可以是時(shí)分結(jié)構(gòu)，例如共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。12用于電路交換的數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)可以是有阻塞(blocking)或無(wú)阻塞(nonblocking)的結(jié)構(gòu)。阻塞發(fā)生在呼叫建立階段，也就是在交換網(wǎng)絡(luò)中選不到空閑通路；然而一旦選到空閑通路，就由該呼叫專用，從而在傳送信息的通話階段不會(huì)再遇到阻塞。面向連接的ATM交換也可能存在連接阻塞，但是在連接被接納以后的信元傳送階段也會(huì)遇到阻塞。我們把信元傳送階段中多個(gè)信元對(duì)同一公用資源的爭(zhēng)搶稱為競(jìng)爭(zhēng)(contention)或沖突(conflict)。于是，會(huì)出現(xiàn)兩種競(jìng)爭(zhēng)：內(nèi)部競(jìng)爭(zhēng)和出線競(jìng)爭(zhēng)。13內(nèi)部競(jìng)爭(zhēng)是多個(gè)信元爭(zhēng)搶交換結(jié)構(gòu)的同一內(nèi)部鏈路或緩沖器，出線競(jìng)爭(zhēng)是多個(gè)信元爭(zhēng)搶同一出線。內(nèi)部競(jìng)爭(zhēng)的有無(wú)與交換結(jié)構(gòu)的內(nèi)部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作速度等因素有關(guān)，如果不存在內(nèi)部競(jìng)爭(zhēng)，就稱為無(wú)阻塞結(jié)構(gòu)，否則就是有阻塞結(jié)構(gòu)。crossbar是典型的無(wú)阻塞結(jié)構(gòu)，banyan網(wǎng)絡(luò)則是典型的有阻塞結(jié)構(gòu)。要注意這里定義的無(wú)阻塞是指在信元傳送階段沒(méi)有內(nèi)部阻塞。無(wú)阻塞結(jié)構(gòu)的性能優(yōu)于有阻塞結(jié)構(gòu)，但硬件結(jié)構(gòu)較復(fù)雜和／或成本較高。142.時(shí)分交換結(jié)構(gòu)1)共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器為所有的輸入端口和輸出端口共用。從各個(gè)輸入到達(dá)的信元通過(guò)復(fù)用器被復(fù)用成單一的輸入信元流而寫(xiě)入共享存儲(chǔ)器。實(shí)際上，在存儲(chǔ)器內(nèi)部仍可劃分為若干個(gè)邏輯隊(duì)列，每個(gè)隊(duì)列對(duì)應(yīng)于一個(gè)輸出端口。因此在寫(xiě)入時(shí)，應(yīng)按照各個(gè)信元的目的端口而控制寫(xiě)入對(duì)應(yīng)的輸出隊(duì)列。在寫(xiě)入的同時(shí)，又按順序從各個(gè)輸出隊(duì)列讀出隊(duì)首的信元而形成輸出信元流，經(jīng)過(guò)分路后傳送到各個(gè)輸出端口。15共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)要有足夠高的處理速度，使得處理時(shí)間很短，從而能與信元流的輸入速率相適配。處理時(shí)間主要是指判定輸入信元流中各個(gè)信元應(yīng)編入哪個(gè)輸出隊(duì)列并控制寫(xiě)入的過(guò)程。因此．對(duì)存儲(chǔ)器訪問(wèn)速度的要求比較高。當(dāng)交換結(jié)構(gòu)的入線／出線數(shù)為N，每線速率為V，則存儲(chǔ)器寫(xiě)入或讀出的速度都將取決于NV。例如說(shuō)，對(duì)于具有W位寬的存儲(chǔ)器，訪問(wèn)時(shí)間則可等于W／2NV，如采用雙端口存儲(chǔ)器，訪問(wèn)時(shí)問(wèn)的要求可降低為W／NV。可以看出，由于受到存儲(chǔ)器訪問(wèn)速度的限制，交換結(jié)構(gòu)的容量(端口數(shù)及鏈路速率)不可能太大。16圖3共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)172)共享媒體與共享存儲(chǔ)器相似，共享媒體結(jié)構(gòu)也是將所有輸入線上到達(dá)的信元同步地復(fù)用到公共的傳送媒體上(總線或環(huán))，同時(shí)要采用某種控制方法使公共媒體上復(fù)用的信元流分路到各個(gè)輸出端口。