專利名稱：隨機選出一個單元的裝置和方法及使用該裝置的若干設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一個從N個類似單元中隨機選出一個單元的方法和裝置，一個交換單元，交換網(wǎng)絡和一個交換中心。
在交換網(wǎng)絡中經(jīng)常出現(xiàn)一些內(nèi)部通路負載過重而其它的通路卻負載很輕的情況。這種效應起因于在交換網(wǎng)絡入口處不平衡的業(yè)務負載，業(yè)務特性以及入站業(yè)務的相關性。對付這種效應的一個方法是首先混合入站業(yè)務并接著盡可能均衡地把它分配在交換網(wǎng)絡上。
本發(fā)明基于一個在一篇由D.Bttle和M.A.Henrion發(fā)表的文章“Das ATM—Koppelfeld von Alcatel und seine Eigenschaften”，Elek-trisches Nachrichtenwesen，vol.64，No.2/3，1990年，第156—165頁中描述的針對該問題的解決方案。
該文章描述了一個包括由兩個或兩個以上交換單元構成的兩個以上的交換階段的ATM交換網(wǎng)絡(ATM＝異步傳輸模式)。第一個交換階段表示分配階段。這些階段的交換單元把入站單元分配在所有的輸出上。在后續(xù)階段中進行尋找路徑工作。這里也可能是尋找多路徑。對于整個交換網(wǎng)絡，則使用依賴于其階段號進行特定類型路由處理的自路由多路徑交換單元。到達這樣一個交換單元的輸入端口的單元可以被隨機地分配在一組復合鏈路上。
這里沒有描述如何把單元隨機分配在一組鏈路上。
在由J.S.Twrner發(fā)表的一篇名為“一個廣播包交換網(wǎng)的設計”，IEE Infocom Conf.，1986年pp.667—675的文章中描述了進行業(yè)務混合的另一個交換網(wǎng)絡。
該交換網(wǎng)包括一個分配網(wǎng)絡和一個后續(xù)路由網(wǎng)路。分配網(wǎng)絡的交換單元具有兩個輸入端口和兩個輸出端口。它們把一個輸入數(shù)據(jù)分組交替路由到一個或其它的輸出端口上。若一個或全部兩個輸出端口都不可用，則使用第一個成為可用的端口。
這種把入站數(shù)據(jù)分組分配到兩個輸出線的方法具有所使用的算法有局限性的缺點。這可能產(chǎn)生新的相關而從業(yè)務的觀點看數(shù)據(jù)分組的分配則不是最優(yōu)的。
把數(shù)據(jù)分組分配給一些輸出線的問題對應于從一些相似單元選擇一個單元的問題。事實說明象在多處理系統(tǒng)中把處理分配到一些可用處理器上那樣的許多其它技術領域中也會出現(xiàn)這種問題。而對于這些領域本解決方法也是可用的。而本發(fā)明將針對在交換技術的應用來描述。
一位數(shù)學家可通過計算偽隨機排列解決這個問題。然而所需的算法相當復雜且不適于在例如對高速交換網(wǎng)絡所必需的硬件上加以實現(xiàn)。
本發(fā)明的目的是從一些相似單元中隨機選擇一個單元。
本發(fā)明的基本思想是通過循環(huán)移位和交換來改變一張分配表，這些操作中至少有一個是在隨機的基礎上被加以控制的。通過這一過程，可產(chǎn)生原始分配表的元素的隨機排列。
這個分配表周期性地被加以處理。分配表的每個元素分別指向一些相似單元中的一個單元。這樣的單元可以是，例如，交換單元或多處理系統(tǒng)的可用處理器的輸入或輸出。
本發(fā)明具有隨機產(chǎn)生一個分配表的所有可能排列的優(yōu)點。這使得該表特別適合于業(yè)務流。
另一個優(yōu)點是一個基于本發(fā)明的設施適合于在象高速交換網(wǎng)所需的硬件中加以實現(xiàn)。
而且，通過適當選擇參數(shù)，可固定后續(xù)的單元選擇最小和最大延遲。這對于在輸入和輸出的后續(xù)使用中存在時間條件的交換單元是重要的。
