однородная сеть коммутации с топологией многозвенного тора

Формула изобретения

ОДНОРОДНАЯ СЕТЬ КОММУТАЦИИ С ТОПОЛОГИЕЙ МНОГОЗВЕННОГО ТОРА, содержащая 2m переключателей, объединенных в два яруса по m переключателей в каждом, содержащих каждый по V внутренних дуплексных портов коммутации, выход (вход) каждого из которых подключен к входу (выходу) внутреннего порта коммутации в переключателе другого яруса посредством межъярусных дуплексных линий связи, и также содержащих внешние порты коммутации для подключения к сети внешних устройств, других сетей и для наращивания данной сети подключением других ярусов переключателей, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей сети путем обеспечения полнодоступности ее внешних портов, а также с целью рационального использования коммутационной аппаратуры путем обеспечения полноты конфигурации сети при любых значениях параметров m > = V > 2 сети, выход (вход) внутреннего порта с номером p = 0,1, . . . , V-1 переключателя с номером S = 0,1, . . . , m-1 первого яруса подключен к входу (выходу) одноименного внутреннего порта p переключателя с номером S + p(mod m ) второго яруса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к связи и вычислительной технике и может быть использовано в системах коммутации для построения коммутационных полей АТС, сетей ЭВМ, микропроцессорных систем, суперкомпьютеров и т. п.

Известны однородные сети (поля) коммутации, состоящие из s = 1,2, . . . одинаковых многопортовых переключателей, часть портов которых, называемых внешними, служит для подключения к ним внешних устройств, других сетей и других таких же переключателей для наращивания данной сети, а v = 1,2, . . . остальных портов каждого переключателя, называемых внутренними, используются для подключения v других внутренних переключателей данной сети по схеме "точка с точкой" посредством дуплексных линий связи, по которым информация (сообщения, данные, речь и др. ), адреса внешних портов, сигналы управления, синхронизации и обратной связи передаются с выхода порта одного переключателя на вход порта другого переключателя.

Топологией однородной сети коммутации определяется способ построения сети из s одинаковых переключателей, каждый из которых имеет v внутренних портов коммутации, путем подключения к каждому переключателю v других переключателей из числа s в соответствии, во-первых, с заданным правилом и, во-вторых, с заданным соотношением между числом переключателей s и числом внутренних портов v в каждом переключателе, исходя из необходимости обеспечить полноту конфигурации сети ради полноты использования коммутационной аппаратуры.

На фиг. 1 показана однородная сеть коммутации с топологией многосвязного тора для частотного случая, когда s = 14 и v = 4. Переключатели этой сети сгpуппированы в два яруса по семь переключателей в каждом из них. Нумерация переключателей идентична на обоих ярусах. Конфигурация предлагаемой сети является полной, поскольку нет внутренних портов, не подключенных к внутренним портам других переключателей.

Известны сети с такими топологиями как звезда, кольцо, шина, дерево, гиперкуб и др. Наиболее близкой к предлагаемому устройству является сеть с топологией омега или баньян, топологически эквивалентный сети омега. Топология омега / баньян лежит в основе коммутационного поля Системы 12 IТТ. В ней соотношение числа v внутренних портов коммутации в переключателе с числом s переключателей определяется равенством vⁿ = s/2, где n = 1,2, . . . , а для соединения s переключателей в сеть необходимо:

1) разделить все s переключателей на два яруса по n = vⁿ переключателей на каждом ярусе;

2) разделить переключатели каждого яруса на v^n-1 групп по v переключателей в каждой группе;

3) выход порта j = 0,1, . . . , v-1 переключателя i = 0,1, . . . . , v-1 из группы g = 0,1, . . . , v^n-1-1 первого яруса подключить к входу порта j переключателя i из одноименной группы g второго яруса.