圖11給出了共享總線的交換結(jié)構(gòu)。每條入線都連接到總線上，每條出線則通過(guò)輸出緩沖器和地址過(guò)濾器也都接到總線上。輸出緩沖器按FIFO規(guī)則工作。地址過(guò)濾器的作用是只接收目的端口為本端口的信元，顯然，總線方式便于實(shí)現(xiàn)多播或廣播功能。18圖4共享媒體結(jié)構(gòu)193.基于crossbar的交換結(jié)構(gòu)N×N的crossbar矩陣具有N2個(gè)交叉點(diǎn)。圖5給出了其兩種方式。交叉點(diǎn)是一個(gè)2×2的傳送門，2×2傳送門有2個(gè)狀態(tài)：bar和cross，見(jiàn)圖6。所謂bar狀態(tài)，是指橫向輸入連到縱向輸出、縱向輸入連到橫向輸出；所謂cross狀態(tài)，是指橫向輸入連到橫向輸出，縱向輸入連到縱向輸出。2×2傳送門還可以有其它的多播狀態(tài)。20圖5Crossbar結(jié)構(gòu)21圖62×2傳送門22圖5(b)為矩陣型的另一種實(shí)現(xiàn)方式．每個(gè)交叉點(diǎn)的部件可以看成是一個(gè)具有通／斷功能的開(kāi)關(guān)。在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)比較復(fù)雜，要包含F(xiàn)IFO緩沖器和相應(yīng)的控制邏輯。交叉點(diǎn)部件中含有緩沖器時(shí)實(shí)際上就是緩沖器設(shè)置的一種方式，稱為交叉點(diǎn)緩沖，也可用作多級(jí)交換結(jié)構(gòu)中的交換單元。全互連(fullyInterconnected)，就是在每個(gè)輸入與每個(gè)輸出之間都有一條分離的通路，對(duì)于N×N的交換結(jié)構(gòu)，就有N2個(gè)通路，因此又稱為N2分離通路型。23圖7全互連結(jié)構(gòu)24

4.基于banyan網(wǎng)絡(luò)的交換結(jié)構(gòu)1)delta網(wǎng)絡(luò)delta網(wǎng)絡(luò)是具有k級(jí)的ak×bk交換網(wǎng)絡(luò)，由a×b的crossbar型SE構(gòu)成，a、b為每個(gè)SE的入線和出線數(shù)，ak為網(wǎng)絡(luò)的入線數(shù)，bk為網(wǎng)絡(luò)的出線數(shù)。級(jí)間連接模式應(yīng)使得任一入端與出端間具有通過(guò)相同級(jí)數(shù)的單通路。delta網(wǎng)絡(luò)具有自選路由功能。delta網(wǎng)絡(luò)的級(jí)間互連可以采用一種有規(guī)則的稱為a-混洗(shuffle)的模式，2×2SE構(gòu)成的banyan可以看成是delta網(wǎng)絡(luò)的子集，但是delta又是廣義的banyan網(wǎng)絡(luò)的子集。25圖8delta網(wǎng)絡(luò)262)banyan類網(wǎng)絡(luò)

變換2×2SE構(gòu)成的banyan的級(jí)間互連模式和／或出入端連接方式，可以得到各種等效的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可通稱為banyan類網(wǎng)絡(luò)。omega、baseline、generalizedcube、indirectbinaryn—cube、flip、reversebaseline等。

27圖9banyan類網(wǎng)絡(luò)285.多通路交換結(jié)構(gòu)1)增長(zhǎng)型banyan增長(zhǎng)型banyan(augmentedbanyan)就是前面加上分配級(jí)，以擴(kuò)大每個(gè)入端的選擇范圍。從而形成多通路網(wǎng)絡(luò)。每增加1級(jí)，每個(gè)入端與每個(gè)出端之間的通路數(shù)就增加1倍。前置分配級(jí)還可以便業(yè)務(wù)流均衡地進(jìn)入banyan的入端，減少banyan對(duì)流入的業(yè)務(wù)流模型的敏感性。2)擴(kuò)展型banyan對(duì)應(yīng)于每個(gè)SE輸出地址有l(wèi)條鏈路，如果使banyan中的SE每個(gè)輸出地址有d條鏈路，也就是可以任意選擇d條中的1條，就稱為擴(kuò)展型banyan(dilatedbanyan)。這樣，2×2SE就要變成2d×2dSE。