根據(jù)下面對兩個實施例的描述和配合附圖的使用例本發(fā)明會變得更易于理解，其中

圖1為關于第一個和第二個實施例的新穎裝置的示例實現(xiàn)的業(yè)務混合器的方框圖；圖2為改變第一實施例的表的方案圖；圖3為改變第二實施例的表的方案圖。
在第一個實施例中.解釋了在業(yè)務混合器中新穎方法的應用和新穎裝置的使用。
該新穎裝置也可用于大量其它任務。一些例子是一個或多個信道，接收器，發(fā)送器，處理單元，存儲區(qū)域，或交換單元的選擇。
圖1說明了一個交換設備SW和一個控制器CONTR。交換設備SW接收來自控制器CONTR的一個控制信號CON。
交換設備SW具有OUT0到OUT7的8個輸出和一個輸入IN。它把出現(xiàn)在輸入端IN的例如包括數(shù)據(jù)分組或數(shù)據(jù)單元的業(yè)務流分配給輸出OUT0到OUT7。這時，交換設備SW在一個給定時間間隔，比如一個數(shù)據(jù)單元的持續(xù)期間內(nèi)從輸出OUT0到OUT7中選擇一個并把業(yè)務流從輸入IN傳送到選擇的輸出上。這種選擇是響應來自控制器CONTR的控制信號CON而作出的。
輸出OUT0到OUT7或輸入IN也可以是數(shù)據(jù)分組或數(shù)據(jù)單元的隊列。交換設備SW可以在某時選擇，比如輸出隊列中的一個并把來自輸入隊列的數(shù)據(jù)分組或單元寫入這個輸出隊列。
交換設備SW也可以有8個輸入和一個輸出，而不是一個輸入和8個輸出。則它可以把出現(xiàn)在輸入端的各業(yè)務流合并成一個業(yè)務流。仿照前面所述，該輸入或輸出也可以是隊列。
控制器CONTR包含一個選擇裝置CH，一個存儲裝置MEM和一個擾頻器RAN。
選擇裝置CH提供控制信號CON，接收時鐘信號CL并與存儲裝置MEM交換數(shù)據(jù)。擾頻器RAN與存儲裝置MEM交換數(shù)據(jù)并接收來自選擇裝置CH的數(shù)據(jù)。
存儲裝置MEM包含一張具有8個分配元素的表。在該表中每個分配元素占有一個指定位置并向輸出OUT0到OUT7中的一個。
存儲裝置MEM中的表也包含多于8個的分配元素且兩個或更多的分配元素可以指向輸出OUT0到OUT7中的一個。如果針對不同的頻率選擇不同的輸出則這種方式是具有優(yōu)點的。
輸出OUT0到OUT7被賦于代碼號0到7。一個分配元素包含其所指向的輸出的代碼號。分配元素也可以包含標識輸出OUT0到OUT7中的一個的其它數(shù)據(jù)。
存儲裝置MEM是，比如，一個有8個區(qū)域.每個對應一個代碼號的RAM(＝隨機存取存儲器)。
時鐘信號CL來自于控制器CONTR的一個內(nèi)部時鐘發(fā)生器。它確定控制器CONTR選擇新輸出的速率。時鐘信號CL也可以由一個外部時鐘發(fā)生器來產(chǎn)生。這對于時鐘發(fā)生器在輸入IN處影響數(shù)據(jù)分數(shù)的到達的情況顯得更有好處。
選擇裝置CH以由時鐘信號CL確定的速率讀取來自存儲裝置MEM的分配元素。它在分配循環(huán)中按照分配元素被存儲在存儲裝置MEM中的表中的順序周期性地讀取分配元素。當選擇裝置到達最后的分配元素時，它通知其擾頻器。然后再讀取第一個分配元素，因而開始了一個新的分配循環(huán)。
選擇裝置CH也可以按不同于其在表中存儲的順序來讀取存儲裝置MEM中的分配元素。
擾頻器RAN通過循環(huán)移位操作和隨機交換操作來改變兩個分配循環(huán)間分配元素的位置。通過一個對應的來自于選擇裝置CH的消息，每個分配周期的結(jié)束被指示給擾頻器RAN。在選擇裝置CH開始一個新的分配循環(huán)之前，擾頻器RAN已終止其操作。