Основным недостатком описанной топологии омега/баньян является практическая невозможность автономной работы сети в двухъярусном исполнении, так как при этом она распадается на ряд несвязанных между собой компонент и потому не может обеспечить полнодоступность внешних портов. Этот недостаток топологии омега/баньян проявляется при любых параметрах v и m сети. В частности при v = 2, m = 4 сеть омега, как видно из фиг. 2а, состоит из двух компонентов: один из них составляют переключатели с номерами 0,2 первого яруса 3 и соединенные с ними переключатели 0,1 второго яруса 4, остальные переключатели составляют второй компонент сети. Топологически эквивалентное изображение этой сети в форме баньяна на фиг. 2б дает более наглядное представление о ее компонентах.

Полнодоступность сетей омега/баньян обеспечивается за счет аппаратного усложнения путем подключения к внешним портам второго яруса дополнительного третьего яруса переключателей. Если этого оказывается недостаточно, к третьему ярусу подключают четвертый, и т. д. , сохраняя топологию сети омега/баньян для каждой пары смежных ярусов. Общее число ярусов полнодоступной сети с топологией омега/баньян из vⁿ переключателей на каждом ярусе равно j = n+1. В многоярусной сети полнодоступность того же числа входов/выходов, что и в двухъярусной сети, обеспечивается значительно большим числом переключателей, т. е. большей сложностью коммутационной аппаратуры. На фиг. 3 показана трехъярусная полнодоступная сеть омега с параметрами m = 4, v = 2. Лишний по сравнению с фиг. 2 ярус переключателей является аппаратной оплатой полнодоступности сетевых входов/выходов.

При дальнейшем наращивании числа ярусов сверх i = n+1 число путей между входами и выходами становится избыточным, увеличивая пропускную способность сети. Обычно наращивание производят путем каскадирования, т. е. подключением к последнему ярусу сети омега/баньян ее зеркального отображения. На фиг. 4 показана такая сеть, полученная каскадированием сети омега на фиг. 3, а на фиг. 5 показан ее топологический эквивалент, представляющий с точностью до численных значений ее параметров известную сеть группового коммутатора Системы 12 с параметрами m = 64, v = 8.

Другим недостатком топологии омега/баньян наряду с высокой сложностью аппаратуры является нерациональное использование оборудования при всяком отклонении сети от полной конфигурации. Условия, обеспечивающие полноту конфигурации, требуют такого большого квантования емкости коммутационного поля с топологией омега/баньян, которое на практике нереализуемо. В реальных системах, например в Системе 12, полная конфигурация соответствует максимальной емкости, а квантование для меньших емкостей осуществляется с нарушением полноты конфигурации, что приводит к нерациональному использованию коммутационной аппаратуры. Минимальной единицей комплектации группового коммутатора Системы 12 является один переключатель первого яруса, к которому можно подсоединить до 8 переключателей ступени доступа. Следовательно, другие 8 портов этого переключателя остаются незадействованными. Следующая единица комплектации получается добавлением еще одного переключателя в первый ярус, что удваивает емкость, но требует дополнительного монтажа сразу четырех переключателей на второй ярус группового коммутатора. В этом комплекте число незадействованных портов исчисляется уже десятками.

При необходимости расширить существующую сеть, сохранив полноту конфигурации необходимо к данной j-ярусной сети омега/баньян с m = v^i-1 переключателями в каждом ярусе добавить v^j-1 (vj + v - j) переключателей. Такая добавка превосходит размерами исходную сеть, что намного превышает практические потребности реальных сетей. Именно поэтому реальные конфигурации Системы 12 строятся как часть максимальной конфигурации с вынужденно незадействованными портами.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей двухъярусных однородных сетей, допускающее их автономное использование путем обеспечения полнодоступности входов/выходов сети без дополнительных затрат коммутационной аппаратуры, а также рациональное использование коммутационной аппаратуры, не оставляющее незадействованным ни один порт ни одного переключателя при любом соотношении числа v внутренних портов переключателя и числа m переключателей в каждом ярусе, m > = v.