但輸出地址并非2d個(gè)，而仍然是2個(gè)，仍然只要用1個(gè)比特來(lái)區(qū)別。29圖10增長(zhǎng)型banyan圖11擴(kuò)展型banyan303)膨脹型banyan膨脹型banyan(fatbanyan)是膨脹度d可以變比的擴(kuò)展型banyan、因此擴(kuò)展型banyan可以看成是膨脹型banyan的一個(gè)子集，相當(dāng)于各級(jí)的d保持不變的特殊情況。4)復(fù)份型banyan復(fù)份型banyan(replicatedbanyan)是將若干個(gè)相同的banyan并接在一起，形成多平面的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種并行結(jié)構(gòu)也可稱之為縱向堆積(verticalstacking)。當(dāng)并接的平面數(shù)為r，則在任何時(shí)隙內(nèi)，最多可有r個(gè)信元傳送到每個(gè)輸出端口。這一效果相當(dāng)于將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)作速度提高了r倍，也就是相當(dāng)于加速因子(speedupfactor)為r。提高速度會(huì)受到器件特性的限制，而復(fù)份型的代價(jià)則是硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜。從復(fù)份型banyan的每個(gè)輸入端進(jìn)入的信元，可以隨機(jī)地選擇某個(gè)平面，也可以按負(fù)荷均分原則分配到各個(gè)平面，還可以廣播到所有的平面。31圖12膨脹型banyan圖13膨脹型SE32圖14復(fù)份型banyan圖15串聯(lián)型banyan335)串接型banyan串接型banyan(tandembanyan)也可稱為橫向堆積(horizontalstacking)或橫向級(jí)聯(lián)(horizontalcascading)。是將多個(gè)banyan串接在一起，每個(gè)banyan的輸出除連接到下一級(jí)banyan的對(duì)應(yīng)輸入外，還經(jīng)過(guò)濾器連接到對(duì)應(yīng)的輸出端口，最后1級(jí)banyan的輸出則只連接到對(duì)應(yīng)的輸出端口。從第1級(jí)banyan入端進(jìn)入的信元，如無(wú)內(nèi)部沖突可傳送到所需的輸出端口。過(guò)濾器的作用是使只有正確選路的信元才能到達(dá)相應(yīng)的出端。如遇到內(nèi)部沖突，則將失敗的信元加上標(biāo)志后任其“錯(cuò)誤”選路而傳送到下一級(jí)banyan的某個(gè)入端，再將其標(biāo)志清除而參與第2級(jí)banyan的選路競(jìng)爭(zhēng)。如此重復(fù)下去，最多可有k次機(jī)會(huì)到達(dá)所需的輸出端口；只有k次競(jìng)爭(zhēng)都失敗，才丟棄信元。346)Shuffleout網(wǎng)絡(luò)Shuffleout多級(jí)網(wǎng)絡(luò)采用最短路徑(shortedpath)和偏轉(zhuǎn)選路(deflectionrouting)方法，使得一定的入端與出端之間有多條路徑，也相當(dāng)于多通路網(wǎng)絡(luò)。Shuffleout網(wǎng)絡(luò)有閉環(huán)(closed-loop)和開(kāi)環(huán)(open-loop)兩種結(jié)構(gòu)，區(qū)別在于末級(jí)輸出是否環(huán)回到首級(jí)的輸入。閉環(huán)結(jié)構(gòu)可以減少信元丟失，但也增加了時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)。閉環(huán)shuffleout網(wǎng)絡(luò)按照環(huán)回實(shí)現(xiàn)方式的不同，又可分緩沖式閉環(huán)(bufferldclosed-loop)和擴(kuò)展式閉環(huán)(expandedclosed-loop)兩種結(jié)構(gòu)。35圖16緩沖式shuffleout網(wǎng)絡(luò)圖17擴(kuò)展式shuffleout網(wǎng)絡(luò)367)Benes網(wǎng)絡(luò)Benes網(wǎng)絡(luò)是電路交換中著名的再配置無(wú)阻塞網(wǎng)絡(luò)。