也可以在存儲裝置MEM中存儲并行使用的兩個或更多的表。這些表可以被選擇裝置CH和擾頻器RAN交替處理，這樣在例如兩個表的情況下，可以從一個表中讀取分配元素而同時擾頻另一個表中的分配元素。這可能使該新的方法完成得更快。
下面參照圖2要更詳細地描述擾頻器RAN改變分配元素位置的確切過程。
圖2給出了在時間I，II和III時在存儲裝置MEM中的表包含的8個位置P1到P8中的代碼號。
在時間I，位置P1到P8分別包含代碼號7，5，3，4，6，0，2和1。作為第一步，擾頻器進行一次5個位置的循環(huán)移位。也可以進行其它位置個數(shù)的循環(huán)移位。循環(huán)移位操作也可以一種不同于其存儲在存儲設備MEM中的順序來對分配元素加以移位。
對于移位操作，擾頻器配置有例如一個模8加法器。選擇裝置CH擁有一個指示表中第一個分配元素位置的指針。通過模8加法器，3加上模8得到該指針的值。結(jié)果落在0到7的范圍內(nèi)(間距被刪除)并被存儲作一個新的指針值。第二個可能性是為擾頻器提供一個緩沖區(qū)來自存儲裝置MEM的分配元素被順序輸入，以便以一個改變的順序順次再輸入到存儲裝置中。
移位操作后在時間II處，存儲裝置MEM中的表包含代碼號4，6，0，2，1，7，5和3。作為第二步，擾頻器RAN進行一次交換操作。在知道被交換的代碼號的位置為固定的且交換進行與否取決于機會的情況下，擾頻器隨機交換在位置2和4的代碼號。
對于這種隨機交換操作，擾頻器RAN被配置一個隨機序列發(fā)生器。這樣的發(fā)生器可以通過比如一個眾所周知的具有多反饋的移位寄存器來構成。發(fā)生器提供一個隨機置為1或0的位并驅(qū)動交換電路。這樣的交換電路可用每次交換兩個代碼號的方式的順序邏輯系統(tǒng)來實現(xiàn)。為做到這一點，把與第一代碼號的位置相應的第一預定地址加到構成存儲裝置MEM的RAM的地址輸入端并讀取代碼號和暫時加以存儲。然后，對于由第二預定地址決定其位置的第二代碼號，則重復同樣的處理。接著兩個暫存代碼號被寫入交換過的RAM，即第二個地址加到第一個代碼號的RAM的地址輸入，而第一個地址則用于第二個代碼號。
若進行了交換，則在時間III，即在隨機交換操作后，存儲裝置MEM中的表包含代碼號4，2，0，6，1，7，5和3。
擾頻器的這種操作模式提供了一個優(yōu)點即對在兩次連續(xù)輸入選擇之間經(jīng)過的時鐘信號CL的時鐘周期數(shù)可固定一個下限。這里可得到下限為3個時鐘周期。這個限定值可通過下述計算得出5個位置的循環(huán)移位減去兩個不同位置的代碼號的交換。這樣就給出了下限為3個位置。
輸入個數(shù)的兩倍減1可得出15作為在兩次連續(xù)輸入選擇之間經(jīng)過的時鐘周期數(shù)的絕對上限。
在第二個實施例中也說明了在業(yè)務混合器中新方法和新裝置的應用。
該業(yè)務混合器在構成上與圖1中的一樣。只是擾頻器的操作與圖1中的擾頻器RAN不同。
下面借助圖3對擾頻器的操作加以說明。
圖3給出了在時間I，II和III處包含在存儲裝置MEM的表中的位置P1到P8上的代碼號。
在時間I，選擇裝置CH剛完成一次分配循環(huán)而擾頻器將開始通過一個隨機循環(huán)移位操作來改變存儲裝置MEM中的表。在時間II，擾頻器已完成隨機移位操作而選擇裝置MEM將開始一個新的分配循環(huán)。在該分配循環(huán)完成后，擾頻器通過一個隨機交換操作來改變該表。在時間III，隨機交換操作已完成而選擇裝置CH將開始另一個分配循環(huán)。這樣，在每兩個分配循環(huán)之間可交替進行循環(huán)移位操作和交換操作。
在時間I，表中的位置P1到P8分別包含代碼號7，5，3，4，6，0，2和1。這時擾頻器進行隨機循環(huán)移位操作。根據(jù)隨機變量，它對該表循環(huán)移位3，4或5個位置，這里是3個位置。
也可能進行其它位置數(shù)的隨機循環(huán)移位。