Это достигаются тем, что однородная сеть коммутации с топологией многосвязного тора собирается из 2m (m = 1,2, . . . ) одинаковых многопортовых переключателей, разделенных на два яруса по m переключателей в каждом из них. Каждый переключатель содержит несколько идентичных дуплексных портов коммутации. Часть портов, называемых внешними, служит для подключения к ним внешних устройств, других сетей и других таких же переключателей для наращивания данной сети, а v = = 1,2, . . . остальных портов каждого переключателя, называемых внутренними, служат для подключения v других внутренних переключателей данной сети по схеме "точка с точкой" посредством дуплексных линий связи, по которым информация (сообщения, данные, речь и др. ), адреса внешних портов, сигналы управления, синхронизации и обратной связи передаются с входа порта одного переключателя на вход порта другого переключателя.

При этом однородная сеть коммутации с топологией многосвязного тора отличается тем, что выход (вход) внутреннего порта p = 0,1, . . . , v-1 переключателя s = 0,1, . . . , m-1 первого яруса подключен к входу (выходу) одноименного порта р переключателя s+p (mod m) второго яруса. В частном случае при v = 2 многосвязный тор превращается в сеть с известной топологией обыкновенного кольца.

В качестве примера однородной сети коммутации с топологией многосвязного тора на фиг. 1 показана сеть из 14 переключателей, сгруппированных в два яруса по 7 переключателей и пронумерованных числами 0,1, . . . , 6 на каждом ярусе. Каждый переключатель имеет четыре внутренних порта, пронумерованных числами 0,1,2,3. Сеть с такими параметрами, v = 2 и m = 7, не может быть реализована в топологии омега/баньян. Как видно из фиг. 1, данная сеть обеспечивает полнодоступность внешних портов (на фиг. 1 показано по четыре внешних порта в каждом переключателе), что позволяет использовать ее как автономную сеть коммутации.

Однородная часть коммутации с топологией многосвязного тора работает следующим образом.

Пусть на вход некоторого внешнего порта переключателя s, расположенного на ярусе j (j = 1 или j = 2), поступил запрос на терминал, подключенный к внешнему порту p" переключателя s" на ярусе j". Устройство управления переключателем s выдает в схему выборки команду на поиск свободного внутреннего порта р для последующей коммутации на него внешнего порта, содержащего данный запрос. Схема выборки работает по следующему сценаpию. Если j = j" и s = s" , то р выбирается равным р". Если s > s", j = 1 или s = < s" и j = 2, то из свободных портов выбирается порт р с наименьшим номером, включая р = 0, в противном случае выбирается порт р = = min ( | s- s"| , v-1). По скоммутированному тракту адрес вызываемого терминала в виде тройки чисел (р", s", j") поступает на выход порта (р, s, j) и далее через межъярусную линию связи попадает на вход порта р в смежном переключателе s+p второго яруса или s-p первого яруса в зависимости от того, с каким ярусом смежен данный ярус j. Здесь процесс повторяется аналогично описанному для переключателя s на ярусе j.

Технико-экономическая эффективность однородной сети с топологией многосвязного тора проявляется в возможности ее автономного использования в двухъярусном исполнении с минимальными затратами и полным задействованием коммутационного оборудования при любых параметрах сети.

Например, однородная сеть коммутации с топологией многосвязного тора из восьми двухпортовых переключателей, показанная на фиг. 6, может функционировать автономно благодаря полнодоступности своих внешних портов. Этим она отличается от сетей с топологией омега/баньян с теми же параметрами v = 2 и m = 4, изображенными на фиг. 2, из которой видно, что две половины их внешних портов недоступны друг для друга. Из фиг. 3 видно, что при тех же параметрах полнодоступная сеть омега/баньян имеет в полтора раза большее число переключателей, чем однородная сеть с топологией многосвязного тора.

Если возникает потребность в увеличении числа внешних портов сети, то топология омега/баньян требует увеличения размеров сети более чем в v раз, чтобы сохранить полноту конфигурации и тем самым не допустить нерационального использования коммутационной аппаратуры. Такое резкое увеличение размеров сети на практике обычно неприемлемо. Поэтому в реальных сетях с топологией омега/баньян часть коммутационной аппаратуры остается незадействованной.