N×NBenes網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成方法：兩側(cè)各有N／2個(gè)2×2的SE，中間為兩個(gè)N／2×N／2的子網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)SE以l條鏈路連到每個(gè)子網(wǎng)絡(luò)；再將中間子網(wǎng)絡(luò)按上述方法繼續(xù)分解，直到中間子網(wǎng)絡(luò)就是2×2SE為止。從中間子網(wǎng)絡(luò)到輸出級(jí)SE是完全混洗，從輸入級(jí)SE到中間子網(wǎng)絡(luò)是反轉(zhuǎn)的混洗(reverseshuffle)。37圖18benes網(wǎng)絡(luò)388)ATMClos網(wǎng)絡(luò)Clos網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)可用于ATM交換，構(gòu)成ATMClos網(wǎng)絡(luò)，但每個(gè)SE完成ATM信元交換。由于ATM交換是多速率統(tǒng)計(jì)復(fù)用的異步時(shí)分交換方式，ATMClos網(wǎng)絡(luò)的無(wú)阻塞條件要加以修正。每個(gè)連接會(huì)提出帶寬的要求，設(shè)交換網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部鏈路的最大負(fù)荷用l表示，則連接的帶寬要求可用權(quán)值ω表示；更一般而言，設(shè)某一輸入(或輸出)上所有連接的帶寬的權(quán)值之和限為β，而一個(gè)連接申請(qǐng)的帶寬限于(b，B]?？捎?≤b≤B≤β≤l。。3級(jí)ATMClos網(wǎng)絡(luò)的嚴(yán)格無(wú)阻塞條件如下39圖19ATMCLOS網(wǎng)絡(luò)40412.3實(shí)用ATM交換結(jié)構(gòu)1.Knockout交換結(jié)構(gòu)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制的Knockout采用N2分離通路的互連結(jié)構(gòu)，如圖20所示。N條入線分別接在N條廣播總線上，每條出線通過(guò)總線接口可以訪問(wèn)所有的總線，由于每條入線具有一條總線，與多條入線共享總線的方式相比，實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，而且允許入線有較高的傳輸速率。Knockout是無(wú)阻塞結(jié)構(gòu)．不存在內(nèi)部阻塞。Knockout也是模塊化的結(jié)構(gòu)，可以從2×2擴(kuò)展到N×N。42圖20Knockout交換結(jié)構(gòu)示意圖43總線接口包含3個(gè)主要部件：信元過(guò)濾器、集中器和輸出緩沖器。信元過(guò)濾器：由于N條入線的信元廣播發(fā)送到各自的總線上，每個(gè)總線接口中的信元過(guò)濾器要將到來(lái)的信元信頭中的出線地址與該過(guò)濾器所屬的出線號(hào)碼相比較，一致的才允許通過(guò)。集中器：集中器有N條入線和L條出線，當(dāng)L<N就實(shí)現(xiàn)了集中功能。如果N條入線上同時(shí)有K個(gè)信元要傳送到某條出線，當(dāng)K≤L，K個(gè)信元都可以從集中器輸出；44集中器的基本構(gòu)件是2×2的競(jìng)爭(zhēng)開(kāi)關(guān)，見(jiàn)圖31。當(dāng)2條入線同時(shí)有信元到達(dá)，左邊入線上的信元作為勝優(yōu)者從左邊出線上輸出。右邊入線上的信元作為失敗者從右邊出線上輸出。如果2條入線同時(shí)只有1個(gè)信元到達(dá)，則總是作為優(yōu)勝者輸出。移位器是相當(dāng)于具行L個(gè)狀態(tài)的開(kāi)關(guān)，可以使L條入線與L條出線間作循環(huán)的連接，由于集中器的競(jìng)爭(zhēng)特性，優(yōu)勝的信元總是從移位器的左側(cè)起輸入，也就是移位器入線上的負(fù)荷很不均勻．越往左越高，但通過(guò)移位器后使得出線的負(fù)荷均勻．可以循環(huán)而均勻填入L個(gè)隊(duì)列之中．也就使得L個(gè)隊(duì)列實(shí)際上成為共享緩沖器。45