循環(huán)移位后在時間III，表中包含代碼號0，2，1，7，5，3，4和6。在下一次分配循環(huán)后，該表被四個隨機交換操作所改變。
要交換的位置是先前確定的。位置P1/P4，P2/P3，P5/P8和P6/P7是可能的成對交換對。對于每個這樣的對，是否進行交換取決于機會。因此，例如需要四個獨立的隨機發(fā)生器，每個驅(qū)動一個交換電路。在該例中，在P1/P4和P6/P8對進行一次交換。因此，在時間III，表中包含代碼號7，2，1，0，6，3，4和5。
也可以交換其它數(shù)量的位置或根據(jù)其它的組對方案。也可以省去要交換的預定位置。例如位置的選擇可以隨機地進行。根據(jù)不同于組對交換的其它方案也可以交換若干個位置。
第一個實施例的擾頻器以隨機交換操作來進行操作，而第二個實施例的擾頻器以隨機移位操作和隨機交換操作來進行操作。擾頻器也可能只以隨機移位操作和確定交換操作來進行操作。
作為總結(jié)，將對在交換中心里使用基于本發(fā)明的裝置的例子加以說明。
交換單元經(jīng)常需要把來自輸入線的數(shù)據(jù)分組或數(shù)據(jù)單元分配到一組輸出線上。這樣的一組可以包括所有的輸出線或其中一個子集。對于這種分配，要使用一個或多個基于本發(fā)明的裝置。對于使用這些裝置的地方，存在幾種可能性。
使用參考圖1所描述的業(yè)務混合器，到達交換單元的輸入端的各業(yè)務流可被合并成一個業(yè)務流，然后該業(yè)務流被分配到交換單元的輸出。
到達輸入端的各業(yè)務流可以被合并成一個業(yè)務流，而該業(yè)務流接著被參照圖1所描述的業(yè)務混合器分配到輸出上。
入站業(yè)務流的數(shù)據(jù)分組或數(shù)據(jù)單元可以被指配給輸出組。該業(yè)務流被合并成兩組或更多組的業(yè)務流，接著被一個或多個如圖1所描述的業(yè)務混合器分配到交換單元的輸出上。
一個交換中心的交換網(wǎng)包括兩個或更多的交換階段。把這些交換階段的第一半部分設計成分配階段，即在后續(xù)的交換階段的輸入端分配到達交換網(wǎng)絡的業(yè)務是有好處的。通過如圖1所描述的業(yè)務混合器或用兩個或更多的以級聯(lián)方式連接的這樣的業(yè)務混合器可以實現(xiàn)這樣的分配階段。也可以通過兩個或更多的上述交換單元來構成這樣的分配階段。
權利要求
1.一個從N個類似單元(OUT0到OUT7)中隨機選擇一個的方法，其特征在于在分配循環(huán)中周期性地處理一張包含至少N個分配元素而每個元素指向N個類似單元(OUT0到OUT7)中的一個的表，通過循環(huán)移位操作和交換操作來改變該表，至少有一個上述操作是以隨機方式加以控制的，而分配循環(huán)，移位操作和交換操作是交替進行的。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于每兩個分配循環(huán)間進行一次循環(huán)移位操作和交換操作，上述兩個操作之一是以隨機方式控制的。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于每兩個分配循環(huán)間交替地進行一次循環(huán)移位操作和交換操作。
4.一個如權利要求1所述的方法，其特征在于在循環(huán)移位操作期間，表中的分配元素被循環(huán)移動M個位置。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于在交換操作的情況下，表中那些要交換的位置是固定的而交換的進行與否取決于機會。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于交換是分配元素的成對交換。
7.一個如權利要求1所述的方法，其特征在干在循環(huán)移位操作期間，表中的分配元素被循環(huán)移位隨機個數(shù)個位置。
8.一個用于從N個類似單元(OUT0到OUT7)中隨機選擇一個的裝置，其特征在于該裝置設有一個存儲裝置(MEM)，一個擾頻器(RAN)和一個選擇裝置(CH)，存儲裝置(MEM)包括一張含有至少N個分別指向N個類似單元(OUT0到OUT7)中相對應的一個單元的分配元素的表，擾頻器被設計成通過循環(huán)移位操作和交換操作來改變存儲裝置(MEM)中分配元素的位置(P1到P8)，至少有一個上述操作被以隨機方式控制，而選擇裝置(CH)被設計成在分配循環(huán)中周期性地處理存儲裝置(MEM)中的表從而選擇出當前分配元素所指的對應的輸出(OUT0到OUT7)。
9.如權利要求8所述的裝置，其特征在于N個類似單元是一組借以接收數(shù)據(jù)分組的N條線路。
10.如權利要求8所述的裝置，其特征在于N個類似單元(OUT0到OUT7)是一組數(shù)據(jù)分組被分配到的N條線路。
11.如權利要求8所述的裝置，其特征在于N個類似單元是N個被分配有處理的處理器。
12.一個包括從N個類似單元(OUT0到OUT7)中隨機選擇一個的裝置的交換單元，其特征在于該交換單元設有一個存儲裝置(MEM)，一個擾頻器(RAN)和一個選擇裝置(CH)，存儲裝置(MEM)包括一張含有至少N個分別指向N個類似單元(OUT0到OUT7)中對應一個單元的分配元素的表，擾頻器(RAN)被設計用于通過循環(huán)移位操作和交換操作改變存儲裝置(MEM)中分配元素的位置，其中至少一個上述操作是以隨機方式控制的，而選擇裝置(CH)用來在分配循環(huán)中周期性地處理存儲裝置(MEM)中的表并借以選擇當前分配元素所指的對應單元(OUT0到OUT7)。
13.一個包括多個交換階段的交換網(wǎng)絡，其中至少有一個是分配階段，其設有至少一個從N個類似單元(OUT0到OUT7)中隨機選擇一個單元的裝置，該網(wǎng)絡的特征在于該裝置設有一個存儲裝置(MEM)，一個擾頻器(RAN)和一個選擇裝置(CH)，該存儲裝置(MEM)包括一張含有至少N個分別指向?qū)腘個類似單元(OUT0到OUT7)中的一個單元的分配元素的表，擾頻器(RAN)用于通過循環(huán)移位操作和交換操作來改變存儲裝置(MEM)中分配元素的位置，其中至少一個上述操作是以隨機方式加以控制的，而選擇裝置(CH)用于在分配循環(huán)中周期性地處理存儲裝置(MEM)中的表，從而選擇當前分配元素所指的相應單元(OUT0到OUT7)。
14.一個包括至少一個從N個類似單元(OUT0到OUT7)中隨機選擇一個單元的裝置的交換中心，其特征在于所述裝置設有一個存儲裝置(MEM)，一個擾頻器(RAN)和一個選擇裝置(CH)，該存儲裝置(MEM)包括一張含有至少N個分別指向N個類似單元(OUT0到OUT7)中相應一個單元的分配元素的表，擾頻器(RAN)用于通過循環(huán)移位操作和交換操作改變存儲裝置(MEM)中分配元素的位置，其中至少一個上述操作是以隨機方式加以控制的，而選擇裝置(CH)用于在分配循環(huán)中周期性地處理存儲裝置(MEM)中的表從而選擇當前分配元素指向的對應單元(OUT0到OUT7)。
全文摘要
本發(fā)明涉及把一個業(yè)務流隨機分配到幾個業(yè)務流的裝置和方法，以及使用該裝置的交換單元交換網(wǎng)絡和交換中心。對一張具有至少一個隨機操作的分配元素表中元素進行循環(huán)移位和交換操作。在周期性地處理一張在每個循環(huán)后被移位和隨機交換兩個表元素操作改變的分配表的基礎上把輸入單元分配到幾個輸出上的交換單元。
文檔編號H04L12/56GK1127973SQ9411953
公開日1996年7月31日 申請日期1994年12月20日 優(yōu)先權日1993年12月21日
發(fā)明者杰特·威爾曼尼, 瑪特西斯·威博芭科 申請人:阿爾卡塔爾有限公司