N×N的交換網(wǎng)絡(luò)，如果只允許L個(gè)信元可以通過(guò)集中器，則信元丟失的概率為:ρ信元到達(dá)概率ρ=0.9，N=16，32等,L=12，P=10-1046圖21集中器示意圖47模塊化擴(kuò)展：除了可從2×2擴(kuò)展到N×N以外。Knockout交換結(jié)構(gòu)還可以從NXN擴(kuò)展到JN×JN．．J=2，3，…。圖32給出了從N×N擴(kuò)展到2N×2N的示例。多播功能的實(shí)現(xiàn)：為了支持多播功能．可按照多播業(yè)務(wù)量的需要設(shè)置若干個(gè)多播模塊和對(duì)應(yīng)的多播總線。如圖32所示，增設(shè)了m個(gè)多播模塊和m條多播總線，每個(gè)多播模塊都接到N條輸入總線．但只接收N／m條入線上送來(lái)的多播信元。需要多向播送的信元信頭中含有特殊的選路信息-多播的群號(hào)。48圖22Knockout的擴(kuò)展49圖23Knockout多播實(shí)現(xiàn)502.ATOM交換結(jié)構(gòu)ATOM(ATMOutputBufferModular-ATOM)交換器是由共享總線和輸出緩沖交換單元構(gòu)成的多級(jí)結(jié)構(gòu)，由NEC所研制。1）交換單元ATOM交換單元的結(jié)構(gòu)如圖所示。各條入線送來(lái)的信元經(jīng)串并變換后以時(shí)分復(fù)用方式進(jìn)入時(shí)分總線，在輸出側(cè)通過(guò)地址過(guò)濾器的檢查．接收屬于本出端信元，送到輸出緩沖器，按FIFO方式讀出信元并經(jīng)并串變換后送到出線上。51當(dāng)N為入線數(shù)，V為入線速率，則時(shí)分總線速度和存儲(chǔ)器寫(xiě)入速度都是N×V。因此單個(gè)的交換單元既無(wú)內(nèi)部競(jìng)爭(zhēng)亦無(wú)出線競(jìng)爭(zhēng)。但當(dāng)N或V較大時(shí)，對(duì)總線和存儲(chǔ)器速率的要求較高。為此可采用位片式結(jié)構(gòu)，既可降低速率要求，又有利于VISI的實(shí)現(xiàn)。52圖24ATOM交換結(jié)構(gòu)交換單元532）ATOM多級(jí)交換結(jié)構(gòu)利用ATOM交換單元可以構(gòu)成ATOM多級(jí)交換結(jié)構(gòu)，圖35給出的是由8×8交換單元構(gòu)成的128×128的2級(jí)結(jié)構(gòu)。54圖25ATOM交換結(jié)構(gòu)553.Sunshine交換結(jié)構(gòu)Sunshine是基于Batcher-Banyan網(wǎng)絡(luò)，采用多平面選路，輸出緩沖與環(huán)回緩沖相結(jié)合的交換結(jié)構(gòu)，如圖36所示。IPC和OPC為輸入端口控制器(InputPortController-IPC)和輸出端口控制器(OutputPortController-OPC)，輸出緩沖器在OPC中。由于有k個(gè)并行的banyan網(wǎng)絡(luò)，在每個(gè)時(shí)隙最多可有k個(gè)信元通往每個(gè)出端。如果有多于k個(gè)的信元同時(shí)要去向同一出端，則k個(gè)以外的信元將送入環(huán)回緩沖重新返回到輸入端，返回環(huán)路中的時(shí)延是使返回的信元與新輸入的信元同步。56圖26Sunshine交換結(jié)構(gòu)57保證banyan網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部無(wú)阻塞的條件是使具有不同目的地址的信元按其目的地址升序(或降序)并緊密地排列在banyan的入線上，而通過(guò)Batcher網(wǎng)絡(luò)排序的信元經(jīng)過(guò)陷阱網(wǎng)絡(luò)后將出現(xiàn)“空隙”—由于要抽出標(biāo)為環(huán)回的信元而產(chǎn)生，因此要再一次通過(guò)排序網(wǎng)絡(luò)，將信元分為兩組：一組包含緊密排列的要送往banyan網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行選路的信元，另一組包含要環(huán)回的信元，選擇器則按信元控制頭的不同標(biāo)記而將這兩組信元分別送往并行的banyan網(wǎng)絡(luò)和環(huán)回通路。陷阱網(wǎng)絡(luò)用來(lái)解決出線競(jìng)爭(zhēng)。

584.MPSR交換結(jié)構(gòu)MPSR是Alcatel研制的多通路自選路由(MultiplePathSelfRouting-MPSR)交換結(jié)構(gòu)，基本構(gòu)件是64×64或128×128的交換模塊(SwitchModule-SM)，而交換模塊又由集成交換單元(IntegratedSwitchingElement—ISE)構(gòu)成。1）集成交換單元集成交換單元(ISE)是16×16或32×32的交換單元，每線速率為155Mbit／s。16×16ISE的結(jié)構(gòu)示于圖37中，主要部件的功能說(shuō)明如下。59(1)輸入端口：執(zhí)行同步、信元定界、串并變換等主要功能，包括16個(gè)端口和1個(gè)維護(hù)用端口。(2)輸入控制：對(duì)自選路由標(biāo)簽(SelfRoutingTag-SRT)作差錯(cuò)檢驗(yàn)，將SRT中的選路數(shù)據(jù)傳送給選路邏輯，將有效信元通過(guò)TDM總線存入共享緩沖存儲(chǔ)器。(3)選路邏輯：接收選路數(shù)據(jù)，作出選路的控制。按照ISE在MPSR多級(jí)結(jié)構(gòu)中的位置，在初始化時(shí)已將選路方式參數(shù)載入ISE，據(jù)此可對(duì)選路數(shù)據(jù)作出不同的解釋。ISE支持以下3種選路方式：群選路、多播分支選路、單出線選路。

60(4)共享緩沖存儲(chǔ)器：按各個(gè)輸出隊(duì)列暫存待輸出的信元，存儲(chǔ)容量為256個(gè)時(shí)隙位置，每時(shí)隙位置為64比特。存儲(chǔ)器控制用來(lái)管理空閑緩沖區(qū)。(5)輸出控制：按照選定的出線群管理相關(guān)的輸出隊(duì)列。(6)輸出端口：執(zhí)行并串變換功能。(7)控制接口：ISE與交換模塊之間的接口，可以訪問(wèn)ISE內(nèi)部的狀態(tài)／控制寄存器中的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)與操作、維護(hù)、測(cè)試有關(guān)。61圖27MPSR交換單元62圖28ISE選路方式632）交換模塊64×64的交換模塊(SM)由8個(gè)16×16ISE構(gòu)成。(1)4復(fù)用器(MU×4)：MU×4就是用于4鏈路的復(fù)用或分路。(2)ISE：8個(gè)16×16ISE配置成交叉互連的兩級(jí)，實(shí)現(xiàn)64×64的交換功能。(3)MTR：MTR是維護(hù)和例行測(cè)試器(MaitenanceandTestRoutiner-MTR)，(4)OBC：OBC是板上控制器(OnBoardController-OBC)，主要用于維護(hù)和觀察的目的。(5)CCD：CCD是時(shí)鐘轉(zhuǎn)換和分配(ClockConversionandDistribution-CCD)，生成SM內(nèi)部所需的各種時(shí)鐘信號(hào)。64圖2964×64交換模塊653）MPSR多級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)MPSR多級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖所示。MPSR多級(jí)網(wǎng)絡(luò)的兩側(cè)為接入交換級(jí)，中間為群交換級(jí)。以正中為軸，兩側(cè)對(duì)稱，左一半為輸入側(cè)，右—半為輸出側(cè)。兩側(cè)的接入交換級(jí)(AccessSwitch-AS)稱為輸入ASi和輸出AS0，以4個(gè)為一組，最多可有128組。群交換級(jí)為多平面配置，最多可有16個(gè)平面。每個(gè)平面內(nèi)含有平面交換級(jí)(PlaneSwitch-PS)．由PS11、PS2、PSl0組成。每個(gè)ASi的出線連接到群交換級(jí)各個(gè)平面的PS1i，各個(gè)平面的PSl0也連接到相應(yīng)的各個(gè)AS0。66圖30MPSR多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)675.Helical交換結(jié)構(gòu)Helical交換結(jié)構(gòu)是采用自選路由的多通路的多級(jí)互連網(wǎng)絡(luò)(MIN)，在同一對(duì)輸入與輸出端口之間可選擇不同通路，但仍能保持信元的順序。Helical交換結(jié)構(gòu)具有較好的